《電機與拖動基礎》教學實踐方法改進探索

方愿捷，葉 松

（巢湖學院 電子工程與電氣自動化學院，安徽 巢湖 238000）

1 引言

《電機與拖動基礎》是電氣工程及其自動化專業一門主干學科，本門課程既是對“數學”、“物理學”和“電路和磁路”的繼承，又是后續電力拖動自動控制系統的開啟.是一門承上啟下的關鍵性課程.電機與拖動和生產過程息息相關，是一門應用性很強的學科.如何學好《電機與拖動基礎》這門課程實際上是應用型本科院校培養應用型人才的關鍵.

《電機與拖動基礎》這門課程在一些本科院校被稱為《電機學》，它主要研究基本種類的電機的內部結構和電機的運行原理[1-3].以基本的直流電機的結構和運行原理為開端，而后涉及到變壓器原理、交流電機運行原理，這樣一個系統既是一個新知識的學習過程也是對于后續知識學習的一個鋪墊.但是《電機與拖動基礎》的知識涉及到電學、磁學以及一些機械結構的學習，是一門綜合性學科.《電機與拖動基礎》的學習對于學生來說，還是具有一定難度和深度的.

那么如何學好《電機與拖動基礎》呢？對于一所正在轉型的應用型本科院校，電機與拖動的教學和方法研究是轉型過程中必須做好的一門功課.怎樣將電氣自動化專業學生培養成應用型人才？針對電機學理論和實踐難以配合的情況，國內許多高校都進行了深入的教學研究，山東大學提出了利用UG開發和制作電機爆炸圖，以及建設認識實習中心來完成電機教學和實踐的配合[4].揚州大學提出了使用Matlab仿真實現對電機環節的認識和學習[5].新方法和新技術的出現都對《電機與拖動基礎》的教學起到了一定的支撐作用，然而建設認識中心成本過于龐大，使用仿真軟件也僅僅使教學停于理論現狀，難以使工科學生獲得動手實踐后的成就感.

2 結合課程體系，合理規劃側重點

《電機與拖動基礎》不是一門獨立的課程，是電力拖動自動化課程體系中的基礎課程，它的教學需要滿足對后續課程的指導.在建立整個課程體系過程中，為了解決轉型中的不足，我院已計劃將電力拖動自動控制系統——運動控制系統這門課列入2013級電氣工程及其自動化專業的培養計劃中.《電機與拖動基礎》將變為運動控制系統這門課的前驅課程.根據《電機與拖動基礎》中的最主要的直流電機、變壓器、交流電機等部分，將對課程側重點進行重新劃分.

（1）直流電機部分應當加重比例.電機與拖動自動控制系統主要是圍繞著電機系統自動化來設計解決的，具體包括如何實現電機的閉環控制，當電機系統突然遇到擾動時如何能夠抵抗外界擾動的影響等.

雖然當代電機中以變頻調速方式為主的交流電機在電機市場上取代了大部分的直流電機，直流電機漸漸淡出人們的視野.直流電機的閉環系統仍然是電機與拖動自動控制系統的基礎內容同時也是重點內容，后續的交流調速和變頻調速都是以直流電機閉環控制系統作為基礎部分，既然直流電機閉環控制系統如此重要，當然要在《電機與拖動基礎》這門前驅課程中加大直流電機部分的比例.

授課過程中應注重對直流電機的機械特性、電壓平衡關系式、調速、啟動、制動的講解，使學生的認識和學習過程能夠做到有的放矢.

（2）交流電機部分應作部分延伸.交流電機曾在上世紀80、90年代因其控制較為困難而只作為拖動設備，90年代后，交流電機的調速進入變頻調速的時代.隨著空間矢量的應用和電力電子技術的革新，交流電機已經開始走進千家萬戶，并且變頻調速因其節能、經濟，已經成為當代的主流.

