《电机与拖动》实验课程的教学视频案例设计

陈高燕，何建平，祁 强

《电机与拖动》实验课程的教学视频案例设计

陈高燕，何建平，祁 强

（西华大学 电气信息学院，成都 610039）

《电机与拖动》实验课程是实践性很强的课程，由于教材内容偏难和实验设备缺乏等原因，使学生完成实践性环节的效果不理想。为解决这一问题，制作了《电机与拖动》实验课实验视频并上传至校园网上的精品课程网站，帮助学生提高学习效果，从而提升实验课的教学质量，加深学生对电机及拖动知识的理解，有利于培养学生的动手和创新能力。

精品课程；实验视频；电机与拖动；教学

精品课程建设是高等学校教学质量与教学改革工程的重要组成部分。《电机与拖动》作为大学电气及自动化专业的重要专业基础课程，主要讨论电工技术的基础理论和应用，是许多学科的关联和基础课程，具有较强的理论性、实践性与应用性。

实验是《电机与拖动》的一个重要教学环节。其目的在于通过实验来验证和研究电机及拖动理论，掌握电机及拖动的基本实验方法和操作技能，增强感性认识以促进认识的深化，培养学生科学的分析能力、创新能力和创新精神，培养学生严肃认真和实事求是的科学作风，锻炼科学实验的能力。

西华大学电力电子及电气传动实验室建于2000年，采用浙江天煌教仪设备厂制造的电机及电气技术实验装置，拥有教学实验台10套，承担了《电机与拖动》《电力电子学》与《自动控制系统》等省级精品课程的实验教学任务。

在长期的教学实践中，我们逐渐形成了富有成效的电气传动实验教学模式，将这些成果整合并制作成视频教学资源是在实验建设方面的有益尝试。

使用视频资料可以让学生直观地看到教师所讲解电机、变压器、测量仪表等设备的实景；通过摄像机镜头的伸缩变化、场景角度的转变，电机的运行画面，电流表、电压表、转矩表、转速表数字的改变，调节负载的变化，操作流程等可以直接展现在学生眼前。在这种情境下，再辅以教师的讲解，将实验原理、基本操作要领、注意事项等穿插在实验演示过程中，便于学生对电机及拖动知识的掌握。

1 一般高校电气传动综合实验室的现状

一般高校电气传动综合实验室的投入资金有限，设备有限，不能做到学生每人一套设备。学生是初学者，对电机、变压器、测量仪表了解不多而影响教学效果。总教学课时的减少，理论和实验学时相应也减少，而该课程机电结合，内容多而杂。从安全角度考虑，该实验室全是强电，要接触到220 V、380 V等电压，同时，电机又是高速旋转运行，要防止学生出现触电及其他事故，因而，安全始终要放在第一位。指导实验的两个老师既要指导又要排除故障，会忙不过来。此外，实验设备使用技术要求高，设备的维修费、材料耗损费居高不下等情况也客观存在。

2 实验教学内容安排

根据国家面向21世纪教学改革要求，实验室不仅要满足课程教学实验的基本要求，还要供开放性、研究性、综合性实验和课外科技活动使用。验证性实验包括传统的电机、变压器特性电路实验；设计性实验是在验证性实验的内容和基础上，由学生自行设计测试设备参数及其特性；综合性实验设计提供按专业方向细分的实验方向，供不同专业方向学生选择。学院目前开设了电气工程及自动化、信息工程、测控等专业，教学中结合学院实际情况做了一些优化安排。例如，电力系统及自动化专业要选同步发电机发电及并网，电气技术专业选择电机调速，自动化专业选择控制电机，以及结合本院教师的科研方向进行内容安排。

3 实验视频的制作

视频录制要求视频中实验效果具有美感，通过教学过程能基本掌握实验项目的内容，甚至可以在实验过程中反复观看范例，辅导学生完成实验。因此，视频中有关实验的操作性内容必须丰富，对实验常见的问题和需要注意的地方要有充分的说明和演示。视频录制的内容包括以下三个方面，本文以三相异步电动机的机械特性测定［1］视频摄制为例予以阐述。

3.1 实验目的和原理

这部分在视频中以多媒体课件形式展现。

1）实验名称。三相异步电动机机械特性测定。

2）实验目的。掌握三相异步电动机机械特性测定方法。

3）实验项目。（1）固有机械特性测定；（2）转子绕组串三相对称电阻时的人为机械特性测定；（3）降低定子端电压时的人为机械特性测定。

3.2 整套实验装置流程的介绍

从主要的设备到电气接线线、测量仪表等，对实验流程中的主要仪表、设备进行特写镜头的展示。

3.2.1 实验设备及挂件

实验在浙江天煌教仪杭州天煌电器设备厂制造的DZSZ－1型电机及自动控制实验装置上完成。实验设备及挂件包含：DD03导轨、测速发电机及转速表1只，校正过的DJ23直流电机1台，DJ17三相线绕式异步电动机1台，D33交流电压表1只，D32交流电流表1只，D31直流电压、毫安、安培表1只，D42三相可调电阻器1只，D51波形测试及开关板1个，D55－2转矩、转速、输出功率测试箱1个，DJ17－1三相线绕式异步电动机转子专用箱1个。

