弧焊電源A教學大綱

PAGEPAGE12《弧焊電源A》課程教學大綱一、課程基本信息課程名稱弧焊電源A課程編號310040074課程性質必修課課程類別專業(yè)課開課單位機電工程學院授課學期第六學期學分/學時2/32課內學時32理論授課32上機學時0課內實踐4實驗學時0課外學時37適用專業(yè)材料成型及控制工程是否雙語否先修課程電工電子技術后續(xù)課程特種焊接技術、焊接生產(chǎn)管理二、課程簡介《弧焊電源》是材料成型及控制工程專業(yè)（焊接方向）本科生必修的理論性較強的專業(yè)必修課，是材料成型及控制工程專業(yè)（焊接方向）人才培養(yǎng)知識體系中的重要組成部分。本課程從焊接電弧這一特殊負載的特點和性質出發(fā)，提出對焊接電源三大基本電氣特性的要求，系統(tǒng)講解整流式、逆變式和數(shù)字式弧焊電源的電氣原理及外特性控制方法，結合焊接生產(chǎn)實際進行電源選型和用電安全規(guī)范的教育。通過本課程的學習，使學生掌握弧焊電源的基本理論知識和各類弧焊電源的特點，能夠根據(jù)不同焊接工藝的特點，進行正確的電源選型。能夠運用相關理論提出弧焊電源控制理念，促進焊接新工藝、新設備的發(fā)展，為焊接工程實際服務。三、課程目標及對畢業(yè)要求指標點的支撐（一）課程目標通過本課程的學習，使學生達到以下目標：課程目標1（知識目標）：了解電弧放電的基本原理和焊接電弧的特殊電氣特性，熟悉焊接電源的基本功能、構成及其三大基本電氣特性，熟悉典型的焊接電弧負載對焊接電源的特殊要求；掌握常用弧焊電源的外特性及其控制原理和具體的實現(xiàn)方法。課程目標2（知識目標）：掌握弧焊變壓器的基本原理及應用；掌握直流弧焊發(fā)電機與硅弧焊整流器的結構和工作原理；晶閘管整流式弧焊電源的主電路、控制電路的電路構成及工作原理；掌握典型逆變式弧焊電源的主電路、控制電路的電路構成及工作原理。課程目標3（能力目標）：了解數(shù)字化弧焊電源的原理、基本構架及使用特點；掌握焊接電源用電安全基本法規(guī)，焊接電源的選型和基本使用。課程目標4（素質目標）：通過課程教學，培養(yǎng)學生追求真理的理想和獻身科學的精神，樹立學生現(xiàn)代科學的自然觀、宇宙觀和辯證唯物主義世界觀。通過了解工程領域科學家成才經(jīng)歷等，激發(fā)學生求知熱情、探索和創(chuàng)新精神，使學生善于思考，勇于實踐。（二）課程目標對畢業(yè)要求指標點的支撐課程目標支撐畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求課程目標1指標點2-1：工程知識指標點2-2：問題分析指標點2-12：終身學習2-1具備材料成型工程及數(shù)學、自然科學等相關知識，并能根據(jù)材料成型及其相關知識、方法，解決復雜的材料成型問題。2-2能夠應用掌握的數(shù)學、自然科學和材料成型的基本原理，識別、表達復雜的材料成型問題，并通過查閱文獻進行研究分析，以獲得有效結論。2-12能夠正確認識終身學習的重要性，并具有自主學習和終身學習的意識，有不斷學習和適應發(fā)展的能力。課程目標2指標點2-4：研究指標點2-5：使用現(xiàn)代工具2-4能夠基于材料成型的相關原理，采用科學方法對復雜的模具、焊接工程問題進行研究，能夠設計實驗，分析和解釋數(shù)據(jù)，并通過信息綜合分析，得到合理有效的結論。2-5能夠針對復雜材料成型問題，開發(fā)、選擇與使用恰當?shù)募夹g、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術工具，包括對復雜工程問題的預測與模擬，并能夠理解其局限性。課程目標3指標點2-3：設計/開發(fā)解決方案指標點2-6：工程與社會指標點2-7：環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展指標點2-11：項目管理2-3能針對復雜材料成型問題，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)保等影響因素，設計和開發(fā)滿足特定需求的模具、焊接工藝及與之相適應的裝備，并能夠在設計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)一定的創(chuàng)新意識。