《机电传动控制》课程授课教案（授课教师：高俊）

2006至2007学年第一学期机电传动控制课程教案课程编码：10112610总学时/周学时：32 /2开课时间：2006年9月11日第1周至第9周授课年级、专业、班级：03机制（CAD/CAM)使用教材：机电传动控制高俊授课教师：开课学院：机械学院1

2006 至 2007 学年第 一学期 机电传动控制 课程 教 案 课程编码：_10112610_ 总学时／周学时： 32 /2 开课时间： 2006 年 9 月 11 日第 1 周至第 9 周 授课年级、专业、班级：_03 机制（CAD/CAM）_ 使用教材：_机电传动控制_ 授课教师：_高俊_ 开课学院： 机械学院 1

本课程教学目的本课程的教学目的是使学生了解机电传动与控制的基本原理和方法，学会用各种电机、电器、电子元器件、检测元件按一定规律组成控制执行系统，以对生产机械进行电力传动与控制。本课程教学要求1、要求学生通过本课程的学习，能掌握机电传动与控制的基本原理和方法。2、要求学生学会用各种电机、电器、电子元器件、检测元件按一定规律组成控制执行系统，以对生产机械进行电力传动与控制。本课程教学方法1、采用多媒体教学，在教学中使用一些动画或者录像仿真机电传动与控制的基本原理和方法，并且了解实际的应用，使学生感受深刻，增强真实感。2、通过做适量的习题来巩固所学理论知识。学生创新精神和实践能力培养方法本课程配有一定课时的实验，要求学生自己动手完成实验过程，掌握继电器一一接触器控制的工作原理与过程。考核方式考查课，出卷形式可以采用开卷考核，并结合实验评定综合成绩。教学参考资料1.机电传动控制，邓星钟主编，华中科技大学出版社，20012.电气自动控制，沈安俊主编，机械工业出版社，19863.电气控制技术，北京理工大学等汇编，北京理工大学出版社，19854.机床电器自动控制，陈远龄主编，重庆大学出版社，19955.机械设备电气控制，张晓莉编，东南大学出版社，1997对教案的分析总结本教案基本能根据学生基础知识与专业特点，利用多媒体教学，结合本专业，将理论知识与实践能结合起来，使学生在学习过程中明白该课程的重要性，从而增加学习的积极性和主动性。而不是为了学习而学习。化被动为主动。本电子教案将主要介绍电机与拖动基础知识：机电传动控制中最常用继电器-接触器控制、PLC控制、步进电机控制、交直流调速控制、伺服驱动控制等授课内容。2

本课程教学目的 本课程的教学目的是使学生了解机电传动与控制的基本原理和方法，学会用各种电 机、电器、电子元器件、检测元件按一定规律组成控制执行系统，以对生产机械进行电 力传动与控制。 本课程教学要求 1、 要求学生通过本课程的学习，能掌握机电传动与控制的基本原理和方法。 2、要求学生学会用各种电机、电器、电子元器件、检测元件按一定规律组成控制执行 系统，以对生产机械进行电力传动与控制。 本课程教学方法 1、采用多媒体教学，在教学中使用一些动画或者录像仿真机电传动与控制的基本原理 和方法，并且了解实际的应用，使学生感受深刻，增强真实感。 2、通过做适量的习题来巩固所学理论知识。 学生创新精神和实践能力培养方法 本课程配有一定课时的实验，要求学生自己动手完成实验过程，掌握继电器——接触器 控制的工作原理与过程。 考核方式 考查课，出卷形式可以采用开卷考核，并结合实验评定综合成绩。 教学参考资料 1．机电传动控制，邓星钟主编，华中科技大学出版社，2001 2. 电气自动控制，沈安俊主编，机械工业出版社，1986 3. 电气控制技术，北京理工大学等汇编，北京理工大学出版社，1985 4. 机床电器自动控制，陈远龄主编，重庆大学出版社，1995 5. 机械设备电气控制，张晓莉编，东南大学出版社，1997 对教案的分析总结 本教案基本能根据学生基础知识与专业特点，利用多媒体教学，结合本 专业，将理论知识与实践能结合起来，使学生在学习过程中明白该课程的重 要性，从而增加学习的积极性和主动性。而不是为了学习而学习。化被动为 主动。本电子教案将主要介绍电机与拖动基础知识；机电传动控制中最常用 继电器-接触器控制、PLC 控制、步进电机控制、交直流调速控制、伺服驱动 控制等授课内容。 2

