淺談“電機與拖動”課程教學

岳舟 譚甲凡 劉永貴

摘要：“電機與拖動”是自動化專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，同時該課程又是后續(xù)課程“運動控制系統(tǒng)”的基礎(chǔ)，在專業(yè)課程體系中占有很重要的地位。針對“電機與拖動”課程難教難學的特點，結(jié)合教學工作實踐，分享幾點教學體會，希望能對進一步提高“電機與拖動”課堂教學質(zhì)量，營造良好的課堂氛圍起到一定的指導作用。

關(guān)鍵詞：電機與拖動；教學；體會

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）03-0176-02

Discussion of “Motor and Drive” Course Teaching

YUE Zhou， TAN Jia-fan， LIU Yong-gui

（Department of Energy， Mechanical and Electrical Engineering， Hunan University of Humanities， Science and Technology， Loudi 417001， China）

Abstract： “Motor and Drive” is a professional automation an important specialized fundamental course， and the course is to follow a course of motion control system based， in the professional curriculum system occupies very important position. According to the characteristics of “Motor and Drive” course is hard to teach and study， combined with teaching practice， share some teaching experience， hoping to further improve the “Motor and Drive” classroom teaching quality， to create a good atmosphere in the classroom play a guiding role.

Key words： motor and drive； teaching； experience

“電機與拖動”是自動化、電氣工程及自動化等專業(yè)的重壓專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程與這些專業(yè)的多門后續(xù)課程，如“電力電子技術(shù)”、“運動控制系統(tǒng)”等密切相關(guān)[1]。同時，該課程的教學內(nèi)容也是這些專業(yè)的學生在今后的工作中從事各種自動控制的必備基礎(chǔ)[2]。因此，本課程在這些專業(yè)的教學計劃中具有非常重要的地位。

筆者在碩士階段一直從事電機專業(yè)的學習和研究，畢業(yè)后又一直擔任我校自動化專業(yè)的“電機與拖動”的課程教學工作，對本課程的教學特點有一定的了解。以下是筆者就本課程的教學內(nèi)容提出個人的思考和看法，希望能對本課程的教學起到一定的作用。

1 手腦并用，做到“左右逢源”

“左”就是左手定則，“右”就是右手定則。所謂逢“源”就是用右手定則確定電源，即感應電動勢的方向；用左手定則確定動力源，即電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩的方向。右手用于發(fā)電機，而左手用于電動機，分別如圖1和圖2所示[3]。

其產(chǎn)生的感應電動勢和電磁力的大小分別為

[e=blv] （1）

[f=bli] （2）

左手定則和右手定則動作簡單，但容易混淆，容易出錯。對學生而言，動作要領(lǐng)是：手心正對N極。掌握了動作要領(lǐng)，學生在課堂上運用左手定則、右手定則時就會得心應手，真正做到“左右逢源”。具體應用實例如圖3和圖4所示，這也就是直流電動機和直流發(fā)電機的工作原理[4]。

圖1 右手定則 圖2 左手定則

圖3 直流電動機工作原理

圖4 直流發(fā)電機工作原理

學生在課程上聽課用腦多，動手少，只在做筆記時偶爾動動手。左手定則和右手定則在課堂上給學生提供了動手的機會，老師可以根據(jù)教學需要，積極引導學生“一有機會就出手”。

2巧妙利用正弦波作紐帶，把不同概念的機械角度、空間電角度、時間電角度有機地連為一體

機械角度是實實在在的角度，一個圓周360°。交流電機定子上有P對極，若磁場為正弦波，當極距為τ時，一對極的空間跨距為2τ，對應的機械角度為[360?P]。

磁場變化一對磁極，從正弦波來看，就是變化了一個周波，一個周波是2π（360°），為了與機械角度相區(qū)別，稱之為空間電角度，顯然空間電角度等于P乘以機械角度。

當電機的正弦氣隙磁場作旋轉(zhuǎn)運動時，定子導體感應電動勢亦作正弦變化，磁場轉(zhuǎn)過一對磁極，導體中的感應電動勢變化一個周波，即2π（360°），稱為時間電角度。

