《 電機(jī)與拖動(dòng)》教案 8特種電機(jī) 項(xiàng)目八課件

項(xiàng)目特種電機(jī)8PAGE4項(xiàng)目特種電機(jī)8PAGE4特種電機(jī)項(xiàng)目PAGE38特種電機(jī)項(xiàng)目PAGE38課題伺服電動(dòng)機(jī)的認(rèn)識(shí)課時(shí)2課時(shí)（90min）教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：（1）掌握伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理（2）熟悉伺服電動(dòng)機(jī)的性能特點(diǎn)技能目標(biāo)：能夠測(cè)試伺服電動(dòng)機(jī)的工作特性素質(zhì)目標(biāo)：養(yǎng)成認(rèn)真負(fù)責(zé)、求真務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)弘揚(yáng)執(zhí)著專注、精益求精的職業(yè)精神踐行服務(wù)集體、團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理和性能特點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)：伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理和性能特點(diǎn)教學(xué)方法情景模擬法、問答法、討論法、講授法教學(xué)用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材教學(xué)設(shè)計(jì)第1節(jié)課：傳授新知（35min）第2節(jié)課：復(fù)習(xí)導(dǎo)入（5min）

傳授新知（35min）課堂小結(jié)（3min）

作業(yè)布置（2min）教學(xué)過程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟設(shè)計(jì)意圖第一節(jié)課考勤

（2min）【教師】使用文旌課堂APP進(jìn)行簽到【學(xué)生】按照老師要求簽到培養(yǎng)學(xué)生的組織紀(jì)律性，掌握學(xué)生的出勤情況任務(wù)導(dǎo)入

（8min）【教師】創(chuàng)設(shè)情景，進(jìn)行案例分析、提問中國(guó)現(xiàn)在是全球增速最快的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)，也是全球第一大工業(yè)機(jī)器人消費(fèi)市場(chǎng)。伺服電動(dòng)機(jī)作為工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，是影響工業(yè)機(jī)器人工作性能的主要因素之一。2020年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人用伺服系統(tǒng)市場(chǎng)規(guī)模約為50億元，預(yù)計(jì)未來五年的復(fù)合增長(zhǎng)率為35%。但在國(guó)內(nèi)伺服電動(dòng)機(jī)市場(chǎng)中，國(guó)產(chǎn)品牌的整體份額仍低于10%。因此，伺服電動(dòng)機(jī)的技術(shù)突破直接關(guān)乎國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的提升，且從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，對(duì)我國(guó)整個(gè)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也具有戰(zhàn)略意義。近幾年，國(guó)產(chǎn)品牌伺服電動(dòng)機(jī)的發(fā)展十分迅速。許多國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品在技術(shù)上已接近國(guó)際先進(jìn)水平，伺服電動(dòng)機(jī)自主配套能力已現(xiàn)雛形，并獲得了一定的市場(chǎng)認(rèn)可，涌現(xiàn)出了埃斯頓、廣州數(shù)控、英威騰、深圳匯川等20余家較大規(guī)模的伺服電動(dòng)機(jī)品牌。（1）除上述工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域外，伺服電動(dòng)機(jī)還應(yīng)用于哪些領(lǐng)域？（2）如何看待我國(guó)伺服電動(dòng)機(jī)的發(fā)展前景？【學(xué)生】聆聽、思考、討論運(yùn)用實(shí)際案例導(dǎo)入，吸引學(xué)生注意，引發(fā)學(xué)生思考，明確學(xué)習(xí)目的，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，端正學(xué)習(xí)態(tài)度傳授新知

