《機車電力傳動》本科課程教學實踐與思考

【摘要】針對本院機輛工程專業(yè)的相關課程設置，論證了《機車電力傳動》課程開設的必要性，探討了課程設置的基本思路。通過教學實踐，分析了存在的問題及今后教學需要修正的地方。

【關鍵詞】機輛工程 機車電力傳動 本科教學

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2019）33-0256-01

一、引言

機車電力傳動是鐵路及軌道交通相關院校機輛工程專業(yè)的一門綜合性專業(yè)課程，目前我國原鐵道部下屬的大專院校包括西南交通大學、北京交通大學、大連交通大學等均開設該課程。地方院校中包括上海工程技術大學、上海應用技術大學以圍繞城市軌道交通，向鐵路及其它領域輻射為教學目的，也開設了該專業(yè)課程。應用型本科的課程設置與原有鐵路院校的課程設置必然存在一定的差異性，課程的教學也存在很大的差異性，特別是教學的重點內容和教學模式。為此，本文探討及闡述了如何提高機車電力傳動在應用型本科教學當中的質量和教學效果。

二、教學內容設置基本思路

我院的機車電力傳動課程，采用的教材是北京交通大學出版社的《列車傳動與控制》，主要學習電機學基本理論和原理、結構，牽引電機與主變壓器、機車電器、機車電氣線路、控制原理和常見故障處理等內容。使學生掌握電力機車的控制理論和主型機車主、輔、控電路結構，為學生專業(yè)技術實訓打好基礎。先修課程包括《電工電子學》、《自動控制原理》、《機車總體及走行部》等。

本校以培養(yǎng)一流應用技術型人才為辦學目標，在強調理論扎實的基礎上，重點需要提高學生的動手及解決問題的能力。為此，從2017年開始課程的教學大綱及教學計劃不斷調整，基本思路如下：

1.從原來的64學時改為現(xiàn)在的32學時，把理論的內容放在課堂上，把實際操作的內容和實踐部分放到專業(yè)實習實踐當中。專業(yè)實習實踐是在大四的第一學期末，實習地點為申通地鐵公司的龍陽路培訓基地。通過半個月的實習，學生可以親身見到并經歷到地鐵當中的受電弓、主輔變壓器、整流逆變單元、斷路器及保護等等，并有機會到車上看到實物的工作狀態(tài)。

2.弱化原有的電機原理部分，增加機車電力傳動系統(tǒng)的授課比重，包括交流電機的矢量控制、直接轉矩控制等內容重點詳解。交流電機的變頻控制技術是當今的主流技術，把這部分內容加以突出，有助于學生對新技術的理解，提高學生的綜合水平及競爭力。

三、教學實踐與思考

根據課時量對《機車電力傳動》的教學內容的初步安排如下：

1.緒論部分2學時，主要講解機車電力傳動系統(tǒng)的概述、電力機車及軌道車輛等的工作原理。

2.直流電機的基本結構和運行分析，該部分設置為8個學時，包括：直流電機的基本結構和運行分析、直流電機的電樞繞組、直流電機的感應電勢和電磁轉矩、直流電機的啟動、制動和調速等實際運用的內容。

3.交流電機的基本結構和運行分析4學時，包括：交流電機的繞組、電勢、磁勢、機械特性、工作特性、調速等內容。

4.交流電機的穩(wěn)態(tài)調速設置2學時，動態(tài)調速設置了4個學時。穩(wěn)態(tài)調速包括：交流電機的特性和變頻調速基礎；動態(tài)調速包括：交流電機的矢量控制技術、直接轉矩控制技術等。由于這兩部分內容涉及電機的控制算法，對于本科階段的學生來說有一定的難度，因此放慢速度、重點講解，補充并擴展一些必要的基礎知識，如矢量控制和直接轉矩控制算法本身的起源，后面的發(fā)展，直到目前的狀況。包括算法中的每一個字母代表的具體含義，都給學生講清楚明白，這也是對老師自身的一個考驗。

5.牽引變流電路4個學時，這部分內容需要用到《電力電子技術》的知識，包括：牽引變流元件介紹、脈沖整流器工作原理及控制、牽引逆變器工作原理及中間變流環(huán)節(jié)及控制，脈沖整流器的內容是該部分的重點。其中兩電平脈沖整流器和三電平脈沖整流器對機輛專業(yè)的學生來說尤顯偏難，主要原因是基礎知識相關性太少，內容比較抽象，不容易理解，偏電專業(yè)內容較多。這部分內容必須結合實物，多媒體等手段，把復雜的電學知識從應用的角度給學生進行闡述，讓學生先明白每個零部件設置的目的和作用，再來學習原理，這樣不斷反復的傳授和交流，使學生漸漸有了電學的思維，進而理解整個內容。

6.動車組牽引傳動及控制，6學時，分成三個板塊，分別介紹CRH1、CRH2和CRH3型列車的傳動及控制系統(tǒng)的構成、工作原理及三者的差異，讓學生通過對比的方法，加深理解和印象。

7.習題和復習課2學時。正如前述，機車電力傳動是一門綜合性非常強的課程，涉及的專業(yè)課程較多，知識具有一定的深度，雖然前面對每個板塊都有了詳盡的講解和闡述，但是到了學期末尾，還要通過不斷的練習和強化，才能讓學生真正掌握各個知識點。

上述教學計劃只包括了《機車電力傳動》中最基本的內容，在教學實踐中，由于課時和學生實際的接受能力等原因，對講授內容適時進行了增減：

1.比如講到CRH系列動車組的傳動及控制系統(tǒng)時，已經不能單靠文字講解，增加了視頻教學的內容，挑一些目前比較新的科技動態(tài)播放給學生，讓學生們更直觀的認識和了解當前的技術發(fā)展。

2.在講到矢量控制的時候，現(xiàn)場打開matlab軟件，把矢量控制的simulink模型介紹給學生，告訴他們輸入輸出有哪些量，中間的坐標變換過程是怎樣，最后能得出什么樣的結論，學生的反映非常好，深奧的問題得以清晰的呈現(xiàn)。

通過前述的辦法，考核下來發(fā)現(xiàn)學生比以往單純的教條式學習更能深刻理解和掌握本課程的知識點，除開一些與機輛專業(yè)相差太大的部分，比如電機的等效電路、直接轉矩控制當中的空間電壓概念等，其余內容基本能夠達到要求。

綜合以上，在今后的教學過程中應該進一步對課程內容進行優(yōu)化，讓課程更加貼近軌道交通專業(yè)相關。增加上課過程中的分組討論環(huán)節(jié)，讓學生參與思考和討論，通過該方法來激發(fā)學生聽課的積極性和熱情。進一步增加現(xiàn)今技術發(fā)展現(xiàn)狀的講授比例，與時俱進，避免教學與實踐的脫節(jié)。

四、結語

《機車電力傳動》專業(yè)性強，技術更新快，對授課的教師來說也是一個考驗。在給學生講授課本上的知識的同時，一定要不斷補充新知識、新技術，讓學生有新鮮感和時代感。在以應用技術為辦學指導思想的指引下，每個教師必須思考如何能夠讓學生學到更有意義有價值的東西，而不是完全的照本宣科，這樣才能夠不斷調動學生的學習熱情，保證良好的課堂效果。

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作者簡介：

謝鯤（1976-），男，上海應用技術大學講師，博士，主要研究方向機車電力傳動及自動控制。