随着高等教育规模的迅速扩大，原有教学设备无法满足教学需要，建立虚拟实验室已经成为高校实验室建设的发展趋势。

　　电机与拖动基础虚拟实验系统是利用现代计算机技术及其图形功能，以直流电机、变压器和交流电机为原型，借助 MATLAB/Simulink 搭建的仿真平台。通过运用虚拟技术仿真完成实际的传统实验过程，从而达到实验的目的。构建虚拟实验室的技术研究现已成为实验研究的热点[1]。徐清超、刘启胜提出了基于 MATLAB 和CAD 的电机教学软件设计方案[2]。李正、杨文焕把虚拟实验应用于电机与拖动基础的课堂教学改革当中[3]。虚拟实验存在的各种优势，已成为促进现代教育改革和实验教学进步的重要途径之一[4]。

　　一、电拖实验教学存在的问题

　　电机与拖动教学目的是通过课程学习，使学生理解、掌握变压器以及常用直、交流电机基本结构、工作原理和机械特性等知识，理论性和实践性非常强，实验环节在教学过程中占据十分重要的地位[5]。实验目的在于配合电机与拖动教学培养学生掌握基本实验方法，能够根据实验目的拟定线路、选择仪表、确定实验步骤、测取数据，在此基础上进行分析研究。虽然实验教学让学生增加了感性认识，更好的学习了本课程，但目前的实验教学依然存在很多问题。

　　一是教学内容模式化，实验缺乏设计性。本校电机与拖动实验课使用的是浙江生产的天煌教仪电机控制试验台，实验台造价高，性能好，但通常只能做一些和变压器、直流电机、异步电机相关基本实验项目，如认识实验及直流电动机机械特性、直流他励电动机在各种运转状态下机械特性、单相变压器、三相异步电动机在各种状态下机械特性、异步电机的调速综合实验等。对于这些实验，学生根据教师和实验指导书书的规定操作连接，可以得到预定结果，但无法达到实验课的要求。这些实验基本是验证性实验，只适合培养学生最基本的实验技能，不能开拓学生的创造性思维。这些实验也不需要学生有什么创造性想法，严重阻碍了学生的思维能力，起不到提高动手能力和运用理论知识去分析、解决问题能力的作用。另外，教师就学生在实验过程中遇到的问题通常是给予直接帮助，而不是引导学生如何自己解决问题，限制了学生的思维。每次实验学时很短，学生只是一味的按书本连线、测数据、得到试验结果，教学内容模式化，缺乏设计性。

　　二是实验设备存在局限性。电机与拖动实验仪器散乱放置、缺少调理，容易产生故障。现行装备保护电路大多只具有过压保护、短路保护、过流保护等功能，不具备欠压和掉相保护，以及没有零线或者接地线断线保护等功能。此外，受到实验设备数量限制，无法确保每个学生都能得到动手锻炼机会，以至于部分学生失去实验兴趣。

　　三是控制的动态过程难以观察。由于电机与拖动课的相关实验项目比较单一，基本都是验证性实验，并且是围绕各类电机展开的，而实验是在较短时间内完成，根据预定结果得到数据；无从观察到各参数的动态变化过程，学生不理解其中原理。另外，由于实验设备的局限性以及操作性，使得过载和堵转等实验的特殊运行状态难以完成。

　　综合目前教学所存在的问题和一些实际需求，开发了一套以 MATLAB/Simulink 为仿真工具的电机拖动基础虚拟实验系统，并应用于实验教学当中，弥补传统教学环节的缺陷。

　　二、虚拟实验的内容及特点

　　虚拟实验是针对电机与拖动课程开发的一种以软代硬的实验系统。虚拟实验系统可完成的内容主要包括直流电动机转矩特性、机械特性虚拟实验，直流发电机空载特性、调整特性虚拟实验，直流他励电动机四象限运行特性虚拟实验，变压器空载运行、负载运行虚拟实验，变压器空载和闸、副边短路虚拟实验，三相异步电机机械特性虚拟实验，三相异步电动机起动与制动虚拟实验，三相交流电动机调速虚拟实验，三相同步发电机的运行特性的虚拟实验，三相同步电动机运行特性虚拟实验，单相异步电动机的虚拟实验。

　　虚拟实验可兼顾认识与设计性、验证性、综合型、开放性等特点。

　　一是突出认识与设计性。可安排学生自由分组，每组根据对理论知识的理解，自己提出实验方案，教师预审之后学生进行实验。

　　二是突破时空限制。虚拟实验不受时间和地点的限制，学生不需要实验室，可以自由安排实验时间和地点。

　　三是开放。不同于传统实验教学内容，虚拟实验具有很好的开放性，软件系统具有灵活、易更改等特性。学生享有最大程度的自由空间，可以根据实际情况的需要设计实验内容。

　　四是考核灵活性。不再仅以实验数据结果进行考核，还可以根据学生实验过程、实验方案设计对学生实验过程进行全面客观的考察与评价，能更好的锻炼学生发现问题、分析问题和解决问题能力。

　　五是知识理解全面。Matlab/Powersystem 中有很多电机模型，对学生理解不同种类电机结构与工作原理有很好的帮助作用。

　　三、虚拟实验系统实验实例分析

　　虚拟实验过程可以概括为 4 步：模型建立→模型参数设置→模型仿真→仿真结果观测。比如，利用Simulink 中直流电机模型、直流电源及变阻箱等模块实现电枢回路串电阻调速的仿真模型，见图 1 。

图 1. 电枢回路串电阻调速仿真模型

　　四、结 语

　　虚拟实验内容具有多样化和开放性特点，不受实验地点、时间限制，降低了实验成本。虚拟实验教学有利于学生掌握电机与拖动课程中的基本理论，能很好的培养学生分析问题、解决问题能力，具有因材施教、分层教学、随时随地交流等特点。在充分发挥虚拟实验优势的同时，不能忽视传统实物实验教学，虚拟实验与实物实验相结合可增强学生实验的积极性，培养学生创造性。

　　参考文献：
　　[1]张刚.构建网络虚拟实验室技术研究[J].实验室研究与探索,2008,27(3):55-58.
　　[2]徐清超,刘启胜.基于 MATLAB 和 CAD 的电机教学软件[J].电力系统及其自动化学报,2005,17(4):94-97.
　　[3]李正，杨文焕．《电机与拖动基础 》虚拟实验的教学研究[J]．中国电力教育，2008,11(1):23-24.
　　[4]曾繁玲.电机拖动与控制课程教学改革的实践[J].高等函授学报,2009,22(3):33- 35.
　　[5]刘启新.电机与拖动基础[M].北京: 中国电力出版社,2006 :15-20.

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