岳雨霏 楊 禧 唐 欣 王旭紅 周臘吾

（長沙理工大學電氣與信息工程學院 湖南·長沙 410114）

0 引言

“電路”和“電機學”是我國高等教育中電氣工程及其自動化專業(yè)的必修基礎(chǔ)課，其中，“電路”是一門集電學等工程學科，以及高等數(shù)學、物理等基礎(chǔ)科學于一體的具有較強理論性的專業(yè)課程；“電機學”內(nèi)容涉及直流電機、交流電機等機電能量變換裝備的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、運行特性、應用分析等，是非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課?！半姍C學”與“電路”為電力系統(tǒng)分析、電力電子技術(shù)等專業(yè)核心課程學習提供堅實基礎(chǔ)?，F(xiàn)有教學思路采用分課程教學，不同課程由不同授課教師分課時講授，教師針對一門課程開展規(guī)律探究式指導，學生根據(jù)課程性質(zhì)和特點，有計劃地開展聽課學習和自主學習。

然而，這種傳統(tǒng)教學模式難以保證學生能夠?qū)⒏鲗I(yè)課程融會貫通、舉一反三，學生通?！熬驼n論課”，不會將各專業(yè)課程的理論知識進行歸類整理，無法在課程之間進行聯(lián)想思考，課程之間的聯(lián)系分析、探究某課程中某理論在另一課程中應用規(guī)律的探究等學習能力對于大部分學生來講存在一定難度。因此，如何引導學生探索專業(yè)課程之間的互聯(lián)關(guān)系、培養(yǎng)學生舉一反三的綜合學習能力，特別是培養(yǎng)學生知識遷移、理論聯(lián)想的學習意識，是電氣工程及其自動化專業(yè)及其他工科專業(yè)亟待探索和解決的重要課題。筆者認為，將電路某些定理的思維模式運用到電機學課程教學中，提取電路和電機中存在的共性問題，有助于引導學生在掌握電路理論的同時，從本質(zhì)上理解電機的運行特性，增強學生對專業(yè)課程的認知能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新理念。

本文以“電機學”課程中直流電機電樞反應為分析案例，主要對“電路”課程中的疊加定理在直流電機電樞反應中的應用模式進行了探索分析，并在線下課堂采用這種授課方法，取得了一定成果，學生均能高效理解直流電機理論知識。

1 “電路”和“電機學”研究內(nèi)容

1.1 疊加定理基本原理

疊加定理是重要的電路定理之一，是電路可加性的反應，其應用前提是線性系統(tǒng)，疊加定理基本原則是：在線性電阻電路中，某處電壓或電流都是電路中各獨立電源單獨作用時，在該處分別產(chǎn)生的電壓或電流的疊加。

圖1中，圖(a)電路包含兩個激勵源：獨立電壓源us和獨立電流源is，分析電路中電流響應i2和電壓響應u1。根據(jù)疊加定理，分析激勵源us和is單獨作用時對應的響應分量，再將分量進行疊加即可得到電路響應。us作用，is=0，等效電路如圖1(b)所示；is作用，us=0，等效電路如圖1(c)所示。則i2和u1的表達式為：

圖1：疊加定理電路原理圖

1.2 直流電機電樞反應基本原理

當直流電機電樞的電刷物理連線偏離電樞幾何中性線時，電樞反應同時存在交軸反應和直軸反應，根據(jù)電機學原理，電樞反應的效果是通過分別分析交軸電樞反應和直軸電樞反應對主磁場的作用效果得到的。交軸電樞反應使氣隙磁場減小，具有去磁作用，而直軸電樞反應需要根據(jù)電刷偏離情況，利用右手螺旋定則，結(jié)合主磁場方向進行判斷：若直軸磁場與主磁場同向，則增磁；反之，則去磁。

2 基于疊加定理的直流電機電樞反應分析方法

直流電機運行過程雖為非線性系統(tǒng)，但其穩(wěn)態(tài)過程可近似看作線性模型?；诘诙?jié)工況，將電樞反應等效為交軸、直軸反應效果的疊加，如圖2所示，圖(a)通過作電刷連線ab關(guān)于幾何中性線對稱的輔助線a′b′，將電刷偏離時的電樞電路分解為圖(b)和圖(c)所示等效電路的疊加形式。

圖2(b)中，取上下對稱等效電路，左右對稱部分可視作無電流通過，獲得交軸磁勢Faq方向，交軸電樞反應為去磁作用；圖2(c)中，取左右對稱等效電路，上下對稱部分可視作無電流通過，獲得直軸磁勢Fad方向，直軸磁勢與主磁場反向，直軸電樞反應為去磁作用，則此時電樞反應減少主磁通，起去磁作用。

圖2：基于疊加定理的直流電機電樞反應等效電路

3 結(jié)論

基于電氣工程及其自動化本科專業(yè)“電路”和“電機學”授課方法和培養(yǎng)目標，提取兩門專業(yè)基礎(chǔ)課的共性問題，筆者以“電機學”課程中直流電機電樞反應為分析案例，對“電路”中的疊加定理在電樞反應理論分析中的交叉應用進行了闡釋。這種課程互聯(lián)、舉一反三的教學方法能夠顯著激發(fā)學生自主學習和聯(lián)想思考的興趣，提高學生的學習效率，培養(yǎng)其主動創(chuàng)新能力，為電氣工程及其自動化專業(yè)核心課程的教學改革和課程發(fā)展提供新思路。