2-6能夠基于材料成型相關背景知識進行合理分析，評價材料成型實踐和復雜材料成型問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應承擔的責任。2-7熟悉環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展等方面的政策，能夠理解和評價針對復雜材料成型問題的工程實踐對環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的影響。2-11理解并掌握工程管理原理與經(jīng)濟決策方法，并能在多學科環(huán)境中應用。課程目標4指標點1-1：思想政治和德育指標點2-8：職業(yè)規(guī)范指標點2-9：個人和團隊指標點2-10：溝通1-1具有堅定正確的政治方向，了解、擁護黨和國家的方針政策，樹立科學的人生觀、世界觀、價值觀，具有社會責任感、創(chuàng)新意識和法律意識。2-8具有人文社會科學素養(yǎng)、社會責任感，能夠在材料成型實踐中理解并遵守材料成型職業(yè)道德和規(guī)范，履行責任。2-9能夠在多學科背景下的團隊中承擔個體、團隊成員以及負責人的角色。2-10針對一定的復雜材料成型問題，能夠與本專業(yè)的研究者交流知識、共同分析討論解決問題的辦法，可以采用座談、討論、演講等方式進行。另外，需要具有國際視野和跨文化交流、競爭和合作能力。四、課程基本教學內容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學內容第一單元焊接電弧及其電特性（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內容電弧是電弧焊接的熱源，而弧焊電源則是電弧能量的供應者，弧焊電源電特性的好壞。直接影響到電弧燃燒的穩(wěn)定性，而電弧是否穩(wěn)定燃燒又直接影響到焊接過程的穩(wěn)定性和焊縫的質量。所以，必須首先了解焊接電弧的物理本質，特別是電特性，然后才能研究電弧對弧焊電源電氣性能的要求。2.重點和難點（1）重點：電弧的產(chǎn)生及其物理特性；焊接電弧的特點及結構；焊接電弧的引燃、靜特性和動特性；焊接電弧的分類及特點；焊接電弧力的種類和影響因素。（2）難點：氣體電離的方式分為熱電離、光電離、撞擊電離和場至電離；電弧引弧的機理；焊接電弧的靜特性為什么呈現(xiàn)U型；影響焊接電弧穩(wěn)定性的因素及改進措施。3.教學方法（1）采用“講授+思政案例”的方式，通過電弧焊技術在我國超級工程中的應用等思政元素的引入，培養(yǎng)學生的民族自豪感和家國情懷，以及不畏艱辛的科學探索精神。（2）采用“講授+多媒體圖片”的方式，直觀地幫助同學們理解電弧產(chǎn)生的原理和引弧過程。4.學生學習預期成果（1）掌握電弧的產(chǎn)生及其物理特性；焊接電弧的特點及結構；焊接電弧的引燃、靜特性和動特性；焊接電弧的分類及特點；焊接電弧力的種類和影響因素。（2）具備分析焊接電弧靜特性和動特性曲線，分析在電流產(chǎn)生變化時對焊接電弧伏安特性曲線影響的能力。（3）具有探究影響焊接電弧穩(wěn)定性因素的能力。5.支撐課程目標通過本單元的學習，使同學們了解電弧放電的基本原理和焊接電弧的特殊電氣特性，結合思政元素的引入，對課程目標1、4起到了支撐作用，并為后續(xù)章節(jié)的學習奠定了理論基礎。第二單元焊接電弧及其電特性（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內容弧焊電源是電弧焊機的核心部分，是用來對焊機電弧提供電能的一種專用裝置，或者說，它是一種提供電流和電壓，并具有適合弧焊和電弧切割等工藝所需特性的裝置。因此，必須熟練掌握弧焊電源的電氣特性和結構，并熟悉其主要特點和負載特性，以滿足焊接工藝的需求。