变频器原理与应用 第3版 教案 第8章 变频调速系统的选择与操作

PAGE《变频器原理及应用（第3版）》电子教案PAGE第2页共5页中等职业教育课程改革国家规划新教材《电子技术基础》电子教案 PAGE1章节课题第8章变频调速系统的选择与操作8.1变频器的选择课时2教学目的掌握变频器选择的方法。重点难点重点难点：变频器选择的方法教学方法联系工程实际讲授变频器选择的方法。教具变频器作业习题8-1；习题8-2课后小结变频调速系统包括变频器、电动机和负载等，合理选择系统设备和规范的操作，是实现系统安全、可靠和经济运行的保证。变频器一般依据容量大小选择电压等级，而容量大小的选择应依据所带电动机的类型、电动机的运行方式、负载机械特性等因素。教学内容8.1变频器的选择知识目标：1.掌握变频器电压等级的选择;2.掌握变变频器容量的选择方法。技能目标：能根据电动机类型、运行方式和负载类型选择变频器及控制方式。教学内容8.1变频器的选择8.1.1变频器电压等级的选择变频器电压等级的选择应考虑以下因素：系统的综合造价、电源谐波的影响以及场地环境等。一般情况下，400kW以下的功率范围建议选用400V（380V）的变频器产品；400～1000kW的功率范围建议选用660V或以上电压等级的变频器产品；1000～2000kW的功率范围建议选用2.3kV电压等级的变频器产品；5000kW及以上建议选用4.16kV或以上电压等级的变频器产品。8.1.2变频器容量的选择变频器的容量以千伏安（kVA）值表示，同时也标明它所适配的电动机功率（kW）值。变频器容量的选择主要依据以下几个方面。根据原有的电动机功率。根据电动机的实际功率。3）根据代换后的功率。实际工作中，有时采取临时措施将不同工作制的电动机代用。例如短时工作制的电动机使用到连续工作的负载上，这时需要合理计算代换后的电动机功率，然后再去选择变频器。教学内容8.1.3依据电动机的类型选用变频器1笼型电动机1．依据负载电流选择变频器2．考虑低速转矩特性3．考虑短时最大转矩4．考虑容许最高频率范围5．考虑噪声6．考虑振动2绕线式异步电动机绕线式异步电动机采用变频器控制运行，大多是对老设备进行改造，利用已有的电机。改用变频器调速时，可将绕线式异步机的转子短路，去掉电刷和起动器。考虑电机输出时的温度上升的问题，所以要降低容量的10％以上。由于绕线式异步电动机转子内阻较小，是一种高效的笼形异步机，但容易发生谐波电流引起的过电流跳闸，所以应选择比通常容量稍大的变频器。3变频器专用电机1)在运转频率区域内低噪声、低振动。2)在低频区内提高连续容许转矩(恒转矩式电机)。3)高速用电机。4)用于闭环控制(抑制转速变动)的带测速发电机的电机。5)矢量控制用电机。教学内容8.1.4依据电动机的运行方式选择变频器1．一台变频器驱动一台电动机一台变频器驱动一台电动机，变频器的额定工作电流应满足I＞1.1Im(8-1)式中I——变频器的额定工作电流，A；Im——电动机最大工作电流，A。详见电动机参数，该电流值与电动机种类、极数等有关，当最大电流小于额定电流时取额定电流。2．一台变频器驱动多台电动机1）n台电动机同时起动、停止，变频器工作电流I应满足I＞1.1∑IM(8-2)式中∑IM——n台电动机输出电流总和，A。2）先投入n1台，后投入n2台，变频器工作电流I应满足I＞(8-3)式中Ist——电动机的起动电流，A。电动机周期性4）电动机非周期运行3.电动机快速加速或快速减速教学内容教学内容8.1.5依据负载的机械特性选择变频器1．恒转矩负载变频器的选择1）依据调速范围。2）依据负载转矩的变动范围。3）考虑负载对机械特性的要求。2．恒功率负载变频器的选择对恒功率负载，一般可选择通用型的，采用V/f控制方式的变频器。但对于动态性能有较高要求的卷取机械，则必须采用具有矢量控制功能的变频器。