8.1 微特电机概述（教案）-《电机与变压器》同步精品课堂（高等教育出版社）

《电机与变压器》教案 详 细 教 案 一、设计摘要 课程课题 任务8.1 微特电机概述 授课教师 1 学时数 1 授课班级 人数 授课时间 教学地点 理实一体化教室 二、设计意图 学情分析 微特电机，也称为微型特种电机，是一种体积小、输出功率较低的电机，广泛应用于各种现代化装备及其控制系统中。微特电机的外径通常不大于160mm，功率在750瓦以下。它们不仅用于提供动力，还用于实现对速度、位置、转矩等的精确控制，尤其在工业自动化、办公自动化和家庭自动化方面发挥着重要作用。 背景分析 变压器的分类主要基于其用途、冷却方式、相数、频率和结构等。例如，按用途可以分为电力变压器和仪用变压器；按冷却方式可以分为油浸式和干式；按相数可以分为单相和三相变压器；按结构可以分为芯式和壳式等。在课程中，了解变压器的结构和分类对于学习其工作原理、设计、应用和维护至关重要。这有助于学生在实际工作中选择合适的变压器类型，以满足特定的技术要求和操作条件。 学习目标 设定 素质目标 知识目标 能力（技能）目标 培养学生利用电机拖动技术解决实际工程问题的能力。 掌握作为控制用的微特电机 掌握作为驱动用的微特电机 掌握并学会微特电机的发展概况的内容 学习任务 描述 掌握作为控制用的微特电机 掌握作为驱动用的微特电机 掌握并学会微特电机的发展概况的内容 教学资源 准备 教师准备：讨论主题、学生任务书； 学生准备：在线讨论、完成任务书。 教学重点 掌握作为控制用的微特电机 掌握作为驱动用的微特电机 教学难点 掌握并学会微特电机的发展概况的内容 教学难点突破方法 重新梳理电机在国民经济中的作用，强化对知识难点的深度把握，调整本节课的相关内容，利用简明易懂的语言，深入浅出的方式，阐述基础理论知识，做到粗细结合、详略得当， 有助于学生的学习和理解。 三、教学策略 教法 讲授法、演示法、讨论法； 学法 小组讨论法、 自主阅读法。 四、教学资源 教材工具材料 《电机与变压器》，主编：王生，2015年3月第5版；高等教育出版社出版。 教学情景 创设 五、教学过程 教学环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图 知识复习与回顾（2分钟） [引入主题]（2分钟） 预习控制用的微特电机 提出问题，认真回答问题。 接收并查看本节课堂任务书。查看并记住本节任务的学习目标。 1、组织学生回答问题，使同学们提起兴趣，对学习内容参与度更深。 2.下发和展示任务，让学生明确课堂任务，学习课堂知识。 新 课 导 入 （3分钟） [新课引入] （3分钟） 引导学生分析任务书，明确本节课的学习内容。 通过任务书，采用提问方式引出今天的内容。 1.跟上老师思路。 2.学生分小组交流讨论，总结出小组答案。 激发学生探索学习的欲望与兴趣，还可以把本次课程的内容快速引入课堂。 探索 新知（2分钟） [探索新知] （2分钟） 微特电机通常指的是结构、性能、用途或原理与常规电机不同，且体积和输出功率较小的微 型电机和特种精密电机，一般其外径不大于130 mm, 输出功率从数百毫瓦至数百瓦。但是随着 科学技术的发展和应用领域的扩大，微特电机的体积和输出功率已突破这个界限。小的外径仅 有0.8 mm,轴长1.2 mm, 重量仅4 mg的微型电动机，可以在人的血管中穿行。大的特种电机的 功率已做到10kW, 甚至更大。 在现代的生产技术，空间技术和电子计算机技术中使用各种各样的微特电机。它们在自动 控制系统和计算装置中分别作为测量和比较元件、放大元件、执行和解算元件。 