电动机调速控制课程

实例3.以IPC为核心的机电控制系统
模拟量板卡
变 频 器
数字量板卡
机器强电
伺服控制板卡 伺服轴
教学内容选择要点：
（1）将电动机与调速方案分块对应，使得电机理
论教学内容服务于学生能力培养目标。
（2）以微机系统为控制核心，以电力电子器件和 技术为驱动中介，以电动机为控制对象，体现多技术
有机融合。
（3）每种控制方案落实到具体的工业控制产品， 使学习内容直接适应于工程应用。
能力训练项目 项目7-1 交流调压器-电动机 调速特性测试 项目7-2 电磁调速器-离合器 电动机调速系统的接线和运行 性能 项目8-1 串级调速系统的运行 控制
学时
三、交流电 动机调速模 块
7
6
8
4
9
项目9-1 变频器的接线和PU面 板操作 项目9-2 变频器-电动机的机 械特性测定
项目10-1通过PU面板设置变频 器参数 项目10-2用PC机设变频器参数 项目10-3 改变变频器的内部 参数改变其拖动特性 项目11-1 SPWM波形合成测试 项目11-2 变频器的圆形磁场 观测 项目12-1变频器的频率跳变与 程序运行 项目12-2变频器的闭环运行
3．合理整合课程内容体系
把交直流电动机、控制电机、直流电动机调速系统、交流 电动机控制系统、伺服控制系统和网络控制技术等内容有机地 结合起来，将课程进行有机的模块组合，分四个模块三个层次 ，以基本知识和技能为为基础层次，课堂教学深入到产品层次 ，最后直接服务于工业应用层次。
内容层次：基本知识和基本技能---典型产品---工程应用
应 用 层 次 产 品 层 次 基 本 知 识 与 技 能 层 次
4．制定体现“工学结合”的合理的教学方案
遵循基于工作过程的课程开发与设计理论，按照核心能 力和课程目标要求重组教学内容，精选教学项目，设计具有 “工学结合”特色的教学方案。
调速控制方面的技能训练采用实训现场讲课加实践的“ 控制任务驱动”教学方式，以工作任务为导向，围绕项目要 求，提出实施方案，一边实践，一边修改，最后完成各种电 动机的运行特性测试、各种调速器参数设置和动作控制任务 。 伺服控制方面的技能训练利用数控机床的排故装置和伺 服系统，在系统接线、参数设置、机械加工等顶岗实践中研 究伺服轴的运行情况。注重提供基于工业应用背景的综合实 训项目。
项目 9-1 项目 9-2
课堂表现+ 动手能力+ 项目报告
10
变频器 结构、 6 分类与 内部参 数
1.变频器-电动机系统 的安装调试维修能力。 2.变频器-交流电动机 的起动、调速、制动控 制能力。 3.变频器的起动转矩估 算能力。
项目 10-1 项目 10-2 项目 10-3
1.变频器的 分类与特 点 2. 交 - 直 交变频器
1. 变 频 调 速 实验台实物介 绍 2.变频器实物 介绍 3.指导学生完 成各部分接线 4.变频器的指 定参数设置 5.机械特性测 试
1.具体运行 结果 2.观察负载 对电动机速 度的影响 3.通过测试 数据分析所 设置参数的 正确性
各能力训练项目的具体实施方案（局部）：
序号 学时
单元名 称
能力目标
电动机调速控制
课程说明
一. 课程发展概况 二.教学内容选取 三.教学方案设计 四.教学团队建设 五.实训环境建设 六.教学方法与手段 七. 课程建设特色
一.课程发展概况
“电动机调速控制”为电气自动化类专业的主干 专业课，具有很强的实践性。 主要前续课程：电路、电子技术、电力电子技术 、微机原理。 主要教学内容：直流电动机调速控制、交流电动 机、交流电动机调速控制、控制电机与伺服控制四大 内容模块。 课程教学目标：传授调速传动领域的电动机技术 、电力电子驱动技术和微机控制技术，培养电动机、 直流调速器、变频器和伺服系统产品的现场应用技能 。对自动化类专业技能型人才的总培养目标具有支撑 作用。
1. 认 识 变 频 器 对结构 3.指导学生完成 课堂表现+ 各部分接线 4.变频器的指定 动手能力+ 项目报告 参数设置 5.实现所拟定对 运行状态
关于课程考核：总成绩100分，过程考核占70分，
终结性考试占30分。过程考核中，职业素质成绩占20分， 工作过程占40分，实施报告占10分。总成绩以项目执行 过程的成绩为主。
课程的五个发展阶段：