2.重點和難點（1）重點：焊接電源的外特性；焊接電源的調節(jié)特性；焊接電源的動特性。（2）難點：典型焊接電弧負載的特點以及對弧焊電源的基本要求；焊接電源常見的外特性；等速送絲和不等速送絲弧焊電源的工作特點和電弧調節(jié)原理。3.教學方法（1）采用“講授+案例教學”的方式，通過列舉球和不同平面的系統(tǒng)，使同學們了解電弧-電源穩(wěn)定系統(tǒng)及其自調節(jié)特點。（2）采用“講授+案例教學”的方式，幫助同學們掌握不同送絲系統(tǒng)下，弧焊電源對電弧的子調節(jié)作用機理。（3）采用“講授+對比分析”的方式，使同學們掌握弧焊電源的調節(jié)特性和動特特性相關知識。4.學生學習預期成果（1）掌握弧焊電源的外特性、調節(jié)特性和動特性；掌握熔滴過渡時主要過程。（2）具備分析弧焊電源外特性的能力；具備根據(jù)不同的焊接工藝要求，選擇弧焊電源外特性曲線的能力。（3）具有探究弧焊電源外特性曲線影響因素的能力。5.支撐課程目標通過本單元的學習，使同學們熟悉典型的焊接電弧負載對焊接電源的特殊要求；掌握常用弧焊電源的外特性及其控制原理和具體的實現(xiàn)方法，對課程目標1起到了支撐作用，并為后續(xù)章節(jié)的學習奠定了理論基礎。第三單元弧焊變壓器（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內容弧焊變壓器是一種交流弧焊電源，在各類電源中它的占比最大，應用最廣，結構最簡單，并且便于制造、使用可靠、易于維修。本章以一般變壓器理論為基礎，根據(jù)弧焊工藝的要求，闡明弧焊變壓器的特殊性以及結構、機械控制方式和焊接參數(shù)的調節(jié)方式，并介紹常見弧焊變壓器的結構原理和特點。2.重點和難點（1）重點：弧焊變壓器的原理；弧焊變壓器的分類及結構特點。（2）難點：弧焊變壓器的基本方程；弧焊變壓器的等效電路；弧焊變壓器的相量圖；不同類型弧焊變壓器條調節(jié)外特性曲線的方法。3.教學方法（1）采用“講授+視頻動畫”的方式，幫助同學們生動的記憶變壓器的原理和弧焊變壓器的結構。（2）采用“講授+案例教學”的方式，幫助同學們掌握不同類型的弧焊變壓器的結構及工作特點。4.學生學習預期成果（1）掌握弧焊變壓器的基本原理及應用。（2）具備分析不同類型弧焊變壓器工作原理的能力。（3）具有根據(jù)服役條件選擇不同種類弧焊變壓器的能力。5.支撐課程目標通過本單元的學習，使同學們掌握弧焊變壓器的基本原理和分類，對課程目標2起到了支撐作用。第四單元直流弧焊發(fā)電機與硅弧焊整流器（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內容本章主要講解直流弧焊發(fā)電機與硅弧焊整流器的組成和分類、結構特點及基本工作原理，重點分析他們如何通過電磁式控制獲得外特性形狀和調節(jié)特性。簡介內燃機驅動的弧焊發(fā)電機、簡單的硅弧焊整流器、交直流兩用式和脈沖式硅弧焊整流器及有關典型產(chǎn)品等。2.重點和難點（1）重點：直流弧焊發(fā)電機的基本原理和分類；典型的幾種直流弧焊發(fā)電機；硅弧焊整流器的組成和分類。（2）難點：直流弧焊發(fā)電機獲得下降外特性的幾種方法；幾種弧焊發(fā)電機的工作原理；磁放大器式硅弧焊整流器的工作原理。3.教學方法（1）采用“講授+視頻動畫”的方式，幫助同學們生動的學習直流弧焊發(fā)電機的工作原理。（2）采用“講授+文獻調研”的方式，加深同學們對弧焊發(fā)電機與硅弧焊整流器工作原理的理解，并拓展學生視野，了解相關學術前沿。4.學生學習預期成果（1）直流弧焊發(fā)電機和硅弧焊整流器的工作原理及結構分類。（2）具備根據(jù)使用工況判斷直流弧焊發(fā)電機與硅弧焊整流器是否適用的能力。（3）具有探究直流弧焊發(fā)電機與硅弧焊整流器發(fā)展方向及前沿研究成果的能力。5.支撐課程目標通過本單元的學習，使同學們掌握直流弧焊發(fā)電機與硅弧焊整流器的結構和工作原理，結合文獻調研環(huán)節(jié)，對課程目標2、4起到支撐作用。