《变频器伺服器现代工程应用》教案全套 崔成旺 项目1-10 电动机原理与应用 - 风力发电机桨距角变频跟踪控制

××职业技术学院教案课程名称变频器伺服器现代工程应用班级课程章节1.1课次/周授课方法讲授+图示分析教具PPT、直流电动机实物（或模型）教学内容1.直流电动机的结构；2.直流电动机的工作原理；3.直流电动机的机械特性；4.直流电动机的优缺点；5.直流电动机的可逆运行（倒发电）教学目标知识目标：掌握直流电动机的结构组成、工作原理及机械特性，了解其优缺点和可逆运行特点；能力目标：能识别直流电动机的结构部件，理解其工作过程，能初步判断直流电动机的运行状态重点、难点重点：直流电动机的结构、工作原理及机械特性；难点：直流电动机的电磁转矩产生原理、可逆运行的条件复习提问1.电路中电流的热效应是什么？2.欧姆定律的表达式及含义是什么？作业1.简述直流电动机的结构组成及各部分作用；2.说明直流电动机的工作原理；3.直流电动机的优点和缺点分别有哪些？授课时长2学时课后小结本课题主要介绍了直流电动机的核心知识，包括结构、工作原理、机械特性、优缺点及可逆运行。重点掌握定子和转子的组成及作用，理解电磁转矩的产生过程，明确直流电动机良好的调速性能和起动转矩大的优势，同时了解其结构复杂、需维护碳刷等缺点，为后续学习交流电动机及应用奠定基础。教案附页注释【知识学习】1.1直流电动机直流电动机依靠直流电源供电，核心是利用电磁感应原理产生电磁转矩，在手持电动工具、机器人等领域应用广泛。1.1.1直流电动机的结构主要由定子和转子组成，辅以换向器、电刷等部件。定子固定不动，产生恒定磁场；转子（电枢）转动，产生电磁转矩；换向器与电刷配合实现电流换向，保证转子持续转动。1.1.2直流电动机的工作原理基于电磁感应定律和左手定则，定子通入直流电产生恒定磁场，电枢绕组通入电流后，导体在磁场中受电磁力形成转矩，驱动转子转动；换向器与电刷配合改变电枢电流方向，保证转矩方向不变。电磁转矩T=KTΦIa，转速n∝U/Φ，调速性能优良。1.1.3直流电动机的机械特性主要指转速与转矩的关系，串励直流电动机特性最特殊：转矩与电枢电流平方成正比，转速随转矩增加显著下降（软特性），适合电动工具等冲击性负载。1.1.4直流电动机的优缺点优点：调速性能好、起动转矩大、功率密度大；缺点：起动电流大、维护成本高（需更换碳刷）、结构复杂、成本高。1.1.5直流电动机的可逆运行（倒发电）可实现电能与机械能双向转换，外力驱动转子转动时，可作为发电机输出直流电，主要用于发电制动，实现快速停机。【工程应用】1.1.6实际应用适用于手持电动工具、精密控制设备（机器人、无人机）及应急发电场景。【能力培养】1.识别直流电动机核心部件并说明作用；2.排查电动机不能正常转动的常见原因。【总结】重点掌握直流电动机的结构、工作原理及调速优势，了解其缺点，为后续学习交流电动机奠定基础。××职业技术学院教案课程名称变频器伺服器现代工程应用班级课程章节1.2课次/周授课方法讲授+图示演示+原理分析教具PPT、三相笼型异步电动机实物（或分解模型）教学内容1.三相笼型异步电动机的结构；2.工作原理；3.转差率；4.电磁转矩与机械特性；5.优缺点及变频器控制；6.倒发电原理与应用教学目标知识目标：掌握三相笼型异步电动机的结构、工作原理、转差率及机械特性，了解其优缺点和变频器控制的作用；能力目标：能识别电动机结构部件，理解异步转动的原理，能解释变频器对电动机的控制作用重点、难点重点：三相笼型异步电动机的工作原理、转差率及机械特性；难点：旋转磁场的产生、转差率的理解及电磁转矩的影响因素复习提问1.直流电动机的结构由哪两大部分组成？2.直流电动机的调速优势是什么？作业1.简述三相笼型异步电动机的结构组成；2.说明三相笼型异步电动机的工作原理，解释“异步”的含义；3.什么是转差率？额定负载下转差率的范围是多少？4.简述变频器对三相笼型异步电动机的控制作用。授课时长2学时课后小结本课题重点讲解了三相笼型异步电动机的核心内容，包括结构、工作原理、转差率和机械特性。关键是理解旋转磁场的产生过程和“异步”的本质（转子转速小于旋转磁场转速），掌握转差率的定义和范围，明确其结构简单、工作可靠的优势及起动电流大、不能调速的缺点，了解变频器如何弥补其缺点，使其在工业生产中得到广泛应用。教案附页注释【知识学习】1.2三相交流笼型异步感应电动机三相交流笼型异步电动机是工业应用最广泛的电动机，结构简单、工作可靠，依托三相交流电网工作。1.2.1结构由定子和转子组成，无滑环和电刷。定子产生旋转磁场，由定子铁心、绕组和机座构成；转子为笼型结构，由铁心、笼型绕组和转轴构成，结构简单可靠。1.2.2工作原理核心是“异步转动”：定子通入三相交流电产生旋转磁场，转子导体切割磁场产生感应电流，受电磁力形成转矩驱动转子转动，转子转速始终小于旋转磁场转速（同步转速n1=60f1/P）。改变电流相序可改变转向。1.2.3转差率衡量运行状态的关键参数，s=(n1-n)/n1，范围0~1。起动时s=1，空载时s≈0，额定负载时sN=0.02~0.06。1.2.4电磁转矩与机械特性电磁转矩是驱动转子的力矩，机械特性硬（额定负载下转速稳定）。起动电流大（额定电流4~7倍），起动转矩小，电压变化对转矩影响显著。1.2.5优缺点及变频器控制优点：结构简单、工作可靠、体积小、成本低；缺点：起动电流大、不能调速、起动转矩小。变频器可解决上述缺点，实现无级调速、带载起动。1.2.6倒发电应用转子转速n>n1时，电动机变为发电机，可用于位能负载制动、惯性负载停机及风力发电。【工程应用】广泛应用于工业拖动（水泵、风机）、民用家电及风力发电领域。【能力培养】1.识别笼型电动机部件；2.分析起动电流大的原因；3.理解变频器的控制作用。【总结】重点掌握异步转动原理、转差率及机械特性，明确其优势与不足，了解变频器的弥补作用。××职业技术学院教案课程名称变频器伺服器现代工程应用班级课程章节1.3课次/周授课方法讲授+案例分析+任务演示教具PPT、绕线转子电动机、永磁同步电动机实物（或模型）、变频器教学内容1.三相异步绕线转子电动机；2.三相交流永磁同步电动机；3.任务实施：交流电动机节能调速应用教学目标知识目标：掌握绕线转子电动机、永磁同步电动机的结构、原理及优缺点；掌握交流电动机节能调速的应用方法；能力目标：能区分不同类型电动机的结构差异，能理解节能调速的原理，能配合完成变频器控制电动机的简单操作重点、难点重点：绕线转子电动机的特点、永磁同步电动机的优势、交流电动机节能调速的实施；难点：绕线转子电动机的调速原理、永磁同步电动机的同步转动原理、变频器的连接与控制复习提问1.三相笼型异步电动机的“异步”是指什么？2.转差率的定义及额定负载下的范围是什么？作业1.对比绕线转子电动机与笼型电动机的结构和性能差异；2.简述永磁同步电动机的优点和不足；3.说明交流电动机节能调速的原理及应用场景；4.简述变频器控制电动机的基本连接方式。授课时长2学时课后小结本课题介绍了绕线转子电动机和永磁同步电动机的核心知识，对比了不同类型电动机的特点，重点实施了交流电动机节能调速任务。需掌握绕线转子电动机带载起动、小范围调速的优势，永磁同步电动机体积小、效率高的特点，理解变频器在节能调速中的作用，能初步掌握变频器与电动机的连接和基本控制，实现理论与实践的结合。教案附页注释【知识学习】1.3其他类型电动机及任务实施1.3.1三相异步绕线转子电动机与笼型电动机核心区别是转子绕组可外接电阻，能实现带载起动和小范围调速，起动电流小，可均分负载，但效率低、维护成本高，多被变频笼型电动机替代，仅用于大型设备。1.3.2三相交流永磁同步电动机定子与笼型电动机一致，转子采用永磁体，无需励磁电流，可同步转动（n=n1）。优点是效率高、功率密度大、控制精度高；缺点是无自启动功能、需闭环控制、成本高，适用于新能源汽车、无人机等高精度场景。可实现倒发电，电能可回馈电网。