地理教案：新能源的开发利用（推荐5篇）

第一篇：地理教案：新能源的开发利用

教学目标

通过复习使学生了解新能源开发利用的重要性和必要性；通过观看录像等多种媒体了解新能源的种类及主要特点，知道世界新能源的分布与使用概况。初步形成资源观。

教学建议

教材分析

本节主要讲述两大内容，一是新能源开发利用的重要性和必要性，二是介绍目前正在开发利用中的四种新能源。

在“为什么寻找新能源”一段中，首先介绍了主要的能源来源；从煤、石油和天然气等矿产燃料的非可再生性出发，说明寻找新能源的必要性及主要的新能源类型。

对于“核能”，教材侧重其能量大、现在的利用情况；对于“太阳能”、“风能”、“生物能”的讲述，都侧重清洁、可再生性，并简单的介绍目前的利用情况。

教法建议

对于“为什么寻找新能源”，首先应简单介绍能源的概念，启发学生思考回答目前人类主要使用的能源，包括水能和矿物燃料，再利用想一想中提供的题目，启发学生自己分析开发新能源的重要性和必要性。然后让学生说一说，知道的新能源类型。

对于课文提到的四种新能源类型，可以在学生活动的基础上，通过图片、录像、vcd等多种媒体，使学生较为直观地、比较深入地了解各种新能源的特点和利用情况。对于风能和生物能，应该完成从一般的应用到发电的过程。同时利用比较法使学生更清晰地了解各种新能源的特点。如果课时较紧，可以选区本地区比较突出的新能源进行较为详细地介绍。总之，应该以学生直观的感受为主设计本课，以知识的了解为主。

教学设计示例1 【教学重点】利用新能源的意义及主要的新能源特点

【教学手段】

录像：大亚湾核电站、沼气池、太阳能、潮汐发电、风车提水和发电等 计算机课件：（1）世界现有煤、石油、天然气使用时间表；（2）石油、煤、天然气污染表；（3）核电站与火电站用原料的比较；（4）我国主要核电站的位置图；（5）太阳能电站的图片；（6）风车提水、风力发电图片；（7）沼气使用图片；（8）生态农业示意图；（9）其它新能源； 【教学过程 】

（提问）学过的自然资源中不可再生的有什么？（生回答）

（引导）我们讲过的矿产资源是不可再生的，如煤、石油、天然气等，现在地球上储存的煤油气还可以使用的多少年呢？见表格（投影片1）

（讲解）为什么我们特别在乎这几种矿产资源呢？因为使我们的机器能转、使人类有光明和温暖，我们称这种可以提供能量的自然资源为能源。从在人类发展过程中，它们是非常重要的能源，但是在使用过程中，它们也带来了许多问题

（投影片2）煤、石油、天然气的污染

（承转）为了避免污染，同时为了在现有的能源发生危机之前，人们开始寻找更清洁、可以再生的能源。你知道有什么吗？（学生回答）（板书）第五节

一、寻找新能源的意义

二、主要的新能源

（引导）这些新能源是怎样提供能源的呢？先请大家看一段录像（大亚湾核电站的录像）

（提问并出示投影片3）核能发电与煤炭发电有何不同？

（学生讨论回答，教师补充总结）核电清洁；原料运输量小，运输方便；所以适于建在缺少煤、石油等能源，可是需要能源又很多的地方，如中国的大亚湾和秦山核电站

（投影片4）找两地的位置

（过渡）核电这么好，为什么我们不多建一些？（生思考回答：有污染、核原料不可再生、需要技术水平高等）那你认为那种新能源可以避免这些问题？引入太阳能。（讲解）太阳是地球的能量源泉，地球每秒钟接受的太阳能相当于燃烧550万吨煤炭的能量，我们日常生活中就有许多地方利用了太阳能，你知道吗？（生回答：）但是太阳能有一个不利就是---太分散了，怎么办？（生回答：太阳能电池、太阳灶等）

（投影片5或录像）太阳能利用图片或录像

（引导思考）风能与太阳能相比有相似的地方，你知道最早人们是如何利用风能的吗？（生回答：航海、风车提水等）（投影片6或录像）风能的利用

（提问）不是所有的地方、任何时间都能利用风能的，为什么？（没风的地方或风力小的时候）所以，风力发电应在风大的、较稳定的地方

（讲解）有一种能源，人类很早甚至猿人都会用的是（烧树枝等获得热量），在我国广大农村或世界上一些落后的地区，现在仍然大量使用，这样会造成什么问题？（生思考回答：数少了，荒漠化、水土流失等）如何解决这个问题呢？什么是农村理想的能源呢？（投影片7或录像）沼气的使用（投影片8）生态农业示意图

（讲解）人们寻找的新能源还有：潮汐发电、海洋温差发电、垃圾回收发电等（投影片9）其它新能源图片

（教师小结）今天我们讲解了许多新能源，其实说“新”只是一个相对的含义，主要是指利用时间较短或不能大规模利用其发电，任何一种能源都有限制因素。在我们还没有找到更合适的新能源之前，我们还必须要保护和节约利用煤油气等能源。

【设计思想】

本节课的内容对学生来说并不陌生。在日常生活中他们有较多了解，可以多启发学生自己回答，对于一些学生不太明确的问题，比如能源的含义、沼气（城市学生了解少）等，教师迎接和录像等媒体进行讲解，增加学生的感性认识。对于开发新能源的意义，从矿产资源的不可再生新入手，从旧知引出新知，同时使学生了解问题的紧迫性和重要性。对于各种新能源的利用情况，采取投影片最好是录像教学，使学生能够充分认识到，每种新能源的使用过程、限制条件、特点等，最终的结果是使学生认识煤、石油、天然气资源在目前仍是不可完全替代的，使学生有一种资源意识和危机感。【板书设计 】

二、主要的新能源 教学设计示例2 【教学重点】利用新能源的意义及主要新能源的特点 【教学难点 】核能

【教学手段】计算机课件：ppt演示文稿；录像--原子弹的威力

【教学过程 】

（引入）上节课学习了矿产资源，知道矿产资源是非可再生资源，不管我们怎样保护和节约利用，终有用完之时，对此，我们怎么办？

（教师可鼓励学生发挥想象创新思维，多想解决办法，如回收废旧工业品，寻找新的代替品等等。）

（承转）对于一些将要耗尽的矿产资源，寻找新的替代品是一条重要的解决办法。本节课我们就来学习寻找新能源的有关知识。

（讲述）我们生活中用的煤、石油、电就是能源。煤、石油可燃烧产生热能，电可使电灯发光，使机器运转，产生光能和动能。总之，凡是能够产生能量的物质，就是能源。

（提问导学）

读“为什么要寻找新能源”，思考：

1、目前人类大量使用的能源主要有哪些？

2、哪些能源面临枯竭，为什么？

3、水力资源可否再生，是否污染环境？

4、能否用水力资源代替其他所有的能源？为什么？

5、现在科学家已找到了哪些新能源？

（小结）目前常用的几种能源，煤、石油、天然气是非可再生能源，而且污染环境，水力资源虽可再生，又无污染，但储量有限，分布不均。为了防止矿产燃料枯竭后出现的能源危机，也为了找到一些能够持续利用，又不污染环境的优质能源，科学家正在不断研究和寻找新能源。

（展示）原子弹的图片。核能也称作原子能，它主要来自铀矿石的核燃料。同学们都知道原子弹，现在就请看原子弹爆炸的图片。（原子弹爆炸的录像）原子弹具有很大的威力。美国投向日本的两颗原子弹虽加快了日本政府的投降，但给日本人民带来了深重灾难，而日本人民是无罪的。世界上绝大多数的科学家研究原子能是为了用于发展生产，他们建造核电站是为人类开发新的能源。

（讲述）1千克铀的原子核所释放出来的热量，大约相当于3570吨（3570000千克）煤燃烧时所放出的热量。建造一座发电量为100万千瓦的电站，如果是核电站，每年需要补充的核燃料为30吨，六辆解放牌载重汽车就可运进。如果是烧煤的火力电站，每年要消耗300多万吨煤。运输这些煤炭，平均每天要开三列火车，每列火车挂40节车皮；或是每天要开一艘万吨级的轮船。（展示）核电站的图片。建造核电站技术难度很大。目前世界上许多发达国家建有很多核电站，如美国、法国、日本等国家。我国虽属发展中国家，但在核能利用技术上也处于世界领先水平，已建造了两座核电站（秦山、大亚湾）。（归纳）核能能量巨大，核燃料运输量小。但是建造核电站技术难度大，目前在广大发展中国家还没有大规模利用。预计在不久的将来，核能利用技术将为更多的国家掌握。因此核能是具有重要发展前途的新能源。（自学）自学“太阳能”一段，思考太阳能的特点和开发利用。（提问）