第五單元晶閘管式弧焊整流器（學時數(shù)：3學時）1.課程主要內容本章講授晶閘管式弧焊電源的組成和特點，著重晶閘管可控整流主電路形式及工作原理、移相觸發(fā)電路形式及工作原理、晶閘管弧焊電源外特性和調節(jié)特性的控制方法。2.重點和難點（1）重點：晶閘管弧焊整流器的特點及基本構成；晶閘管整流弧焊電源主電路和主電路拓撲結構；典型主電路整流過程的波形分析；晶閘管整流電源的觸發(fā)控制移相觸發(fā)的原理，典型電路分析及不同外特性的獲得方法。（2）難點：典型晶閘管整流焊接電源的主電路波形分析、不同外特性控制電路的原理分析。3.教學方法（1）采用“講授+案例教學”的方式，使同學們掌握晶閘管弧焊整流器的特點及基本構成。（2）采用“講授+專題研討”的方式，培養(yǎng)同學們的調研能力和表達能力，以項目式教學的方法幫助同學們更好的理解典型晶閘管式弧焊電源電路。4.學生學習預期成果（1）掌握晶閘管弧焊整流器的特點及基本構成；晶閘管整流弧焊電源主電路和主電路拓撲結構。（2）具備分析典型主電路整流過程波形的能力。（3）具有分析晶閘管整流電源的觸發(fā)控制移相觸發(fā)的原理，典型電路分析及不同外特性獲得方法的能力。5.支撐課程目標通過本單元的學習，使同學們掌握晶閘管整流式弧焊電源的主電路、控制電路的電路構成及工作原理，結合專題研討活動，培養(yǎng)了同學們用于探索的精神，為課程目標2、4提供支撐。第六單元弧焊逆變器（學時數(shù)：3學時）1.課程主要內容本章主要講解弧焊逆變器的基本組成、基本原理、逆變主電路及其控制驅動、反饋電路、外特性、調節(jié)特性，以及動態(tài)特性獲得的基本方法和特點、分類和應用。同時，還講授弧焊逆變器這類弧焊電源獲得多功能用途的方法，以及如何獲得脈沖電流和多種脈沖波形的技術原理。2.重點和難點（1）重點：弧焊逆變器的基本原理、特點和分類；弧焊電源用典型逆變主電路的拓撲結構及逆變過程分析。（2）難點：逆變電源的主電路拓撲結構及逆變過程分析；輸入輸出電路特點；時間比率控制概念及其在逆變電源外特性控制中的應用；軟開關逆變電源的特點。3.教學方法（1）采用“講授+視頻動畫”的方式，使同學們深刻掌握弧焊逆變器的基本原理。（2）采用“講授+案例教學”的方式，使同學們掌握此類電源的應用場景及特點。4.學生學習預期成果（1）掌握弧焊逆變器的基本組成、基本原理、逆變主電路及其控制驅動、反饋電路、外特性、調節(jié)特性，以及動態(tài)特性獲得的基本方法和特點、分類和應用。（2）具備能夠將一般電工學中的逆變及時間比率控制知識應用的對焊接電源具體電路的分析中來的能力。5.支撐課程目標通過本單元的學習，使同學們掌握典型逆變式弧焊電源的主電路、控制電路的電路構成及工作原理。結合對學生探索精神的培養(yǎng)，對課程目標2、4起到了支撐作用。第七單元弧焊電源的數(shù)字化控制（學時數(shù)：3學時）1.課程主要內容本章以數(shù)字化控制為主，介紹弧焊電源對控制系統(tǒng)的要求，控制基本方法、分類和特點；講授弧焊工藝的時序控制技術、起弧和收弧技術、一元化調節(jié)技術以及弧焊過程的電流波形調節(jié)技術；講授人工神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法和模糊控制等在弧焊電源中的應用。2.重點和難點（1）重點：數(shù)字化弧焊電源的概念和特點；弧焊電源數(shù)字化控制的關鍵技術。（2）難點：人工神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法、模糊控制的原理；時序控制、引弧和收弧控制；弧焊參數(shù)一元化調節(jié)；弧焊電流的波形控制。3.教學方法（1）采用“講授+視頻動畫”的方式，使同學們理解弧焊電源數(shù)字化控制的關鍵技術。（2）采用“熱點分享+前沿介紹”的方式，幫助同學們掌握人工神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法、模糊控制的原理。4.學生學習預期成果（1）掌握數(shù)字化弧焊電源的概念和特點；弧焊電源數(shù)字化控制的關鍵技術。