《电机与拖动基础》教学实践方法改进探索

方愿捷，叶 松

（巢湖学院 电子工程与电气自动化学院，安徽 巢湖 238000）

摘要：本文根据应用型本科电气工程及其自动化人才培养目标，从建立电机学科体系角度出发，对《电机与拖动基础》教学、实践等方面进行了深入探索.并根据电机学科体系的需求和发展，对教学侧重点进行规划.同时利用现有条件，增加了Maxwell的仿真实验提高教学实践环节的水平，促进应用型人才的培养.

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关键词 ：电机与拖动基础；教学改进；实践改进；应用型本科

中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）02-0242-02

1 引言

《电机与拖动基础》是电气工程及其自动化专业一门主干学科，本门课程既是对“数学”、“物理学”和“电路和磁路”的继承，又是后续电力拖动自动控制系统的开启.是一门承上启下的关键性课程.电机与拖动和生产过程息息相关，是一门应用性很强的学科.如何学好《电机与拖动基础》这门课程实际上是应用型本科院校培养应用型人才的关键.

《电机与拖动基础》这门课程在一些本科院校被称为《电机学》，它主要研究基本种类的电机的内部结构和电机的运行原理[1-3].以基本的直流电机的结构和运行原理为开端，而后涉及到变压器原理、交流电机运行原理，这样一个系统既是一个新知识的学习过程也是对于后续知识学习的一个铺垫.但是《电机与拖动基础》的知识涉及到电学、磁学以及一些机械结构的学习，是一门综合性学科.《电机与拖动基础》的学习对于学生来说，还是具有一定难度和深度的.

那么如何学好《电机与拖动基础》呢？对于一所正在转型的应用型本科院校，电机与拖动的教学和方法研究是转型过程中必须做好的一门功课.怎样将电气自动化专业学生培养成应用型人才？针对电机学理论和实践难以配合的情况，国内许多高校都进行了深入的教学研究，山东大学提出了利用UG开发和制作电机爆炸图，以及建设认识实习中心来完成电机教学和实践的配合[4].扬州大学提出了使用Matlab仿真实现对电机环节的认识和学习[5].新方法和新技术的出现都对《电机与拖动基础》的教学起到了一定的支撑作用，然而建设认识中心成本过于庞大，使用仿真软件也仅仅使教学停于理论现状，难以使工科学生获得动手实践后的成就感.

2 结合课程体系，合理规划侧重点

《电机与拖动基础》不是一门独立的课程，是电力拖动自动化课程体系中的基础课程，它的教学需要满足对后续课程的指导.在建立整个课程体系过程中，为了解决转型中的不足，我院已计划将电力拖动自动控制系统——运动控制系统这门课列入2013级电气工程及其自动化专业的培养计划中.《电机与拖动基础》将变为运动控制系统这门课的前驱课程.根据《电机与拖动基础》中的最主要的直流电机、变压器、交流电机等部分，将对课程侧重点进行重新划分.

（1）直流电机部分应当加重比例.电机与拖动自动控制系统主要是围绕着电机系统自动化来设计解决的，具体包括如何实现电机的闭环控制，当电机系统突然遇到扰动时如何能够抵抗外界扰动的影响等.

虽然当代电机中以变频调速方式为主的交流电机在电机市场上取代了大部分的直流电机，直流电机渐渐淡出人们的视野.直流电机的闭环系统仍然是电机与拖动自动控制系统的基础内容同时也是重点内容，后续的交流调速和变频调速都是以直流电机闭环控制系统作为基础部分，既然直流电机闭环控制系统如此重要，当然要在《电机与拖动基础》这门前驱课程中加大直流电机部分的比例.

授课过程中应注重对直流电机的机械特性、电压平衡关系式、调速、启动、制动的讲解，使学生的认识和学习过程能够做到有的放矢.

