供变电技术课程控制信号回路章节的可视化教学法

屈志坚

摘要：断路器控制信号回路章节部分，一直是电气工程学科供变电技术课程讲解的重点、难点，从由平面剖图认识继电器到实物可视化观察、理解触点图和断路器动作前位置状态、教师讲解断路器手动合闸过程的原理和学生分组讨论断路器分闸过程等四个方面进行了可视化图形流程教学法实践，教学实践表明，可视化教学法能使抽象的供变电控制信号回路形象化、实物化，使静态图片变成动画，强化了学生的感性认知，可以促进教学互动，突破供变电技术专业课程的教学难点，更好地为学习专业课程提供参考借鉴。

关键词：专业课程;可视化教学法;控制信号回路;元件实物

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2016）42-0169-02

供变电技术是电气工程学科的重要核心专业课程之一，属于电气工程师职业资格证书供配电专业考试的重要内容，其中灯光监视的断路器控制信号回路这一章，是该课程的重点和难点，由于控制元件的触点多、继电器连接关系复杂，很多学生在课程考试中暴露出很难掌握该章节的关键内容。因此，如何指导本科电气工程学生学好该门课程，牢固掌握专业知识，具有非常重要的意义。

通过可视化的图形流程教学法，运用教师先预演讲授、学生理解后叙述的教学手段，让学生更直观、更加深刻地理解供变电技术的原理，对学生掌握好专业知识，为工程应用奠定更好的基础。

一、认识继电器

继电器，通常用于自动化控制电路中，是用小电流回路去控制大电流回路动作的一种“自动开关”。作为以弱控强的典型控制元件，在输入激励量的变化达到某一个规定的值时，电气输出电路中使被控制量发生变化，在电路中起安全保护和电路切换的作用。在教材中继电器电路图的图形符号也包括两个部分：一部分用长方框表示线圈，另一部分用一对接点符号表示触点组合。

电磁继电器一般由铁芯、线圈、可动衔铁和触点簧片等部分组成，由于教材只能通过平面剖图给出继电器的内部结构，并在此平面图的基础上讨论继电器的电磁动作及其恢复的原理，这并不能很好地展示继电器本身的立体空间构造，使部分空间感不强的学生不能真正理解和明白继电器触点的控制动作全过程，但继电器触点的控制动作全过程分析，是供变电技术课程中断路器控制信号回路的基础，该部分不完全掌握，就可能会导致对断路器分闸过程和合闸过程的理解混乱。因此，为了增加对继电器原件内部空间结构的认识和理解继电器的触点标记，有必要将若干实际的继电器带入课堂，以华东交通大学的轨道交通供变电技术小班教学为例，小班共32位同学，教师课前带入4个继电器，将同学按照座位顺序分为4个小组，每组分配一个继电器传阅，按每2人给出3分钟的认知时间，共计12分钟内，教师在课堂上通过继电器的平面剖图在屏幕上指明各个部分的名称，学生对应实物观察，重点是要求指明线圈、触点及触点标记。

由于控制信号回路中的继电器多、电路复杂，涉及电路原理、电磁场等先修课程，工程实践性强，导致教学难度大。在正式参加工作之前，作为本科学生很难获得机会在现场获得长期的实践学习。所以，在平面图和实物可视化的条件下，按照学生的分组，让不同组的学生互相提问和互相回答，老师先引导学生们认识继电器的作用，之后，通过提问的方式，指导继电器原理的讲解。

二、理解断路器动作前位置状态

断路器的初始位置状态决定断路器辅助触点状态，断路器的辅助触点的分合，对断路器的动作过程至关重要。初始状态需要确定的内容包括：断路器辅助触点状态、LW2系列控制开关的操作手柄、信号灯、触点盒和控制面板，包括触点盒的节数是多少？怎么安装在开关转轴上的？每一节触点盒里面有多少个定触点和多少副动触片？

