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篇1

作者簡介：徐光舉（1961-），男，江蘇連云港人，江蘇省電力公司職業(yè)技能訓(xùn)練基地，工程師；張長營（1968-），男，江蘇宿遷人，江蘇省電力公司職業(yè)技能訓(xùn)練基地，高級工程師。（江蘇　連云港　222069）

中圖分類號：TM4?????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）36-0138-03

電力變壓器是一個重要的電氣設(shè)備，不同電壓等級的電力線路要依靠不同型式的電力變壓器將其連接起來，組成一個強(qiáng)大的電力系統(tǒng)，而處于電力系統(tǒng)末端的配電網(wǎng)中大量的配電變壓器更是發(fā)揮著重要的作用，它直接為電力用戶提供電能，一旦配電變壓器出現(xiàn)故障將會影響電力用戶的生產(chǎn)和生活用電，因此能否準(zhǔn)確、快速地判別配電變壓器故障進(jìn)而排除故障，在盡可能短的時間內(nèi)恢復(fù)配電變壓器運(yùn)行不僅事關(guān)電力優(yōu)質(zhì)服務(wù)質(zhì)量，而且考驗著電力運(yùn)行和檢修人員的技能水平。因此，對電力變壓器運(yùn)行和檢修人員進(jìn)行變壓器基礎(chǔ)知識和相關(guān)技能培訓(xùn)，使他們掌握相應(yīng)的變壓器運(yùn)行和檢修知識、技能尤為重要。

基于配電變壓器故障模擬的智能實訓(xùn)裝置研究與開發(fā)，將通過模擬配電變壓器在運(yùn)行中常見的故障現(xiàn)象，讓學(xué)員在實訓(xùn)中通過故障現(xiàn)象準(zhǔn)確地對故障類型進(jìn)行判別，同時通過相應(yīng)的儀器儀表測量對故障點進(jìn)行確定，進(jìn)而提出排除故障的方法，對于提高配電變壓器運(yùn)行與檢修人員的技能水平將起到事半功倍的效果。

一、國內(nèi)外研究水平綜述

經(jīng)查證，國內(nèi)外對變壓器相關(guān)技能的教學(xué)與培訓(xùn)方法，目前僅限于對變壓器原理的講解和對某一類型變壓器進(jìn)行解剖觀察，還不能對變壓器運(yùn)行中可能發(fā)生的故障現(xiàn)象進(jìn)行再現(xiàn)，同時由于培訓(xùn)用的變壓器一旦選定，在變壓器相關(guān)性能測試和試驗中，只要變壓器本身電氣特性沒有變化，測試數(shù)據(jù)具有唯一性，無法實現(xiàn)對多位學(xué)員進(jìn)行個性化測試考核，這種培訓(xùn)方式不利于學(xué)員的理解和學(xué)習(xí)，在教學(xué)實踐中詬病頗多。因此，提高員工實際操作技能以及維護(hù)、檢修和測試技術(shù)水平，進(jìn)行配電變壓器智能仿真實訓(xùn)裝置的研發(fā)和設(shè)計，改進(jìn)現(xiàn)有教學(xué)與培訓(xùn)方式勢在必行。

據(jù)了解，現(xiàn)階段國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)尚未出現(xiàn)類似的理論研究和產(chǎn)品研發(fā)，本實訓(xùn)裝置的研發(fā)結(jié)合變壓器實際運(yùn)行環(huán)境，模擬變壓器發(fā)生故障時的參數(shù)變化，揭示不同故障時變壓器參數(shù)變化的規(guī)律性，屬國內(nèi)外技術(shù)首創(chuàng)。

二、裝置研發(fā)的理論和實踐依據(jù)

1.原理簡述

配電變壓器在出廠試驗和正常運(yùn)行以及故障發(fā)生時的電氣參數(shù)檢測中需要進(jìn)行絕緣耐壓試驗、絕緣電阻試驗、直流電阻測試、容量測試、變比及連接組別等測試試驗，該類試驗如耐壓試驗在實際進(jìn)行時危險性較大，技術(shù)要求也較高，一般在實驗室環(huán)境下均不進(jìn)行該類試驗；絕緣電阻試驗在實際試驗中，無法模擬多種絕緣特性，使用真實變壓器作為試驗對象，測試數(shù)據(jù)單一，變壓器故障發(fā)生時的參數(shù)變化無法模擬；直流電阻和變壓器容量參數(shù)在不同變壓器上體現(xiàn)不同的測試電阻值，電阻值從mΩ到幾十Ω不易模擬；變比及連接組別無法加載實際電壓實現(xiàn)變比測試。針對以上變壓器試驗存在的問題，對現(xiàn)有變壓器進(jìn)行模擬實訓(xùn)具有一定的現(xiàn)實必要性。

