《 电机与拖动》教案 8特种电机 项目八课件

项目特种电机8PAGE4项目特种电机8PAGE4特种电机项目PAGE38特种电机项目PAGE38课题伺服电动机的认识课时2课时（90min）教学目标知识目标：（1）掌握伺服电动机的结构和工作原理（2）熟悉伺服电动机的性能特点技能目标：能够测试伺服电动机的工作特性素质目标：养成认真负责、求真务实的工作作风弘扬执着专注、精益求精的职业精神践行服务集体、团结协作的团队精神教学重难点教学重点：伺服电动机的结构、工作原理和性能特点教学难点：伺服电动机的工作原理和性能特点教学方法情景模拟法、问答法、讨论法、讲授法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计第1节课：传授新知（35min）第2节课：复习导入（5min）

传授新知（35min）课堂小结（3min）

作业布置（2min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图第一节课考勤

（2min）【教师】使用文旌课堂APP进行签到【学生】按照老师要求签到培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况任务导入

（8min）【教师】创设情景，进行案例分析、提问中国现在是全球增速最快的工业机器人市场，也是全球第一大工业机器人消费市场。伺服电动机作为工业机器人控制系统中的执行元件，是影响工业机器人工作性能的主要因素之一。2020年我国工业机器人用伺服系统市场规模约为50亿元，预计未来五年的复合增长率为35%。但在国内伺服电动机市场中，国产品牌的整体份额仍低于10%。因此，伺服电动机的技术突破直接关乎国内工业机器人企业市场竞争力的提升，且从长远来看，对我国整个工业机器人产业的发展也具有战略意义。近几年，国产品牌伺服电动机的发展十分迅速。许多国产产品在技术上已接近国际先进水平，伺服电动机自主配套能力已现雏形，并获得了一定的市场认可，涌现出了埃斯顿、广州数控、英威腾、深圳汇川等20余家较大规模的伺服电动机品牌。（1）除上述工业机器人领域外，伺服电动机还应用于哪些领域？（2）如何看待我国伺服电动机的发展前景？【学生】聆听、思考、讨论运用实际案例导入，吸引学生注意，引发学生思考，明确学习目的，激发学习兴趣，端正学习态度传授新知

（35min）【教师】发布任务工单【学生】扫一扫任务工单“8.2”，明确本节课任务【教师】提问：什么是“伺服”？你是如何理解伺服的？随机邀请同学进行回答【学生】聆听、思考、回答【教师】讲解伺服电动机的概念伺服电动机是指在伺服系统中用于控制机械元件运转的电动机，其作用是将输入的电压信号（即控制电压）转换成轴上的角位移或角速度输出。伺服电动机的主要特点是：有控制电压时，转子立即旋转；无控制电压时，转子立即停转；转轴的转速和转向是由控制电压的大小和方向决定的。【学生】聆听、理解、记忆【教师】思考：从概念上看，伺服电动机和步进电动机有何异同点？随机邀请同学进行回答【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生回答，既然伺服电动机与步进电动机有共同之处，那么我们就对比步进电动机来学习伺服电动机的知识。提问：步进电动机的结构由哪几部分组成？随机邀请同学进行回答【学生】聆听、思考、回答【教师】讲解交流伺服电动机的结构与工作原理一、交流伺服电动机1．同步交流伺服电动机（1）结构：由定子和转子两大部分构成。（2）永磁同步交流伺服电动机特点：转子为永磁体原理：定子绕组中通入三相交流电流产生旋转磁场，旋转磁场的磁极紧紧吸住转子的磁极，使其以同步转速转动。如图8-12所示。图8-12永磁同步交流伺服电动机的工作原理转子转速：只取决于电源的频率和电动机的磁极对数，而与负载的大小无关。最大同步转矩：若负载转矩增大超过这个限度，永磁同步交流伺服电动机就会失步甚至停转。【学生】聆听、理解、记忆【教师】提问：永磁同步交流伺服电动机的工作原理与步进电动机相同吗？与哪种电动机的工作原理相似？随机邀请同学进行回答【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生回答，过渡到新知讲解，展示异步交流伺服电动机的结构图片，请同学们说出这种结构和前面学习的哪种电机的结构相似？随机邀请同学进行回答【学生】聆听、思考、回答【教师】讲解异步交流伺服电动机的结构2．异步交流伺服电动机1）异步交流伺服电动机的结构根据转子结构形式的不同，异步交流伺服电动机又可分为笼式异步交流伺服电动机和杯式异步交流伺服电动机两种。①笼式异步交流伺服电动机结构：定子绕组是两相的，一相为励磁绕组（Rf），一相为控制绕组（RK），两绕组在空间上的电角度相差90°，如图8-13所示。图8-13笼式异步交流伺服电动机的原理优点：利用率高，体积小，机械强度高，可靠性高，制造成本低。缺点：有齿槽黏合现象，在低速运行时不够平滑，会抖动。②杯式异步交流伺服电动机结构：如图8-14所示。其定子是由外定子和内定子两部分组成的，在内、外定子之间有细长的空心转子装在转轴上，空心转子做成杯状，所以又称为空心杯式转子。图8-14杯式异步交流伺服电动机的结构优点：转子惯性小，运转平滑，无抖动现象，启动电压低。缺点：内、外定子间气隙较大，励磁电流大，利用率低，体积大，制造成本高。【学生】聆听、理解、思考、记忆【教师】异步交流伺服电动机的结构与单相异步电动机相似，两者的工作原理有没有相似之处呢？提问：简述单相异步电动机工作原理。随机邀请同学进行回答【学生】聆听、思考、回答【教师】讲解异步交流伺服电动机的工作原理2）异步交流伺服电动机的工作原理工作原理：在没有控制电压时，气隙中只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子因没有启动转矩而静止不动。当有控制电压且控制绕组电流和励磁绕组电流相位不相同时，气隙中会产生一个旋转磁场，旋转磁场产生电磁转矩，使转子沿旋转磁场的方向旋转。自转：因失控而自行旋转的现象。消除自转的措施：增大转子电阻r2。增大转子电阻不仅可以消除自转现象，还能扩大调速范围、改善调节特性、提高反应速度等。【教师】请同学们对比交流伺服电动机与单相异步电动机两者工作原理的异同。随机邀请同学进行回答【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生回答，过渡到新知讲解3）异步交流伺服电动机的控制方法幅值控制：保持控制电压与励磁电压间的相位差不变，仅改变控制电压的幅值。相位控制：保持控制电压的幅值不变，仅改变控制电压与励磁电压间的相位差。幅相控制：同时改变控制电压的幅值和相位。3．交流伺服电动机的应用只适用于100W以下的小功率自动控制系统中。交流伺服电动机在自动测温系统中的应用，如图8-16所示。图8-16自动测温系统的原理框图【学生】聆听、思考、理解、记忆通过类比、分析讲解，使学生了解交流伺服电动机的分类和结构，掌握交流伺服电动机的控制方法，培养学生独立思考和处理问题的能力，弘扬细心专注、科学严谨的职业精神第二节课问题导入

