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淺談微特電機(jī)技術(shù):驅(qū)動用微特電機(jī)及其控制系統(tǒng)的可靠性技術(shù)探討

摘 要：在驅(qū)動領(lǐng)域中，微特電機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，可靠性問題影響到其能夠得到順利應(yīng)用，為此，加大對微特電機(jī)的研究，進(jìn)一步提高其可靠性，是避免故障、減少損失的前提。本文主要探討了微特電機(jī)的控制系統(tǒng)可靠性技術(shù)，主要目的是為微特電機(jī)日后的應(yīng)用提供有效的借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：驅(qū)動領(lǐng)域；微特電機(jī)；控制系統(tǒng)；可靠性技術(shù)

20世紀(jì)30年代，微特電機(jī)開始興起，它是應(yīng)軍事裝備、科學(xué)技術(shù)發(fā)展而快速發(fā)展起來的一門技術(shù)，按照其用途可劃分為驅(qū)動用微特電機(jī)和控制用微特電機(jī)兩種類型。對于驅(qū)動用微特電機(jī)來說，轉(zhuǎn)換能量是其最主要的任務(wù)，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)等各個領(lǐng)域中發(fā)揮著不可替代的作用。在微特電機(jī)及其控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中，電力電子器件不可避免地出現(xiàn)故障現(xiàn)象，影響到電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性，尤其是在軍事裝備以及航天等重要領(lǐng)域，對電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)可靠性要求更為嚴(yán)格。為此，加強(qiáng)對驅(qū)動用微特電機(jī)系統(tǒng)可靠性技術(shù)的研究，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。在國際的相關(guān)研究成果中，把可靠性技術(shù)劃分為冗余和容錯兩種方法。本文主要是從微特電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)可靠性、系統(tǒng)主要故障進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上提出提高微特電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)可靠性建議，希望能夠引起國內(nèi)相關(guān)科研人員的高度重視，加大對驅(qū)動用微特電機(jī)及其控制系統(tǒng)的可靠性技術(shù)研究，推動國內(nèi)在此領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。

1. 可靠性理論概述

所謂的可靠性主要是指在規(guī)定的時間以及條件內(nèi)，產(chǎn)品可以順利完成某一規(guī)定功能的一種能力，或者說是產(chǎn)品維持功能的時間。電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)在多個領(lǐng)域當(dāng)中都得到了充分應(yīng)用，電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)在不同的場合完成規(guī)定功能的能力也會存在差異。例如：對于電動車來說，雖然它的驅(qū)動系統(tǒng)有一部分發(fā)生了故障，但因?yàn)橄到y(tǒng)具備容錯能力，為此可以帶故障繼續(xù)運(yùn)行，及時電動出的轉(zhuǎn)速質(zhì)量在不斷地下降，這些故障不會影響到它的運(yùn)行。可以及時把電動車送到維修店進(jìn)行維修，在這種情況下，可以說電動車在存在故障的情況下順利完成了規(guī)定的功能，它的功能并沒有失效。又例如，對于高射炮來說，它的3個主要功能分別為射速、射程和命中精度3個方面，如果該電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)生了故障導(dǎo)致僅有兩個功能符合要求，這種情況下是不能說明其順利完成規(guī)定的功能。所以，在判斷一個產(chǎn)品是否順利完成規(guī)定功能，首先需要把判斷故障的主要依據(jù)明確出來，接著再于實(shí)際情況進(jìn)行結(jié)合分析。工況不同，判斷產(chǎn)品功能失效的標(biāo)準(zhǔn)也會有所不同。

2. 電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)主要故障

一般來說，電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的故障情況可劃分電氣故障和機(jī)械故障兩種。