【任务实施】1.3.3交流电动机节能调速应用利用转速与频率的关系（n∝f1），通过变频器调节频率实现节能调速。设备连接：交流电接入变频器输入端子，变频器输出端子连接电动机，外接电位器控制调速；操作时调节电位器改变频率，即可调整转速，匹配负载需求，节约电能。【工程应用】绕线转子电动机用于大型起重机，永磁同步电动机用于精密设备，节能调速广泛应用于水泵、空调风机等场景。【能力培养】1.对比不同电动机的结构与适用场景；2.掌握变频器基本操作；3.理解节能调速原理。【总结】掌握绕线转子、永磁同步电动机的核心特点，理解变频器节能调速作用，实现理论与实践结合。××职业技术学院教案课程名称变频器伺服器现代工程应用班级课程章节2.1课次/周授课方法讲授+图示分析+案例导入教具PPT、不同类型变频器图片、变频器实物（G120）教学内容1.变频器定义及核心作用；2.变频器分类（按电压、变换环节、用途）；3.交-直-交变频器电能变换原理教学目标知识目标：掌握变频器的定义、核心功能及三类分类方式，理解交-直-交变频器的电能变换过程；能力目标：能区分不同类型变频器的适用场景，能识别交-直-交变频器的基本结构框图重点、难点重点：变频器的分类及交-直-交变频器的结构；难点：交-直-交变频器的电能变换原理复习提问1.三相笼型异步电动机的核心缺点是什么？2.变频器能解决交流电动机的哪些问题？作业1.简述变频器的定义及核心作用；2.按变换环节分类，变频器分为哪两类，各自特点是什么？3.举例说明不同用途变频器的适用场景。授课时长2学时课后小结本次课重点讲解了变频器的基础认知，包括定义、核心作用及分类，核心掌握交-直-交变频器的电能变换流程（整流-滤波-逆变）。需明确不同类型变频器的适用场景，理解变频器作为电动机配套设备的必要性，为后续学习变频器结构和控制原理奠定基础。教案附页注释【知识学习】2.1变频器概述1.变频器定义：由计算机控制的具有电能变换功能的电动机驱动电器，核心是通过电力电子技术实现电能的频率、电压转换，可实现自动控制、远程控制，有效提升生产质量且具备显著的节能环保效果，是现代工业中电动机不可或缺的配套设备。其核心价值在于解决交流电动机调速困难、起动电流大等固有缺陷，适配不同工况下的负载需求，这也是变频器在工业生产中广泛应用的核心原因。2.变频器分类：结合工业实际应用场景，变频器主要有三类分类方式，具体如下：（1）按电压等级分类：低压变频器（<1kV），广泛应用于小型机床、民用设备；中压变频器（1-10kV），适用于大型风机、水泵；高压变频器（≥10kV），多用于电力、冶金等重工业领域。（2）按变换环节分类：交-交变频器，无需中间直流环节，结构简单但调速范围窄，早期应用较多，目前已较少使用；交-直-交变频器，为当前主流类型，通过整流、滤波、逆变三个核心环节，将工频交流电转换为电压、频率可调的交流电，适配绝大多数工业场景，也是后续课程重点学习的类型。（3）按用途分类：通用型变频器，功能全面、兼容性强，适用于普通机床、风机水泵等通用设备；专用型变频器，针对性优化设计，如注塑机专用变频器、起重机专用变频器；高速变频器，适配新能源汽车、高速机床等对转速要求较高的设备；防爆变频器，用于易燃易爆场景，如化工、矿山等。3.交-直-交变频器核心原理：作为主流类型，其逆变部分采用PWM脉宽调制技术，通过控制功率器件的导通与关断时间，将整流滤波后的直流电转换为电压、频率可调的正弦交流电，从而满足电动机不同转速下的运行需求，为后续学习变频器结构奠定基础。【工程应用】结合上述分类，通用变频器广泛应用于普通机床、风机水泵等设备，可实现无级调速，降低能耗；专用变频器针对特定设备优化，如注塑机专用变频器可精准匹配注塑工艺的压力、速度需求，提升产品合格率，进一步体现了变频器分类的实际意义。【能力培养】1.能根据应用场景区分不同类型变频器，明确各类变频器的适用范围，结合工程应用场景理解分类价值；2.能识别交-直-交变频器的基本结构框图，理解各环节的核心作用，衔接后续变频器结构的学习。【总结】重点掌握变频器分类的细节及应用场景，深化对交-直-交变换原理的理解，为后续学习变频器的结构、控制原理及实操应用奠定坚实的理论基础。××职业技术学院教案课程名称变频器伺服器现代工程应用班级课程章节2.2课次/周第2次授课方法讲授+实物演示+表格对比教具PPT、G120变频器（CU控制单元、PM功率模块）、分体图实物教学内容1.西门子G120变频器简介；2.三大类CU控制单元（CU230、CU240、CU250）的特点及功能；3.四大类PM功率模块的特点及兼容性教学目标知识目标：掌握G120变频器的模块化结构，理解CU控制单元和PM功率模块的分类及核心特点；能力目标：能区分不同CU控制单元的适用负载，能判断CU与PM模块的兼容性重点、难点重点：CU240控制单元的功能、PM功率模块的分类；难点：CU与PM模块的兼容性判断复习提问1.交-直-交变频器的核心变换环节是什么？2.变频器按用途可分为哪几类？作业1.简述G120变频器三大类CU控制单元的核心特点及适用场景；2.列出G120变频器四大类PM功率模块的名称及再生能量处理方式；3.简述CU240E-2控制单元的I/O接口数量及类型。授课时长2学时课后小结本次课重点讲解了G120变频器的模块化结构，核心掌握CU控制单元和PM功率模块的分类、特点及兼容性。需明确CU230适用于风机水泵，CU240为通用型，CU250为高精度重载型；PM250可实现再生能量回馈，其他PM模块需外接制动电阻，为后续学习接口应用奠定基础。教案附页注释【知识学习】2.2西门子G120变频器控制模块1.G120变频器简介：采用模块化设计，主要由CU控制单元（控制核心）和PM功率模块（功率转换核心）组成，这种模块化设计的优势在于灵活搭配、便于维护和升级，B0P-2操作面板为可选件，可实现本地参数设置与运行监控。其中CU240系列控制单元是M440系列的升级替代产品，在兼容性、控制精度和功能扩展性上有显著提升，广泛应用于各类工业拖动场景，也是本次课程重点学习的控制单元类型。2.CU控制单元（3大类）：作为变频器的控制核心，不同类型的CU控制单元适配不同的负载需求，具体分类如下：（1）CU230：风机、水泵专用控制单元，支持多种主流通信协议，I/O接口丰富，可满足风机、水泵等恒转矩负载的控制需求，具备简单的闭环控制功能，操作便捷、性价比高，适配特定轻载场景。（2）CU240：通用型控制单元，分为B型和E型，B型适用于基础控制场景，E型（如CU240E-2）具备更丰富的I/O接口和通信功能，可实现开环、闭环控制，支持多种控制模式，适配大多数通用工业负载，是应用最广泛的控制单元类型，也是后续接口学习和实操的核心对象。（3）CU250：高精度重载型控制单元，自带编码器接口，支持定位控制和高精度速度控制，适用于起重机、机床等对控制精度和动态响应要求较高的重载场景，与前两类控制单元形成互补，覆盖不同精度需求。3.PM功率模块（4大类）：作为功率转换核心，其功能是将CU控制单元的指令转化为实际的电能输出，分类及特点如下：（1）PM230、PM240、PM240-2：均无再生能量回馈功能，当电动机处于制动状态时，再生能量需通过外接制动电阻消耗，适用于普通负载场景，成本相对较低，与CU230、CU240控制单元搭配最为广泛。（2）PM250：具备再生能量回馈功能，可将电动机制动时产生的再生能量反馈至电网，实现节能运行，适用于频繁制动、重载且对节能要求较高的场景，如起重机、电梯等设备，通常与CU250控制单元搭配使用。4.兼容性说明：为确保模块化搭配的合理性，需明确各类模块的兼容性，其中CU250S-2控制单元与PM230功率模块不兼容，其余各类CU控制单元可与所有PM功率模块灵活搭配，选型时需结合负载类型、控制需求和节能要求合理组合，避免选型失误。