章节目名称第1章概述教学目的了解本课程研究的对象、机电传动自动控制系统的发展与分类，本课程的安排与要求。教学内容一、机电控制技术1、概念：就是电气传动控制技术、现在也叫机电传动控制。它的主要内容就是研究各类电动机及其控制。电动机通常分两类，通用电动机和特殊用途的电动机。通用电动机将电能转换成机械能，向被驱动的机械提供动力来源。2、方法：电气传动控制系统主要有以下分类方法。按传动电动机分类为：直流电气传动和交流电气传动。按控制装置分类为：电气控制、磁放大器控制、模拟电子控制和数字控制。按调速方式分为：有级调速和无级调速。3、发展：直流电动机调速传动为主导地位变为交流电动机调速传动为主导地位。二、可编程序控制器(PLC)的特点：由于硬件结构简化、安装维修方便、编程容易、工作可靠，既可取代继电器一接触器控制系统实现逻辑顺序控制．又使电气传动向大型多功能方向延伸。三、电气控制主要研究的内容电动机的控制，电动机包括普通电动机和控制电动机，控制方法有继电器-接触器控制、PLC控制、步进电机控制、交直流调速控制、伺服驱动控制等。随着电力电子技术的发展，还会出现各种各样新的控制方法，这些方法将是数控和现代计算机控制技术的基础。教学重点教学难点教学方式及手段多媒体讲课。课外作业上网查阅机电传动与控制的发展教学后记

章节目名称 第 1 章 概述 教学目的 了解本课程研究的对象、机电传动自动控制系统的发展与分类，本课程的安排与 要求。 教学内容 一、机电控制技术 1、概念：就是电气传动控制技术、现在也叫机电传动控制。它的主要内容就是 研究各类电动机及其控制。电动机通常分两类，通用电动机和特殊用途的电动机。 通用电动机将电能转换成机械能，向被驱动的机械提供动力来源。 2、方法：电气传动控制系统主要有以下分类方法。 按传动电动机分类为：直流电气传动和交流电气传动。 按控制装置分类为：电气控制、磁放大器控制、模拟电子控制和数字控制。 按调速方式分为：有级调速和无级调速。 3、发展： 直流电动机调速传动为主导地位变为交流电动机调速传动为主导地位。 二、可编程序控制器(PLC)的特点：由于硬件结构简化、安装维修方便、编程容 易、工作可靠，既可取代继电器一接触器控制系统实现逻辑顺序控制．又使电气 传动向大型多功能方向延伸。 三、电气控制主要研究的内容 电动机的控制，电动机包括普通电动机和控制电动机，控制方法有继电器-接触 器控制、PLC 控制、步进电机控制、交直流调速控制、伺服驱动控制等。随着电 力电子技术的发展，还会出现各种各样新的控制方法，这些方法将是数控和现代 计算机控制技术的基础。 教学重点 教学难点 教学方式及手段 多媒体讲课。 课外作业 上网查阅机电传动与控制的发展 教学后记 3

节目名称第2章机电传动系统的动力学基础教学目的掌握机电传动系统的运动方程式，并学会用它来分析与判别机电传动系统的运行状态；了解典型生产机械的机械特性；掌握机电传动系统稳定运行的条件，并学会用它来分析与判别系统的稳定平衡点。教学内容一、机电传动系统的运动方程式关于转矩正方向的约定：设电动机某一转动方向的转速n为正，则约定电动机转矩T,与n一致的方向为正向，负载转矩T与n相反的方向为正向。根据上述约定就可以从转矩与转速的符号上判定T，与T的性质：二、转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算1、可得折算到电动机轴上的负载转矩2、转动惯量和飞轮转矩的折算三、生产机械的机械特性1、恒转矩型机械特性2、离心式通风机型机械特性3、直线型机械特性4、恒功率型机械特性四、机电传动系统稳定运行的条件(1)电动机的机械特性曲线n=f（T）和生产机械的特性曲线n=f（TL)有交点（即拖动系统的平衡点)；(2)当转速大于平衡点所对应的转速时，TTL，即若于扰使转速下降，当于扰消除后应有Tx-T>0。教学重点1、运用运动方程式判别机电传动系统的运行状态2、运用稳定运行的条件来判断机电传动系统的稳定运行点教学难点1.机电传动系统中各转矩及转速方向与取值符号的关系2．判断系统的稳定运行点教学方式及手段多媒体讲课课外作业P132.1~2.5教学后记