不同的類型，其表現(xiàn)出來的故障也會存在差異。對于電機(jī)結(jié)構(gòu)來說，其內(nèi)部一般存在勵磁繞組和電樞繞組兩套繞組。因此，電機(jī)本體內(nèi)的主要故障主要是指勵磁繞組和電樞繞組兩套繞組發(fā)生短路或者斷路。對于永磁電機(jī)來說，其電機(jī)體內(nèi)只有電樞繞組沒有勵磁繞組。在條件相同的情況之下，繞組發(fā)生故障的幾率往往比較低。但是，永磁電機(jī)自身也存在一定的局限性：因?yàn)橛来朋w主要是在轉(zhuǎn)子的表面進(jìn)行安裝且不容易冷卻，容易導(dǎo)致高溫發(fā)生退磁故障現(xiàn)象。在運(yùn)行環(huán)境一樣的條件之下，和其他一般的電機(jī)對比，開關(guān)磁阻電機(jī)發(fā)生故障的幾率也是比較低，因?yàn)樵趦?nèi)部均不存在永磁體，也不存在繞組。

一般來說，電機(jī)本體故障主要分為以下幾種情況：

（1）繞組發(fā)生斷路。

（2）繞組匝間、繞組出線端、繞組相間發(fā)生短路。

（3）永磁體勵磁發(fā)生故障。

此外，驅(qū)動電路的功率變換器故障也是電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的故障表現(xiàn)，一般可分為以下幾種：

（1）直流母線接地。

（2）輸入電源對地短路。

（3）開關(guān)器件操作過程中發(fā)生失誤。

（4）功率開關(guān)器件操作過程中，發(fā)生斷路。

對于電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)來說，要具備高可靠性應(yīng)滿足以下幾個基本特征：電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及驅(qū)動控制電路相間的電耦合、磁耦合、熱耦合可以達(dá)到最小，當(dāng)發(fā)生以上描述的各種故障的時候，可以及時對一部分故障進(jìn)行物理隔離，在最大程度上降低故障產(chǎn)生的影響，即發(fā)生一個或者多個故障的時候，電機(jī)依然可以在僅符合某一種技術(shù)指標(biāo)的條件下帶著故障繼續(xù)運(yùn)行，具備比較高的可靠性。

3. 如何進(jìn)一步提高微特電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)可靠性

一般來說，可通過以下幾個有效途徑來進(jìn)一步提高微特電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)可靠性：

3.1 從驅(qū)動電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)著手

不斷開發(fā)高容錯性的驅(qū)動系統(tǒng)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是提高微特電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵。在一般情況下，并聯(lián)冗余相和提高缺相容錯能力的方法來實(shí)現(xiàn)高可靠性的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，電路需要具備一定的獨(dú)立性是兩者的前提要求。當(dāng)發(fā)生故障現(xiàn)象的時候，其他相會承擔(dān)這一部分的工作，不會給其他相的工作造成任何的影響。冗余技術(shù)可以確保系統(tǒng)正常運(yùn)行，并進(jìn)一步增強(qiáng)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性。并對控制線路和相數(shù)進(jìn)行備份。雖然采用冗余結(jié)構(gòu)可在很大程度上提高驅(qū)動電路的可靠性，但是由于用相的驅(qū)動電路增加了，也進(jìn)一步增加了整個系統(tǒng)的成本，在一定程度上造成累贅以及浪費(fèi)。

3.2 從電機(jī)本體結(jié)構(gòu)著手

電機(jī)本體自身具有良好的容錯性，對于SR電機(jī)來說，雙凸極是其主要的結(jié)構(gòu)，磁體、繞組、電刷等都沒有在轉(zhuǎn)子上安裝，由于結(jié)構(gòu)比較簡單，當(dāng)其處在高速度運(yùn)行狀態(tài)系的時候可以降低故障發(fā)生幾率。集中繞組是R電機(jī)定子主要采用的方式，從空間上來分析，相對的定子極串聯(lián)形成一相，所以它們之間是相對獨(dú)立的，這種獨(dú)立又可以分為電路的獨(dú)立和磁路的獨(dú)立。當(dāng)發(fā)生短路或者斷路等故障的時候，不會給其他相關(guān)的工作造成影響，利用檢測裝置，對故障及時進(jìn)行監(jiān)測，并及時在該系統(tǒng)把該相進(jìn)行切除，防止電機(jī)運(yùn)行的過程中出現(xiàn)故障。當(dāng)電流一定的時候會不但會促使轉(zhuǎn)矩脈動不斷變大，還會促使平均轉(zhuǎn)矩不斷下降，為了提高電機(jī)在斷路故障下的運(yùn)行特性，把驅(qū)動電路分別于每一個極下的繞組互相進(jìn)行連接。如果在運(yùn)行的過程中，某一極繞組發(fā)生了故障，且該極下繞組電壓為零，此時電機(jī)的轉(zhuǎn)矩主要是由該相的另外一極的繞組來產(chǎn)生。但是，當(dāng)SR電處在這種結(jié)構(gòu)下發(fā)生故障的時候，不但會產(chǎn)生比較大的徑向力，還會導(dǎo)致電磁力產(chǎn)生不平衡感。針對這些存在的問題，使用雙繞組結(jié)構(gòu)的SR電機(jī)進(jìn)行布局可以進(jìn)行彌補(bǔ)。