【工程应用】结合模块特点和兼容性要求，CU240E-2控制单元搭配PM240功率模块，广泛应用于普通工业拖动设备；CU250搭配PM250功率模块，适用于高精度、高节能需求的重载场景，让学生清晰了解模块搭配的实际应用逻辑。【能力培养】1.能通过外观和标识识别不同型号的CU、PM模块，结合其特点区分适用场景；2.能根据负载类型、控制精度要求，选择合适的CU和PM模块组合，掌握选型的核心逻辑。【总结】重点掌握各类CU控制单元和PM功率模块的细节特点、适用场景及兼容性要求，帮助学生深入理解G120变频器的模块化结构，掌握模块选型的核心逻辑，同时衔接后续控制接口和参数设置的学习，为后续课程奠定基础。××职业技术学院教案课程名称变频器伺服器现代工程应用班级课程章节2.3课次/周授课方法讲授+接线演示+参数讲解教具PPT、CU240E-2控制单元、接线端子板、通信电缆（RS-232、RS-485）教学内容1.输入控制端口（数字、模拟）的连接与功能；2.输出指示端口（数字、模拟）的应用；3.通信接口（RS-232、RS-485、RJ-45）的特点教学目标知识目标：掌握输入/输出控制端口、通信接口的功能及参数设置，理解I-U转换原理；能力目标：能完成模拟输入端口的接线，能区分不同通信接口的应用场景重点、难点重点：数字/模拟输入/输出端口的功能，通信接口的区别；难点：模拟输入端口的I-U转换，通信参数设置复习提问1.G120变频器CU240E-2控制单元有几个数字输入端口？2.PM250功率模块的核心特点是什么？作业1.简述CU240E-2控制单元数字输入端口的功能及参数设置方法；2.模拟输入端口输入0~20mA电流时，如何转换为0~10V电压？3.对比RS-232、RS-485、RJ-45通信接口的特点及应用场景。授课时长2学时课后小结本次课重点讲解了G120变频器的各类控制接口，核心掌握输入/输出端口的功能、接线及参数设置，理解不同通信接口的适用场景。需明确模拟输入端口的I-U转换方法，区分数字/模拟端口的功能差异，掌握RS-485用于远距离通信、RS-232用于近距离下载程序的特点，为后续调试和应用奠定基础。教案附页注释【知识学习】2.3G120变频器控制接口类型与应用1.输入控制端口：作为变频器接收外部控制指令的核心接口，主要分为数字输入和模拟输入两类，二者功能互补，覆盖不同的控制需求：（1）数字输入端口：CU240E-2控制单元共6个数字输入端口（DI0~DI5），为多功能可参数化接口，可根据需求设置为起动、停机、正反转、段速切换等离散控制功能。常用参数设置如P0840=722.0（将DI0端口设置为起动控制）、P0842=722.1（将DI1端口设置为停机控制），接线时需注意端口电压范围（通常为24V直流），避免接错电源导致接口损坏，这是实操中需重点注意的细节。（2）模拟输入端口：共2个（AI0、AI1），主要用于连续控制场景，可接收0~10V电压信号或0~20mA电流信号，核心用途是实现电动机的无级调速控制，如通过电位器调节输入电压/电流，进而实现电动机转速的连续调节。当输入0~20mA电流信号时，需在模拟输入端口并联500Ω电阻，实现I-U转换，参数P0756用于定义接口类型（电压型或电流型），确保信号传输准确，这也是本次课的难点内容。2.输出指示端口：与输入控制端口对应，主要用于反馈变频器的运行状态，方便工作人员实时监控设备运行情况，同样分为数字输出和模拟输出两类：（1）数字输出端口：共3个（DO0~DO2），可设置为故障指示、运行指示、频率到达指示等离散状态反馈功能，参数P0730~P0732分别对应三个端口的功能设置，如P0730=52.3（将DO0端口设置为运行指示），当变频器正常运行时，该端口输出信号，便于现场监控和故障排查。（2）模拟输出端口：共2个，可输出与变频器输出频率、电流、电压等物理量对应的模拟信号，参数P0771用于设置输出的物理量类型，可连接万用表或示波器进行实时监测，为参数调试和故障排查提供数据支撑。3.通信接口：用于变频器与外部设备（如PLC、触摸屏、电脑）的通信控制，解决单台变频器控制局限性的问题，主要有三类，适配不同的通信场景：（1）RS-232接口：采用3线传输，通信距离较短（≤5m），主要用于电脑与变频器的近距离连接，实现参数下载、上传和调试操作，适用于现场调试场景。（2）RS-485接口：采用双绞线传输，通信距离较长（≤1219m），支持多节点通信，可实现多台变频器的集中控制，广泛应用于车间级控制系统，是工业现场最常用的通信方式。（3）RJ-45接口：以太网接口，通信速度快、距离远，适用于大型自动化生产线，可实现变频器与PLC、触摸屏的高速通信，满足复杂控制系统的需求。【工程应用】结合各类接口的功能特点，模拟输入端口常用于风机、水泵的无级调速，数字输出端口用于故障报警和运行状态反馈，RS-485接口用于多变频器集中控制，RS-232接口用于现场调试，让学生清晰了解各类接口的实际应用场景，衔接后续实操调试内容。【能力培养】能完成模拟输入端口的接线与参数设置，实现无级调速，掌握I-U转换的实操方法；2.能区分不同通信接口的特点，根据应用场景选择合适的通信方式，为后续系统集成奠定基础。【总结】重点掌握各类控制接口的接线方法、参数设置和应用场景，深化对接口功能的理解，重点解决模拟输入端口I-U转换这一难点，帮助学生掌握接口的实际应用技巧，同时衔接后续变频器的调试和系统集成内容，为后续课程奠定基础。××职业技术学院教案课程名称变频器伺服器现代工程应用班级课程章节2.4课次/周授课方法讲授+公式推导+图示演示教具PPT、PM240功率模块、恒压频比特性曲线图教学内容1.PM240功率模块功能与工作原理；2.变频器U/f=C控制模式（恒压频比）；3.加减速特性与参数设置教学目标知识目标：掌握PM240功率模块的功能，理解恒压频比控制原理及参数设置，了解加减速特性；能力目标：能设置恒压频比相关参数，能解释恒压频比解决的核心问题重点、难点重点：恒压频比控制原理及参数设置；难点：恒压频比公式推导及低频转矩补偿复习提问1.CU240E-2模拟输入端口的I-U转换方法是什么？2.RS-485通信接口的特点是什么？作业1.简述PM240功率模块的核心功能；2.推导恒压频比控制的公式，说明其核心作用；3.列出G120变频器恒压频比控制的关键参数及设置值。授课时长2学时课后小结本次课重点讲解了PM240功率模块的功能及变频器恒压频比控制模式，核心掌握恒压频比的原理、公式及参数设置。需明确恒压频比解决了交流电动机低频过载问题，理解PM240模块的PWM脉宽调制功能，掌握加减速时间的参数设置方法，为后续任务实施奠定核心理论基础。教案附页注释【知识学习】2.4PM240功率模块功能与变频器控制模式1.PM240功率模块：作为G120变频器的功率转换核心，其功能与前一课学习的CU控制单元密切配合——接收CU控制单元发出的控制指令，通过内部功率器件（IGBT）产生PWM脉宽调制信号，将整流滤波后的直流电逆变为电压、频率可调的三相交流电，为电动机提供稳定的驱动电源。其核心特点是结构紧凑、过载能力强，适配大多数通用工业负载，可实现恒流起动、过载保护、过压保护等功能，有效保护电动机和变频器本身。需要注意的是，PM240模块无再生能量回馈功能，当电动机处于制动状态时，再生能量需通过外接制动电阻消耗，避免变频器内部电压过高损坏器件，这与前一课学习的PM功率模块分类内容相呼应。2.变频器U/f=C控制模式（恒压频比控制）：作为变频器最基础、应用最广泛的控制模式，其核心目的是解决交流电动机低频运行时的过载问题，这也是变频器核心价值的重要体现，具体原理如下：（1）原理推导：电动机定子绕组可等效为一个电感，其感抗XL=2πfL（L为定子电感），根据欧姆定律U=I×XL，当频率f降低时，感抗XL随之减小，若电压U不变，定子电流I会急剧增大，导致电动机低频过载损坏；而保持U/f恒定，可使定子电流稳定，从根本上避免低频过载问题，这也是该控制模式的核心逻辑。