针对目前高校自动化、电力电子等专业的电机拖动课程的教学情况,提出存在的问题及改革的方法,以提高该课程的教学质量。This paper discussed the teaching of Motor and Driving subject covering the major of automation and power electronics. It presented some existing problems and how to improve the education for the progress in education quality

王晓雪

隋榕生

Xiamen University Institutional Repository

　第 23卷 第 10期　2004年 10月实 验 室 研 究 与 探 索RESEARCH AND EXPLORAT ION IN LABORAT ORYVol. 23 No. 10　Oct . 2004　关于电机拖动教学的探讨王晓雪,　隋榕生(厦门大学 自动化系, 福建 厦门 361005)摘　要:针对目前高校自动化、电力电子等专业的电机拖动课程的教学情况,提出存在的问题及改革的方法,以提高该课程的教学质量。关键词: 电机拖动;电磁场; 教学改革中图分类号: TM 343 文献标识码: B 文章编号: 1006-7167( 2004) 10-0064-03Discussion on the Teaching of Motor and Driving SubjectWA N G X iao-xue ,　SUI Rong-sheng( Dept . of Automat ion, Xiam en Univ . , Xiamen 361005, China)Abstract: T his paper discussed the teaching of Mo to r and Driv ing subject covering the m ajo r of autom at ion andpow er electr onics. It presented som e ex ist ing pr oblem s and how to im prove the educat ion fo r the prog ress in e-ducat ion quality .Key words : mo to r and driving ; elect rical and magnet ic f ield; teaching refor m收稿日期: 2003-11-21;修改稿日期: 2004-04-05第一作者简介:王晓雪 ( 1963- ) ,女, 浙江宁波人,工程师, 从事电机与电拖的研究。E-mail: s rs- cn@ 163. com　　当前,高校正处于学科发展调整,深化教学体制改革,全面提高教学质量的重要关头。电子信息学科的发展无疑对高校整体教学水平的提高起关键作用, 而电机拖动学科是自动化专业, 电力电子等专业的主干课程,尽管这是一门传统的专业课程,但是由于工业自动化水平的不断提高, 以及电机制造、计算机软硬件、半导体等相关产业的不断发展, 对电机拖动不断提出新的高要求。由于各种原因,学科的教学和学科的研究和相关产业的发展有些脱节。我们培养出来的学生不能很快地适应该领域的要求。针对这些情况, 本文探讨了一些电机拖动教学与实验中的一些问题, 希望能抛砖引玉引起同行专家的关注, 共同为电机拖动的教学改革出谋划策。1　电机拖动学科的发展现状电机拖动广泛地应用于各个行业。电力拖动技术涉及电机学、电力电子学、自动控制原理、计算机应用技术、机械原理等学科,是多学科相互交叉的科学。特别是半导体工业的迅猛发展,电机驱动技术不断革新,高效、高性能的电机控制技术不断地在实际中得到应用。最典型的就是交流调速中的正交磁场控制技术, 使得性能优良的交流电动机在许多场合可以取代直流电动机。由于电机的种类繁多应用面广,因此电机的控制技术也极其复杂。除了电机性能以外,电机的控制技术在很大程度上决定整个机电系统的性能和效率。电机现在正越来越多的作为执行器件,如机器人装置。针对这些层出不穷的新技术和来自各行各业的新需求, 电机拖动的研究在许多高等院校和科研机构都得到了很高程度的重视,和电机拖动相关的专业一直受到重点发展。2　电机拖动教学的问题及改革探讨2. 1　加快教材更新,解决课程衔接问题当前的电机拖动技术不断更新。然而我们的教材却没能及时地反映这些变化,教材内容依然陈旧。