变频器教案.docx
- 文档编号:30680914
- 上传时间:2023-08-19
- 格式:DOCX
- 页数:20
- 大小:133.11KB
变频器教案.docx
《变频器教案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《变频器教案.docx(20页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
变频器教案
周次
第一周
备注
章节
名称
概述
授课
方式
理论课
教学
时数
4节
教
学
目
的
1、说明《变频器与传感器技术》在机电相关专业中的地位和作用
2、变频器技术
3、了解该课程学习要求和学习方法
教学内容提要
时间分配
一、说明《变频器与传感器技术》在机电相关专业中的地位和作用
二、变频器技术概述
三、了解该课程的性质、内容、任务和学习方法
四、本课程的学习要求
五、安全教育
六、电子电力技术
20分钟
20分钟
20分钟
20分钟
20分钟
40分钟
40分钟
重
点
与
难
点
了解变频器的基础知识
教
学
方
法
讲授
教
学
手
段
图片、媒体配合
作
业
作业:
p81、2、3、4
教研室主任意见:
签字:
2013年9月4日
教学总结(教学的主要经验、效果、存在的问题、改进的措施、反馈信息等)
结合常见的机械设备及家用电器对变频器的使用来引入课程,从而提高学生的
学习兴趣和学习效率,让学生对知识能有直观的认知,使课堂教学生动活泼。
新
课
教
学
概述
一、《变频器与传感器技术》机电相关专业中的地位和作用
本课程是机电一体化技术专业的一门应用性主干专业课程。
课程的主要任务是通过理论教学、实验、实训来深刻理解通用变频器的基本功能含义,掌握通用变频器的基本编程、操作方法,了解专用变频器的工业应用,培养同学们在变频器应用方面的实践能力和维修能力。
二、变频器技术
2-1变频器技术的发展
我们使用的电源分为交流电源和直流电源,一般的直流电源大多是由交流电源通过变压器变压,整流滤波后得到的。
交流电源在人们使用电源中占总使用电源的95%左右。
无论是用于家庭还是用于工厂,单相交流电源和三相交流电源,其电压和频率均按各国的规定有一定的标准,如我国大陆规定,直接用于单相交流电为220V,三相交流电线电压为380V,频率为50HZ。
其他国家的电源电压和频率可能与我国的电压和频率不同,如有单相100V/60HZ、三相200V/60HZ等。
标准的电压和频率的交流电供电电源叫工频交流电。
通常,把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。
为了产生可变的电压和频率,设备首先要把电源的交流电变为直流电(DC),这个过程叫整流。
把直流电(DC)变换为交流电(AC)的装置,其科学术语为“inverter”逆变器。
一般逆变器是把直流电源逆变为一定固定频率和一定电压的逆变电源。
对于你变频率为频率可调、电压可调的逆变器我们称之为变频器。
变频器输出的波形是模拟正弦波,主要是用在三相异步电动机调速用,又叫变频调速器。
对于主要用在仪器仪表的检测设备中的波形要求较高的可变频率逆变器,要对波形进行整理,可以输出标准的正弦波,较变频波源。
一般变频电源是变频器价格的15-20倍。
由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”,故该产品本身就被命名为“inverter”,即:
变频器。
变频设备也可用于家电产品,如空调,简单地说变频空调是在常规空调上增加了一个变频器。
压缩机是空调的心脏,其转速直接影响到空调的使用效率,变频器就是用来控制和调整压缩机转速的控制系统,使之始终处于最佳的转速状态,从而提高能效。