（2）核心公式：U1/f1=C，例如工频50Hz时电动机额定电压为380V，则U/f=380V/50Hz=7.6，当频率调节至25Hz时，定子电压需同步调节至190V，确保电动机稳定运行，通过具体示例让学生更易理解公式的应用。（3）参数设置：结合PM240功率模块的功能和恒压频比原理，核心参数包括P1300=0（选择恒压频比控制模式）、P0304=380V（电动机额定电压）、P0311=50Hz（电动机额定频率），此外需根据负载特性设置低频转矩补偿参数（P1310），起动时适当提高电压，解决电动机低频转矩不足的问题，避免起动困难，这些参数设置将直接应用于后续的实操任务。3.加减速特性与参数设置：变频器的加减速时间直接影响电动机的运行稳定性，也是配合恒压频比控制的重要参数，其中加速时间（P1120）是指变频器从0Hz上升至额定频率所需的时间，减速时间（P1121）是指从额定频率下降至0Hz所需的时间。设置合理的加减速时间，可实现电动机的恒流起动和平稳停机，避免电流冲击损坏电动机和变频器，一般根据负载惯性大小调整，惯性较大的负载（如风机、水泵）需设置较长的加减速时间，这也与实际工程应用场景紧密结合。【工程应用】恒压频比控制广泛应用于风机、水泵等恒转矩负载，可实现无级调速，降低能耗；PM240功率模块适用于普通工业拖动场景，如机床、传送带等设备，二者搭配可满足大多数工业负载的控制需求，体现了理论知识的实际应用价值。【能力培养】能熟练设置恒压频比控制的相关参数，根据电动机额定值和负载需求调整参数，衔接后续实操任务；2.能解释恒压频比控制的核心原理，说明其解决的低频过载问题，深化对变频器控制逻辑的理解。【总结】重点掌握PM240功率模块的功能细节、恒压频比控制的原理推导、参数设置及加减速特性，重点衔接前一课的PM功率模块知识，同时为后续离心甩干机实操任务奠定核心理论基础，帮助学生深入理解变频器的核心控制模式，掌握参数设置的逻辑。××职业技术学院教案课程名称变频器伺服器现代工程应用班级课程章节2.5课次/周授课方法讲授+任务演示+实操指导教具PPT、离心甩干机模型、G120C变频器、接线工具、电位器教学内容1.离心甩干机工作原理与功率配置；2.变频器控制电路接线；3.变频器参数设置与调试；4.项目总结与知识巩固教学目标知识目标：掌握离心甩干机的变频器控制方案，理解参数设置的逻辑；能力目标：能完成变频器控制电路的接线，能进行参数设置与简单调试，能排查基础故障重点、难点重点：变频器控制电路接线、参数设置与调试；难点：参数设置的逻辑的理解，基础故障排查复习提问1.变频器恒压频比控制的核心参数有哪些？2.模拟输入端口如何实现调速控制？作业1.绘制离心甩干机变频器控制电路图；2.简述变频器调试的步骤及注意事项；3.总结变频器应用中参数设置的核心逻辑。授课时长2学时课后小结本次课通过离心甩干机的实际任务，将变频器的理论知识应用于实践，核心掌握控制电路接线、参数设置与调试方法。需明确变频器通断电控制、起动停机控制、调速控制的实现逻辑，理解参数设置与电动机额定值、负载需求的关联，排查基础接线和参数故障，实现理论与实践的结合，巩固项目2的核心知识点。教案附页注释【知识学习】2.5任务实施：变频器在离心甩干机上的应用本次任务是前4次课理论知识的综合应用，核心是将变频器的分类、模块功能、控制接口、控制模式等知识点结合，实现离心甩干机的实际控制，具体实施过程如下：1.任务准备：（1）设备参数：离心甩干机配套22kW三相笼型异步电动机，额定电压380V，额定频率50Hz，转速1480r/min；选用G120C变频器（22kW），该型号变频器集成CU控制单元和PM功率模块，结构紧凑、操作便捷，适配离心甩干机的调速需求，速度调节范围为0~50Hz，其模块搭配逻辑与前一课学习的CU、PM模块兼容性知识一致。（2）控制方案设计：结合前一课学习的恒压频比控制模式和控制接口应用，设计合理的控制方案：采用模拟端子（AI0）调速，通过电位器调节输入电压，实现甩干机转速的无级调节，呼应模拟输入接口的应用；采用数字端子控制运行、停机，搭配低压电器（隔离开关、接触器）实现变频器的通断电控制和电动机的起保停控制，呼应数字输入接口的应用；同时设置故障保护参数，避免过载、过压等故障损坏设备，确保操作安全、可靠。2.控制电路接线：接线是实操的核心环节，需严格遵循安全规范和接口接线要求，具体步骤如下：接线前需切断所有电源，确保操作安全，这是实操的首要注意事项。主电路接线：隔离开关（QF）一端连接三相电源，另一端连接变频器输入端子（R、S、T），变频器输出端子（U、V、W）连接电动机接线端子，确保接线牢固、相位正确，避免接反导致电动机反转，这与变频器功率输出的基本要求一致。控制电路接线：接触器（KM）线圈连接控制电源，触点串联在变频器输入回路，控制变频器通断电；起动按钮（SB1）、停机按钮（SB2）串联后连接至变频器数字输入端口（DI0、DI1），实现起动、停机控制，呼应数字输入接口的参数设置；4.7kΩ电位器一端接10V电源，一端接地，中间抽头连接至模拟输入端口（AI0），通过调节电位器改变输入电压，实现调速，呼应模拟输入接口的I-U转换和调速应用。3.参数设置：参数设置需结合设备参数和控制方案，衔接前一课学习的恒压频比控制参数和接口参数设置方法，具体如下：接线完成后，接通电源，通过操作面板写入核心参数：P0015=12（选择工业拖动应用宏）、P0304=380V（电动机额定电压）、P0310=50Hz（电动机额定频率）、P1120=10s（加速时间）、P1121=0s（减速时间，甩干机需快速停机）、P0756=2（AI0端口设置为电压型输入）、P0840=722.0（DI0端口设置为起动）、P0842=722.1（DI1端口设置为停机），设置完成后保存参数并重启变频器，所有参数均围绕控制方案和设备需求设置，确保控制功能实现。4.调试步骤：调试是验证接线和参数设置正确性的关键，需按步骤逐步进行，确保设备正常运行：第一步，通断电测试，检查变频器电源指示灯、操作面板是否正常，排查接线错误，这是基础排查步骤；第二步，起动停机测试，按下SB1起动变频器，观察电动机是否正常运转，按下SB2停机，检查停机是否平稳，验证数字输入接口的控制功能；第三步，调速测试，调节电位器，观察电动机转速是否随电位器调节连续变化，确认模拟输入接口的调速功能正常，呼应恒压频比控制的无级调速特点；第四步，故障模拟测试，模拟过载、过压故障，检查变频器保护功能是否正常触发，确保设备运行安全。【工程应用】变频器控制离心甩干机可实现无级调速，避免工频起动时的电流冲击，保护电动机，同时可根据甩干物料的不同调整转速，提升甩干效率和产品质量，广泛应用于纺织、食品、化工等行业，让学生直观感受理论知识的实际应用价值。【能力培养】1.能按照控制方案完成变频器控制电路的接线，确保接线正确、牢固，掌握实操接线技巧；2.能熟练进行变频器参数设置与调试，排查接线错误、参数设置不当等基础故障，提升实操调试能力；3.能将前4次课的理论知识应用于实际工程场景，理解变频器控制的实际应用逻辑，实现理论与实践的结合。【总结】重点掌握任务实施的准备工作、接线步骤、参数设置和调试流程，紧密衔接前4次课的核心知识点，结合离心甩干机的实际应用场景，实现理论与实践的结合，帮助学生掌握变频器的实操应用方法，巩固项目2的核心知识点，提升实操能力，完成本项目的学习目标。××职业技术学院教案课程名称变频器伺服器现代工程应用班级课程章节3.1课次/周授课方法讲授+图示分析+教具演示教具PPT、G120变频器模型、IGBT模块实物教学内容1.变频器主电路组成及功率模块结构；2.整流滤波电路工作原理；3.逆变电路原理及IGBT开关管特性教学目标知识目标：掌握变频器主电路结构、整流滤波及逆变电路原理，了解IGBT开关管的工作特性；能力目标：能识别变频器功率模块部件，理解整流、逆变的电能变换过程，能初步判断IGBT的工作状态重点、难点重点：变频器主电路组成、整流滤波及逆变电路工作原理；难点：IGBT开关管控制特性、逆变电路的电能变换过程复习提问1.