現(xiàn)場教學(xué)中，通常是將實際應(yīng)用的某一型號配電變壓器搬到實訓(xùn)室，讓學(xué)員進(jìn)行測試實訓(xùn)，實訓(xùn)變壓器到位后，各類參數(shù)均恒定不變，學(xué)員很難從變壓器參數(shù)的變化中判別故障狀態(tài)和故障類型，非常不利于教學(xué)及考核。因此，為了便于教學(xué)與考核，減少操作時的危險性，需要對現(xiàn)有變壓器實訓(xùn)裝置進(jìn)行改進(jìn)?；谂潆娮儔浩鞴收夏M的實訓(xùn)裝置將應(yīng)用模擬技術(shù)通過改進(jìn)10kV油浸電力變壓器內(nèi)部的原理結(jié)構(gòu)，將原配電變壓器內(nèi)部鐵心及線圈去掉，在變壓器內(nèi)部安裝直流電阻模擬部件、容量測量模擬部件、絕緣耐壓部件、變比設(shè)定模擬部件等需要進(jìn)行變壓器模擬實訓(xùn)的部件，同時保持實訓(xùn)裝置外觀、實訓(xùn)用的測試設(shè)備與真實測試設(shè)備完全一致，并通過軟件控制設(shè)定實現(xiàn)變壓器不同容量參數(shù)的設(shè)定和模擬，測試變壓器通過無線方式與計算機(jī)控制主機(jī)通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸無線化、參數(shù)設(shè)定智能化、數(shù)據(jù)模擬多樣化的設(shè)計，實訓(xùn)人員操作測試設(shè)備和使用真實測試設(shè)備的方法和步驟一樣，實現(xiàn)各類配電變壓器的電氣參數(shù)的測試和分析，從而解決了配電變壓器電氣參數(shù)檢測實訓(xùn)中試驗安全性和試驗多樣性的技術(shù)難題，同時也為模擬配電變壓器不同狀態(tài)下的電氣參數(shù)量提供了可能。

2.研發(fā)依據(jù)

通過對現(xiàn)有變壓器技術(shù)規(guī)范及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究，總結(jié)現(xiàn)有變壓器需要進(jìn)行的試驗及檢定項目，根據(jù)GB-50150-2006《電氣裝置安裝工程-電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)》的技術(shù)要求，結(jié)合現(xiàn)場實際運(yùn)行環(huán)境，油浸電力變壓器需要進(jìn)行的交接試驗及滿足標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）測量繞組連同套管的直流電阻，應(yīng)符合下列規(guī)定：

1）測量應(yīng)在各分接頭的所有位置上進(jìn)行。

2）1600kVA及以下電壓等級三相變壓器，各相測得值的相互差值應(yīng)小于平均值的4%，線間測得值的相互差值應(yīng)小于平均值的2%；1600kVA以上三相變壓器，各相測得值的相互差值應(yīng)小于平均值的2%；線間測得值的相互差值應(yīng)小于平均值的1%。

3）變壓器的直流電阻與同溫下產(chǎn)品出廠的實測數(shù)值進(jìn)行比較，相應(yīng)變化不應(yīng)大于2%；不同溫度下電阻值按照下式換算：

R2=R1（T+t2）/（T+t1）

式中R1、R2分別為溫度在t1、t2時的電阻值；T為計算用常數(shù)，銅導(dǎo)線取235，鋁導(dǎo)線取225。

（2）檢查所有分接頭的電壓比，與制造廠銘牌數(shù)據(jù)相比應(yīng)無明顯差別，且應(yīng)符合電壓比的規(guī)律。

（3）檢查變壓器的三相接線組別和單相變壓器引出線的極性；必須與設(shè)計要求及銘牌上的標(biāo)記和外殼上的符號相符。

（4）測量與鐵芯絕緣的各緊固件（連片可拆開者）及鐵芯（有外引接地線的）絕緣電阻，應(yīng)符合下列規(guī)定：

1）進(jìn)行器身檢查的變壓器，應(yīng)測量可接觸到的穿心螺栓、軛鐵夾件及綁扎鋼帶對鐵軛、鐵心、油箱及繞組壓環(huán)的絕緣電阻。當(dāng)軛鐵梁及穿心螺栓一端與鐵心連接時，應(yīng)將連接片斷開后進(jìn)行試驗。

2）不進(jìn)行器身檢查的變壓器或進(jìn)行器身檢查的變壓器，所有安裝工作結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行鐵心和夾件（有外引接地線的）的絕緣電阻測量。