本实验用DD01电源控制屏上方的三相交流电源和下方的励磁直流电源，交流电源从U、V、W引出供给DJ17的定子回路，直流电源从励磁直流电源引出供给DJ23励磁回路，D32交流电流表和D33交流电压表各使用其中一块，M用DJ17的三相线绕式异步电动机，额定电压：220 V，Y接法。DJ17－1三相线绕式异步电动机转子专用箱，电阻值可调，作为异步电机转子串接电阻，MG用DJ23的校正直流测功机。DJ23他励直流电机由前后两个螺栓安装在DD03导轨左端。DJ23电机左端采用短轴联接器与TG测速发电机及转速表同轴连接；DJ23电机右端为长轴，通过联轴器与被测DJ17电机同轴连接，联轴器之间加橡胶垫圈，DJ17的电机由前后两个螺栓固定在DD03导轨上。D31直流电压、毫安、安培表，使用毫安表励磁回路，使用安培表电枢回路，使用电压表并联于电枢绕组两端，D51波形测试及开关板使用开关S1，D42三相可调电阻器R1、R2串/并联作为发电机负载电阻RL，Rf作为发电机励磁绕组调节电阻。D55－2测试箱面板上由数字转矩表、数字转速表、数字输出功率测试表组成，并有转速n输入端口、电枢电流If输入端口以及复位、功能、确定、数位、数据5个功能按键，显示电源信号状态的LED灯。

3.2.2 电气接线

一般实验教材都只给出接线图，指导教师在接线时要讲清楚连接关系，然后一步一步拍摄清楚。

本实验接线包括：交流供电回路，测量仪表接线，三相线绕式异步电动机接线（定子绕组回路接线、转子绕组回路接线），直流发电机接线按他励发电机接线，直流发电机电枢回路接线，直流他励发电机励磁回路接线。实验接线如图1所示。

其中，Rf励磁调节电阻是900Ω和900Ω串连电阻，共计1 800Ω；RL是电枢回路负载电阻900Ω和900Ω串连后再900Ω和900Ω的并联，共计2 250Ω。该接线是同学们反应比较困难的连结，如图2所示。

3.2.3 测量仪表量程选择

D33交流电压表量程300 V档，D32交流电流表量程1 A档，D31直流毫安表200 mA档，D31直流安培表5 A档，D55－2数字转矩表、数字转速表、数字输出功率测试表功能选择，开启电源开关，当数字转速表出现2功能时，按下功能键，当数字转速表出现100（100代表使用的是100 mA这根转矩和电枢电流对应曲线）时，按下数位键，此时转矩表出现0.182 N·M，表明该仪表能正常工作。

图1 三相异步电动机的机械特性测定接线图

图2 DJ23励磁调节电阻和电枢回路负载电阻接线

3.3 实验操作步骤的讲解和演示

固有机械特性与人为机械特性原理部分在视频中以多媒体课件形式展现；实际示范操作中，录像教师应边录像边解说。

启动电源时须先开“励磁电源”，后开“电枢电源”；关闭电源时则要先关“电枢电源”，后关“励磁电源”。控制屏左侧三相调压器归零位，本实验不用电枢电源，故可以不打开。开启电源总开关按下“开”按钮。

启动DJ17三相线绕式异步电动前，先目测检查DD03导轨、测速发电机及转速表、校正过的直流电机、三相线绕式异步电动机；检查校正过的直流电机和三相线绕式异步电动机的螺栓是否紧固；用手转动校正过的直流电机和三相线绕式异步电动机的联轴器，看两个电机转轴是否能转动、联轴器的橡胶垫是否老化。DJ17转子电阻箱电阻R、D42上电阻（R1、R2、R3）均调到最大，开关S1置于断开。按下绿色启动按钮，观察控制屏上方的三只交流电压表指示，旋转调节器旋钮使三相交流电压慢慢升高，缓慢均匀升到220 V，观察电机转向是否符合要求，有没有异常情况出现。若有，就把控制屏左侧三相调压器归零位，排除故障后再接通“励磁电源”，调节D42挂件上900Ω和900Ω串连电阻，使校正过的直流电机If=100 mA并保持不变。

1）固有机械特性测定

三相异步电动机启动且调节转子专用箱电阻为0Ω后，读取电动机转矩、转速第一组数据。闭合开关S1，记录第二组数据。逐次调小D42挂件上电阻RL（R1、R2）。注意：要同步调节两个电阻并记录对应转矩、转速的值，同时，监控交流电流表A1，使定子电流为0.6 A为止。期间共测取5～6组数据。测试完毕将电阻R1、R2同步调到最大，将开关S1断开。