三相笼型异步电动机的工作原理是什么？2.变频器的核心作用是什么？作业1.简述变频器主电路的组成及各部分作用；2.说明整流滤波电路中限流电阻和滤波电容的作用；3.简述IGBT开关管的控制特性及应用优势。授课时长2学时课后小结本课题重点讲解了变频器主电路的核心知识，包括功率模块结构、整流滤波和逆变电路原理。需掌握主电路“交-直-交”的电能变换过程，理解限流电阻的限流作用、滤波电容的储能放能原理，明确IGBT开关管的电压控制特性，为后续学习PWM技术及变频器应用奠定基础。教案附页注释【知识学习】3.1变频器主电路分析变频器主电路是电能变换的核心，主要实现交流电与直流电的相互转换，为胶带输送机电动机提供稳定、可调的驱动电源，是变频器正常工作的基础。3.1.1变频器主电路与功率模块主电路的核心部件是G120变频器PM240功率模块，该模块集成了三相整流电路、逆变电路以及制动电阻、抱闸系统等选件，结构紧凑且功能完善。功率模块内置专用CPU，主要负责控制逆变电路中IGBT的驱动逻辑、采集设备保护信号、控制抱闸系统动作，同时将设备故障、运行状态等报警信号上传至CU240E-2控制单元，实现对功率模块的远程控制与状态监控。3.1.2整流滤波电路整流电路由VD1~VD6六只二极管组成三相整流桥，核心作用是将输入的三相交流电整流为脉动直流电。为保护电路，冷开机时限流电阻RL接入电路，限制滤波电容的初始充电电流，防止电流过大损坏元器件；当变频器启动完成、直流母线电压稳定后，KA继电器吸合，将RL短路，确保主电路正常高效工作。滤波电容C1、C2并联在直流母线上，通过储能、放能作用平滑脉动直流电压，减少电压波动；电容两端并联的均压电阻，可保证两只电容电压均衡，避免因电压不均导致电容损坏。3.1.3逆变电路与IGBTIGBT（绝缘栅双极型晶体管）是逆变电路的核心开关器件，属于电压控制器件，控制逻辑简单：当控制极G与发射极E之间施加+15V电压（UGE=+15V）时，IGBT导通；施加-5V电压（UGE=-5V）时，IGBT截止。六只IGBT组成三相逆变桥，按照特定时序交替导通与截止，将整流后的直流电逆变为三相交流电，为胶带输送机电动机提供驱动电源。每只IGBT均并联一只续流二极管VD7~VD12，其作用是当IGBT关断、电动机绕组电感产生自感高电压时，为电感电流提供续流回路，防止自感电压损坏IGBT。【能力培养】1.能准确识别PM240功率模块的核心组成部件，明确各部件的安装位置与基本功能；2.能结合电路原理，分析整流滤波电路的工作过程，理解限流、滤波的核心作用；3.掌握IGBT开关管的控制逻辑，能根据控制电压判断IGBT的导通与截止状态。【总结】本节课重点掌握变频器主电路的整体结构，理解整流、逆变的电能变换过程，明确各元器件的作用及工作原理，尤其是IGBT的控制特性和续流二极管的保护作用，为后续学习PWM脉宽调制技术及变频器实际应用奠定坚实的理论基础。××职业技术学院教案课程名称变频器伺服器现代工程应用班级课程章节3.13.2课次/周授课方法讲授+图示演示+案例分析教具PPT、胶带输送机模型、制动电阻实物教学内容1.PWM脉宽调制技术原理及信号产生；2.PWM整流与制动电阻作用；3.胶带输送机结构及应用场景教学目标知识目标：掌握PWM脉宽调制原理、制动电阻作用，了解胶带输送机的结构及应用场景；能力目标：能理解PWM信号的生成过程，识别胶带输送机的核心部件，明确其工作特点重点、难点重点：PWM脉宽调制原理、胶带输送机结构组成；难点：面积等效变换原理、PWM整流的谐波抑制作用复习提问1.变频器逆变电路的核心部件是什么？2.整流滤波电路的作用是什么？作业1.简述PWM脉宽调制技术的理论基础及信号生成原理；2.说明制动电阻的作用及应用场景；3.简述胶带输送机的核心组成部件及各部分作用。授课时长2学时课后小结本课题重点讲解了PWM脉宽调制技术和胶带输送机结构，需掌握面积等效变换的核心原理，理解PWM信号的生成方式及谐波抑制作用，明确制动电阻在回馈电能消耗中的作用，识别胶带输送机的驱动、张紧等核心部件，为后续任务实施奠定基础。

教案附页注释【知识学习】3.1.4PWM脉宽调制技术PWM技术是变频器电能变换的核心，其理论基础是采样控制理论中的“面积等效”原理。具体来说，就是将需要生成的正弦电压按周期等分，把每一等分所包围的面积，用一个与其面积相等的等幅矩形脉冲替代，且矩形脉冲的中点与对应正弦等分的中点重合，形成等高不等宽的脉宽调制波（PWM波）。这些PWM波加到电动机定子绕组后，通过绕组自身的滤波作用，就能得到平滑的正弦波电流。PWM波分为单极性和双极性两种，单极性PWM波在调制波正半周输出正脉冲、负半周输出负脉冲，双极性PWM波则在整个周期内正、负脉冲交替出现，改变调制波的频率可调节变频器输出频率，改变调制波幅值可调节输出电压，实现调频调压一体化控制。3.1.5PWM脉宽调制整流与制动电阻传统脉波整流会产生大量高次谐波，严重超出电网谐波不高于5%的标准，而PWM脉宽调制整流通过储能电抗器的储能与放能作用，消除了整流过程中的电流间断，有效抑制高次谐波，满足电网电磁兼容要求。制动电阻是变频器的重要选件，主要用于消耗位能负载（如胶带输送机下行时）和惯性负载（如停机时）产生的回馈电能，防止这些电能回传至直流母线导致电压过高，避免变频器过压跳闸。制动电阻的选型需重点关注两个参数：阻值和耗散功率，需根据变频器的额定功率、负载类型及工作频率查表确定，确保制动效果和设备安全。3.2胶带输送机结构原理胶带输送机是大型连续物料输送设备，核心组成包括输送带、驱动装置、张紧装置、托辊和机架等，广泛应用于矿山、港口、电厂、化工等行业，用于输送矿石、煤炭、集装箱等各类物料。其中，驱动装置是动力核心，由动力辊筒、减速箱和电动机组成，动力辊筒表面加装耐磨橡胶以增大与输送带的摩擦力，减速箱通过齿轮传动将电动机的高转速转换为低转速、大转矩，满足输送带运行需求；张紧装置（如小车重锤式）用于拉紧输送带，保证足够的摩擦力，防止打滑；托辊用于支撑输送带，承受物料重量，减少输送带运行阻力，其轴承寿命直接影响设备稳定性；输送胶带根据应用场景可选用橡胶、PVC、PU、尼龙等类型，分别适配不同的负载和环境要求。【能力培养】1.理解PWM技术的调频调压原理，能简单说明“面积等效”原理的应用过程；2.能准确识别胶带输送机的核心组成部件，明确各部件的功能作用；3.能结合负载特点，分析制动电阻的工作场景及选型要点。【总结】本节课重点掌握PWM脉宽调制原理、PWM整流的谐波抑制作用及制动电阻的功能，同时熟悉胶带输送机的结构组成及各部件作用，为后续变频器选型、控制电路设计及任务实施奠定坚实的理论和实践基础。

