高职高专“电机与拖动”一体化课程体系构建

王映红

高职学生有着比较扎实的理论基础,但是缺乏探索、好奇的精神,将理论知识应用于实践的欲望不足,而一体化的教学模式能比较好地刺激学生的探索欲望。高职教育的目的不只是为了培养流水线工人,更重要的是培养智能型的技术人才。理论知识和实践经验是相互交替铺垫、螺旋形上升的一个过程[1]。它不仅要求学生在最短的时间内掌握够用的理论、实用的技能,还要能适应基本设备的维护、维修及技术改造的要求。

“电机与拖动”是一门职业性和专业性都很强的技术基础课,涉及的基础理论和实际知识面广,在分析各种电机与拖动问题时,必须采用工程观点和工程分析方法,实践性很强,要求具备完成中等复杂程度电机的改造、维修能力。电机广泛应用于制造、过程控制等领域,本课程是机电一体化、电气自动化等专业必开的课程。

1 内容分析

笔者作为“电机与拖动”课程一体化教师,在长期的一体化教学过程中深有体会,通过反复的探究,对高职教育“电机与拖动”的课程体系做了一点分析。事实上,从机电能量转换的角度来看,不管是直流电机、交流电机还是变压器在本质上都类似于交流电机,用“矢量控制”的理论可以证明三相对称静止绕组、两相静止对称绕组和两相旋转绕组之间可以等效,可以把一台具有三相静止绕组的三相感应电动机等效成一台旋转坐标系中的直流电机。所以不管何种电机,都可以用旋转磁场的理论去解释其工作原理,但是各种电机在运行的过程中,电枢各参量、励磁各参量、工作磁场之间的相互影响却是截然不同的。

在一体化授课的过程中,笔者尝试将理论课与实践课重新整合[2],把所有的知识点分为3大板块。

1)单边励磁电机。三相异步电机、单相异步电机和变压器同属单边励磁的电机(变压器看作是静止的电机)。单边励磁电机的特点是,当负载发生变化时,不会影响到它的工作磁场,但是它的励磁各分量会自动随之发生变化。所以这类电机负载参量的折算、等值电路的分析、负载参量和励磁参量之间的相互影响都是要着重分析的内容。尤其是在过载时,非常容易使励磁侧绕组产生各种故障,所以这类电机的励磁绕组是主要的故障点之一。

在结构上,电枢铁芯往往具有实心转子的特点,相对来说力矩大、惯性大、效率低;而定子绕组一般是隐极式结构,磁场气隙小而均匀。定子绕组的嵌线方式及嵌线质量决定了电机的运行状态及使用寿命,故而对绕组展开图的分析非常重要,要学会研究绕组展开图。对没有经验的电机、串线嵌线等故障点较少的新工艺,要学会从展开图中获得嵌线的基础规律;对极数较多,容易发生过桥线绕线的情况,要结合实际反复练习的结果去验证和完善所获得的嵌线规律。

2)双边励磁电机。直流电机和同步电机同属于双边励磁的电机,它们的共同特点是,当负载参数发生变化时,励磁各参量不会自动随之发生变化,它影响的是工作磁场,而磁场性能的变化直接影响到电机的运行状态和各项性能指标。所以这类电机中电枢磁场对主极磁场的影响(电枢反应)是必不可少、要着重分析的一个理论内容。当然,电枢反应在不同的应用领域中可以被放大,也可以被抑制。

在转子结构上它们同属于有刷类的结构,尤其是直流电机,还存在换向的问题,所以对于这类电机,电枢绕组的结构、分布、展开图是研究的重点,转子部分的电刷和滑片处是这类电机的主要故障点之一。它们的定子铁芯大都是凸极式的结构,定子绕组的结构比较简单,工作磁场的气隙不均匀,反映在电势平衡方程式上,就要同时考虑直轴分量和交轴分量所产生的不同影响。

3)控制用电机。控制电机作为一种机电元件,它在各类自动控制系统中具有执行、检测和解算的功能。跟普通旋转电机比较注重于力能指标的要求不一样,控制电机更注重于系统对它提出的高精度、快速响应方面的要求。不可能从课程中学习所有类型的电机,但多数控制电机的原理跟普通旋转电机一样,都建立在基本电磁规律的基础上,都可看作是上述2种基本电机的拓展。所以在掌握前面2种基本电机的基本规律和主要理论之后,注意到每种控制电机的特殊性即可学好。

2 教法分析

2.1 体现学训交替、工学结合、“做中学,学中做”的一体化行为导向教学理念在每一个学习项目中,把实训内容和相对应的理论教学有机地结合,真正做到一体化教学,不仅更有利于知识的掌握,而且直观,大大缩短教学时间。电机维修中的一部分是绕组重绕,这种维修跟其他电气控制线路的维修有所不同,除了能修、会修以外,还有一个维修的质量问题,这直接关系到它的使用寿命,而这一点是真正的“熟能生巧”的手艺,这必须、也只能靠工作以后无止境的磨炼。

2.2 “做中学,学中做”的典型实例掌握了交流电机的结构和原理之后,在学习比较艰涩难懂的直流电机的换向、电枢反应等一系列的概念时,可以分小组按照图1所示流程去进行本知识点的学习。

3 结论

基于上面对内容的分析和对一体化教学教法的分析这2点考虑,尝试把原先的结构进行整合[1](表1)。

4 结束语

高职教育的特点是,理论与实践结合得比较紧密,它比较侧重于实践的应用和生产性教学。如果实践弱于理论,那么科研成果就很难在生产中发挥作用;反过来,理论又可以指引实践发展的方向[3]。当然,本文所指的理论并不是那些为了应付考试而背下来的课本知识。

上面所探讨的这种格局很适用于高职教育,它能让学生在最短的时间内迅速了解各种电机、变压器的结构及工作原理;了解它的主要故障点、基本的维修、电气改造的着眼点;为学习后续课和今后的工作准备必要的基础知识,同时也有助于培养在电力拖动、自动控制系统方面分析和解决问题的能力。

参考文献

[1]姜大源,吴全全.当代德国职业教育主流教学思想研究——理论、实践与创新[M].北京:清华大学出版社,2007

[2]张健.高等职业教育理论与实践课程的整合[J].中国高教研究,2008(1)

[3]徐国庆.实践导向职业教育课程研究[M].上海:上海教育出版社,2005