電機模擬負載實驗教學(xué)的設(shè)計與探索

徐曉艷

摘要：電機拖動課程是一門與工業(yè)生產(chǎn)緊密聯(lián)系的課程。電機拖動的實驗是理論教學(xué)的重要補充，通過實驗學(xué)生能夠更好地理解電機學(xué)知識，還能夠提高學(xué)生的動手能力，鍛煉學(xué)生分析電機問題，解決電機問題的能力。本文設(shè)計了電動機模擬負載系統(tǒng)的實驗，解決了電動機在實驗室中不能帶動工業(yè)生產(chǎn)中的負載進行實驗，電動機無法處于真實生產(chǎn)狀態(tài)的問題。本實驗既可以深化學(xué)生的電機理論知識，又可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

關(guān)鍵詞：電機實驗教學(xué);模擬負載;教學(xué)探索;

一、引言

電機拖動是一門實踐性較強的課程，為了使學(xué)生更好的理解電機拖動的理論知識，能夠運用理論知識分析解決電動機運行時出現(xiàn)的問題，能對電機進行維修和維護，電機實驗是不可或缺的教學(xué)環(huán)節(jié)[1]。電機實驗可以培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新思維，鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力[2]。

傳統(tǒng)的電動機相關(guān)實驗教學(xué)只是在實驗室中搭建簡單的電機起動、控制電路。電動機多半是處于空載狀態(tài)，不能完全反應(yīng)電動機只生產(chǎn)實踐中運行的真實狀態(tài)。而工業(yè)生產(chǎn)中的電機拖動環(huán)節(jié)千差萬別，設(shè)備多種多樣，不可能將實際的生產(chǎn)設(shè)備都放入實驗室中，特別是有許多環(huán)節(jié)設(shè)備繁多，工藝復(fù)雜，成本高，體積大，更是不可能在實驗室中建設(shè)。所以建立電動機的負載模擬系統(tǒng)是很有必要的。

二、電動機模擬負載實驗的設(shè)計

1、實驗原理

如果想要模擬電動機的負載，就需給電動機加一個按照生產(chǎn)中實際負載的轉(zhuǎn)矩變化情況相一致的負載轉(zhuǎn)矩。本實驗應(yīng)用PLC控制變頻器，變頻器連接三相異步電動機，通過PLC控制變頻器輸出的電壓和頻率，使三相異步電動機定子的電壓和頻率按一定規(guī)律變化，從而使三相異步電動機輸出的電磁轉(zhuǎn)矩按照我們希望的負載轉(zhuǎn)矩的變化規(guī)律來變化。由這臺三相異步電動機模擬生產(chǎn)中的負載設(shè)備，作為電動機的負載來工作。

2、實驗步驟

（1）教師發(fā)布實驗的負載類型，學(xué)生確定模擬負

載的轉(zhuǎn)矩特性，由學(xué)生分小組討論如果三相異步電動機想要輸出這樣規(guī)律的電磁轉(zhuǎn)矩，電動機需要接入的定子電壓和頻率需要如何變比。各組組長說明自己組的討論結(jié)果，同學(xué)展開現(xiàn)場討論，教師最后總結(jié)并給出正確的結(jié)果。

（2）各小組在根據(jù)三相異步電動機電動機定子電

壓和頻率的變化規(guī)律，來設(shè)計PLC的控制程序，編寫梯形圖語句，調(diào)試程序，查看PLC連接的變頻器輸出電壓和頻率是否按希望的規(guī)律來變化的。如果按規(guī)律變化，就進行下一步，如果沒按規(guī)律變化則修改程序，直至滿足要求。

（3）將PLC、變頻器和三相異步電動機構(gòu)成的負

載系統(tǒng)進行綜合調(diào)試，查看三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩輸出是否滿足要求。滿足要求則進行下一步，如果沒滿足要求則查找原因，進行改正。

（4）將模擬負載系統(tǒng)連接到實驗電機上，檢測實

驗電機帶動該負載運行時的運行狀態(tài)，測量電機的轉(zhuǎn)速。改變實驗電機的控制方法，使實驗電機處于起動、穩(wěn)定運行、制動等狀態(tài)，記錄電機的電氣參數(shù)，測量并電機的轉(zhuǎn)速的變化。

（5）教師設(shè)定故障狀態(tài)，讓學(xué)生查看電機故障現(xiàn)

象，分析故障原因，提出解決方案。

（6）學(xué)生整理實驗數(shù)據(jù)，完成實驗報告

3、實驗考核方式

實驗成績的評定注重實驗過程的評價，不指單純考核實驗結(jié)果的正確與否。采用多元的評價方式，實驗最終成績設(shè)置為：

實驗成績=實驗紀律（10%）+小組討論表現(xiàn)（20%）+實驗正確度（20%）+故障分析情況（20%）+實驗報告（30%）

三、電機實驗教學(xué)的探索

電機實驗教學(xué)既要為電機的理論教學(xué)服務(wù)，又要重點培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)，教師按照實驗指導(dǎo)書進行講解，學(xué)生按老師的要求進行實驗[3]。學(xué)生在實驗環(huán)節(jié)的主體性不突出，學(xué)生的實驗積極性沒有得到很好的調(diào)動，本次對實驗教學(xué)的設(shè)計進行了探索。

1、小組討論式實驗教學(xué)方式

2、傳統(tǒng)的實驗教學(xué)多是老師先對學(xué)生提出實驗要求，給學(xué)生講解實驗原理，告訴學(xué)生實驗步驟和實驗的正確結(jié)果應(yīng)該是什么。在這個過程中，學(xué)生的創(chuàng)新思維得不到鍛煉。本實驗教學(xué)采用小組討論式實驗方式，讓學(xué)生們自己討論實驗的正確結(jié)果是什么，鍛煉學(xué)生理論知識的運用能力和思維能力。

3、開放性實驗?zāi)Ｊ?/p>

傳統(tǒng)的實驗采用統(tǒng)一的實驗步驟和實驗要求，不能體現(xiàn)出學(xué)生的個性化。本實驗不設(shè)定固定的電機運行模式，學(xué)生可以在電機起動、穩(wěn)定運行、制動狀態(tài)中任選一種模式，也可以三種模式都選擇進行實驗，記錄分析實驗數(shù)據(jù)。

4、多元化的過程評價方式

傳統(tǒng)的實驗成績評定主要包括實驗表現(xiàn)和實驗報告兩部分，多學(xué)生實驗過程的評價考核不足。本實驗采用多元的過程評價方式來確定學(xué)生最終的實驗成績，充分調(diào)動學(xué)生的實驗積極性。

四、結(jié)束語

電機模擬負載實驗可以很好的培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、分析解決電機問題的能力、創(chuàng)新性思維，可以幫助學(xué)生更好的理解電動機的理論知識。探索了電機實驗教學(xué)的模式，設(shè)計了鍛煉學(xué)生創(chuàng)新思維的實驗過程和過程化的評價考核方式，在實踐的過程中取得了很好的效果。

參考文獻

[1]曲春雨，王秀平，高陽，許曉峰.基于內(nèi)容和過程創(chuàng)新的電機實驗教學(xué)研究[J]，高教學(xué)刊2015（19）：206-207.

[2]趙翠華.電機實驗教學(xué)的探索[J]，中國電力教育2008，11（124）：141-142.

[3] 歐陽明，王旭紅.論電機實驗教學(xué)的改革與創(chuàng)新[J]中國電力教育，2012（246）：75-77.

遼寧科技大學(xué)校級實驗教學(xué)改革項目，項目編號SYJG202141

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