3.3 從傳感集成技術(shù)著手

在電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中，傳感器是重要的組成部分，發(fā)揮著無可替代的作用。與此同時，它也其中一個安全隱患之一，長時間使用之后，受到各種因素的影響，傳感器會出現(xiàn)不同程度地?fù)p壞，加之灰塵會給光電信號造成阻擋，容易導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生故障，給整個驅(qū)動系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響。為此，在電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的傳感器集成技術(shù)方面還需要進(jìn)一步深入研究，才能進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。

在無位置傳感器技術(shù)方面，很多國外相關(guān)學(xué)者也進(jìn)行了大量的研究，并或缺了很多成果，總結(jié)出很多方法。一般來說，無位置傳感器檢測方法主要是通過構(gòu)造一個轉(zhuǎn)子位置信號的檢測電路，而不是在定子上直接安裝位置傳感器。采用較為先進(jìn)的檢測技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)，主要從硬件、軟件兩個方面來著手，電機(jī)本身具備一定的電壓、電流參數(shù)，可以充分借助這些參數(shù)達(dá)到獲取轉(zhuǎn)子的位置信息的目的。續(xù)流二極管法、查表計算法、反電勢法以及查表計算法等等都是經(jīng)常被使用到的方法，且都比較成熟。此外，在國外有很多類型的研究成果，研究者主要借助相關(guān)的軟件和硬件對電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的溫度傳感器以及電流傳感器進(jìn)行研究，并取得了較為理想的研究成果，這些成果為日后微特電機(jī)驅(qū)動發(fā)展以及應(yīng)用提供了有效的借鑒和參考。

結(jié)語

綜上可知，對高可靠性的微特電機(jī)及其控制系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。本文分析了可靠性工程的基本原理，并探討了提高微特電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)可靠性的有效途徑，雖然對于微特電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)可靠性技術(shù)的研究取得了一定的成果，但由于起步較晚，技術(shù)還未完善，理論和技術(shù)還需要加以完善。

淺談微特電機(jī)技術(shù):微特電機(jī)的誤差測試分析

【摘 要】當(dāng)今社會文明最基本的支撐技術(shù)中有一項(xiàng)就是電機(jī)技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，電機(jī)的使用改變了我國傳統(tǒng)的生產(chǎn)和生活方式。而微特電機(jī)是電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域最先進(jìn)、最活躍、最具有潛力的一個分枝。在我國已經(jīng)漸漸發(fā)展成為一個相對比較完善、獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)體系和技術(shù)體系，并且擁有自己的一套技術(shù)考核標(biāo)準(zhǔn)，成為應(yīng)用較為廣泛的一個電機(jī)門類。

【關(guān)鍵詞】微特電機(jī)；誤差測試；分析

微特電機(jī)在人們的生產(chǎn)生活中使用較為廣泛，為人們帶來方便的同時也存在一些問題，需要對微特電機(jī)的測試誤差加以控制。微特電機(jī)的測試誤差是測量過程中無法避免的，測量技術(shù)中檢測儀器的測量誤差和誤差的記錄方法一直是備受大家關(guān)注的話題。

