《電機(jī)與拖動(dòng)》實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)視頻案例設(shè)計(jì)

陳高燕，何建平，祁 強(qiáng)

《電機(jī)與拖動(dòng)》實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)視頻案例設(shè)計(jì)

陳高燕，何建平，祁 強(qiáng)

（西華大學(xué) 電氣信息學(xué)院，成都 610039）

《電機(jī)與拖動(dòng)》實(shí)驗(yàn)課程是實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，由于教材內(nèi)容偏難和實(shí)驗(yàn)設(shè)備缺乏等原因，使學(xué)生完成實(shí)踐性環(huán)節(jié)的效果不理想。為解決這一問題，制作了《電機(jī)與拖動(dòng)》實(shí)驗(yàn)課實(shí)驗(yàn)視頻并上傳至校園網(wǎng)上的精品課程網(wǎng)站，幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)效果，從而提升實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)質(zhì)量，加深學(xué)生對電機(jī)及拖動(dòng)知識(shí)的理解，有利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手和創(chuàng)新能力。

精品課程；實(shí)驗(yàn)視頻；電機(jī)與拖動(dòng)；教學(xué)

精品課程建設(shè)是高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程的重要組成部分?！峨姍C(jī)與拖動(dòng)》作為大學(xué)電氣及自動(dòng)化專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要討論電工技術(shù)的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用，是許多學(xué)科的關(guān)聯(lián)和基礎(chǔ)課程，具有較強(qiáng)的理論性、實(shí)踐性與應(yīng)用性。

實(shí)驗(yàn)是《電機(jī)與拖動(dòng)》的一個(gè)重要教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的在于通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證和研究電機(jī)及拖動(dòng)理論，掌握電機(jī)及拖動(dòng)的基本實(shí)驗(yàn)方法和操作技能，增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)以促進(jìn)認(rèn)識(shí)的深化，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的分析能力、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真和實(shí)事求是的科學(xué)作風(fēng)，鍛煉科學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力。

西華大學(xué)電力電子及電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)室建于2000年，采用浙江天煌教儀設(shè)備廠制造的電機(jī)及電氣技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置，擁有教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)10套，承擔(dān)了《電機(jī)與拖動(dòng)》《電力電子學(xué)》與《自動(dòng)控制系統(tǒng)》等省級精品課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。

在長期的教學(xué)實(shí)踐中，我們逐漸形成了富有成效的電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，將這些成果整合并制作成視頻教學(xué)資源是在實(shí)驗(yàn)建設(shè)方面的有益嘗試。

使用視頻資料可以讓學(xué)生直觀地看到教師所講解電機(jī)、變壓器、測量儀表等設(shè)備的實(shí)景；通過攝像機(jī)鏡頭的伸縮變化、場景角度的轉(zhuǎn)變，電機(jī)的運(yùn)行畫面，電流表、電壓表、轉(zhuǎn)矩表、轉(zhuǎn)速表數(shù)字的改變，調(diào)節(jié)負(fù)載的變化，操作流程等可以直接展現(xiàn)在學(xué)生眼前。在這種情境下，再輔以教師的講解，將實(shí)驗(yàn)原理、基本操作要領(lǐng)、注意事項(xiàng)等穿插在實(shí)驗(yàn)演示過程中，便于學(xué)生對電機(jī)及拖動(dòng)知識(shí)的掌握。

1 一般高校電氣傳動(dòng)綜合實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀

一般高校電氣傳動(dòng)綜合實(shí)驗(yàn)室的投入資金有限，設(shè)備有限，不能做到學(xué)生每人一套設(shè)備。學(xué)生是初學(xué)者，對電機(jī)、變壓器、測量儀表了解不多而影響教學(xué)效果?？偨虒W(xué)課時(shí)的減少，理論和實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)相應(yīng)也減少，而該課程機(jī)電結(jié)合，內(nèi)容多而雜。從安全角度考慮，該實(shí)驗(yàn)室全是強(qiáng)電，要接觸到220 V、380 V等電壓，同時(shí)，電機(jī)又是高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)行，要防止學(xué)生出現(xiàn)觸電及其他事故，因而，安全始終要放在第一位。指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)老師既要指導(dǎo)又要排除故障，會(huì)忙不過來。此外，實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用技術(shù)要求高，設(shè)備的維修費(fèi)、材料耗損費(fèi)居高不下等情況也客觀存在。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容安排

