电梯控制技术教学设计-交流变频变压调速系统

PAGEPAGE1电梯控制技术电梯控制技术课程教学设计授课节次授课题目交流调压调频系统授课时间授课方式讲授所属专业教学目的/要求【知识目标】1.了解异步电动机的变频调速原理；2.了解变频装置工作原理；3.掌握SPWM变频方式。【能力目标】能够对电梯中变压变频调速方法进行一定程度的掌握【素质目标】学习认真、仔细，有协作精神。教学重点变频调速原理教学难点SPWM变频工作原理教学方法与手段动画、图片展示、讲授教具用具参考资料多媒体、教材、图片参考教材：教学过程【新课导入】交流变压变频调速电梯也称为VVVF电梯。VVVF电梯速度调节平滑，能获得良好的乘坐舒适感，能明显降低电动机的启动电流。与其他类型交流调速系统相比，性能最好，运行效率最高，可以节能30％~50％。【内容讲解】一、异步电动机的变频调速原理异步电动机定子每相感应电动势有效值为:E=4.44fNKϕmN———定子每相绕组串联匝数K———基波绕组系数ϕm———每极气隙磁通量f———频率由上式可见，在E一定时，若电源频率f发生变化，则必然引起磁通ϕm变化。当ϕm变弱时，电动机铁心就没有被充分利用;若ϕm增大，则会使铁心饱和，从而使励磁电流过大，这样会使电动机效率降低，严重时会使电动机绕组过热，甚至损坏电动机。因此，在电动机运行时，希望磁通ϕm保持恒定不变。因此，在改变f的同时，必须改变E，即必须保证E和f的比值是一个常数。采用恒定的电动势频率比的协调控制方式，就可以保证磁通ϕm恒定不变。二、变频装置工作原理按恒压频比控制方式进行变频的装置，其一种是直接变频(交-交变频）装置。这种装置的变频为一次换能形式，即只用一个变换环节就把恒压恒频电源变换成VVVF电源，所以效率高。但是，采用元件数量较多，输出频率变化范围小，功率因数较低，只适用于低转速大容量的调速系统。另一类为间接变频(交–直–交变频）装置。这种变频装置是将恒压恒频交流电源先经整流环节转换为中间直流环节，再由逆变电路转换为VVVF电源。这种装置的控制方式有以下两种。1，用可控整流器变压，用逆变器变频的交–直–交变频装置2，用不可控整流器整流，通过脉宽调制方式控制逆变器，同时进行变压变频的交–直–交变频装置。这里着重介绍第二种控制方式中的SPWM控制方式。SPWM逆变器工作原理逆变器的功率器件工作在开关状态，当开关器件闭合导通时，逆变器输出电压的幅度等于整流器的恒定输出电压;当开关器件断开截止时，输出电压为零。于是，逆变器输出电压为等幅的脉冲列。为了使该脉冲列与正弦波等效，将正弦波形分为N等份。令每一等份的正弦波的中点与相应的矩形脉冲波形中点相重合，并使矩形脉冲的面积与对应等份的局部正弦波面积相等，则等幅不等宽的矩形脉冲列必然与该半周正弦波形等效。也就是说，各分段平均值的包络线为等效的正弦波。若逆变器的开关器件工作在理想状态，则开关器件驱动信号的波形也应与该脉冲列相似。显然，开关器件开、断的工作频率越高，则等幅不等宽的脉冲列等效波形就越接近对应的正弦波形。SPWM波形的产生图为SPWM控制电路原理框图。由三相正弦波振荡器输出作为调制波的参考信号电压UU、UV、UW，其信号频率和波形幅度均在一定范围内可调。由三角波振荡器输出作为被调制的载波信号Ut，分别与各相参考电压进行比较。载波信号Ut的频率高于参考电压频率。若三角波Ut只在0与最大值之间交变，则为单极式控制方式。在U相正弦参考信号半周内的比较工作过程如图所示。当UU>Ut时，比较器输出Udu为高电平;当UU<Ut时，比较器输出Udu为低电平。因此，只要正弦调制波的最大值低于三角形载波的幅值，经比较之后，必然输出幅值相等，而宽度为两侧窄、中间宽的按正弦规律变化的SPWM波形。【课内实训】【课堂小结】VVVF调速方式电梯是当今主流的调速模式【作业布置】简述什么是VVVF？以及VVVF实现方式。【教学后记】学生学习积极性