3）鐵心必須為一點接地；對變壓器上專用的鐵心接地線引出套管時，應(yīng)在注油前測量其對外殼的絕緣電阻。

4）采用2500V兆歐表測量，持續(xù)時間為1min，應(yīng)無閃絡(luò)及擊穿現(xiàn)象。

（5）測量繞組連同套管的絕緣電阻、吸收比或極化指數(shù)，應(yīng)符合下列規(guī)定：

1）絕緣電阻值不低于產(chǎn)品出廠試驗值的70%。

2）當(dāng)測量溫度與產(chǎn)品出廠試驗時的溫度不符合時，可按表1換算到同一溫度時的數(shù)值進(jìn)行比較。

注：表中K為實測溫度減去20℃的絕對值；測量溫度以上層油溫為準(zhǔn)。

當(dāng)測量絕緣電阻的溫度差不是表1中所列數(shù)值時，其換算系數(shù)A可用線性插入法確定，也可按下述公式計算：

A=1.5K/10

校正到20℃時的絕緣電阻值可用下述公式計算：

當(dāng)實測溫度為20℃以上時：

R20=ARt

當(dāng)實測溫度為20℃以下時：

R20=Rt/A

式中R20為校正到20℃時的絕緣電阻值（MΩ）；Rt是在測量溫度下的絕緣電阻值（MΩ）。

（6）繞組連同套管的交流耐壓試驗，應(yīng)符合表2規(guī)定。

針對以上變壓器交接試驗標(biāo)準(zhǔn)要求，根據(jù)實際應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行的試驗項目，特設(shè)計模擬變壓器及模擬測試設(shè)備進(jìn)行要求的試驗項目，試驗項目測試滿足以上技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.關(guān)鍵技術(shù)及難點

裝置研發(fā)的主要內(nèi)容是對配電變壓器的模擬，根據(jù)實際應(yīng)用測試設(shè)備的步驟及方法，裝置根據(jù)設(shè)定項目制定的相應(yīng)測試分析項。

（1）本項目的關(guān)鍵技術(shù)一是解決了實際耐壓試驗危險性較高的問題。二是解決了直流電阻按照變壓器容量的不同從毫歐級到歐姆級線性變化等多種量級模擬的問題。三是解決了變比測試無法加載真實電壓的問題。四是解決了多狀態(tài)變壓器特性的模擬。

（2）技術(shù)難點：配電變壓器內(nèi)部的改進(jìn)以及變壓器參數(shù)設(shè)定智能化、多樣化的實現(xiàn)路徑是裝置研發(fā)與設(shè)計的主要技術(shù)難點。

三、裝置研究內(nèi)容和實施方案

1.研究內(nèi)容

（1）需求研究。主要研究配電變壓器檢修、試驗培訓(xùn)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，國家和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有裝置的技術(shù)與性能特點，以確定裝置研發(fā)的差異化方向，最后編制需求分析報告和裝置功能性能規(guī)格書。

（2）硬件平臺方案研究。根據(jù)需求分析報告和裝置功能性能規(guī)格書的要求，設(shè)計滿足上述報告和功能性能要求的硬件平臺技術(shù)方案，包括技術(shù)方案、機(jī)械結(jié)構(gòu)、主要器件選擇等。

（3）軟件平臺方案研究。根據(jù)需求分析報告和裝置功能、性能規(guī)格書的要求，設(shè)計滿足上述報告和功能性能要求的軟件平臺技術(shù)方案，包括軟件架構(gòu)、操作系統(tǒng)選擇、編程工具選擇、功能模塊劃分等。

（4）模擬變壓器測試儀器配置和測量算法方案研究。研究我國配電變壓器交接試驗的應(yīng)用需求，并根據(jù)該需求確定裝置設(shè)計的測試應(yīng)用方案，以及對應(yīng)的模擬變壓器的技術(shù)參數(shù)和測試數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計模擬變壓器測試項目功能模塊，制定各個測試項目的技術(shù)參數(shù)要求。在上述工作的基礎(chǔ)上，設(shè)計整體軟件實現(xiàn)方案，包括邏輯圖與流程圖。

2.技術(shù)實施方案

（1）總體方案。通過對配電變壓器交接試驗項目需求和技術(shù)條件研究，確定裝置的總體方案及原則如下：

1）變壓器外形設(shè)計方案。采用標(biāo)準(zhǔn)10kV配電變壓器外殼，去掉鐵芯及線圈，保留高低壓接線柱、調(diào)壓分接開關(guān)、油位指示器等變壓器部件，在變壓器一側(cè)對變壓器外殼進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后的外殼采用開門式設(shè)計，方便測試部件的安裝及維護(hù)工作。

