曾成碧 郭欣 苗虹 段述江 張姝 鄭子萱

【摘要】工程倫理的教學(xué)常常強調(diào)工程上的倫理與道德，創(chuàng)新教學(xué)也是其中重要的內(nèi)容。本文從電機實驗案例引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新與倫理道德的教學(xué)。傳統(tǒng)電機實驗主要是驗證電機的參數(shù)測量和運行特性實驗，使學(xué)生掌握了強電實驗技能和方法，但不利于創(chuàng)新培養(yǎng)。本文通過Ansoft/Simplorer結(jié)合的仿真實驗，鍛煉學(xué)生綜合掌握電力電子和電機實現(xiàn)同步發(fā)電機的仿真模型建立，獲得運行特性。通過仿真實驗結(jié)果的分析，引導(dǎo)學(xué)生改進不足，提高性價比，達(dá)到雙創(chuàng)思維訓(xùn)練，同時也培養(yǎng)學(xué)生遵守安全技術(shù)規(guī)則的良好職業(yè)道德和尊重實驗數(shù)據(jù)的良好倫理與道德。

【關(guān)鍵詞】Ansoft/Simplorer? 電機學(xué)? 實驗教學(xué)? 同步發(fā)電機? 工程倫理

【Abstract】The teaching of engineering ethics often emphasizes engineering ethics and morality， Innovative teaching is also an important content part of it. This paper guides students？蒺 innovation and ethics teaching from electric machine experiment cases. The traditional machine experiment is mainly to verify the parameter measurement and operation characteristics of the machine. These enable students to master the skills and methods of high-voltage experiments. But they are not conducive to innovation and cultivation. In this paper， by the simulation experiment of Ansoft＼Simplorer，students are trained to master power electronics and machine comprehensively， and the simulation model of synchronous generator is established，acquired operational characteristics. Through the analysis of the simulation results，students are guided to improve inadequately， students think about improving cost performance. In this way， we can achieve dual thinking training . At the same time， it also trains students to observe the good professional ethics of safety technical rules and respect the good ethics and morality of experimental data.

【Keywords】Ansoft/Simplorer; electric machinery; experimental teaching; synchronous generator; engineering ethics

【基金項目】1.項目名稱：電氣工程碩士專業(yè)學(xué)位《工程倫理》體驗式教學(xué)模式探討，資助項目編號：YJSJG055;2.項目名稱：四川大學(xué)電氣工程學(xué)院電機學(xué)教學(xué)改革項目。

【中圖分類號】G642.0 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）06-0143-02

一、引言

工程倫理的教學(xué)常常強調(diào)工程上的倫理與道德，有時弱化了創(chuàng)新培養(yǎng)，本文從電機實驗案例引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新與倫理道德結(jié)合的教學(xué)?！半姍C學(xué)”是電氣工程方向最重要的專業(yè)核心課，是理論與實踐應(yīng)用相結(jié)合的重要課程。電機學(xué)實驗創(chuàng)新教學(xué)對推進創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)培養(yǎng)至關(guān)重要，所以電機學(xué)的理論和實驗教學(xué)一直在探討與推進[1-2]。實踐電機學(xué)實驗常為驗證實驗，即驗證電機的運行特性、工作特性等，掌握電機參數(shù)的測量原理和測量方法，學(xué)生逐步熟悉掌握電機的實驗過程、實驗方法，對培養(yǎng)實驗技能起到了很好的作用，而且使學(xué)生進一步加深理解和掌握電機學(xué)的理論和運行特性。由于電機學(xué)實驗必須遵循強電的安全實驗規(guī)程以及實驗時人身與設(shè)備安全要求，常常限制學(xué)生的創(chuàng)新實驗設(shè)計的進程，不利于雙創(chuàng)培養(yǎng)。

為了適應(yīng)新時代學(xué)生發(fā)展和成長的期待以及滿足社會發(fā)展對人才的需求，迫切需要雙創(chuàng)教學(xué)與實踐引領(lǐng)。由于電機學(xué)實驗的電壓較高，為了學(xué)生安全，常常采用仿真實驗，分析電機電磁場，對學(xué)生理解電機內(nèi)部磁場分布起到了良好作用。本文以同步發(fā)電機為例，以學(xué)生學(xué)習(xí)Ansoft/Simplorer結(jié)合仿真軟件出發(fā)，從發(fā)電機的結(jié)構(gòu)到特性仿真一步一步引領(lǐng)學(xué)生創(chuàng)新實驗思考設(shè)計，這樣不僅規(guī)避了實驗安全，又對學(xué)生進行了創(chuàng)新培養(yǎng)和創(chuàng)新能力訓(xùn)練，還從實驗的角度引導(dǎo)學(xué)生遵守實驗安全規(guī)則和尊重實驗數(shù)據(jù)的良好倫理與道德的培養(yǎng)[3]。

二、同步發(fā)電機仿真

（一）同步發(fā)電機的模型

同步發(fā)電機結(jié)構(gòu)模型如圖1，理想直流電源通過滑環(huán)與電刷的組合給勵磁繞組加勵磁電源，理想直流電源代替直流發(fā)電的勵磁機，輸出理想的直流勵磁電壓，仿真輸出如圖2所示。Ansoft/Simplorer結(jié)合仿真模型如圖3，Ansoft中嵌入了Rmxprt電機分析模型，主發(fā)電機為凸極式同步發(fā)電機，學(xué)生第一次使用軟件，可直接采用Rmxprt軟件中的同步發(fā)電機模型，如圖3的發(fā)電機的定子繞組部分，轉(zhuǎn)子部分是直流電源加入勵磁繞組，發(fā)電機輸出端通過三相整流輸出帶直流負(fù)載等效三相對稱負(fù)載，原動機采用的機械連接的MchRSrcv2模塊。圖3中，VM3、VM4、VM5 分別是測量三相電壓的測量儀，AM1為勵磁繞組電流測量儀。

