电机学课程论文范文第1篇
1 引导学生了解课程的性质, 培养学习兴趣
人们常说兴趣是最好的老师, 有了兴趣, 会在最大程度上发挥学习的主动性、积极性。电机和我们的生产、生活、学习息息相关, 无处不在。电能是发电机生产的, 然后利用变压器升压、降压, 可减少输电过程中能量损失又保证用户根据需要安全的使用电能;电动机是另一类电机, 我们日常生活中的许多电器都离不开它, 如空调、冰箱、电扇、洗衣机、电梯等等。可见电机学绝对不是脱离现实的纯理论课程, 电机的实用价值和发展前途不言而喻, 当充分认识到这些时, 我们在学习上更有兴趣和热情。
2 引导学生掌握电机学的基本规律
自然界中事物的发生和发展都有一定的规律。定律是反映事物发展变化的客观规律, 具有普遍性, 电机学也不例外。电机学问题的本质大多可以归纳到电磁感应原理、右手螺旋法则、电磁力定律、基尔霍夫定律、欧姆定理、能量守恒定律等。这些对交流电机和直流电机同样适用。例如在学习电机学中要注意能量转化和传递关系。电机是利用电磁感应定律进行机电能量交换的装置。电动机是将电能转变成机械能;而发电机是机械能转变成电能;变压器虽然不进行能量转化, 但它的工作原理也离不开电磁感应定律。了解各种电机能量传递的过程和损耗, 这样便于理解各功率之间的相互依赖和制约的关系。
3 引导学生学会类比分析的方法
电机教学中既有空间概念又有时间概念, 既有电磁知识又有机械知识, 既有直流电机又有交流电机, 既有电动机又有发电机等等, 学生要掌握各类电机的结构、工作原理和运行特性倍感困难。在教学中, 把各类电机的相关内容联系起来, 进行横向和纵向比较讨论, 会达到事半功倍的效果。
横向比较:分析异步电机时, 如果直接从其磁路结构分析, 学生们往往感到理解吃力, 想不清楚。而变压器相对来说磁路较简单, 且安排在课程前期学习, 学生掌握较好, 所以, 可将异步电机和变压器相比较讨论。两者虽然结构不同, 但都是靠电磁感应进行工作, 电磁关系具有相似性, 将转子不动时的异步电机看作是变压器状态, 主磁通和漏磁通在定子、转子绕组中的感应电势和变压器的情况类似, 从而得到异步电机的等效电路 (图1、图2) 和平衡方程, 在此基础上再进一步分析异步电机旋转时的情况, 就容易多了。通过比较, 还可使学生认识到:异步电机有气隙, 磁阻大, 所以励磁电流大, 而变压器无气隙, 励磁电流小;异步电机定、转子电势、电流频率不同, 变压器一、二次侧参数的频率相同;异步电机主要用途为将电能转换为机械能, 即电动机, 而变压器是将电压、电流进行等级变换。这样, 不仅讲解了异步电机, 而且对变压器的认识进一步深化, 可谓一举两得。
纵向比较:分析同步发电机的稳态运行时, 可将其对称稳态运行和不对称稳态运行进行比较, 如三相稳态短路、单相短路、两相短路的基本方程、电抗参数、短路电流等;同步发电机突然短路时的电磁关系、电抗参数与稳态相对比。这样一来, 不仅将同步电机的内容进行了总结, 学生的思路也更清晰明朗了。
实际上, 在电机教学中, 还有许多内容可以采用“类比法”进行。如:磁路中的基本定律与电路中的定律类比;同步发电机与直流发电机工作原理类比;同步发电机的并网运行与变压器的并联运行类比;异步电动机启动、调速、制动与直流电动机启动、调速、制动类比等等。通过运用“类比法”, 可使电机分析过程中的复杂问题简单化, 既讲授了新知识, 又进行了上下、前后知识的对比, 巩固了旧内容, 学生感到轻松、易接受, 并且做到温故知新, 提高了学习效率。
4 引导学生加强实践能力的培养锻炼
电机学是理论性和实践性都很强的学科, 理论环节和实践环节相辅相成, 缺一不可。在整个学习过程中有三个实践环节非常重要, 不可忽视。
(1) 练习:上完课后, 学生通过做习题不仅可以检查自己是否消化和吸收知识点, 还可以起到加强和巩固知识点的目的。在解题时应注意解题方法与技巧、书写规范, 独立完成。
(2) 实验:电机学的实践性非常强, 要求每个高职学生具有一定的技能水平, 要让学生了解到实验对加深理论知识的理解, 培养他们的动手能力, 提高他们分析和解决实际问题的能力是很好的锻炼机会, 使学生对实验课有正确的认识, 积极主动动手。
(3) 实习:电机的实习有2个阶段:企业现场实习与实验室内电机拆装实习相结合。首先通过组织学生到变压器、电机的维修生产厂家实地了解它们的生产工艺过程, 使学生对电机有一个感性的认识;然后安排学生参加校内电机装配实习, 通过自己动手拆装, 从而加深对电机理论知识的理解, 拓展他们的知识面并进一步增强学生的工程意识。
在几年的高职电机教学实践过程中, 针对课程内容多、教学课时少、学习难度大的特点, 我在教学内容、教学方法和手段、考核方式等方面进行了一定改革和尝试, 体会到:针对专业方向安排教学内容, 采用灵活的教学方法, 加大课堂教学信息量, 注重理论联系实际, 就能调动高职学生的学习积极性, 从而尽可能克服长期以来在教与学两方面存在的困难, 取得较好的教学效果, 不仅为培养合格高职应用型人才打下一定的基础, 而且为课程的连续性和对后继专业课提供良好的服务与支持。
摘要：电机学的理论性和实践性都很强。如何引导高职学生学好该课程呢?首先在教学中培养学生学习电机的兴趣以激发出最大的潜能;其次引导学生掌握各种电磁理论定律;然后在学习中引导他们运用类比分析方法, 对各种电机之间的异同点进行比较分析, 将知识融会贯通, 也要引导学生注重实践环节能力的培养, 对知识进行整体的消化吸收。
关键词：电机,类比分析,实践环节
参考文献
[1] 电工学[M].北京:电力工业出版社, 1980.
[2] 王琉东.电机学[M].浙江大学出版社, 1990.
