電機模擬負載實驗教學的設計與探索

徐曉艷

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

關鍵詞：電機實驗教學;模擬負載;教學探索;

一、引言

電機拖動是一門實踐性較強的課程，為了使學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環節[1]。電機實驗可以培養學生的實踐能力和創新思維，鍛煉學生發現問題、分析問題、解決問題的能力[2]。

傳統的電動機相關實驗教學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，不能完全反應電動機只生產實踐中運行的真實狀態。而工業生產中的電機拖動環節千差萬別，設備多種多樣，不可能將實際的生產設備都放入實驗室中，特別是有許多環節設備繁多，工藝復雜，成本高，體積大，更是不可能在實驗室中建設。所以建立電動機的負載模擬系統是很有必要的。

二、電動機模擬負載實驗的設計

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中實際負載的轉矩變化情況相一致的負載轉矩。本實驗應用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律變化，從而使三相異步電動機輸出的電磁轉矩按照我們希望的負載轉矩的變化規律來變化。由這臺三相異步電動機模擬生產中的負載設備，作為電動機的負載來工作。

2、實驗步驟

（1）教師發布實驗的負載類型，學生確定模擬負

載的轉矩特性，由學生分小組討論如果三相異步電動機想要輸出這樣規律的電磁轉矩，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果，同學展開現場討論，教師最后總結并給出正確的結果。

（2）各小組在根據三相異步電動機電動機定子電

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

（3）將PLC、變頻器和三相異步電動機構成的負

載系統進行綜合調試，查看三相異步電動機的轉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，測量電機的轉速。改變實驗電機的控制方法，使實驗電機處于起動、穩定運行、制動等狀態，記錄電機的電氣參數，測量并電機的轉速的變化。

（5）教師設定故障狀態，讓學生查看電機故障現

象，分析故障原因，提出解決方案。

（6）學生整理實驗數據，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果的正確與否。采用多元的評價方式，實驗最終成績設置為：

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

三、電機實驗教學的探索

電機實驗教學既要為電機的理論教學服務，又要重點培養學生工程實踐能力。傳統的實驗教學，教師按照實驗指導書進行講解，學生按老師的要求進行實驗[3]。學生在實驗環節的主體性不突出，學生的實驗積極性沒有得到很好的調動，本次對實驗教學的設計進行了探索。

1、小組討論式實驗教學方式

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

3、開放性實驗模式

傳統的實驗采用統一的實驗步驟和實驗要求，不能體現出學生的個性化。本實驗不設定固定的電機運行模式，學生可以在電機起動、穩定運行、制動狀態中任選一種模式，也可以三種模式都選擇進行實驗，記錄分析實驗數據。

4、多元化的過程評價方式

傳統的實驗成績評定主要包括實驗表現和實驗報告兩部分，多學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生最終的實驗成績，充分調動學生的實驗積極性。

四、結束語

電機模擬負載實驗可以很好的培養學生的動手能力、分析解決電機問題的能力、創新性思維，可以幫助學生更好的理解電動機的理論知識。探索了電機實驗教學的模式，設計了鍛煉學生創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.基于內容和過程創新的電機實驗教學研究[J]，高教學刊2015（19）：206-207.

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

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

遼寧科技大學校級實驗教學改革項目，項目編號SYJG202141

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