××职业技术学院教案课程名称变频器伺服器现代工程应用班级课程章节3.3课次/周授课方法讲授+任务演示+实操指导教具PPT、G120变频器、控制柜、胶带输送机模拟装置教学内容1.变频器选型与组态、主从同步控制设计；2.变频器参数设置、安装与调试；3.胶带输送机维护及常见故障处理教学目标知识目标：掌握变频器选型、参数设置及调试方法，了解胶带输送机维护要点；能力目标：能完成变频器选型与参数设置，能配合完成调试操作，能初步处理常见故障重点、难点重点：变频器选型、参数设置、主从同步控制；难点：主从控制调试、抱闸逻辑控制、常见故障排查复习提问1.PWM脉宽调制技术的核心原理是什么？2.胶带输送机的核心驱动部件有哪些？作业1.简述胶带输送机变频器的选型原则及主从同步控制的作用；2.列出主机、从机变频器的核心参数及设置目的；3.简述胶带输送机的维护要点及常见故障处理方法。授课时长2学时课后小结本课题重点实施了胶带输送机变频器驱动控制任务，需掌握变频器选型的余量原则，理解主从同步控制解决出力不均的原理，能完成主机、从机核心参数设置，掌握安装调试流程及维护要点，实现理论与实践的结合，确保能应对实际工程中的基本操作和故障排查。教案附页注释【知识学习】3.3任务实施：胶带输送机变频器驱动控制3.3.1变频器选型与组态胶带输送机属于重载、大惯性设备，工作中负载波动较大，为避免变频器过载损坏，选型时需预留1~2个功率档次。结合项目中2台160kW/690V电动机的参数，选用G120系列变频器，控制模块选用CU240E-2（可穿墙安装，便于控制室远程控制），功率模块选用PM240-2型，适配电动机工作需求。由于胶带由两台电动机共同驱动，为解决转速不同步导致的一台过载、一台倒发电问题，采用主从同步控制模式：主机负责给定速度信号，从机跟踪主机转矩，确保两台电动机出力均匀。3.3.2控制设计与参数设置主从控制电路中，主机通过模拟端子AI0+接收调速电位器的速度给定信号，通过模拟输出端子AO0将速度信号传输至从机AI0+，实现从机速度跟随；数字信号同步控制，确保主机与从机同时启动、停机。抱闸采用“断电抱闸、通电松闸”逻辑，通过设置P1215、P1216等参数，保证抱闸动作时序合理，避免停机时物料坠落。制动电阻根据变频器功率和负载特性选型，阻值3.2Ω、耗散功率80kW，同时设置P1280=0、P1240=0，屏蔽过压检测，防止制动电阻未起控时变频器过压跳闸。主机、从机参数需匹配电动机额定电压、电流等规格，从机额外设置PID控制参数，实现转矩精准跟踪。3.3.3安装调试与维护变频器安装需遵循电磁兼容要求，控制柜采用强弱电分区安装，减少电磁干扰；设备外壳可靠接地，确保安全与抗干扰能力。调试遵循“先空载、后联机”原则：先分别调试主机、从机，确认参数无误、电动机转向正确后，进行联机调试，排查同步性问题。维护重点包括：定期检查胶带磨损与松紧度、为托辊、减速箱补充润滑油、检查电气接线与变频器运行状态；常见故障如胶带跑偏可调整滚筒位置，变频器过压可检查制动电阻是否正常。【能力培养】能根据负载特性完成变频器选型与主从控制组态设计；2.能对照参数表完成主机、从机变频器核心参数设置，配合完成安装调试操作；3.能识别胶带输送机与变频器的常见故障，掌握基础排查与处理方法。【总结】重点掌握胶带输送机变频器驱动控制的全流程，包括选型原则、主从控制设计、参数设置、安装调试及维护要点，将理论知识与工程实践结合，提升重载设备变频器应用的实践能力，满足工业现场操作需求。××职业技术学院教案课程名称变频器伺服器现代工程应用班级课程章节4.1课次/周授课方法讲授+图示分析+原理推导教具PPT、森兰SB70变频器模型、PID控制框图教学内容1.变频器4种控制模式及选用；2.矢量控制原理及实现；3.闭环PID控制原理及参数含义教学目标知识目标：掌握矢量控制、PID控制原理，了解变频器控制模式选用原则；能力目标：能区分不同控制模式的适用场景，理解PID参数的调节作用重点、难点重点：矢量控制原理、PID控制组成；难点：坐标变换原理、PID参数的作用机制复习提问1.三相笼型异步电动机的转矩特性是什么？2.变频器的核心电能变换过程是什么？作业1.简述矢量控制的实现步骤；2.说明PID控制中P、I、D参数的各自作用；3.简述矢量控制与恒压频比控制的区别。授课时长2学时课后小结本课题重点讲解了变频器核心控制模式，需掌握矢量控制的坐标变换和数学模型核心，理解PID控制的闭环调节原理及P、I、D参数的作用，明确不同控制模式的选用场景，为后续传感器应用及风机控制奠定理论基础。教案附页注释【知识学习】4.1变频器控制模式及PID控制变频器核心控制模式主要有4种，分别是V/F控制、转差频率控制、矢量控制和直接转矩控制，其中V/F控制和矢量控制在工业场景中应用最广泛。V/F控制即恒压频比控制，操作简单、成本低，适用于风机、水泵等轻载设备；转差频率控制专注于速度精准控制，多用于自动驾驶等场景；直接转矩控制应用较少，而矢量控制凭借优良的控制性能，成为重载、高精度控制的首选。4.1.1矢量控制原理矢量控制的核心是通过坐标变换技术，将交流电动机的三相电流分解为励磁电流和转矩电流，实现对两种电流的独立控制，从而使交流电动机获得与直流电动机类似的线性转矩特性。其实现过程分为两步：一是建立旋转坐标系，使交流电动机的旋转磁场与直流电动机的假想旋转磁场转速同步、转向一致；二是建立数学模型，通过软件程序控制变频器输出电压和电流的相位关系，消除功率因数对转矩的影响，确保转矩与电流线性相关。4.1.2变频器过程控制过程控制是指石油、化工、电力、冶金、加工、水务等生产领域，在生产过程中，将其生产过程中某个过程物理量稳定在设定值上的一种控制技术，称为过程控制。被控物理量通常为压力、液位、流量、温度、PH值等过程变量。过程控制是电机拖动技术中重要的组成部分。过程控制是闭环控制，要将输出物理量反馈到输入端。4.1.3变频器闭环PID控制PID控制是变频器闭环控制的核心，主要用于稳定被控物理量，由比例（P）、积分（I）、微分（D）三个环节组成。P参数用于加快纠偏速度，Kp值越大，响应越快，但过大会导致系统振荡；I参数用于消除静态误差，通过积分作用逐步趋近设定值，负载惯性大时需增大积分时间；D参数用于提高响应灵敏度，提前预判偏差变化趋势，减少调节滞后。在垃圾发电厂风机控制中，PID通过传感器采集现场风压、温度信号，与目标信号对比产生偏差，自动调整变频器输出频率，实现参数稳定控制。【能力培养】能根据负载类型和控制需求，选择合适的变频器控制模式；2.能简单解释矢量控制的坐标变换原理及数学模型的作用；3.能说明PID各参数的调节方向及对控制效果的影响。【总结】本节课重点掌握矢量控制和PID控制的核心原理，明确不同控制模式的适用场景，理解参数调节对控制效果的影响，为后续传感器应用、风机控制任务实施做好坚实的理论铺垫。

××职业技术学院教案课程名称变频器伺服器现代工程应用班级课程章节4.24.3课次/周授课方法讲授+实物演示+案例分析教具PPT、压力传感器、温度传感器、离心风机模型教学内容1.压力、温度传感器结构及原理；2.离心风机分类、结构及转矩特性；教学目标知识目标：掌握传感器工作原理、风机结构及特性；能力目标：能识别传感器和风机核心部件，理解风机转矩特性重点、难点重点：压力/温度传感器原理、风机结构及转矩特性；难点：负压传感器结构、风机二次方转矩特性复习提问1.矢量控制的核心目的是什么？2.PID控制的闭环调节过程是什么？作业1.简述扩散硅压力传感器的工作原理；2.对比正压与负压传感器的结构差异；3.说明离心风机的转矩特性及应用注意事项。授课时长2学时课后小结本课题重点讲解了传感器和风机相关知识，需掌握压力、温度传感器的工作原理及选型要点，理解离心风机的结构和二次方转矩特性，明确垃圾焚烧发电中引风机、鼓风机的作用，为后续任务实施提供设备认知基础。