这无疑严重地影响了本门课程的教学。由于各方面的原因,本科生的基础课和专业基础课的课时大幅度减少, 课程内容缩减。使得电机拖动的教学受到影响。电磁场理论、电路基础、电子技术基础、电工技术等几门课是学好电机拖动的前导课程。但是这几年学生对这些课程普遍掌握不好。特别是电磁场理论,使得电机拖动的教学从一开始就遇到困难,需要化较多的精力来补充相关的基础知识。再加上学生没有学过控制系统设计,使得电力拖动控制技术难以掌握。因此搞好本门课程的教学,需要全盘考虑各门课程的衔接,全面提高基础课和专业基础课的教学质量。2. 2　加强实验教学实验教学对工科学生掌握所学课程的内容以及灵活运用所学知识解决实际问题的思想方法至关重要。电机拖动实验更是如此。但是目前许多高校的电机拖动实验室由于经费、场地不足,电机控制系统实验台的数量不够,性能不高,能开的实验种类有限。大多只能做一些验证性实验。使得学生在感性认识方面不足, 也没有机会和条件独立进行电力拖动系统的设计, 缺乏该方面的训练。实践对理论教学不可缺少。应该加强实验环节, 开发能让学生进行自主实验的装置。实验项目应由浅入深,让学生自主设计实验, 提高他们的兴趣,培养他们的动手能力与解决实际问题的思想方法和创新能力。采用虚拟仪器,以解决硬件设备不足的问题。应当让学生及时了解该领域的先进技术,以及这些技术在工业企业中的应用和市场情况。应该让学生多走出校门, 在社会上体验电机控制技术的重要性。这样有助于学生学习兴趣的提高, 以及将来走上社会的适应能力。2. 3　改进教学模式,提高学习热情目前在工科学生中存在对专业课程的学习缺乏兴趣的现象。许多学生更喜欢把过多的精力投入到了网络、计算机应用方面。这既有就业导向的社会原因, 也有学生厌学的问题。电机拖动的教学也不能免受这些不利因素的影响。电机拖动课程抽象难学, 电磁更是看不见摸不着的东西,如果对控制工程没有浓厚的兴趣,学习电机拖动就会觉得十分枯燥。本课程包括直流电机、变压器、交流电机、异步电机、同步电机、控制电机等,没有扎实的专业基础知识,不投入相当多的精力,是不能全面掌握电机拖动课程的学习。应当充分发挥现代化、信息化的教学手段。《电机与拖动》这门课中主要讲述的电机是作为电磁感应和电磁力定律为基本工作原理进行电能的传递或机电能量转换的机械装置, 电机中的能量转换是通过磁场进行的,而磁场是看不见的,比较抽象。用原来的传统教学方式,学生感到枯燥和难以理解,如果我们采用多媒体技术做课件,可以增加学生对课程信息的注意力和理解力,使学生更快、更加深入地了解电机的结构、工作原理和机械特性等, 并从中获取知识和乐趣, 较快地掌握这门课程。我们采用 Flash MX 6. 0软件开发了三相异步交流电机工作原理仿真、步进电机工作原理、负载及频率仿真、直流电机工作原理、电压调速、弱磁调速、电枢电阻调速、能耗制动等仿真课件,应用于《电机与拖动》这门课的教学中,取得较好的效果。flash 创建的是矢量图形和动画, 这是 flash 最大的特色。对矢量图形进行编辑而不会改变图形的外观质量,矢量图形的分辨率是独立的。可将你的Flash 课件嵌入 HT M L 网页中, 在网上能够直接进行互动教学。利用 Flash 制作课件可方便导入各种素材, f lash所支持的图象、视频、音频格式很多。基本不需要第三方软件作为中转, 为你的课件创造开启了方便之门。以下是三相异步电动机的仿真界面, 定子接三相电源后,电机内便形成圆形旋转磁场。该磁场与转子导条相互作用在转子导条中产生感应电势和感应电流,而电流与旋转磁场作用就会受力形成转矩,这样就把输入的电能转变成旋转的机械能。课件中将原来实物三相异步电动机看不见的磁场的变化、电流的方向形象地表出来, 加深了学生对三相异步电动机原理的理解。该课件动化、形象显示的工作原理,见图 1。图 1　三相异步电动机仿真界面　　步进电机是一种利用电磁铁的作用原理将电脉冲信号转换为线位移或角位移的电机, 近年来在数字控制装置中的应用日益广泛。计算机根据给定的数据和要求进行运算,而后发出电脉冲信号。计算机每发出一个脉冲,步进电机便转过一定角度,电机转速与脉冲频率成正比,而转速和转向与各相绕组的通电方式有关。见图 2。图 2　步进电机仿真仿真界面　　本仿真的是反应式步进电机,它的定子具有均匀分布的六个磁极, 磁极上绕有绕组。两个相对的磁极组(下转第 68页)65　第 10期 王晓雪,等:关于电机拖动教学的探讨是采用W indow s作为操作平台所带来的独有特色。鉴于以上功能, 系统不失为一个界面友好、操作简单、功能强大的实验模拟软件。