（2）交流电机部分应作部分延伸.交流电机曾在上世纪80、90年代因其控制较为困难而只作为拖动设备，90年代后，交流电机的调速进入变频调速的时代.随着空间矢量的应用和电力电子技术的革新，交流电机已经开始走进千家万户，并且变频调速因其节能、经济，已经成为当代的主流.

除了交流电机的结构、原理、启动、制动、反转等内容外，应着重讲解交流电机的旋转磁场产生.采用启发式、案例式教学.[3]建议脱离课本数学公式推导，采用空间矢量作图方式讲解，如图1所示，三相对称绕组，在A、B、C中产生的磁动势空间矢量FS，|FS|,为其幅值，在空间复平面S位置.这种产生原理既直观，又利于学生理解.并可以由空间磁动势矢量延伸到交流电机的矢量控制技术.

（3）对多种电机进行结构分析，引导学生进行探究性学习.电机虽然主要由直流、交流两大部分组成，但是细分，还分为永磁同步、交流异步、无刷直流电机等，各种电机的结构不同，对应于控制算法或多或少仍有差异，部分学生对电机学习后可能仍有余力，能够对电机进行探究性学习，可以适当对各类电机结构和控制方法进行介绍，例如，直线电机、开关磁阻电机、球形电机等.关于电机的研究还有许多可以深入的地方，不仅可以增强学生探究能力，也能加深他们对交、直流电机的结构认识.

3 多种实践环节配合

在应用型本科中，实践环节是应用型的最大体现，应努力促进学生动手能力的提升，加深理论知识的认知过程，做到学以致用[6].然而大部分实践手段难以涵盖所有《电机与拖动基础》的实践教学.因此要将多种实践环节相结合，动手实践和仿真并举.

自2010年以来，我院对《电机与拖动基础》实践环节进行建设，购置了天煌教仪的电机与拖动试验台，此类试验台可以完成电机与拖动基础中的直流电机启动、调速、制动等环节的实验，以及三相鼠笼异步电动机的工作特性，三相异步电动机的启动与调速等实验.这部分实践的开展加深了学生对电机不同种类、特性等的直观了解.然而针对一些特定电机的结构和磁场等难以令学生理解的内容，也应通过实验手段加以实现.

因此除了基本的实验过程还拟增加Maxwell的磁场仿真实验，鉴于Maxwell的有限元分析较难实现，实验可以确定为演示实验.图2是对永磁同步电机的建模和磁场仿真，此类仿真结果既有助于学生了解电机结构，解决实验室内并无拆开电机实物的问题，又体现了仿真结果的磁场分析有助于反哺教学的特点，并能引导学生对不同电机模型进行建模分析和设计.

4 结束语

巢湖学院即将完成应用型高校转型，在工科领域，应用型的最大特点是动手实践和所学知识与社会实践相结合，因此选择必要的教学实践手段是转型的关键.通过电机学科课程体系的建立，《电机与拖动基础》作为前驱课程也变的更为重要.应加快巢湖学院《电机与拖动基础》课程的教学改进，培养出更多适应社会的应用型人才.

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参考文献：

〔1〕肖金凤,朱荣辉,盛义发.电气工程及其自动化专业电机学教学改革研究[J].电力系统及其自动化学报,2003（15）:97-99.

〔2〕孙雨萍,吴敏.课堂教学与实践教学要有机结合[J].山东省农业管理干部学院学报,2002,18(3):124-125.

〔3〕张蕊萍，赵峰.项目教学在电机学教学中的研究与实践[J].自动化与仪器仪表,2012（4）:72-77.

〔4〕王秀和,孙雨萍,李光友,等.加强电机结构认识实习环节,提高电机学教学质量[J].电气电子教学学报,2006,28(6):68-69.

〔5〕薛丰进,莫岳平,葛强.基于MATLAB面向课题的电机实践教学研究[J].科技传播,2010（5）:88-90.

〔6〕李川,吴凤义,程群群.应用型本科院校《工业催化》课程教学改革探索与实践[J].巢湖学院学报,2013,15(6):151-153.