电机与控制电子教案9其他日用电器中的电动机及其控制.docx
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电机与控制电子教案9其他日用电器中的电动机及其控制
【课题】
*第九章 其他日用电器中的电动机及其控制（1~2节）
新授课
【教学目标】
1．知识目标：
了解其他日用电器中使用的电动机的结构、原理、应用和基本控制方式。
2．能力目标：
能够阅读其他日用电器的电控线路图。
3．情感目标：
激发学生浓厚的学习兴趣，培养学生严谨的科学态度，锻炼实际分析能力，培养动手能力。
【教学重点】
各种日用电器的电动机的种类类型和电器的组成。
【教学难点】
电动机控制电路。
【教学方法】
读书指导法、分析法、演示法、练习法。
【课时安排】
2课时（90分钟）。
【教学过程】
〖导入〗（3分钟）
提问：
以前学过的的电冰箱空调器的电动机类型和特点，它们的控制电路包括哪些器件。
〖新课〗
第一节 厨用电器电动机及其控制
一、多功能食品加工机
多功能食品加工机又称为多功能食物切削机，一般的可用于切削瓜果、蔬菜、肉类及各种食品，高档一些的还可进行搅拌、打浆、榨汁、和面等。
其类型有坐式、台式和手提式等多种，图为台式多功能食品加工机的外形图
图为食品搅拌机和榨汁机结构示意图
1．电动机
要求驱动电动机有较高的转速，一般采用交流220V电源的单相串励电动机，转速范围为8000~20000r/min，功率为60~1000W。
2．控制电路
多功能食品加工机的控制电路如图所示，图中SA1为四挡琴键开关。
其控制功能：
（1）高速挡时，220V电源直接加给电动机，电动机的转速最高；
（2）点动挡时，电动机转速与高速挡相同，但开关要用手按住才能接通，所以为点动操作；
（3）中速挡时，电源经二极管半波整流后降压，转速降低；
（4）低速挡时，电源经二极管半波整流后再经电阻降压，所以转速为最低。
电路设有热保护开关和压合开关。
热保护开关采用内埋式过热保护器，固定在电动机绕组上，可以直接感受绕组的温度，当绕组温度超过115℃时开关自动断开，保护电动机；当绕组温度降到45℃时开关自动复位闭合。
压合开关装在料杯与料杯盖接合处，当料杯未放好、杯盖未盖上或未盖紧时，压合开关不接通，保证了使用安全。
二、家用电切刀
如图为家用电切刀的结构图。
电动机为永磁式直流电动机，如图为控制电路。
三、微波炉
微波炉是一种利用微波从食物内部进行加热的电热器具，一般家庭用微波炉的外形和主要结构如图所示。
微波炉加热食物的原理是利用磁控管产生频率为2450MHz的微波能，经波导管传输到炉腔，再通过炉腔反射，激励食物中的水分子以每秒24.5亿次的频率高速振动，相互磨擦产生高热，以煮熟或加热食物。
1．电动机
微波炉使用的电动机有转盘驱动电动机、风扇电动机、定时器和功率调节器的电动机。
（1）转盘电动机按照微波加热的原理和特点，为了使加热均匀，采用在炉腔内安装玻璃转盘，让食物在加热过程中不断转动的方式。
转盘通常用永磁式同步电动机驱动，功率为2.5~4W。
（2）风扇电动机风扇有两个作用：
一是给炉腔内通风，将烹食物过程中的水蒸汽排出炉外；二是给磁控管和高压变压器进行风冷降温。
风扇电动机通常用单相罩极式异步电动机，转速为2400r/min左右，功率为15~25W。
（3）定时器和功率调节器电动机定时器的作用是控制微波炉的加热时间，通常采用的是由电动机驱动的机械定时器。
功率调节器的结构与定时器基本相同，由电动机驱动内部的凸轮机构转动，使功率调节开关控制磁控管周期性地通断，来调节磁控管的平均输出功率。
定时器和功率调节器电动机都是微型永磁式同步电动机，与洗衣机程控器和电冰箱除霜定时器中的同步电动机基本为同一类型。
2．控制电路