一、微特電機(jī)的發(fā)展方向

微特電機(jī)的發(fā)展方向大致分為六個方面，第一，機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢，此階段的特點(diǎn)是借助數(shù)字化的傳感器、集成化的電路等技術(shù)實(shí)現(xiàn)電機(jī)系統(tǒng)的機(jī)電一體化。第二，高智能化的發(fā)展趨勢，對電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、運(yùn)行速度等進(jìn)行了控制。第三，小型化和微型化發(fā)展趨勢，追求低噪音，電機(jī)小巧的特點(diǎn)。第四，永磁無刷化的發(fā)展趨勢。第五，直接驅(qū)動的發(fā)展趨勢，要求高速大功率。第六，大功率集成化的發(fā)展趨勢，追求電機(jī)驅(qū)動單元的網(wǎng)絡(luò)集成化。

二、交流異步感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速測量

電網(wǎng)頻率的大小直接影響著交流電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，電網(wǎng)頻率低，交流電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速就慢；電網(wǎng)頻率高，交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速就快，電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速隨著電網(wǎng)頻率的高低變化而發(fā)生變化，電網(wǎng)頻率的不穩(wěn)定導(dǎo)致交流電機(jī)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)不穩(wěn)定。為了加強(qiáng)對交流電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，有了相對轉(zhuǎn)速和絕對轉(zhuǎn)速的區(qū)分。相對轉(zhuǎn)速是交流電機(jī)在50Hz電源頻率標(biāo)準(zhǔn)下的轉(zhuǎn)速；絕對轉(zhuǎn)速則是電機(jī)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)中一分鐘的實(shí)際轉(zhuǎn)速。電動機(jī)的相對轉(zhuǎn)速和絕對轉(zhuǎn)速隨著電網(wǎng)的頻率高低呈現(xiàn)出兩條不同的波浪線，當(dāng)電網(wǎng)的實(shí)際頻率大于50Hz的標(biāo)準(zhǔn)時，相對轉(zhuǎn)速高于絕對轉(zhuǎn)速；當(dāng)電網(wǎng)的實(shí)際頻率正好是標(biāo)準(zhǔn)的50Hz時，相對轉(zhuǎn)速與絕對轉(zhuǎn)速相同；當(dāng)電網(wǎng)的實(shí)際頻率小于50Hz的標(biāo)準(zhǔn)時，相對轉(zhuǎn)速低于絕對轉(zhuǎn)速。

交流電機(jī)的測試工作需要注意一些問題，當(dāng)交流電機(jī)的測試工作涉及到轉(zhuǎn)速是判斷電機(jī)是否合格的臨界點(diǎn)時，需要采用相對轉(zhuǎn)速作為評價的標(biāo)準(zhǔn)，就是通過電網(wǎng)頻率的分布得到電機(jī)自動伸縮閘門的時間。電網(wǎng)頻率最高時，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也最快，閘門自由伸縮的時間最短，測量的結(jié)果是相對于標(biāo)準(zhǔn)50Hz的轉(zhuǎn)速；電網(wǎng)頻率最低時，電機(jī)的轉(zhuǎn)速最慢，閘門自由伸縮的時間最長，測量的結(jié)果同樣是相對于標(biāo)準(zhǔn)50Hz的轉(zhuǎn)速，通過這種方法補(bǔ)償電源頻率不穩(wěn)導(dǎo)致的誤差，對電機(jī)的轉(zhuǎn)速做出正確的評價。如果閃光測速儀中配備了50Hz相對轉(zhuǎn)速測試的功能，交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速測試最好采用相對轉(zhuǎn)速的測試檔，以此避免因電網(wǎng)頻率變化造成電機(jī)測試誤差；如果沒有具備相對轉(zhuǎn)速測試檔，需要對電網(wǎng)的頻率進(jìn)行鑒別。

