《电力电子技术及变频控制》课程标准

《电力电子技术与变频控制》课程标准课程名称：电力电子技术与变频控制适用专业：电气自动化计划课时：68课程学分：4先修课程：电气控制系统安装与调试后续课程：综合电气装调，自动化生产线安装与调试制订人：课程标准内容第一部分前言一、课程性质二、课程理念三、课程项目设计思路第二部分课程目标一、总目标1、培养学生综合运用所学专业知识的能力2、培养学生基本电气操作技能3、培养高素质的电机电器、电力牵引及电气控制设备的运行、维护、技术改造、安装调试技术人才二、具体目标1、能力目标2、知识目标3、素质目标第三部分内容标准一、调光灯【参考案例】1、自动控制路灯电路的焊接与调试2、调光灯电路的焊接与调试二、直流调速装置【参考案例】1、内圆磨床主轴电动机直流调速装置2、电力机车电路（选学）三、风扇无级调速【参考案例】1、调速风扇无级调速的焊接与调试2、三相自动控温电热炉电路四、开关电源【参考案例】1、PC主机开关电源主电路五、变频调速系统【参考案例】1、基于变频器的三相异步电动机正反转七段速控制线路设计、装接与调试第四部分实施建议一、教学实施建议二、教学评价建议1、对学生的评价2、对教师的资格要求与评价三、课程资源的开发利用四、教学资源编写建议1、教学资料2、学习资料五、课程实施条件1、教学团队要求2、教学硬件环境要求3、学生应具备的条件第一部分：前言《电力电子技术与变频控制》是电气自动化专业核心课程《综合电气装调》的前修课程。《电力电子技术与变频控制》课程标准参考高级维修电工有关电力电子部分和电气控制部分的技能和知识要求，依据电气自动化专业人才培养规格要求课程教学目标制定。该课程通过电能变换电路的选择、计算与测量、调整和故障分析的训练，为学生从事电机电器、电力牵引及电气控制设备维修奠定基本知识，积累初步调试技能和维修方法。一、课程性质本课程是电气自动化专业学生的一门专业基础课，本课程基础性强，它架起了弱点与强电之间的桥梁、同时本课程又具有很强的实践性，起到了理论联系实践的作用。电力电子技术是一门电子、电力、控制三大工程技术的交叉学科。是电气控制系统安装与调试的后续课程，为综合电气装调打下基础。二、课程理念（一）从通篇通读过渡到“器件认知-电路分析-综合”能力的培养从归纳的角度，将理论知识结构分为三个领域：器件认知、电路分析和电路综合，这三个领域的层次由学习逐渐深入到实践领域。做到器件、电路、应用三方面相结合，以“管为路用、以路为主、重在应用”为原则；以促进理论联系实际、有效培养学生灵活运用基础知识、提高分析能力为宗旨。把电力电子学科的发展方向引入课堂内容，把教学的重点放在电力电子器件的应用电路上解决实际工程问题。（二）从“项目导向”过渡到“行为导向”教学是以教师为主导，以学生为主体，是教与学相互交流的双边过程，教师是教学的组织者，应针对教学内容和学生的具体情况编排教学内容，确定知识点和难点，以及教学方法和教学手段，在教学过程中积极实施启发教育，调动学生积极性，促进双向教学过程。课堂上要随时注意学生的反应，引导学生带着问题听课，对于重点内容要重复强调，与学生进行交流，吸引学生的注意力，提高课堂效率。课堂教学应突出重点，由浅入深，循序渐进。整流电路、逆变电路的工作原理波形分析和参数计算是电力电子技术的重点和难点部分，对这些内容采取精讲多练。对于新型的开关型电力电子器件，如IGBT的应用电路、驱动电路、保护电路等新知识，使学生感到不仅仅是理论知识，也是实际科研中切实使用的，做到课本和实际真正结合起来，使学生灵活学习拓展知识。在教学过程中采用行动导向教学法。（三）保持课程的开放性学习情境载体可替换，课程内容始终保持鲜活。本课程学习情境采用结构化设计，它以目标、内容要求为基础构建学习情境框架，提供多个项目、案例为载体，教师教学时直接使用这些载体，也允许教师从企业实际工作引入新的载体。学生的创新项目也可作为学习情境的载体，并可形成成果。（四）合理使用“实验”、“仿真”等教学手段在整流电路和逆变电路的教学过程中，通过“仿真”手段使学生了解参数变化对线路输出变量的影响，指导学生合理设计。