2）測試儀器外觀設(shè)計方案。根據(jù)配電變壓器交接試驗項目需要用到的測試項目對變壓器裝置進(jìn)行改進(jìn)，在配電變壓器內(nèi)部增加各測試功能模塊，配置必要的測試電路，以實現(xiàn)原測試儀器應(yīng)實現(xiàn)的測量功能。

3）采用高速工業(yè)CPU設(shè)計。為提高性能和可靠性，所有測試儀器及模擬變壓器裝置均需采用高速CPU設(shè)計。模擬變壓器各功能部件采用高可靠性通用元器件設(shè)計，以提高管理性能以及兼容性與擴(kuò)展性。

4）裝置抗干擾設(shè)計。裝置結(jié)構(gòu)采用全密封設(shè)計；印刷電路板設(shè)計選用靜電放電保護(hù)（ESD）的芯片以及快速瞬變電壓抑制器件，采用表面安裝技術(shù)（SMT）及多層印制板，全部選用工業(yè)級芯片，以滿足裝置體積、可靠性以及電磁兼容能力等要求。

（2）硬件方案。組成系統(tǒng)裝置的主要設(shè)備有：模擬變壓器裝置、搖表、直流電阻測試儀、容量測試儀、耐壓儀、變比測試儀等設(shè)備。

模擬變壓器設(shè)計：模擬變壓器采用真實10kV配電變壓器外殼，內(nèi)部去掉變壓器鐵芯及線圈，針對變壓器測試試驗項目設(shè)計不同模擬功能部件，如安裝絕緣耐壓模擬部件、吸收比及極化指數(shù)模擬部件、直流電阻模擬部件、容量測試模擬部件等，模擬部件輸入信號分別接到變壓器A、B、C三相高壓接線端子和a、b、c、n低壓接線端子及地線上，各模擬部件間通過繼電器控制斷開和接入到各接線端子。

1）絕緣耐壓模擬部件。配電變壓器故障模擬智能實訓(xùn)裝置絕緣模擬部件，通過軟件設(shè)定改進(jìn)變壓器高低壓接線端子之間以及與變壓器接地線之間的電阻值，實現(xiàn)配電變壓器絕緣電阻故障的設(shè)定和模擬，模擬絕緣電阻在0Ω到500MΩ之間，模擬絕緣電阻設(shè)定細(xì)度為20MΩ，并能模擬變壓器斷線功能，即變壓器接線端子間絕緣電阻為∞。

配電變壓器耐壓模擬：通過改進(jìn)耐壓測試儀器及模擬變壓器實現(xiàn)，模擬耐壓儀可以按照正常方式進(jìn)行接線、升壓，但是加載到變壓器上的電壓并不是實際輸出的幾千伏高壓，而是30V低壓，同時通過計算機(jī)設(shè)定實現(xiàn)變壓器放電聲音模擬，以達(dá)到真實的試驗效果。

2）吸收比及極化指數(shù)模擬部件。根據(jù)電容具備充放電的特性，在絕緣實驗電阻回路中串入耐壓及容量大的電容器，通過電容器充放電的曲線特性，模擬不同時間點的絕緣電阻值，即實現(xiàn)吸收比及極化指數(shù)的模擬功能。

3）直流電阻模擬部件。直流電阻模擬通過在變壓器一次側(cè)接入0～30Ω不同組合形式的電阻值，模擬一次側(cè)直流電阻，在變壓器低壓側(cè)（二次側(cè)）接入0～0.021Ω不同組合方式的電阻值，模擬二次側(cè)直流電阻，各電阻檔位設(shè)定及控制通過計算機(jī)控制實現(xiàn)，并能模擬故障狀態(tài)下組合電阻值。

4）容量測試模擬部件。配電變壓器容量測試模擬部件通過計算機(jī)控制在一次側(cè)接入7～80Ω不同組合電阻值，并能模擬不平衡條件下的各項電阻值。

5）變比測試模擬部件。配電變壓器變比模擬根據(jù)變比測試儀的特性，模擬部件通過測試一次側(cè)接入的電壓值及相位過零點，在二次側(cè)產(chǎn)生設(shè)定比例的電壓及相位角，模擬變比功能，模擬部件通過檢測勵磁調(diào)節(jié)開關(guān)的接入點位置，產(chǎn)生不同變比條件下的二次電壓值。