电机学课程论文范文第2篇
关键词：电气控制高炉;助燃风机;电气控制
一、电气控制说明
电气控制指的是通过控制电气设备的电压、电流、频率、通断、连锁、速度等，完成工艺过程的动作要求。对于工艺过程程序及功能相对固定的机电设备，我們通常采用继电接触控制。
机电设备电气控制基本原理是，通过电器控制线路，即由各种有触电的接触器、继电器、按钮、行程开关等按不同连接方式组合而成的控制系统，实现对机电设备的启动、正反转、制动、调速和保护，满足生产工艺要求，实现生产过程自动化。常见的基本控制线路有：点动控制线路、正转控制线路、正反转控制线路、位置控制线路、顺序控制线路、多地控制线路、降压启动控制线路、调速控制线路、制动控制线路。
电气控制除了在满足生产工艺，控制电压的要求的同时，必须要考虑控到制电路工作的安全性、可靠性，便于操作、维修和电路简明等一系列的问题。
二、改造措施
1、变频器闭环控制改造
变频控制系统原设计仅有变频器电流内反馈闭环控制，电机抗扰稳速性能差，是减速机产生剧烈晃动的原因之一。国内同行如天铁集团采用的是带编码器速度反馈的速度闭环控制，其每台电机通过编码器将速度反馈给变频器，当负载变化影响电机转速时，变频器能够很好的调整输出，保持电机恒速，使电机具有良好的抗扰稳速性能。但目前的现状是，电机未设计编码器接手，安装编码器必须全部更换新电机，而且型钢炼钢厂建设时未严格按照变频器EMC导则进行设计施工，电机距变频器距离长，信号线、电机线混放且接地系统不完善，改造使用编码器速度反馈可能存在强烈的信号干扰，埋有更大的事故隐患，因此采用待编码器反馈的速度闭环控制不适合应用。经过反复研究变频器功能图，结合现场实测，在输出频率5Hz以上时变频器内部检测的速度反馈值与实际电机速度差别不大，完全可以用变频器自身检测的速度反馈代替编码器速度反馈，实现速度内反馈闭环控制。因现场基本用不到5Hz以下的运行频率，速度内反馈闭环控制完全可以代替速度外反馈闭环控制，且实际应用效果良好。
2、西门子矢量型变频器初始化参数优化
要消除高速制动，首先必须将保证电机速度减速至接近零速时控制抱闸抱死，同时还必须避免减速时间过长导致炉子停不住产生下滑现象。研究变频器矢量大全中关于减速功能方面的参数设置，P464减速时间的设置对减速快慢起决定性作用。但在实际调试过程中，无论如何修改减速时间的大小，实际减速时变频器并未按设定曲线减速，而像是自由停车，即系统不能实现设定的减速时间。经过系统排查分析，我们人为变频器本身不存在硬件问题，变频器减速时间不起作用的原因应该与变频器初始化参数设置不正确有关。因此将电机全部脱开，重新做电机自学习，对变频器初始化参数进行了重新优化。电机辨识及优化功能全部实现后，将电机连接上减速机，带负载进行调试。调试结果显示，变频器可以正常按设定减速曲线减速，功能良好。经过反复试验，将变频器P464减速时间设定为1.5S，实际动作时，电机从最高速开始停车，减速至接近零速的时间为1.5S以内，完全满足控制要求。
3、优化抱闸控制程序
重新设计PLC抱闸控制程序，要求抱闸得电条件为一主两从变频器抱闸打开信号输出;抱闸失电条件为一主两从变频器抱闸打开信号取消或有停止信号后PLC延时3S强制抱闸失电。程序修改后抱闸动作条件全部交给变频器分析判断，为提高系统可靠性，变频器控制抱闸信号未直接控制抱闸接触器动作，而是首先接入PLC，经过PLC分析必要条件满足后再输出控制抱闸接触器。PLC保留紧急情况下急停功能和变频器停止后延时3S强制抱闸失电功能，确保在异常情况下抱闸可靠抱死。设置合适的变频器抱闸控制参数，并调试满足设备平稳运行的要求，启动：阀值选择力矩参数，阀值力矩值必须设置准确，既要杜绝各个位置启动发生点头还要保证启动无冲击，经过反复调试选择力矩阀值为5%额定值，延时时间为0S;制动：阀值选择速度参数，理想状况下速度阀值为零速，但考虑抱闸制动过程有时间，速度降落时力矩要保持满力矩防止下滑，因此速度阀值的设定必须慎重，经过反复试验和分析历史曲线，选择速度阀值为7%额定值，可以保证制动轮停止的同时抱闸可靠抱死。
4、改变变频器主从控制方式解决电机速度不同步
改造后抱闸失电抱死时，变频器速度反馈值已降低至很小，现场观察基本接近零速，但存在的问题是制动时明显可以观察到有的电机对轮要反转一下，减速机仍然有较强烈震动，由改造前的纵向衰减震动变为了横向振动，对减速机冲击仍然十分大。经过分析，从曲线也可以看到，减速期间电机速度不同步，特别是有的电机速度还反向，这是造成电机反转、减速机横向振动的根本原因。
速度不同步的原因分析是由于变频器固定采用主从控制方式，主变频器为速度控制，从变频器跟随主变频器是力矩控制，即变频器力矩始终保持一致，而速度不受控。正常转动期间因电机相当于同轴连接，因此速度可以保持基本一致，但在制动减速期间，因载荷变化剧烈，电机减速特性不完全相同，因此若仍然采用力矩同步控制，必然导致速度不一致现象发生，在不同载荷的情况速度不一致的程度不尽相同，反映到负荷端，即发生上述异常现象。要消除此现象，只能从改变变频器主从控制方式入手，曾做试验取消变频器主从控制，电机全改为速度控制，电机力矩不受控产生的严重后果是电机不同步导致变频器频繁过流故障，无法正常使用。经过研究变频器矢量大全，制定了可靠的解决方案：取消各台变频器固定的主从参数设定，改为由PLC通讯控制字控制;编写PLC程序自动判断炉子进入减速制动状态，从变频器控制字相应位置0，变频器自动切换为速度控制;程序自动判断制动结束，将从变频器的控制字相应位置1，主变频器控制字状态保持不变，变频器自动切换回主从控制方式。按此方式改造，启动及运行期间主从控制方式保证电机力矩同步，减速期间速度控制方式保证电机速度保持一致，彻底解决了制动时电机速度不同步的现象，减速机停车制动变得十分平稳，高速停车时减速机也无振动现象发生。
结束语
机电一体化是现代工业发展的总趋势，目前国内的机电一体化工作已初具规模，但在很多方面还应加强重视和改进。高炉助燃风机电机电气控制对于设计出高效能、低造价的现代化设备，有效利用其特点和效能有重要意义。
参考文献：
[1]陈伯时.电力拖动与自动控制原理[M].机械工业出版社，2002.
