变频伺服及应用 3

××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、