根據(jù)國家面向21世紀(jì)教學(xué)改革要求，實(shí)驗(yàn)室不僅要滿足課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本要求，還要供開放性、研究性、綜合性實(shí)驗(yàn)和課外科技活動(dòng)使用。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)包括傳統(tǒng)的電機(jī)、變壓器特性電路實(shí)驗(yàn)；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和基礎(chǔ)上，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)測試設(shè)備參數(shù)及其特性；綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供按專業(yè)方向細(xì)分的實(shí)驗(yàn)方向，供不同專業(yè)方向?qū)W生選擇。學(xué)院目前開設(shè)了電氣工程及自動(dòng)化、信息工程、測控等專業(yè)，教學(xué)中結(jié)合學(xué)院實(shí)際情況做了一些優(yōu)化安排。例如，電力系統(tǒng)及自動(dòng)化專業(yè)要選同步發(fā)電機(jī)發(fā)電及并網(wǎng)，電氣技術(shù)專業(yè)選擇電機(jī)調(diào)速，自動(dòng)化專業(yè)選擇控制電機(jī)，以及結(jié)合本院教師的科研方向進(jìn)行內(nèi)容安排。

3 實(shí)驗(yàn)視頻的制作

視頻錄制要求視頻中實(shí)驗(yàn)效果具有美感，通過教學(xué)過程能基本掌握實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容，甚至可以在實(shí)驗(yàn)過程中反復(fù)觀看范例，輔導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)。因此，視頻中有關(guān)實(shí)驗(yàn)的操作性內(nèi)容必須豐富，對實(shí)驗(yàn)常見的問題和需要注意的地方要有充分的說明和演示。視頻錄制的內(nèi)容包括以下三個(gè)方面，本文以三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性測定［1］視頻攝制為例予以闡述。

3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮?/p>

這部分在視頻中以多媒體課件形式展現(xiàn)。

1）實(shí)驗(yàn)名稱。三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性測定。

2）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。掌握三相異步電?dòng)機(jī)機(jī)械特性測定方法。

3）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。（1）固有機(jī)械特性測定；（2）轉(zhuǎn)子繞組串三相對稱電阻時(shí)的人為機(jī)械特性測定；（3）降低定子端電壓時(shí)的人為機(jī)械特性測定。

3.2 整套實(shí)驗(yàn)裝置流程的介紹

從主要的設(shè)備到電氣接線線、測量儀表等，對實(shí)驗(yàn)流程中的主要儀表、設(shè)備進(jìn)行特寫鏡頭的展示。

3.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及掛件

實(shí)驗(yàn)在浙江天煌教儀杭州天煌電器設(shè)備廠制造的DZSZ－1型電機(jī)及自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)裝置上完成。實(shí)驗(yàn)設(shè)備及掛件包含：DD03導(dǎo)軌、測速發(fā)電機(jī)及轉(zhuǎn)速表1只，校正過的DJ23直流電機(jī)1臺(tái)，DJ17三相線繞式異步電動(dòng)機(jī)1臺(tái)，D33交流電壓表1只，D32交流電流表1只，D31直流電壓、毫安、安培表1只，D42三相可調(diào)電阻器1只，D51波形測試及開關(guān)板1個(gè)，D55－2轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、輸出功率測試箱1個(gè)，DJ17－1三相線繞式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子專用箱1個(gè)。