(常规空调节能20%-30%)普通空调没有忽冷忽热的毛病,因为变频空调是随着温度接近设定温度而逐渐降低转速,逐步达到设定温度并保持与冷量损失相平衡的低频运转,是室内温度保持稳定。
2-2变频器的分类
1.按变频器的电路组成分类:
(1)交-交变频器
(2)交-直交变频器
2.按变频器的控制方式分类:
(1)U/f控制
(2)VC控制(3)直接转矩控制
3.按变频器的用途分类:
(1)通用变频器
(2)专用变频器
2-3变频器的应用
1.节能方面的应用
2.自动化系统中的应用
3.提高工艺水平和产品质量方面的应用
三、学习要求和学习方法
这门课程这学期是门专业限选课,要求大家上完这门课后能够掌握:
(1)变频器对电动机的变频调速
(2)继电器与变频器的组合控制
学习方法:
由于学时有限,本门课程重点是同学们要自主学习,要培养善于思考、善于总结的能力。
备注:
安全教育(每节课需强调)
1、仪表仪容教育及检查(长头发、戴首饰)。
2、学生须服从指导教师的安排,操作时,严格按照操作要求及步骤训练。
3、理论指导实践动手,不懂严谨乱接线、及通电操作,以防设备及人身出事故。
4、在进行电气设备安装和维修操作时,必须严格遵守各种安全操作规程,不得违规操作。
5、操作变频器面板各按键及设备开关、按钮时,不要用力太猛、太重。
6、通电试验操作前,应仔细检查设备、操作工具的绝缘性能及安全用具的绝缘性能是否良好,有问题的应及时处理或更换。
7、接线必须按图施工,通电之前,要对照图纸认真细心检查,无误后方可申请通电,经指导教师同意后,方可接通电源。
通、断电一定要严格按规范的操作顺序、方法进行。
8、切不可将变频器的R、S、T与其U、V、W端子接错,否则会损坏变频器。
9、为了安全,变频器电动机一般接为星型接法。
10、插拔安全导线时要注意防止损伤导线与安全插头。
11、运行中若变频器出现报警现象,要查明原因后复位才能重新运行。
12、一旦发现有人触电,周围人员首先应迅速拉闸断电,尽快使其脱离电源,然后立即报告,并采取正确的急救措施。
14、未经允许不得将实验室内设备及其器材私自带出实验室,如有发生或损坏丢失现象,照价赔偿或按规定处理。
15、实操结束离开工位之前,应整理桌面,并打扫卫生,将本工位收拾整洁,电源断电后方可离开。
第一节电力电子器件简介
在定性分析变频电路时,可将电力电子器件作为理想开关来对待,其理想伏安特性曲线如图所示
一、晶闸管(SCR)
1.结构:
晶闸管内部是四层(PNPN)半导体器件,有三个引出极分别为阳极A、阴极K、门极G,其电气图形符号和内部等效电路如图所示。
(a)电气图形符号(b)内部等效电路(c)伏安特性曲线
二、绝缘栅双极晶体管(IGBT)
1.结构
IGBT是MOSFET和GTR取长补短相结合的产物,是具有栅极G、集电极C、和发射极E的三端元器件。
其等效电路和电气图形符号如图所示。
IGBT的控制部分与MOSFET相同:
电压控制型,控制信号为uGE,输入阻抗高,栅极电流iG约为零,驱动功率小;IGBT的主电路和GTR相同:
工作电流为iC。
2.特性
IGBT的输出特性曲线反映了输出电压uCE和输出电流iC的关系。
IGBT工作在开关状态时和GTR一样,在阻断状态和饱和导通状态之间转换,不允许在放大状态停留。
IGBT的工作特点是用栅极电压uGE控制集电极电流iC:
当uGE≤UGE(th)(开启电压)时,IGBT截止,无iC;当uGE﹥UGE(th)时,uCE加正压,IGBT导通,其输出电流iC与驱动电压uGE基本呈线形关系。
如图1-12b所示为IGBT的驱动电压uGE与输出电流iC的关系,此曲线称为IGBT的转移特性曲线。
3.优缺点:
IGBT的输出特性好,开关速度快,工作频率高,一般可达到20KHz以上,通态压降比MOSFET低,输入阻抗高,耐压、耐流能力比MOSFET和GTR提高,最大电流可达1800A,最高电压可达4500V。
目前,在中小容量变频器电路中,IGBT的应用处于绝对的优势。
