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1、变频器应用技术课程标准课程名称：变频器应用技术 计划学时：24 学时适用专业：电气自动化技术 开设学期：第 三 学期制 订：范婕 审 定：石亮婷一、前言1背境变频器调速技术是集自动控制、微电子、电力电子、通信等技术于一体的高科技技术，它以很好的调速、节能性能在各行各业中获得了广泛应用。随着工业的快速发展，变频器和变频器新技术、新产品层出不穷。在变频器和变频器技术快速发展的今天，作为从事自动化相关行业的技术人员，了解掌握变频器和变频器技术是必须的。2课程的性质 变频器目前在工业自动化领域中应用很广泛，如电力、冶金、化工、轻工、建筑等。变频器调速技术是电气传自动化中的一门核心技术，了解变频器、操作
2、变频器、应用变频器已是现代电工必备技能之一。为此，我院在电气自动化专业中开设变频器应用技术这门专业必修课程。变频器应用技术是一门实用性强、职业特色明显的专业技术课程，它牵涉到的专业知识很多，本书就是按照使用者了解和应用变频器的渐进过程,分为入门篇、设计篇、应用篇和维护篇，结合生产工艺和机械设备的应用，详细介绍了变频器的使用范围、工作原理及行业经验，使使用者从理论到实践、从设计到应用由浅入深地掌握变频器基础知识、使用功能、使用系统的设计、节能应用、设备控制、总线控制、维护经验。变频器应用技术课程教学环节包括课堂教学、现场参观，保证了学生有充分的认知时间，具备变频调速系统的设计、安装、调试、维护及
3、设备改造的综合应用能力。3课程设计思路（1）以职业能力培养为目标，积极与行业企业合作，根据变频器相关技术领域和职业岗位的任职要求，参照相关职业资格标准，以创新基于“工作过程”的课程体系，探索和实践工学结合人才培养新模式，以企业真实工作任务为课程主题来设计学习情境，遵循由简单到复杂的原则确定教学项目，增强学生的职业能力作为课程教学目标。（2）校企共建合作进行基于工作过程与任务的课程开发和设计，以工作过程为导向创新课程内容体现职业性，课程以变频器控制系统的生产制造岗位及其在生产设备中的维护维修岗位所需的技能与知识为教学内容，提炼和设计典型的工作任务，以工学结合为突破口，序化知识与能力，结合典型“案
4、例”、“项目”组织教学，在生产现场，以工作过程为导向，采取“教、学、做”一体教学模式开展课程教学活动，完成变频器控制调速控制系统的学习。（3）以工作过程为导向实施课程教学，为了让学生更加深刻的了解企业，提前与社会接轨，再学习过程中发挥团队合作精神，创立优秀班级体。通过任务的发放，考核标准的指定等组织实施过程体现工作过程的完整性。（4）本课程从应用的角度出发，基于工作过程采取“阶段性、梯次递进”的由简到难的原则，以学习领域为平台，以学习情境为主线，以项目为导线，以典型工作任务，设立课程项目，通过教师指导学生开展自立学习完成工作任务或项目，驱动对象，实现对工作过程的认识和对完成工作任务的体验，从而
5、形成职业岗位能力，共设30个学习项目，每个学习项目有若干个工作任务，同时每个学习项目均应从知识技能等方面达到教学的标准。二、课程目标 本课程教学的总目标是使学生掌握通用变频器基础知识、操作、与运行，常用功能解析，常用控制电路选择和使用技能；使学生掌握变频调速技术、PLC应用技术等多学科综合知识与技能，具备变频调速系统的设计、安装、调试、维护及设备改造的综合应用能力，为毕业后参与自动化方面的工作打下扎实基础。具体目标为： 1知识能力（1）掌握课程中变频器和变频器中常用的基本术语、定义、概念和规律，在今后的学习和工作中应能较熟练地应用这些概念和术语。掌握变频器和变频器的组成原理以及使用功能。掌握变
