《电力电子技术及变频控制》课程标准word文档良心出品.docx

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《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

变频调速系统的设计

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

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，提高学习效率。

在实验过程中出现的问题可以在最后进行讨论，并进行总结。

参考案例1：

自动控制路灯电路的焊接与调试

课时：

2学时。

目的：

（1）加深理解单相交流自动控制开关工作原理

（2）加深理解光敏电阻的工作原理

（3）掌握BT169单向晶闸管的原理和应用

（4）掌握测试晶闸管好坏的正确方法

材料器具：

自动控制路灯电路板、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：

教学任务实施过程：

●学生分组：

学生每2人一组，以小组合作的方式实施和检查工作任务；

●通过实物、图片和动画展示，介绍电工工具和电工测量工具的功用，由学生通过实际操作掌握其使用方法；

●通过实物、图片和动画展示，介绍光敏电阻和BT169单向晶闸管的结构、原理和功能，介绍测试晶闸管好坏的正确方法，由学生通过实际操作掌握其测量的方法；

●通过教师集中讲解，介绍自动控制路灯电路的工作原理及各个元器件的作用；

●由学生按照自己规划的元件布置和电路走向并实时检查；

●电路接线结束，自己进行电路检查，教师进行通电实验，如有故障在教师的指导下进行故障的排除；

●小组任务全部结束后，建议同学之间共同讨论，总结经验教训，并把个人的经验教训变为大家共同的学习资源，适时在班级进行介绍；

●课后上交工作项目报告，报告格式参考表12

表3自动控制路灯电路的焊接与调试工作任务书

项目名称

自动控制路灯电路的焊接与调试

班级：

姓名：

建议学时：

2学时

性质：

必选

工作时段

日时分----日时分

工作内容

与目标

1、根据自动控制路灯电路图，进行焊接与调试

2、焊接完毕后通电，如有问题，需要排除故障

3、工具的整理与环境清洁

（1）工具整理

（2）环境清洁

4、项目总结与评价

电路图

元器件清单

名称

型号与规格

数量

MG45光敏电阻

BT169单向晶闸管

电阻

25W电灯

安全事项

1、用电安全

2、测量仪表安全使用

3、电力电子元件焊接与操作安全

提交文件

1、元器件和仪表工具清单

2、工作原理分析

3、调试排故记录

4、工作过程得失分析

考核标准

1、元器件安装、布线工艺（40%）

2、控制线路运行及故障排除（20%）

3、熟练程度（10%）

4、安全操作规范、工位与环境整理（10%）

5、项目报告（20%）

参考案例2：

调光灯电路的焊接与调试

课时：

3学时。

目的：

（1）熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及各元件的作用。

（2）掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。

（3）掌握测试BT33单结晶体管的正确方法

材料器具：

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：

教学任务实施过程：

●学生分组：

学生每2人一组，以小组合作的方式实施和检查工作任务；

●通过实物、图片和动画展示，介绍电工工具和电工测量工具的功用，由学生通过实际操作掌握其使用方法；

●通过实物、图片和动画展示，介绍光敏电阻和BT33单结晶体管的结构、原理和功能，介绍测试BT33单结晶体管的正确方法，由学生通过实际操作掌握其测量的方法；

●通过教师集中讲解，介绍单结晶体管触发电路的工作原理及各个元器件的作用，在学生分组讨论之后，能进行电路功能和元件功能的说明以及分析各个点的波形，清楚整个调光的过程；

