工程伦理中的创新教学实践案例探讨

曾成碧 郭欣 苗虹 段述江 张姝 郑子萱

【摘要】工程伦理的教学常常强调工程上的伦理与道德，创新教学也是其中重要的内容。本文从电机实验案例引导学生创新与伦理道德的教学。传统电机实验主要是验证电机的参数测量和运行特性实验，使学生掌握了强电实验技能和方法，但不利于创新培养。本文通过Ansoft/Simplorer结合的仿真实验，锻炼学生综合掌握电力电子和电机实现同步发电机的仿真模型建立，获得运行特性。通过仿真实验结果的分析，引导学生改进不足，提高性价比，达到双创思维训练，同时也培养学生遵守安全技术规则的良好职业道德和尊重实验数据的良好伦理与道德。

【关键词】Ansoft/Simplorer  电机学  实验教学  同步发电机  工程伦理

【Abstract】The teaching of engineering ethics often emphasizes engineering ethics and morality， Innovative teaching is also an important content part of it. This paper guides students？蒺 innovation and ethics teaching from electric machine experiment cases. The traditional machine experiment is mainly to verify the parameter measurement and operation characteristics of the machine. These enable students to master the skills and methods of high-voltage experiments. But they are not conducive to innovation and cultivation. In this paper， by the simulation experiment of Ansoft＼Simplorer，students are trained to master power electronics and machine comprehensively， and the simulation model of synchronous generator is established，acquired operational characteristics. Through the analysis of the simulation results，students are guided to improve inadequately， students think about improving cost performance. In this way， we can achieve dual thinking training . At the same time， it also trains students to observe the good professional ethics of safety technical rules and respect the good ethics and morality of experimental data.

【Keywords】Ansoft/Simplorer; electric machinery; experimental teaching; synchronous generator; engineering ethics

【基金項目】1.项目名称：电气工程硕士专业学位《工程伦理》体验式教学模式探讨，资助项目编号：YJSJG055;2.项目名称：四川大学电气工程学院电机学教学改革项目。

【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）06-0143-02

一、引言

工程伦理的教学常常强调工程上的伦理与道德，有时弱化了创新培养，本文从电机实验案例引导学生创新与伦理道德结合的教学。“电机学”是电气工程方向最重要的专业核心课，是理论与实践应用相结合的重要课程。电机学实验创新教学对推进创新创业培养至关重要，所以电机学的理论和实验教学一直在探讨与推进[1-2]。实践电机学实验常为验证实验，即验证电机的运行特性、工作特性等，掌握电机参数的测量原理和测量方法，学生逐步熟悉掌握电机的实验过程、实验方法，对培养实验技能起到了很好的作用，而且使学生进一步加深理解和掌握电机学的理论和运行特性。由于电机学实验必须遵循强电的安全实验规程以及实验时人身与设备安全要求，常常限制学生的创新实验设计的进程，不利于双创培养。

为了适应新时代学生发展和成长的期待以及满足社会发展对人才的需求，迫切需要双创教学与实践引领。由于电机学实验的电压较高，为了学生安全，常常采用仿真实验，分析电机电磁场，对学生理解电机内部磁场分布起到了良好作用。本文以同步发电机为例，以学生学习Ansoft/Simplorer结合仿真软件出发，从发电机的结构到特性仿真一步一步引领学生创新实验思考设计，这样不仅规避了实验安全，又对学生进行了创新培养和创新能力训练，还从实验的角度引导学生遵守实验安全规则和尊重实验数据的良好伦理与道德的培养[3]。