6、频器的节能应用、设备控制及应用。掌握变频器和变频器中标准接口的使用环境和方法。 （2）对变频器和变频器的发展趋势及所介绍的现代接口技术有所了解。（3）掌握变频器维护经验。2方法能力（1）认识变频器和变频器学习的基本方法，逐步发展从不同的角度提出问题，分析问题，并能运用所学知识和技能解决问题的能力。（2）把握变频器和变频器整体知识结构，发展严谨的逻辑思维能力和培养严谨求实的科学态度。（3）养成独立思考的学习习惯，能对所学内容进行较为全面的比较、概括和阐释。3社会能力（1）掌握变频器和变频器基本原理和使用方法，领悟各个不同场合使用的情况，学会分析和解决实际问题。（2）感悟PLC应用技术在工控领域中
7、的广泛应用，进一步认识变频器和变频器的科学价值、应用价值。在实际工程中培养学生的创新素质和严谨求实的科学态度、精神，帮助学生树立科学的世界观。（3）在教学过程中，实现上述课程目标是一个不可分割、相互交融、相互渗透的连续过程和有机整体。在掌握知识的过程中，既有能力的训练，也有方法的了解和运用，更有态度、情感和价值观的体验与培养。掌握知识不是课程学习的唯一和最终目标，而是全面提高专业素养的基础和载体。三、课程内容1学习情境安排及课时分配表学习领域学习情境项目序号项目名称分配学时（H）变频器应用技术情境一认知变频器基础知识子情境1认知交流电机的调速方法1子情境2认知交流异步电机的调速原理1子情境3认
8、知变频器的电路结构1子情境4认知变频器的分类与特点1情境二认知变频器的使用功能子情境1认知变频器的控制方式1子情境2认知变频器的频率给定方式1子情境3认知变频器的运转指令方式1子情境4认知变频器的启动制动方式1情境三变频器使用系统设计子情境1进行变频调速系统的设计1子情境2转速控制应用1子情境3PID控制应用1子情境4通信控制应用1情境四变频器的节能应用子情境1变频节能的典型应用1子情境2给、排水系统的变频器节能控制1子情境3暖通空调系统的变频器节能控制1子情境4注塑机变频节能应用1情境五变频器的设备控制及应用子情境1认知变频设备控制的基本特点1子情境2变频器在机械加工设备中的应用1子情境3变
9、频器在定位控制中的应用1子情境4变频器在电梯中的应用1情境六变频器维护经验子情境1认知变频器维护基本要点1子情境2过压、过流原因及故障定位1子情境3过载、缺相原因及故障定位1子情境4通信故障原因及故障定位1合计242学习情境设计情境一 认知变频器基础知识课时: 4H教学目标教学载体基本要求:1.能区分不同调速方式之间的差异 2.能判别变频器结构及类型 3.能够区分变频器的不同控制方式1能够熟练区分变频器的不同控制方式 2能够进行矢量控制计算 3能知道品牌变频器的命名规则电机模型电路图多媒体变频器图片教学内容教学方法建议基本内容:子情境1 认知交流电机的调速方法1. 异步电机和同步电机的概念2交
10、流电机的调速方式3调速方式汇总比较1.直流电机概念2.直流电机的调速方式子情境2认知交流异步电机的调速原理1. 感应电机稳态模型及基于稳态模型的控制方法2矢量控制方式 3DTC直接转矩控制方式1. 电力传动控制系统2. 负载性质3.坐标转换的等效关系子情境3认知变频器的电路结构1.通用变频器的构成2.典型变频器的主回路构成方式3变频器主回路逆变器和中间回路的形式4运算电路与微处理器 电子电力器件的新技术子情境4认知变频器的分类与特点1.变频器的分类2变频器的技术规范3变频器的个性特点国产品牌变频器 情境二 认知变频器的使用功能课时:4H教学目标教学载体基本要求:1. 能区分变频器的不同控制方式