1、太阳能有哪些优点？

2、你在生活中怎样利用太阳能？这种利用方式是“新”方式吗？

3、现在人们利用太阳能的新方式有哪些？

4、利用太阳能供热发电的原理是什么？（展示）太阳灶图片。

（实验）用灯光当“太阳”，用放大镜聚光点燃纸片。（结论）聚光镜原理能聚集太阳能。（展示）太阳能利用的图片。

（引导提问）生活中哪些现象说明风具有能量？（提问）你知道哪些地区风力较强？

（讲述）陆地上能够利用风力发电的地方，主要在常年风力较强的沿海和内陆高原。我国一些牧民和海岛已利用风力发电，满族照明、看电视等用电的需要。（展示）风能利用的图片（讲述）一切生物都具有能量。人们用牛、马拉车，用柴草做饭，就是在利用生物能。这是人们常见的古老的利用生物能的方式。现在人们进一步利用生物材料制取沼气，因此，人们也把生物能叫做新能源。

（展示）沼气池的图片，让学生根据图片说明沼气的制取和利用过程。（讨论）使用沼气对农民生活和生产有哪些好处？

（引导）若农村不用沼气，则农民需用大量煤炭或柴草、秸秆作燃料，由此将加剧煤炭紧张，引发伐木割草，破坏植被等后果，同时因秸秆不能还田，造成土壤肥力下降，农业减产。而使用沼气则可克服上述问题。此外还有美化环境等好处，清洁卫生，有利于农民生活和健康。

（展示）地热、潮汐能的利用的图片。除了上面我们学习的这些能源属于新能源，还有一些新能源目前利用也比较广泛，如地热能、潮汐能等等。【板书设计 】

一、寻找新能源的重要性

二、核能

三、太阳能

四、风能

五、生物能

探究活动

利用课余时间调查家乡或学校附近农村利用沼气的情况，写一篇地理小论文，并在年级里组织评比活动。调查提纲：

1、该组（村、乡）共有多少户人家，有多少农户建有沼气池，是因为什么原因修建的？

2、已建沼气池仍在使用的有多少家？利用情况怎样？

3、请农民谈利用沼气的好处和缺点。

4、学生整理以上材料，分析目前利用沼气的问题，提出解决办法，展望沼气利用的前景。

第二篇：建筑节能与新能源的开发利用

建筑节能与新能源的开发利用

随着经济的快速发展，中国已经成为仅次于美国的世界第二大能源消费国，能源供应与消费之间的矛盾日益突出，环境质量日趋恶化，并已经成为制约我国经济和社会进一步发展的最大障碍。因此，国家已把节约能源、保护环境作为我国实现可持续发展的基本国策。

节约能源保护环境功在当代，利在千秋，国家采取了一系列行之有效的措施，尤其是建筑行业节能效果更为显著。我国的建筑节能经历了以下几个发展阶段：1996年前，居住性建筑执行1980～1981年的设计标准，能耗大，每平方米耗能约25公斤标煤，基本不属于节能建筑。1996年至2000年有部分执行节能30%的设计标准，能耗20公斤标煤；2000年后执行国家节能50%的设计标准，能耗指标12.9公斤标煤。2008年实施节能65％标准。

以下从三方面详述建筑节能与新能源的开发利用：

1，建筑外围护结构节能技术：建筑外围护结构节能内容主要有：外墙保温隔热技术、门窗节能技术、屋面节能技术和地面、楼板及楼梯间隔墙技术、建筑遮阳技术等等；

2，建筑供热制冷系统和建筑设备节能技术：建筑供热制冷系统和建筑设备节能内容主要有：热电冷联产技术、供热系统温控与热计量技术、空调蓄冷技术、空调系统变频控制技术、热回收技术；

3，可再生能源在建筑中应用技术。可再生能源在建筑中应用技术内容主要有：太阳能（包括光热、光电）利用技术、浅层地源热泵（包括土壤源、地下水源、海水源、淡水源、污水源）和太阳能源热泵技术在建筑上的应用。

一、建筑外围护结构节能技术及存在问题

（一）、外墙保温隔热技术基本情况

1、外墙保温隔热技术应用与发展

这方面的技术有：模塑聚苯乙烯泡沫塑料板（简称EPS）薄抹灰外墙外保温系统；机械固定发泡聚苯板钢丝网架板外墙外保温系统。还有国内独立研发的技术有：如胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统；发泡聚苯板现浇混凝土外墙外保温系统；这些技术系统代表了我国当今技术主潮流，应用广泛。

随着我国部分先进地区开始执行节能率达65%的第三步建筑节能标准，和公共建筑节能标准的实施，最近几年国内还研发了挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板（简称XPS）外保温技术、胶粉聚苯颗粒复合型外保温技术（EPS系列）以及聚氨酯（简称PU）高效外保温技术，现在，我公司的鹭港项目建筑设计全部执行节能65%标准，外墙保温为XPS和EPS两种

此外，针对现在保温材料以有机材料为主，其应用性能在建筑类型、建筑尺度上受限制的情况，还研发了以矿（岩）棉、玻璃棉、为代表的无机保温材料外保温系统，多应用于外装修如玻璃幕墙或铝塑板，铝单板内的保温层。

还有一些企业正在研究外墙外保温系统上贴瓷砖的技术，这些技术还有相当多的研究工作需要完成才能可靠的应用于工程。

与外墙内、外保温系统同时存在的还有，以加气混凝土墙体、保温夹心墙系统、现浇砌模墙体为代表的结构墙体保温隔热系统。

我国外墙保温隔热技术作为建筑节能事业的一个主要技术组成部分，正在朝着：性能高中低档搭配，材料多种、性能多样，能分别适合我国北方寒冷干燥气候和南方温暖潮湿的房屋工程特点方向发展。

2、工程应用中常见的技术问题和影响质量的问题

还有少数施工企业不进行研究，没有任何技术根据就组织队伍承揽实施外墙外保温工程；还有的生产、施工企业为了迎合某些开发项目的需要，没有经过外保温系统的大型耐候试验、系统评估或论证就进行外墙外保温系统施工，或进行建筑物外墙外保温系统上粘贴瓷砖的施工，出现保护层开裂和瓷砖空鼓脱落现象。

改变目前保温隔热材料以有机材料为主、以石油化工产品为主的局面。建筑节能的最终目的是为了节约石油、煤炭资源，但是目前大量使用的外墙保温隔热材料（EPS、XPS、PU）、门窗材料（PVC）、屋面材料（EPS、XPS、PU、PVC、沥青）都来自石油化工产品，对石油化工依存度高和大量使用又拉动了能源资源的消耗；因此应该关注、支持无机保温隔热材料的研发和应用，而现阶段应该关注、支持有机石油化工保温隔热材料的循环利用技术的研发和应用。

（二）、门窗技术基本情况

1、节能门窗技术应用与发展（1）窗户

建筑外窗由多种材质不同的材料组装而成，其热工性能也各不相同；由于窗户的生产及应用技术、密封技术、遮阳技术和安装技术水平的不同，受窗框型材特性、断面设计、玻璃的选用、两玻间空气层厚度及窗框比等因素的影响，建筑外窗的保温性能差别很大。根据选用型材的不同，建筑外窗分为木窗、钢窗，铝合金窗、PVC塑料窗、玻璃钢窗、彩色钢板窗、不锈钢窗和钢塑复合窗、木塑复合窗、铝塑复合窗等；根据选用玻璃的不同，有单玻窗、单框双玻窗、中空玻璃窗和LOW-E中空玻璃窗等。

木窗的保温性能较好，但耐燃和耐潮湿性能很差。受原材料的限制，目前国内生产的木窗均为高档木窗，价格昂贵。钢窗包括空腹和实腹钢窗、彩色钢板窗、不锈钢窗和钢塑复合窗，空腹和实腹钢窗大量应用于20世纪70至80年代，但由于其保温性能较差，现已淘汰；

铝合金窗分普通和断热铝合金窗，普通铝合金窗是70年代末引进、80年代发展起来的，其窗框型材为铝合金，具有轻质、高强、耐久性好、装饰效果好等特点，但保温隔热性能较差，已经淘汰。

钢塑、木塑和铝塑等复合窗兼顾了两种不同材料的优点，有综合的保温性能和装饰效果，但目前国产的这类窗的物理、工艺性能还需要改善。

使用不同的玻璃对整窗户的热工性能影响很大，PET双中空玻璃、Low-E中空玻璃、真空玻璃和U型玻璃的热工性能比较好，应在条件具备的项目上优先采用。

平开与推拉窗的开启形式对其热工性能有极大的影响，推拉窗由于密封性能差应该尽量避免使用，平开窗有优良的热工和物理性能,但价格比较高；因此推荐平开与固定窗组合使用,经济性价比高。