（3）軟件方案。系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計，主控制計算機(jī)實現(xiàn)總體控制和設(shè)定，主控制計算機(jī)通過無線通訊方式實現(xiàn)與模擬變壓器的數(shù)據(jù)交換。

模擬變壓器各模擬功能模塊需根據(jù)接收到的計算機(jī)設(shè)定命令，做出判斷，確定工作模塊內(nèi)容及設(shè)定項目，供學(xué)員通過測試儀器進(jìn)行實際測量。

通過主控制計算機(jī)可以實現(xiàn)各模擬模塊項目的設(shè)定，可以根據(jù)測試的需要設(shè)定不同的變壓器故障。

（4）通信方案。根據(jù)方案設(shè)計的可靠性及現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境的需要，同時由于真實現(xiàn)場接線只有電源線和測試線，沒有獨立的變壓器與模擬模塊的通訊線，為了和真實現(xiàn)場保持一致，特選擇無線通訊方式，為了實現(xiàn)多設(shè)備間的互通，需采用無線組網(wǎng)方式實現(xiàn)。

3.裝置研究步驟及開發(fā)方法

裝置的研究與開發(fā)需要進(jìn)行計算機(jī)程序設(shè)計、硬件電路設(shè)計和單片機(jī)控制程序設(shè)計，同時裝置研發(fā)需采用理論分析和試驗驗證法進(jìn)行設(shè)計：

（1）前期先進(jìn)行市場調(diào)研與分析，論證項目設(shè)計的可行性和必要性。

（2）與相關(guān)電力培訓(xùn)機(jī)構(gòu)專家和電力生產(chǎn)一線技術(shù)人員進(jìn)行溝通，進(jìn)行實訓(xùn)內(nèi)容及可行性研究，確定裝置研發(fā)實施方案，重點解決技術(shù)難點問題。

（3）對設(shè)計功能模塊進(jìn)行相應(yīng)試驗驗證，對各模擬模塊方案進(jìn)行設(shè)計驗證。

（4）設(shè)計產(chǎn)品軟硬件；并試制樣機(jī)。

（5）對設(shè)計產(chǎn)品進(jìn)行功能調(diào)試，確定測試指標(biāo)。

（6）進(jìn)行指標(biāo)檢定和功能檢定。

裝置研發(fā)技術(shù)路線框圖如圖1所示。

四、預(yù)期目標(biāo)和成果形式及創(chuàng)新點

通過裝置的研究與開發(fā)工作，系統(tǒng)分析了實現(xiàn)配電變壓器預(yù)防性和特性試驗的模擬測試以及對應(yīng)的技能培訓(xùn)，創(chuàng)新性地引入了多型號配電變壓器電氣特性和電氣參數(shù)的模擬技術(shù)，研究了現(xiàn)有試驗條件下根據(jù)不同型號配電變壓器及測試試驗設(shè)備的操作，加強(qiáng)對相關(guān)配電變壓器運(yùn)行和檢修人員的技術(shù)技能培訓(xùn)。裝置的主要技術(shù)創(chuàng)新點為配電變壓器試驗數(shù)據(jù)傳輸無線化、參數(shù)設(shè)定智能化、數(shù)據(jù)模擬多樣化的設(shè)計。

參考文獻(xiàn)：

[1]國家電網(wǎng)公司生產(chǎn)技能人員職業(yè)能力培訓(xùn)專用教材[M].北京：中國電力出版社，2011.

篇2

作者簡介：何山（1974-），男，江蘇金壇人，新疆大學(xué)電氣工程學(xué)院，副教授；張強(qiáng)（1976-），男，新疆和靜人，新疆大學(xué)電氣工程學(xué)院，副教授。（新疆 烏魯木齊 830049）

基金項目：本文系新疆自然科學(xué)基金項目（項目編號：2012211A001）的研究成果。

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）09-0066-02

電機(jī)學(xué)課程是電氣工程及其自動化以及自動化兩個專業(yè)學(xué)生的骨干必修基礎(chǔ)課程，也是傳統(tǒng)的“三電”課程（電路理論、電機(jī)學(xué)、電子技術(shù)基礎(chǔ)）之一，屬于典型的“攔路虎”課程。課程中的電磁場概念繁雜，電機(jī)的類型多樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電磁場不可見，十分抽象。同時課程理論結(jié)合實際緊密，既有豐富的理論，又有大量實驗，課后作業(yè)計算公式較多，多數(shù)學(xué)生對電機(jī)磁場的產(chǎn)生以及分析時的非線性、電機(jī)眾多部件的旋轉(zhuǎn)、電磁場的交變或者旋轉(zhuǎn)，缺乏想象思維，難以理解，而教師在課堂的講授上也存在一定的難度，[1]課后學(xué)生獨立學(xué)習(xí)時難度也較大。為克服這一困擾師生的老大難問題，教學(xué)之余，課程教學(xué)實驗團(tuán)隊富有經(jīng)驗的老教師帶領(lǐng)新同志，專門針對這一專題進(jìn)行了多次討論，教師在課堂上認(rèn)真講授的同時，總結(jié)了課堂外大家多年的教學(xué)經(jīng)驗和體會，分類得出了以下幾點做法，與大家共享。[2]