11、，能在参数组中进行设置2.能针对不同的频率给定、运转指令、启制动方式进行参数设定3能区分模拟量输入的电压、电流类型，并进行正确设置4能够区分变频器的制动方式较高要求: 1能够设置变频器U/f曲线，并进行变频器初步运行 2能够进行矢量控制的参数设置，并进行电机参数输入三菱A500变频器接线图多媒体操作器键盘图片教学内容教学方法建议基本内容:子情境1认知变频器的控制方式1. u/f控制方式2无速度传感器矢量控制方式3有速度传感器矢量控制方式4转矩控制方式1.理论讲授2分组讨论子情境2变频器的频率给定方式1. 操作键盘的给定2. 接点信号给定3模拟量给定4脉冲给定5通信给定1. 理论讲授2. 案例教
12、学3分组讨论子情境3变频器的运行指令方式1. 操作器键盘控制2端子控制3通信控制1. 理论讲授2. 案例教学子情境4变频器的启动制动方式1. 启动运行方式2加减速方式3停机方式4能耗制动和回馈制动方式1. 理论讲授2. 案例教学情境三 变频器使用系统设计课时: 4H教学目标教学载体基本要求:1.能据不同机械特性选择变频器及其控制方式2.能进行基本的变频转速开环控制设计3.能对闭环矢量控制进行参数设置4能对内置PID进行参数设置和基本连线5能根据实际情况设计变频器控制柜较高要求:1能根据不同机械特性选择变频器和控制方式，设计基本的变频转速开环控制2能对闭环矢量控制并进行参数设置和电机调谐3能对内
13、置PID进行参数设置和基本连线，调试多媒体图片变频器操作键盘三菱F500变频器接线图三菱A500变频器应用案例教学内容教学方法建议基本内容:子情境1变频调速系统的设计 1 变频调速系统的基本概念2 变频器的选择3 电动机的选择4变频调速系统的应用1. 阅读讲授2.案例教学子情境2转速控制应用1. 转速控制的基本概念2. 开环转速控制3. 高精度速度控制的实现方法4. 同步器控制1. 案例教学2理论讲授子情境3PID控制应用1PID控制的形式2各种流量工艺的变频PID控制3三菱A500变频PID控制应用实例1. 案例教学2理论讲授3分组讨论子情境4通信控制应用1通用RS232/RS485的通信设
14、计2三菱FX系列PIC与变频器RS485通信应用实例1. 案例教学2理论讲授情境四 变频器的节能应用课时: 4H教学目标教学载体基本要求:1.能正确选择不同工况下变频器节能工作方式 2.能正确设置给、排水变频控制的切换方式 3能对暖通空调系统的变频器应用做合理设计 4能针对注塑机的应用情况选择变频器较高要求:能对小区恒压供水系统的变频器应用做合理设计能使用变频器和PIC来设计暖通空调节能系统小区恒压供水系统实例暖通空调系统实例教学内容教学方法建议基本内容:拓展内容：子情境1变频节能的典型应用1变频器与节能2风机水泵的节能潜力3变频家电的节能应用使用变频器可以节能，还可以降低设备运行故障1.阅读
15、讲授2. 案例教学3分组讨论子情境2给、排水系统的变频器节能控制1.给、排水变频节能控制系统的应用背景2. 变频器在小区恒压供水系统中的应用使用变频器和PIC来设计小区恒压供水系统1.理论讲授2.案例教学3分组讨论子情境3暖通空调系统的变频节能控制1暖通空调系统的变频节能原理2中央空调系统中的循环泵节流变频控制3中央空调变频风机的控制方式使用变频器和PIC来设计暖通空调节能系统1.理论讲授2.案例教学3分组讨论子情境4注塑机变频节能应用1注塑机工艺2注塑机的变频节能改造方案3注塑机的变频节能原理目前注塑机的变频节能改造中出现的问题1.阅读讲授2.案例教学情境五 变频器的设备控制及应用课时: 4