（5min）【教师】复习提问，随机邀请同学回答直流电动机的结构由哪几部分组成？各起什么作用？【学生】聆听、思考、讨论、回答复习提问，考察学生对知识的掌握程度，提高学生的关注度传授新知

（30min）【教师】总结学生回答，讲解新知二、直流伺服电动机1．基本结构直流伺服电动机的电枢电流很小，不装换向磁极，并且转子细长，气隙较小，磁路不饱和，电枢电阻较大。直流伺服电动机的外形如图8-17所示。图8-17直流伺服电动机的外形按励磁方式的不同，直流伺服电动机可分为电磁式和永磁式两种。电磁式直流伺服电动机的磁场由励磁绕组产生，一般采用他励式；永磁式直流伺服电动机的磁场由永磁体产生，无需励磁绕组和励磁电流，可减小电动机的体积和损耗。2．工作原理直流伺服电动机依靠电枢电流与气隙磁通的作用产生电磁转矩，使伺服电动机转动。通常采用电枢控制方式，即在保持励磁电压不变的条件下，通过改变电枢电压来控制电动机。电枢电压越小，转速越低；电枢电压为0时，电动机停转。【学生】聆听、思考、理解、记忆【教师】请同学们从结构、励磁方式和工作原理三个方面对比总结直流伺服电动机与直流电动机的异同之处。分组讨论派代表回答【学生】聆听、思考、讨论、回答【教师】点评学生完成情况，过渡到新知讲解3．直流伺服电动机的应用在机床工作台精确定位系统中的应用，如图8-18所示。图8-18机床工作台精确定位系统的原理框图【学生】聆听、思考、理解、记忆【教师】请同学们扫码观看“伺服电动机和步进电动机的区别”对比两者的异同【学生】聆听、思考、讨论、对比【教师】结合视频和学过的知识，师生共同完成交、直流伺服电动机的性能比较三、交、直流伺服电动机的性能比较序号类别直流伺服电动机交流伺服电动机1机械特性转矩随转速的增加而均匀下降，不同控制电压下的机械特性曲线是平行的，即机械特性是线性的，且为硬的机械特性，负载转矩的变化对转速的影响很小。机械特性是非线性的，且机械特性曲线的斜率随控制电压的变化而变化，负载转矩的变化对转速影响很大，机械特性很软。2自转现象无自转现象在单相状态下会出现自转现象3体积、重量和效率适用于功率较大的伺服系统适用于小功率伺服系统4结构结构复杂，制造麻烦结构简单，维护方便，运行可靠，适用于不易检修的场合5控制装置控制绕组通常由直流放大器供电，直流放大器比交流放大器结构复杂，且有零点漂移现象，会影响系统的稳定性和控制精度。【学生】聆听、理解、思考、记忆通过讲解，使学生掌握直流伺服电动机的结构与工作原理，能够区分交、直流伺服电动机，培养学生养成认真负责、求真务实的工作作风运用类比分析法，提高学生对伺服电动机性能的理解，培养学生的类比分析能力，养成求真务实的工作作风课堂小