（三）、屋面节能技术基本情况

1、屋面节能应用与发展

我国屋面建筑节能技术主要有：结合进行屋面防水处理的EPS、XPS的倒置屋面保温隔热技术、PU屋面防水保温隔热技术，干铺加气混凝土块屋面保温隔热技术，由于这些技术产品比较适合屋面部位的受力状态，技术相对成熟，应用后工程反映保温隔热效果比较好，处于稳定发展之中。

2、屋面节能工程应用中常见的技术问题

由于EPS板受潮后其保温效能将有大幅度下降，因此在实际应用时尤其在南方要注意EPS板用于倒置式屋面要设置透气构造和隔气层。

（四）地面、楼板及楼梯间隔墙节能技术情况

1、应用与发展

地面建筑节能技术主要有：结合外墙面节能技术施工将保温材料埋设至基础设计深度的EPS板、XP板地面保温隔热技术。

楼层地板的建筑节能技术反贴EPS、XPS板和抹胶粉聚苯颗粒楼面保温隔热技术。楼梯间隔墙节能技术主要有：胶粉颗粒保温浆料系统、满足性能要求的轻质保温砂浆技术。这些技术比较简单，容易掌握，应用后工程反映效果比较好，处于稳定发展之中。

二、建筑供热制冷系统和建筑设备节能技术及存在问题

（一）、热电冷联产技术基本情况

热电联产技术在我国已趋成熟并得到迅速的发展，发电量已占总发电量11％以上，收到较好的环保经济双重效益，但由于受到热负荷的性质及季节变化等因素的制约，使得热电联产全年总节能不大。

（二）、供热系统温控与热计量技术基本情况

1、供热系统温控与热计量技术在我国的发展现状

目前，随着对供热节能研究的深入，热计量与温度控制已经成为当前我国暖通行业关注与研究的热点，取得了一定的成效。

2、供热系统温控与热计量技术存在的问题（1）温控与热计量的关系

目前，有些地方只重计量的做法以达到收费的目的有悖于我们发展温控与热计量技术以提高节能与舒适水平的出发点。温控与热计量应该并重，相辅相成，甚至温控更加重要。

（2）户内系统与户外系统的关系

目前有一种趋势：认为将温控就是要在室内安装温度控制阀，将计量就是在户内安装热量表，至于户外控制就可以不被重视了。如果户内采取了节能手段，而户外没有配合措施，一方面会引起管网水力热力工况的失调，另一方面室内节省的能量不能体现在热源的节省上，节能这一根本目的就没有实现。

（3）末端热计量方式

目前热计量方式中分户热计量热量表受到普遍关注，发展较快。（4）热量表的精度

对于热量表，现在一味追求高精度，但热量表的精度越高，造价就一定越高，而计量结果也就一定越来越准确。但是在实际应用情况表明：在采暖系统中，由于水质、腐蚀等因素造成的系统误差远远大于热量表的误差。

目前，我公司的鹭港项目，采用的室内双管并联同程式系统，分户热量表计量并加温控装置。既节能有保证了舒适性。

（三）、空调蓄冷技术基本情况

1、空调蓄冷技术在我国的应用发展

蓄冷系统将不需冷量或者冷量少的时间（如夜间），利用制冷设备将蓄冷介质中的热量移出、进行蓄冷，并将此冷量用在空调用冷或工艺用冷高峰期。蓄冷介质可以是水、冰或共晶盐。因此，蓄冷系统的特点是：转移制冷设备的运行时间，这样，一方面可以利用夜间的廉价电，另一方面也减少了白天的峰值电负荷，达到电力“削峰填谷”的目的。我公司的会所中央空调设计就是采用了空调蓄冷技术。

（四）、空调系统变频控制技术基本情况

1、空调系统变频控制技术的应用

变频控制技术在现代空调中的使用已成为必然趋势，它不仅能有效改良空调系统的工艺不足，还能大幅降低冷水机组、风机、水泵等空调设备的能耗，节省运行成本。实际证明，冷水机组变频控制可节能20％～30％，风机水泵类变频控制节能40％～50％，采用变频技术的原因有：

（1）设计者在选择设备时，通常留有一定的设计余量(20％～25％左右)，实际上极少在全负荷运行，甚至从未在全负荷运行过。

（2）建筑物由于使用情况的变化(如出租率不高，建筑功能变化等)，负荷也会发生相应变化。

（3）建筑物的实际负荷会随着室外气候的变化而波动。

（4）采用变频控制技术后设备的启动运转性能也表现出良好的节能效果。

根据空调负荷来相应改变水流量或风流量可有效实现地节能。变风量空调系统（VAV）是通过末端装置来补偿室内负荷的变动，调节房间送风量以维持室温。变风量和定风量系统相比，一般情况下可节能50％。变水量系统（风机盘管）是通过水量控制的方法来调节温度的，其比定流量系统要节电。随着工业变频器的推广应用，通过对水流量、风量及主机等的变频控制调节，可实现其同所需空调负荷的实时匹配，从而产生显著的节能效益。

2、空调系统变频控制技术存在的问题及应用中需注意的问题（1）变频器产品存在的问题 变频调速技术有着许多的优点，但是它也存在一些问题。主要是由于在变频器内部电路中“交,直,交”电流变换，使变频器不可避免地成为一个谐波源。影响一些电气元件的使用寿命，甚至损坏电器元件。

（2）变频器额定功率大小的选取

变频器的功率越大，其产生谐波效应越强，而且价格越高。但也不能低于电动机的额定功率，否则变频器的保护装置动作，影响变频器与电动机正常运转。因此要合理选配变频器的额定功率。

（3）变频器调速范围的选择 以1∶10 为宜。

（五）、热回收技术基本情况

1、热回收技术的应用（1）排风冷热量回收

热回收系统是回收建筑物内、外的余热（冷）或废热（冷），并把回收的热（冷）量作为供热（冷）或其它加热设备的热源而加以利用的系统。

（2）冷凝热的热回收

水冷制冷机组的冷凝热通常是通过冷却塔放到大气中，造成环境的热污染。冷凝热的回收，用来加热生活用水，能大大提高能源的利用率。

（3）冷凝水冷量的回收

中央空调产生的冷凝水量较多，可以对室外机进风进行冷却，降低进风温度，从而减少压缩机能耗。

三、可再生能源

在建筑中规模使用技术及存在问题

（一）、在建筑中太阳能利用技术基本情况

1、应用与发展

太阳能在建筑中利用分为：生活热水、采暖，太阳能制冷空调和光伏电池提供电源几种形式。具体运用技术类型分为：光热利用和光电利用,（1）光热利用

利用太阳能作为建筑物供热热源，利用太阳能供热综合系统（兼有采暖、生活热水供应功能）解决人们在建筑物生活时所需要的热水、采暖，这种应用形式中提高太阳能系统的性能、太阳能系统与建筑协调结合技术是关键。

太阳能与浅层地源热泵技术结合供暖可提高太阳能集热系统的效率。

太阳能空调。利用太阳能产生中高温热水作为吸收式制冷机运行时所需要的热源，太阳能空调的应用需求和太阳能的供给量保持很好的一致性；难点是需要的太阳集热器数量多、面积大，工程初投资偏多。而太阳能供热-空调综合系统由于能全年综合利用，可提高系统节能经济效益，降低回收期。

（2）光电利用

太阳能光伏发电技术在建筑的应用 可作为建筑材料和装饰材料的光伏电池产品技术用于建筑，可提供空调及照明、供电的主要能源，近年来成为世界太阳能利用的热点，是太阳能光电技术的重要发展方向；

（3）综合利用

太阳能光热、光电综合利用，既解决建筑的生活热水、空调热源，又解决家用电器、照明供电的需要。

（4）利用形式

按集热器形式分为：

平板式集热器系统、真空管式集热器系统。

真空管式集热器是我国独立研发的技术，具有低温下集热效率高的特点，得到了广泛地应用；而平板式集热器系统由于自身结构轻、薄、寿命比较长的特点比较容易实施与建筑结合，并且随着生产工艺提高、高效太阳能吸收涂层技术引进，其应用范围还将扩大。

2、工程应用中常见的技术问题（1）热利用产品技术问题

大部分太阳能企业生产的太阳能集热器产品质量和性能参数，特别是系统及其主要部件的安全性、可靠性差，尚不能满足建筑规范的抗风、抗雪、抗震、防水、防雷要求；

系统的集成和系统外观，还不能适应与建筑结合的要求；

市场的主流产品仍是直插式太阳热水器产品特别是真空集热管寿命比较短、系统应用范围狭小，不利于在城市规模化应用的要求。

（2）热利用工程技术问题

房屋建成后才购买安装，是后置部件；大量太阳热水器造成在建筑上的不和谐安装。

对太阳能利用的认识有误区，片面追求高太阳能保证率，而不是进行最佳投资效益的核算。太阳能光热综合利用。太阳能光热综合利用，既解决建筑的生活热水、冬季采暖热源，又解决夏季制冷空调热源的需要，是太阳能热利用的最佳途径。典型案例：山东德州皇明太阳能总部的太阳谷办公大楼，集光热、光电一体并与建筑本身很好的融合到一起。能节省电能60%。我公司鹭港项目采用的为阳台壁挂式户式太阳能热水器。集热器选用了板式和真空管式两种。