节目名称 第 2 章 机电传动系统的动力学基础 教学目的 掌握机电传动系统的运动方程式，并学会用它来分析与判别机电传动系统的运行状态；了解 典型生产机械的机械特性；掌握机电传动系统稳定运行的条件，并学会用它来分析与判别系 统的稳定平衡点。 教学内容 一、机电传动系统的运动方程式 关于转矩正方向的约定：设电动机某一转动方向的转速n为正，则约定电动机转 矩TM与n一致的方向为正向，负载转矩TL与n相反的方向为正向。根据上述约定就 可以从转矩与转速的符号上判定TM与TL的性质： 二、转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算 1、可得折算到电动机轴上的负载转矩 2、转动惯量和飞轮转矩的折算 三、生产机械的机械特性 1、恒转矩型机械特性 2、离心式通风机型机械特性 3、直线型机械特性 4、恒功率型机械特性 四、机电传动系统稳定运行的条件 (1)电动机的机械特性曲线n=f(TM)和生产机械的特性曲线n=f(TL)有交点(即 拖动系统的平衡点)； (2)当转速大于平衡点所对应的转速时，TM TL，即 若干扰使转速下降，当干扰消除后应有TM - TL >0。 教学重点 1、 运用运动方程式判别机电传动系统的运行状态 2、运用稳定运行的条件来判断机电传动系统的稳定运行点 教学难点 1. 机电传动系统中各转矩及转速方向与取值符号的关系 2. 判断系统的稳定运行点 教学方式及手段 多媒体讲课 课外作业 P13 2．1~2．5 教学后记 4

章节目名称第3章直流电动机的工作原理及特性电机结构及工作原理教学目的在了解直流电动机基本结构的基础上，着重掌握直流电动机的基本工作原理，特别应掌握转矩方程式、电势方程式和电压平衡方程式。教学内容一、直流电动机的基本工作原理直流电动机的基本工作原理是建立在电磁感应和电磁力的基础上的。主要由磁极、电枢、电刷及换向片（又称整流子或转换器）等三大部分构成。二、直流自动调速系统的分类：1、普通直流电动机的调速系统和控制用直流伺服电动机的调速系统。2、开环（手动）调速系统和闭环（自动）调速系统：单闭环调速系统和双闭环调速系统。三、在直流电动机中，根据磁场产生的方式不同：永磁式：磁极是永磁体电磁式：磁极是励磁线圈他励式：励磁绕组和电枢绕组分别由两个电源提供并励式：励磁绕组和电枢绕组并联后由一个电源提供串励式：励磁绕组和电枢绕组串联后由一个电源提供复励式：两个励磁绕组，一个和电枢并联，一个串联，一个电源供电教学重点1.直流电机的工作原理2.直流电机的励磁方式教学难点直流电机的励磁教学方式及手段多媒体讲课，动画演示课外作业P403.1~3.3教学后记5

章节目名称 第 3 章 直流电动机的工作原理及特性 电机结构及工作原理 教学目的 在了解直流电动机基本结构的基础上，着重掌握直流电动机的基本工作原 理，特别应掌握转矩方程式、电势方程式和电压平衡方程式。 教学内容 一、直流电动机的基本工作原理 直流电动机的基本工作原理是建立在电磁感应和电磁力的基础上的。主要由磁 极、电枢、电刷及换向片(又称整流子或转换器)等三大部分构成。 二、直流自动调速系统的分类： 1、普通直流电动机的调速系统和控制用直流伺服电动机的调速系统。 2、开环(手动)调速系统和闭环(自动)调速系统；单闭环调速系统和双闭环调速 系统。 三、在直流电动机中，根据磁场产生的方式不同： 永磁式：磁极是永磁体 电磁式：磁极是励磁线圈 他励式：励磁绕组和电枢绕组分别由两个电源提供 并励式：励磁绕组和电枢绕组并联后由一个电源提供 串励式：励磁绕组和电枢绕组串联后由一个电源提供 复励式：两个励磁绕组，一个和电枢并联，一个串联，一个电源供电 教学重点 1. 直流电机的工作原理 2. 直流电机的励磁方式 教学难点 直流电机的励磁 教学方式及手段 多媒体讲课，动画演示 课外作业 P40 3．1~3．3 教学后记 5