三、多級旋轉(zhuǎn)變壓器電氣誤差測量中相對誤差與絕對誤差

相對誤差是用戶使用的標(biāo)準(zhǔn)指南，反映了“基準(zhǔn)電氣零位”誤差偏離實(shí)際值的大小，使用者通過產(chǎn)品的相對誤差值就可以知道使用過程中產(chǎn)生誤差的大小。相對誤差是對產(chǎn)品提出的更高生產(chǎn)要求，即使相對誤差是絕對誤差的兩倍甚至是極端值，只要絕對誤差很小，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品就是合格的。相對誤差符合電機(jī)的實(shí)際使用情況，所以現(xiàn)行的多級旋轉(zhuǎn)變壓器電氣誤差測量中普遍采用相對誤差的表示方法。傳統(tǒng)的電氣誤差標(biāo)準(zhǔn)只在乎生產(chǎn)制造，忽視了用戶的使用環(huán)節(jié)，因此現(xiàn)行的誤差標(biāo)準(zhǔn)針對傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的弊端做出了修改。相對誤差標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)格和測試環(huán)節(jié)都提出了更加嚴(yán)格的要求。相對誤差把“基準(zhǔn)電氣零位”作為參考點(diǎn)，真實(shí)、準(zhǔn)確的反映電機(jī)的誤差，誤差的測試環(huán)節(jié)具有重復(fù)性。絕對誤差可以選擇“基準(zhǔn)電氣零位”作為測試的參考點(diǎn)，也可以選擇其他的“電氣零點(diǎn)”為參考點(diǎn)，兩者測量出的絕對誤差值都是固定不變的。因?yàn)橄鄬φ`差選擇“基準(zhǔn)電氣零位”作為誤差測試的參考點(diǎn)，具有一定的局限性，無法精確地評點(diǎn)電機(jī)合格與否。

四、步進(jìn)電動機(jī)的步距誤差測量采用絕對誤差

步進(jìn)電動機(jī)步距誤差分為累積誤差和分步距誤差。累計誤差是指根據(jù)步進(jìn)電動機(jī)起始位置的相對值、每一步轉(zhuǎn)的實(shí)際角度與理論值的差，選取這一周轉(zhuǎn)動中最大正值和最大負(fù)值的絕對值之和記為步進(jìn)電動機(jī)步距誤差測量中的累積誤差。分步距誤差是步進(jìn)電動機(jī)每一步實(shí)際歩距和理論歩距之間的差，通常選取一周中步距誤差絕對值中最大的數(shù)值作為實(shí)際的分步距誤差。累計誤差的測試點(diǎn)是隨機(jī)選取的，因此累積誤差不能采用相對誤差進(jìn)行表示，不同測試點(diǎn)產(chǎn)生的誤差數(shù)值不同，誤差的測試工作不具有重復(fù)性。絕對誤差測試中無論測試的參考點(diǎn)是什么，都不影響誤差值的變化，符合了步進(jìn)電動機(jī)誤差測試參考點(diǎn)隨機(jī)性的特點(diǎn)。分歩距誤差實(shí)際上是相對誤差，測量得到的誤差數(shù)值大小一樣，只是測量誤差選擇的起點(diǎn)不同，每個起點(diǎn)中表示誤差的符號不同。

五、微特電機(jī)誤差和儀器儀表誤差的不同之處

微特電機(jī)測量的絕對值中沒有理論上的真值，只是有類似于真值的數(shù)值。例如步進(jìn)電動機(jī)誤差測量的歩距角和位置角，都只是理論上的角度，絕對誤差就是測量時電機(jī)實(shí)際的旋轉(zhuǎn)角度和理論角度的差。還有一種絕對誤差測試中只有實(shí)際值沒有理論數(shù)值，例如多級旋轉(zhuǎn)變壓器電氣誤差測試中測量得到的電氣角度影響著正切函數(shù)電橋繞制的準(zhǔn)確率。儀器儀表的絕對誤差是測量值與真值的差，具有正負(fù)數(shù)的區(qū)分。真值需要借助高一級的測量工具得到，在沒有利用低一級測量工具得到的測量數(shù)值時，此數(shù)值也只能是實(shí)際值，不可以稱為真值。

