李 瑾

(南昌工程學(xué)院 機械與電氣工程學(xué)院，江西 南昌 330099)

作為我校自動化專業(yè)的專業(yè)核心課程，“電機與拖動基礎(chǔ)”課理論性和實踐性都很強，課程內(nèi)容抽象且涉及多學(xué)科，概念和公式繁多且非常容易相互混淆，由此造成了這門課程難教難學(xué)，教學(xué)效果不理想。近年來有關(guān)電機類課程教學(xué)方法探討的論文不少，比如李國華和劉艷麗[1]以礦山現(xiàn)場的六個科研項目也就是六個任務(wù)為例，說明了從提出問題、分析問題到解決問題的任務(wù)驅(qū)動法的具體教學(xué)設(shè)計方案，通過任務(wù)驅(qū)動法教學(xué)增強了學(xué)生的實踐能力。再如朱志瑩等[2]通過引入“找規(guī)律式教學(xué)法”，也就是將前后的知識點相比較進而找出其中的規(guī)律性，以幫助學(xué)生加深理解。在學(xué)習(xí)和借鑒這些先進教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，我們對在該課程教學(xué)中引入多種新型教學(xué)方法進行了大膽的探索和實踐。

1 引入新型教學(xué)方法

1.1 用“找規(guī)律式教學(xué)法”加深理解

“電機與拖動基礎(chǔ)”課程內(nèi)容多而雜，如果能找出其中的規(guī)律性，將前后的知識點聯(lián)系起來并加以對比，就能幫助學(xué)生加深理解。

比如異步電動機的工作原理和電磁關(guān)系都與變壓器十分相似，但它們之間還是存在以下差異：1)異步電動機主磁場為旋轉(zhuǎn)磁場，而變壓器為脈動磁場。2)變壓器空載時，E2不是零，I2=0; 而異步電動機空載時，E2≈0，I2≈0。3)由于存在氣隙，異步電動機建立同樣的磁通所需勵磁電流大，勵磁電抗小。另外異步電動機漏抗較變壓器的大。4)異步電動機通常采用短距和分布繞組，計算時需考慮繞組系數(shù)，變壓器則為整距集中繞組，繞組系數(shù)為1。

三相變壓器聯(lián)結(jié)組別的時鐘判別法是一個教學(xué)難點，但不難發(fā)現(xiàn)這樣的兩個規(guī)律：1)對于Y，y(或D，d)連接，只能得到0、2、4、6、8、10等六個偶數(shù)組別；而Y，d(或D，y)連接，只能得到1、3、5、7、9、11等六個奇數(shù)組別。2)對于Y，y或Y，d接法，保持高壓繞組三相標(biāo)志不變，若低壓繞組三相標(biāo)志依次后移一個鐵心柱，得到的組別號等于后移前的組別號加4，若低壓繞組三相標(biāo)志依次后移兩個鐵心柱，得到的組別號等于后移前的組別號加8。[2]

對于Y，y接法例如Y，y6聯(lián)結(jié)組別(如圖1所示)，低壓繞組三相標(biāo)志依次后移一個鐵心柱，可得到Y(jié)，y10組別號，后移兩個鐵心柱得到Y(jié)，y2組別號。同理，對于Y，y0聯(lián)結(jié)組別，低壓繞組三相標(biāo)志依次后移一個或兩個鐵心柱，可分別得到Y(jié)，y4和Y，y8組別號。對于Y，d接法例如Y，d1聯(lián)結(jié)組別(如圖2所示)，低壓繞組三相標(biāo)志依次后移一個鐵心柱，可得到Y(jié)，d5組別號，后移兩個鐵心柱得到Y(jié)，d9組別號。同理，對于Y，d11聯(lián)結(jié)組別，低壓繞組三相標(biāo)志依次后移一個或兩個鐵心柱，可分別得到Y(jié)，d3和Y，d7組別號。

