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提高学生电力拖动线路能力的方法分析

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摘要:根据教学实践,笔者提出四种旨在提高学生电力拖动控制线路设计能力的思路或方法,即夯实基础、列表分析、经验设计和总结归纳,以供相关教师和学生参考。

关键词:电力拖动控制线路设计能力

目前大学毕业生主要就业方向是生产型企业,职业院校中高职的学生更是如此。生产型企业主要依靠设备进行生产,机电和电气专业的学生毕业后从事的技术工作主要是机械或电气设备的检修维护。其中,电气设备检修维护工作需要学生具备必要的电工基础知识,以及常见低压电器和电动机控制线路的相关知识。电力拖动控制线路与技能训练课程的主要内容就是低压电器与控制线路,其中,控制线路的识读、分析与设计是学生应该掌握的基本能力,是检验学生学习效果的重要标准。对大多数学生来说,识读线路比较简单,分析线路也不算太难,但设计线路就感到力不从心了。笔者在长期的教学实践过程中,总结了几种可以提高学生控制线路设计能力的方法或思路。

一、夯实基础,熟悉电

电动机控制线路由各种电器的部件组合而成。因此,每种电器的符号、组成、工作过程是识读与分析线路的基础,更是设计线路的前提条件。没有电器的基础知识,设计线路便无从谈起。对于电器的符号(文字符号和图形符号)及组成部分,教师需要反复讲解,通过提问、检查、作业等方式使学生加强记忆,让学生看到线路中出现的相关符号时能够立即转换成对应的电器及其部位。电器实物认知、检测与拆装是学生理解电器工作过程的重要方式。实物认知能够让学生对电器形成基本的感性认识。检测与拆装可以强化学生对电器各部分的记忆,加深对电器工作过程的理解,使学生对电器形成一定的理性认识,从而为设计线路打下扎实基础。对于断路器、熔断器等简单电器,无须进行过多讲解,因为每个线路都会用到,而且用法不变。设计线路的重点是掌握接触器和各种继电器的工作过程,而常开和常闭是重中之重。首先,应知晓两类触点的定义,在无外界触发或线圈失电情况下,所谓“平常”(Normally)状态下,断开即为常开,闭合即为常闭。其次,要掌握两类触点的动作顺序和复位顺序,有外界触发或线圈得电时,常闭先断开,常开后闭合;外界触发因素撤销或线圈失电后,复位顺序与动作顺序相反。最后,学生能够通过数字、字母标志以及万用表判断电器实物的常开、常闭,以便于进行线路的安装与检修。

二、列表分析法

设计线路就是把多个不同电器的不同部位按照一定的规律组合起来的过程。这里面涉及三个问题:哪种电器的哪个部位、各部位的位置、各部位的作用。学完低压电器的相关知识,学生能够掌握常见电器的作用及组成,但什么情况下选用什么电器以及把此电器的哪个部位放在什么位置,或者说在电力拖动控制线路中如何体现电器的作用,是学生容易困惑的内容,而这正是设计线路的核心能力。在学习每个线路的过程中,应该让学生清楚地知道线路原理图中各电器部位的位置及作用。在学习了线路原理图的基础知识之后,对原理图进行分解,提炼出每个电器部位的名称、所在位置及其作用,做成表格,每个线路都分解成对应的一个表格。这样可以更加直观而有条理地对线路进行分解,以增强学习效果,且便于学生日后复习。随着所学线路的增加,学生的知识储备不断丰富,线路设计能力也随之提高。对于作用及用法不变的电器,如空开、熔断器、热继电器等配电或保护用电器,在某一简单线路对应表格出现之后,后续复杂线路中出现相应电器可在其表格中忽略,避免重复。对于某些复杂线路中的部分触点,难以快速分析其作用时,可采用对比法:如分析某一常开的作用时,可将其换成常闭、短接、断路三种情况,也可以换成相关性较大的另一电器的常开或常闭(如接触器KM1的触点换成接触器KM2的触点)进行对比分析,从而得出此常开的作用。