儀器儀表誤差的表示方式和電機(jī)產(chǎn)品的誤差表示方式基本一樣，但是由于電機(jī)產(chǎn)品誤差測量具有一定的特殊性，誤差的表示方法也存在一些不同。例如相對誤差的表示方法，儀器儀表采用百分比的表示方法。雖然電機(jī)中旋轉(zhuǎn)變壓器的余弦函數(shù)采用百分比的表示方法，但在實(shí)際的操作過程中為使用的方便通常用各點(diǎn)的角度誤差代替百分比的誤差表示方法。多級旋轉(zhuǎn)變壓器電氣誤差的測量不能選用百分比的表示方法。多級旋轉(zhuǎn)變壓器電氣誤差是以“基準(zhǔn)電氣零位”為標(biāo)準(zhǔn)的電機(jī)實(shí)際旋轉(zhuǎn)的角度和理論電氣角度的差，并且即使隨著轉(zhuǎn)角的角度不斷增大，誤差數(shù)值的大小基本不變，誤差數(shù)值之間不存在任何比例關(guān)系，因此多級旋轉(zhuǎn)變壓器電氣誤差用“基準(zhǔn)電氣零位”的最大正負(fù)值表示誤差，不采用百分比的表示方法。

六、結(jié)語

伴隨著科技的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和社會文明的不斷進(jìn)步，微特電機(jī)憑借它自身高效率、高節(jié)能和機(jī)電一體化的特點(diǎn)會迎來一片快速發(fā)展的新天地。雖然我國微特電機(jī)使用范圍廣泛，但是微特電機(jī)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局還不完善，微特電機(jī)的技術(shù)水平發(fā)展還比較落后。我國必須加大微特電機(jī)技術(shù)研發(fā)方面的資金投入，提升微特電機(jī)在市場競爭中的核心力，使我國微特電機(jī)的發(fā)展邁向一個新的高度。

淺談微特電機(jī)技術(shù):《微特電機(jī)及系統(tǒng)》教學(xué)改革與實(shí)踐

摘要：《微特電機(jī)及系統(tǒng)》是電氣工程及其自動化專業(yè)運(yùn)動控制研究領(lǐng)域的一門重要的專業(yè)課。針對新成立的應(yīng)用型本科院校，為了提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型應(yīng)用人才，本文從教學(xué)內(nèi)容、方法、手段以及實(shí)踐環(huán)節(jié)幾個方面，提出了《微特電機(jī)及系統(tǒng)》課程建設(shè)的改革與實(shí)踐。實(shí)踐表明，學(xué)生學(xué)習(xí)《微特電機(jī)及系統(tǒng)》的積極性和主動性提高，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造型思維，在教學(xué)實(shí)踐中取得了較好的成效。

關(guān)鍵詞：微特電機(jī)及系統(tǒng)；教學(xué)改革；實(shí)踐；電氣工程及其自動化

微特電機(jī)系統(tǒng)通常是由與常規(guī)電機(jī)結(jié)構(gòu)、性能、用途或原理不同，體積和輸出功率較小的微型特種精密電機(jī)、控制器及驅(qū)動硬件電路組成的復(fù)雜系統(tǒng)。融合了電機(jī)、計算機(jī)、電力電子、控制、機(jī)械、新材料和新工藝等高新技術(shù)，是現(xiàn)代武器裝備、工業(yè)自動化、辦公自動化和家庭生活自動化不可缺少的重要技術(shù)[1]。本文結(jié)合新成立的本科院校的特點(diǎn)，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，準(zhǔn)確定位本課程在電氣工程及其自動化專業(yè)中的地位和作用，對現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容、方法及實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行改革與實(shí)踐，為培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型應(yīng)用人才提供必須的平臺與保障。

一、教學(xué)改革與實(shí)踐

1.人才培養(yǎng)目標(biāo)定位。針對新成立的應(yīng)用型二本院校的特點(diǎn)，明確人才培養(yǎng)目標(biāo)定位，在明確課程地位的基礎(chǔ)上做好課程性質(zhì)、任務(wù)和教學(xué)目標(biāo)的細(xì)化工作[2]。學(xué)校提出以“應(yīng)用型人才”作為人才培養(yǎng)的最終目標(biāo)，落實(shí)到《微特電機(jī)及系統(tǒng)》這門課程中，就是要培養(yǎng)出能夠?qū)⑽⑻仉姍C(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，能夠在微特電機(jī)系統(tǒng)遇到的問題中，分析、定位好問題的所在，提出問題解決方案的應(yīng)用型人才。