5　食品工程实验模拟软件的设计过程食品工程实验模拟软件的设计, 要求做到真实无误地反映食品工程实验的操作程序、动画与实验流程相结合、实验数据整理正确,这是软件设计时首先要考虑到的。另外,从软件开发技术的角度看, 还要根据食品工程实验教学的要求和特点, 确定软件的总体结构,合理地选择操作系统和软件开发工具, 即程序设计语言,本软件采用VB 编写了几乎全部的程序代码等。针对以上要求及软件所实现的功能,在软件的设计过程中,按以下步骤进行:( 1) 查阅有关资料,阅读实验教材, 透彻理解实验原理及实验要求, 加强对实验知识的理论认识;( 2) 熟悉实验流程,进行实验的实际操作, 掌握实验规律;( 3) 收集与实验有关的物性数据,并从以前积累的实验数据中挑选出具有代表性的数据, 形成原始数据文件;( 4) 使用绘图工具与 VB 程序设计语言相结合,绘制包括实验设备、仪表、管路在内的静态实验流程图;( 5) 采用 VB语言编写模拟软件, 实现软件众多功能的模拟代码,包括问题回答、动画、数据处理等软件功能模块;( 6) 软件的调试与修改。6　今后展望食品工程实验教学实践表明:实验模拟系统可以让学生进行实验预习、熟悉实验步骤、模拟实验操作、了解参数变化对实验结果的影响以及不遵守操作规程所带来的不良后果。在进行传统实验之后, 还可通过实验模拟操作使实验过程多次重复出现, 以帮助学生提高分析问题和解决工程问题的能力, 因此, 实验模拟系统不仅对食品工程实验教学起到了辅助作用,而且提高了食品工程实验教学的质量。尽管如此, 因为目前实验模拟系统还存在智能化水平不高、对真实实验环境描述不理想的缺陷, 所以食品工程实验模拟系统与传统实验之间还存在着一定的差距。此外,人机对话教学方式与传统教学方式相比缺乏感情交流, 不能做到因材施教,因此,实验模拟只能作为一种教学辅助手段,不能代替传统实验。随着计算机人工智能、虚拟现实和远程控制等技术的发展和应用, 在综合人工智能技术、虚拟现实技术、认知科学以及教育心理学等多门学科的基础上, 开发出智能的实验模拟系统, 将会缩短实验模拟与传统实验的差距, 真正达到网上教育的目的,到那时实验模拟对传统实验教学的变革将会起到更大的作用。参考文献:[ 1]　高福成. 现代食品工程高新技术 [M ] . 北京:中国轻工业出版社,1998.[ 2 ]　Jeff Dunteman, Jim Mischeh el , Don T aylor . VB 程序设计指南[ M ] . 学苑出版社, 1997.[ 3]　章生立,董三立. W indow s程序设计——用 M icrosof t C/ C+ + 和Visua IC + + [M ] .北京航空航天大学出版社, 1995.[ 4]　高贵田.食品工程实验仿真软件的设计与教学实践[ J] . 化工高等教育, 1997, 1( 26) .[ 5]　李翼新,张文育. 果蔬脆片油炸过程的观察和设备的改进[ J] . 包装与食品机械, 1995, (1) : 24-26.(上接第 65页)成一相,即为三相反应式步进电机。仿真目标展示三相步进电机的单、双拍以及三相六拍这三种运行方式。显示出不同运行方式下的输入脉冲,以及磁力线的变化,步进电机的频率响应等。使学生更好理解三相步进电机的单三拍、双三拍以及三相六拍每相的通电时间, 磁力线的变化, 正反转的工作原理等。其他课件不再一一例举。　　通过使用仿真软件教学, 使比较抽象看不见的磁场、电流通过动画的形式表现。可以增加学生对课程信息的注意力和理解力, 使学生更快、更加深入地了解电机的结构、工作原理和机械特性等,较快的掌握这门课程,并从中获取知识和乐趣。　　本仿真软件不仅作为电机拖动课程课堂多媒体教学使用,而且课后通过校园网在网络实验室也能够使用本仿真软件进行课外学习。以上是我们关于电机拖动教学的一些探讨与看法,希望能抛砖引玉引起同行专家的关注, 改变目前存在的问题,提高本门课程的教学质量。参考文献:[ 1]　李海发,王岩. 电机与拖动基础[ M ] . 清华大学出版社, 1994.[ 2 ]　承湘舸. FLASH MX 全方位实作经典[ M ] . 中国水利水电出版社, 2002.[ 3]　袁小红. Flash M X完全教程[ M ] . 国防工业出版社, 2003.[ 4]　顾绳谷. 电机及拖动基础[ M ] . 机械工业出版社, 1990.[ 5]　周定颐. 电机及电力拖动[ M ] . 机械工业出版社, 1994.68 　　　　实　验　室　研　究　与　探　索 第 23卷　

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