上课前老师收集相关的新专业、职业、技能等知识。 学生对新专业了解后，再上网查一下新专业所涉及的知识点。 使用学生对新专业有个大概了解，自己再去收集相关资料补充自己的知识面。 学 习 新 知（14分钟） 一、作为控制用的微特电机 1 . 交直流测速发电机 测速发电机的输出电压精确地与转速成正比，在系统中用来检测转速或进行速度反馈，也可 以作为微分、积分的计算元件。 2.自整角机 自整角机一般是两个以上元件对接使用，用于角度数据测量中，输出电压信号的属于信号元 件，输出转矩的属于功率元件。 自整角机的基本用途是角度数据传输。作为信号元件时，输出电压是两个元件转子角差的 正弦函数。作为功率元件时，输出转矩也近似为两个元件转子角差的正弦函数。在随动系统中 作为自整步元件或实现角度传输、变换和接收。 3.旋转变压器 普通旋转变压器都做成一对磁极，其输出电压是转子转角的正弦、余弦或其他函数。主要用 于坐标变换、三角运算，也可作为角度数据传输和移相元件使用。 多极旋转变压器，是在普通旋转变压器的基础上发展起来的一种多极的、精度可达角秒级的 元件。在高精度解算装置和多通道系统中用作解算和检测元件或实现数模转换。 主要讲解作为控制用的微特电机。 学生在书本上找出对应的内容并勾画出重点内容。 通过直观教学法，使用电教媒体PPT 的形式，不仅能进一步激发学生的兴趣，也有利于加深学生对知识的理解和对内容的掌握。 二 、作为驱动用的微特电机 1.交流和直流伺服电动机 交直流伺服电动机在系统中作执行元件，受输入信号控制并能做出快速响应。其启动转矩 正比于控制电压，机械特性近于线性，即转速随转矩的增加近似线性下降。使用时，通常经齿轮 减速后带动负载，所以又称执行电动机。 2. 电机扩大机 电机扩大机可以利用较小的功率输入来控制较大的功率输出，在系统中作为功率放大元件。 电机扩大机的控制绕组上所加电压一般不高，励磁电流不大，而输出电势较高，电流较大。 这个作用就是功率放大。放大倍数可达1000～10000倍，可作为自动调节系统中的调节元 件用。 3 . 步进电机 步进电机是一种将脉冲信号转为相应的角位移或线位移的机电元件。当输入一个电脉冲信 号时，它就前进一步，输出角位移或线位移量与输入脉冲数成正比，而转速与脉冲频率成正比。 在数控机床、加工机械、仪表和办公自动化设备及家用电器等数控系统中作为执行元件而得到广 泛应用。如BYJ系列减速永磁式步进电机，应用于空调器产品中，作为出风导向驱动用的关键 部件。 4.微型同步电机 微型同步电机具有转速恒定、结构简单、应用方便的特点。应用在自动控制和其他需要恒定 转速的仪器上。 5.单相串励电动机(换向器电机) 教师根据作为驱动用的微特电机讲解。 学生跟上老师的思路； 抽取学生回答老师的提问； 让学生能够快速的掌握工序等主要流程的内容 突破了课程内容难点。 三 、微特电机的发展概况 微特电机是电机制造工业中一种新兴电机，它的历史虽短但发展迅速。其品种繁多用途各异，据不完全统计，竟达3000种以上，是普通电机所不可比拟的。在国外，从20世纪30年代开 始，随着工业自动化、科学技术和军事装备的发展而迅速发展起来，其使用领域也日益扩大。到 了20世纪40年代以后，逐步形成了自整角机、旋转变压器、交直流伺服电动机、交直流测速发电 机等一些基本系列。20世纪60年代以后，由于电子技术、航天等科学技术的发展和自动控制系 统的不断完善，对控制电机的精度和可靠性提出了更高的要求。控制电机的品种也日益增多。 