二、同步发电机仿真

（一）同步发电机的模型

同步发电机结构模型如图1，理想直流电源通过滑环与电刷的组合给励磁绕组加励磁电源，理想直流电源代替直流发电的励磁机，输出理想的直流励磁电压，仿真输出如图2所示。Ansoft/Simplorer结合仿真模型如图3，Ansoft中嵌入了Rmxprt电机分析模型，主发电机为凸极式同步发电机，学生第一次使用软件，可直接采用Rmxprt软件中的同步发电机模型，如图3的发电机的定子绕组部分，转子部分是直流电源加入励磁绕组，发电机输出端通过三相整流输出带直流负载等效三相对称负载，原动机采用的机械连接的MchRSrcv2模块。图3中，VM3、VM4、VM5 分别是测量三相电压的测量仪，AM1为励磁绕组电流测量仪。

（二）同步发电机的仿真

定子三相输出电压波形如图4所示，可见当理想的直流电源励磁时，同步发电机输出三相理想电压：正弦波形、大小相等、相位互差120度。也可以看出其中一相（图4中VM5测出）起励时的冲击电压。这样的励磁必须经过电刷和集电环输入到励磁绕组，由于集电环的旋转以及发电机容量增大，励磁电流可达数千安，集电环和电刷容易磨擦或过热损坏，所以引导学生创新思考如何去除集电环与电刷的故障。引导学生如何克服其弱点，查阅资料，仿真分析，总结方法，从而理解励磁电压能否与转子一起旋转，因而有了旋转励磁机，去除了集电环与电刷，其电路图如图5所示。

三、改进方式仿真

交流励磁机作为旋转电枢式的三相同步发电机，经过二极管整流后的直流电源的旋转励磁机与发电机主轴一起旋转，直接输电于发电机的励磁绕组，这样的励磁没有集电环和电刷。由于交流主励磁机的电枢、整流装置与主发电机的励磁绕组均装设在同一旋转体上，不再需要集电环与电刷装置，所以没有这部分故障。Ansoft＼Simplorer仿真模型用励磁模型替代理想直流电源。其仿真原理图如图6所示。

整流后的直流电流如图7，可见直流励磁电流有建立时间，二极管整流后的直流也有纹波，这样发电机输出的电压也有建压过程，三相电压也有畸变，如图8，从波形引导学生分析波形与理想波形不一致的原因，励磁电势的波形畸变可能的原因思考;引导学生观察电压与电流的幅值，对安全技术要求进一步教育，培养遵守安全规则的职业道德;也引导学生符合实际情况的理解与研究，培养学生尊重实事的良好伦理与道德。下一步利用电力电子类软件进一步创新引领异步电机的实验教学。

四、结语

本文Ansoft/Simplorer结合仿真软件，以同步发电机为教学案例，建立仿真模型和进行输出特性的仿真分析，并引导创新设计思维。实验教学实践表明，通过这样的实验锻炼，可以达到如下目标：

1.使学生对Ansoft/Simplorer結合仿真软件有了一定的了解和掌握，对软件应用于实践有了一定的思维基础训练，提高了软件分析、解决实际工程问题的能力，也为学生后续诸如分布式发电与微电网等课程的学习奠定了基础;2.不仅能加深学生对电机的运行特性的理解与掌握，也加强了电力电子技术应用于电机的控制，加深了多课程的实践综合应用;3.通过仿真实验结果的分析，不但复杂的理论得到了直观可视化，而且对实验结果的不足一步一步地创新改进引领，通过对实验培养了学生的实验创新设计思维过程和实验结果的实事求是的伦理道德，也引导学生遵守实验安全规则的良好职业道德培养。

参考文献：

[1]曾成碧，苗虹，段述江.双创示范基地背景下的“电机学”教学改革探讨[J].教育现代化，2018（28）：64-65

[2]曾成碧，苗虹，段述江.“电机学”实验引领理论教学的反转模式探讨[J].课程教育研究，2019，7（27）

[3]曾成碧，苗虹，段述江.电机学实验融入思政教学探讨[J].当代教育实践与教学研究，2020（2）：49-50

作者简介：

曾成碧（1969年-），女，博士，教授，电气工程系副系主任，在四川大学电气工程学院从事电机方面的教学及实验。

段述江（1963年-），男，工程师，在四川大学电气工程学院从事电机实验与实践指导。