采用微机芯片控制，图示的是一种较简单的普及型微波炉控制电路，电路的工作过程和相关元件的作用如下：
（1）关闭炉门，炉门联锁机构动作，主联锁开关S5闭合，联锁监控开关S2断开，微波炉处于准备工作状态；
（2）设定定时时间，定时器开关S4闭合，炉腔内照明灯HL亮；
（3）设定功率调节器为某一挡次，然后按下启动按钮，副联锁开关S1闭合，微波炉控制电路接通，转盘电动机M1、风扇电动机M2、定时器电动机M3和功率调节器电动机M4四台电动机同时运转；与此同时，高压变压器T通电，一个副绕组向磁控管的灯丝供电，另一个副绕组经高压电容器C和高压二极管VD组成的半波倍压整流电路产生4000范区V的高压，加在磁控管的两极间，使磁控管产生微波。
四、抽油烟机
1．抽油烟机电动机
外形如图（a）所示。
采用全封闭的结构（见图（b）），以防止油烟和灰尘进入。
2．控制电路
具有两台电动机的普通型抽油烟机典型控制电路如图所示，由琴键开关SA1、SA2、SA3分别控制两台电动机M1、M2和照明灯EL，熔断器FU用作短路保护。
较高档的抽油烟机还有由半导体气敏电阻控制的自动控制电路，能够监测室内的烟雾或各种有害气体的浓度，自动控制电动机的运行。
单片微机芯片也已应用到抽油烟机的控制电路中。
五、饮水机
按照出水的温度，常见的饮水机有温热型和冷热型两种类型，温热型只有加热的功能，冷水口流出的是自然温度的凉水；冷热型可将水制冷冰冻和加热。
按照制冷的方式，又可分为半导体制冷和压缩机制冷两种方式，前者供水量较小，后者较大。
图（a）为采用压缩机制冷方式的冷热型立式饮水机的结构图，图（b）为其电路图。
第二节清洁美容保健电器电动机及其控制
一、家用吸尘器
吸尘器种类，如分为家庭用和工业用及专用（如汽车用、地毯用）吸尘器，或分为干式、干湿两用式，立式、卧式吸尘器等。
家用吸尘器泛指在家庭、宾馆、办公室等地方使用的立式或卧式、便携式吸尘器，如图所示。
卧式吸尘器的内部结构如图所示。
1．吸尘器电动机
主要要求是：
转速要高（为20000~25000r/min），转矩要大。
采用交流220V电源的单相串励电动机。
吸尘器电动机与风机装配在一起，其外形和主要结构如图所示。
2．控制电路
（1）单速控制电路
只有一种转速的吸尘器电动机控制电路如图（a）所示。
（2）双速控制电路、
有两种转速的吸尘器电动机控制电路见图（b），该电路采用晶闸管调压调速。
二、电吹风
1．电吹风电动机
电吹风的电动机主要有三种：
罩极式单相异步电动机、单相串励电动机和永磁式直流电动机。
使用这三种电动机的电吹风的结构图分别如图（a）、（b）、（c）所示，主要由外壳、手柄、电动机、风叶、电热丝、开关等部件构成。
（1）罩极式单相异步电动机其定子为凸极式，转子为笼型，罩极式电动机的优点是运行噪音低、维修方便；缺点是转速低（最高转速只有2800r/min左右），所以使用罩极式电动机的电吹风风速较低，且体积较大。
（2）单相串励电动机单相串励电动机可以使用交、直流两种电源，但一般使用交流电源。
采用串励电动机的电吹风风量大、风速高，但运行噪音大且换向器会造成较强的无线电干扰。
（3）永磁式直流电动机因为电吹风使用交流电源比较方便，所以在电吹风内要有降压整流装置。
采用永磁式直流电动机的特点是转速高（可达18000~20000r/min），风量大，体积和重量都较小。
电动机的功率在400~600W之间。
2．控制电路
图为使用永磁式直流电动机的电吹风控制电路。
三、电动剃须刀
电动剃须刀分为旋转式和振动式两类，旋转式电动剃须刀由电动机带动刀片旋转，振动式则利用电磁振动或电动机转动使刀片作往复运动。
四、电动按摩器
原理是用电力产生机械振动，按照产生振动的原理可分为电动机式和电磁式两种，图为一种电动机式按摩器的结构示意图。
图为电动机式按摩器的一种控制电路。
练习：
习题与思考题
作业：