章节目名称第3章直流电动机的工作原理及特性机械特性教学目的掌握直流电动机的机械特性，特别是人为机械特性；学会用机械特性的四个象限来分析直流电动机的运行状态。教学内容一、他励直流电动机的机械特性转速特性n=f(Ia),1.固有机械特性2．人为机械特性二、串励直流电动机的机械特性三、复励直流电动机的机械特性四、他励直流电动机的启动特性教学重点1.直流电机的机械特性2.他励直流电动机的启动特性教学难点直流电动机在各种运行状态下电磁转矩、负载转矩、转速、电枢电流和电势等符号的确定教学方式及手段多媒体讲课课外作业P403.4~3.16教学后记

章节目名称 第 3 章 直流电动机的工作原理及特性 机械特性 教学目的 掌握直流电动机的机械特性，特别是人为机械特性；学会用机械特性的四个象限 来分析直流电动机的运行状态。 教学内容 一、他励直流电动机的机械特性 转速特性 n=f(Ia)， 1． 固有机械特性 2． 人为机械特性 二、串励直流电动机的机械特性 三、复励直流电动机的机械特性 四、他励直流电动机的启动特性 教学重点 1.直流电机的机械特性 2.他励直流电动机的启动特性 教学难点 直流电动机在各种运行状态下电磁转矩、负载转矩、转速、电枢电流和电势等符 号的确定 教学方式及手段 多媒体讲课 课外作业 P40 3．4~3．16 教学后记 6

章节目名称第3章直流电动机的工作原理及特性直流他励电动机启动、调速、制动教学目的掌握直流电动机调速和制动的各种方法以及各种方法的优缺点和应用场所学会根据他励直流电动机的铭牌技术数据，确定电动机启动等运行状态。教学内容一、直流他励电动机的调速特性1.改变电枢电路外串电阻Rad2.改变电动机电枢供电电压U3.改变电动机主磁通二、直流他励电动机的制动特性1.反馈制动2.反接制动电源反接，倒拉反接3.能耗制动三、电机铭牌数据的含义教学重点1、他励直流电动机的调速特性2、直流电动机的制动教学难点1、调压调速2、反馈制动、倒拉制动教学方式及手段多媒体讲课。课外作业P403.17~3.21教学后记

章节目名称 第 3 章 直流电动机的工作原理及特性 直流他励电动机启动、调速、制动 教学目的 掌握直流电动机调速和制动的各种方法以及各种方法的优缺点和应用场所； 学会根据他励直流电动机的铭牌技术数据，确定电动机启动等运行状态。 教学内容 一、直流他励电动机的调速特性 1．改变电枢电路外串电阻 Rad 2．改变电动机电枢供电电压 U 3．改变电动机主磁通 二、直流他励电动机的制动特性 1．反馈制动 2．反接制动 电源反接，倒拉反接 3． 能耗制动 三、电机铭牌数据的含义 教学重点 1、 他励直流电动机的调速特性 2、直流电动机的制动 教学难点 1、 调压调速 2、 反馈制动、倒拉制动 教学方式及手段 多媒体讲课。 课外作业 P40 3．17~3．21 教学后记 7

章节目名称第5章交流电动机的工作原理及特性电机结构及工作原理教学目的了解异步电动机的基本结构和旋转磁场的产生：掌握异步电动机的工作原理。教学内容一、三相异步电机的结构和工作原理1、结构：定子、转子2、工作原理：旋转磁场的产生3、旋转方向、旋转速度、转差率4、磁极数与旋转速度的关系二、定子绕组线端连接方式1、星形连接2、三角形连接教学重点1、旋转磁场2、转差率、磁极对数与转速的关系3、星、三角连接教学难点1、旋转磁场的产生2、星、三角的连接教学方式及手段多媒体讲课课外作业P885. 1~5.5教学后记