一、電機(jī)廠（變壓器廠）參觀實習(xí)

教師帶領(lǐng)學(xué)生去特變電工股份有限公司（新疆電機(jī)廠）參觀實習(xí)，現(xiàn)場觀察電機(jī)、變壓器的生產(chǎn)過程以及全套工藝流程。學(xué)生看到了套裁沖剪硅鋼片（小型電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子鐵芯沖片可一次沖出），之后工人疊裝鐵芯，壓緊，制成定子鐵芯半成品；之后，熔融鋁水澆注籠形轉(zhuǎn)子，或者繞制繞線型電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組；最后，裝配軸承、端蓋等，完成電機(jī)定、轉(zhuǎn)子的裝配。在加電測試前，還需使用兆歐表測量電機(jī)的絕緣性能，加電測試電機(jī)的電氣性能（轉(zhuǎn)速、電流和轉(zhuǎn)矩等），一臺臺電機(jī)就在工人師傅的手中誕生并旋轉(zhuǎn)起來了。變壓器繞制繞組，總裝及加電測試等系列過程和電機(jī)類似，只是高壓測試與常規(guī)的電機(jī)有所不同（一般電機(jī)的電壓較變壓器高壓側(cè)低很多）；學(xué)生參觀了體型龐大的大型電力變壓器，認(rèn)識到鐵芯和繞組是電機(jī)和變壓器的主要共同結(jié)構(gòu)，還目睹了干式變壓器、電弧爐專用變壓器、巨大的變壓器絕緣子串等，經(jīng)過現(xiàn)場參觀，學(xué)生對于電機(jī)和變壓器的結(jié)構(gòu)以及附件等知識有了現(xiàn)場的較全面的感性認(rèn)識。

二、使用透明教具教學(xué)

使用多媒體課件教學(xué)，一些電機(jī)的flash課件可以動態(tài)展示電機(jī)的結(jié)構(gòu)，但是畢竟不是真實的電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)，還是不夠逼真。所以，在電機(jī)課程建設(shè)過程中，購買了四種主要電機(jī)的透明教具模型（見圖1）。教具體積小，便于攜帶，在課堂及實驗室，教師結(jié)合課程進(jìn)行演示操作，透明教具使電機(jī)的結(jié)構(gòu)一目了然，方便深刻認(rèn)識電機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)以及眾多部件。教師先給學(xué)生講解電機(jī)的各部分結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行原理，而后學(xué)生觀看教具模型，對照授課內(nèi)容認(rèn)識電機(jī)的各個部件，理解運(yùn)行原理；接著教師指導(dǎo)學(xué)生給電機(jī)模型通電，電動機(jī)可以旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)可以發(fā)出電能，變壓器可以變換電壓正常運(yùn)行，點亮燈泡，這時有同學(xué)發(fā)問：這樣的電機(jī)模型為何不能夠帶動負(fù)載？教師抓住這一機(jī)會，引導(dǎo)學(xué)生思考：因為教具使用的鐵芯材料很少，外殼等很多結(jié)構(gòu)是有機(jī)玻璃材料，鐵芯用量少，磁通量低，繞組導(dǎo)線也很細(xì)（電流較?。?。大家立刻意識到了電機(jī)在能量轉(zhuǎn)化過程中，電流和磁場之間的相互作用始終是最重要的內(nèi)容。相比鋼鐵制成的沉重電機(jī)和變壓器實物而言，使用透明教具學(xué)習(xí)，過程直觀明了，學(xué)習(xí)知識直接方便，印象深刻，學(xué)生反映這種方式很好。