本實(shí)驗(yàn)用DD01電源控制屏上方的三相交流電源和下方的勵(lì)磁直流電源，交流電源從U、V、W引出供給DJ17的定子回路，直流電源從勵(lì)磁直流電源引出供給DJ23勵(lì)磁回路，D32交流電流表和D33交流電壓表各使用其中一塊，M用DJ17的三相線繞式異步電動(dòng)機(jī)，額定電壓：220 V，Y接法。DJ17－1三相線繞式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子專用箱，電阻值可調(diào)，作為異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串接電阻，MG用DJ23的校正直流測功機(jī)。DJ23他勵(lì)直流電機(jī)由前后兩個(gè)螺栓安裝在DD03導(dǎo)軌左端。DJ23電機(jī)左端采用短軸聯(lián)接器與TG測速發(fā)電機(jī)及轉(zhuǎn)速表同軸連接；DJ23電機(jī)右端為長軸，通過聯(lián)軸器與被測DJ17電機(jī)同軸連接，聯(lián)軸器之間加橡膠墊圈，DJ17的電機(jī)由前后兩個(gè)螺栓固定在DD03導(dǎo)軌上。D31直流電壓、毫安、安培表，使用毫安表勵(lì)磁回路，使用安培表電樞回路，使用電壓表并聯(lián)于電樞繞組兩端，D51波形測試及開關(guān)板使用開關(guān)S1，D42三相可調(diào)電阻器R1、R2串/并聯(lián)作為發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻RL，Rf作為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組調(diào)節(jié)電阻。D55－2測試箱面板上由數(shù)字轉(zhuǎn)矩表、數(shù)字轉(zhuǎn)速表、數(shù)字輸出功率測試表組成，并有轉(zhuǎn)速n輸入端口、電樞電流If輸入端口以及復(fù)位、功能、確定、數(shù)位、數(shù)據(jù)5個(gè)功能按鍵，顯示電源信號狀態(tài)的LED燈。

3.2.2 電氣接線

一般實(shí)驗(yàn)教材都只給出接線圖，指導(dǎo)教師在接線時(shí)要講清楚連接關(guān)系，然后一步一步拍攝清楚。

本實(shí)驗(yàn)接線包括：交流供電回路，測量儀表接線，三相線繞式異步電動(dòng)機(jī)接線（定子繞組回路接線、轉(zhuǎn)子繞組回路接線），直流發(fā)電機(jī)接線按他勵(lì)發(fā)電機(jī)接線，直流發(fā)電機(jī)電樞回路接線，直流他勵(lì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路接線。實(shí)驗(yàn)接線如圖1所示。

其中，Rf勵(lì)磁調(diào)節(jié)電阻是900Ω和900Ω串連電阻，共計(jì)1 800Ω；RL是電樞回路負(fù)載電阻900Ω和900Ω串連后再900Ω和900Ω的并聯(lián)，共計(jì)2 250Ω。該接線是同學(xué)們反應(yīng)比較困難的連結(jié)，如圖2所示。

3.2.3 測量儀表量程選擇

D33交流電壓表量程300 V檔，D32交流電流表量程1 A檔，D31直流毫安表200 mA檔，D31直流安培表5 A檔，D55－2數(shù)字轉(zhuǎn)矩表、數(shù)字轉(zhuǎn)速表、數(shù)字輸出功率測試表功能選擇，開啟電源開關(guān)，當(dāng)數(shù)字轉(zhuǎn)速表出現(xiàn)2功能時(shí)，按下功能鍵，當(dāng)數(shù)字轉(zhuǎn)速表出現(xiàn)100（100代表使用的是100 mA這根轉(zhuǎn)矩和電樞電流對應(yīng)曲線）時(shí)，按下數(shù)位鍵，此時(shí)轉(zhuǎn)矩表出現(xiàn)0.182 N·M，表明該儀表能正常工作。

圖1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性測定接線圖

圖2 DJ23勵(lì)磁調(diào)節(jié)電阻和電樞回路負(fù)載電阻接線

3.3 實(shí)驗(yàn)操作步驟的講解和演示

固有機(jī)械特性與人為機(jī)械特性原理部分在視頻中以多媒體課件形式展現(xiàn)；實(shí)際示范操作中，錄像教師應(yīng)邊錄像邊解說。

啟動(dòng)電源時(shí)須先開“勵(lì)磁電源”，后開“電樞電源”；關(guān)閉電源時(shí)則要先關(guān)“電樞電源”，后關(guān)“勵(lì)磁電源”?？刂破磷髠?cè)三相調(diào)壓器歸零位，本實(shí)驗(yàn)不用電樞電源，故可以不打開。開啟電源總開關(guān)按下“開”按鈕。