2.教學(xué)內(nèi)容的改革與實(shí)踐。①增加預(yù)備知識。《微特電機(jī)及系統(tǒng)》是以電機(jī)學(xué)和電機(jī)拖動基礎(chǔ)等課程為基礎(chǔ)，但有些同學(xué)電機(jī)基礎(chǔ)薄弱，因此在課程講授前，應(yīng)將電機(jī)學(xué)的基本內(nèi)容和概念作詳細(xì)講解[3，4]，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。②優(yōu)化課程體系，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。筆者所在的學(xué)校電氣工程及其自動化專業(yè)主要分為電力系統(tǒng)、高電壓技術(shù)與電氣工程三個學(xué)科方向。教學(xué)計劃將課程分為：公共基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)限選課、專業(yè)任選課等，縮短專業(yè)課程的學(xué)時，精簡課程教學(xué)內(nèi)容，形成“伺服電機(jī)—測速發(fā)電機(jī)—步進(jìn)電機(jī)—自整角機(jī)—旋轉(zhuǎn)變壓器—永磁無刷直流電機(jī)”的教學(xué)主線，通過試點(diǎn)，取得了滿意的效果。③增加新型電機(jī)教學(xué)內(nèi)容。隨著控制技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)在很多方面突破了傳動概念，已經(jīng)不再局限于傳動的電磁理論，而是與其他學(xué)科相互結(jié)合、互相滲透。

3.教學(xué)方法與手段改革。①采用推理式教學(xué)方法。采用推理思路教學(xué)，如交變電流交變磁場交變磁通交變電勢電流電磁轉(zhuǎn)矩，推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而輸出機(jī)械功率。通過諸如此類的推理式教學(xué)，學(xué)生不僅可以準(zhǔn)確理解“電機(jī)的本質(zhì)就是一個能量轉(zhuǎn)換工具”，而且有利于他們理解電機(jī)的可逆性原理。②采用對比式教學(xué)方法。大部分微特電機(jī)在結(jié)構(gòu)和分析方法上存在共性內(nèi)容，因此，比較不同種類的微特電機(jī)結(jié)構(gòu)和原理，根據(jù)已經(jīng)學(xué)習(xí)的內(nèi)容幫助學(xué)生掌握新知識。如學(xué)生對開關(guān)磁阻電機(jī)和磁阻電機(jī)的原理和控制方法理解比較困難，而對步進(jìn)電機(jī)非常熟悉，這時，可根據(jù)步進(jìn)電機(jī)工作原理和控制方式來講解開關(guān)磁阻電機(jī)的內(nèi)容。③互動法教學(xué)。采用互動法教學(xué)，積極發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，如在講解直流測速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理時，應(yīng)根據(jù)其與普通直流發(fā)電機(jī)原理的相似性，提問學(xué)生，讓學(xué)生回憶已學(xué)過的直流發(fā)電機(jī)的相關(guān)內(nèi)容，然后再分析直流測速發(fā)電機(jī)的獨(dú)有特性。同時還可以采用課堂討論的方式，如解決永磁式同步電機(jī)啟動問題，首先討論得出無法自啟動的原因：第一，轉(zhuǎn)子本身存在慣性；第二，定、轉(zhuǎn)子磁場之間轉(zhuǎn)速相差太大，進(jìn)而得出永磁式同步電機(jī)自行啟動方法：在轉(zhuǎn)子上安裝啟動繞組，啟動時，依靠鼠籠式啟動繞組產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近同步速時，定子旋轉(zhuǎn)磁場就與轉(zhuǎn)子永磁磁場相互吸引牽入同步。這樣通過討論和歸納，學(xué)生就明白了為什么永磁式同步電機(jī)轉(zhuǎn)子上會安裝啟動繞組。④理論聯(lián)系實(shí)際教學(xué)。學(xué)習(xí)《微特電機(jī)及系統(tǒng)》目的是為了應(yīng)用，教師講解時只要重點(diǎn)把握微特電機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理，并增加應(yīng)用實(shí)例，激發(fā)學(xué)生的興趣。如在講解微特電機(jī)的基本用途時，一枚導(dǎo)彈中需要60多臺電機(jī)，僅一艘潛艇導(dǎo)航儀表配套設(shè)備就用90多臺電機(jī)，并采用多媒體動畫教學(xué)的方法演示隨動系統(tǒng)跟蹤和定位過程，形象地讓學(xué)生了解隨動系統(tǒng)中的力矩電動機(jī)、自整角機(jī)和伺服電動機(jī)在其中所起的作用。當(dāng)學(xué)生聽到和看到這些生動的微特電機(jī)應(yīng)用實(shí)例，他們就會明白《微特電機(jī)及系統(tǒng)》這門課程和高新技術(shù)是緊密結(jié)合的，具有廣泛的用途，能激發(fā)學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)興趣。