16、H教学目标教学载体基本要求:1.能对机加工中的电机进行变频调试 2.能设计简单的定长电位变频控制3.能调试电梯控制的变频器参数较高要求:能够对矿井提升机设计变频器控制使用变频器设计音乐喷泉系统磨床数控机床电梯应用实例教学内容教学方法建议基本内容:拓展内容：子情境1 认知变频设备控制的基本特点1. 变频设备工艺控制的应用背景2变频设备工艺控制的表现特征1减少故障率2节约劳动力1.导引文法2.阅读讲授子情境2变频器在机械加工设备中的应用1机械加工行业的应用背景2变频器在外圆磨床上的应用3变频矢量控制在数控机床中的应用变频器在水泥包装机中的应用1.理论讲授2.案例教学子情境3变频器在定位控制中的应用
17、1定位控制的应用背景2三菱变频器在印花机定位控制中的应用变频器在金属塑料板材控制中的应用1.理论讲授2.案例教学子情境4变频器在电梯中的应用1. 电梯行业的应用背景2变频控制电梯的综合评价和特点3提高变频控制电梯运行可靠性和舒适感的有效途径4电梯变频PLC控制系统的设计和应用S曲线加减速方式的选择和参数设置1.理论讲授2.案例教学情境六 变频器维护经验课时: 4H教学目标教学载体基本要求:1. 能根据故障代码进行故障定位，并找出基本原因2. 能对症下药，并修改必要的参数，确保变频器无故障运行较高要求: 能够进行故障定位并排故，保障变频器无故障运行变频器操作面板图片变频器故障案例教学内容教学方法
18、建议基本内容:子情境1认知变频器维护基本要点1变频器故障或报警的分类2变频器简易故障或报警的排除及其基本方法3日常和定期检查项目1.理论讲授2.归纳法子情境2过压、过流原因及故障定位1过压、过流原因分析2茶叶机变频器恒速运行过压3. 过流故障处理对策4. 换热加泵变频器过流1.理论讲授2.案例教学子情境3过载、缺相原因及故障定位1过载、缺相故障现象2水泵变频过载3. 输入整流桥缺相故障1.理论讲授2.案例教学子情境4通信故障原因及故障定位1通信故障现象2力控组态软件通信故障1.理论讲授2.案例教学四 课程教学条件1.学生基础条件变频器应用技术是电气自动化专业的一门核心职业技术技能课程，具有实践
19、性强、应用面广的特点。该课程对学生在学习过程中要求有学习过电力电子技术、自动控制系统、PLC应用技术等课程的基础，具有一定的读图与分析基本电路的能力。2.教师职业条件由于本课程所具有的独特特点,要求最好有两名专职教师讲解本课程,在教学过程中,对生产生活中变频器的应用现状很熟悉,教学经验丰富、课堂掌控强，授课方法灵活先进，一名具有丰富的理论和一名具有实践经验的老师，二者能够取长补短。3校外实训条件现有杭州天煌实业有限公司、铜川铝业有限公司、西北耐火材料厂等多家校企合作企业，可供组织学生参观、实习。五、课程考核本课程是基于工作过程的系统化课程，课程的考核分为工作过程考核和综合任务考核两大部分，考核
20、内容涵盖工作态度、工作方法、信息的获取能力、信息的处理能力、信息的应用能力、创新能力、团队协作能力、相互沟通能力、社会责任意识、评价自我和他人的能力、工作过程的处置能力、工作任务的完成的进展情况等，以工作方法、信息的获取、处理、应用能力、工作过程的处置能力、工作任务的完成的进展情况为考核重点，每个子情境为一个考核单元，逐步积累为本课程综合成绩。具体权重见下表。学习领域学习情境子情境（或项目）工作过程考核评价综合任务考核评价分值%权重考核方式分值%权重考核方式变频器应用技术情境一认知变频器基础知识情境1 认知交流电机的调速方法2222情境2 认知交流异步电机的调速原理2222情境3 认知变频器的
