交流发电机工作原理教案

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交流发电机工作原理教案(2学时)课题§2．2交流发电机工作原理课型理论（含实践）课型理论（含实践）课型理论（含实践）教材与参考书《汽车电气设备构造与维修》周建平人民交通出版社《汽车电器设备构造与维修》纪光兰机械工业出版社教学设计理念遵循“以能力为本位，以学生为中心，以行业为导向”的先进职教理念，突出教学内容的实用性、针对性、先进性，知识“必须、够用”、突出技能、能力培养。教师是学生学习过程的组织者和专业对话伙伴，充分利用实物、多媒体教学等手段及各种教学方法，尽量调动学生主动性、积极性，培养其发现问题、分析问题、解决问题的能力。学情分析学生接触本课程不久，再加上学生的物理学、电工电子技术的基础有好有差。电又是“看不见摸不着”，有电老虎之说。利用对比法、甚至不十分确切的类比，如：电流如水流、电压如水头、二极管类比单向阀门、三极管是“水龙头”等；使“电”虽然看不到摸不着，但可想象的到。重点、难点内容由浅入深、循序渐进，适当重复讲解；使学生对所学内容最终能够脉络清晰、灵活运用、举一反三。教学目标1、本讲目标：掌握交流发电机发电、整流原理，训练发散、逻辑思维能力及想象能力；2、单元能力目标：运用交流发电机的发电、整流原理、工作特性、分析典型车系电源系电路，指导电源系使用维护及检修。3、课程及岗位能力目标：全车电路图读图、全车线路检修；交流发电机波形分析，汽车电源系元器、件改装、替代等。重点六管发电机整流原理难点八管发电机整流电路教学方法简介、重点介绍、重点讲解、对比分析、启发分析、归纳小结、多媒体知识能力拓展1、收集汽车电源系新技术、发电机波形诊断方面的资料；2、了解混合动力及电动汽车的电源型式与供电管理；3、了解车载220伏交流电源原理；有兴趣者在辅导时或课余与教师探讨。目标测试1、作业题2、资料收集与思考、探讨课前准备实物、多媒体课件等第1页 教学过程设计教师活动学生活动助教手段时间min（一）、总结旧课、导入新课提问：1、交流发电机的组成：出示零部件实物提问名称、作用；2、简要复述电枢、转子、整流器结构；3、画出发电机内部电路图，引出交流发电机发电整流原理。1、回答2、讨论：发电机内部电路连接。实物展示5(二)、新课§2.2交流发电机工作原理一、发电原理：简介交流市电发电、供电情况，动画演示、对比法等详述汽车交流发电原理。（动画1）互动:引导、启发、对比、发问等。1、想象：快速构建一个简易交流发电机模型2、掌握三相交变电动势的产生及特点：幅值、频率、周期、相位差。动画、PPT课件10二、　整流原理1、二极管的导通原则2、整流过程分析（动画2）3、定子绕组的“△”连接4、中性点电压UN互动:二极管的共负极、正极连接，交直流的转换点，Y、△连接比较，UN的用途等。第一节小结答疑1、回忆电工电子课讲的二极管的用途。2、想象、记录t1-t2、…各时段的整流等效电路3、Y、△连接比较、UN的用途？动画、PPT课件255三、交流发电机的激磁方式1、先它激后自激2、内、外搭铁型发电机互动：为什么交流发电机不能自激建压？内、外搭铁型发电机如何相互改代？结论：…思考、回答：1、为什么交流发电机不能自激建压？2、内、外搭铁型发电机如何相互改代？实物：内、外搭铁发电机10四、八管发电机整流电路对比法、动画等阐述交流三次谐波分量及整理原理。想象：把发电机拆分为多台并联的发电机。动画、15五、九管交流发电机整流电路简介两个六管发电机叠加（怎样叠加的?）动画5六、十一管交流发电机整流电路简介八管、九管交流发电机迭加（怎样迭加的?）动画5七、总结：本次课的主要内容。10八、目标测试题第2页 教学内容（章节备课）（一）、复习旧课、导入新课1、提问：出示实物，回答名称、功用。2、总结：交流发电机的构造爪极：鸟嘴形：产生近似与正弦波的交流电动势转子励磁绕组：有电流通过，产生磁场滑环轴三相绕组：产生相位相差120度，大小相等的三相交流电动势定子连接有三角连接和星形连接两种。以星形连接为主。铁心：由硅钢片叠压而成整流器：将三相绕组产生的交流电变为直流电。