[2]郭选明.试论电气控制设计中应注意的几个问题[J]煤炭技术，2012(10)
[5]包文礼，涂林鹏.两种典型的掘进机电控系统[J]科技资讯，2009，(22)
电机学课程论文范文第3篇
摘要：2012年11月16日凌晨2时21分，因府忻II线跳闸，全厂备用电源消失， #2机组柴油发电机启动失败，直流润滑油泵启动成功，保证#2机组稳定地停机；#1机组柴油发电机自动启动成功，但柴油发电机出口B1开关和保安段备用电源进线开关B11、B12均未及时自动合闸，造成保安段失电，而直流润滑油泵启动4S后跳闸，造成#1机组汽轮发电机整个轴系断油，#1-#9轴瓦不同程度损坏，造成重大的经济损失及恶劣的社会影响。因此，保安系统必须外接独立的电源，避免此类事故再次发生。
关键词：单回出线 柴油发电机 直流润滑油泵 改造 可靠性
1 出线、厂用及保安电源概况
两台机组600MW机组通过府忻II线500kV出线向外送电，线路长约192公里，架设走廊全为山区，启动备用电源也由府忻II线反送至电厂。
#1、#2机组主厂房分别设置三段高压厂用母线，为两段工作母线和一段公用段母线。#1、#2机启动备用电源由府忻II线500kV系统经一台容量为120MVA的降压变降压至35kV，再由两台35/10kV启动备用变压器提供，其中一台是容量为72/40-40MVA分裂变压器，作为高压厂用工作母线启动备用电源；另一台是容量为50MVA的双卷变压器，作为高压厂用公用母线启动备用电源。
每台机组设置一台快速起动的柴油发电机组，作为本机组的事故保安电源。
每台机组设置两段400V交流事故保安动力配电中心，两段事故保安动力中心正常分别由主厂房锅炉400V动力配电中心A、B段供电，事故时由柴油发电机组供电。
每台机组主厂房装设两组220V免维护铅酸蓄电池组，为动力、控制和保护负荷供电；主厂房220V直流系统动力负荷主要包括直流长明灯、交流不停电电源、发电机和汽机直流油泵等。
当线路严重故障跳闸后，两台机组都将被迫停运，厂用电消失，保证机组安全稳定停机就只剩柴油发电机、直流电源，没有独立可靠的外接交流备用电源。
2 事故经过
2.1事故前的运行工况
500KV升压站全方式运行，府忻II线送出负荷845MW；#1机负荷450MW，厂用电由工作电源供电，#1保安PC由工作电源供电，#1柴油发电机联动备用；#2机负荷460MW，厂用电由工作电源供电，#2保安PC由工作电源供电，#2柴油发电机联动备用。
2.2 事故经过
2012年11月16日2：21，500kV府忻Ⅱ线距离府谷电厂90.5km处发生C相单相接地故障，线路光纤电流差动保护1、差动保护2动作，府忻Ⅱ线跳闸。
2：21 #1机组零功率切机保护装置动作，机组跳闸。#1柴油发电机联启成功，但出口开关B1未合闸，保安电源失电，交流润滑油泵无法启动；直流油泵联启4秒后跳闸，运行人员DCS手动启动3秒后跳闸；2：25 运行人员就地启动直流油泵成功；2：31直流油泵跳闸；2：25 DCS显示轴瓦温度迅速上升，#4瓦轴瓦温度最高升至360℃，其它瓦温在180℃左右，运行人员判断轴瓦因断油烧损，#1机组破坏真空，执行汽机闷缸措施、组织排氢；2：35 #1汽轮机转速至零，大机惰走14分钟。
2：21 #2机组零功率切机保护装置动作，机组跳闸，大机直流油泵联启成功。
15：22 #2机组并网。
3 事故原因分析
3.1 柴油发电机合闸失败原因
厂用电失去后，#1柴油发电机自启成功，但出口B1开关未能自动合闸，保安电源失电，交、直流润滑油泵启动不成功，是#1机组断油烧瓦的直接原因。
#1柴油发电机控制模块采用发电机并网多功能IG-CU模块装置。因保安电源无市电电源接入，柴油发电机调试时按照单机运行模式进行了逻辑修改，市电分合闸、自动励磁（AVR）等不需要的功能已经固化在IG-CU模块程序中，无法彻底屏蔽和取消，只在程序中进行置“0”处理，当模块失电再送电后程序会自动发出“市电合闸”信号，需人工手动复位至“候命中、断路器全分”状态。逻辑修改后，柴油发电机出口B1开关自动合闸的条件如下：柴油发电机启动后，电压、频率正常；柴油发电机控制屏设置为“手动”、“候命中、断路器全分”状态；出口B1开关的切换开关在“自动”位置。#1机组跳闸后保安段失电，柴油发电机联启，出口B1开关未联动合闸，运行人员远方数次紧急手动启动#1柴油发电机，但B1开关仍未合闸。
分析认为#1柴油发电机控制模块性能不可靠，11月16日事故前装置误发“市电合闸”信号并故障死机，闭锁柴油发电机出口B1开关合闸指令，造成B1开关不能自动合闸。
3.2 直流润滑油泵启动失败原因
事故后，对控制柜进行检查试验，将外部指令线、电机线全部拆除，就地启动油泵，共启动25次，13次啟动后立即跳闸，12次启动成功，但拍打柜体或PLC模块后立即跳闸。
分析确认JY-SPM装置内的PLC模块回路存在虚接现象，造成直流润滑油泵启动不成功。
4 采取的措施
4.1 外接一路独立电源，通过快速切换开关实现外接电源和锅炉PC电源的自动切换；
4.2更换#1柴油发电机控制模块，实现单机控制逻辑，彻底取消市电分/合闸、自动励磁调节（AVR）等功能，防止类似问题再次发生。
4.3加强柴油发电机的监护工作，安排运行人员在柴油发电机就地值班，遇有恶劣天气时提前进行柴油发电机启动试验；并完善试验项目。
4.4更换直流油泵控制柜，加强对直流油泵设备的巡检和维护管理。缩短直流油泵定期试验间隔，由原规定的1月1次，改为半月1次。
4.5加强对蓄电池的运行维护管理，对蓄电池容量进行定期检测，严格执行充放电规定，发现蓄电池馈电及时更换。
4.6严格执行异常报警分析制度，生产分管领导对保安电源系统发出的异常报警分析及柴油发电机、交直流油泵等定期试验工作亲自参加、把关。
4.7加强生产系统人员岗位培训，掌握设备性能和特点，尽快提高人员技能水平。认真学习并贯彻落实二十五项反措，加强事故演练，提高生产人员防范和应对事故的能力。
