基于大赛设备的变频器教学探讨
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作者:陈艳 陈英 李永
【摘要】变频器真正实现了电动机的无机调速，所以使用变频器的最主要优势是节能环保，而节能是当前世界产品的主流趋势，其普遍应用在风机水泵行业、恒温供水行业以及中央空调行业中。基于此，首先分析了变频模块的教学现状，然后介绍了基于大赛设备的变频器教学设计，最后提出变频器教学的有效方法，希望可以为有需要的人提供参考意见。
【关键词】职业院校 大赛设备 变频器 教学探讨每年一次的全国职业院校技能大赛备受全国所有职业院校的关注，作为中职院校组机电一体化设备组装与调试项目比赛设备，YL-235A在每个中职院校中的普及率不断提升。然而，因为设备价格昂贵、维护成本高等原因，许多院校的YL-235A只是供比赛训练使用，几乎不会在平时教学中应用。一方面，设备长期搁置，无法让所有学生都可以接触;另一方面，尽管采用原来比赛时主要采用的PLC模块，但是忽视了实训器材上触摸屏以及变频器等模块的应用，在很大程度上导致很多教育资源被浪费。因此，必须要针对这些问题做出适当的调整，否则会影响课堂教学效果。
一、变频模块的教学现状分析
近年来，随着变频技术的不断成熟，变频器的价格也越来越合理，应用范围更加广泛。作为YL-235A实训平台的必选模块，变频器模块为学生提供了一个完善的平台，有利于学生加深对变频技术的认识和了解，可以初步掌握变频器的接线及调试，为将来的就业创造更多的机会。但是在平时的教学活动中仍旧存在诸多问题。首先，设计教学内容时，传授的理论知识不符合工作岗位能力，中职、高职的变频器教学内容和大学之间的差别很小，无法充分突出中职院校学生以就业为导向的专业人才培养目标。其次，教师讲授的内容不符合学生实践，学生自身缺乏课堂主动性和积极性，实践环节也没有创新意识，再加上中职学生自身缺乏较强的专业理论技术，造成学生不仅不会做题目，而且不懂得怎样干活。最后，设计教学环节时，绝对评价和相对评价是相脱节的，教学评价通常采用试卷的形式较为单一，教学全过程缺乏不同角度、不同层次的总体评估。
二、基于大赛设备的变频器教学设计
（一）变频器模块教学方案
对于以上的问题，根据YL-235A的变频器实训模块，需要从教学内容、教学方式以及教学评价等方面精心设计教学方案。结合中职学生专业人才培养目标，教学目标不能简单地定位在讲授专业理论知识，还要进一步增强专业技能培养，最关键的是提升学生的综合能力。在选择教学内容时可以将变频器使用说明作为课本，根据全国技能大赛的有关操纵要求及技能鉴定的有关理论要求，依照任务驱动从简单到繁杂设计项目练习。
一般来说，变频器模块参考课时有7个学时，结合任务驱动的教学手段，将课程划分为两大部分：一是使用三菱E5540变频器模块，5个学时;二是使用变频器E740模块，2个学时。彻底冲突传统以教材为主的教学模式，对工作环境进行现场模拟，课本以变频器产品所配的产品使用说明书为主，科学引导学生学习查看使用说明书，有效解决实际生产过程中所遇到的问题。在讲授三菱E540变频器的使用说明书时，在各个子任务下根据理论实践一体化的教学思路，首先要求学生在使用说明书上发现相对应的知识点。然后，由教师向学生演示变频器的正确使用方法。最后，教师提出一个问题，认真考核学生对知识的实际掌握情况。在讲解三菱E740变频器时，必须要改变方法，以学生为课堂教学的主体，模仿E540的使用方式，自己主动探索E740的使用方式，有效完成和E540一样的任务设置。
（二）教学方案实施——教师指导和学生自主学习相互渗透
教师在教学全过程中必须要充分发挥学生在课堂学习中的主导作用，指导其独立思考和自主学习，训练学生按照设计图纸进行操作，以及查找资料信息的能力。鼓励学生不断探索模块上所有端子的使用方式，在最大限度上发挥变频器模块的优点。让学生成为课堂教学的主体，教师对学生实施考核应该结合学生互相知道、互相点评，考核方法灵活多变。但是必须要注意的是，专业理论的相互渗透以及掌握控制实验时间，确保课程稳定有序进行。
该课程采用任务驱动法的优点在于学生能够在教师的指导下完成每项子任務，而且最终自己尝试完成一个新型号的变频器调试。在该过程中，学生能够接触到现场安装调试变频器的所有环节，为其将来在工作岗位上碰到各种型号的变频器奠定良好的知识基础，并提高学生有效解决问题的自信心，提升自身的专业素质。而理论实践一体化教学法的主要优势是教师可以将变频器保护方法、参数含义以及工作原理等枯燥乏味且晦涩难懂的知识点，通过利用多媒体教学课件的演示和学生的及时巩固，使学生对知识点有更加深刻的认识，对突破课程难点有重大的帮助。再加上YL-235A变频器模块具有接线方便、保护措施合理等特点，大幅度提升了教师的教学质量，也提高了实训的安全系数。
（三）教学反思——学生数目和实验器材保持统一
某校拥有41台YL-235A实训仪器设备，每次实训中，班级学生容量尽量不要超出50人，两个人一组，学生能力科学搭配。有些教师采取一人一组的教学模式，但因为指导教师自身时间和精力有限，并且学生自主学习能力存在差异，而且不可以达到显著的教学效果，实训设备维护保养成本也不断提升。若其他中职院校实训器材不够，也可以选择四个人一组或者三个人一组，但是最好不能超出5个人。也可以50%学生学习E540变频器的使用，50%学生学习E740变频器的使用，之后再交换学习。
三、变频器教学的有效方法
（一）多方位认识变频器的结构，深层次理解其工作原理，是真正学好变频器的关键
通常情况下，变频器主要是由驱动单元、微处理单元、滤波、制动单元以及整流等多部分构成。变频调速器和外界的关联大致上划分为两个部分：控制端子和控制面板;主线路接线端，主要包括电动机的频率以及接工频电网的输入端。教师可以利用车间的各项设备，让学生有一种身临其境的感觉，对变频结构有更加全面的了解，为接下来的接线训练奠定坚实基础。变频器是利用转变电动机工作电源频率方法对交流电动机的电力控制设备进行控制。其依赖内部IGBT的断开对输出电源的频率及电压进行适当调整。结合电动机的实际需求提供其所需的电压，进而实现节能调速的目标。在不同类型的异步电动机调速控制系统中，当前性能良好、工作效率较高的系统属变压变频调速控制系统。对于变频装置，应该在转变输出频率的同时转变输出电压的幅值，只有这样才可以满足对这种类型电动机变频调速的最基本要求。变压变频是利用SPWM控制技术原理进行实现，对于该部分抽象化知识的学习，教师必须要利用动画演示方法以及多媒体教学手段，化抽象为直观，让学生对变频器工作原理有更加深刻的理解。
（二）综合运用，综合练习，正确理解由通用变频器构成的调速系统
学生在全面掌握变频器的功能选择以及参数设定后，教师应该明确控制要求，安排学生进行分组实验，在实验中让学生对电动机的多段速控制方式进行更加深入的理解，利用实验提升学生的操作技能水平。在教学过程中可以设置一些栏目，比如：“学习目标”“项目学习”等，这样有利于学生在学习中巩固知识，进而提高学生的学习效率，保证课堂教学质量。
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