比较法在电机教学中应用

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1、比较法在电机教学中应用　　摘要：在电机教学中运用比较法，对电路和磁路、各种电机工作原理、基本方程、各种特性进行了系统的比较分析，进一步对电枢反应、等效电路、异步电机与变压器的联系、异步电机与同步电机的联系、电机特性等问题进行了探讨，提出了自己的见解。比较教学法对于电机教学是非常有效和必要的，可帮助学生将各种电机知识融会贯通，显著提高教学效果。关键词：电机教学；比较法；电机工作原理作者简介：刘慧芳（1975-），女，江西宜春人，中国地质大学（北京）信息工程学院，讲师；王振华（1975-），男，河南周口人，中国地质大学（北京）信息工程学院，讲师。（北京100083）基金项目

2、：本文系中央高校基本科研业务费专项资金预研项目（项目编号：2-9-2012-38）的研究成果。中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）25-0089-028俄国教育家乌申斯基说：“比较是一切理解、发现和思维的基础，我们正是通过比较来了解世界上的一切的。”比较就是确定事物同异关系的思维过程和方法，有比较才能有鉴别，有鉴别才能有发现，有创新。任何事物的特点必须在相互比较中才能充分地显示出来。电机学是电气工程及其自动化专业一门非常重要的专业基础课，以先修课程大学物理、电路、高等数学等为基础，为后续专业课程电力拖动自动控制、电力系统分析、电力电

3、子技术、供电技术等做铺垫，因此这门课程在整个专业教学中占有重要地位。电机学涉及到电路、磁场、机械等方面，特别是绕组连接问题和磁场问题较为复杂。各种电机的知识点名称有许多相同之处，例如电机结构、基本方程式、相量图、等值电路、效率、工作特性、运行特性、机械特性、电枢反应、电磁功率、电磁转矩等等。学生往往感觉这些知识点容易混淆，难以融会贯通。比较教学法则是解决这些难题的利器。在电机教学中，比较教学法可为学生搭建理解不同类型电机知识内在联系的桥梁，帮助学生将各种电机知识点融会贯通，避免理解浮于表面、知识点孤立的状态。下面运用比较法对电机课程中知识点的异同之处进行较为系统全面的归

4、纳总结，供读者参考。一、比较法在电机教学中的运用举例1.电路和磁路的比较电机分析包括电路分析和磁路分析，这二者非常相似。如表1所示：8其中磁路的基尔霍夫第一定律是指任一闭合曲面的流入磁通与流出磁通相等；磁路的基尔霍夫第二定律是指任一闭合磁路各段的磁动势或磁压降代数和为零。让学生通过熟悉的电路来理解磁路，既能降低学习难度，又能加深对磁路的理解，从而为各种电机原理的学习打下基础。2.电机工作原理的比较直流电机、异步电机、同步电机、变压器是四大基本电机类型，其中变压器为静止电机，其余为旋转电机。从其最本质的工作原理来说，所遵循的基本物理定律都是电磁感应定律和电磁力定律。各种电

5、机工作原理比较见表2：3.电机中的平衡关系比较电机学中存在许多平衡关系，包括能量守恒、电压平衡、磁势平衡、转矩平衡等。下面进行具体说明。（1）能量守恒。这是自然界的普遍规律，电机当然也不例外。电机的输入功率等于输出功率与电机中各种损耗功率之和，常用功率流程图来表示。其各种损耗基本相同，包括绕组的铜耗，对直流电机和同步电机而言为电枢绕组，对异步电机而言为定子绕组与转子绕组，对变压器而言为高压绕组与低压绕组；铁磁损耗，包括磁滞损耗、涡流损耗、旋转电机的机械损耗、附加损耗等。各种电机均为可逆电机，有发电机、电动机或升压变、降压变两种运行状态。8（2）电压平衡、磁势平衡、转矩平

6、衡。这些平衡关系从本质上说根源于能量守恒，表现为电机的基本方程式、等效电路和相量图。三者是完全等价的，只是表现形式不同。电压平衡、磁势平衡表现在所有电路中，转矩平衡体现在所有旋转运动体上。限于篇幅，读者可自行归纳总结。4.电机特性比较通常发电机的特性称为运行特性，电动机的特性称为工作特性和机械特性。通过查阅不同版本的电机教材，笔者发现绝大多数国内教材都是这样进行区分的，[3-5]而国外教材并不强调是运行特性还是工作特性。[6-7]文献[8]中则统称为运行特性，然后将电动机的运行特性又分为工作特性和机械特性。笔者认为“运行”和“工作”并无实质区别，故运行特性和工作特性的区

7、分并无意义。限于篇幅，请读者自行归纳总结。还可按发电机和电动机两种类型来比较，其中变压器对于负载而言相当于发电机，故可归入发电机一类。还可按照各种电机的发电和电动运行状态进行比较。5.典型问题分析问题一：为何直流电机和同步电机有电枢反应，而异步电机没有电枢反应？8这要从电机磁场说起。直流电机和同步电机都有专门的励磁绕组，且均为直流励磁，其中没有感应电流产生。区别在于：直流电机励磁绕组一般位于定子，同步电机励磁绕组一般位于转子。文献[1]指出：电枢是相对于磁极而存在的，电枢是产生感应电动势、通过电流、产生电磁转矩的部分，而异步电机的定子绕组