主要元件：二极管主要利用了二级管的单向导电性。前后端盖：由非导磁材料铝合金制成。特点：漏磁少，质量轻，散热性能好。版图1：（略）3、引入新课请同学们想象电池充电器原理：交流220V市电经变压器降压→发电机电枢绕组交变电动势、整流电路→整流器、控制电路→调压器，下面介绍交流发电机发电、整流原理。(二)、新课§2.2交流发电机工作原理一、发电原理交流发电机的发电原理如图所示。（动画1）互动：交流市电发电、供电简要介绍发电机就是一台利用法拉第电磁感应原理驱动电荷的“电荷泵”。第3页 1、发电机内部有一个由发动机带动转子（旋转磁场）2、磁场外有一个定子绕组,绕组有3相绕组，3相绕组彼此相隔120度3、当转子旋转时，旋转的磁场使固定的电枢绕组切割磁力线（或者说使电枢绕组中通过的磁通量发生变化）而产生交变电动势。互动：为什么定子绕组要均匀错开120度布置？　　（1）定子3相绕组感生电动势的大小为：　　　eu=Emsinωt=1.414Eφsinωtev=Emsin（ωt-2／3π）=1.414Eφsin（ωt-2／3π）ew=Emsin（ωt+2／3π）=1.414Eφsin（ωt+2／3π）　　其中：Em-每相电动势的最大值　　ω-电角速度　　f-交流电动势的频率（为转速的函数）　　p-磁极对数　　n-发电机转速（r/min）　　Eφ-每相电动势的有效值　　（2）定子每相电动势的有效值　　K-绕组系数(和发电机定子绕组的绕线方法有关)　　N-每项匝数（匝）　　φ-每极磁通（Wb）　　Ce-电机结构常数互动：　如此每一时刻三相绕组与整流桥连接的A、B、C三点电位总有一最高和最低，另一个介入高低之间。二、整流原理交流发电机定子的三相绕组中，感应产生的是交流电，是靠六只二极管组成的三相桥式整流电路变为直流电的。二极管具有单向导电性,当给二极管加上正向电压时,二极管导通,当给二极管加上反向电压时,二极管截止,二极管的导通原则如下:　　1、二极管的导通原则　　　　板图2当三只二极管负极端相连时，正极端电位最高者导通；当三只二极管正极端相连时，负极端电位最低者导通。第4页 　　互动：二极管导通后公共的负极或正极分别被钳位、约8V或-9V，其他两支二极管均反向偏置。2、整流过程分析　三相桥式整流电路及电压波形见（动画2）（1）、整流时二极管导通条件：　　①对于三个正极管子（D1、D3、D5正极和定子绕组始端相联），在某瞬时，电位最高一相的正极管导通。　　②对于三个负极管子（D2、D4、D6负极和定子绕组始端相联），在某瞬时，电位最低一相的负极管导通。　　但同时导通的管子总是两个，正、负管子各一个。（2）、整流过程　　看一下动画　　三相桥式整流电路中二极管的依次循环导通,使得负载RL两端得到一个比较平稳的脉动直流电压，线电压的平均值。互动：正负二极管是交直流的“楚河汉界”，内为三相交流、外是直流B→E；试画出任意时刻的等效电路：第5页 e（最高）→相接的正极管→B↑↓↑负载e（最低）←相接的负极管←↓E3、定子绕组的“△”连接（见于通用别克）三角形接法中：三相绕组首尾分别为euax、evby、ewcz，它们依次首尾相接，则一种情况是与整流桥连接的A、B、C三点的电位最高的是eua、次之的是evy、最低的是eux，eu和ev+ew并联后经VD1、VD4整流输出，负载上获得的是相电压的平均值。较之“Y”连接，“△”连接低速充电性能差，但相同条件下输出电流大，即带负载的能力强。互动：请同学们自行分析其它几种整流输出情况。版图3　　4、中性点电压UN　有的发电机具有中性点接线柱，如图是从三相绕组的中性点引出来的，标记为“N”。输出电压为UN，称为中性点电压版图4每一时刻负半波且电位最低的那一相绕组的电压先由N直接输出后经与该相绕组连接的负极管回到本相绕组。第6页 等效电路：e（最低）→UN↓↑负载↓←相应的负极管←E　　带有中性点接线柱的发电机可用中性点电压来控制各种用途的继电器，如充电指示灯继电器。