6 事故带来的思考
1、运行定期工作执行效果，从事后事故原因分析来看，#2柴油发电机蓄电池馈电问题没有发现或者是发现了没有引起足够的重视，应该把隐患即事故来对待的高度；#1柴油发电机出口开关无法合闸问题，反应人员水平还不能满足要求，过度依赖厂家，即使不能短期解决，也应该有防范措施，避免出现重大事故。
2、事故预案编制的是否符合事故发生实际情况，如何真正的模拟事故发生，真正掌握重
特大事故处理能力，使之发生事故时，能够沉着应对，冷静解决，避免出现混乱。
3、提高管理水平，建立符合我厂生产实际的管理体系，应该树立生产部门是全厂的核心，提高生产员工主动解决问题的积极性。
4、增强检修与运行部门之间的技术衔接，还有检修部专业间及班组之间的衔接，改造之后或者过程中加强培训，改造后运行规程修订必须跟上，使规程符合实际。
5、事故发生时抓住处理事故的核心，抢抓最有利的黄金时间。
6、09年发生过一次线路跳闸、全厂失电事故，为什么没有引起重视，因此，应该把未遂即事故来对待，按照未遂可能发生的最严重的事故，管理问题即隐患，来制定防范措施、技术改造方案。
7、重要设备改造，必须做好前期调研，并申报主管生产厂领导批示，严把质量关，关键设备采用进口著名厂家产品，不符合要求的设备，绝对不能进厂，试运时要生产主管领导把关，考验到设备运行的各种工况及设备运行的一切不利条件。
8、实行设备检修和运行两个主人，检修主人负责制，运行主人巡检、操作制，但重要设备管理、改造必须由生技部组织讨论，存在问题就必须马上解决，无法解决时必须有防范措施，必须有相应的事故演练。
样刊邮寄地址：重庆市万州区红花路1号 神华神东电力重庆万州港电有限责任公司，404100， 刘晓波，13896901217
电机学课程论文范文第4篇
摘 要：针对现有馈能悬架无法很好地兼顾隔振性与馈能性的问题，提出一种混合励磁直线电机与液压减振器集成的车辆悬架减振器，实现输出可调阻尼力与回收振动能量同时进行。基于集总磁路法对混合励磁直线电机进行解析分析，并在Ansoft软件中建立有限元模型，以电磁阻尼力调节范围为目标，优化气隙长度、永磁体高度，确定负载阻值。Matlab仿真结果表明，与传统被动悬架相比，在随机路面激励下，混合励磁悬架不仅提升了隔振性，还能回收部分振动能量，验证了所提出结构的可行性。
关键词：悬架；混合励磁；减振器；能量回收；有限元分析
半主动悬架多包含阻尼可调减振器，功耗小、结构简单，可以获得接近主动悬架的性能，具有重要的研究意义。与此同时，将被动阻尼与可调阻尼集成的混合阻尼器日益得到重视，早在1999年，MARTINS等[1]就提出将传统被动阻尼减振器与主动电磁减振器集成，并在汽车悬架中加以应用。滑铁卢大学的EBRAHIM等[2]将液压减振器与电磁作动器组合，通过对电磁作动器部分进行主动控制，为悬架提供不同作动力。ASADI等[3]提出一种集成液压减振器与直线电机的混合阻尼器，并通过有限元法对其进行了结构优化。另一方面，传统悬架在汽车行驶过程中，振动能量转化为热能耗散掉，不利于燃油经济性。因此，提出在优化悬架性能的同时，回收振动能量，以提高燃油经济性。施德华等[4]提出一种半主动馈能悬架，借由永磁直线电机回收振动能量，通过步进电机调节节流阀面积以改变阻尼系数，但直线电机仅用作回收能量，利用效率不高。陈士安等[5]将液压蓄能器和油缸结合，通过压力阀进行能量存储和释放控制，达到减振和回收能量的作用。SUDA等[6]设计了能量自供给的两级式馈能悬架，一级馈能，一级进行车身姿态控制。
圆筒直线电机结构简单，绕组利用率高。无横向端部效应，不存在单边磁拉力，应用在车辆悬架中既可提供电磁阻尼力，也可以有效回收悬架振动能量。NAKANO等[7-8]通过改变馈能回路电阻调节在发电机模式下工作的直线电机电磁阻尼力，实现半主动控制，优化了悬架隔振性。陈龙等[9]提出通过控制馈能回路中DC-DC变换器，实时调节绕组感应电流，使电机电磁阻尼力在一定范围内连续可调。
本研究将基于混合励磁的圆筒直线电机与液压减振器集成，提出一种应用于车辆半主动悬架的馈能减振器。采用此新型馈能减振器的半主动悬架依据路况进行阻尼力调节，隔振性能良好，在车辆行驶过程中可以将振动能量转化为电能储存，降低整车能耗，并可满足故障-安全（Fail-Safe）特性。首先，介绍了混合励磁悬架减振器的结构与工作原理，基于集总磁路对混合励磁直线电机磁场进行解析，并借由Ansoft有限元分析软件进行结构优化，确定负载电阻大小。最后，通过仿真验证其隔振性与馈能性。
1 结构与工作原理
新型馈能减振器将传统液压减振器与混合励磁圆筒直线电机集成。混合励磁是由电励磁与永磁励磁共同作用的新型励磁方式，因此，混合励磁直线电机存在两种类型的励磁源，一种是永磁励磁源，它在气隙中产生一个基本不变的磁通；另一种是直流励磁绕组，工作时，通过调节励磁绕组上的电流大小和方向，使气隙中的磁通发生变化，两种励磁源磁场在气隙中共同作用产生电机内主磁场。与永磁电机比较，混合励磁电机具有调节气隙磁场的能力；与电励磁同步电机相比，具有较小的电枢反应电抗[10]。
混合励磁悬架减振器结构如图1所示。由图可知，混合励磁圆筒直线电机由初级与次级两部分组成，初级部分是与防尘罩焊接的导体管，其内部设有三相绕组。次级部分与初级部分之间有固定尺寸的气隙。次级部分设有开口矩形槽，焊接于减振器缸筒外壁，由永磁体、铁芯、直流励磁绕组组成。永磁体贴附于次级部分表面，次级部分的矩形槽内绕有直流励磁绕组。