习题与思考题
简答与思考题3~5
板书：
第一节 厨用电器电动机及其控制
一、多功能食品加工机
二、家用电切刀
三、微波炉
四、抽油烟机
五、饮水机
第二节清洁美容保健电器电动机及其控制
一、家用吸尘器
二、电吹风
三、电动剃须刀
四、电动按摩器
【课题】
第九章 其他日用电器中的电动机及其控制（3~4节）
新授课
【教学目标】
1．知识目标：
了解其他日用电器中使用的电动机的结构、原理、应用和基本控制方式。
2．能力目标：
能够阅读其他日用电器的电控线路图。
3．情感目标：
激发学生浓厚的学习兴趣，培养学生严谨的科学态度，锻炼实际分析能力，培养动手能力。
【教学重点】
各种日用电器的电动机的种类类型和电器的组成。
【教学难点】
电动机控制电路。
【教学方法】
读书指导法、分析法、演示法、练习法。
【课时安排】
2课时（90分钟）。
【教学过程】
〖导入〗（3分钟）
提问：
以前学过的日用电动机类型和特点，它们的控制电路包括哪些器件。
〖新课〗
第三节 电动工具电动机及其控制
电动工具包括手电钻、冲击钻、电锯、电刨等，手提式电动工具一般都使用单相交流电源。
电动工具中的电动机基本都是单相串励电动机，单相串励电动机具有软的机械特性，特别适合于电动工具，可以起到自动调整转速的作用。
手电钻的外形如图（a）所示，其内部结构如图（b）所示。
主要由单相串励电动机、减速箱、钻夹头、风叶和具有快速切断和自动复位功能的手揿式开关等部件组成。
手电钻专用的单相串励电动机工作电压为220V，输出功率在80.3~240W之间，电动机的额定转速为8500~12000r/min，经减速箱减速后钻夹头的转速对应为333~870r/min（均因电动机的型号规格而异）。
有的手电钻要求电动机能够调速，一般采用串联电抗器的方法调速。
有的电动工具还要求单相串励电动机能够反转。
第四节电子电器及玩具电动机及其控制
一、玩具电动机
微型永磁式直流电动机。
特点是体积小（电动机外径在30mm以下）、工作电压低（1.5V或3V）、功率小（一般不超过1W）、价格低廉。
二、指针式电子钟表电动机
1．指针式石英电子表的原理和结构
电子钟表从显示方式分为指针式的数字式两种，从运行原理有电磁振动式和石英晶体振动式两种。
指针式石英电子钟表的基本原理是：
由振荡频率极稳定的石英晶体产生基准频率（32768Hz）信号，经分频电路得到频率为0.5Hz的脉冲，再由走时驱动电路将其变成正负交替的窄脉冲，以驱动步进电动机，最后通过减速齿轮带动指针指示时间。
指针式石英电子表的结构见图。
2．指针式石英电子表的电动机
指针式电子钟表使用的是永磁式步进电动机，如图所示。
电动机的转子为圆柱形的永久磁钢，定子用高导磁的软磁性材料制成，上面绕有定子绕组。
当定子线圈通入驱动脉冲信号时，假设在定子铁心产生的磁极上面为S极，下面为N极，则按照异性磁极相吸的原理，转子永久磁极的位置上图中所示；由于驱动脉冲是正负交替的，当下一个驱动脉冲信号到来时，定子磁极上下反向，转子将旋转180°。
由此反复循环，使步进电动机转动而带动指针走动。
3．控制电路
指针式石英电子表采用的集成电路常见型号有SM5544、5G5344、WPC5530等，图所示为采用STP2744B集成电路的钻石牌指针式石英钟电路。
电唱机中的唱盘驱动电动机，录音机和录象机中的磁头驱动电动机，在LD、CD、VCD、DVD的光盘机中则有主轴电动机、进给电动机、选盘电动机和加载电动机等多台电动机。
这些电动机的种类有罩极式单相异步电动机、永磁式电动机、无刷直流电动机、同步电动机和步进电动机等。
练习：
习题与思考题6
作业：
习题与思考题7~8
板书：
第三节 电动工具电动机及其控制
第四节电子电器及玩具电动机及其控制
一、玩具电动机
二、指针式电子钟表电动机
【课题】