在原有的基础上又系列生产出多极自整角机、多极旋转变压器、感应同步器、无接触自整角机、无 接触旋转变压器、永磁式直流力矩电动机、无刷直流伺服电动机、空心杯电枢永磁式直流伺服电 动机、印制绕组直流伺服电动机等新机种。 目前在自动化系统中，常用数字计算机进行控制，而它的输出设备中又要将数字信号转换成 角位移或线位移，即实现数模转换。步进电动机的工作特性完全符合这种要求，因而得到较快发 展。在数字计算机输入设备中，采用自整角机或旋转变压器进行模数转换，出现了多相自整角机 和多相旋转变压器，以适应这一技术要求。 由于新原理、新技术、新材料、新工艺的发展，使电机在很多方面突破了传统的观念，已研 制出一些新原理、新结构的电机。如研制成霍尔效应的自整角机及旋转变压器、霍尔无刷直流 测速发电机；利用“压电逆效应”研制出压电直线步进电动机，其步距可达到0.01~5.00 μm; 利用“介质极化”研制出驻极体电机；利用“磁性体的自旋再排列”研制出光电机、开关磁阻电 机，以及在此基础上发展起来的双凸极永磁电机；此外还有电介质电动机、静电电动机、磁致 伸缩电机、仿生电机、集成电路电动机等。微特电机的进一步发展，已经不限于一般的电磁理 论，而将与其他学科相互结合、相互促进。成为一门多种学科相互渗透的边缘学科。研究 微特电机的原理、结构与应用，对21世纪自动化技术、计算机技术的开发与应用将具有广 阔的前景。 教师讲解微特电机的发展概况，通过展示图片和理论相结合的形式，更形象的记忆 学生跟上老师的思路； 图片展示更加直观 学生再练习（6分钟） 4、分配任务：（6分钟）（思政导入：团队合作，培养学生学会思考，解决问题能力） 1）、以小组为单位回答问题：总结控制用的微特电机。 2）、每组派出代表回答老师提问 4）、学生分组相互评价 5）、老师点评，哪个组最好，回答最准确。评出优胜小组。 1、教师分配任务小组任务，随堂进行观察和指导。 2.讨论完成后，教师以提问形式选择学生进行问题的回答。 3.各组互评后，教师进行总结评价。 学生小组讨论后每个组派一人或者两人回答。学生之间互评打分。 学生对知识的一个巩固过程，调动学生的学习积极性。 课堂 总结（2分钟） 教师总结（2分钟） （引入思政教育：认认真真、严谨细致的工作态度、团队合作精神） 微特电机的技术发展趋势是向模块化、组合化、智能化、机电一体化方向发展，同时，高效节能和智能化已成为产品发展的重要趋势。随着科技的进步，新的微特电机技术不断涌现，例如永磁无刷电机、超声波电动机、直线电机、超微电动机和分子电机等。 布置下节课任务（40分钟） 布置下节课任务（40分钟） 预习下节课内容 布 置 作 业（13分钟） [完成作业] （13分钟） 1.简述电磁调速电动机。 2.简述微型同步电机。 3.简述电机扩大机 板书 设计 六、教学评价 教学评价 七、教学反思 教学反思 在教授微特电机概述的课程中，我意识到学生对这一领域的基础知识掌握不够扎实。课堂上，我尝试通过实例和多媒体工具来增强教学效果，但学生对理论概念的理解和应用能力仍有待提高。未来，我计划引入更多互动环节，如小组讨论和实际操作，以促进学生的主动学习和深入理解。同时，我也将调整教学进度，确保学生有足够的时间消化和吸收新知识。此外，我将设计更具挑战性的问题，以激发学生的好奇心和探索欲，帮助他们建立起理论与实践之间的桥梁。通过这些改进，我相信学生能够更好地掌握微特电机的相关知识，并在未来的学习和工作中运用自如。 教师分配任务 学分组讨论 学生问题提问 学生分组回答 教师总结 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$