气隙中的励磁磁场由永磁体与励磁绕组共同产生，永磁体提供直线电机运行时主要的气隙磁场，直流励磁电流作为磁场调节器起到调节气隙磁场的作用。当车辆行驶时，车身与车轮的相对运动使减振器工作，此时，与上吊耳、防尘罩相连的电机初级部分与次级部分产生相对运动，根据法拉第电磁感应定律，在三相绕组中产生感应电流，得以将振动能量转化为电能储存，实现馈能。同时，根据楞次定律，在产生感应电流的同时伴随着电磁阻尼力的产生。通过改变直流励磁绕组的励磁电流大小，可以使电磁阻尼力与感应电流大小改变，实现阻尼值可调。此外，如果混合励磁电机失效，液压减振器部分仍能继续工作，实现“Fail-Safe”。
2 电机解析与优化
2.1 磁感应强度推导
在电机设计分析中，根据需要，倾向于采用解析法寻找电磁设计规律，采用等效磁路法进行初步电磁和结构参数计算，使用有限元计算分析得到准确的磁场分布、电磁推力和反电动势[11]。为了分析此新型馈能减振器的工作特性，并推导出混合阻尼力和感应电动势表达式，基于集总磁路法进行混合励磁直线电机磁场分析。
混合励磁电机一对磁极结构如图2所示，其中，回路C为其等效磁回路。
对图2中各变量具体含义的描述见表1。
（1）永磁体为径向充磁，气隙中磁场完全为径向，且磁极中各部分磁感线方向都与回路C相平行。
（2）忽略结构中各部分漏磁。
（3）材料中无磁饱和。
（4）液压减振器与混合励磁电机连接部分为非导磁材料。
由式（8）、（11）可知，悬架簧上质量与簧下质量间相对速度越大，即车身振动越剧烈，由振动机械能转化成的电能也越多，即回收能量越多。同时，为了获得良好的平顺性与操纵稳定性，需要提供的电磁阻尼力越大。
2.2 磁感应强度优化
由式（8）、（11）可知，混合励磁直线电机输出的电磁阻尼力与回收能量大小都与磁感应强度Bm有关，且由式（4）可知，Bm的大小主要由电机结构尺寸与直流励磁电流决定。由于电机一旦设计完成，结构尺寸不可调，所以通过有限元法进行关键结构尺寸优化。
假设圆筒混合励磁直线电机部分初定结构尺寸，见表2。这部分在初定尺寸的基础上，以电磁阻尼力和回收能量为目标利用有限元法进行尺寸优化，从而提高悬架隔振性与馈能性。在Ansoft 12.0中建立圆筒混合励磁直线电机模型，并在Maxwell/circuit模块设置馈能电路，进行联合仿真，分别以气隙长度、永磁体宽度为可变参数，进行优化设计。初级部分与次级部分的相对运动速度设定为0.26 m/s，馈能电路电阻设为10 Ω，为了避免直流励磁部分磁饱和对仿真结果的影响，励磁电流变化区间设置为0～2.5 A。
2.2.1 气隙长度
假设其它结构尺寸不变，气隙从0.5 mm变化到2.5 mm，励磁电流从0 A变化到2.5 A，电磁阻尼力与回收能量的变化如图3和图4所示。由所推导公式可知，随着气隙长度增大，电磁阻尼力与回收能量都将减少，符合有限元分析结果，同时可以看出，随着气隙的增大，不同励磁电流下阻尼力与回收能量的变化逐渐减小。由此得出结论，较大气隙会使阻尼调节的范围降低，气隙过小会使阻尼调节系统灵敏度过高，且电机初级部分与次级部分易发生碰撞。综上所述，取气隙为1 mm。
2.2.2 永磁体高度
永磁体高度的选取将很大程度影响减振器工作性能，高度增加则永磁体提供磁场强度增加，但同时会导致磁路饱和程度增加，削弱电励磁场的影响。因此，需要选取一个最佳值，既能使电励磁场最大程度起到调节磁场作用，又可充分利用永磁体。假设其它结构尺寸不变，永磁体高度从4 mm变化至6.5 mm，励磁电流从0 A变化至2.5 A，电磁阻尼力的变化如图5所示。随着永磁体高度增大，电磁阻尼力增大，但直流励磁的作用不断减弱。综上所述，为了提高输出的电磁阻尼力，并尽可能发挥励磁磁场的作用，选取永磁体高度5 mm作为最终结果。
2.3 优化结果
综合以上结论，考虑到边界条件，得到优化后的混合励磁电机尺寸，见表3。利用有限元软件分析尺寸优化前后电磁阻尼力与回收能量大小的变化，结果如图6和图7所示。尺寸经过优化后，在相同工况下，所能提供的电磁阻尼力与回收能量均得到了提升。
2.4 负载电阻确定
除了改变磁感应强度Bm大小，调节负载电路的电阻也可以使输出的电磁阻尼力与回收能量发生改变。为了得到负载电路电阻对工作性能的具体影响[13]，进行相同工况下，不同电阻值对电磁阻尼力大小与回收能量的影响仿真分析，从而确定出最佳电阻值。由图8可知，当负载电路电阻为0时，输出的电磁阻尼力达到最大，当负载电路电阻等于电机内阻时（内阻约为5.3 Ω），回收能量达到最大值。综上所述，为了使悬架时刻工作在最佳馈能状态，并能输出合适大小的电磁阻尼力，取5.3 Ω为负载电路阻值。
3 混合励磁悬架动力学分析与仿真
混合励磁的四分之一悬架等效模型如图9所示。
采用通过滤波器的一阶白噪声来模拟路面输入。假设汽车以20 m/s驶过 B 级路面，其它仿真参数为：簧载质量ms160 kg，非簧载质量mt20 kg，悬架刚度ks10 kN/m，轮胎刚度 kt100 kN/m，假设传统液压减振器的阻尼系数cs被设定为1 100 Ns/m，电机绕组经过整流器串接阻值为 5.3 Ω 的负载，仿真时间10 s。
通过仿真得到带有混合励磁悬架和传统被动悬架汽车的车身加速度对比曲线图与车轮动载荷对比曲线图，如图10和图11所示。
由图可知，带有混合励磁悬架的车辆车身加速度得到了明显优化，相比于传统被动悬架，车身加速度均方根值减少了30.13%，车身峰值加速度减少了17.16%，此外，轮胎动载荷幅值增加了2.67%，均方根值增加了4.21%，但对车辆操纵稳定性的影响不大。总体而言，混合励磁悬架的减振效果明显优于传统被动悬架。
在路面激励下，仿真得到的混合励磁悬架感应电动势如图12所示。图中电压的有效值为11.35 V，证明了混合励磁悬架在车辆行驶过程中除了有较好的减振效果外，还可回收部分振动能量。
由于液力阻尼系数cs为定值，在给定车辆参数下，cs值的选取将很大程度上影响悬架性能。通过仿真研究液力阻尼系数的选取对隔振性的影响，结果如图13所示。当液力阻尼系数取550 Ns /m时，隔振性最优。
4 结论与展望