（35min）【教師】發(fā)布任務(wù)工單【學(xué)生】掃一掃任務(wù)工單“8.2”，明確本節(jié)課任務(wù)【教師】提問：什么是“伺服”？你是如何理解伺服的？隨機(jī)邀請(qǐng)同學(xué)進(jìn)行回答【學(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】講解伺服電動(dòng)機(jī)的概念伺服電動(dòng)機(jī)是指在伺服系統(tǒng)中用于控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)，其作用是將輸入的電壓信號(hào)（即控制電壓）轉(zhuǎn)換成軸上的角位移或角速度輸出。伺服電動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)是：有控制電壓時(shí)，轉(zhuǎn)子立即旋轉(zhuǎn)；無控制電壓時(shí)，轉(zhuǎn)子立即停轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向是由控制電壓的大小和方向決定的。【學(xué)生】聆聽、理解、記憶【教師】思考：從概念上看，伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有何異同點(diǎn)？隨機(jī)邀請(qǐng)同學(xué)進(jìn)行回答【學(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生回答，既然伺服電動(dòng)機(jī)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有共同之處，那么我們就對(duì)比步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來學(xué)習(xí)伺服電動(dòng)機(jī)的知識(shí)。提問：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)由哪幾部分組成？隨機(jī)邀請(qǐng)同學(xué)進(jìn)行回答【學(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】講解交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理一、交流伺服電動(dòng)機(jī)1．同步交流伺服電動(dòng)機(jī)（1）結(jié)構(gòu)：由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成。（2）永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)：轉(zhuǎn)子為永磁體原理：定子繞組中通入三相交流電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極緊緊吸住轉(zhuǎn)子的磁極，使其以同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖8-12所示。圖8-12永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速：只取決于電源的頻率和電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)，而與負(fù)載的大小無關(guān)。最大同步轉(zhuǎn)矩：若負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大超過這個(gè)限度，永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)就會(huì)失步甚至停轉(zhuǎn)。【學(xué)生】聆聽、理解、記憶【教師】提問：永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相同嗎？與哪種電動(dòng)機(jī)的工作原理相似？隨機(jī)邀請(qǐng)同學(xué)進(jìn)行回答【學(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生回答，過渡到新知講解，展示異步交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖片，請(qǐng)同學(xué)們說出這種結(jié)構(gòu)和前面學(xué)習(xí)的哪種電機(jī)的結(jié)構(gòu)相似？隨機(jī)邀請(qǐng)同學(xué)進(jìn)行回答【學(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】講解異步交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)2．異步交流伺服電動(dòng)機(jī)1）異步交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式的不同，異步交流伺服電動(dòng)機(jī)又可分為籠式異步交流伺服電動(dòng)機(jī)和杯式異步交流伺服電動(dòng)機(jī)兩種。①籠式異步交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)：定子繞組是兩相的，一相為勵(lì)磁繞組（Rf），一相為控制繞組（RK），兩繞組在空間上的電角度相差90°，如圖8-13所示。圖8-13籠式異步交流伺服電動(dòng)機(jī)的原理優(yōu)點(diǎn)：利用率高，體積小，機(jī)械強(qiáng)度高，可靠性高，制造成本低。缺點(diǎn)：有齒槽黏合現(xiàn)象，在低速運(yùn)行時(shí)不夠平滑，會(huì)抖動(dòng)。②杯式異步交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)：如圖8-14所示。其定子是由外定子和內(nèi)定子兩部分組成的，在內(nèi)、外定子之間有細(xì)長(zhǎng)的空心轉(zhuǎn)子裝在轉(zhuǎn)軸上，空心轉(zhuǎn)子做成杯狀，所以又稱為空心杯式轉(zhuǎn)子。圖8-14杯式異步交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)子慣性小，運(yùn)轉(zhuǎn)平滑，無抖動(dòng)現(xiàn)象，啟動(dòng)電壓低。缺點(diǎn)：內(nèi)、外定子間氣隙較大，勵(lì)磁電流大，利用率低，體積大，制造成本高?！緦W(xué)生】聆聽、理解、思考、記憶【教師】異步交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與單相異步電動(dòng)機(jī)相似，兩者的工作原理有沒有相似之處呢？提問：簡(jiǎn)述單相異步電動(dòng)機(jī)工作原理。隨機(jī)邀請(qǐng)同學(xué)進(jìn)行回答【學(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】講解異步交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理2）異步交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理工作原理：在沒有控制電壓時(shí)，氣隙中只有勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子因沒有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩而靜止不動(dòng)。當(dāng)有控制電壓且控制繞組電流和勵(lì)磁繞組電流相位不相同時(shí)，氣隙中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)。自轉(zhuǎn)：因失控而自行旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。消除自轉(zhuǎn)的措施：增大轉(zhuǎn)子電阻r2。增大轉(zhuǎn)子電阻不僅可以消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，還能擴(kuò)大調(diào)速范圍、改善調(diào)節(jié)特性、提高反應(yīng)速度等。【教師】請(qǐng)同學(xué)們對(duì)比交流伺服電動(dòng)機(jī)與單相異步電動(dòng)機(jī)兩者工作原理的異同。隨機(jī)邀請(qǐng)同學(xué)進(jìn)行回答【學(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生回答，過渡到新知講解3）異步交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方法幅值控制：保持控制電壓與勵(lì)磁電壓間的相位差不變，僅改變控制電壓的幅值。相位控制：保持控制電壓的幅值不變，僅改變控制電壓與勵(lì)磁電壓間的相位差。幅相控制：同時(shí)改變控制電壓的幅值和相位。3．交流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用只適用于100W以下的小功率自動(dòng)控制系統(tǒng)中。交流伺服電動(dòng)機(jī)在自動(dòng)測(cè)溫系統(tǒng)中的應(yīng)用，如圖8-16所示。圖8-16自動(dòng)測(cè)溫系統(tǒng)的原理框圖【學(xué)生】聆聽、思考、理解、記憶通過類比、分析講解，使學(xué)生了解交流伺服電動(dòng)機(jī)的分類和結(jié)構(gòu)，掌握交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方法，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和處理問題的能力，弘揚(yáng)細(xì)心專注、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)穆殬I(yè)精神第二節(jié)課問題導(dǎo)入