（二）、浅层地能利用技术基本情况

1、应用与发展

地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统，主要应用形式和应用技术有：土壤源热泵技术、地下浅层水源热泵技术、地表淡水源热泵技术、地表污水源热泵技术及浅层海水源热泵技术。地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低位能向高位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，通常地源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。从科学用能的角度看，热泵是合理利用高、低品位能的最佳技术路线。

与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将90%以上的电能或70～90%的燃料能转为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量；由于地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右，其运行费用为普通中央空调的50～60％。因此，近十几年来，尤其是近五年来，地源热泵空调系统在北美及中、北欧国家取得了较快的发展，中国的地源热泵市场也日趋活跃，可以预计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。

2、工程应用中常见的技术问题

在节约能源的大背景下，地源热泵技术得以在短期内在我国快速蓬勃发展起来，但也存在许多问题有待解决，以便使地源热泵产业能够健康、快速的发展。

主要存在的问题如下：

系统能效比偏低。实际运行的许多系统的系统能效比偏低。地源热泵作为地下换热系统、热泵机组、末端三大块分别由不同种类换热器构造组合而成的复杂体系，各系统之间的相互匹配，系统设计、设备选型的合理性都会最终影响到系统能效比。而在实际工程实践中，由于种种原因，地源热泵系统的能效比偏低；

项目管理存在一定困难。由于地源热泵系统是一种新型的空调系统，使得相关的技术管理缺位。缺乏切实可行的设计规范。地源热泵作为建筑行业的附属技术，其设计不可避免的将要由设计院所承担，但由于设计规范的缺位，设计院没有可执行的标准，加上地源热泵系统在不同需求、不同地域时对热源、主机与末端的合理匹配很难获得统一的标准，现在的建设项目多数由厂家根据各自的经验完成，在厂家负责设计的情况下，监理单位往往无法对工程建设进行有效监督；

施工工艺有待于总结。地源热泵地下换热系统属于隐蔽工程，设计寿命一般情况下不低于50年，在换热器材质及制备方法，换热器安装手段，回填料选择及回填方式，水力平衡措施等方面都需要切实可行的技术规范，并对施工人员开展技术培训，培养专门的技术人员，以便于质量控制；

初投资偏高。地源热泵机组由于已经实现了国产化，在整个系统成本中所占比例已经由原来的四五成降为二三成。但是地源热泵系统初投资依然偏高，这相当程度上延缓了该技术的推广，这主要有两个方面的原因，一是钻孔费用较高；二是地下换热器管材及回填料的限制，这也导致初投资的加大； 系统的运行模式不尽合理。研究人员发现，我国使用的热泵系统泵和风机消耗电能往往超过系统总能耗的50%，高于普通中央空调泵与风机的耗电量，因此，降低泵和风机能耗是提高系统效率的重要途径。对于不同的系统设计方案，水泵在系统能耗中所占比率差别很大，系统设计时应该对多种配置方案进行综合比较，选择技术经济性最优的方案。我公司鹭港项目的别墅区原定方案为地源热泵式中央空调，后来经过大量的调研并与一些专业厂家沟通，对地源热泵技术有了更准确的认识决定取消原定方案，改为VRV空调加地板采暖。

空气源热泵热水器的成功研制拓宽可再生能源的开发利用，污水源热泵系统在一些规模型的住宅小区的使用也具有广泛的前景。

总之，节能与可再生能源的开发利用应该作为长期的持续发展的首要任务。

第三篇：新能源电子教案 4章

第15讲

第4章：电动汽车电机驱动系统

课前分析：

1.教学内容及时间分配 电机驱动系统概述

2学时

2..教学目的

通过本次教学，让学生掌握电动汽车电机驱动系统的分类；并了解其主要参数。3.教学重难点 重点：电机分类。4.教学方法

本教学环节采用理论讲授的方法。5.板书布置 详见教学内容 教学内容： 0.导入

回顾上一节讲过的内容导入本节新内容。1.电动汽车电机驱动系统的组成与类型 1）电动汽车电机驱动系统的组成

 电机驱动系统是电动汽车的心脏，它由电机、功率转化器、控制器、各种检测传感器和电源（蓄电池）组成，其任务是在驾驶员的控制下，高效率地将蓄电

池的电量转化为车轮的动能，或者将车轮的动能反馈到蓄电池中。2）电动汽车电机驱动系统的类型

 电动汽车电机驱动系统按所选电动机的类型可分为: (1)直流电动机;(2)无刷直流电动机;(3)异步电动机;(4)永磁同步电动机;(5)开关磁阻电动机等。 2.电动机的额定指标

(1)额定功率。额定功率是指额定运行情况下轴端输出的机械功率(W或kW)。(2)额定电压。额定电压是指外加于线端的电源线电压(V)。

(3)额定电流。额定电流是指电动机额定运行(额定电压、额定输出功率)情况下电枢绕组(或定子绕组)的线电流(A)。(4)额定频率。

 额定频率是指电动机额定运行情况下电枢(或定子侧)的频率(Hz)。(5)额定转速。额定转速是指电动机额定运行(额定电压、额定频率、额定输出功率)的情况下，电动机转子的转速(r/min)。 3 电动汽车对电动机的要求

 电动汽车在行驶过程中，经常频繁地启动/停车、加速/减速等，这就要求电动汽车中的电动机比一般工业应用的电动机性能更高，基本要求如下：

(1)电动机的运行特性要满足电动汽车的要求，在恒转矩区，要求低速运行时具有大转矩，以满足电动汽车起动和爬坡的要求；在恒功率区，要求低转矩时具有高的速度，以满足电动汽车在平坦的路面能够高速行驶的要求；

(2)电动机应具有瞬时功率大、带负载启动性能好、过载能力强，加速性能好，使用寿命长的特点；

(3)电动机应在整个运行范围内，具有很高的效率，以提高一次充电的续驶里程；

(4)电动机应能够在汽车减速时实现再生制动，将能量回收并反馈给蓄电池，使得电动汽车具有最佳能量的利用率；

(5)电动机应可靠性好，能够在较恶劣的环境下长期工作； (6)电动机应体积小，重量轻，一般为工业用电动机的1/2~1/3； (7)电动机的结构要简单坚固，适合批量生产，便于使用和维护； (8)价格便宜，从而能够减少整体电动汽车的价格，提高性价比； (9)运行时噪声低，减少污染。 4 电动汽车电机驱动系统的发展趋势

（1）电机的功率密度不断提高，永磁电机应用范围不断扩大。（2）电机的工作转速不断提高，回馈制动的高效区不断拓宽。

（3）电驱动系统的集成化和一体化趋势更加明显。（4）电驱动系统的混合度与电功率比不断增加。

（5）车用电驱动控制系统的集成化和数字化程度不断加大。5.作业及小结

电动汽车电机驱动系统有哪几种？

第16讲

第4章：电动汽车电机驱动系统

课前分析：

1.教学内容及时间分配

直流电动机的分类及结构

1学时 直流电动机的工作原理

1学时

2.教学目的

通过本次教学，能够掌握直流电动机的结构；理解其工作原理。3.教学重难点

重点：直流电动机结构及工作原理。4.教学方法

本教学环节采用理论讲授的方法。5.板书布置 详见教学内容

教学内容： 0.导入

通过回顾上一节课程导入本节课程。1.直流电动机的分类

 直流电动机分为绕组励磁式直流电动机和永磁式直流电动机。在电动汽车所采用的直流电动机中，小功率电动机采用的是永磁式直流电动机，大功率电动机采用的是绕组励磁式直流电动机。

 绕组励磁式直流电动机根据励磁方式的不同，可分为他励式、并励式、串励

式和复励式四种类型。 1）他励式直流电动机

 他励式直流电动机的励磁绕组与电枢绕组无连接关系，而由其它直流电源对励磁绕组供电。因此励磁电流不受电枢端电压或电枢电流的影响。永磁直流电动机也可看作他励直流电动机。

 他励直流电动机在运行过程中励磁磁场稳定而且容易控制，容易实现电动汽车的再生制动要求。但当采用永磁激励时，虽然电动机效率高，重量和体积较小，但由于励磁磁场固定，电动机的机械特性不理想，驱动电动机产生不了足够大的输出转矩来满足电动汽车起动和加速时的大转矩要求。 2）并励直流电动机