（二）同步發(fā)電機的仿真

定子三相輸出電壓波形如圖4所示，可見當(dāng)理想的直流電源勵磁時，同步發(fā)電機輸出三相理想電壓：正弦波形、大小相等、相位互差120度。也可以看出其中一相（圖4中VM5測出）起勵時的沖擊電壓。這樣的勵磁必須經(jīng)過電刷和集電環(huán)輸入到勵磁繞組，由于集電環(huán)的旋轉(zhuǎn)以及發(fā)電機容量增大，勵磁電流可達(dá)數(shù)千安，集電環(huán)和電刷容易磨擦或過熱損壞，所以引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新思考如何去除集電環(huán)與電刷的故障。引導(dǎo)學(xué)生如何克服其弱點，查閱資料，仿真分析，總結(jié)方法，從而理解勵磁電壓能否與轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，因而有了旋轉(zhuǎn)勵磁機，去除了集電環(huán)與電刷，其電路圖如圖5所示。

三、改進方式仿真

交流勵磁機作為旋轉(zhuǎn)電樞式的三相同步發(fā)電機，經(jīng)過二極管整流后的直流電源的旋轉(zhuǎn)勵磁機與發(fā)電機主軸一起旋轉(zhuǎn)，直接輸電于發(fā)電機的勵磁繞組，這樣的勵磁沒有集電環(huán)和電刷。由于交流主勵磁機的電樞、整流裝置與主發(fā)電機的勵磁繞組均裝設(shè)在同一旋轉(zhuǎn)體上，不再需要集電環(huán)與電刷裝置，所以沒有這部分故障。Ansoft＼Simplorer仿真模型用勵磁模型替代理想直流電源。其仿真原理圖如圖6所示。

整流后的直流電流如圖7，可見直流勵磁電流有建立時間，二極管整流后的直流也有紋波，這樣發(fā)電機輸出的電壓也有建壓過程，三相電壓也有畸變，如圖8，從波形引導(dǎo)學(xué)生分析波形與理想波形不一致的原因，勵磁電勢的波形畸變可能的原因思考;引導(dǎo)學(xué)生觀察電壓與電流的幅值，對安全技術(shù)要求進一步教育，培養(yǎng)遵守安全規(guī)則的職業(yè)道德;也引導(dǎo)學(xué)生符合實際情況的理解與研究，培養(yǎng)學(xué)生尊重實事的良好倫理與道德。下一步利用電力電子類軟件進一步創(chuàng)新引領(lǐng)異步電機的實驗教學(xué)。

四、結(jié)語

本文Ansoft/Simplorer結(jié)合仿真軟件，以同步發(fā)電機為教學(xué)案例，建立仿真模型和進行輸出特性的仿真分析，并引導(dǎo)創(chuàng)新設(shè)計思維。實驗教學(xué)實踐表明，通過這樣的實驗鍛煉，可以達(dá)到如下目標(biāo)：

1.使學(xué)生對Ansoft/Simplorer結(jié)合仿真軟件有了一定的了解和掌握，對軟件應(yīng)用于實踐有了一定的思維基礎(chǔ)訓(xùn)練，提高了軟件分析、解決實際工程問題的能力，也為學(xué)生后續(xù)諸如分布式發(fā)電與微電網(wǎng)等課程的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ);2.不僅能加深學(xué)生對電機的運行特性的理解與掌握，也加強了電力電子技術(shù)應(yīng)用于電機的控制，加深了多課程的實踐綜合應(yīng)用;3.通過仿真實驗結(jié)果的分析，不但復(fù)雜的理論得到了直觀可視化，而且對實驗結(jié)果的不足一步一步地創(chuàng)新改進引領(lǐng)，通過對實驗培養(yǎng)了學(xué)生的實驗創(chuàng)新設(shè)計思維過程和實驗結(jié)果的實事求是的倫理道德，也引導(dǎo)學(xué)生遵守實驗安全規(guī)則的良好職業(yè)道德培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾成碧，苗虹，段述江.雙創(chuàng)示范基地背景下的“電機學(xué)”教學(xué)改革探討[J].教育現(xiàn)代化，2018（28）：64-65

[2]曾成碧，苗虹，段述江.“電機學(xué)”實驗引領(lǐng)理論教學(xué)的反轉(zhuǎn)模式探討[J].課程教育研究，2019，7（27）

[3]曾成碧，苗虹，段述江.電機學(xué)實驗融入思政教學(xué)探討[J].當(dāng)代教育實踐與教學(xué)研究，2020（2）：49-50

作者簡介：

曾成碧（1969年-），女，博士，教授，電氣工程系副系主任，在四川大學(xué)電氣工程學(xué)院從事電機方面的教學(xué)及實驗。

段述江（1963年-），男，工程師，在四川大學(xué)電氣工程學(xué)院從事電機實驗與實踐指導(dǎo)。