新时代对《机车电力电子技术》课程教学改革探索

新时代对 《机车电力电子技术》课程 教学改革探索

曹霞 陈希成 王丽娜  

成都工业职业技术学院 四川 成都 610000

 摘 要：铁道机车专业主要工作为电力机车、动车组、城市轻轨的设备、运用、检修等岗位，新时代下培养能够承担铁道机车专业岗位职责的人才是教学工作的核心。该文结合铁道机车专业《机车电力电子技术》课程教学的现状，就如何培养适应新时代下铁道机车专业的技能型人才，对《机车电力电子技术》课程教学改革提出了几点建议。

 关键词： 交直传动 交流传动 机车电力电子技术 教学改革

  1 新时代中国高铁的发展对《机车电力电子技术》教学改革的启示

我国交直电力机车整流器的发展采用50Hz单相交流整流，SS1采用二极管不控整流，其它机车多采用半控桥整流且是二段桥、三段桥或四段桥。交流电力机车是随着鼠笼式感应电动机的发明而产生的，略晚于直流电力机车，由于三相交流接触网供电系统过于复杂，交流电力机车最初无法与直流电力机车竞争。直到20世纪40年代，随着全控型电力电子器件的发展，如GTO、IGBT等器件在变流器的应用； 60年代，随着电力半导体的应用，这种交流传动的机车获得了更大的发展。70年代后期，由于电力半导体已能提供大功率变频装置，使得性能优越的鼠笼电动机电力机车和电动车辆在一些欧洲国家率先获得应用。80年代，大功率可关断电力半导体的出现，以及微机技术的应用，交流电力机车的性能变得更完善、更优越，高速列车开始采用交流电动机驱动。交直交电力传动机车是指通过交流电网供电，由整流器将交流电变换为直流，再逆变为交流，从而驱动交流电动机的机车。

随着电力电子技术的发展，国内外铁道机车广泛采用交直交电力传动机车，各环节如下：整流电路、直流环节滤波器、逆变器、平波电抗器、交流牵引电机。 机车牵引工作时，由受电弓将接触网压引入机车变压器一次侧绕组，经变压器二次侧绕组降压后送入整流电路，将交流电转换为脉动直流电，经直流滤波中间环节平滑A处的脉动，送入逆变器，将直流电逆变为电压和频率可调的三相交流电，经平波电抗器，供给环节三相异步牵引电动机，实现牵引运行。在这个系统中，机车先将电网的交流能量转换为直流能量，然后进一步转换成电压和频率可调的交流能量。

新中国铁道机车发展经历了蒸汽机车时代、内燃机车时代，电力机车时代；电力机车韶山系列到如今的动车组时代；我们不断引进国外先进技术，现在我们进入高速动车新时代，我国先后引进加拿大庞巴迪铁路运输设备有限公司的先进技术联合设计生产CRH1高速动车组；引进日本技术与川崎重工合作开发CRH2动车组；引进德国先进技术与西门子合作开发CRH3动车组；引进法国阿尔斯通技术通过技术转让由长春轨道客车在国内生产CRH5；还有由青岛四方股份公司自主研发CRH380A；唐山轨道客车有限责任公司自主研发的CRH380B。随着逆变技术和交流电机控制技术的进步，电力机车采用异步牵引电机优势明显，因此我国交-直-交流牵引传动是高速列车牵引传动系统的发展主流。

大功率和谐系列交流传动电力及内燃机车的大量使用，对使用这些设备的人员来说提出了严格的要求，其技术水平应具备操作或维修这些先进技术设备的能力。由于铁道机车专业的《机车电力电子技术》课程设置及实践大都停留在交-直流传动的电力机车上，课程内容设置有些已经过时或过于落后。在此形式下，如还按照目前课程内容教学来培养学生将不适应新时代的需要。为此总结《机车电力电子技术》课程教学现状及普遍存在的问题：在目前的教学课程中，多数采取以教师为主体的讲授式教育模式；教学目标与教学内容与近年来电力电子技术的发展不同步，目前广泛使用全控型器件（如IGBT）,而传统教学还以半控型器件晶闸管为主；教学方式与教学手段缺乏工程实践环节，应将传统教学的讲授法与项目实验，电路仿真相结合；教学内容上与高速铁路新时代发展存在差距，成绩考核方式单一。