 并励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组相并联，共用同一电源，性能与他励直流电动机基本相同。并励绕组两端电压就是电枢两端电压，但是励磁绕组用细导线绕成，其匝数很多，因此具有较大的电阻，使得通过它的励磁电流较小。 3）串励直流电动机

 串励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组串联后，再接于直流电源，这种直流电动机的励磁电流就是电枢电流。这种电动机内磁场随着电枢电流的改变有显著的变化。为了使励磁绕组中不致引起大的损耗和电压降，励磁绕组的电阻越小越

好，所以串励直流电动机通常用较粗的导线绕成，它的匝数较少。 4）复励直流电动机

 复励直流电动机有并励和串励两个励磁绕组，电动机的磁通由两个绕组内的励磁电流产生。复励直流电动机的永磁励磁部分采用高磁性材料钕铁硼，运行效率高。由于电动机永磁励磁部分有稳定的磁场，因此用该类电动机构成驱动系统时易实现再生制动功能。同时由于电动机增加了增磁绕组，通过控制励磁绕组的励磁电流或励磁磁场的大小，能克服纯永磁他励直流电动机不能产生足够的输出转矩来满足电动汽车低速或爬坡时的大转矩要求，而电动机的重量或体积比串励电动机的小。2直流电动机的结构

直流电动机由定子与转子两大部分构成，定子和转子之间的间隙称为气隙。3直流电动机的特点

(1)调速性能好。直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。

(2)起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节，因此，凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都可用直流电动机拖动。

(3)控制比较简单。一般用斩波器控制，它具有高效率、控制灵活、重量轻、体积小、响应快等优点。

(4)有易损件。由于存在电刷、换向器等易磨损器件，所以必须进行定期维护或更换。

4直流电动机的工作原理

 直流电动机的工作原理图所示。图中，定子有一对N、S极，电枢绕组的末端分别接到两个换向片上，正、负电刷A和B分别与两个换向片接触。5直流电动机的控制

 直流电动机转速控制方法主要有电枢调压控制、磁场控制和电枢回路电阻控制。电枢调压控制是指通过改变电枢的端电压来控制电动机的转速。这种控制只适合电动机基速以下的转速控制，它可保持电动机的负载转矩不变，电动机转速近似与电枢端电压成比例变化，所以称为恒转矩调速。直流电动机采用电枢调压控制可实现在宽广范围内的连续平滑的速度控制，调速比一般可达1:10，如果与磁场控制配合使用，调速比可达1:30。6.作业及小结

常见的直流电动机有哪几种？

第17讲

第4章：电动汽车电机驱动系统

课前分析：

1.教学内容及时间分配

无刷电动机的分类及结构

1学时 无刷电动机的工作原理

1学时

2.教学目的

通过本次教学，能够掌握无刷电动机的结构；理解其工作原理。3.教学重难点

重点：无刷电动机结构及工作原理。4.教学方法

本教学环节采用理论讲授的方法。5.板书布置 详见教学内容

教学内容： 0.导入

通过回顾上一节课程导入本节课程。1.无刷直流电动机的分类

无刷直流电动机按照工作特性，可以分为具有直流电动机特性的无刷直流电动机和具有交流电动机特性的无刷直流电动机。

具有直流电动机特性的无刷直流电动机，反电动势波形和供电电流波形都是矩形波，所以又称为矩形波同步电动机。这类电动机由直流电源供电，借助位置

传感器来检测主转子的位置，由所检测出的信号去触发相应的电子换相线路以实现无接触式换相。显然，这种无刷直流电动机具有有刷直流电动机的各种运行特性。具有交流电动机特性的无刷直流电动机，反电动势波形和供电电流波形都是正弦波，所以又称为正弦波同步电动机。这类电动机也由直流电源供电，但通过逆变器将直流电变换成交流电，然后去驱动一般的同步电动机。因此，它们具有同步电动机的各种运行特性。2．无刷直流电动机的结构

无刷直流电动机主要由电动机本体、电子换相器和转子位置传感器三部分组成。

(1)电动机本体。无刷直流电动机的电动机本体由定子和转子两部分组成。(2)电子换相器。电子换相器是由功率开关和位置信号处理电路构成，主要用来控制定子各绕组通电的顺序和时间。

(3)位置传感器。位置传感器在无刷直流电动机中起着检测转子磁极位置的作用，为功率开关电路提供正确的换相信息，即将转子磁极的位置信号转换成电信号，经位置信号处理电路处理后控制定子绕组换相。3.无刷直流电动机特点

无刷直流电动机作为电动汽车用电动机，具有以下优点：

(1)外特性好，非常符合电动汽车的负载特性，尤其是具有低速大转矩特性，能够提供大的起动转矩，满足电动汽车的加速要求；

(2)可以在低、中、高宽速度范围内运行，而有刷电动机由于受机械换向的影响，只能在中低速下运行；

(3)效率高，尤其是在轻载车况下，仍能保持较高的效率，这对珍贵的电池能量是很重要的；

(4)过载能力强，比Y系列电动机可提高过载能力2倍以上，满足电动汽车的突起堵转需要；

(5)再生制动效果好，因无刷直流电动机转子具有很高的永久磁场，在汽车下坡或制动时电动机可完全进入发电机状态，给电池充电，同时起到电制动作用，减轻机械刹车负担；

(6)体积小、重量轻、比功率大，可有效地减轻重量、节省空间；(7)无机械换向器，采用全封闭式结构，防止尘土进入电动机内部，可靠性高；

(8)控制系统比异步电动机简单。

缺点是电动机本身比交流电动机复杂，控制器比有刷直流电动机复杂。4 无刷直流电动机的工作原理

无刷直流电动机的工作原理与有刷直流电动机的工作原理基本相同。它是利用电动机转子位置传感器输出信号控制电子换向线路去驱动逆变器的功率开关器件，使电枢绕组依次馈电，从而在定子上产生跳跃式的旋转磁场，拖动电动机转子旋转。同时，随着电动机转子的转动，转子位置传感器又不断送出位置信号，以不断的改变电枢绕组的通电状态，使得在某一磁极下导体中的电流方向保持不变，这样电动机就旋转起来了。5.无刷直流电动机的控制

按照获取转子位置信息的方法划分，无刷直流电动机的控制方法可以分为有位置传感器控制和无位置传感器控制两种。

有位置传感器控制方法是指在无刷直流电动机定子上安装位置传感器来检测转子旋转过程中的位置，将转子磁极的位置信号转换成电信号，为电子换相电路提供正确的换相信息，以此控制电子换相电路中的功率开关管的开关状态，保证电动机各相按顺序导通，在空间形成跳跃式的旋转磁场，驱动永磁转子连续不断地旋转。无刷直流电动机中常用的位置传感器有霍尔元件位置传感器、磁敏晶体管位置传感器、光电式位置传感器等。

无刷直流电动机的无位置传感器控制，无需安装传感器，使用场合广，相对于有位置传感器方法有较大的优势，因此，无刷直流电动机的无位置传感器控制

近年来己成为研究的热点。无刷直流电动机的无位置传感器控制中，不直接使用转子位置传感器，但在电动机运转过程中，仍然需要转子位置信号，以控制电动机换相。因此，如何通过软硬件间接获得可靠的转子位置信号，成为无刷直流电动机无位置传感器控制的关键。为此，国内外的研究人员在这方面作了大量的研究工作，提出了多种转子位置信号检测方法，大多是利用检测定子电压、电流等容易获取的物理量实现转子位置的估算。归纳起来，可以分为反电动势法、电感法、状态观测器法、电动机方程计算法、人工神经网络法等。、磁敏晶体管位置传感器、光电式位置传感器等。6.作业及小结

无刷电机有何优点？

第18讲

第4章：电动汽车电机驱动系统

课前分析：

1.教学内容及时间分配

异步电动机的分类及结构

1学时 异步电动机的工作原理

1学时

2.教学目的

通过本次教学，能够掌握异步电动机的结构；理解其工作原理。3.教学重难点

重点：异步电动机结构及工作原理。4.教学方法

本教学环节采用理论讲授的方法。5.板书布置 详见教学内容

教学内容： 0.导入

通过回顾上一节课程导入本节课程。1.异步电动机的结构

异步电动机主要由静止的定子和旋转的转子两大部分组成，定子和转子之间存在气隙，此外，还有端盖、轴承、机座和风扇等部件。2．异步电动机的特点

异步电动机的基本特点是，转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自交流电力系统；与其它电动机相比，异步电动机的结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠性高，重量轻，成本低。以三相异步电动机为例，与同功率、同转速的直流电动机相比，前者重量只及后者的二分之一，成本仅为三分之一。异步电动机还容易按不同环境条件的要求，派生出各种系列产品。它还具有接近恒速的负载特性，能满足大多数工农业生产机械拖动的要求。

