《 電機與拖動》教案 7同步電機 項目七課件

項目同步電機7PAGE8項目同步電機7PAGE8同步電機項目PAGE97同步電機項目PAGE97課題同步電動機的電力拖動課時2課時（90min）教學目標知識目標：（1）掌握同步電動機的功角、矩角特性（2）掌握同步電動機的工作特性（3）掌握同步電動機的啟動方法技能目標：能夠測試同步電動機的工作特性素質(zhì)目標：養(yǎng)成腳踏實地、開拓進取的工作作風弘揚執(zhí)著專注、科學嚴謹?shù)穆殬I(yè)精神踐行服從紀律、顧全大局的團隊精神教學重難點教學重點：同步電動機的功角、矩角特性、工作特性和啟動方法教學難點：同步電動機的功角、矩角特性、工作特性和啟動方法教學方法情景模擬法、問答法、討論法、講授法教學用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材教學設計第1節(jié)課：傳授新知（35min）第2節(jié)課：復習導入（5min）

傳授新知（35min）課堂小結(jié)（3min）

作業(yè)布置（2min）教學過程主要教學內(nèi)容及步驟設計意圖第一節(jié)課考勤

（2min）【教師】使用文旌課堂APP進行簽到【學生】按照老師要求簽到培養(yǎng)學生的組織紀律性，掌握學生的出勤情況任務導入

（8min）【教師】創(chuàng)設情景，進行案例分析、提問電梯的電力拖動系統(tǒng)對電動機的加減速、勻速、制動、定位都有比較嚴格的要求。早期人們普遍采用直流電動機調(diào)速系統(tǒng)。20世紀70年代，隨著變頻技術逐漸成熟，在電梯行業(yè)中，異步電動機的變頻調(diào)速系統(tǒng)迅速取代了直流電動機調(diào)速系統(tǒng)。近年來，隨著同步電動機調(diào)速技術的發(fā)展，其體積小、節(jié)能、控制性能好、低速拖動性能好等特點逐漸凸顯；此外，其噪聲低，控制精度和舒適性都優(yōu)于其他拖動系統(tǒng)，特別適合在無機房電梯中使用。因此，同步電動機得到了各大電梯公司的青睞。（1）同步電動機具有怎樣的機械特性？（2）除用于電梯的電力拖動系統(tǒng)外，同步電動機還應用于哪些場合？【學生】聆聽、思考、討論通過任務導入，吸引學生注意，引發(fā)學生思考，明確學習目的，激發(fā)學習興趣，端正學習態(tài)度傳授新知

（35min）【教師】發(fā)布任務工單【學生】掃一掃任務工單“7.2”，明確本節(jié)課任務【教師】展示圖7-8，講解同步電動機的電壓平衡方程一、同步電動機的電壓平衡方程同步電動機接至電網(wǎng)運行時，其等效電路圖和相量圖如圖7-8所示。（a）等效電路圖（b）相量圖圖7-8同步電動機的等效電路圖和相量圖1．功角：與之間的夾角（或旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子的磁極軸線夾角）。2．功率因數(shù)角：與之間的夾角由0.35～0.5mm厚的硅鋼片沖壓后疊成，鐵芯槽內(nèi)嵌放轉(zhuǎn)子繞組。二、同步電動機的功角、矩角特性1．功角同步電動機的功角與電動機的負載情況（電磁轉(zhuǎn)矩或電磁功率）有關，且隨負載的增大而增大，如圖7-9所示。（a）理想空載運行時（b）實際空載運行時（c）額定負載運行時（a）單相交流電流波形（b）電流位于正半周時的磁場【學生】聆聽、思考、理解、記憶【教師】提問：為什么功角隨負載的增大而增大？隨機邀請同學回答【學生】聆聽、思考、回答【教師】點評學生回答，講解新知（1）理想空載運行時，定子旋轉(zhuǎn)磁場的磁極軸線與轉(zhuǎn)子磁場的磁極軸線重合，即，此時電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為0，如圖7-9（a）所示。（2）實際空載運行時，同步電動機要產(chǎn)生一定的電磁轉(zhuǎn)矩來克服空載阻力矩，此時轉(zhuǎn)子的磁極要比旋轉(zhuǎn)磁場的磁極落后一個很小的電角度，即略大于，如圖7-9（b）所示。（3）負載運行時，隨著負載的增大，隨之增大。當達到額定負載時，保持某一穩(wěn)定角度不變（），轉(zhuǎn)子仍然以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，如圖7-9（c）所示。2．功角特性和矩角特性（1）功角特性在恒定勵磁電流和恒定電網(wǎng)電壓的條件下，同步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和電磁功率與功角的正弦值成正比。的關系曲線稱為同步電動機的功角特性，其數(shù)學表達式（隱極式）為式中，——定子繞組的感應電動勢；U