圖1 Y，y6聯(lián)結(jié)組別

圖2 Y，d1聯(lián)結(jié)組別

可見如果掌握了以上兩個規(guī)律，對于Y，y接法只要熟悉Y，y0和Y，y6兩種聯(lián)結(jié)組別，對于Y，d接法只要熟悉Y，d1和Y，d11兩種聯(lián)結(jié)組別，其他都可只通過觀察就能很快得到判別結(jié)果，連相量圖都不需要畫。

以上兩個規(guī)律還可以用Matlab軟件進行仿真實驗來進行驗證。以Y，y6聯(lián)結(jié)組別為例，在Matlab/Simulink中建立仿真模型，如圖3所示。

圖3 Y，y6聯(lián)結(jié)組別仿真圖

在圖3中，三相變壓器所加三相電源相電壓為220 V，變比設(shè)置為4∶1(圖中的A，B，C三相繞組分別與圖1和圖2中的U，V，W三相繞組相對應(yīng))，原邊繞組的A1，B1，C1三個端子連在一起并接地，副邊繞組的A2+，B2+，C2+三個端子連在一起并接地，示波器顯示出原邊和副邊繞組的線電動勢EA1+B1+和EA2B2的波形如圖4所示，可看出EA1+B1+和EA2B2的相位差為180°，也就是Y，y6聯(lián)結(jié)組別。

在Y，y6聯(lián)結(jié)組別的基礎(chǔ)上，將低壓繞組三相標(biāo)志依次后移一個鐵心柱，則后移之后副邊繞組的線電動勢EA2□B2□=EB2C2，仿真模型如圖5所示，圖5中示波器顯示出原邊和副邊繞組的線電動勢EA1+B1+和EB2C2的波形如圖6所示，由圖6可看出EB2C2相位超前EA1+B1+為60°(圖中幅值較小的為副邊繞組的線電動勢EB2C2)，也就是Y，y10聯(lián)結(jié)組別。

圖4 Y，y6聯(lián)結(jié)組別仿真波形

圖5 Y，y10聯(lián)結(jié)組別仿真圖

圖6 Y，y10聯(lián)結(jié)組別仿真波形

對于Y，y2聯(lián)結(jié)組別也可用同樣的方法進行仿真實驗。利用Matlab軟件進行課堂仿真演示，通過觀察高低壓繞組的兩個線電動勢仿真波形之間的相位差來對找出的規(guī)律進行驗證，增加了同學(xué)們的感性認識，提高了學(xué)習(xí)興趣，當(dāng)然也就加深了同學(xué)們對三相變壓器聯(lián)結(jié)組別的時鐘判別法的理解從而能夠更好地掌握判別方法。

再比如在學(xué)習(xí)單相變壓器時，可歸納出變壓器的電磁關(guān)系在由空載到負載時發(fā)生的變化?？蛰d時，變壓器中有一個空載磁動勢F0，一個主磁通Φ0和一個漏磁通Φ1δ，兩個主感應(yīng)電動勢E1和E2 及一次側(cè)的漏磁感應(yīng)電動勢E1δ。而負載時，變壓器中存在一次磁動勢F1和二次磁動勢F2，它們共同產(chǎn)生主磁通Φ0，兩個主感應(yīng)電動勢E1和E2以及一次側(cè)，二次側(cè)的漏磁感應(yīng)電動勢E1δ和E2δ。搞清楚了變壓器由空載到負載后電磁關(guān)系的變化，就可以更好地理解磁動勢平衡方程，防止混淆。

1.2 引入“項目驅(qū)動式教學(xué)法”