异步电动机的局限性是，它的转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率，因而调速性能较差，在要求有较宽广的平滑调速范围的使用场合，不如直流电动机经济、方便。此外，异步电动机运行时，从电力系统吸取无功功率以励磁，这会导致电力系统的功率因数变坏。因此，在大功率、低转速场合不如用同步电动机合理。

3.异步电动机的工作原理

当异步电动机的三相定子绕组通入三相交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电动势，电动势的方向由右手定则来确定。由于转子绕组是闭合通路，转子中便有电流产生，电流方向与电动势方向相同，而载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，电磁力的方向可用左手定则确定。由电磁力进而产生电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电动机旋转方向与旋转磁场方向相同。4.异步电动机的运行特性

异步电动机的运行特性包括工作特性和机械特性。

异步电动机的工作特性是指电动机在保持额度电压和额定频率不变的情况下，电动机的转速、电磁转矩、定子电流、效率和功率因数随输出功率变化的特性。一般通过负载试验来测取。

异步电动机的机械特性分为自然机械特性和人为机械特性。

在电源电压和电源频率恒定且定、转子回路不接入任何附加设备时的机械特性称为自然机械特性，电源电压、电源频率、电动机极对数、定子或转子回路接入其它附属设备，其中任意一项改变得到的机械特性称为人为机械特性。

由于电源频率不变，所以同步转速点不变，电磁转矩与电源电压的平方成比例变化，但各条曲线的最大转矩点对应的转差率基本保持不变。5.异步电动机的控制

目前对异步电动机的调速控制主要有恒压频比开环控制、转差控制、矢量控制以及直接转矩控制等。

恒压频比开环控制实际上只控制了电动机磁通而没有控制电动机的转矩，采用这样的控制系统对异步电动机来讲根本谈不上控制性能，通常只用于对调速性能要求一般的通用变频器上。

转差控制是根据异步电动机电磁转矩和转差频率的关系来直接控制电动机的转矩的，可以在一定的转差频率范围内、一定程度上通过调节转差来控制电动机的电磁转矩，从而改善调速系统的控制性能，但其控制理论是建立在异步电动机的稳态数学模型基础上的，它适合于电动机转速变化缓慢或者对动态性能要求不高的场合。

1）异步电动机的矢量控制

矢量控制理论采用矢量分析的方法来分析交流电动机内部的电磁过程，是建立在交流电动机的动态数学模型基础上的控制方法。它模仿对直流电动机的控制技术，将交流电动机的定子电流解耦成互相独立的产生磁链的分量和产生转矩的分量。分别控制这两个分量就可以实现对交流电动机的磁链控制和转矩控制的完

全解耦，从而达到理想的动态性能。

2）异步电动机直接转矩控制

直接转矩控制是将电动机输出转矩作为直接控制对象，通过控制定子磁场向量控制电动机转速。它不需要复杂的坐标变换，也不需要依赖转子数学模型，只是通过控制PWM型逆变器的导通和切换方式，控制电动机的瞬时输入电压，改变磁链的旋转速度来控制瞬时转矩，使系统性能对转子参数呈现鲁棒性。并且这种方法被推广到弱磁调速范围。逆变器的PWM采用电压空间向量控制方式，性能优越。但同时不可避免地产生转矩脉动，调速性能降低的问题。该方法对逆变器开关频率提高的限制较大，定子电阻对电动机低速性能也有较大影响，如在低速区，定子电阻变化引起的定子电流和磁链的畸变，以及转矩脉动、死区效应和开关频率等问题。6.作业及小结

简述异步电机的工作原理。

第19讲

第4章：电动汽车电机驱动系统

课前分析：

1.教学内容及时间分配

永磁同步电动机的分类及结构

1学时 永磁同步电动机的工作原理

1学时

2.教学目的

通过本次教学，能够掌握永磁同步电动机的结构；理解其工作原理。3.教学重难点

重点：永磁同步电动机结构及工作原理。4.教学方法

本教学环节采用理论讲授的方法。5.板书布置 详见教学内容

教学内容： 0.导入

通过回顾上一节课程导入本节课程。1.永磁同步电动机的结构

永磁同步电动机分为正弦波驱动电流的永磁同步电动机和方波驱动电流的永磁同步电动机。这里介绍的主要是三相正弦波驱动的永磁同步电动机。永磁同步电动机的结构主要由定子和转子两大部分构成。按照永磁体在转子上位置的不同，永磁同步电动机的磁极结构可分为表面式和内置式二种。

(1)表面式转子磁路结构。表面式转子磁路结构中，永磁体通常呈瓦片形，并位于转子铁心的外表面上，永磁体提供磁通的方向为径向。表面式结构又分为凸出式和嵌入式两种。

(2)内置式转子磁路结构。按永磁体磁化方向与转子旋转方向的相互关系，内置式转子结构又可分为径向式、切向式和混合式三种。2.永磁同步电动机的特点

永磁同步电动机与其它电动机相比，具有以下优点：

(1)用永磁体取代绕线式同步电动机转子中的励磁绕组，从而省去了励磁线圈、滑环和电刷，以电子换向实现无刷运行，结构简单，运行可靠；

(2)永磁同步电动机的转速与电源频率间始终保持准确的同步关系，控制电源频率就能控制电动机的转速；

(3)永磁同步电动机具有较硬的机械特性，对于因负载的变化而引起的电动机转矩的扰动具有较强的承受能力，瞬间最大转矩可以达到额定转矩的三倍以上，适合在负载转矩变化较大的工况下运行；

(4)永磁电动机转子为永久磁铁无需励磁，因此电动机可以在很低的转速下保持同步运行，调速范围宽；

(5)永磁同步电动机与异步电动机相比，不需要无功励磁电流，因而功率因

数高，定子电流和定子铜耗小，效率高；

(6)体积小、重量轻。近些年来随着高性能永磁材料的不断应用，永磁同步电动机的功率密度得到很大提高，比起同容量的异步电动机来，体积和重量都有较大的减少，使其适合应用在许多特殊场合；

(7)结构多样化，应用范围广。永磁同步电动机还存在以下缺点：

(1)由于永磁同步电动机转子为永磁体，无法调节，必须通过加定子直轴去磁电流分量来削弱磁场，这会增大定子的电流，增加电动机的铜耗；

(2)永磁电动机的磁钢价格较高。

由此可见，永磁电动机体积小，重量轻，转动惯量小，功率密度高(可达1kW/kg)，适合电动汽车空间有限的特点；另外，转矩惯量比大，过载能力强，尤其低转速时输出转矩大，适合电动汽车的起动加速。因此，永磁电动机得到国内外电动汽车界的广泛重视，并已在日本得到了普遍应用，日本新研制的电动汽车大都采用永磁电动机驱动。比较典型的是在丰田Prius混联式混合动力轿车上的应用。

3.永磁同步电动机的工作原理与运行特性

1）电枢反应

永磁同步电动机带负载时，气隙磁场是永磁体磁动势和电枢磁动势共同建立的。电枢磁动势对气隙磁场有影响，电枢磁动势的基波对气隙磁场的影响称为电枢反应。电枢反应不仅使气隙磁场波形发生畸变，而且还会产生去磁或增磁作用，因此，气隙磁场将影响永磁同步电动机的运行特性。

对永磁同步电动机进行分析时，需要采用双反应理论，即需要把电枢电流和电枢电动势分解成交轴和直轴两个分量。交轴电枢电流产生交轴电枢电动势，发生交轴电枢反应；直轴电枢电流产生直轴电枢电动势，发生直轴电枢反应。

2）运行特性

永磁同步电动机的运行特性主要是机械特性和工作特性。

永磁同步电动机稳态正常运行时，转速始终保持同步速不变，因此，其机械特性为平行于横轴的直线，调节电源频率来调节电动机转速时，转速将严格地与频率成正比例变化。永磁同步电动机的工作特性是指当电源电压恒定时，电动机的输入功率、电枢电流、效率、功率因数等随输出功率变化的关系。4.永磁同步电动机的控制

1）恒压频比开环控制(VVVF)VVVF的控制变量为电动机的外部变量即电压和频率。控制系统将参考电压和频率输入到实现控制策略的调制器中，最后由逆变器产生一个交变的正弦电压施

加在电动机的定子绕组上，使之运行在指定的电压和参考频率下。按照这种控制策略进行控制，使供电电压的基波幅值随着速度指令成比例的线性增长，从而保持定子磁通的近似恒定。VVVF控制策略简单，易于实现，转速通过电源频率进行控制，不存在异步电动机的转差和转差补偿问题。但同时，由于系统中不引入速度、位置等反馈信号，因此无法实时捕捉电动机状态，致使无法精确控制电磁转矩；在突加负载或者速度指令时，容易发生失步现象；也没有快速的动态响应特性。因此，恒压频比开环控制控制电动机磁通而没有控制电动机的转矩，控制性能差。通常只用于对调速性能要求一般的通用变频器上。