三、開展電機(jī)相關(guān)實踐

電機(jī)課程里講授了電機(jī)降壓起動這一知識點，而課程實驗里的電動機(jī)起動是依靠變壓器變壓實現(xiàn)的，沒有實踐實際工業(yè)現(xiàn)場的情況。教師充分利用學(xué)生學(xué)期末的實踐環(huán)節(jié)，開設(shè)了異步電機(jī)低壓啟動柜的安裝實訓(xùn)，根據(jù)學(xué)生自身學(xué)習(xí)的情況選擇制作安裝Y/Δ電機(jī)低壓起動柜（見圖2），電機(jī)正反轉(zhuǎn)等電路，并連接電動機(jī)進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。在這一過程中，學(xué)生還可以結(jié)合學(xué)習(xí)按鈕、斷路器、時間繼電器和互感器等具體器件的原理以及使用，熟悉檢測控制器件的原理和使用，進(jìn)行了實際操作。能夠分清主電路和控制回路，按照電工布線的規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)接線，認(rèn)真布線，使用綁扎帶綁扎，基本做到布線橫平豎直，熟悉各個器件的安裝、調(diào)試和運(yùn)行。通過這一過程，學(xué)生明確了電機(jī)今后的實際使用場合和控制柜的原理以及設(shè)計制作過程，增強(qiáng)了動手能力，貼近實際，看著自己接線并調(diào)試好的起動柜帶動電動機(jī)正常運(yùn)行，學(xué)生也頗有成就感。[3]

四、進(jìn)行電機(jī)下線實習(xí)

針對民族班同學(xué)開展異步電動機(jī)下線實習(xí)，實習(xí)過程大致分為：繞組設(shè)計計算、繞組繞線、電機(jī)下線、總裝及測試等幾個步驟。首先是對于電機(jī)的繞組進(jìn)行設(shè)計計算。先據(jù)極對數(shù)、電機(jī)槽數(shù)等概念計算極相槽數(shù)、節(jié)距等數(shù)據(jù)；熟悉相帶劃分、繞組單層和雙層的概念、相繞組的連接關(guān)系。第二步制作繞線模，主要是使用繞線機(jī)繞制繞組；第三步，使用下線板、壓腳，在槽底和槽口分別放置絕緣紙，雙層繞組還需放置層間絕緣。然后后下線，槽楔塞在繞組上面，起固定作用。最后連接并檢查繞組連接順序是否正確。第四，上好端蓋以及軸承，使用兆歐表測量電機(jī)絕緣是否滿足，轉(zhuǎn)動正常與否，加電測試。若電動機(jī)下線較滿，槽滿率高，則電機(jī)旋轉(zhuǎn)正常，轉(zhuǎn)矩（功率）較大，反之，電機(jī)轉(zhuǎn)動緩慢，帶負(fù)載能力很低。當(dāng)電機(jī)通電轉(zhuǎn)動起來時，同學(xué)們會十分興奮，并因此留下深刻的印象。

五、發(fā)電廠現(xiàn)場學(xué)習(xí)

火電廠和風(fēng)電場每年都會有發(fā)電機(jī)需大修和小修，其他類型的電機(jī)也偶有故障發(fā)生，教師利用新疆大學(xué)距離發(fā)電廠很近（學(xué)校附近兩公里就是紅雁池發(fā)電廠）的便利條件，深入大修現(xiàn)場，帶領(lǐng)學(xué)生在往屆老校友的指導(dǎo)下學(xué)習(xí)認(rèn)識拆解的大型汽輪發(fā)電機(jī)的各個部件，分清勵磁繞組、阻尼繞組，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的轉(zhuǎn)子及其附屬部件；深刻了解勵磁（電壓）調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速（頻率）調(diào)節(jié)的重要性，同時還順便了解了發(fā)電廠的鍋爐運(yùn)行以及汽輪機(jī)運(yùn)行等相關(guān)知識，擴(kuò)展了知識面以及課程內(nèi)容，有助于學(xué)習(xí)“微機(jī)繼電保護(hù)”、“電力系統(tǒng)分析”等課程，學(xué)生感到受益匪淺。著名的達(dá)坂城風(fēng)電場距離市區(qū)四十公里，利用節(jié)假日，學(xué)生在風(fēng)電場學(xué)習(xí)風(fēng)力發(fā)電知識，教師從事科研工作，共同擴(kuò)展了電機(jī)在書本上的內(nèi)容和使用范圍，飽覽了風(fēng)電場風(fēng)光，開闊了眼界，拓展了思維。結(jié)合電廠各種電機(jī)的運(yùn)行狀況和操作崗位，一些同學(xué)深刻學(xué)習(xí)了電機(jī)及其相關(guān)知識，也熟悉和喜愛上了電廠這一工作環(huán)境，畢業(yè)后順利進(jìn)入各類型電廠 ，活躍在新疆自治區(qū)以及全國其他省區(qū)的電力行業(yè)部門。

六、教師科研融入教學(xué)

