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图2 同步电机的结构部件
图3 同步电机的主要部件
3． 电机学多媒体课件的结构与知识表示
3.1 课件的体系
为了使用方便，课件内容的编排仍然参考传统教材的体系，分为磁路和变压器，交流电机的共同问题，同步电机，异步电机以及直流电机这五大部分。直流电机部分也可以放到前面。
3.2 知识结构与知识表示
为了使课件具有激发兴趣、易于理解、易于记忆和便于应用这种综合的效果，在对重点难点问题进行介绍时，特别注意介绍相关的知识结构、知识框架，以及新的框架与学生已经掌握的知识结构的有机联系。在对框架中的具体问题进行描述时，侧重点放在激发兴趣、建立物理概念及物理概念与数学模型之间的接口。以下以交流电机脉振磁场、旋转磁场为例，说明课件的知识结构和知识表示方法。
3.3 交流电机脉振磁场与旋转磁场的知识结构与知识表示
交流电机电枢电流产生旋转磁场问题是电机理论中最重要也是最困难的问题之一。与本科生、研究生的多门后续课程以至研究工作都有密切联系。以往电机教学
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中的大量难点问题的出现与未能掌握旋转磁场的知识有关。在本课件中采取了从磁场（磁力线）的分布到气隙磁动势的分布，从物理概念到数学模型的顺序。采用以下环节实现对知识结构的表示。
① 通过特殊设计的动画建立脉振磁场及旋转磁场的概念；
② 通过交互式有限元分析及讲解，认识磁力线在空间的分布及其随时间的变化；
③ 通过老师讲解，结合观察动画，建立气隙磁势的概念；
④ 建立气隙磁场的数学模型，进一步掌握脉振磁势及旋转磁势的特点。 1．脉振磁场及旋转磁场概念的建立
（1） 认识电枢磁场的磁路、磁极和磁力线分布
课件中采用只有一个线圈的电枢绕组通直流电时的磁场作为实例，采用和简单电磁铁的磁场相比较的方法进行介绍。图4是专门设计的动画模型。图5是磁力线分布。
a) b)
c) d)
图4 电枢磁场的磁路与磁极 图5 电枢磁场的磁力线
(2) 认识电枢单个线圈的脉振磁场
在认识电枢绕组通直流电时的磁场的磁路、磁极和磁力线分布特点之后，进一步通过图6认识电枢单个线圈脉振磁场的磁极分布区域的变化情况。通过图7认识矩形波脉振磁场及其基波的特点。
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a) b) c) 图6 脉振磁场磁极分布区域的变化
图7 脉振磁场的基波
（3）认识旋转磁场
在建立了单相电流磁场的磁路、磁极及磁场脉振的概念后，通过图8所示动画容易建立起旋转磁场的基本概念。原来所谓旋转磁场实际上是定子内圆N极与S极的极性区域在随时间周期性变化，而且，在两极电机中，电流变化一个周期，磁场就转过一圈。在老师的引导下，可以进一步认识到旋转磁场的其它重要性质，例如当某相电流达到最大值的瞬间，三相合成磁场的轴线与该相绕组轴线重合等。
图8 旋转磁场的直观表示
2．通过有限元可视化及教师讲解进一步认识脉振磁场及旋转磁场的特点
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为了进一步认识脉振磁场及旋转磁场的特点，在课件中嵌入了有限元分析可视化程序。使用者完全不必了解后台的程序及算法，只须在图9 a)所示界面输入定子槽数、电机的极数、A相电流相位及所需画出的磁力线条数的最大值，就可以在数秒中内完成有限元分析，并按要求画出相应的磁力线分布。图9 b)与c)就是对应于不同相位的磁场分布图。
a)
b) c)
图9 脉振磁场及旋转磁场有限元分析可视化的界面
3．气隙磁势概念的建立——由气隙磁场发展到气隙磁势
通过教师讲解，结合观察动画，可以进一步方便地引入气隙磁势的概念。将磁场的磁通密度沿定子内圆表面的分布与气隙磁势沿同一表面的分布统一起来。
4．通过坐标展开动画及教师讲解建立磁场空间分布图与数学表达式的接口 为了全面地定量地认识脉振磁势及旋转磁势的特点，需要借助于数学工具。同时，为了进一步分析脉振磁势及旋转磁势的谐波，或分析不对称情况下的椭圆型磁势，采用数学方法也是方便的。此外，一旦建立起磁场空间分布图与数学表达式之间的接口，也就建立起了多媒体课件与传统教材的接口。所以，在了解磁通密度和磁势沿定子内圆表面的空间分布之后，还需要进一步掌握气隙磁势的数学表达式。
在课件中利用图10 所示定子铁心展开动画来形象地表示定子内圆的圆弧坐标与通常采用的用以表示磁势分布的直线坐标的关系。通过该动画一方面容易得到脉振磁势及旋转磁势的数学表达，另一方面，可以方便地掌握如图11所示三个脉振磁
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