第二节脉冲宽度调制(PWM)原理
一、脉冲宽度调制技术的概念
1.脉冲宽度调制(缩写为PWM):
是通过按照一定的规则和要求对一系列脉冲宽度进行调制,来得到所需要的等效波形。
2.以变频调速常用的电路结构为例来说明PWM含义:
一般异步电动机需要的是正弦交流电,而逆变电路输出的往往是脉冲。
PWM控制的目的就是通过对逆变电路输出脉冲的宽度进行调制,使之与正弦波等效。
这样,虽然电动机的输入信号仍为脉冲,但它是与正弦波等效的调制波,那么电动机的输入信号也就等效为正弦交流电了。
二、PWM技术的基本原理
1.PWM技术的理论基础:
采样控制理论中的一个重要结论——面积等效控制原理
2.SPWM原理:
将一个正弦半波电压分为N等份,并把正弦曲线每一等份所包围的面积都用一个与其面积相等的等幅矩形脉冲来代替,且矩形脉冲的中点与相应正弦等份的中点重合,得到脉冲列,这就是PWM波。
正弦波的另外半波也用同样的办法来等效,就可以得到与正弦波等效的脉宽调制波,又称其为SPWM。
SPWM波在变频电路中被广泛采用。
根据采样控制理论,N值越高(即脉冲频率越高),SPWM越接近正弦波,但脉冲频率一方面受变频器中开关器件工作频率的限制,另一方面频率太高,电磁干扰增大,要带来一些新的问题。
3.实际应用中SPWM波的形成:
调制方法调制波ur所希望生成的正弦波
载波uT等腰三角波或锯齿波
利用载波和调制波相的比较方式来确定脉宽和间隔。
4.按照调制脉冲的极性关系,PWM逆变电路的控制方式分单极性控制
双极性控制
第三节变频器的组成
变频器的组成:
主电路
控制电路
一、主电路功能:
将工频交流电变为频率和电压可调的三相交流电
输入R输出U
SV
TW
1.整流及滤波电路
功能:
将工频交流电整为直流,并滤波。
限流电阻的作用;
2.逆变电路
功能:
将直流逆变为频率和电压可调的三相交流电。
SPWM原理;
3.制动电阻和制动单元
原理
二、控制电路
1.主控制板单片机,变频器的控制中心。
其主要功能:
(1)-(7)
2.操作面板
包括键盘及显示屏等。
(1)键盘:
进行运行操作或程序预置;
运行键;
模式转换键;
读出、写入键;
数据增减键;
位移键;
复位键;
数字键。
(2)显示屏:
显示控制面板提供的各种显示数据。
分为两种:
其一,LED数码显示屏:
显示无单位的数字量和简单的英文代码;其二,液晶显示屏:
显示数字和文字。
显示屏显示的数据类型:
运行数据
功能参数码
指示数据
3.电源
控制电路的电源由内部电源板提供。
其内部电源具有电压稳定性好,抗干扰能力强等优点,并与主电路有很好的电气隔离。
4.外部端子输入端子
主电路的端子输出端子
控制电路的端子模拟端子
接点端子
第四节变频器的分类
一、按变换环节分交-直-交型
交-交型
二、按改变变频器的输出电压的方法分PAM型
PWM型
三、按电压的等级分低压变频器
高压大容量变频器
四、按滤波方式分电流型
电压型
五、按用途分专用型变频器
通用型变频
周次
第二周
备注
章节
名称
§2通用变频器功能介绍
授课
方式
理论课
教学
时数
4节
教
学
目
的
掌握通用变频器有哪些功能
教学内容提要
时间分配
§2通用变频器功能介绍
重
点
与
难
点
变频器有哪些功能
教
学
方
法
讲授
教
学
手
段
图片、媒体配合
作
业
1.变频器主电路的功能
教研室主任意见:
签字:
2013年9月4日
教学总结(教学的主要经验、效果、存在的问题、改进的措施、反馈信息等)
学生电工电子技术基础薄弱,对变频器电路部分理解较困难
新
课
教
学
第二章通用变频器功能介绍
变频器是一个应用电器,其功能是为应用而设置的。
从为什么有这些功能入手,掌握变频器有哪些功能,这些功能的原理或使用这些功能时的一般原则。
第一节频率控制功能
一、控制变频器输出频率有以下几种方法:
1.由操作面板上的功能键控制频率
2.预置操作
3.由操作面板上的功能电位器控制频率