2）转子绕组串三相对称电阻时的人为机械特性测定

固有机械特性测定完后，可以不停机。保持U =220 V，If=100 mA不变，调节转子专用箱电阻为15Ω后，读取并记录电动机转矩、转速的第一组数据。闭合开关S1，记录第二组数据。逐次调小D42挂件上电阻RL（R1、R2）。注意：要同步调节两个电阻并记录对应转矩、转速的值，同时，监控交流电流表A1，使定子电流为0.6 A为止。期间共测取5～6组数据。测试完毕将电阻R1、R2同步调到最大，将开关S1断开，并调节电阻箱电阻为0Ω。

3）降低定子端电压时的人为机械特性测定

异步电动机转子回路串联对称电阻时的人为机械特性测定完后，可以不停机。保持If=100 mA不变，调节三相交流调压器旋钮使其输出线电压为180 V后，读取并记录电动机转矩、转速的第一组数据。闭合开关S1，记录第二组数据。逐次调小D42挂件上电阻RL（R1、R2）。注意：要同步调节两个电阻记录对应转矩、转速的值，同时，监控交流电流表A1，使定子电流为0.6 A为止。期间共测取5～6组数据。测试完毕将电阻R1、R2同步调到最大，将开关S1断开。实验完毕按下红色按钮，关闭电源总开关。

3.4 实验总结

指导学生处理实验数据和报告撰写，根据实验数据绘制上述三种运行状态下的机械特性［2］，分别如图3～图5所示，视频中以多媒体课件形式展现。

图3 固有机械特性

图4 对称电阻时的人为机械特性

利用固有机械特性实验时得到的数据，说明固有机械特性的几个特殊点（启动点A、最大转矩点P、额定运行点B、同步转速点H）。

通过人为机械特性实验时得到的数据，可以看出：（1）如果负载转矩接近额定，降低电源电压对电动机的运行是极为不利的；（2）转子回路串接对称电阻适用于线绕式异步电动机的启动和调速。

图5 降低定子端电压时的人为机械特性

后期制作阶段就是运用编辑软件“会声会影”或Premiere将录制的教学录像视频进行剪辑、加工，生成一段首尾连贯流畅、主题明确的教学视频，用Nero软件刻录成光盘。在这个阶段要做好几个方面的工作：首先，编辑时要注意声画同步的调整，以及找出并剪切掉指导教师出现的失误、不规范动作；其次，实验教学视频应该真实反映实验教学过程和操作顺序，有实验教学的特点，不能有太多的剪辑，镜头间也不需要太多的特效过渡；再次，应该添加合适的片头和片尾，简明扼要地体现主题和基本信息。制作完成后，相关教师一起对制作好的视频从头到尾预览一遍查找问题，并提出修改意见。如一旦发现问题，及时修改，制作出最后上网发布的流媒体视频文件。学校课程中心采用上海卓越电子的卓越课程中心3.0，视频上传格式支持wmv、avi、asf。我们采用wmv格式，便于在常见的Windows Media Player中正常播放。

4 结束语

结合现代化教学手段打破传统教学模式，利用多媒体和网络技术等，可以提高实验教学效率。该实验视频成果已上传在学校精品课程网上，受到学生的好评。学生通过网上观摩教师上实验课时的课堂讲解加示范操作练习，再进行实际操作，更利于实验技能的掌握和动手能力的提高，实现实验教学手段现代化，从而提高实验课的教学质量。

［1］祁强，陈高燕，张广溢，等.电机及自动控制系统实验指导书［M］.重庆：重庆大学出版社，2007.

［2］张广溢，郭前岗.电机学［M］.3版.重庆：重庆大学出版社，2010.

Teaching Video Case Design of Electric Motor and Driving Experiment Course

CHEN Gaoyan，HE Jianping，QIQiang
（College of Electrical and Information Engineering，Xihua University，Chengdu 610039，China）

The course of Electric Motor and Driving is a highly practical course.But the reasons for teaching content is too difficultand lack of experimental equipment，the practice effect of students to finish the experiment curriculum is not ideal.In order to solve this problem，wemade electricmachine and driving experimental class video，course web site by the campus network online teaching video to help students to improve the teaching effect of electricmotor and driving experiment course，accordingly improving the quality of experiment teaching.Through the above mentioned measures，we deepen students'understanding of electric motor and driving knowledge，train students'practical and innovative ability.

quality course；experimental video；electric motor and driving；teaching

G642.0；G434

A

10.3969/j.issn.1672－4550.2014.05.040

2013－11－25；修改日期：2013－12－13

西华大学2009年教学研究基金资助项目。

陈高燕（1969－），男，实验师，主要从事电气传动综合实验室，虚拟仪器与嵌入式实验室的教学和管理工作。