三、课程项目设计思路高职教育的目标是为生产第一线培养大量的下得去、留得住、用得上、实践能力强、具有良好职业道德的高素质、高技能人才。课程项目是引导教学实施和学生学习的主脉络，课程项目的选取直接影响教学效果。《电力电子与变频技术应用》课程从实际电力电子电路中抽取了适合教学的7个典型工作任务作为该课程的教学项目，内容涵盖电能的四大变换以及变频器的应用。表1课程项目的知识-技能递进关系项目模块典型教学项目知识点技能点调光灯自动控制路灯电路的焊接与调试晶闸管的工作原理电路焊接与调试调光灯电路的焊接与调试晶闸管触发电路的工作原理电路焊接与调试直流调速装置内圆磨床主轴电动机直流调速装置整流电路的工作原理电路分析电力机车电路（选学）有源逆变电路的工作原理电路分析风扇无级调速调速风扇无级调速的焊接与调试交流变换电路的工作原理电路焊接与调试三相自动控温电热炉电路双向晶闸管触发电路的工作原理电路设计、布局、装接调试开关电源PC主机开关电源电路直流变换电路的工作原理电路分析变频调速系统的设基于变频器的三相异步电动机正反转七段速控制线路设计、装接与调试变频器的工作原理无源逆变电路的工作原理PWM控制技术电路设计、布局、装接与调试计在教学实施的过程中，教师基于工作过程进行教学项目的设计，典型化的教学项目源于工业现场，体现职业应用技能。学生通过工作任务的实施积累知识、提高技能，在循环递进的过程中锻炼学生独立实施工作任务的能力。项目的安排由易到难，由单一到综合，符合学生学习的认知规律，便于知识的积累和能力的提高。第二部分：课程目标一、课程总目标《电力电子与变频技术应用》是高职自动化类专业的一门技术基础课，是培养电气自动化领域高级技术人才不可缺少的必修课程。（一）培养学生综合运用所学专业知识的能力《电力电子与变频技术应用》课程内容包括整流电路、直流变换电路、逆变电路、交流变换电路以及电力电子控制技术。由学习逐渐深入到实践领域，以促进理论联系实际、有效培养学生灵活运用基础知识、提高分析能力。（二）培养学生基本电力电子设备的操作技能《电力电子与变频技术应用》课程的总体目标是培养电气类学生的电力电子设备装调与维修的通用技能。通过7个任务的技能训练，提高学生实践能力，并为学习后续的《综合电气装调》课程与专业综合技能打下良好基础。（三）培养高素质的电力电子设备安装、调试、维修技术人才《电力电子与变频技术应用》课程作为机电类专业的专业基础课之一，其长远目标是培养高技能的电气装配与调试的技术人才。通过该课程的学习，使学生掌握对常用的电力电子设备具有安装、调试及故障分析排除能力，具备一定的简单电力电子技术设备的设计基础，养成良好的职业规范。二、课程具体目标（一）能力目标能够熟练地运用晶闸管整流、逆变等技术，并能对先进的晶闸管调压设备及变频调速技术进行调试，维护和检修；能够进行交、直流传动装置的常见故障分析；能够对直流调速、调压等高级维修电工的掌握，考取高级维修电工证书；培养学生搜集资料、阅读资料和利用资料的能力。（二）知识目标掌握电力电子器件的基本知识和基本概念；要掌握电力电子技术中晶闸管三相桥式全控整流电路、保护电路、逆变电路的工作原理；选择晶闸管直流电动机系统模块，要掌握高压、大功率直流传动系统中单相桥式全控整流电路和半控整流电路及有源逆变电路的应用；选择交流传动系统模块，要掌握交流传动系统中三相逆变电路的应用；选择交流调压电路模块，掌握双向晶闸管以及由其构成的交流调压电路的分析方法。（三）素质目标1、具备勤奋踏实的工作态度和吃苦耐劳的劳动品质，文明生产；2、具备较好的沟通能力，能够协调人际关系、适应工作环境；3、具有较强的专业表达能力，能用专业术语口头或书面表达工作任务；4、具备积极向上的人生态度、自我学习能力和良好的心理承受能力；5、养成团队合作、认真负责的工作作风，能够通过个人能力或团队协作寻找解决问题的途径；6、积极做好5S活动，养成良好的作业习惯。