1.电动机有级调速教学阶段（93年之前） 2.单独开选修课阶段 93年起随着 PLC实训室与电动机实训室的分离，开设了 “交直流调速技术”选修课。 3. 电动机调速成为必修课阶段 98年以后，变频实验和直流调速实验条件改善，“交直 流调速控制”课程成为必修课程。 4. 内容重新整合阶段 03年起，随着CNC技术和现代机器人技术应用，课程内容 整合，电动机调速内容中加入了位置控制内容。 5.逐步开展工学结合教学的阶段 06年起按专业分模块教学，并随着校内外实训基地的增 多，采用了“教-学-做”合一的教学模式。
2．对课程实施环境的分析：
（1）分析学生具有的基础知识和接受能力： 在开设“电机与调速系统”课程之前，学生已经具有电路 、电子技术、电力电子技术和微机原理方面的基础知识，但工 程数学和物理计算能力有限，学生比较适合定性分析，不太适 应定量分析。
（2）分析师资队伍情况：
从事“电机与调速系统”课程教学的教师需要掌握电磁场 、电机理论、电力电子、微机自动控制的知识，主讲教师在理 论部分都具有足够的知识水平和计算能力，但对调速控制器的 工程应用经验，个体上有较大差异。部分教师缺乏机电一体化 工程项目的实际经验，需要在实施过程中加强研讨。
四.教学团队建设
教师队伍共15人。有2名教授、2名副教授、5名高工、 3名讲师、1名工程师、1名技师和1名助教，最长教龄二十多 年，最短教龄6年，高级职称教师占60%，具有较高的教学水 平和专业技能。 职称结构：正高职称2人，副高职称7人，中级职称4人 ，初级职称2人，职称结构合理。。
初级 正高
中级
6
10
变频器结构、分类 与内部参数
8
11
通用变频器中的功 率器件与SPWM控制 方法 通用变频器的特性、 接线和应用方法
4
12
6
教学 模块
序号
教学单元名称 步进电动机、测速 发电机 、光电编码 器的结构、原理、 特点及应用 同步电动机的变频 调速与无刷直流电 动机
能力训练项目 项目13-1 步进电动机的脉冲 生成与运行特性测试 项目13-2 增量式编码器的输 出波形测试 项目14-1 变频器-同步电动 机的多段速度测试 项目15-1通过CNC编程改变伺 服系统的速度
6
3
项目3-1晶闸管整流器 -直流电动机特性测试 项目4-1四极电动机的 嵌线与装配实践 项目5-1 交流电动机 的拖动特性测试
项目6-1绕线式异步电 动机的起动调速控制
6
二、交流 电动机模 块
4
8
5
4
6
4
教学 模块
序号
教学单元名称 交流电动机的调压 调速电磁离合器电 动机的调速 绕线转子异步电动 机的串级调速 变频器-交流电动 机调速系统的机械 特性
（4）学习内容适应学生毕业后工程应用的需要和
高新技术发展趋势。
三.教学方案设计
设计理念：
设计思路 ：（目标分析→现状分析→模块划分→方案设计）
1.对课程目标的分析:
（1）通过企业调研和专业指导 委员会，确定人才需求和专业培养 目标； （2） 依专业培养目标和毕业 生任职要求，确定专业核心课程； （3）明确职业岗位和职业资格 要求，构建“电动机调速控制”课 程体系。
副高
“双师”资格证：10名校内教师8名有双师资格，占80%。 兼职教师情况：15人中，企业兼职高工5人，占33%。 。 年龄结构：教学队伍中，五十岁以上的教师4名，四十岁 以上的教师7名，三十岁以下的教师5名，年龄结构合理。 职业资格证： 15名教师全部具有不同的职业资格证书。 有6名教师具有高级或中级“电工技能鉴定考评员”职业资格 证，1名教师具有“电子技能鉴定高级考评员”职业资格证， 1名教师具有“楼宇智能化高级工程师”职业资格证，还有2 名教师具有“中级电工技师”职业资格证。 企业工作经历： 15名教师中的有5名教师是企业兼职高 工；10名校内教师中有3名教师具有10--20年的企业工作经历 ，2名教师具有3—5年的企业工作经历。2名青年教师具有半 年左右的企业顶岗实践经历。共9名教师具有企业工作经历， 占90% 。
直流电动机
步进电动机
编码器
实例1：以CNC为核心的现代制造系统
显示器/ 操作面板
RS232C
网络接口
伺服轴 CNC主机 CNC主机 PLC I/O接口 I/O接口
主 轴 变 频 器
机床强电
主轴
实例2：以PLC为核心的生产线控制系统
触摸屏
PLC主机
扩展模板
网 络 单 元
网络接口
变 频 器
伺服轴
机床强电
课程设计方案