（2）具備分析弧焊電源數(shù)字化控制原理的能力。（3）具有探究將掌握的智能算法應用到弧焊電源工藝控制中的能力。5.支撐課程目標通過本單元的學習，使同學們掌握數(shù)字化弧焊電源的原理、基本構架及使用特點；通過熱點分享和前沿介紹，培養(yǎng)了同學們的探索和創(chuàng)新精神，對課程目標3、4起到了支撐作用。第八單元弧焊電源的選擇和使用（學時數(shù)：3學時）1.課程主要內容本章主要講授弧焊電源的選擇、安裝和使用，以及安全用電和節(jié)約用電的一般方法和原則。2.重點和難點（1）重點：弧焊電源的選擇依據(jù)；弧焊電源的使用與維護及安全法規(guī)和操作規(guī)程。（2）難點：弧焊電源用電安全法規(guī)；根據(jù)焊接工藝要求、經(jīng)濟性和工作條件正確的選擇和使用弧焊電源。3.教學方法（1）采用“講授+視頻動畫”的方式，使同學們深刻的記憶弧焊電源的選擇和使用、安裝和維護方法。4.學生學習預期成果（1）掌握弧焊電源的選擇、安裝和使用，以及安全用電和節(jié)約用電的一般方法和原則。（2）具備根據(jù)焊接工藝要求、經(jīng)濟性和工作條件正確的選擇和使用弧焊電源的能力。5.支撐課程目標通過本單元的學習，使同學們掌握焊接電源用電安全基本法規(guī)，焊接電源的選型和基本使用，并深刻認識安全生產(chǎn)和安全實驗的重要性，培養(yǎng)了學生認真嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，對課程目標3、4起到了支撐作用。（二）課程基本教學內容對課程目標的支撐課程教學內容教學方法支撐的課程目標學時安排課內課外學時比例第一單元焊接電弧及其電特性講授法、思政案例、多媒體教學等課程目標1、461.5第二單元弧焊電源的基本要求講授法、案例教學、對比分析課程目標161.5第三單元弧焊變壓器講授法、視頻動畫、案例教學課程目標241第四單元直流弧焊發(fā)電機與硅弧焊整流器講授法、視頻動畫、文獻調研課程目標2、441第五單元晶閘管式弧焊整流器講授法、案例教學、專題研討課程目標2、431第六單元弧焊逆變器講授法、視頻動畫、案例教學課程目標2、431第七單元弧焊電源的數(shù)字化控制講授法、視頻動畫、熱點分享、前沿介紹課程目標3、431第八單元弧焊電源的選擇和使用講授法、視頻動畫課程目標3、431合計321.19五、課程考核及對課程目標的支撐（一）課程考核課程成績構成（百分制）課程成績構成比例考核環(huán)節(jié)目標分值考核/評價細則平時成績40%作業(yè)（百分制）40本門課程5次作業(yè)，主要考核各章節(jié)教學重點和難點內容，作業(yè)評分的具體標準為提交時效性和準確率；目標分值=0.4*作業(yè)平均成績*時效系數(shù)；其中，時效系數(shù)=（1-延遲提交作業(yè)天數(shù)*0.1），時效系數(shù)最低值為0.5。課堂表現(xiàn)（百分制）60參與課堂互動、投票、問答、討論等課程活動獲得相應分數(shù)，主要考核學生對基礎知識的掌握程度和課堂聽課狀態(tài)。期末考試60%知識40主要考核學生對所學重點、難點的掌握程度內容及占比為：焊接電弧及其電特性（25%）；弧焊電源的基本要求（25%）；弧焊變壓器（10%）；直流弧焊發(fā)電機與硅弧焊整流器（10%）；晶閘管式弧焊整流器（10%）；弧焊逆變器（5%）；弧焊電源的數(shù)字化控制（10%）；弧焊電源的選擇和使用（5%）?？荚囶}型為填空（20分）、判斷（10分）、選擇（20分）、簡答（20分）、綜合（30分）。能力30綜合應用20創(chuàng)新10（二）課程考核對課程目標的支撐教學內容考核內容考核方式支撐的課程目標第一單元焊接電弧及其電特性1-1電弧的產(chǎn)生及其物理特性；焊接電弧的特點及結構；1-2焊接電弧的引燃、靜特性和動特性；1-3焊接電弧的分類及特點；焊接電弧力的種類和影響因素。作業(yè)、期末考試課程目標1、4第二單元弧焊電源的基本要求2-1焊接電源的外特性；2-2焊接電源的調節(jié)特性；2