机车电力电子技术是工程性很强的课程，教学方法将传统的讲授法与实践相结合，还可以利用Matlab的Simulink中的电力电子工具包搭建各种仿真电路。成绩考核方：采用（N+1）考核模式，应加大实践动手环节的考核比例，不在为单一的试卷考核方式。由于课程的特点是电路多、波形多、公式多、信息量很大，在教学中的对各典型电路的电压、电流波形分析任务复杂。根据实际教学经验总结得出，学生对于电力电子电路的工作过程，器件选择以及以及不同负载下的各种波形分析。如理解 “控制角”以及“相位控制”等抽象概念， 为了更好的解决以上《机车电力电子技术》课程教学现状及普遍存在的问题，机车电力电子技术课程改革提出以下建议：完善机车电力电子技术课程体系结构和教学要求；优化机车电力电子技术的教学内容，为此新构建了《机车电力电子技术》教学内容课程结构图如图1-1所示；教学中，重点强化电力电子的器件，四种典型的变换电路，以及PWM控制技术。《机车电力电子技术》课程教学新的教学目标简称“四大五会”。“四大”变流电路：整流电路、逆变电路、斩波电路、交交电力变换。教学要求学生掌握“五会”：会画主电路、会分析工作原理、会计算相关参数、会选择器件型号、会实践或仿真操作，将理论学习与实践操作结合学习。

图1-3新构建的《机车电力电子技术》教学内容课程结构图

 2 新时代铁道机车岗位需求对《机车电力电子技术》教学改革的启示

        铁道机车专业是针对铁路运输业、铁路运输设备制造业等行业的中国国家铁路集团有限公司、城市轨道交通运营公司、铁路机务系统、地方铁路、机车车辆装备修造企业、大型工矿企业等相关企业就业，主要工作岗位是电力机车、内燃机车、动车组、城市轻轨的设备、运用、检修岗位群，例如机车乘务员、机车钳工、机车制动钳工、机车电工、机车检查保养员、机车整备工、机械师等岗位。根据铁道机车专业工作岗位群和现在先进技术，机车专业毕业生的工作主要是机车运用和机车检修。机车运用工作主要人员是机车乘务员，机车检修工作的主要人员是机车检修工。由于铁路机务工作对保障铁路运输安全的重要程度，各机务用人单位对人才的技能要求越来越专业，素质要求越来越高。维修及故障处理技能是一个很重要的方面，设备在使用过程中，一旦发生故障，如不能及时维修处理，必然影响行车。因此，学生职业素质和职业技能的培养质量直接影响就业。机车乘务员及机车驾驶证，需要通过相关的资格考试。机车检修要求考生在规定的时间内按照原铁道部部颁机车全面检查作业程序，检查预先在机车的有关部位假设的故障，发现假设故障，准确报告。因此在《机车电力电子技术》实践教学方面也要紧紧围绕机车相关的检查与调试。

       参考文献

 [1]刘敏军，机车电力电子技术，北京：中国铁道出版社，2012.

[2]王兆安，电力电子技术[M] ，机械工业出版社，2015.

[3] 国家铁路局《铁路机车车辆驾驶人员资格许可办法》（交通运输部令2013年第14号）.

[4] 郑福林.浅议高职教学如何适应现场需求[J].陕西教育：高教版.2009（1）：60.

[5]张大中，电传动机车概论[M] ，成都：西南交通出版社，2001.

[6]连级三，电力牵引控制系统[M]，北京：中国铁道出版社，1996.

[7]黄济荣， 电力牵引交流传动与控制[M], 北京：机械工业出版社，1998.