（1）提出一种混合励磁直线电机与液压减振器集成的车辆悬架减振器，实现阻尼可调与振动能量回收，详细介绍其结构与工作原理，并利用集总磁路模型推导出混合励磁直线电机输出的电磁阻尼力与其感应电动势公式。
（2）建立混合励磁直线电机部分有限元模型，并对其进行有限元分析，分别优化了气隙长度与永磁体宽度。综合考虑输出电磁阻尼力大小以及对阻尼力的调节能力，取气隙长度为1 mm，永磁体高度为5 mm，对优化前后的混合励磁直线电机进行有限元分析，发现优化后输出电磁阻尼力能力较优且阻尼调节能力较佳。同时分析不同外电路电阻值对悬架性能的影响，确定负载电路阻值为5.3 Ω。仿真结果表明，混合励磁悬架在车辆行驶过程中除了有较好的减振效果，还能回收振动能量。
（3）在考虑悬架隔振性的前提下，进行液力阻尼与电磁阻尼的最优匹配分析，发现在给定悬架参数下，液力阻尼系数取550 Ns/m时，隔振性最优。而综合考虑馈能性与隔振性，进行阻尼匹配，值得进一步研究。
（4）当混合励磁直线电机中通入的励磁电流一定时，电机的力特性曲线近似线性，与减振器集成后，并不会影响减振器外特性。而在实际工作过程中，由于通入的励磁电流根据不同工况实时改变，导致在宏观角度直线电机的力特性产生变化，有可能在集成液力阻尼后，产生外特性的畸变，需要进行进一步的仿真与试验研究。
参考文献（References）：
MARTINS I，ESTEVES J，SILVA F P D，et al. Elec-tromagnetic Hybrid Active-passive Vehicle Suspension System [J]. Vehicular Technology Conference，1999， 49（3）：2273-2277.
EBRAHIMI B，KHAMESEE M B，GOLNARAGHI F.
Design of a Hybrid Electrom-agnetic/Hydraulic Damper for Automotive Suspension Systems [C]//2009 Inter-national Conference on Mechatronics and Automation，August 9-12，2009，Changchun，China.Piscataway，N.J：IEEE，2009：3196-3200.
ASADI E，RIBEIRO R. A New Adaptive Hybrid Electromagnetic Damper：Modelling，Optimization， and Experiment [J]. Smart Materials and Structures，2015，24（7）：75003-75016.
施德华，陈龙，汪若尘，等. 半主动悬架馈能器设计及其馈能特性研究[J]. 机械设计与制造，2014（11）：126-130.
SHI Dehua，CHEN Long，WANG Ruochen，et al. Study on Design and Energy-regenerative Performance of Regenerator for Semi-active Suspension [J]. Machinery Design and Manufacture，2014（11）：126-130. （in Chinese）
陈士安，何仁，陆森林. 新型馈能悬架及其工作原理 [J]. 机械工程学报，2007，43（11）：177-182.
CHEN Shian，HE Ren，LU Senlin. New Reclaiming Energy Suspension and Its Working Principle [J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering，2007，43（11）：177-182. （in Chinese）
SUDA Y，NAKADAI S，NAKANO K.Hybrid Suspension System with skyhook Control and Energy Regeneration （Development of Self-powered Active Suspension） [J]. Vehicle System Dynamics，1998，29（Sup.1）：619-634.
NAKANO K，SUDA Y，NAKADAI S. Self-powered active Vibration Control Using a Singles Electric Actuator [J]. Journal of Sound and Vibration，2003，260（2）： 213-235.
NAKANO K，SUDA Y. Combined Type Self-powered Active Vibration Control of Truck Cabins [J].Vehicle system Dynamics，2004，41（6）：449-473.
陈龙，施德华，汪若尘，等. 基于混合控制策略的馈能悬架半主动控制 [J]. 北京理工大学学报，2016，36（3）：252-257.
CHEN Long，SHI Dehua，WANG Ruochen，et al. Semi-active Control of Energy-regenerative Suspension Based on Hybrid Control Strategy [J]. Transactions of Beijing Institute of Technology，2016 ，36（3）：252-257. （in Chinese）
赵朝会，秦海鸿，严仰光. 混合励磁同步电机发展现状及应用前景 [J]. 电机与控制学报，2006，10（2）：113-117.
