第一环节:实验预习
步骤1:实验预习。点击打开实验预习,根据所学理论知识,选择下拉列表内的选项以选择填空的形式学习电机结构、接线方式、起动实验、调速实验、堵转实验以及缺相故障的相关知识。
第二环节:基础实验
步骤2:观察电机爆炸图。点击课堂实验,进入基础实验的电机拆装,观察电机爆炸图,学习电机转子、定子、轴等各部分构成。通过结构学习了解电机的结构特征,辅助巩固电机基础知识并且增加直观学习的体验感。
步骤3:定子线圈绕线练习。观看引导视频,学习操作方法,顺序选择电机线圈,并按ABC相序将三相线圈用鼠标拖动的方式排布到定子槽中,排布正确后,自动跳转到下一个学习内容,如出现5次错误,则跳转到理论学习界面,再次通过理论学习后继续实验,鼓励多次实验获得正确结果。
步骤4:学习反电势和电枢磁场产生原理。电机组装完成后,自动跳转磁势理论学习界面,观察四极旋转磁势作用图和三相绕组的基波合成磁动势,并对照所学的理论知识,以动态波形的形式学习四极电机旋转磁势波形,观看电机原理视频,探索学习并进一步加深电生磁的过程,通过电机移相和合成脉振,学习电机工作原理。
步骤5:转子线圈绕线练习。按ABC相序将三相线圈排布到转子槽中。通过鼠标点击某一相的线圈,以拖动的方式放入对应槽数序号的槽内,完成线圈排布,其中线圈的相序是本环节考核重点。
步骤6:学习异步电动机工作原理。观察三相异步电动机的模型原理图,将线圈等效为四极(两对永磁体)的形式,学习异步电动机工作原理。其中,增加转速差,以动画的形式展示电机内磁力作用原理。
步骤7:按拼装顺序拼装电机。按照电机实际的拼装顺序,拼装轴、集电环、轴承和轴承盖,完成电机拼装。
步骤8:接线盒中星型接线操作。通过鼠标拖拽线缆连接到对应的接线头,并在接线盒内部通过连续点击的方式将其余接线柱连接起来,并形成Y型连接,其中考核重点为接线的顺序,如接线错误5次以上,进入理论学习环节,理论考核合格后继续实验,鼓励多次实验获得正确结果。
步骤9:观察起动过程电机内部电磁场和温度场。接线盒接线正确后,合闸电机起动运转,根据引导提示查看径向电磁场分布、径向温度场分布和轴向温度场分布,学习电机内多物理场分布,并以直观的形式探索学习电机内温升的分布。
步骤10:T型等效电路学习。展示三维建模的电机各结构部件与理论T型等效电路中各元件等效关系,以直观的形式巩固学习理论知识,观察电机空载状态下的固有机械特性曲线。
步骤11:人为机械特性实验。选择转子串电阻方式接线,通过鼠标调节电阻柜手轮调节电阻阻值,以获得实验要求的人为外特性。
第三环节:拓展实验
步骤12:全压起动演示实验。进入拓展实验的全压起动实验,直接合闸,通过实验场景的灯光明暗变化,展示因全压起动导致的电网电压波动现象,并给出警示,增加光线明暗的直观学习体验感。
步骤13:选择软启动方式。可选择变频起动、串电阻起动和调压起动方式,进行大型异步电动机的起动实验。
步骤14:选择电气控制柜。已给出可选择的电气柜,根据所选的软启动方式用鼠标点击选择该启动方式下所需的电气控制柜,如图22所示。
步骤14:电机驱动控制系统接线。根据所选的软启动方式以及电气控制柜,进行接线,通过鼠标选择线缆,以点击的方式按ABC三相的顺序连接到控制柜接线处。
步骤15:电机起动实验。根据实验要求,以电压调整条调节参数,合闸起动电机,电机参数曲线随时间产生变化,观察电机起动的机械特性,并且对应不同时间下电机的电磁场和温度场会产生瞬时变化,以直观的形式观察学习,增加体验感。
步骤16:自主探究起动实验。再次自主调节参数,重复步骤15,进行电机起动实验,以获得逼近实验要求的实验结果,要求学生进行探索学习,通过自主学习,掌握调节参数的方法,提升解决问题的能力。
步骤17:提交最逼近实验要求的实验结果并填写主观评价。在多次实验结果总选择最逼近实验要求的实验结果最为最终实验结果提交,对比各次实验数据,定性分析参数变化对电机机械特性的影响规律,并填写作为实验的自我主观评价,形成提高能力的形成性评价,激发学生探索学习热情。
步骤18:选择调速方式。选择除已选作起动方式外的另外两种方式进行调速,如选择变频起动,则只能选择串电阻或调压方式进行电机调速,要求并鼓励学生进行多次探索性实验。
步骤19:进行电机调速实验。根据所选的调速方式,选择所需的电气控制柜并接线,以电压和频率调整条调节参数,合闸起动电机,电机参数曲线随时间产生变化,观察电机起动的机械特性,并且对应不同时间下电机的电磁场和温度场会产生瞬时变化,以直观的形式观察学习,增加体验感。
步骤20:自主探究调速实验。再次自主调节参数,多次重复步骤19,探索学习电机调速实验,以获得逼近实验要求的实验结果,以逼近的结果作为评分标准,构成提高能力的形成性评价,激励学生尝试多次探索。
步骤21:电机运行堵转尝试脱困。电机运行中负载突然增发,造成电机运行堵转,实验要求尝试在规定时间内尝试脱困,若判断不能脱困可选择停机,鼓励学生探索实验。
第四环节:探究实验
步骤22:学习电机缺相故障现象及原因。展示电机定子线圈单相绝缘击穿并烧毁场景,以直观的形式展示故障特征及原因,并以声光的形式提升实验的体验感。
步骤23:选择故障下电机起动方式。可选择变频起动、串电阻起动、调压起动和串电抗起动方式,进行大型异步电动机缺相故障下的起动实验。
步骤24:选择电气控制柜并接线。已给出可选择的电气柜,根据所选的故障下电机起动方式选择所需的电气控制柜并进行接线,如图34和35所示。
步骤25:电机故障下起动实验。根据实验要求,调节电压、电流等参数,合闸起动电机,观察电机起动的机械特性,其中实验要求有两个:1)与正常工况起动实验要求相同,2)难度高于正常工况起动实验要求,如图36所示,鼓励学生进行挑战自己的探索实验。
步骤26:自由探索实验。多次自主调节参数,进行电机起动实验,以获得逼近实验要求的实验结果,要求学生进行探索学习,通过自主学习,掌握调节参数的方法,提升解决问题的能力。
步骤27:故障调速:采用故障起动的方法,在缺相故障下对电机进行调速操作,获得逼近实验要求的实验结果其中实验要求有两个:1)与正常工况起动实验要求相同,2)难度高于正常工况起动实验要求,鼓励学生进行挑战自己的探索实验。
步骤28:对比学习。对比非故障和故障状态下电机的起动与调速的参数调节与实验结果,归纳不同工况下电机外特性的变化规律,并填写作为实验的主观评价,形成提高能力的形成性评价,激发学生探索学习热情。
第五环节:实验考核
步骤29:实验考核。点击实验考核,完成20个选择题。