岳舟 譚甲凡 劉永貴

摘要：“電機(jī)與拖動(dòng)”是自動(dòng)化專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，同時(shí)該課程又是后續(xù)課程“運(yùn)動(dòng)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(duì)“電機(jī)與拖動(dòng)”課程難教難學(xué)的特點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)工作實(shí)踐，分享幾點(diǎn)教學(xué)體會(huì)，希望能對(duì)進(jìn)一步提高“電機(jī)與拖動(dòng)”課堂教學(xué)質(zhì)量，營造良好的課堂氛圍起到一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：電機(jī)與拖動(dòng)；教學(xué)；體會(huì)

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(jī)與拖動(dòng)”是自動(dòng)化、電氣工程及自動(dòng)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(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”等密切相關(guān)[1]。同時(shí)，該課程的教學(xué)內(nèi)容也是這些專業(yè)的學(xué)生在今后的工作中從事各種自動(dòng)控制的必備基礎(chǔ)[2]。因此，本課程在這些專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃中具有非常重要的地位。

筆者在碩士階段一直從事電機(jī)專業(yè)的學(xué)習(xí)和研究，畢業(yè)后又一直擔(dān)任我校自動(dòng)化專業(yè)的“電機(jī)與拖動(dòng)”的課程教學(xué)工作，對(duì)本課程的教學(xué)特點(diǎn)有一定的了解。以下是筆者就本課程的教學(xué)內(nèi)容提出個(gè)人的思考和看法，希望能對(duì)本課程的教學(xué)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(yīng)電動(dòng)勢的方向；用左手定則確定動(dòng)力源，即電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩的方向。右手用于發(fā)電機(jī)，而左手用于電動(dòng)機(jī)，分別如圖1和圖2所示[3]。

其產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)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(dòng)作簡單，但容易混淆，容易出錯(cuò)。對(duì)學(xué)生而言，動(dòng)作要領(lǐng)是：手心正對(duì)N極。掌握了動(dòng)作要領(lǐng)，學(xué)生在課堂上運(yùn)用左手定則、右手定則時(shí)就會(huì)得心應(yīng)手，真正做到“左右逢源”。具體應(yīng)用實(shí)例如圖3和圖4所示，這也就是直流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)的工作原理[4]。

圖1 右手定則 圖2 左手定則

圖3 直流電動(dòng)機(jī)工作原理

圖4 直流發(fā)電機(jī)工作原理

學(xué)生在課程上聽課用腦多，動(dòng)手少，只在做筆記時(shí)偶爾動(dòng)動(dòng)手。左手定則和右手定則在課堂上給學(xué)生提供了動(dòng)手的機(jī)會(huì)，老師可以根據(jù)教學(xué)需要，積極引導(dǎo)學(xué)生“一有機(jī)會(huì)就出手”。

2巧妙利用正弦波作紐帶，把不同概念的機(jī)械角度、空間電角度、時(shí)間電角度有機(jī)地連為一體

機(jī)械角度是實(shí)實(shí)在在的角度，一個(gè)圓周360°。交流電機(jī)定子上有P對(duì)極，若磁場為正弦波，當(dāng)極距為τ時(shí)，一對(duì)極的空間跨距為2τ，對(duì)應(yīng)的機(jī)械角度為[360?P]。

磁場變化一對(duì)磁極，從正弦波來看，就是變化了一個(gè)周波，一個(gè)周波是2π（360°），為了與機(jī)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(jī)械角度。

當(dāng)電機(jī)的正弦氣隙磁場作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，定子導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢亦作正弦變化，磁場轉(zhuǎn)過一對(duì)磁極，導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢變化一個(gè)周波，即2π（360°），稱為時(shí)間電角度。

當(dāng)磁場的轉(zhuǎn)速為[n1（r/min）]，其旋轉(zhuǎn)的機(jī)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(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢變化的角頻率。經(jīng)過時(shí)間t后，磁場掃過的空間電角度為[α=ω1t]，而對(duì)應(yīng)的電動(dòng)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(shí)間電角度，是時(shí)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(dòng)勢的時(shí)間電角度聯(lián)系在一起，可以做成時(shí)空相量圖。

3 面對(duì)復(fù)雜問題的短平快處理方法——折合算法

電機(jī)中既有電路問題，又有磁路問題，還有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其內(nèi)部電磁量之間的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜。引用短平快的折合算法，有利于復(fù)雜問題的求解。折合算法中的“短”是指運(yùn)算公式簡短；“平”是指高次方是平方；“快”是指計(jì)算出結(jié)果快。在求變壓器的等值電路中，交流異步電動(dòng)機(jī)的等值電路中和多軸傳動(dòng)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(yīng)萬變”，即保持一個(gè)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(dòng)勢始終等于空載磁動(dòng)勢[I0N1]。可以是二次側(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(shí)先變?cè)褦?shù)，使一次、二次側(cè)匝數(shù)相等，它們的電動(dòng)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(gè)電路聯(lián)在一起成為一個(gè)電路，如圖5所示。

圖5 變壓器等值電路

2） 在交流電機(jī)的折合算法中是保持轉(zhuǎn)子磁動(dòng)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(shí)，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(jī)等效電路和矢量圖

圖7 交流電機(jī)T型等效電路和相量圖

3） 在多軸傳動(dòng)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(dòng)軸的傳速都折算到電動(dòng)機(jī)的軸上，如圖8所示。

最后對(duì)電動(dòng)機(jī)列寫公式：

[T-TL=JdΩdt=GD2375dndt] （4）

由式（4）確定拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是加速、減速，還是穩(wěn)速運(yùn)行。

4 結(jié)束語

以上是筆者關(guān)于“電機(jī)與拖動(dòng)”課程教學(xué)過程中幾個(gè)問題的一些思考，當(dāng)然，每個(gè)教師對(duì)這些問題的看法和處理方法可能不同。筆者認(rèn)為，只要善于在教學(xué)工程中不斷探索和改進(jìn)，就能更好地處理這些問題，取得更好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 苗風(fēng)東，來建民.關(guān)于提高電機(jī)與拖動(dòng)課程教學(xué)質(zhì)量的探索與實(shí)踐[J].中國電力教育，2008（22）：85-86.

[2] 張建輝，許瑩瑩.電機(jī)學(xué)課程教學(xué)方法的探索[J].江漢大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008（9）：55-58.

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[4] 唐介.電機(jī)與拖動(dòng)[M].2版.北京：高等教育出版社，2007.

[5] 李海發(fā).電機(jī)學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2001.