ZHAO Chaohui，QIN Haiou，YAN Yangguang. Present Status and Application Perspective of Hybrid Excitation Synchronous Machine[J]. Electric Machines and Control，2006，10（2）：113-117. （in Chinese）
卢秦芬. 直线同步电机的特性研究 [D]. 杭州：浙江大学，2005：12-14.
LU Qinfen. Characteristic Research of Linear Synchronous Motor [D]. Hangzhou：Zhejiang University，2005：12-14.（in Chinese）
PALOMERA-ARIAS R，CONNOR J J，OCHSENDORF J A. Feasibility Study of Passive Electro-magnetic Damping System [J]. Journal of Structural Engineering，2008，134（1）：164-170.
RIBEIRO R，ASADI E. Hybrid Variable Damping Control，Design，Simulation，and Optimization [J]. Microsystem Technologies，2014，20（8）：1723-1732 .
电机学课程论文范文第5篇
摘要：针对信息化教学在教学改革中的应用情况，结合电机与电气控制课程在高职院校教学中教学模式的现状，提出改进的电机与电气控制课程教学模式的思考，包括MOOC线上自学、教学平台全过程监督等多种手段结合的教学模式的设计、项目模块化与虚拟仿真相结合的教学模式等，通过对智能控制技术专业实施教学改革，教学效果表明该课程教学改革既可以巩固学生对知识点的掌握，也可以通过虚拟仿真解决线上实验，对学生的职业技能与职业素养都有一定提高。
关键词：信息化;MOOC;电机与电气控制;教学改革
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
电机与电气控制是机电、电气自动化、工业过程自动化、工业机器人等专业重要的专业基础课。学生通过学习低压电器以及基本控制电路、机床电气控制电路等知识点，掌握电机与电气控制相关知识点，提高实践能力，有效对接后续课程以及岗位技能要求。同时，电机与电气控制又是学生进行生产实习、控制盘实验、毕业设计等实践性环节的重要手段。在这些实践性环节中，学生将所学的知识加以综合运用，进一步培养实践创新与应用能力。但是，现阶段，该课程只能进行线上教学，如何解决线上理论与实践教学问题，是该课程的一个关键点。同时，针对不同层次的学生开展不同的教学实施办法，教学过程中应科学规范指导学生去学习，发挥其学习的积极性。在教学过程中，教师针对学生的学习差异性，有效的帮助学生构建电机与电气控制知识树，理解各个知识点。针对目前电机与电气控制课程教学中存在的不足，对课程知识点结合实际案例进行重构，形成项目化模块，实现项目驱动、任务分解、理实一体的教学模式，同时在教学实施过程中将信息化手段和MOOC教学方法引入到电机与电气控制的课程教学中。针对该课程存在的教学问题，以及应对该课程的线上教学，笔者根据多年信息化教学的经验，探索出电机与电气控制课程教学改革方案，具有一定的可实施性与有效性。
1 电机与电气控制课程存在的问题
（1）理论教学与实践教学完全脱离
传统的电机与电气控制课程教学思路是把理论教学和实践过程完全分离，一学期中前大半学期学生先坐在多媒体教室听理论课，然后再到控制盘实验室做2-3次实验课，结果学生对教师讲解的知识已经基本遗忘了，导致学生对低压电器的操作也是一知半解，不能熟练、系统地掌握相关知识。
（2）学生的学习兴趣不浓，积极性不高
传统的电机与电气控制课程教学模式主要是通过讲师理论讲解、学生很少主动参与教学，学生在教学过程参与式学习的程度不高，因此对于传统课堂教学缺乏兴趣与积极性，实际教学效果不高。
（3）学生遇到问题时，适应能力、应变能力不强
低压电器控制电路有很多，实现一个功能可能有多种途径。在传统“教师为主体”的教学模式下，学生缺乏主动、独立思考解决问题的能力，往往无法拓展思维，上课老师讲过例子学会了，而一旦出现了新问题，往往就显得手足无措，不懂得活学活用，进行应变。
（4）教学内容与自动化企业生产联系不够紧密
以往的电机与电气控制课程的知识案例都是一些陈旧案例，没有紧密对接目前自动化行业企业的实际工程需求，这样培养的学生无法快速对接企业的岗位需求，通过往届毕业生的调研反馈归纳出了这样的问题。
（5）评价考核手段单一
传统教学考核方法主要注重期末试卷成绩，忽略了过程性考核。以往考核方法无法全方位的考核学生，对学生做出规范合理的评价。
因此，如何有效地整合现有教学资源以及结合信息化手段，指导学生掌握低压电器控制电路的基础上，培养学生的专业技能，提高学生的就业适应能力，选用适当的教学方法和手段提升电机与电气控制教学质量和教学效果，是目前电机与电气控制课程进行教学改革急需解决的关键点。
2 教学方法的改革与实践
MOOC的产生基于现代科技的发展，它给教育行业带来了新的改变。大众能通过互联网获取各类大学课程资源，不限时间、地点进行学习，完成作业和测试，与其他用户一起进行学习讨论。虚拟仿真实验可以解决学生在家线上实操问题，培养学生团队协作的精神。结合企业实际案例，针对学生的学习特征，运用信息化手段以及虚拟仿真教学资源，开展项目化教学，提高学生参与度，让学生高效的边学习边实践边掌握边提高。针对行业和用人单位的实际需求，将教学内容、专业培养目标与职业岗位、职业技能相结合，发挥学生的能动性，培养学生综合专业技能的同时培养团队协作能力和创新能力。
2.1 基于信息化+MOOC课程资源重构
