針對教育部提出的新型冠狀病毒肺炎疫情(簡稱疫情)防控期間利用網絡學習(xi) 空間積極開展在線教學活動、實現“停課不停學”的要求，我校麵向電類本科生開設了電感線圈工程設計與(yu) 研究綜合開放實驗項目。該實驗項目要求學生疫情防控期間在家完成程序設計及仿真計算任務，返校後完成動手實踐和實際測量任務，引導學生理論聯係實際，做到學以致用，提高學生的實踐能力和創新意識[1]。
電路課程是我校電類專(zhuan) 業(ye) 的第一門專(zhuan) 業(ye) 基礎課，電磁場課程也是我校電類專(zhuan) 業(ye) 的一門技術基礎課，這兩(liang) 門課程內(nei) 容是電類專(zhuan) 業(ye) 學生應具備的知識結構的必要組成部分，同時又是一些學科交叉領域的學科生長點和新興(xing) 邊緣學科發展的基礎，因此，學好電路、電磁場課程對於(yu) 電類專(zhuan) 業(ye) 的學生至關(guan) 重要[2]。該實驗項目涵蓋電路、電磁場兩(liang) 門理論課程中的多個(ge) 知識點，包括電感的作用原理、阻抗的測量、分布電容、磁導率等理論內(nei) 容，以及編程、仿真、製作、測量等實驗步驟，形成了較為(wei) 完整的工程項目分析與(yu) 實現過程。教學實踐證明，學生參與(yu) 本項實驗的積極性很高，取得了良好的實驗教學效果。
電抗器是電力係統中用於(yu) 限流、穩壓和無功補償(chang) 等的一種電感設備，它有空心式、鐵心式和飽和式三種基本類型[3]。其中，空心電抗器隻有繞組，沒有鐵心，實際上就是一個(ge) 空心的電感繞組。它由多個(ge) 包封組成，包封之間有撐條;每個(ge) 包封又由多層小直徑鋁導線繞製而成[4]。空心電抗器具有結構簡單、電感線性度好、重量輕等特點。小型電抗器生產(chan) 廠家需要研發電抗器設計程序，設計電感為(wei) 空心的電抗器的簡化模型，用於(yu) 指導產(chan) 品生產(chan) 。
結合這一工程背景，要求學生編寫(xie) 多層密繞空心電感線圈的計算設計程序，通過仿真檢測程序正確性，完成電感線圈的實際製作。利用仿真軟件輔助設計電感值測量電路，並完成電感值、分布電容值的測量，分析對比空心電感線圈與(yu) 鐵心電感線圈的異同。
1 電感線圈設計係統
2 ANSYS仿真研究
3 實際製作與(yu) 測量分析
4 實驗結果
5 結語
本文詳細介紹了電感線圈工程設計與(yu) 研究實驗的完成過程。實驗項目以電學基本原理為(wei) 基礎，在研發空心電抗器設計係統的工程背景下，分步設置了編寫(xie) 電感線圈設計係統、仿真分析電感線圈、手工製作電感線圈、仿真設計電路並測量線圈電感值、研究測量分布電容、分析鐵心對線圈電感值的影響六個(ge) 實驗環節，形成了較為(wei) 完整的工程項目分析與(yu) 實現過程。
實驗項目將程序設計與(yu) 工程仿真結合，將理論學習(xi) 與(yu) 實際製作結合，在加深學生對基本電學原理和實際電學元件理解的同時，使學生提前接受設計工作的訓練，有效地鍛煉和提升了學生對知識的綜合應用能力，為(wei) 後期的畢業(ye) 設計奠定了基礎。在教學過程中，教師注重引導學生自行查閱文獻，尋找解決(jue) 辦法並設計方案，鼓勵學生交流合作，激發了學生的學習(xi) 興(xing) 趣與(yu) 探索意識，提升了學生的自主學習(xi) 能力。
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高昕悅 劉曄 鄒建龍 沈瑤 西安交通大學電氣工程學院 |