教师课前带入1个控制开关，供同学传阅和课间讨论，由老师在课堂试验一下KK手柄从跳闸后正转90度到预备合闸位置，然后再正转45度到合闸位置，之后松开，让学生观察开关手柄自动反转45度，回到合闸后位置。

学生进行可视化观察完成后，依次让学生试验一下相反的过程，即：KK手柄从合闸后反转90度到预备分闸位置，然后再反转45度到分闸位置，之后松开，让学生感受开关手柄自动反转45度，回到分闸后位置。

在学生操作过程中，让同组同学记录下开关手柄在不同位置时对应的触点接通表，为手动分闸和手动合闸过程做好准备。

三、讲解手动合闸过程原理

1.利用回路可视化的模拟演示教学，由老师先讲授断路器控制信号回路的合闸过程，并告知学生认真听讲，讲解完成后将随机抽取同学讲述断路器控制信号回路的分闸过程，有利于让同学注意集中精力。

2.在展开图中标出各元件的新符号对应的旧符号，如图1中用括号标识的元件符号名称，如图1中的电源正极+WFL（对应旧符号为KM），并从初始条件时的状态开始，首先确定断路器各个辅助触点的状态，按照先一次、后二次，先交流部分、后直流部分，先线圈、后触点，先上后下、先左后右的原则进行分析。

3.再根据图1的可视化展开图，由手柄位置分析出触点闭合情况，由闭合触点依次确定哪一个回路接通？亮平光还是亮闪光？哪个继电器动作？

4.按照接通回路中电流流过元件的先后次序，由电源正极至电源负极，给出电路的通路，如图1断路器预备合闸回路的可视化分析中的回路路径从（+WFL）至（-WC）为：

（+WFL）-SA（9-10）-HGn-1R-QF1-KMC-2FU-（-WC）。

四、分组讨论叙述分闸过程

在教师讲授完成断路器的合闸动作过程后，按照让各组同学们先主动叙述后挑选叙述的原则，由4组中每组选一位同学为组代表，分别叙述各个阶段的原理：由第1位同学叙述断路器分闸过程的全部初始状态，第2位同学叙述断路器预备分闸的过程，第3位同学叙述分闸的过程，第4位同学叙述分闸后的过程，每组叙述完成后允许同组人员适当补充，作为老师记录叙述同学和主动补充同学的平时成绩的一个重要依据。

利用可视化的“教”到“学”的全过程可视流程教学方法，在华东交通大学轨道交通供变电技术课程教学中进行了实践，使学生能充分发挥主观能动性，提高专业课程的理论学习水平和动手实践能力、分析思考能力，突破供变电技术专业课程的学习难点，更好地为学生学习专业课程服务。

参考文献：

[1]贺威俊.轨道交通牵引供变电技术[M].成都：西南交通大学出版社，2012.

[2]李正学，程明松，杨洁.基于Matlab的智能计算课程可视化教学[J].教育教学论坛，2013，（17）：263-264.

[3]王勋.电气化铁道概论[M].北京：中国铁道出版社，2009.

Visual Teaching Method for Control Signal Circuit Chapter in The Course of Power Supply Transformer

QU Zhi-jian

（School of Electrical and Electronic Engineering，East China Jiaotong University，Nanchang，Jiangxi 330013，China）

Abstract：The part of the circuit breaker control signal circuit has been the focus and difficult content of explanation of electrical  technology courses in electrical engineering discipline，there from four aspects to take practice in visual graphic flow teaching  method，including understand relay from the plane sectional drawing to visual observation，understand the contact diagram and the status  of the circuit breaker action，the principle of the manual closing process of the circuit breaker explained by teacher and divide the  students into groups to discuss circuit breaker switching process.The teaching practice shows that the visual teaching method can make  the abstract power control signal loop in kind and visualization，make the static picture into cartoon，strengthen the students' perceptual knowledge，promote interaction between teaching and learning，make a breakthrough in the teaching difficulties of the  course of power transformer technology and provide reference for learning the professional courses.

Key words：professional courses;visual teaching method;control signal circuit;component object