啟動(dòng)DJ17三相線繞式異步電動(dòng)前，先目測檢查DD03導(dǎo)軌、測速發(fā)電機(jī)及轉(zhuǎn)速表、校正過的直流電機(jī)、三相線繞式異步電動(dòng)機(jī)；檢查校正過的直流電機(jī)和三相線繞式異步電動(dòng)機(jī)的螺栓是否緊固；用手轉(zhuǎn)動(dòng)校正過的直流電機(jī)和三相線繞式異步電動(dòng)機(jī)的聯(lián)軸器，看兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)軸是否能轉(zhuǎn)動(dòng)、聯(lián)軸器的橡膠墊是否老化。DJ17轉(zhuǎn)子電阻箱電阻R、D42上電阻（R1、R2、R3）均調(diào)到最大，開關(guān)S1置于斷開。按下綠色啟動(dòng)按鈕，觀察控制屏上方的三只交流電壓表指示，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器旋鈕使三相交流電壓慢慢升高，緩慢均勻升到220 V，觀察電機(jī)轉(zhuǎn)向是否符合要求，有沒有異常情況出現(xiàn)。若有，就把控制屏左側(cè)三相調(diào)壓器歸零位，排除故障后再接通“勵(lì)磁電源”，調(diào)節(jié)D42掛件上900Ω和900Ω串連電阻，使校正過的直流電機(jī)If=100 mA并保持不變。

1）固有機(jī)械特性測定

三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)且調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子專用箱電阻為0Ω后，讀取電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速第一組數(shù)據(jù)。閉合開關(guān)S1，記錄第二組數(shù)據(jù)。逐次調(diào)小D42掛件上電阻RL（R1、R2）。注意：要同步調(diào)節(jié)兩個(gè)電阻并記錄對應(yīng)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的值，同時(shí)，監(jiān)控交流電流表A1，使定子電流為0.6 A為止。期間共測取5～6組數(shù)據(jù)。測試完畢將電阻R1、R2同步調(diào)到最大，將開關(guān)S1斷開。

2）轉(zhuǎn)子繞組串三相對稱電阻時(shí)的人為機(jī)械特性測定

固有機(jī)械特性測定完后，可以不停機(jī)。保持U =220 V，If=100 mA不變，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子專用箱電阻為15Ω后，讀取并記錄電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的第一組數(shù)據(jù)。閉合開關(guān)S1，記錄第二組數(shù)據(jù)。逐次調(diào)小D42掛件上電阻RL（R1、R2）。注意：要同步調(diào)節(jié)兩個(gè)電阻并記錄對應(yīng)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的值，同時(shí)，監(jiān)控交流電流表A1，使定子電流為0.6 A為止。期間共測取5～6組數(shù)據(jù)。測試完畢將電阻R1、R2同步調(diào)到最大，將開關(guān)S1斷開，并調(diào)節(jié)電阻箱電阻為0Ω。

3）降低定子端電壓時(shí)的人為機(jī)械特性測定

異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)對稱電阻時(shí)的人為機(jī)械特性測定完后，可以不停機(jī)。保持If=100 mA不變，調(diào)節(jié)三相交流調(diào)壓器旋鈕使其輸出線電壓為180 V后，讀取并記錄電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的第一組數(shù)據(jù)。閉合開關(guān)S1，記錄第二組數(shù)據(jù)。逐次調(diào)小D42掛件上電阻RL（R1、R2）。注意：要同步調(diào)節(jié)兩個(gè)電阻記錄對應(yīng)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的值，同時(shí)，監(jiān)控交流電流表A1，使定子電流為0.6 A為止。期間共測取5～6組數(shù)據(jù)。測試完畢將電阻R1、R2同步調(diào)到最大，將開關(guān)S1斷開。實(shí)驗(yàn)完畢按下紅色按鈕，關(guān)閉電源總開關(guān)。

3.4 實(shí)驗(yàn)總結(jié)

指導(dǎo)學(xué)生處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和報(bào)告撰寫，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制上述三種運(yùn)行狀態(tài)下的機(jī)械特性［2］，分別如圖3～圖5所示，視頻中以多媒體課件形式展現(xiàn)。

