《电机调速技术》教案 第6课 认识变频调速系统.docx

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课题

第六课认识变频调速系统

课时

8课时（360min）

教学目标

知识目标：

（1）掌握变频调速系统的控制方式和机械特性

（2）了解变频器的种类、特点及选择

（3）掌握正弦脉宽调制变压变频器的工作原理

（4）了解正弦脉宽调制的限制条件和调制方式

（5）掌握电压空间矢量脉宽调制变频调速的工作原理和控制方法

技能目标：

（1）熟悉变频器的参数设置方法

（2）能够正确调试变频器，实现电动机的多段速运行

素质目标：

（1）树立客观、严谨、细致的工作作风

（2）培育执着专注、踏实认真的职业素质

（3）弘扬精益求精、科学严谨、追求卓越的工匠精神

教学重难点

教学重点：变频调速系统的控制方式和机械特性、变频器的种类、特点及选择、正弦脉宽调制变压变频器的工作原理、限制条件和调制方式、电压空间矢量脉宽调制变频调速的工作原理、控制方法等知识

教学难点：利用变频器控制电动机多段速运行

教学方法

情景模拟法、问答法、讨论法

教学用具

电脑、投影仪、多媒体课件、教材

教学过程

主要教学内容及步骤

考勤

【教师】使用APP进行签到

【学生】按照老师要求签到

案例导入

【教师】扫码播放“变频调速系统”视频（详见教材），讲述“变频调速系统”案例（详见教材），并提出问题

变频调速系统是怎么调节温度的呢？

【学生】聆听、思考、回答

传授新知

【教师】通过大家的发言，引入新的知识点，讲解变频调速系统的控制方式和机械特性、变频器的种类、特点及选择、正弦脉宽调制变压变频器的工作原理、限制条件和调制方式、电压空间矢量脉宽调制变频调速的工作原理、控制方法等知识

3.1变频调速系统

变频调速的调速范围大、系统效率高，其带恒转矩负载时的转差功率不变，转差功率中的铜耗无论转速高低也基本不变，属于比较经济的调速方式，因此变频调速成为很多领域首选的交流调速方法。变频调速系统为转差功率不变型调速系统。

3.1.1变频调速系统的控制方式和机械特性

由异步电动机的转速公式（0-3）可知，调节定子电压供电频率可以调节异步电动机的同步转速，进而调节异步电动机转子的转速，这是异步电动机变频调速的基本原理。异步电动机在变频调速时，无论是高速还是低速，其转差功率都可保持在最小的数值。因此，异步电动机的功率因数很高。但是它需要由特殊的变频装置（即变频器）供电，才可以实现对电压和频率的协调控制。

变频调速系统的控制方式

【教师】利用多媒体展示“异步电动机的静态等效电路”图片（详见教材），并进行讲解

异步电动机的静态等效电路如图所示。其中，为励磁电感，为折合到定子侧的转子全磁通的感应电动势，为定子全磁通的感应电动势。

在三相异步电动机中存在如下关系：

（3-1）

如果忽略定子阻抗压降，则 （3-2）

式中：

——气隙在定子每相绕组中的感应电动势；

——定子端电压；

——定子电源频率；

——定子每相绕组串联匝数；

——基波绕组系数；

——每极气隙磁通量。

式（3-2）表明，如果定子端电压保持不变，随着定子电源频率的增大，气隙磁通量将减小。由式（2-1）可知，的减小会引起异步电动机电磁转矩的下降，临界转矩也随之下降，严重时会导致异步电动机发生堵转；而减小，将增加，容易造成磁路饱和、磁阻增大，从而使励磁电流增加、铁损增大，使异步电动机的运行效率下降。因此，异步电动机的变频调速需要对电压和频率进行协调控制。

变频调速系统的基本控制策略需要根据其频率控制的范围而定，异步电动机的变频调速划分为基频以下调速和基频以上调速两个范围，不同的范围采用不同的控制策略。

1）基频以下调速

根据式（3-2）可知，电动机在基频以下调速时，为保持气隙磁通量恒定不变，需要使（简称“压频比”）保持不变，也就是说，在使频率从额定值向下调节的同时，减小定子端电压，以保持恒定的电磁转矩，即

常数 （3-3）

式（3-3）表明，在变频的同时一定要按比例调压，因此，常见的变频调速为恒压频比控制变频调速。

【教师】利用多媒体展示“恒压频比控制特性曲线”图片（详见教材），并进行讲解

恒压频比控制特性曲线如图所示。其中，直线为标准恒压频比控制特性曲线，直线为由定子压降补偿的恒压频比控制特性曲线，其通过外加一个补偿电压来提高初始定子端电压，以补偿低频时定子阻抗压降所占比例增大的影响，称为低频补偿。在实际运用中，由于负载的变化，所需补偿的定子阻抗压降不相同，因此应该备有不同斜率的恒压频比控制特性曲线以供选择。

2）基频以上调速

由式（3-2）可知，将频率从额定值向上调时，不可能继续保持的值不变。因为定子端电压不宜超过其额定电压长期运行，这时只能保持定子端电压不变，而气隙磁通量会随着频率的增大而减小，使异步电动机的同步转速增大，临界转矩减小，输