電磁場不可見，抽象難理解，教師充分利用與變壓器廠及風(fēng)電場的科研項目進(jìn)行研究，利用ANSYS、ANSOFT等軟件仿真電磁場、溫度場及部件的受力（見圖3），把結(jié)果制成PPT或動畫文件，讓學(xué)生直觀看到磁力線穿越氣隙、鐵芯等材料的路徑，電機(jī)繞組、鐵芯中的溫度場分布；通過開設(shè)專題講座，講解達(dá)坂城風(fēng)電場使用的各種風(fēng)力發(fā)電機(jī)。[4]列舉風(fēng)電場的大量發(fā)電機(jī)是異步發(fā)電機(jī)，結(jié)合課本，精講異步電機(jī)的回饋制動：發(fā)電機(jī)長期運(yùn)行于回饋制動，發(fā)電的同時，從電網(wǎng)吸取無功電流勵磁，向電網(wǎng)輸出有功功率，因而需要增加電容器等進(jìn)行無功補(bǔ)償，提高發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)。還有一些電機(jī)是永磁同步發(fā)電機(jī)，需要永磁體（釹鐵硼材料）提供勵磁磁場。我國是稀土原料的最大供應(yīng)地，開發(fā)稀土也需要珍惜資源，愛護(hù)環(huán)境等。通過講座，學(xué)生豁然開朗，明白了電機(jī)、電路等課程的相關(guān)性和重要性，今后還可使用MATLAB搭建電路，模擬仿真計算電機(jī)復(fù)雜的暫態(tài)過程，[5]了解了從事科研的基本過程，更加信心十足地學(xué)習(xí)電機(jī)知識。

七、搜集利用課外知識

教師要做教學(xué)的有心人，對工作細(xì)心加耐心也是不可少的。比如教師注意從網(wǎng)上下載收集最新的關(guān)于電機(jī)的小知識，例如三峽電廠的大型發(fā)電機(jī)，“嫦娥三號”上使用的特殊電機(jī)等，大家了解到三峽電廠使用的發(fā)電機(jī)還不是完全獨立設(shè)計生產(chǎn)的，而是與其他國家聯(lián)合設(shè)計生產(chǎn)，就認(rèn)識到我國大型發(fā)電機(jī)的設(shè)計生產(chǎn)還有一些不足，電機(jī)的設(shè)計生產(chǎn)技術(shù)含量較高，有一定的困難，需要向他國學(xué)習(xí)，開拓創(chuàng)新。最近新聞報道了東莞一家玩具廠生產(chǎn)出了世界上最小的直升機(jī)玩具，教師就啟發(fā)學(xué)生搜集玩具飛機(jī)所用電機(jī)的相關(guān)知識，還有軍事用途的其他電機(jī)等，學(xué)生很感興趣，反應(yīng)積極、踴躍，有的還專門就此內(nèi)容撰寫了調(diào)查報告；教師還帶領(lǐng)學(xué)生使用攝像機(jī)拍攝電機(jī)的拆裝過程，自制成錄像，上傳課程網(wǎng)站，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)的同時，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

八、開展科技制作

大學(xué)生課外科技制作的很多內(nèi)容涉及到電機(jī)的控制應(yīng)用。為活躍學(xué)生課外生活，拓展思維，提高動手能力，課程組教師帶領(lǐng)學(xué)生開展了循跡電動小車制作，DSP電機(jī)控制實驗，PLC對生產(chǎn)線的控制實驗及其他電機(jī)相關(guān)的科技制作，并開發(fā)了本課程的變頻器調(diào)速實驗。部分學(xué)生參加了“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽，獲得了西北賽區(qū)第二名的成績。

九、結(jié)語

以上幾方面，課程組教師在教學(xué)中靈活使用，出發(fā)點在于盡可能減小同學(xué)的學(xué)習(xí)難度和強(qiáng)度，力求深刻全面理解掌握課程的知識點。經(jīng)過長期實踐，同學(xué)們反映：以上做法十分有利于幫助大家理解和體會難點，能明顯縮短學(xué)習(xí)時間，改善學(xué)習(xí)效果?？傊?，只要教師多用心開拓思路，多付出，把工作做細(xì)，從學(xué)生處著眼，俯下身子，踏實做事，就一定能夠想出許多實用的方法，幫助學(xué)生，真正發(fā)揮良師益友的角色作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 章瑋，潘再平.電機(jī)學(xué)課程教學(xué)手段和實踐環(huán)節(jié)的探討[J]. 電氣電子教學(xué)學(xué)報， 2011， 33（4）：78-80.

[2] 王振華，張金霞.電機(jī)學(xué)課程教學(xué)改革探討[J]. 中國電力教育， 2013， （13）：60-61.