章节目名称 第 5 章 交流电动机的工作原理及特性 电机结构及工作原理 教学目的 了解异步电动机的基本结构和旋转磁场的产生；掌握异步电动机的工作原 理。 教学内容 一、 三相异步电机的结构和工作原理 1、结构：定子、转子 2、工作原理：旋转磁场的产生 3、旋转方向、旋转速度、转差率 4、磁极数与旋转速度的关系 二、 定子绕组线端连接方式 1、星形连接 2、三角形连接 教学重点 1、 旋转磁场 2、 转差率、磁极对数与转速的关系 3、 星、三角连接 教学难点 1、 旋转磁场的产生 2、 星、三角的连接 教学方式及手段 多媒体讲课 课外作业 P88 5．1~5．5 教学后记 8

章节目名称第5章交流电动机的工作原理及特性定子电路、转子电路及机械特性教学目的掌握异步电动机的工作原理，机械特性：学会用机械特性的四个象限来分析异步电动机的运行状态。教学内容一、定子电路分析1、定子和转子电路的感应电势、相电路图2、转子电路分析3、三相异步电机的额定数据4、三相异步电机的能流图二、机械特性1、三相异步电机的转矩2、机械特性：固有特性、人为机械特性1）降低电动机电源电压时的人为特性2）定子电路接入电阻或电抗时的人为特性3）改变定子电源频率时的人为特性4）转子电路串电阻时的人为特性教学重点1.异步电动机的机械特性2.异步电动机的铭牌数据、额定值的含义教学难点1、电路分析2、人为机械特性教学方式及手段多媒体讲课课外作业P885.6~5.8教学后记9

章节目名称 第 5 章 交流电动机的工作原理及特性 定子电路、转子电路及机械特性 教学目的 掌握异步电动机的工作原理，机械特性；学会用机械特性的四个象限来分析 异步电动机的运行状态。 教学内容 一、 定子电路分析 1、定子和转子电路的感应电势、相电路图 2、转子电路分析 3、三相异步电机的额定数据 4、三相异步电机的能流图 二、 机械特性 1、三相异步电机的转矩 2、机械特性：固有特性、人为机械特性 1）降低电动机电源电压时的人为特性 2）定子电路接入电阻或电抗时的人为特性 3）改变定子电源频率时的人为特性 4）转子电路串电阻时的人为特性 教学重点 1. 异步电动机的机械特性 2. 异步电动机的铭牌数据、额定值的含义 教学难点 1、 电路分析 2、 人为机械特性 教学方式及手段 多媒体讲课 课外作业 P88 5．6~5．8 教学后记 9

章节目名称第5章交流电动机的工作原理及特性启动、调速及制动特性教学目的掌握异步电动机的启动、调速及制动的各种方法、特点与应用：了解单相异步电动机的工作原理和启动方法。教学内容一、三相异步电动机的启动特性1、电机启动要求2、鼠笼式电机启动方法1）直接启动（全压启动）2）电阻或电抗器降压启动3）星-三角降压启动4）自耦变压器降压启动5）延边三角形启动2、线绕式异步电机启动1）逐级切除启动电阻法2）频敏变阻器启动法二、调速特性调压、转子电路串电阻、改变磁级对数、变频调速三、制动特性反馈制动、反接制动、倒拉制动、能耗制动四、单相异步电机介绍教学重点1、异步电动机几种启动方法的优缺点2、异步电动机变频调速和变极对数调速的优缺点教学难点1、交流异步电动机的制动过程2、变频调速教学方式及手段多媒体讲课课外作业P895.8~5.20教学后记10

章节目名称 第 5 章 交流电动机的工作原理及特性 启动、调速及制动特性 教学目的 掌握异步电动机的启动、调速及制动的各种方法、特点与应用；了解单相异 步电动机的工作原理和启动方法。 教学内容 一、 三相异步电动机的启动特性 1、电机启动要求 2、鼠笼式电机启动方法 1）直接启动（全压启动） 2）电阻或电抗器降压启动 3）星-三角降压启动 4）自耦变压器降压启动 5）延边三角形启动 2、线绕式异步电机启动 1）逐级切除启动电阻法 2）频敏变阻器启动法 二、 调速特性 调压、转子电路串电阻、改变磁级对数、变频调速 三、 制动特性 反馈制动、反接制动、倒拉制动、能耗制动 四、单相异步电机介绍 教学重点 1、 异步电动机几种启动方法的优缺点 2、异步电动机变频调速和变极对数调速的优缺点 教学难点 1、 交流异步电动机的制动过程 2、 变频调速 教学方式及手段 多媒体讲课 课外作业 P89 5．8~5．20 教学后记 10