——定子繞組的相電壓；——定子繞組的等效電抗，也稱同步電抗。（2）矩角特性電磁轉(zhuǎn)矩的表達式為的關系曲線稱為同步電動機的矩角特性，如圖7-10所示圖7-10同步電動機的矩角特性【學生】聆聽、思考、理解、記憶【教師】詢問同學們最多可以提起多重的物體，自由發(fā)言【學生】聆聽、思考、回答【教師】總結(jié)學生的回答，引入過載能力的講解（3）過載能力同步電動機中最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值稱為過載能力，即。在過載能力范圍內(nèi)，同步電動機不會出現(xiàn)失步現(xiàn)象。三、同步電動機的“V”形曲線1．運行狀態(tài)根據(jù)勵磁電流大小的不同，同步電動機的運行可分為正常勵磁、過勵和欠勵三種狀態(tài)，三種狀態(tài)下各參數(shù)的相量圖如圖7-11所示。（a）正常勵磁（b）過勵（c）欠勵圖7-11三種狀態(tài)下各參數(shù)的相量圖【學生】聆聽、思考、回答【教師】請同學們用自己的話談談對“正常勵磁”、“過勵”和“欠勵”的理解，隨機邀請同學回答（1）正常勵磁狀態(tài)定子電流全部用于產(chǎn)生電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩，此時，最小且與同相位，如圖7-11（a）所示。（2）過勵狀態(tài)定子電流中包含一些用于削弱磁場的無功分量，此時功率因數(shù)是超前的，如圖7-11（b）所示。（3）過勵狀態(tài)定子輸入電流中包含大量用于產(chǎn)生磁場的無功分量，此時功率因數(shù)是滯后的，如圖7-11（c）所示。2．“V”形曲線當電網(wǎng)的電壓和頻率恒定、電動機輸出功率不變時，定子電流I與勵磁電流之間的關系曲線，即，如圖7-12所示。此曲線呈“V”形，故稱為同步電動機的“V”形曲線。圖7-12同步電動機的“V”形曲線在正常勵磁狀態(tài)下，，I最??；欠勵或過勵越嚴重，I越大。當電動機負載增大時，在相同的勵磁電流條件下，I增大，對應的“V”形曲線向上方偏右移動?！緦W生】聆聽、思考、理解、記憶通過講解，使學生了解同步電動機的電壓平衡方程，理解同步電動機的功角、矩角特性和“V”形曲線，培養(yǎng)學生獨立思考和處理問題的能力，弘揚細心專注、務真求實的職業(yè)精神第二節(jié)課問題導入

（5min）【教師】什么是功角特性，什么是矩角特性？。隨機邀請同學回答【學生】聆聽、思考、討論、回答通過復習提問，檢查學生知識的掌握程度傳授新知

（30min）【教師】總結(jié)學生回答，講解新知四、同步電動機的工作特性如圖7-13所示，同步電動機的工作特性是指在保持定子端電樞電壓和頻率恒定、勵磁電流保持不變的情況下，電動機的定子電流I、電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速n、效率、功率因數(shù)（圖中未畫出）與輸出功率之間的關系曲線。圖7-13同步電動機的工作特性【學生】聆聽、思考、理解、記憶【教師】提問：異步電動機有工作特性嗎？異步電動機是什么特性？隨機邀請同學回答【學生】聆聽、思考、回答【教師】點評學生回答，對照圖7-13講解新知1．定子電流特性當同步電動機空載運行時，電動機存在一個空載電流。當同步電動機拖動負載運行時，隨著輸出功率的增大，定子電流由不斷增大，其特性曲線近似于一條直線。2．電磁轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩平衡公式為當同步電動機空載運行時，電動機存在一個空載轉(zhuǎn)矩。當同步電動機拖動負載運行時，隨著輸出功率的增大，電磁轉(zhuǎn)矩不斷增大，其特性曲線為一條斜率為的直線。3．轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速特性同步電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，與定子電流的頻率有關，而不隨輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩的變化而變化。因此，同步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速特性曲線為一條水平直線。4．效率特性當同步電動機空載運行時，其效率為零。隨著輸出功率的增大，效率不斷增大，直至額定功率附近時，效率達到最大值。如果繼續(xù)增大輸出功率，電動機的效率將開始減小。5．功率因數(shù)調(diào)節(jié)同步電動機的勵磁電流，其功率因數(shù)也將隨之變化。如圖7-14所示為勵磁電流對同步電動機功率因數(shù)的影響。圖7-14勵磁電流對同步電動機功率因數(shù)的影響當勵磁電流較小、電動機空載時，。隨著負載的增加，從1逐漸下降，進入滯后區(qū)域，如圖7-14中曲線1所示。曲線2所示為同步電動機半載（）運行時的功率因數(shù)特性。曲線3所示為同步電動機滿載（）運行時的功率因數(shù)特性。指電動機所用交流電源的頻率，符號為f，單位為Hz。【學生】聆聽、思考、理解、記憶【教師】提問：同步電動機能夠自行啟動嗎？為什么？隨機邀請同學回答【學生】聆聽、思考、回答【教師】點評學生回答，請同學思考解決同步電動機啟動問題的方法，自由發(fā)言【學生】聆聽、思考、回答【教師】總結(jié)學生回答，播放“同步電動機的啟動”，講解同步電動機啟動的方法五、同步電動機的啟動同步電動機不能自行啟動，啟動方式主要有調(diào)頻啟動、異步啟動等。1．調(diào)頻啟動調(diào)頻啟動是在同步電動機啟動時，先將定子交流電源的頻率調(diào)節(jié)到很低，然后逐漸增加交流電源頻率，使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速同步上升直至額定轉(zhuǎn)速。調(diào)頻啟動時電動機的啟動性能較好，但由于變頻電源比較復雜，目前應用相對較少。2．異步啟動圖7-16同步電動機的啟動繞組同步電動機異步啟動的原理如圖7-17所示，啟動過程如下：（1）在啟動前，將S置于左側(cè)位置，此時勵磁繞組經(jīng)過（其阻值為原勵磁繞組阻值的10倍左右）短接。

（2）在啟動時，閉合QS，定子與啟動繞組組成一臺異步電動機，即同步電動機以異步運行的狀態(tài)加速啟動。（3）當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到同步轉(zhuǎn)速時，將S置于右側(cè)位置，即向勵磁繞組通入直流電流進行勵磁，將電動機牽入同步，同步電動機的異步啟動完成?！緦W生】聆聽、理解、思考、記憶通過講解，使學生掌握同步電動機的工作特性和啟動方法，培養(yǎng)學生認真細心、科學嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L課堂小結(jié)

（3min）