第九章 其他日用电器中的电动机及其控制
新授课
【教学目标】
1．知识目标：
了解其他日用电器中使用的电动机的结构、原理、应用和基本控制方式。
2．能力目标：
能够阅读其他日用电器的电控线路图。
3．情感目标：
激发学生浓厚的学习兴趣，培养学生严谨的科学态度，锻炼实际分析能力，培养动手能力。
【教学重点】
打印机、传真机电动机的组成及其控制。
【教学难点】
理解传真机驱动系统的原理。
【教学方法】
读书指导法、分析法、演示法、练习法。
【课时安排】
2课时（90分钟）。
【教学过程】
〖导入〗（3分钟）
提问：
以前学过的的几种办公电器电动机类型和特点，它们的控制电路如何控制的。
〖新课〗
第五节 办公自动化设备电动机机器控制
常用办公自动化设备中电动机的类型
用 途
电动机类型
打印机
进纸
STMDCMBLM
输送驱动
STMDCM
激光扫描
BLM
传真机（FAX）
进纸
STMISM
切纸
DCMISM
复印机
激光扫描
BLM
原稿读取驱动、道轨驱动
STMDCMBLM
磁头驱动
DCM
3.5英寸软驱（FDD）
主轴
BLM
磁头驱动
STM
光驱（CD－ROM）
主轴
BLM
激光头驱动
DCM
光盘输入/弹出
DCM
硬盘（HDD）
主轴
BLM
磁头驱动
LDM
冷却风扇
BLM
注：
DCM－有刷直流电动机BLM－无刷直流电动机LDM－直线直流电动机STM－步进电动机 ISM－同步电动机
一、传真机中的电动机及其控制电路
1．传真机的驱动系统
传真机总体组成如图所示。
主要由图像拾取和图像记录两大部分组成，其中图像拾取部分由拾取扫描、拾取处理、行（扫描行）存贮器及控制等组成，而图像记录部分则由记录扫描、记录处理、行（扫描行）存贮器及其控制等组成。
在传真机中要完成图像的扫描与记录除了由其相关的电气部分组成外，还要有相应的机械装置来共同完成，而机械装置则由两台（或一台）同步电动机来驱动（见图）。
2．传真机电动机的控制电路
传真机的控制由传真引擎（faxengine）芯片来完成，该芯片集成了传真机的的主机控制、扫描控制、图像处理、操作面板控制、电动机控制、编译码及记录控制等主要控制电路。
目前传真引擎芯片主要有美国洛克威尔公司生产的R96PFE和R96FE两种，其中R96PFE主要用于低档传真机，R96FE主要用于中档传真机。
两芯片的内部组成框图分别见。
二、针式打印机中的电动机及其控制电路
（一）针式打印机的基本结构（以“EPSON－LQ1600K”型为例，下同）
针式打印机的机械装置主要由打印机构、字车机构、色带机构和输纸机构四大部分组成，另外还有各种检测器及机壳、机架等。
针式打印机在打印图形、文字时，需要控制的机械动作有四个：
一是安装在打印头内的钢针，在接收到控制信号后作击针、收针的前后运动（见图）；
二是打印头的字车的导轨上沿水平方向作左、右往复运动（见图）；
三是色带随打印头运动作单向缓慢移动（见图）；
四是打印纸沿垂直于打印的方向运动。
字车机构由字车电动机、皮带轮、同步皮带、字车和字车架组成，打印头安装在字车上，字车固定安装在同步皮带的一边上。
（二）针式打印机中使用的电动机
针式打印机中的字车电动机、输纸电动机普遍采用电磁感应式四相步进电动机，图为其结构示意图。
由图可见，四相步进电动机的定子有八个极，每组相对的极上的绕组称为一相，因此共有A、B、C、D四相。
转子是一个多齿铁芯。
若A相通电，转子的1、4号齿被A相磁极吸引，则转子被“锁定”在该位置上；当B相接通时，则离B相较近的2、5号齿被吸引，使转子逆时针转动15度角，即步进电机走了一“步”，步距为15°。
可见当按A→B→C→D→A的顺序通电时，转子将沿逆时针方向转动；如果顺序通电为A—D—C—B—A时，转子则顺时针方向转动。
把这种工作方式称为1—1相激励。