（5min）【教師】復(fù)習(xí)提問，隨機(jī)邀請(qǐng)同學(xué)回答直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)由哪幾部分組成？各起什么作用？【學(xué)生】聆聽、思考、討論、回答復(fù)習(xí)提問，考察學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，提高學(xué)生的關(guān)注度傳授新知

（30min）【教師】總結(jié)學(xué)生回答，講解新知二、直流伺服電動(dòng)機(jī)1．基本結(jié)構(gòu)直流伺服電動(dòng)機(jī)的電樞電流很小，不裝換向磁極，并且轉(zhuǎn)子細(xì)長(zhǎng)，氣隙較小，磁路不飽和，電樞電阻較大。直流伺服電動(dòng)機(jī)的外形如圖8-17所示。圖8-17直流伺服電動(dòng)機(jī)的外形按勵(lì)磁方式的不同，直流伺服電動(dòng)機(jī)可分為電磁式和永磁式兩種。電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)由勵(lì)磁繞組產(chǎn)生，一般采用他勵(lì)式；永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)由永磁體產(chǎn)生，無需勵(lì)磁繞組和勵(lì)磁電流，可減小電動(dòng)機(jī)的體積和損耗。2．工作原理直流伺服電動(dòng)機(jī)依靠電樞電流與氣隙磁通的作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。通常采用電樞控制方式，即在保持勵(lì)磁電壓不變的條件下，通過改變電樞電壓來控制電動(dòng)機(jī)。電樞電壓越小，轉(zhuǎn)速越低；電樞電壓為0時(shí)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)?！緦W(xué)生】聆聽、思考、理解、記憶【教師】請(qǐng)同學(xué)們從結(jié)構(gòu)、勵(lì)磁方式和工作原理三個(gè)方面對(duì)比總結(jié)直流伺服電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)的異同之處。分組討論派代表回答【學(xué)生】聆聽、思考、討論、回答【教師】點(diǎn)評(píng)學(xué)生完成情況，過渡到新知講解3．直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用在機(jī)床工作臺(tái)精確定位系統(tǒng)中的應(yīng)用，如圖8-18所示。圖8-18機(jī)床工作臺(tái)精確定位系統(tǒng)的原理框圖【學(xué)生】聆聽、思考、理解、記憶【教師】請(qǐng)同學(xué)們掃碼觀看“伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的區(qū)別”對(duì)比兩者的異同【學(xué)生】聆聽、思考、討論、對(duì)比【教師】結(jié)合視頻和學(xué)過的知識(shí)，師生共同完成交、直流伺服電動(dòng)機(jī)的性能比較三、交、直流伺服電動(dòng)機(jī)的性能比較序號(hào)類別直流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)1機(jī)械特性轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的增加而均勻下降，不同控制電壓下的機(jī)械特性曲線是平行的，即機(jī)械特性是線性的，且為硬的機(jī)械特性，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化對(duì)轉(zhuǎn)速的影響很小。機(jī)械特性是非線性的，且機(jī)械特性曲線的斜率隨控制電壓的變化而變化，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化對(duì)轉(zhuǎn)速影響很大，機(jī)械特性很軟。2自轉(zhuǎn)現(xiàn)象無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象在單相狀態(tài)下會(huì)出現(xiàn)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象3體積、重量和效率適用于功率較大的伺服系統(tǒng)適用于小功率伺服系統(tǒng)4結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造麻煩結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，運(yùn)行可靠，適用于不易檢修的場(chǎng)合5控制裝置控制繞組通常由直流放大器供電，直流放大器比交流放大器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且有零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度?！緦W(xué)生】聆聽、理解、思考、記憶通過講解，使學(xué)生掌握直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理，能夠區(qū)分交、直流伺服電動(dòng)機(jī)，培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成認(rèn)真負(fù)責(zé)、求真務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)運(yùn)用類比分析法，提高學(xué)生對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)性能的理解，培養(yǎng)學(xué)生的類比分析能力，養(yǎng)成求真務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)課堂小