4.由外端子控制频率
(1)模拟量控制端子控制模拟量
(2)接点控制端子控制数字量
二、说明
变频器在使用中,可由频率控制功能的参数来指定上述哪种频率控制方法起作用。
第二节与频率有关的功能设置
一、极限频率
1.最高频率fmax
2.基本频率fb
fmax、\fb与电压的关系:
000电动机在一定的场合应用时,其转速应该在一定的范围,超出此范围会造成事故或损失,为了避免由于错误操作造成电动机的转速超出应用范围,变频器具有设置上限频率fH和下限频率fL的功能。
3.上限频率fH和下限频率fL
000变频器驱动的电动机采用低频起动,为了保证电动机正常起动而又不过流,变频器须设定加速时间。
电动机减速时间与其拖动的负载有关,有些负载对减速时间有严格要求(举例),变频器须设定减速时间。
二、加速时间和减速时间
1.定义
其一:
变频器输出频率从0上升到基本频率fb所需要的时间,称为加速时间;变频器输出频率从基本频率fb下降至0所需要的时间,称为减速时间。
其二:
变频器输出频率从0上升到最高频率fmax所需要的时间,称为加速时间;变频器输出频率从最高频率fmax下降至0所需要的时间,称为减速时间。
2.变频器的实际加减速时间与设定的加减速时间不一定相等,与变频器的工作频率有关。
3.加减速时间设定的原则
4.多种加减速时间设定
第三节U/f控制与转矩补偿、转差补偿控制
0000交流异步电动机是按照额定电压、额定电流、额定频率进行设计的,在任何频率下运行时也不能过流,否则将引起磁饱和。
一、U/f控制方式变频器的基本控制方式。
如图
二、转矩补偿功能
采用在U/f控制方式时,变频器利用增加输出电压来提高电动机转矩的方法,称为转矩补偿法。
其原因有二:
常用的补偿方法有:
如图示
1.在额定电压和基本频率下线性补偿原则
2.在额定电压和基本频率下分段补偿原则
3.平方率补偿原则
三、电压自动调整功能(AVR)
1.变频器的输出电压随着输入电压的变化而变化,而变频器的输出电压将影响电动机带动负载的能力。
2.变频器电压自动调整(AVR)的原理:
3.变频器使用时可以根据需要设置电压自动调整(AVR)功能是否有效。
四、节能运行控制功能
1.节能运行控制功能原理:
2.变频器预置为节能运行时,必须满足的条件:
3.不同的机型预置的方法不同:
有的预置此功能有效否;有的根据需要预置搜索范围、搜索周期、搜索电压增量等。
五、转差补偿功能
1.为什么:
2.转差补偿的原理:
3.转差补偿的设定范围一般为0~1.0Hz。
第四节运行控制与制动功能
一、正反转控制功能
1.交流异步电动机的转向与交流电的相序有关,正转与反转控制只是相对而言。
2.正反转控制:
操作面板、外端子
二、点动控制(寸动控制)
1.举例
2.点动控制
三、制动控制
1.举例
2.制动控制分为起动后发电制动和起动前制动
(1)起动后发电制动
(2)起动前制动
第五节其他制动功能
一、过载保护功能
1.对变频器的保护功能
过流、过压、过功率、断电、其他故障等均可进行自动保护,并发出报警信号,甚至自动跳闸断电。
变频器在出现过载及故障时,一方面由显示屏发出文字报警信号,一方面由接点开关输出报警信号;当故障排除后,要由专用的复位控制指令复位,变频器方可重新工作。
2.对电动机的保护功能
(1)电子热继电器监视变频器的输出电流
(2)应用时可以设置功能是否有效,再设置具体参数。
举例:
二、瞬时停电再起动功能
1.瞬时电压降落时变频器的保护电路动作时,变频器马上停止输出,之后有两种选择:
其一是停止输出;其二是电源恢复正常后自己重新起动。
2.此功能可以根据具体使用情况进行预置:
(1)瞬时停电后不起动功能
(2)瞬时停电再起动功能根据不同的负载进行预置
3.具体设置很重要
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 变频器 教案