3．二次方律负载变频器的选择可以选用“风机、水泵用变频器”。4．直线律负载变频器的选择直线律负载的机械特性虽然也有典型意义．但在考虑变频器时的基本要点与二次方律负载相同，故不作为典型负载来讨论。5．特殊性负栽变频器的选择当机床对加工精度有特殊要求时，才考虑有反馈矢量控制方式。8.1.6变频器控制方式的选择变频器控制方式的选择是依据电动机特性的以下几个主要指标。1）机械特性的硬度。2）低频时带负载能力。3）起动转矩值。4）调速范围。5）动态响应能力。章节课题8.2变频调速系统的主电路及电器选择课时2教学目的掌握变频调速系统的主电路的组成。掌握主电路电器选择的方法。重点难点重点难点：变频调速系统的主电路的组成教学方法联系工程实际讲授变频调速系统的主电路及电器选择方法。教具变频器作业习题8-3；习题8-4；习题8-5课后小结变频调速系统的主电路的主要电器有：断路器、接触器、继电器和开关器件等。应根据变频器和负载的需要，合理选择。教学内容8.2变频调速系统的主电路及电器选择知识目标：1.掌握变频器选择的依据。2.掌握变频调速系统的主电路及电器选择方法。技能目标：能根据电动机和负载类型选择变频调速系统的主电路及电器.教学内容变频调速系统的完整主电路示意图。教学内容8.2.1断路器一般变频器允许的过载能力为150%，1min。所以为了避免误动作，低压断路器的额定电流IQN应选：IQN≥（1.3～1.4）IN（8-15）式中，IN为变频器的额定电流。在电动机要求实现工频和变频的切换控制的电路中，断路器应按电动机在工频下的起动电流来进行选择：IQN≥2.5IMN（8-16）式中，IMN为电动机的额定电流。8.2.2接触器变频器输入侧接触器的选择原则是，主触点的额定电流IKN只需大于或等于变频器的额定电流IN即可。IKN≥IN（8-17）变频器输出侧接触器仅用于和工频电源切换等特殊情况下，一般不用。主触点的额定电流IKN就满足：IKN≥1.1IMN（8-18）工频接触器的选择应考虑到电动机在工频下的起动情况，其触点电流通常可按电动机的额定电流再加大一个挡次来选择。8.2.3传感器传感器的定义是“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。”1.传感器的种类2.传感器选用的一般原则教学内容8.2.4输入交流电抗器接入的交流电抗器应满足以下要求：电抗器自身分布电容小；自身的谐振点要避开抑制频率范围；保证工频压降在2%以下，功耗要小。8.2.5电源滤波器在对防止无线电干扰要求较高及要求符合CE、UL、CSA标准的使用场合，或变频器周围有抗干扰能力不足的设备等情况下，均应使用该滤波器。安装时注意接线尽量缩短，滤波器亦应尽量靠近变频器。8.2.6制动电阻及制动单元1.制动电阻RB的大小RB=UDH/2IMN～UDH/IMN式中，UDH为直流回路电压的允许上限值(V)，在我国，UDH≈600V。2)电阻的功率PB式中，γ为修正系数。2.制动单元VB一般情况下，只需根据变频器的容量进行配置即可。8.2.7直流电抗器根据变频器的容量选择。8.2.8输出交流电抗器输出交流电抗器的选择与输入交流电抗器相同。章节课题8.3变频调速系统的控制电路8.4变频器的程序控制8.5外接给定信号课时2教学目的1.掌握变频调速系统常用的控制电路原理。2.掌握变频器的程序控制。2.掌握变频调速系统外接给定电路。重点难点重点：1）变频与工频切换的控制电路；2）变频器的程序控制。难点：变频器的程序控制。教学方法联系工程实际讲授变频调速系统常用的控制电路及外接给定电路。让学生掌握变频调速系统常用的控制电路及外接给定电路的原理，并会依据工程实际进行线路的设计。教具变频器、各类控制电器，控制电路PPT课件。