2）矢量控制

矢量控制理论的基本思想为；以转子磁链旋转空间矢量为参考坐标，将定子电流分解为相互正交的两个分量，一个与磁链同方向，代表定子电流励磁分量，另一个与磁链方向正交，代表定子电流转矩分量，分别对其进行控制，获得与直流电动机一样良好的动态特性。因其控制结构简单，控制软件实现较容易，已被广泛应用到调速系统中。

永磁同步电动机矢量控制策略与异步电动机矢量控制策略有些不同。由于永磁同步电动机转速和电源频率严格同步，其转子转速等于旋转磁场转速，转差恒等于零，没有转差功率，控制效果受转子参数影响小。因此，在永磁同步电动机

上更容易实现矢量控制。

3）智能控制

为了提高永磁同步电动机的控制性能和控制精度，模糊控制、神经网络控制等开始应用于同步电动机的控制。

采用智能控制方法的永磁同步电机控制系统，在多环控制结构中，智能控制器处于最外环充当速度控制器，而内环电流控制、转矩控制仍采用PI控制、直接转矩控制这些方法，这主要是因为外环是决定系统的根本因素，而内环主要的作用是改造对象特性以利于外环的控制，各种扰动给内环带来的误差可以由外环控制或抑制。6.作业与小结

永磁电机的控制方式有哪些？

第20讲

第4章：电动汽车电机驱动系统

课前分析：

1.教学内容及时间分配

轮毂电机的分类及结构

1学时 轮毂电机的工作原理及关键技术

1学时

2.教学目的

通过本次教学，能够掌握轮毂电机的结构；理解其工作原理。3.教学重难点

重点：轮毂电机结构及工作原理。4.教学方法

本教学环节采用理论讲授的方法。5.板书布置 详见教学内容

教学内容： 0.导入

通过回顾上一节课程导入本节课程。1.轮毂电机的结构

轮毂电机驱动系统通常由电动机、减速机构、制动器与散热系统等组成。轮毂电机驱动系统根据电机的转子型式主要分成两种结构形式：内转子型和外转子型。

2.轮毂电机应用类型

轮毂电机系统的驱动电机按照电机磁场的类型分为轴向磁场和径向磁场两种类型。轴向磁通电机的结构更利于热量散发，并且它的定子可以不需要铁心；径向磁通电机定转子之间受力比较均衡，磁路由硅钢片叠压得到，技术更简单成熟。

轮毂电机的电机类型主要分为永磁、感应、开关磁阻式。其特点如下：（1）无刷永磁同步电机可采用圆柱形径向磁场结构或盘式轴向磁场结构，具有较高的功率密度和效率以及宽广的调速范围，发展前景十分广阔，已在国内外多种电动汽车中获得应用；

（2）感应（异步）电机结构简单、坚固耐用、成本低廉、运行可靠，转矩脉动小，噪声低，不需要位置传感器，转速极限高；缺点是驱动电路复杂，成本高，相对永磁电机而言，异步电机效率和功率密度偏低；

（3）开关磁阻式电机具有结构简单，制造成本低廉，转速/转矩特性好等特点，适用于电动汽车驱动；缺点是设计和控制非常困难和精细，运行噪声大。3.轮毂电机驱动方式

轮毂电机的驱动方式可以分为直接驱动和减速驱动两种基本形式。直接驱动方式采用低速外转子电动机，轮毂电机与车轮组成一个完整部件总成，电机布置在车轮内部，直接驱动车轮带动汽车行驶。其主要优点是电机体积

小，质量轻，成本低，系统传动效率高，结构紧凑，既有利于整车结构布置和车身设计，也便于改型设计。

减速驱动方式采用高速内转子电动机，适合现代高性能电动汽车的运行要求。这种电动轮采用高速内转子电动机，其目的是为了获得较高的功率。减速机构布置在电动机和车轮之间，起减速和增矩的作用，保证电动汽车在低速时能够获得足够大的转矩。4.轮毂电机驱动系统的特点

轮毂电机驱动系统作为一种新兴的电机驱动形式，其布置非常灵活，可以根据汽车驱动方式分别布置在电动汽车的两前轮、两后轮或四个车轮的轮毂中。和其它驱动形式的电动汽车相比，轮毂电机驱动式电动汽车在动力源配置、底盘结构等方面有其独特的技术特征和优势，具体体现在以下几个方面：

（1）动力控制由硬连接改为软连接型式。通过电子线控技术，实现各电动轮从零到最大速度的无级变速和各电动轮间的差速要求，从而省略了传统汽车所需的机械式操纵换档装置、离合器、变速器、传动轴和机械差速器等，使驱动系统和整车结构简洁，有效可利用空间大，传动效率提高。

（2）各电动轮的驱动力直接独立可控，使其动力学控制更为灵活、方便；能合理控制各电动轮的驱动力，从而提高恶劣路面条件下的行驶性能。

（3）容易实现各电动轮的电气制动、机电复合制动和制动能量回馈，还能对整车能源的高效利用，实施最优化控制和管理，节约能源。

（4）底架结构大为简化，使整车总布置和车身造型设计的自由度增加，若能将底架承载功能与车身功能分离，则可实现相同底盘不同车身造型的产品多样化和系列化，从而缩短新车型的开发周期，降低开发成本。

（5）若在采用轮毂电机驱动系统的四轮电动汽车上导入线控四轮转向技术，实现车辆转向行驶高性能化，可有效减小转向半径，甚至实现零转向半径，大大增加了转向灵便性。

5.轮毂电机驱动系统的关键技术

（1）轮毂电机系统集驱动、制动、承载等多种功能于一体，优化设计难度大；

（2）车轮内部空间有限，对电机功率密度性能要求高，设计难度大；（3）电机与车轮集成导致非簧载质量较大，恶化悬架隔振性能，影响不平路面行驶条件下的汽车操控性和安全性。同时，轮毂电机将承受很大的路面冲击载荷，电机抗振要求苛刻；

（4）汽车大负荷低速爬长坡工况下容易出现冷却不足导致的轮毂电机过热烧毁问题，电机的散热和强制冷却问题需要重视；

（5）车轮部位水和污物等容易集存，导致电机的腐蚀破坏，寿命可靠性受影响；

（6）轮毂电机运行转矩的波动可能会引起汽车轮胎、悬架以及转向系统的振动和噪声，以及其他整车声振问题。6.作业及小结

轮毂电机有何特点？

第四篇：20.2 开发新能源(教案)

第二十章 课题2《开发新能源》教案

【教学目标】

1.知识与技能

（1）了解直接利用太阳能的两种途径。

（2）了解裂变、聚变，知道原子弹、氢弹的制造原理，知道核反应堆的作用，以及核电站的原理和特点。

（3）能结合实例，说出不可再生能源和可再生能源的特点。2.过程与方法

经历对太阳能开发利用的交流讨论过程，感悟交流讨论是一种获取知识的重要途径和方法。

3.情感态度和价值观

知道开发太阳能的价值。知道开发核能的意义，认识开发核能的过程中技术的价值，同时感悟科学是一把双刃剑的道理。对核能的开发和利用要有正确的态度。

【教学重点】

太阳能的特点，直接利用太阳能的途径和方法。释放核能的方式：核裂变和核聚变，核能的利用。

【教学难点】

核能的利用。

【教学方法】

观察引导、课上交流、巩固总结。

【课时安排】

1课时

【教学过程】

一、导入新课

随着经济的不断发展，能源的消耗量迅速增长，使能源问题越来越成为经济发展中的突出问题。因此，人们正在积极寻找各种办法和措施，大力探索和开发各种新能源。

二、新课学习

1．太阳能—永恒的动力之源 太阳是一个巨大的能源，人类生存的基础来源于太阳辐射的能量，太阳辐射的能量主要为光和热。如图20-6，太阳辐射至地球的能量功率为1.7×1014kW，同时太阳能是清洁能源，这是太阳能利用的基础。

太阳能的吸收和利用途径如图20-7所示。包括植物和微生物的光合作用，大气和水分对的蒸腾循环，海洋的吸收和直接利用四个途径。光合作用吸收的能量转化为植物的化学能，进而作为薪柴、煤炭等资源利用；大气和水分的升腾循环提供了风能、水能等能源；海洋的吸收转化为海洋的内能；直接利用包括光热转换和光电转换，比如太阳能热水器和太阳能电池。

活动：怎样直接利用太阳能

如图20-8所示，太阳能的利用途径通常为能量转换的方式，包括向内能、电能和化学能的转换。太阳能热水器利用太阳能将水加热，能量转化为水的内能；太阳能电池利用太阳光转化为电能；太阳能汽车利用太阳光制备氢气，再用氢能提供汽车动力。