二、實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革

1.理論教學(xué)穿插實(shí)驗(yàn)教學(xué)。結(jié)合電子與電氣工程學(xué)院電工實(shí)驗(yàn)中心為國家與地方共建項(xiàng)目的契機(jī)，添置了新的微特電機(jī)教學(xué)模型和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在進(jìn)行理論教學(xué)的過程中穿插實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教學(xué)模型通電時，可以讓學(xué)生直觀的看到電機(jī)運(yùn)行中的起動過程、制動和可逆等。因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識的同時，對電機(jī)也有了直觀的認(rèn)識。

2.嚴(yán)格要求實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報告。在學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前，應(yīng)詳細(xì)檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)報告，應(yīng)該包括以下幾個方面：本實(shí)驗(yàn)的目的、該電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理、電機(jī)的靜態(tài)特性和調(diào)節(jié)特性、轉(zhuǎn)速如何調(diào)節(jié)、主要性能參數(shù)和指標(biāo)有哪些、控制系統(tǒng)硬件組成、完成本實(shí)驗(yàn)需要用到的儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)的具體步驟等，可通過提問的方式完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的檢查，使得學(xué)生對實(shí)驗(yàn)有整體的把握，使他們帶著目的做實(shí)驗(yàn)，這樣在實(shí)驗(yàn)過程中易于發(fā)現(xiàn)、解決問題。

3.增加設(shè)計性綜合實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)都是單一的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，為培養(yǎng)創(chuàng)新性應(yīng)用人才，設(shè)計性綜合實(shí)驗(yàn)勢在必行。在設(shè)計性綜合實(shí)驗(yàn)中，教師只需給出實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)要求和注意事項(xiàng)，具體的實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)步驟、以及所需的儀器設(shè)備，都由學(xué)生自己擬定。

4.專業(yè)方向課程設(shè)計。由于《微特電機(jī)及系統(tǒng)》課程的特殊性，通常的考核方式難以體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，在結(jié)束理論學(xué)習(xí)后，要增加兩周的專業(yè)方向課程設(shè)計對學(xué)生進(jìn)行考核，將每五個學(xué)生分成一組，選擇以不同的微特電機(jī)為對象，給出設(shè)計要求，完成控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計工作，最后通過答辯確定學(xué)生成績，這樣可以充分激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性。

《微特電機(jī)及系統(tǒng)》是一門內(nèi)容豐富、理論抽象、實(shí)踐性非常強(qiáng)的運(yùn)動控制方向?qū)I(yè)課程。在課程教學(xué)中，應(yīng)進(jìn)一步豐富內(nèi)容，盡可能大的提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主觀能動性，采用多種靈活的教學(xué)方法，注意理論聯(lián)系實(shí)際，特別注重實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，改革課程考核方式，拓展學(xué)生的知識面，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和動手能力，從而取得令人滿意的教學(xué)效果。