将项目进行模块化设计，以解决实际工程案例问题为前提，围绕专业技能的提高，合理规范的整合零碎、难懂的知识点，通过项目任务构建课程知识点，进一步完善教学内容，使学生全过程参与项目教学，让学生积极参与到方案的设计、硬件装调、设备运行调试中，培养学生团队协作、解决实际工程的职业技能，能协调完成教學任务。依托校企共建埃夫特机器人学院产教融合实训基地，开发技术交叉、专业融合的综合实训项目，拓宽学生的知识层级。推进教育教学与信息化技术融合，引入企业新成果和新职业资格标准，开发“新技术、新工艺、新规范”工程化教学资源、典型案例，开发随技术动态更新活页化讲义，开发“云课堂”手机APP移动学习、智慧职教等云服务的信息化互动式教学资源。分期分模块建设随企业新技术、新产品、新标准更新的、可扩展的《电机与电气控制》课程资源。
2.2 基于信息化+MOOC教学模式改革设计
改变传统教学模式，采用“项目模块化+信息化+MOOC”的教学模式进行教学，充分考虑课前和课中、课后三个环节，围绕“职业能力”，开展项目模块化，结合信息化手段与线上资源，强调教与学的深度融合，充分发挥学生学习的主体性，由此更好地完成课程教学目标。
线上与线下混合式课堂教学，团队协同综合实践项目化教学。运用现代信息技术手段，推进慕课建设与应用，实施课前线上预习、测验，课中实训基地实践，以学生自主学习为主的线上线下混合式课堂教学方法。围绕自动化类专业岗位技能需求，选取典型生产项目，依据“设计与仿真、加工、检测、维护”设计项目化教学方案，实施与企业真实项目开发贴合团组融合教学管理。将传统教学和信息化教学的优势相结合，做到线上有资源、线下有活动、过程有评价、教学有反馈、课程有调整。运用动画、微课、案例分析、思维导图、雨课堂、学习通、案例库、大数据指数、智能视频软件等信息技术手段辅助教学，让枯燥、抽象、难懂的知识点转化为具体的、形象的、有趣的，可以进一步启发学生的思考，通过开展企业案例项目的实战，细化分解知识点，从而达成期待的教学效果，完成学生综合能力以及专业能力的培养。
2.3 基于信息化+MOOC教学模式的实施
教学环节建设主要是依托项目化教学来实施，在项目实施过程中将思政元素：工匠精神、创新精神、责任意识、科学精神等融人进来，同时结合劳育教学元素。
课前预习拓展教学。课前教师备课引入实际生产案例，将学习资源上传到雨课堂课程平台，在职教云平台引用组建资源库课程，并通过网络平台发布课前学习任务。学生登录教学平台观看任务相关微课并查阅相关资料，完成课前任务并进行自评与互评。教学通过平台学习反馈实时调整教学策略。
课中学习，任务分解。采取“MOOC+信息化+模块化”教学方法，通过任务引入使得学生发挥学习的主动性，任务分解使学生有针对性的学习，任务演练教师分解知识点讲解示范，任务实施使学生锻炼自己实践动手能力以及培养团队协作精神。在课堂上采取实时同屏演练、擂台对抗赛、成果分享提高学生学习兴趣，凸显学生的积极性，最后教师总结并布置课后作业。
课后归纳，知识巩固。教师利用教学平台发布作业和单元测试检测所学内容，巩固训练。
2.4 基于信息化+MOOC的高素质教师队伍
高素质的教师创新团队是保障课程有效开展的基石。应加强建设课程的教师创新团队，从而解决现阶段团队的企业实践锻炼不足和创新意识不强等问题。目前，团队教师很少参加过企业实践项目的训练，但是这些教师都是掌握丰富理论知识的高学历教师，但企业实践经验不足，很难将工业中的实际问题与课堂理论知识相结合，不利于学生在进行工程项目实践时进行发挥，因此教育质量得不到明显的提高。同时，教师团队以积极参与信息化教学培训，整体参与电机与电气控制的MOOC资源的建设，从而打造一支能用现代化手段应用到课堂教学的师资队伍。
3 教学考核方法的改革
针对教学方法的改革，应该改变教学考核方法，电机与电气控制课程的考核应该突出学生的主体地位。教学全过程采取多元评价考核，同时线上评价与线下评价相结合，以及校企双师评价、生生评价、自评等方式。教学评价分为结果性评价和过程性评价。引导式总结内容，质疑式提问，对各个考核环节进行打分，在课后对各个环节的分数进行汇总，对学生进行客观公平公正的评价。
对知识点的考核应该按照项目任务进行全方位考核，一方面对学生的职业素养进行考核，另外一方面从学生的职业技能进行考核。对于课程内容进行重构成4个项目、16个任务，充分发挥学生学习的主动性，同时发挥团队协作及时完成教师布置的任务。同时，给予学生二次完善方案机会，即当学生提交任务后，任课老师运行学生项目，指出其中的错误和不足，提出改进意见和思路，让学生在一个周期内完善项目后二次提交。
4 结束语
改变以往电机与电气控制课程教学方法，采取“项目模块化+信息化+MOOC”教学方法，通过项目导人，设计恰当的工作情境和岗位任务，使得学生积极主动学习，在完成核心教学任务的同时，也使得学生的职业技能得到提高以及职业素养得到了提升。通过对智能控制技术专业2019级学生的线上教学实施以及调研结果显示，虚拟仿真实验的引入很好地解决了课程实验操作的問题，解决培养学生动手能力和实验条件有限之间的矛盾;提高了学生学习电机与电气控制的学习兴趣和学习能力，让学生由被动学习变成主动学习。通过电机与电气控制课程教学改革培养了学生的创新和实践能力。
参考文献：
[1]杨东方，“冬虫夏草的鉴别”信息化教学设计[Jl.科技创新与生产力，2017（11）：53-54，57.
[2]许月琳.课证融合模式的“电机与电气控制”课程教学改革的实践[J].内江科技，2012（11）：187.
[3]段薇薇.信息化教学手段在高职课程中的应用研究[Jl.山西建筑.2017（01）：254-255.
[4]王丽翠.高职电气控制与PLC课程教学改革探索[J].天津职业院校联合学报.2017（11）：63-66，71.
[5]王浩澂.基于情境式集成实训的高职学生职业素养的培养与考核[J].高教论坛.2015（01）;33-36，55.
[6]华晓龙.高职院校市场营销专业“以赛促学”教学模式探索[J].商业经济.2018（12）;160-161，166.
【通联编辑：代影】
基金项目：安徽省2019年度高校优秀拔尖人才培育资助项目高校优秀青年人才支持计划重点项目（皖教秘人[2019154号），项目编号：gxyqZD2019106
作者简介：周明龙（1983-），男，安徽安庆人，安徽机电职业技术学院电气工程学院，讲师，硕士，研究方向：智能控制;吴勇（1970一），男，安徽庐江人，国网安徽省庐江县供电公司，工程师，学士，研究方向：电气工程;程晶晶（1988-），女，安徽淮南人，安徽机电职业技术学院电气工程学院，讲师，硕士，研究方向：电气工程。