教案附页注释【知识学习】4.2压力和温度传感器传感器是变频器闭环控制的关键部件，其核心作用是将压力、温度等非电物理量转换为变频器可识别的标准电信号，常用的有压力传感器和温度传感器。4.2.1压力传感器压力传感器多采用扩散硅应变片作为检测元件，工作时，压力作用于应变片使其发生形变，应变片的电阻值随形变量线性变化，再通过电子电路将电阻变化转换为0~10V电压或4~20mA电流信号。正压传感器用于检测正向压力，如鼓风机出口压力；负压传感器通过内置真空室设计，专门检测负压，适配引风机炉膛负压控制，量程需按实际检测范围的1.5倍选型。4.2.2温度传感器温度传感器主要分为铂热电阻（Pt100）和热电偶两类，铂热电阻精度高、稳定性好，适用于0~500℃的中低温检测，如风机轴承温度监测；热电偶耐高温性能优异，适用于500℃以上的高温场景，垃圾焚烧炉膛温度检测常选用K分度热电偶，可稳定检测800~1200℃的高温。4.3风机原理与应用4.3.1风机分类与用途1.风机分类按结构分类按压力分类离心式风机低压离心通风机，压力小于0.98kPa中压离心通风机，压力在0.98kPa~2.94kPa高压离心通风机,压力在2.94kPa~14.7kPa离心压缩机，压力在340kPa以上离心鼓风机，压力在15kPa~340kPa轴流式风机低压轴流通风机，压力在0.98kPa以下高压轴流通风机，压力在0.49kPa~4.9kPa容积式罗茨鼓风机，压力在30kPa~40kPa风机的用途（1）风机输出的是洁净气体（2）风机压力流量梯度大，应用广泛4.3.2离心风机工作原理与应用1.离心风机的分类离心风机是垃圾发电厂的核心辅助设备，分为鼓风机和引风机，二者核心区别在于叶轮弯曲方向和转动方向：鼓风机叶轮正向弯曲，运行时输出正压，为炉膛供风助燃；引风机叶轮反向弯曲，运行时产生负压，排出燃烧尾气并维持炉膛负压。其转矩特性呈二次方关系，起动转矩小、运行功率与转速的三次方成正比，运行时禁止超频，避免过载损坏设备。垃圾焚烧发电中，一次鼓风机负责基础供风，二次鼓风机补充热风提升炉膛温度，引风机保障尾气顺利排放，三者协同维持焚烧工艺稳定。2.离心风机工作原理气体由进风管进到集流器，集流器正对着叶轮的轴心部位，对流入的空气具有整流导入的作用，当叶轮高速旋转时，吸入口产生负压，气体由此被吸入叶轮。【能力培养】能根据检测场景和参数要求，选择合适的传感器类型及量程；2.能识别风机核心部件，准确区分鼓风机与引风机的功能差异；3.能结合风机转矩特性，分析运行中的注意事项，避免设备故障。【总结】本节课重点掌握传感器和风机的核心知识，理解其工作原理和应用场景，明确传感器与风机在垃圾焚烧发电中的协同作用，为后续变频器选型、参数设置及任务实施做好设备认知准备。

××职业技术学院教案课程名称变频器伺服器现代工程应用班级课程章节4.44.5课次/周授课方法讲授+任务演示+实操指导教具PPT、森兰SB70变频器、控制柜、传感器、PLC模型教学内容1.垃圾焚烧发电中风机的作用2.变频器选型与参数设置；3.PLC控制逻辑与接线；4.风机维护及常见故障处理教学目标知识目标：了解垃圾焚烧发电风机用途，掌握变频器选型、参数设置及维护要点，了解PLC控制逻辑；能力目标：能完成变频器参数设置，配合调试，初步处理常见故障重点、难点重点：变频器选型、参数设置、风机维护；难点：PID参数调试、PLC控制逻辑、故障排查复习提问1.负压传感器的工作原理是什么？2.离心风机的转矩特性有何特点？作业1.简述垃圾发电厂引风机变频器的选型原则；2.列出引风机变频器核心参数及设置目的；3.简述风机日常维护要点及常见故障处理方法。授课时长2学时课后小结本课题重点实施了垃圾发电厂引风机变频器控制任务，需掌握变频器选型的余量原则、核心参数设置方法，理解PLC控制逻辑，掌握风机维护要点及常见故障排查方法，实现理论与实践结合，满足工业现场操作需求。教案附页注释【知识学习】4.4生活垃圾的危害与焚烧发电4.4.1垃圾的定义与处理进入21世纪后，我国城市开始探讨生活垃圾焚烧发电，填埋比例逐年下降。从2011年到2015年期间，城市生活垃圾焚烧发电厂从109座增长到205座，焚烧处理垃圾比例从19.86%增长到34.25%，按“十三五”规划，到2020年底，大多数直辖市、计划单列市和省会城市（建成区）要实现原生垃圾“零填埋”，设市城市生活垃圾焚烧处理能力占无害化处理总能力的50%以上，其中东部地区达到60%以上。4.4.2我国垃圾焚烧发电圾焚烧发电和煤炭发电都属于热能发电，煤炭发电是将煤块加工成煤粉，将煤粉投入到锅炉中燃烧发热，具有成熟的锅炉制造和控制技术。4.5任务说明与实施4.5.1变频器选型与控制本次任务核心是完成垃圾发电厂引风机变频器的选型、参数设置、调试及维护，结合现场引风机参数（500kW/380V，额定转速1480r/min），选用森兰SB70系列矢量变频器，选型时按电动机额定功率预留1.2倍余量，确保重载工况下稳定运行。4.5.2森兰变频器在炉膛风机上的应用引风机采用PID闭环控制，选用-1500Pa量程的负压传感器，将其反馈信号接入变频器AI1模拟端子，目标风压设定为-1000Pa，对应参数F7-04（目标值）设置为67%，同时设置PID反作用调节，确保风压升高时变频器降速、风压降低时变频器升速。二次鼓风机选用132kW变频器，搭配K分度热电偶，将炉膛温度反馈信号接入AI2端子，控制温度稳定在900℃左右，保障焚烧效率。4.5.3变频器参数设置和PLC调试PLC控制用于实现变频器的远程启停、复位及故障报警功能，通过PLC的数字输出端子连接变频器的控制端子，逻辑关系由PLC程序预设，可实现现场与控制室双重控制，同时设置故障报警输出，便于及时发现并处理设备异常。调试过程遵循“先空载、后联机”的原则：先空载调试变频器参数，确认电机转向正确、参数无误后，再联动风机运行，逐步调整PID参数（P=2.5、I=10s、D=0.5s），确保风压、温度稳定在设定值，无明显波动。4.5.4发电厂风机的日常维护日常维护重点包括：定期清洁风机外部及过滤器，防止灰尘堆积影响散热；检查风机轴承润滑情况，每3个月补充一次润滑油，避免磨损；排查叶轮磨损、变形及皮带松紧度，及时更换损坏部件；检测设备振动、噪音及变频器运行参数，发现异常及时停机排查。常见故障处理：变频器过压需检查制动电阻是否损坏、接线是否松动；风压异常需排查传感器接线、量程设置及管道堵塞；电机不转需检查变频器输出电压及电机绕组。【能力培养】能根据负载参数和工况要求，完成变频器选型与核心参数设置；2.能理解PLC控制逻辑，配合完成设备接线、空载及联机调试；3.能识别风机与变频器的常见故障，掌握基础排查与处理方法。【总结】本节课重点掌握引风机变频器控制的全流程，包括选型原则、参数设置、调试步骤及维护要点，将理论知识与工程实践紧密结合，提升变频器在工业重载场景的应用能力，满足垃圾发电厂现场操作需求。××职业技术学院教案课程名称变频器伺服器现代工程应用班级课程章节5.1、5.2.1课次/周授课方法讲授+实物演示+表格分析教具PPT、双螺杆空压机模型、英威腾GD300变频器模型教学内容1.压缩气体物理特性及热力学定律；2.风机与空压机的区别；3.空压机分类及双螺杆空压机结构原理；4.空压机与变频器、冷却风机选型方法教学目标知识目标：掌握压缩气体特性、空压机分类及双螺杆空压机原理，掌握空压机与变频器选型原则；能力目标：能区分风机与空压机差异，能根据参数完成基础选型重点、难点重点：双螺杆空压机工作原理、变频器选型原则；难点：压缩气体热力学特性、螺杆空压机油气分离原理复习提问1.变频器的核心控制模式有哪些？2.PID控制的核心作用是什么？作业1.简述风机与空压机的核心区别；2.说明双螺杆空压机的工作原理及油气分离过程；3.简述空压机变频器的选型原则。授课时长2学时课后小结本课题重点讲解了空压机相关基础理论及选型知识，需掌握压缩气体的物理特性和热力学定律，区分风机与空压机的差异，理解双螺杆空压机的结构和工作原理，掌握变频器、冷却风机的选型方法，为后续任务实施奠定理论和设备认知基础。

教案附页注释【知识学习】5.1压缩气体与空压机压缩气体是空压机工作的核心介质，具有流动性、可压缩性、热效应及临界值特性，热力学第一定律△U=W+Q是空压机工作的理论基础，气体仅作为能量转换载体，不产生或消耗能量。风机与空压机的核心区别的是：风机以气体搬运为目的，侧重动能传递；空压机以气体压缩做功为目的，需配备散热结构，避免压缩放热损坏设备。空压机分为速度式和容积式，其中双螺杆空压机作为容积式旋转机型，是目前工业主流，市场占有率达80%以上。其通过阳、阴螺杆的啮合滚动压缩气体，阳螺杆主动、阴螺杆被动，二者螺齿无间隙配合，实现连续进气、压缩和排气，含油式机型需通过油气分离罐、冷却器实现油气分离，输出洁净高压气体。5.2.1空压机与变频器选择变频器选型需匹配空压机电机参数，以110kW/380V螺杆空压机为例，选用英威腾GD300-01A-075G-4专用变频器，无需增容；冷却风机按主电机功率5%选型，选用5.5kW三相交流电机，确保散热效果。选型核心是匹配额定功率、电压等级，预留合理余量，适配空压机重载工况。【能力培养】能准确区分风机与空压机的功能差异；2.能识别双螺杆空压机核心部件，简述其工作过程；3.能根据空压机参数初步完成变频器和冷却风机选型。【总结】本节课重点掌握空压机基础理论和选型方法，理解双螺杆空压机的核心原理，明确变频器选型要点，为后续控制电路分析和调试任务做好准备。