三、经验设计法

控制回路是实现线路功能的核心部分,而控制回路主要由常开、常闭和线圈串并联组成。概括起来,一共有串联常开、并联常开、串联常闭、串联线圈和并联线圈五种情况(并联常闭会导致被并联部分在初始状态下短路,在此不作讨论)。如果学生能够理解上述几种设计方式的作用,那么在设计线路时就会快速进入状态,进而提高线路设计能力。串联常开主要是触发作用,当满足某种条件或达到临界值时,常开闭合,进而触发相应功能。如串联按钮的常开,按下按钮时,其常开闭合,线路接通,电动机启动;绿灯串联接触器常开,当接触器得电时,常开闭合,绿灯亮,代表电动机处于运行状态。并联常开的作用主要是触发或自锁(又称保持)。如按钮常开与接触器常开并联时,前者的作用是触发,后者的作用是自锁;时间继电器KT1延时常开与接触器KM常开并联时,KT1计时结束后其延时常开闭合,KM得电,其常开闭合形成自锁,故前者作用是触发,后者作用是自锁。常开与常闭并联时,并联常开的作用是在满足某种条件时将被并联的常闭失效,从而实现特定功能,如皮带运输机线路中的逆序停止部分,停止按钮的常闭与接触器常开并联就属于此种情况。串联常闭与串联常开的作用相反,当满足某种条件或达到临界值时,常闭断开,进而使电器停止工作。如串联按钮的常闭,按下按钮时,常闭断开,线路断开,电动机停止;串联接触器常闭,当接触器得电时,常闭断开,与此常闭串联的电器断电。串联线圈的作用是当与线圈串联的线路接通时,线圈得电,进而使接触器或继电器触点动作(常闭断开常开闭合),完成相应功能。并联线圈的作用是两个或多个并联的线圈同时通断电,如接触器KM1与时间继电器KT1线圈并联,说明KM1与KT1同时通断电,KT1在KM1得电之后开始计时。在实际中,选择哪个电器的触点,各触点串联或并联到什么位置要根据线路的具体功能而定,这要求设计者有丰富的经验。在触点与线圈串并联宏观思想的指导下,不断练习,积累经验,才能逐步提高线路设计能力。

四、总结归纳法

当前的中高职电力拖动教材基本都是按照项目或模块进行编排,把功能相近的典型线路放在一个单元中,便于学生学习。这本身也是总结归纳法的一种体现形式。但教材中缺乏对线路关键点的提取、线路之间的综合以及功能不同但实现方式相近线路的综合与比较。每个线路都是为了完成一个特定的功能,但线路的组成部位较多、组合规律多变,复杂线路更是如此,导致学生难以消化并变成自己的知识储备。其实每个线路实现其功能的关键点只有一两处,如果能抓住关键点,就会简化线路,便于学生理解消化,学生在设计线路遇到类似功能要求的时候能够在大脑中提取出相应的关键点,进而完成线路设计工作。如自锁线路,其关键点可以总结为一句话:在启动按钮一侧并联一对接触器常开。线路的其他部分属于常规内容,并非实现自锁功能的核心部分,因此可以忽略。各个实现典型功能的线路都可以照此方法进行总结、提炼关键点,这在提高学生分析线路能力的同时,让学生掌握设计线路的技术基础。为了给学生创造设计线路的机会,同时为了考查学生的学习效果,可以将两个甚至多个典型线路的功能综合起来让学生设计。比如把点动与自锁正转结合起来,设计点动与连续混合控制线路,在此基础上再加上正反转功能,设计点动与连续混合正反转控制线路,设计几种不同线路并比较各自的优缺点及注意事项。把两地控制和顺序控制结合起来,降压启动和制动结合起来等。学生设计线路之后,任课教师要给予适当的口头鼓励或学分奖励,同时要及时对学生设计的线路进行点评,从而提高学生的线路设计能力。线路的综合分析能力也是提高线路设计能力的一个方面。功能不同的线路可能有相似的控制过程,学生通过对这些实现方式相似的线路进行分析与归纳,总结成一个模板化的控制回路,在设计新线路时遇到类似情况可以直接套用以前的“模板”,从而降低设计线路的难度。比如定子绕组串电阻线路要求电动机启动阶段串电阻实现降压启动,启动结束后切除电阻实现全压运行;两台电动机顺序启动线路要求电动机M1先启动,一段时间后,电动机M2启动M1停止;自耦变压器降压启动线路要求电动机启动阶段电源经自耦变压器降压后进入电动机,启动结束后自耦变压器被切除实现全压运行;星三角降压启动线路要求电动机启动阶段接成星形,启动结束后接成三角形实现全压运行。上述四个线路功能并不相同,但总结一下就会发现,其控制过程是相似的,即线路通电后接触器KM1先得电并且时间继电器开始计时,计时结束后KM1断电KM2得电。因此,上述四个线路可以使用同一控制回路。经过上述分析总结的过程,学生不仅对四个线路的功能及实现方式有了清晰的认识,同时会间接地提高学生设计线路的能力。

五、小结

任何方法都需要教师的辛勤实践与学生的认真练习相结合才能发挥作用。笔者将上述四种方法应用在教学实践中,大多数学生有了进步。不懂线路的学生能够自行分析线路的工作过程,理解线路工作过程的学生具备了一定的设计线路的能力,从而验证了四种方法的有效性。

参考文献:

[1]杨荣秀.浅析电力拖动基本控制线路的教学方法[J].职业,2016(4).

作者:庞博 单位:赤峰工业职业技术学院

家用电器杂志责任编辑:陈老师    阅读:人次