变频伺服及应用 9

××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