三相异步电动机定子磁场可视化教学系统设计

程 立， 姚 为， 何顺帆， 李 明

（中南民族大学计算机科学学院，武汉 430074）

0 引言

目前国内各高校自动化等专业广泛开设了电机及拖动基础这一课程，并出版了多种教材［1-2］。在该课程教学中，三相异步电动机是其中的重要内容。异步电动机定子绕组所产生的旋转磁场是该课程理论中非常关键的知识点，对这一概念的正确理解是学好该电机的基础。在教学中主要的问题有两点：①学习者对定子绕组的布置难以掌握，且定子布线太过密集，即使观看实物作用也有限；②定子磁动势和磁场看不见摸不着，学习者难以理解与其相关的概念。这些知识点非常抽象，公式繁多，仅通过教材上的公式和插图难以表达清楚，教与学都难以取得好的成果。为解决这一问题，广大相关专业教师撰写了大量的教研论文，其中既有从理论上分析电机旋转磁场的著作［3-6］，也有从可视化角度具象化旋转磁场的文章［7-10］。对于前者，仍未能解决学习中概念抽象的问题；后者涉及的论文多以有限元［7］、VB 语言［8-9］和Matlab Simulink［10］为工具对异步电动机的旋转磁场进行模拟和仿真，但均未考虑绕组布置和定子磁动势，且在可视化磁场时，只考虑了磁极对数、相序变化和通电相数三者中的某两项对定子磁场的影响，未能全面考虑这些因素。

本文参考了教学可视化方面的论文［11-14］，并利用Matlab设计了三相异步电动机的定子绕组、绕组中电流的变化、定子磁动势和磁场动画，通过动画展示抽象的概念，全面展示电流频率、磁极对数、相序变化和通电相数等因素对定子磁场的影响，在教学中配以适当讲解和分析，让学生更直观地学习这些抽象难懂的内容，建立旋转磁场等概念，以改善教学效果。……