8.3 伺服电机（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8.3 伺服电机 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 在进行伺服电机课程的学情分析时，我们发现学生对伺服电机的基本概念和工作原理有一定的理解，但对细节掌握不够深入。例如，大多数学生能够识别伺服电机在精确控制速度和位置方面的应用，但对PID控制原理和电机参数调整的理解较为模糊。 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。 掌握交流伺服电机的结构和分类 掌握交流伺服电机的工作原理 掌握并学会直流伺服电机的内容 学习任务 描述 掌握交流伺服电机的结构和分类 掌握交流伺服电机的工作原理 掌握并学会直流伺服电机的内容 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 掌握交流伺服电机的结构和分类 掌握交流伺服电机的工作原理 教学难点 掌握并学会直流伺服电机的内容 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） 预习交流伺服电机的工作原理 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） 伺服电机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电 动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电机两大类，其主要特点是，当信号电压 为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。 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 、交流伺服电机 1.结构和分类 交流伺服电机的定子结构和单相异步电动机相似，它的定子上装有两个在空间相差90°电 角度的绕组，即励磁绕组和控制绕组。运行时励磁绕组始终加上一定的交流励磁电压，控制绕组 上则加大小或相位随信号变化的控制电压。 2.交流伺服电机的工作原理 伺服电机的工作原理与单相异步电动机相似，如图8-6所示。LL是有固定电压励磁的励磁 绕组，LK是有伺服放大器供电的控制绕组，两相绕组在空间相差90°电角度。如果I 与 Ik 的相 位差为90°,而且两相绕组的磁通势幅值又相等，这种状态称为对称状态。与单相异步电动机一 样，这时在气隙中产生的合成磁场为一旋转磁场，其转速称为同步转速。旋转磁场与转子导体相 对切割，在转子中产生感应电流。转子电流与旋转磁场相互作用产生转矩，使转子旋转。如果改 变加在控制绕组上电流的大小或相位差，就破坏了对称状态，使旋转磁场减弱，电动机的转速下 降。电动机的工作状态越不对称，总电磁转矩就越小。当除去控制绕组上信号电压以后，电机立 即停止转动。这是交流伺服电机在运行上与普通异步电动机的区别。 主要讲解交流伺服电机。 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、直流伺服电机 直流伺服电机实质上就是一台他励式直流电机，其结构、原理与一般直流电机基本相同。但 直流伺服电机有其本身的特点：与普通直流电机相比，直流伺服电机气隙比较小，磁路不饱和，磁 通和励磁电压成正比；电枢电阻较大，机械特性为软特性；电枢比较细长，转动惯量小；换向性能 较好，不需换向极。 直流伺服电机有他励式和永磁式两种，其转速由信号电压控制。信号电压若加在电枢绕组 两端，称为电枢控制；若加在励磁组两端则称为磁极控制。由于电枢控制的直流伺服电机的机械 特性线性度较好、损耗较小，且由于电枢回路电感较小，因而电磁惯性较小，故其响应速度比磁极 控制式快，所以在工程上多采用电枢控制。 教师根据直流伺服电机讲解。 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、伺服电机的使用和维护 1.交流伺服电机的使用和维护 交流伺服电机因没有电刷之类的滑动接触，机械强度高，可靠性好，寿命长。只要选用恰当， 使用正确，故障率通常很低。但要注意以下几点： (1)励磁绕组经常接在电源上，要防止过热现象。为此，交流伺服电机要安装在有足够大散 热面积的金属固定面板上，电机与散热板应紧密接触，要通风良好，必要时可以用风扇冷却。电 机与其他发热器件尽量隔开一定距离。 (2)输入控制信号的放大器输出阻抗要小，防止机械特性变软。 (3)信号频率不能超过其额定范围，否则机械特性会变软，还可能产生“自转”现象。 2.直流伺服电机的使用和维护 (1)直流伺服电机的特性与温度有关，寿命与使用环境、温度、海拔高度、湿度、空气质量、冲 击、振动及轴上负载等有关，选择时应综合考虑。 (2)电磁式电枢控制直流伺服电机在使用时，要先接通励磁电源，然后再施加电枢控制电 压。电机运行过程中，一定要避免励磁绕组断电，以免电枢电流过大和超速。 (3)采用晶闸管整流电源时，要带滤波装置。 (4)输入控制信号的放大器输出阻抗要小，防止机械特性变软。 (5)运行中的直流伺服电机，当控制电压消失或减小时，为了提高系统的快速响应性能，可 以在电枢两端并联一个电阻，以便和电枢形成回路。 四 、步进电机与伺服电机在机床应用中的性能比较 五、正确选择使用伺服电机 1.直流伺服系统和交流伺服系统的区别 伺服电机分为有刷和无刷电机两种。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽， 控制容易，需要维护，但维护方便(换碳刷),产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可应用于对 成本敏感的普通工业和民用场合。 无刷电机体积小，重量轻，负载能力强，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制 复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很 高，运行温度低，电磁辐射很小，寿命长，可用于各种环境。 交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机两种，目前运动控制中一般都用同步电 机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降 低，因而适合低速平稳运行的应用场合。 2.使用伺服电机时要注意的问题 3.驱动器和系统如何接地 教师讲解伺服电机的使用和维护，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：总结交流伺服电机的工作原理。 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） 学生在理论知识与实际操作之间存在脱节，特别是在电机编码器的安装、调试以及故障排除方面缺乏经验。此外，对于伺服电机的维护和保养知识，学生的认识也不够全面，这可能导致在实际应用中忽视了对电机的定期检查和维护。 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.简述驱动器和系统如何接地。 2.简述直流伺服系统和交流伺服系统的区别。 3.简述使用伺服电机时要注意的问题。 板书 设计 六、教学评价 教学评价 七、教学反思 教学反思 为了提高教学效果，我们需要在课程中增加更多实践环节，如实验室操作和故障诊断演练，以增强学生的动手能力和问题解决能力。同时，通过案例分析和讨论，帮助学生理解理论知识在实际工作中的应用，从而更好地掌握伺服电机的综合应用技能。 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 $$