除了交流電機的結構、原理、啟動、制動、反轉等內容外，應著重講解交流電機的旋轉磁場產生.采用啟發式、案例式教學.[3]建議脫離課本數學公式推導，采用空間矢量作圖方式講解，如圖1所示，三相對稱繞組，在A、B、C中產生的磁動勢空間矢量FS，|FS|,為其幅值，在空間復平面S位置.這種產生原理既直觀，又利于學生理解.并可以由空間磁動勢矢量延伸到交流電機的矢量控制技術.

圖1 三相電機復平面

（3）對多種電機進行結構分析，引導學生進行探究性學習.電機雖然主要由直流、交流兩大部分組成，但是細分，還分為永磁同步、交流異步、無刷直流電機等，各種電機的結構不同，對應于控制算法或多或少仍有差異，部分學生對電機學習后可能仍有余力，能夠對電機進行探究性學習，可以適當對各類電機結構和控制方法進行介紹，例如，直線電機、開關磁阻電機、球形電機等.關于電機的研究還有許多可以深入的地方，不僅可以增強學生探究能力，也能加深他們對交、直流電機的結構認識.

3 多種實踐環節配合

在應用型本科中，實踐環節是應用型的最大體現，應努力促進學生動手能力的提升，加深理論知識的認知過程，做到學以致用[6].然而大部分實踐手段難以涵蓋所有《電機與拖動基礎》的實踐教學.因此要將多種實踐環節相結合，動手實踐和仿真并舉.

自2010年以來，我院對《電機與拖動基礎》實踐環節進行建設，購置了天煌教儀的電機與拖動試驗臺，此類試驗臺可以完成電機與拖動基礎中的直流電機啟動、調速、制動等環節的實驗，以及三相鼠籠異步電動機的工作特性，三相異步電動機的啟動與調速等實驗.這部分實踐的開展加深了學生對電機不同種類、特性等的直觀了解.然而針對一些特定電機的結構和磁場等難以令學生理解的內容，也應通過實驗手段加以實現.

圖2 永磁同步電機磁場分析

因此除了基本的實驗過程還擬增加Maxwell的磁場仿真實驗，鑒于Maxwell的有限元分析較難實現，實驗可以確定為演示實驗.圖2是對永磁同步電機的建模和磁場仿真，此類仿真結果既有助于學生了解電機結構，解決實驗室內并無拆開電機實物的問題，又體現了仿真結果的磁場分析有助于反哺教學的特點，并能引導學生對不同電機模型進行建模分析和設計.

4 結束語

巢湖學院即將完成應用型高校轉型，在工科領域，應用型的最大特點是動手實踐和所學知識與社會實踐相結合，因此選擇必要的教學實踐手段是轉型的關鍵.通過電機學科課程體系的建立，《電機與拖動基礎》作為前驅課程也變的更為重要.應加快巢湖學院《電機與拖動基礎》課程的教學改進，培養出更多適應社會的應用型人才.

〔1〕肖金鳳,朱榮輝,盛義發.電氣工程及其自動化專業電機學教學改革研究[J].電力系統及其自動化學報,2003（15）:97-99.

〔2〕孫雨萍,吳敏.課堂教學與實踐教學要有機結合[J].山東省農業管理干部學院學報,2002,18(3):124-125.

〔3〕張蕊萍，趙峰.項目教學在電機學教學中的研究與實踐[J].自動化與儀器儀表,2012（4）:72-77.

〔4〕王秀和,孫雨萍,李光友,等.加強電機結構認識實習環節,提高電機學教學質量[J].電氣電子教學學報,2006,28(6):68-69.

〔5〕薛豐進,莫岳平,葛強.基于 MATLAB 面向課題的電機實踐教學研究[J].科技傳播,2010（5）:88-90.

〔6〕李川,吳鳳義,程群群.應用型本科院校《工業催化》課程教學改革探索與實踐[J].巢湖學院學報,2013,15(6):151-153.