●由学生按照自己规划的元件布置和电路走向并实时检查；

●电路接线结束，自己进行电路检查，教师进行通电实验，如有故障在教师的指导下进行故障的排除；

●小组任务全部结束后，建议同学之间共同讨论，总结经验教训，并把个人的经验教训变为大家共同的学习资源，适时在班级进行介绍；

●课后上交工作项目报告，报告格式参考表12

表4调光灯电路的焊接与调试工作任务书

项目名称

调光灯电路的焊接与调试

班级：

姓名：

建议学时：

3学时

性质：

必选

工作时段

日时分----日时分

工作内容

与目标

1、根据调光灯电路图，进行焊接与调试

2、焊接完毕后通电，如有问题，需要排除故障

3、工具的整理与环境清洁

（1）工具整理

（2）环境清洁

4、项目总结与评价

电路图

元器件清单

名称

型号与规格

数量

BT33单结晶体管

BT169单向晶闸管

二极管

可调电阻

电容

25W电灯

安全事项

1、用电安全

2、测量仪表安全使用

3、电力电子元件焊接与操作安全

提交文件

1、元器件和仪表工具清单

2、工作原理分析

3、调试排故记录

4、工作过程得失分析

考核标准

1、接线工艺（20%）

2、通电实验（20%）

3、熟练程度（20%）

4、安全操作规范、工位与环境整理（10%）

5、项目报告（30%）

二、直流调速装置

直流调速装置是电力电子技术应用中较为典型的一种装置，本课题通过对与直流调速装置相关的知识：

单相桥式全控整流电路、单相桥式半控整流电路、有源逆变电路以及可关断晶闸管等内容介绍和分析。

使学生能够理解这些电路的工作原理，掌握分析电路的方法。

1、任务与目的

（1）会对单相桥式可控整流电路进行波形和计算；

（2）会对单相桥式半控整流电路进行波形和计算；

（3）掌握有源逆变的工作原理；

（4）会分析晶闸管直流调速装置的工作原理；

2、学习内容

（1）单相桥式可控整流电路（电阻性、电感性负载）的波形分析；

（2）单相桥式可控整流电路（电阻性、电感性负载）下正确选择晶闸管；

（3）单相桥式半控整流电路（电阻性、电感性负载）的波形分析；

（4）单相桥式半控整流电路（电阻性、电感性负载）下正确选择晶闸管；

（5）单相桥式半控整流电路电感性负载续流二极管的作用；

（6）有源逆变的工作原理；

（7）逆变失败的原因；

（8）晶闸管直流调速装置的工作原理；

表5直流调速装置的内容标准

直流调速装置

基本要求

直接调试装置的基本知识

单相桥式可控整流电路的波形分析

会分析单相桥式可控整流电路（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。

单相桥式可控整流电路下正确选择晶闸管

能计算单相桥式可控整流电路（电阻性、电感性负载）下晶闸管可能承受的最大电压与流过晶闸管的电流有效值，正确选择晶闸管。

单相桥式半控整流电路的波形分析

会分析单相桥式半控整流电路（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。

单相桥式半控整流电路下正确选择晶闸管

能计算单相桥式半控整流电路（电阻性、电感性负载）下晶闸管可能承受的最大电压与流过晶闸管的电流有效值，正确选择晶闸管。

续流二极管的作用

熟悉续流二极管的作用

了解半控桥电路种的电感性负载的自然续流和失控现象

有源逆变的工作原理

掌握有源逆变的概念

掌握产生逆变的条件

会分析单相桥式变流电路整流与逆变原理

逆变失败的原因

掌握逆变失败的原因

了解逆变角的限制

参考案例

内圆磨床主轴电动机直流调速装置

会分析内圆磨床主轴电动机直流调速装置的主电路

会分析内圆磨床主轴电动机直流调速装置的控制电路

电力机车电路（选学）

会分析电力机车整流主电路

会分析电力机车有源逆变主电路

参考案例：

直流调试装置

课时：

14学时。

目的：

会对单相桥式可控整流电路及单相桥式可控整流电路进行波形分析和计算、掌握有源逆变的电路的工作原理和波形分析。

材料器具：

图片

教学过程：

●通过虚拟动画展示，分析单相桥式可控整流电路（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。

●通过实际案例计算计算单相桥式可控整流电路（电阻性、电感性负载）下晶闸管可能承受的最大电压与流过晶闸管的电流有效值，正确选择晶闸管。

●通过虚拟动画展示，分析单相桥式半控控整流电路（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，理解半控桥电路种的电感性负载的自然续流和失控现象。

●通过实际案例计算计算单相桥式半控整流电路（电阻性、电感性负载）下晶闸管可能承受的最大电压与流过晶闸管的电流有效值，正确选择晶闸管。

●通过虚拟动画展示，会分析单相桥式变流电路整流与逆变原理及波形，理解有源逆变的概念，产生逆变的条件，以及逆变失败的原因，帮助学生正确选择逆变角。

●对学生按5人一组进行分组，给出内圆磨床主轴电动机直流调速装置电气线路图，要求学生能够在分组讨论之后，由学生分析主电路使用了何种整流方法，工作原理及波形，并由学生分析控制电路使用了何种触发方式，以此检验学习效果。

●给出电力机车整流电路和逆变电路进行波形分析和公式推导，让学生了解整流和逆变电路在实际案例中的应用。

这部分内容以理论学习为主，主要进行波形分析和参数计算，相对比较枯燥，为提高学生的学习兴趣和积极性，特引入两个实际应用中的案例进行分析，并将学生进行分组讨论之后给出方案，不论方案好坏大家都能从中受益。

本部分的第二个实际案例——电力机车电路，相对较难，为选学内容，为学有余力的同学提供学习的平台，建议在兴趣小组或课外学习。

三、风扇无级调速

电风扇无级调速器在日常生活中的应用非常广泛，本课题通过对与电路相关的知识：

双向晶闸管、单相交流调压、交流开关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）掌握双向晶闸管的结构与工作原理；

（2）会对单相交流调压电路进行波形分析和参数计算；

（3）理解交流开关的应用

2、学习内容

（1）双向晶闸管的结构；

（2）双向晶闸管的工作原理；

（3）双向晶闸管的主要参数；

（4）单相交流调压电路的波形分析；

（5）交流开关的应用；

（6）调试风扇无级调速的焊接与调试

表6风扇无级调速的内容标准

风扇无级调速

基本要求

风扇无级调速的基本知识

双向晶闸管的结构

掌握双向晶闸管的结构、外形及符号

双向晶闸管的工作原理

掌握双向晶闸管的四种触发方式

理解双向晶闸管的工作原理

了解双向晶闸管的伏安特性

双向晶闸管主要参数

理解并记住双向晶闸管主要参数的定义

熟悉双向晶闸管型号及其含义

能根据电路参数选择双向晶闸管

单相交流调压电路（电阻性、电感性负