采用項目驅(qū)動式教學(xué)法，結(jié)合教師的科研課題設(shè)置科研項目進行訓(xùn)練以提高學(xué)生的實踐動手能力。[1]比如結(jié)合任課教師主持的省級科研課題“基于DSP的雙饋電機調(diào)速系統(tǒng)的研究”，設(shè)置科研項目：設(shè)計泵站電機雙饋調(diào)速系統(tǒng)的起動電路。首先提出以下問題：1)為什么異步電機直接起動時電流較大？有什么危害？2)如何解決用于泵站的雙饋電機起動電流大的問題？3)雙饋調(diào)速的原理和優(yōu)勢以及將雙饋調(diào)速方法用于泵站電機所產(chǎn)生的節(jié)能效益？之后教師結(jié)合課程“三相異步電動機”這部分內(nèi)容分析用于泵站的雙饋電機直接起動時存在的問題，提供用于泵站的雙饋電機串電阻起動的有關(guān)資料，給出解決問題的幾種具體方案供學(xué)生選擇。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生通過課外查找相關(guān)資料和相互交流討論，確定采用在泵站現(xiàn)場切實可行的轉(zhuǎn)子繞組串頻敏電阻的起動方法，也就是串接起動電阻時轉(zhuǎn)子側(cè)變頻裝置不參與電機起動過程，只在需要調(diào)速時才投入運行。方案確定后，要求學(xué)生設(shè)計出雙饋電機起動電路，驗證所得的設(shè)計結(jié)果，并完成該訓(xùn)練項目的設(shè)計報告。

在本課程團隊教師的指導(dǎo)下，自動化專業(yè)學(xué)生參加第三屆全國大學(xué)生水利創(chuàng)新設(shè)計大賽榮獲一等獎，2016年獲“創(chuàng)青春”創(chuàng)業(yè)計劃大賽省部級銀獎，“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽兩個校級銅獎和一個校級優(yōu)勝獎，參加節(jié)能減排大賽獲一個國家級三等獎和一個校級一等獎。近三年來本課程任課教師指導(dǎo)學(xué)生在省級刊物上發(fā)表科研論文3篇。通過師生共同參與科研項目，一起參加挑戰(zhàn)杯科技作品大賽、電子設(shè)計大賽、機械創(chuàng)新設(shè)計大賽和上述的這些比賽，師生一起交流、探討，既能充分發(fā)揮學(xué)生的積極性、主動性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，同時也增進了師生感情。

1.3 采用“實踐性教學(xué)法”

該教學(xué)方法的基本思想是變傳統(tǒng)的課堂理論教學(xué)為對照實物，結(jié)合實際進行的實踐性教學(xué)，增加學(xué)生的感性認識，從而增強教學(xué)效果。比如在學(xué)習(xí)直流電機的電樞繞組時，總有學(xué)生反映這部分內(nèi)容太抽象，想象不出繞組內(nèi)部究竟是如何連接的，于是我們把電機實物模型帶到教室進行講解，并配合多媒體動畫來演示直流電機內(nèi)部電樞繞組的不同連接形式，還可以通過課堂仿真實驗來加深學(xué)生對電機特性、電機內(nèi)部物理過程的感性認識，這樣就更生動直觀，使同學(xué)們在輕松活躍的課堂氣氛中更高效地掌握知識。[3]

另外，加強本課程任課教師團隊中“雙師型”教師隊伍的建設(shè)，鼓勵青年教師到知名企業(yè)進行工程實踐和培訓(xùn)以提高教師的業(yè)務(wù)水平。利用認識實習(xí)和畢業(yè)實習(xí)等機會將學(xué)生帶到泰豪ABB公司，柘林水電站，江西靖安的羅灣電站及上饒玉山的七一水庫等企業(yè)，學(xué)生通過觀察拆開的交直流電機實物模型了解電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還可以參觀實際的發(fā)電機組，大型變壓器等，并請企業(yè)工程師進行現(xiàn)場實際教學(xué)，使學(xué)生能邊看邊學(xué)，有實際的情境感知和體會，當(dāng)然就會理解得更深刻。

2 結(jié)語

本文通過在《電機與拖動基礎(chǔ)》課程教學(xué)過程中引入新型教學(xué)方法，活躍了課堂氣氛，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高了學(xué)習(xí)效率，收到了較好的教學(xué)效果。