如果绕组的通电方式为A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A，即先接通A相，再同时接通A相和B相，然后单独接通B相，依次类推，则转子将沿顺时针方向转动；反之，按A→DA→D→CD→C→BC→B→BA→A方式通电，转子将沿逆时针方向转动，其步距为7.5º，把这种工作方式称为1－2相激励，即一相绕组和两相绕组交替地被激励。
（二）针式打印机的电动机控制
针式打印机的电路一般由电源、控制主板、接口电路、控制面板电路四部分组成，可见图。
1．字车电动机控制与驱动电路
LQ1600K打印机字车电动机控制与驱动电路如图所示。
2．输纸电动机控制与驱动电路
输纸电动机的驱动电路如图所示。
三、计算机硬盘驱动器的电动机及其控制
（一）硬盘驱动器的结构
目前常见硬盘驱动器的品牌（IBM、Seagate、Maxtor）、容量（10G、40G、60G、80G、120G等）、接口类型（IDE、EIDE、SCSI等）、转速（5400r/min、7200r/min、10000r/min等）、外形尺寸（5.25英寸、3.5英寸、2.5英寸等）等种类繁多。
组成：
主要由浮动磁头组件、磁头驱动机构、盘片及主轴驱动机构和前置读写控制电路等部分。
1．浮动磁头组件由读写磁头、传动臂、传动轴三部分组成。
2．磁头驱动机构由驱动电机和磁头驱动小车组成，如图所示。
工作原理：
当电流通过线圈时，音圈发生位移，进而驱动装载磁头的小车，并根据适配器在盘面上磁头位置的信息编码来得到磁头移动的距离，达到准确定位的目的。
音圈电动机是密封型的控制系统，能够自动调整，速度比早期的驱动电动机要快而且安全系统高。
音圈电动机主要有长音圈电动机和短音圈电动机两种，如图所示。
3．盘片及主轴驱动机构盘片是硬盘存储数据的载体，采用金属薄膜磁盘；主轴组件主要是使硬盘盘片在磁头下高速旋转。
主轴电动机多采用无刷直流电动机，如图所示。
4．前置读写控制电路该电路的主要功能是：
控制磁头感应的信号、主轴电动机调速、磁头驱动和伺服定位等。
（二）硬盘驱动器的控制电路
1．硬盘驱动器电路
电路组成框图如图所示，电路的核心是单片机控制电路，以前多常用标准的单片机，如MC6803、6501等，现在多采用硬盘专门芯片，简化了硬件结构，控制功能更灵活，还可以有通电时自诊断、故障检测等功能。
2．主轴驱动控制电路
主轴电动机控制电路由电动机控制电路和霍尔检测电路两部分组成，见图。
3．磁头驱动控制电路
系统的控制电路系统框图如图所示。
四、计算机软盘驱动器的电动机及其控制
在计算机的软盘驱动器中，主轴由无刷直流电动机驱动，电动机的转速有300和360r/min两种规格。
磁头由步进电动机驱动，图为软盘驱动器的磁头驱动装置示意图。
在磁盘上有许多宽约0.5mm的磁道，磁头通过这些磁道进行信息的读取和存入。
软盘工作时在旋转，磁头借助于由步进电动机驱动的滚珠丝杆装置在磁道中平移，以读取磁盘中的信息。
练习：
习题与思考题1
作业：
习题与思考题2
板书：
第五节 办公自动化设备电动机机器控制
一、传真机中的电动机及其控制电路
二、针式打印机中的电动机及其控制电路
三、计算机硬盘驱动器的电动机及其控制
四、计算机软盘驱动器的电动机及其控制
本章小结
1．小型日用电器中使用的电动机主要是单相串励电动机、罩极式单相异步电动机、永磁式直流电动机和步进电动机。
2．单相串励电动机可交、直流供电，转速高、转矩大、起动性能好。
采用调压调速和改变励磁绕组抽头调速。
3．小型便携式电器使用永磁式直流电动机，采用整流器供电，或交直两用供电。
采用电子调压调速方法。
4．录音机使用的永磁式滞留电动机装有机械或电子的稳速装置。
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