教学 模块 序号 教学单元名称 能力训练项目 学时
一、直流 电动机调 速控制模 块
1
直流电动机的结构、原 理、特性认知
项目1-1并励直流电动 机的机械特性测试 项目2-1 并励直流电 动机的起动调速控制
6
2
直流电机的起动、制动 与调速，直流电动机的 无级变速
晶闸管整流电路原理和 直流调速器产品认知 交流电动机的结构、原 理认知 三相异步电动机的机械 特性、工作特性认知 三相异步电动机的起动、 调速和制动
与课程相关的主要职业资格证书： （1）（中高级）维修电工证 （2） 电工上岗证 （3） 电工技师证 （4）机电一体化职业技能（中级）证 （5）（初级）自动化系统工程师证 根据国家维修电工和电工技师职业标准，将“电动机调 速控制”课程定位在“做-学-练”一体化工学结合课程，以 培养核心技能。 核心技能 对各种电动机调速成套产品的选型、接线、 参数设置、故障诊断、运行维护的技能。
40 35 30 25 20 15 10 5 0 A类岗位% B类岗位% C类岗位% D类岗位% E类岗位% F类岗位%
企业人才调研图表
电气03级 电气04级 电气05级
专业指导委员会
核心岗位技能——核心课程
确定课程目标如下:
（1）培养良好的职业道德、严谨的科学态度和积极的团 队合作精神。 （2）对电动机运行原理的规律性的认识能力和基本计算 能力。 （3）对电动机方案、选型的基本计算能力。 （4）对微机-电力电子-电动机控制电路整体原理的基本 分析能力。 （5）具有对不同调速方案共性规律和个性差异的分析能 力。 （6）达到职业资格所要求的调速系统维修能力。
二.教学内容选取
电动机是是机械能转换为电能的基本装置，在各行各业 广泛应用，电动机调速技术是集微型计算机控制技术、电力 电子技术和电气传动技术为一体的高新技术。教学内容涉及 多种电动机动器 伺服电动机
交流电动机
调速器
电磁调速电动机
软启动器 交流电动机
直流调速器 步进驱动器
相关支撑知识
任务9-1: 变频 器的接线 任务9-2：PU面 板操作
9
项目9
1. 变 频 器 的 选 型能力。 2. 具 有 对 变 频 器参数引起机 械特性改变对 认知能力。 3.变频器-交流 电动机的连接 和控制能力。 4.变频器的起 动转矩估算能 力。
1.变频调速的 控制方式 2.变频调速的 机械特性 3.电压与频率的 配合原则
“电动机调速控制”课程相关的主要职业岗位： （1）电机控制电路的设计、安装、调试、维修及技术改造。 （2）自动化设备、生产线机电一体化系统的应用开发、技术 支持、售后服务。 （3）微机调速系统的应用编程、安装、调试、运行和维护。 课程相关的职业岗位能力要求如下： （1）对交直流电动机、控制电机等基础产品的选型、接线、 故障排除和综合运用能力。 （2）对现代变频器、交流伺服系统、直流电机驱动器产品的 选型、接线、参数设置、故障诊断和运行维护能力。 （3）对调压调速系统、串级调速系统、电磁离合器电机系统 的选型和应用能力。
学时
四、控制 电机与 交流伺服 模块
13
4
14
4
15
正弦永磁同步电动 机调速系统原理与 交流伺服系统
项目15-2通过CNC参数改变伺 服系统的运动状态 项目15-3在CNC机床上完成零 件加工
8
合计
84
各教学单元对应的能力训练项目（局部）：
编 号 能力训 练 项目名 称 能力训练 任务名称 拟实现的能力 目标 训练方式手段 及步骤 结果 （可展示）
（3）办学条件现状分析：
实施“电机与调速系统”课程相关的实训室有电机实训室、 电力电子实训室、变频实训室、数控实训室。电机实训室具有电 机参数测试和特性分析的实训条件；电力电子实训室具有调压调 速、串级调速控制方式的实训条件；变频实训室具备变频器参数 设置、安装、调试的实训条件；数控实训室具备伺服系统和生产 加工实训条件。另外，在校外实习基地顶岗实践中，可以进行以 调速为专题的实训项目。
能力 训练 项目 编号
其他内容 知识目标 教学方法与手段 1. 变 频 调 速的控制 方式和机 械特性 1. 变频调速实 验台实物介绍 2.变频器实物介 绍 3.指导学生完成 各部分接线 4.变频器的指定 参数设置 5.特性测试 考核方式
9
变频器交流电 动机调 6 速系统 的机械 特性
1.变频器的选型能力。 2.具有对变频器参数引 起机械特性改变对认知 能力。