作业习题8-6；习题8-7；习题8-8；习题8-9课后小结变频调速系统的正转、反转、正反转、工频-变频切换的控制电路是工程中最常用的电路，要理解电路原理，并学会设计控制电路。教学内容8.3变频调速系统的控制电路8.4变频器的程序控制8.5外接给定信号知识目标：1.掌握变频调速系统常用的控制电路原理。2.掌握变频调速系统外接给定电路。技能目标：学会变频调速系统常用的控制电路及外接给定电路的设计方法。教学内容8.3变频调速系统的控制电路8.3.1控制电路的主要组成控制电路主要由1)运算电路2)信号检测电路3)驱动电路4)保护电路等组成。由外接的控制电路来控制变频器运行的有以下几种。8.3.2正转控制电路由继电器控制的正转运行电路如图8-23所示。教学内容8.3.3正、反转控制继电器控制的正反转电路如图8-24所示。8.3.4升速与降速控制升速和降速控制如图8-26所示。教学内容8.3.5变频与工频切换的控制电路图8-27所示为变频与工频切换的电路。8.4变频器的程序控制1．用变频器的编程功能进行程序控制2.多挡转速控制电路8.5外接给定信号8.5.1频率给定信号的种类1.数字量给定方式：（1）面板给定；（2）通讯接口给定。2.模拟量给定方式：（1）电位器给定；（2）直接电压(或电流)给定。8.5.2选择给定方法的一般原则8.5.3频率给定线1．频率给定线的定义2．基本频率给定线3.频率给定线的预置4.最大频率、最大给定频率与上限频率的区别章节课题8.6变频器与PLC的联结8.7变频器“1控X”切换技术8.8变频器与PC机的通讯课时2教学目的1.掌握变频器与PLC联结的方法。2.掌握变频器“1控X”切换技术。3.了解变频器与PC机的通讯方法。重点难点重点：1）变频器“1控X”切换技术；2）变频器与PLC的联结。难点：变频器与PLC的联结。教学方法联系工程实际讲授变频器与PLC的联结、变频器“1控X”切换技术和变频器与PC机的通讯，让学生掌握原理，学会应用。教具变频器、变频器与PLC的联结、变频器“1控X”切换技术和变频器与PC机的通讯实物演示，PPT课件。作业习题8-11课后小结变频器与PLC联结与“1控X”切换技术也是工程中常用的电路，要理解电路原理，并学会设计控制电路。教学内容8.6变频器与PLC的联结8.7变频器“1控X”切换技术8.8变频器与PC机的通讯知识目标：1.掌握变频器与PLC联结的方法。2.掌握变频器“1控X”切换技术。3.了解变频器与PC机的通讯方法。技能目标：学会变频器与PLC联结的方法和变频器“1控X”切换技术。教学内容8.6变频器与PLC的联结8.6.1PLC与变频器联结时注意的问题1.开关指令信号的输入2.数值信号的输入8.6.2PLC与变频器联结实现多挡速控制例，某机床有8挡转速(0挡转速为0)，由手柄的8个位置来控制，每个位置只有一对触点。一般来说，实现一对触点与多个控制端之间的切换，采用PLC控制是比较方便的。现以三菱FR-A540系列变频器为例，其电路如图9-25所示。8.7变频器“1控X”切换技术8.7.1“1控X”工作过程假设有三台水泵同时供水，由1号泵在变频控制的情况下工作，当用水量增大，1号泵已经到达50Hz而水压仍不足时，经过短暂的延时后，将1号泵切换为工频工作。同时变频器的输出频率迅速降为0Hz，然后使2号泵投入变频运行。当2号泵也到达50Hz而水压仍不足时，又使2号泵切换为工频工作，使3号泵投入变频运行。教学内容反之，当用水减少时，则先从1号泵，然后2号泵依次退出工作，完成一次加减泵的循环。8.7.2“1控3”供水电路原理图1控3供水系统电路如图9-27所示。8.8变频器与PC机的通信8.8.1计算机与变频器的通信连接图8-39所示为计算机与变频器硬件连接框图。图8-39计算机与变频器硬件连接框图8.8.2SB70变频器的通