××职业技术学院教案课程名称变频器伺服器现代工程应用班级课程章节5.2.2、5.2.3课次/周授课方法讲授+操作演示+案例总结教具PPT、英威腾GD300变频器、TC070AHMI、控制电路示意图教学内容1.变频器控制电路分析（主从控制、过热保护、PID闭环控制）；2.HMI人机界面操作及变频器调试步骤；3.专用变频器应用总结教学目标知识目标：掌握变频器控制电路原理、调试步骤，了解专用变频器特点；能力目标：能理解主从控制逻辑，能配合完成HMI调试操作重点、难点重点：变频器调试步骤、HMI操作方法；难点：主从控制原理、PID恒压控制实现复习提问1.双螺杆空压机的油气分离过程是什么？2.空压机变频器的选型原则有哪些？作业1.简述空压机变频器主从控制的工作原理；2.列出变频器调试的核心步骤；3.说明专用变频器的优势及应用特点。授课时长2学时课后小结本课题重点讲解了空压机变频器的控制电路和调试方法，需掌握主从控制、过热保护和PID恒压控制的原理，熟悉HMI人机界面的操作及调试步骤，理解专用变频器的应用优势，实现理论与实操的结合，完成压力罐变频器恒压控制任务。教案附页注释【知识学习】5.2.2变频器调试空压机变频器采用主从控制模式，主机变频器驱动空压机，从机变频器驱动冷却风机，主机通过RO2端子控制从机启停，AO1端子输出频率信号调节风机转速，实现协同工作。控制电路包含急停、运行、复位控制，以及电动机和空压机过热保护，分别通过PT100传感器采集温度信号，接入PTA1、PTA2端口，避免设备过热损坏；压力传感器接入P1端口，构成PID恒压闭环控制，稳定压力罐压力在0.8MPa。变频器调试依托英威腾TC070AHMI，该设备与变频器预设矢量连接，无需额外配置。调试步骤分为：接线检查、登录HMI界面、进入系统配置、设置主机及风机电机参数、参数辨识、一键设定参数，最后完成调试。电机参数需按铭牌准确填写，主机需进行参数辨识，风机无需辨识，确保参数匹配设备工况。5.2.3总结专用变频器的核心优势的是出厂预设功能，PID参数、控制逻辑均已预置，HMI配套提供动画、表格，极大简化调试流程，实现“免调试”应用。其与普通变频器相比，适配空压机重载、恒压控制需求，操作维护便捷，可实现无人值守运行，符合智能电器发展方向。【能力培养】能分析变频器主从控制电路的逻辑关系；2.能配合完成HMI界面操作及变频器调试；3.能总结专用变频器的应用优势。【总结】本节课重点掌握变频器控制电路原理和调试步骤，理解主从控制和PID恒压控制的实现过程，掌握专用变频器的应用特点，完成压力罐变频器恒压控制任务，提升变频器在空压机场景的应用能力。××职业技术学院教案课程名称变频器伺服器现代工程应用班级课程章节6.1、6.2课次/周授课方法讲授+图示分析+实物演示教具PPT、柱塞泵模型、液压油缸实物（或模型）、液压油样本教学内容1.液压传动原理（帕斯卡定律）及液压油特性；2.液压控制系统组成及各部分作用；3.液压油泵分类及柱塞泵结构、工作原理；4.液压油缸、液压马达的结构与功能；5.液压动力部件的选型基本原则教学目标知识目标：掌握帕斯卡定律、液压系统组成，理解柱塞泵、液压油缸的结构与工作原理，了解液压油选用要求；能力目标：能识别液压动力部件，初步理解液压传动的基本规律，能区分不同类型液压泵的适用场景重点、难点重点：帕斯卡定律、柱塞泵工作原理、液压动力部件的功能；难点：柱塞泵配油轴工作机制、液压油的选用原则、液压动力部件选型逻辑复习提问1.变频器的核心控制逻辑是什么？2.容积式设备的共同工作特点是什么？作业1.简述帕斯卡定律的内容及在液压挤压机中的应用；2.对比齿轮泵、叶片泵、柱塞泵的性能差异及适用场景；3.说明液压油缸的核心组成部件及各部件作用；4.简述液压油的主要特性及选用要点。授课时长2学时课后小结本课题重点讲解了液压传动基础及动力部件知识，需掌握帕斯卡定律的核心内涵，理解液压系统的组成及各部分作用，重点掌握柱塞泵的结构、工作原理及配油轴的作用机制，能区分不同类型液压泵的性能差异，了解液压油缸、液压马达的功能及液压油的选用要求，为后续学习液压挤压机伺服控制奠定坚实的理论和设备认知基础。教案附页注释【知识学习】6.1液压传动基本概念液压传动是基于帕斯卡定律实现能量传递的传动方式，核心是通过液压油作为介质，将机械能转换为液压能，再将液压能转换为机械能，广泛应用于液压挤压机、机床等重载设备。帕斯卡定律指出：密闭容器内的静止液体，其任意一点的压力等值传递到液体的各个部分，这是液压挤压机产生巨大挤压力的理论基础。液压控制系统由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和工作介质（液压油）组成，其中动力元件和执行元件是核心动力部件。液压油需具备良好的粘性、润滑性和抗磨性，选用时需根据挤压机工作压力、环境温度确定型号，避免因油液选型不当导致部件磨损。6.2液压动力部件液压油泵分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵三类，其中柱塞泵因其压力高、流量均匀、效率高，是液压挤压机的首选动力元件。它由缸体、柱塞、配油轴、斜盘等部件组成，通过斜盘驱动柱塞往复运动，配合配油轴的吸排油窗口，实现连续吸油和排油，配油轴的换向作用确保油液定向流动，为挤压机提供稳定动力。

液压油缸和液压马达是执行元件，液压油缸将液压能转换为直线运动，驱动挤压机挤压动作；液压马达将液压能转换为旋转运动，带动辅助机构运行，二者结构相似，均依靠油液压力推动部件运动。【能力培养】能识别液压动力部件，说明各部件的核心作用；2.能结合帕斯卡定律，分析液压挤压机的压力传递过程；3.能根据工况要求，初步选择合适的液压泵和液压油。【总结】本节课重点掌握液压传动的基本原理和动力部件知识，理解帕斯卡定律的应用，明确柱塞泵、液压油缸的结构与工作原理，为后续学习液压挤压机伺服器驱动控制做好铺垫。

××职业技术学院教案课程名称变频器伺服器现代工程应用班级课程章节6.3、6.4课次/周授课方法讲授+图示演示+原理分析+实物展示教具PPT、电磁换向阀、溢流阀、伺服驱动器实物（或模型）、伺服电机教学内容1.液压控制元件分类（方向、压力、流量控制元件）及工作原理；2.电磁换向阀、溢流阀的结构与控制逻辑；3.伺服驱动器的基本结构、工作原理；4.伺服驱动器的控制模式及参数含义；5.伺服驱动器与伺服电机的匹配原则教学目标知识目标：掌握液压控制元件的分类及工作原理，理解伺服驱动器的结构、工作原理及控制模式，了解伺服驱动器与伺服电机的匹配方法；能力目标：能识别液压控制元件和伺服驱动器核心部件，理解伺服驱动的基本控制逻辑重点、难点重点：液压控制元件的工作原理、伺服驱动器的工作原理及控制模式；难点：电磁换向阀的换向逻辑、伺服驱动器的参数设置逻辑、伺服电机与驱动器的匹配复习提问1.帕斯卡定律的核心内容是什么？2.柱塞泵的核心组成部件及工作原理是什么？作业1.简述液压控制元件的分类及各类元件的核心作用；2.说明电磁换向阀的结构及换向原理；3.简述伺服驱动器的基本结构及工作原理；4.说明伺服驱动器与伺服电机的匹配原则。授课时长2学时课后小结本课题重点讲解了液压控制元件和伺服驱动器的核心知识，需掌握液压方向、压力、流量控制元件的分类及工作原理，重点理解电磁换向阀、溢流阀的控制逻辑，掌握伺服驱动器的结构、工作原理及控制模式，明确伺服驱动器与伺服电机的匹配原则，为后续液压挤压机伺服驱动控制任务实施做好理论和技术准备。