圖3 固有機(jī)械特性

圖4 對稱電阻時(shí)的人為機(jī)械特性

利用固有機(jī)械特性實(shí)驗(yàn)時(shí)得到的數(shù)據(jù)，說明固有機(jī)械特性的幾個(gè)特殊點(diǎn)（啟動(dòng)點(diǎn)A、最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)P、額定運(yùn)行點(diǎn)B、同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)H）。

通過人為機(jī)械特性實(shí)驗(yàn)時(shí)得到的數(shù)據(jù)，可以看出：（1）如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩接近額定，降低電源電壓對電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行是極為不利的；（2）轉(zhuǎn)子回路串接對稱電阻適用于線繞式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和調(diào)速。

圖5 降低定子端電壓時(shí)的人為機(jī)械特性

后期制作階段就是運(yùn)用編輯軟件“會(huì)聲會(huì)影”或Premiere將錄制的教學(xué)錄像視頻進(jìn)行剪輯、加工，生成一段首尾連貫流暢、主題明確的教學(xué)視頻，用Nero軟件刻錄成光盤。在這個(gè)階段要做好幾個(gè)方面的工作：首先，編輯時(shí)要注意聲畫同步的調(diào)整，以及找出并剪切掉指導(dǎo)教師出現(xiàn)的失誤、不規(guī)范動(dòng)作；其次，實(shí)驗(yàn)教學(xué)視頻應(yīng)該真實(shí)反映實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程和操作順序，有實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，不能有太多的剪輯，鏡頭間也不需要太多的特效過渡；再次，應(yīng)該添加合適的片頭和片尾，簡明扼要地體現(xiàn)主題和基本信息。制作完成后，相關(guān)教師一起對制作好的視頻從頭到尾預(yù)覽一遍查找問題，并提出修改意見。如一旦發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)修改，制作出最后上網(wǎng)發(fā)布的流媒體視頻文件。學(xué)校課程中心采用上海卓越電子的卓越課程中心3.0，視頻上傳格式支持wmv、avi、asf。我們采用wmv格式，便于在常見的Windows Media Player中正常播放。

4 結(jié)束語

結(jié)合現(xiàn)代化教學(xué)手段打破傳統(tǒng)教學(xué)模式，利用多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，可以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。該實(shí)驗(yàn)視頻成果已上傳在學(xué)校精品課程網(wǎng)上，受到學(xué)生的好評。學(xué)生通過網(wǎng)上觀摩教師上實(shí)驗(yàn)課時(shí)的課堂講解加示范操作練習(xí)，再進(jìn)行實(shí)際操作，更利于實(shí)驗(yàn)技能的掌握和動(dòng)手能力的提高，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段現(xiàn)代化，從而提高實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)質(zhì)量。

［1］祁強(qiáng)，陳高燕，張廣溢，等.電機(jī)及自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書［M］.重慶：重慶大學(xué)出版社，2007.

［2］張廣溢，郭前崗.電機(jī)學(xué)［M］.3版.重慶：重慶大學(xué)出版社，2010.

Teaching Video Case Design of Electric Motor and Driving Experiment Course

CHEN Gaoyan，HE Jianping，QIQiang
（College of Electrical and Information Engineering，Xihua University，Chengdu 610039，China）

The course of Electric Motor and Driving is a highly practical course.But the reasons for teaching content is too difficultand lack of experimental equipment，the practice effect of students to finish the experiment curriculum is not ideal.In order to solve this problem，wemade electricmachine and driving experimental class video，course web site by the campus network online teaching video to help students to improve the teaching effect of electricmotor and driving experiment course，accordingly improving the quality of experiment teaching.Through the above mentioned measures，we deepen students'understanding of electric motor and driving knowledge，train students'practical and innovative ability.

quality course；experimental video；electric motor and driving；teaching

G642.0；G434

A

10.3969/j.issn.1672－4550.2014.05.040

2013－11－25；修改日期：2013－12－13

西華大學(xué)2009年教學(xué)研究基金資助項(xiàng)目。

陳高燕（1969－），男，實(shí)驗(yàn)師，主要從事電氣傳動(dòng)綜合實(shí)驗(yàn)室，虛擬儀器與嵌入式實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)和管理工作。