21、电路结构2222情境4 认知变频器的分类与特点2222情境二 认知变频器的使用功能情境1 认知变频器的控制方式3322情境2 认知变频器的频率给定方式2222情境3 认知变频器的运转指令方式2222情境4 认知变频器的启动制动方式2222情境三变频器使用系统设计情境1 进行变频调速系统的设计2244情境2 转速控制应用2222情境3 PID控制应用2222情境4 通信控制应用2222情境四变频器的节能应用情境1 变频节能的典型应用3322情境2 给、排水系统的变频器节能控制2222情境3 暖通空调系统的变频器节能控制2222情境4 注塑机变频节能应用2222学习领域学习情境子情境工作过程考核评
22、价综合任务考核评价分值%权重考核方式分值%权重考核方式变频器应用技术情境五变频器的设备控制及应用情境1 认知变频设备控制的基本特点2222情境2 变频器在机械加工设备中的应用2222情境3 变频器在定位控制中的应用2222情境4 变频器在电梯中的应用2222情境六 变频器维护经验情境1 认知变频器维护基本要点2222情境2 过压、过流原因及故障定位2222情境3过载、缺相原因及故障定位2222情境4 通信故障原因及故障定位2222合计5050%5050%学习领域课程总成绩=项目考核实得分综合任务考核实得分六实施建议1教学建议（1）本课程的教学要不断摸索适合高职教育特点的教学方式。采取灵活的教学
23、方法，启发、诱导、因材施教，注意给学生更多的思维活动空间，发挥教与学两方面的积极性，提高教学质量和教学水平。在规定的学时内，保证该标准的贯彻实施。（2）教学过程中，要从高职教育的目标出发，了解不同专业对变频器和变频器知识的需求，注意与有关课程相配合，把握好“必需、够用为度”的原则，还要适当兼顾和其他课题所需知识点的教学。（3） 教学中要结合教学内容的特点，培养学生独立学习习惯，努力提高学生的自学能力和创新精神。（4）重视对学生学习方法的指导。督促学生及时、独立完成课外作业。（5）教学中注重现代化教学手段的应用。教学中向学生多多介绍该学科当前的主流技术和未来的发展趋势。（6）要注意课内外结合，创
24、造条件开展与变频器相关的实验实训项目，定期组织学生到企业或设计单位参观和实习，使学生能了解企业生产中通用变频器应用，并亲身感受运用变频器知识进行设备控制设计的优越性，使学生增加对通用变频器的感性认识，增强对变频器应用技术课程学习兴趣及主动性。2课程资源的开发与利用根据课程目标、学生实际以及本课程的专业性、逻辑性、应用性等特点，本课程的教学应该建设由文字教材、PT课件等多种媒体教学资源为一体的配套教材，全套教材各司其职。以文字教材为中心，提供内涵不同，形式多样的学习支持服务，共同完成教学任务，达成教学目标。3教材使用建议教材的编写要体现本课程的性质、价值、基本理念、课程目标以及内容标准。参考资料
25、：变频器行业应用实践 李方圆 北京 中国电力出版社 变频器在注塑机节能中的应用 蓝钢杰 变频器世界七 说明课程重点、难点及解决方案根据课程标准的要求和教材的特点本课程的重点：（1） 变频器的控制方式（2） 变频器的频率给定方式、运转指令方式、启动制动方式（3） 变频调速系统的设计原理（4） 给、排水系统、暖通空调系统的变频器节能控制（5） 变频器在机加工设备、定位、电梯控制中的应用（6） 变频器故障排除方法本课程的难点（1）变频器控制方式（2）变频器调速系统中变频器及控制方式的选择。解决办法在教学内容设计时注重理论知识的系统性,将变频器控制方式、变频器的频率给定方式、运转指令方式、启动制动方式，变频调速系统的设计等知识穿插在变频器的节能应用、设备控制及应用过程中，以激发学生的学习兴趣。充分利用优越的工作学习环境,将理论教学与案例教学相结合，将老师知识讲授与学生自主学习相结合，利用多媒体教学开拓学生的视野，从而多途径加深学生对理论知识中的难点和疑点的理解,提高教学质量。