第三部分内容标准《电力电子与变频技术应用》课程的内容标准包括5个一级主题，即：1、调光灯【参考案例】（1）自动控制路灯电路的焊接与调试（2）调光灯电路的焊接与调试2、直流调速装置【参考案例】（1）内圆磨床主轴电动机直流调速装置（2）电力机车电路（选学）3、风扇无级调速【参考案例】（1）调速风扇无级调速的焊接与调试（2）三相自动控温电热炉电路4、开关电源5、变频调速系统【参考案例】基于变频器的三相异步电动机正反转七段速控制线路设计、布局、装接与调试每个一级主题由若干二级主题及具体内容标准和教学实施过程组成。具体内容标准规定了《电力电子与变频技术应用》课程所要达到的基本的学习目标。教学实施过程列举了有利于学习目标达成的任务准备与资料收集、方案讨论、项目实施、检查评估、总结提高等实施过程建议。一、调光灯调光灯在日常生活中的应用非常广泛，本课题通过对与调光灯电路相关的知识：晶闸管、单相半波可控整流电路、单结晶体管触发电路等内容的介绍和分析。使学生能够理解电路的工作原理，掌握分析电路的方法。1、任务与目的（1）掌握晶闸管的结构与工作原理；（2）理解晶闸管的特性与主要参数；（3）会分析单相半波可控整流电路的波形；（4）熟悉单结晶体管触发电路。2、学习内容（1）晶闸管的结构；（2）晶闸管的工作原理；（3）晶闸管特性与主要参数；（4）自动控制路灯电路的焊接与调试（5）单相半波可控整流电路（电阻性、电感性负载）的波形分析；（6）续流二极管的作用；（7）单相半波可控整流电路（电阻性、电感性负载）下正确选择晶闸管；（8）主电路对触发电路的要求；（9）单结晶体管触发电路的工作原理。（10）调光灯电路的焊接与调试表2调光灯内容标准调光灯基本要求晶闸管的基本知识晶闸管的结构掌握晶闸管的结构、外形及符号晶闸管的工作原理掌握晶闸管的导通、关断条件理解晶闸管可控单向导电的含义理解晶闸管的工作原理了解晶闸管的伏安特性晶闸管特性与主要参数理解并记住晶闸管主要参数的定义熟悉晶闸管型号及其含义能根据电路参数选择晶闸管单相半波可控整流电路（电阻性、电感性负载）的波形分析会分析单相半波可控整流电路（电阻性、电感性负载）输出电压ud、电流id和晶闸管两端电压uT的波形。续流二极管的作用掌握续流二极管的作用及使用场合主电路对触发电路的要求掌握主电路对触发电路的四点要求单结晶体管触发电路的工作原理熟悉单结晶体管出发电路的工作原理、各环节组成及作用参考案例自动控制路灯电路加深理解单相交流自动控制开关工作原理加深理解光敏电阻的工作原理掌握BT169单向晶闸管的原理和应用掌握测试晶闸管好坏的正确方法调光灯电路熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及各元件的作用。掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。参考案例：调光灯课时：16学时。目的：掌握晶闸管的特性，会分析单相半波可控整流电路、理解单结晶体管触发电路的工作原理及调试方法。材料器具：自动控制路灯电路板、调光灯电路板、一字/十字螺丝刀、尖嘴钳、剥线钳、斜口钳、冷压钳、万用表、导线、面包板教学过程：通过实物、图片和动画展示，帮助学生掌握晶闸管的结构、外形及符号；通过自动控制路灯实验、虚拟动画展示，帮助学生掌握晶闸管的导通、关断条件,理解晶闸管可控单向导电的含义,理解晶闸管的工作原理,了解晶闸管的伏安特性；理解并记住晶闸管主要参数的定义,熟悉晶闸管型号及其含义,通过实际案例计算电路参数选择晶闸管通过虚拟动画展示，分析单相半波可控整流电路（电阻性、电感性负载）输出电压ud、电流id和晶闸管两端电压uT的波形，并能分析续流二极管的作用通过调光灯电路实验、虚拟动画展示，帮助学生掌握主电路对触发电路的四点要求，熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及各元件的作用以及单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。这部分内容以知识学习与实际操作相结合的方式，为提高学生的综合应用能力，建议在实施的过程中，可以先进行实际操作，根据实际获得的波形再进行理论分析，使学生能带着问题进行学习，提高