有的六管发电机为简化结构、八、十一管发电机中性点另有它用，设置有P接柱、接动画2之u或v或w：UP=UN用于发电机发电和转速检测参考动画2其整流原理(P如果接u)是：①、eu（正半波）→UP→负载→E→VD4/VD6→ev/ew→eu②、ev-eu（eu、ev同为负半波且ev更低）→UP→负载→E→VD4→ev③、ew-eu（eu、ew同为负半波且ew更低）→UP→负载→E→VD6→ew互动（小结）：UB：三相全波桥式整流所得。UN＝1／2UB：三相半波桥式整流所得Up＝UN：三相部分全波桥式整流所得。三、交流发电机的激磁方式先它激后自激：为什么交流发电机不能自激建压？磁场绕组（两只电刷）和发电机的联接不同，使发电机分为内搭铁型和外搭铁型两种　1、内搭铁型发电机：磁场绕组负电刷直接搭铁的发电机（和壳体直接相连）。见板图5（略）2、外搭铁型发电机：磁场绕组的两只电刷都和壳体绝缘的发电机。磁场绕组负极（负电刷）接调节器，通过后再搭铁。见板图6（略）互动：内、外搭铁型发电机如何相互改代？四、八管发电机整流电路（丰田、本田车系）1、8管交流发电机和6管交流发电机的基本机构是相同的，所不同的是整流器有8只硅整流二极管，其中6只组成三相全波桥式整流电路，还有2只是中性点二极管，1只正极管接在中性点和正极之间，1只负极管接在中性点和负极之间。对中性点交流三次谐波电压进行全波整流。试验表明：加装中性点二极管的交流发电机在结构不变的情况下可以提高发电机的功率10%～15%。互动：中性点二极管提高发电机功率的原理：　　其实，eu=Em1sinωt+Em2sin2ωt+Em3sin3ωt+…ev=Em1sin（ωt-2／3π）+Em2sin2（ωt-2／3π）+Em3sin3（ωt-2／3π）+…ew=Em1sin（ωt+2／3π）+Em2sin2（ωt+2／3π）+Em3sin3（ωt+2／3π）+…其中：Em1＞Em2＞Em3，Em3以后的可忽略，eu3、ev3、ew3相位相同。第7页 所以交流发电机中性点有交流三次谐波电压叠加：en3=Em3sin3ωt随着发电机转速的提高，中性点交流三次谐波叠加电压也升高。见板图7当中性点电压瞬时值高于三相绕组的最高值时，中性点正极管导通对外输出电流；电流回路为：中性点→中性点正极管→负载→三只负极管→定子绕组→中性点。当中性点电压瞬时值低于三相绕组的最低值时，中性点负极管导通对外输出电流；电流回路：中性点→定子绕组→三只正极管→负载→中性点负极管→中性点。见动画3由于中性点参与了对外输出，所以能提高输出功率。板图7动画3注意：板图7中的三次谐波叠加之交流电压的正方向与动画2中的eu、ev、ew的规定相反。第8页 五、九管交流发电机整流电路简介（在讲日产车系带IC调节器整体式发电机时详述）九管交流发电机的整流器是由6只大功率整流二极管和3只小功率励磁二极管组成的交流发电机。互动：目的是为了控制充电指示灯。它激时蓄电池经充电指示灯和调节器励磁，灯亮；发电机发电自激后，UB=UD，充电指示灯两端等电位，灯熄。动画4(l略)六、十一管交流发电机整流电路简介（在讲大众、奥迪车系带IC调节器整体式发电机时详述）十一管交流发电机兼有八管、九管交流发电机的特点和作用,其工作原理动画所示。桑塔纳、奥迪车系、丰田皇冠等轿车均装有此类发电机。七、总结：事物都有其因果关系，“不行春风，难得秋雨”；汽车发电机就是一台能量转换装置，转子的旋转磁场是“因”、定子绕组感应的三相交变电势是“果”；二极管的单向导通性及不同数量、不同接法可获得不同的整流输出电压。六管：UB、UN、UP；八管UB、九管、十一管等。本次课的主要内容：…动画5(略)八、目标测试1、作业题①、简述交流发电机发电、整流原理并画出六个时段的发电、整流等效电路图。②、画出内、外搭铁型发电机电路图，怎样相互改代？③、中性点直流电压有什么用途？八管交流发电机中性点二极管的作用是什么？2、拓展：①、收集汽车电源系新技术、发电机波形诊断方面的资料；②、了解混合动力及电动汽车的电源型式与供电管理；③、了解车载220伏交流电源原理；有兴趣者在辅导时或课余与教师探讨。附：本节后续内容1、交流发电机工作特性；2、无刷交流发电机；3、带泵交流发电机、汽车双整流发电机、别克轿车发电机。第9页