當磁場的轉(zhuǎn)速為[n1（r/min）]，其旋轉(zhuǎn)的機械角速度為[ω1=2π60n1（rad/s）]，其空間角速度為[ω1=Pω'1=2π60Pn1=2πf1]，也就是導體中感應電動勢變化的角頻率。經(jīng)過時間t后，磁場掃過的空間電角度為[α=ω1t]，而對應的電動勢相位角的變化為[?=ω1t]。[α]和[?]是不同的概念，[α]是空間電角度，是空間概念，而[?]是時間電角度，是時間概念，它們概念不同，但在數(shù)值上是相等的，即[α=?=ω1t]。這樣，用電角度將磁場的空間電角度和電動勢的時間電角度聯(lián)系在一起，可以做成時空相量圖。

3 面對復雜問題的短平快處理方法——折合算法

電機中既有電路問題，又有磁路問題，還有旋轉(zhuǎn)運動，其內(nèi)部電磁量之間的關(guān)系錯綜復雜。引用短平快的折合算法，有利于復雜問題的求解。折合算法中的“短”是指運算公式簡短；“平”是指高次方是平方；“快”是指計算出結(jié)果快。在求變壓器的等值電路中，交流異步電動機的等值電路中和多軸傳動系統(tǒng)中，用的都是折合算法。用好折合算法的關(guān)鍵是“以不變應萬變”，即保持一個量不變，其余的量都要變。

1） 在變壓器的折合算法中，保持鐵心中的主磁通φ不變，即磁動勢始終等于空載磁動勢[I0N1]?？梢允嵌蝹?cè)向一次側(cè)折算，也可以是一次側(cè)向二次側(cè)折算。折算時先變匝數(shù)，使一次、二次側(cè)匝數(shù)相等，它們的電動勢相等，即E1=E2，這樣就可將沒有電聯(lián)結(jié)的一次、二次側(cè)兩個電路聯(lián)在一起成為一個電路，如圖5所示。

圖5 變壓器等值電路

2） 在交流電機的折合算法中是保持轉(zhuǎn)子磁動勢不變，即轉(zhuǎn)子電流不變，可以把旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)化為靜止的轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子頻率f2=Sf1，在S=1時，轉(zhuǎn)化為定子頻率f1，頻率折算公式見式（3）。 [I2=E2sR2+jX2s=SE20R2+jSX20=E20R2S+jX20=E'2R2S+jX'2] （3）

其轉(zhuǎn)換過程如圖6轉(zhuǎn)換為圖7所示[5]。

圖6 交流電機等效電路和矢量圖

圖7 交流電機T型等效電路和相量圖

3） 在多軸傳動系統(tǒng)中的折合算法是保持能量不變，將有關(guān)的飛輪矩、阻轉(zhuǎn)矩、傳動軸的傳速都折算到電動機的軸上，如圖8所示。

最后對電動機列寫公式：

[T-TL=JdΩdt=GD2375dndt] （4）

由式（4）確定拖動系統(tǒng)的運動狀態(tài)是加速、減速，還是穩(wěn)速運行。

4 結(jié)束語

以上是筆者關(guān)于“電機與拖動”課程教學過程中幾個問題的一些思考，當然，每個教師對這些問題的看法和處理方法可能不同。筆者認為，只要善于在教學工程中不斷探索和改進，就能更好地處理這些問題，取得更好的教學效果。

參考文獻：

[1] 苗風東，來建民.關(guān)于提高電機與拖動課程教學質(zhì)量的探索與實踐[J].中國電力教育，2008（22）：85-86.

[2] 張建輝，許瑩瑩.電機學課程教學方法的探索[J].江漢大學學報：自然科學版，2008（9）：55-58.

[3] 顧繩谷.電機與拖動基礎(chǔ)[M].4版.北京：機械工業(yè)出版社，2007.

[4] 唐介.電機與拖動[M].2版.北京：高等教育出版社，2007.

[5] 李海發(fā).電機學[M].北京：科學出版社，2001.