如图20-9所示，太阳能是利用半导体对太阳光的吸收，使太阳光转换为电能，从而为卫星、家庭等地方提供电能。

例1 市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子，在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉意．该装置的能量转化情况是（）

A．机械能→太阳能→电能

B．太阳能→机械能→电能 C．电能→太阳能→机械能

D．太阳能→电能→机械能

解析：帽子上的太阳能电池板将太阳能转化为电能，供小电扇工作．小电扇工作时消耗电能，将电能转化为扇叶的机械能．故选D．

2．核能——造福人类的神火

原子核内蕴含着巨大的能量，称为核能或原子能。核能的释放途径为核聚变和核裂变。核裂变是一种链式反应，它将较重的原子核裂变为较轻的原子核。利用中子轰击铀核，可以将铀核分裂，同时释放出2-3个中子，释放的中子可以轰击另一个铀核，这样就组成了链式反应，如图20-10所示。核裂变能够释放出很大的能量，但如果不能控制裂变的速率，就容易导致大量的能量被释放出来，原子弹爆炸就属于核裂变。1kg铀提供的能量相当于2700t煤炭的能量，所以核能具有很高的能量密度，在利用核能发电时，需要设立装置来控制中子产生的数量和速率，如图20-12所示。

核聚变是核能利用的又一大重要方式。如图20-13所示，质量较轻的氘原子核和氚原子核在吸收巨大能量的同时，变为质量较大的原子核，释放出更大的能量。这种巨大的能量来源于超高温，所以核聚变又称为热核反应。目前核聚变只限于核爆炸，这也是太阳能的产生来源。氘原子的来源丰富，1L海水中具有0.03g氘原子，对应300L汽油的能量，所以对核聚变的利用非常重要，目前我国对受控核聚变的研究位于世界前列。

例2 下列属于链式反应的是（）A．原子弹爆炸 B．氢弹爆炸

C．镁条的燃烧 D．太阳内部发生的核反应

解析： 链式反应是重核裂变时用中子轰击重核，产生多个中子，中子又会撞击重核，产生更多的中子，使裂变不断进行下去的反应过程，链式反应发生在核裂变时，故A正确；氢弹爆炸是利用核聚变；太阳内部是由于较轻的氢原子核在高温下发生聚变释放能量；镁条的燃烧是一种化学变化，BCD不合题意．故选A．

除太阳能和核能外，海洋能、风能、氢能都是具有很大应用潜力的新能源。地球上71%的面积都是海洋，波浪、海流、潮汐、温差都能够提供很大的热量。与此类似，风能和氢能也是重要的清洁能源。

三、课堂练习：

1．下列说法中正确的是（C）A．原子核在常温下就能发生轻核的聚变 B．太阳的能量来自大量的氖核的裂变 C．核电站内的核反应堆是可控制的铀核裂变 D．煤、石油、天然气都属于可再生能源

2．以下属于相对清洁、又取之不尽的能源是（C）A．煤 B．核能 C．太阳能 D．天然气

3．关于核反应，下列说法正确的是（B）A．只有裂变才能释放出核能

B．原子弹爆炸时发生的链式反应是不加控制的 C．核反应堆中发生的链式反应是不可以控制的 D．氢弹爆炸是利用裂变释放出核能 课堂小结：

【师生交流】通过这节课，谈一下我们学习了哪些内容？ 【总结】 20.2 开发新能源

1．太阳能—永恒的动力之源

太阳能的利用途径通常为能量转换的方式，包括向内能、电能和化学能的转换。太阳能热水器利用太阳能将水加热，能量转化为水的内能；太阳能电池利用太阳光转化为电能；太阳能汽车利用太阳光制备氢气，再用氢能提供汽车动力。

2．核能——造福人类的神火 核能的释放途径为核聚变和核裂变。

核裂变是一种链式反应，它将较重的原子核裂变为较轻的原子核。利用中子轰击铀核，可以将铀核分裂，同时释放出2-3个中子，释放的中子可以轰击另一个铀核，这样就组成了链式反应。核聚变是核能利用的又一大重要方式。质量较轻的氘原子核和氚原子核在吸收巨大能量的同时，变为质量较大的原子核，释放出更大的能量。这种巨大的能量来源于超高温，所以核聚变又称为热核反应。

【板书】

【教学反思】

本节课首先通过实例，了解新能源的利用。重点突出太阳能和核能的利用。培养学生将科学服务于人类的意识，激发学生振兴中华的使命感与责任感。

第五篇：地理教案

前段时间就是关于东三省召开教研会评选作品的事情，包括教学设计、教学论文等，有参加的没有了？我把通知附后面：关于召开“东北三省中学地理教学研究会第七届年会”的 预

备

通

知

辽宁、吉林、黑龙江省中学地理教学研究会：

东北三省中学地理教学研究会第七届学术年会拟定于二0一一年暑期在黑龙江省黑河市召开。按照上次三省联席会拟定的会议精神，经大会秘书处协调整理，现将大会召开的主要内容和有关事宜通知如下：

一、会议内容 1.理事会改选 2.专家讲座

3.优秀教研成果评选 4.优秀教研成果展示与交流 5.现场课观摩及研讨 6.地理考察（自费）

二、参加人员

1.东北三省中学地理教学研究会理事和本届理事候选人； 2.参加优秀教研成果展示与交流的选手； 3.三省省、市、区（县）地理教研员； 4.参加观摩的三省地理骨干教师；

三、相关要求

1.理事候选人：每省根据本省的教学研究实际情况向大会推选理事候选人（人数19以下单数）；

2.优秀教研成果征集与评选；

①优质课：以录像课形式上交评选；

②优秀教学论文：论文字数限定3000字以上，论文必须独自撰写； ③优秀教学设计：作者独自完成一课时的教学设计，鼓励设计创新； ④多媒体教学课件：要求以课为单位完成课件设计；

⑤课程改革经验介绍：建议以教研组或教研团队经验介绍为主，包括课程改革、课题研究、校本教研、信息技术等方面；

⑥课程改革（教育科研）先进个人：以东北三省中学地理教学研究会名义发证书表彰，名额各省决定。

四、现场成果交流

1．现场观摩课：现场观摩课展示，每省初中和高中各一节。现场课所在地学校高中和初中可各再提供一节课。

2．课程改革经验介绍：每省初高中各一篇，时间不超过20分钟。

3.教师论坛：各省可根据本省实际选择若干名教师，围绕本次年会事先确定的主题《课堂有效教学》展开自由论述。各省选手在阐述本人观点的同时，还可以对其他教师的观点提出认同或不同意见，展开交锋、对话和交流。

4.教学设计现场说课：采取多媒体辅助形式宣讲，每省初高中各二篇，每人宣讲时间不超过8~10分钟。

五、其他方面

1.代表名额分配：每省代表各60名，承办省可以略多一些，特约代表不计在内，会议人数控制在200人左右。

2.会议举办时间：拟定于2011年7月13-15日召开（以正式通知为准）。3.各省理事名单和理事基本情况汇总表和证书数量、优秀教研成果证书数量、参会大致人数，请尽详细于2011年6月10日之前报给黑龙江省教育学院文科部地理教研室。

4.各省接到此通知后速将通知下发到各地（市）级教研员处，以便通知与会代表做好各项准备。具体事宜届时将另发正式通知。

5.会议结束后，会议主办方可协助联系安排赴俄罗斯、五大连池等地考察，本着自愿原则，费用不计入会务费。其中，去俄罗斯手续可在会议上办理，但因有些地区个人信息没能联网，所以建议有出国意向的老师在当地办好护照并带到会上。另外，处级干部应在当地组织部开具出境保证书。

其他未尽事宜需要三省共同协商，望各省尽快做出反馈意见，以便正式通知时修正。

王沥铧(教研员)(414968628)2011-6-27 5:38:06 关于转发“东北三省中学地理教学研究会第七届年会”的 预 备 通 知

各市（州）教育学院、县（市、区）教师进修学校、省直中学：

现转发关于召开“东北三省中学地理教学研究会第七届年会”的预备通知。请各地区地理教研员、地理教研组负责人组织好当地地理教师参评的优质课、优秀教学论文、优秀教学设计、多媒体教学课件、课程改革经验介绍、课程改革（教育科研）先进个人。参评优质课需交纳评审费100元。其余参评项目需交纳评审费50元。于2011年6月20日前寄到吉林省教育学院（长春市人民大街6755号。邮编：130022）骆秦俐处。各市（州）地理教研员按照县市区分配名额安排好参评教师上交的论文、教学设计等。每县（市、区）参评优质课限报2节。教研论文、教学设计、多媒体教学课件限报5个，课程改革经验报告限报1个，课程改革先进个人限报2名。