交流調(diào)速系統(tǒng)電子教案

1、附件二： 大連鐵道學(xué)院關(guān)于教案設(shè)計編寫的相關(guān)規(guī)定教案是任課教師對所授課程設(shè)計編寫的教學(xué)實施方案。教案能夠表達著教師的教學(xué)思想和教學(xué)風(fēng)格，凝結(jié)著教師的教學(xué)經(jīng)驗，反映著教師的教學(xué)水平，是提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量所必備的教學(xué)根本文件。授課教師應(yīng)遵循專業(yè)培養(yǎng)方案制訂的培養(yǎng)目標(biāo)，以教學(xué)大綱為依據(jù)，在熟悉教材的根底上，結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗，提前設(shè)計編寫所授課程的教案。一、教案的根本內(nèi)容1、 授課題目章節(jié)或主題；2、 授課類型理論課、實驗課、習(xí)題課等；3、 教學(xué)目的；4、 教學(xué)內(nèi)容、知識點包括重點與難點；5、 教學(xué)方法討論、啟發(fā)、自學(xué)、演示、辯論、難點突破等；6、 教學(xué)手段掛圖、模型、實物、錄像、多媒體等；7、 參考

2、書目；8、 教學(xué)過程復(fù)習(xí)、授新課、思考、討論、作業(yè)等。二、教案的設(shè)計課程教案設(shè)計應(yīng)包括三個層面：1、課程的內(nèi)容、教學(xué)根本要求、教學(xué)方法和手段等的總體設(shè)計；2、各章的內(nèi)容、教學(xué)方法、要求的設(shè)計；3、每次課程的教學(xué)內(nèi)容、方法、要求的設(shè)計。三、教案編寫的要求1、 根據(jù)教學(xué)大綱要求，鉆研教材和教學(xué)參考書；2、 教案每個層面的設(shè)計編寫，要確定教學(xué)目的和要求，一般應(yīng)包含知識教學(xué)、能力培養(yǎng)、思想教育等；3、 確定授課的重點和難點；4、 根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計授課類型，確定教學(xué)方法和手段即各種教具、教學(xué)儀器和設(shè)備；5、 設(shè)計課堂教學(xué)程序及輔助教學(xué)方法，有特色、有創(chuàng)意。6、 根據(jù)社會開展、科技進步及人才培養(yǎng)新要求及

3、時增加新的知識內(nèi)容。每一輪授課內(nèi)容必須有一定的更新率。7、 教案原那么上要求打印裝訂成冊。教 案2021 2021 學(xué)年 第一學(xué)期教 學(xué) 單 位 電氣工程教研室 課 程 名 稱 交流調(diào)速 課 程 編 號 0040308020 學(xué) 時 32 學(xué) 分 2 適 用 專 業(yè) 自動化 年 級 2021 授 課 教 師 鄧福軍 職 稱 副教授 職 務(wù) 大連交通大學(xué)教務(wù)處制課 程 教 學(xué) 實 施 計 劃授課教師鄧福軍輔導(dǎo)教師助教實驗實踐教學(xué)指導(dǎo)教師學(xué) 時 計 劃總 學(xué) 時理論學(xué)時多媒體教學(xué)學(xué)時習(xí)題課實驗學(xué)時32284使 用教 材名 稱出 版 社出版時間獲獎情況交流調(diào)速高等教育出版社2003參考書目現(xiàn)代交流傳

4、動及其控制系統(tǒng)中國鐵道出版社1999最新實用交流調(diào)速系統(tǒng)機械工業(yè)出版社1998交流調(diào)速系統(tǒng)上海交通大學(xué)出版社1992教學(xué)要求1 要求掌握的根本知識：交流調(diào)速系統(tǒng)的類型、構(gòu)成、工作原理，專用集成芯片及單片機的應(yīng)用。2 需要掌握的根本理論和方法：恒轉(zhuǎn)矩和恒功率控制理論，脈寬調(diào)制理論，雙軸理論，矢量變換控制理論，交流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計方法，各種器件、設(shè)備的選那么方法、通用變頻器的使用方法。3需要掌握的根本技能：將理論應(yīng)用于實際的技能教學(xué)創(chuàng)新與更新在講授根本知識的根底上，增加了目前廣泛應(yīng)用最新實用技術(shù)，如在變頻調(diào)速中增加了變頻器實用主電路構(gòu)成圖。加強理論與實際相結(jié)合，增加了以臺達變頻器VFD-A為例的實際

5、應(yīng)用講解及變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用實例，讓學(xué)生在掌握理論的同時，也會實踐應(yīng)用，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過對新知識的講授，讓同學(xué)們了解本課程目前的技術(shù)水平及開展前景?？己朔绞讲捎瞄]卷筆答形式成績計算方法采用試卷成績+平時成績平時占15%的形式。1 授 課 章 目錄學(xué)時分配教學(xué)方法與手段進度方案周次緒論1課堂講授6交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)3課堂講授6繞線式異步電動機的串級調(diào)速系統(tǒng)4課堂講授7交流電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)10課堂講授8-12異步電動機矢量變換控制系統(tǒng)8課堂講授13-15通用變頻器的應(yīng)用2對照實用設(shè)備講授15習(xí)題與小結(jié)4課堂講授162各 章 教 學(xué) 實 施 計 劃授課章名稱緒論課時安排1授課時間第1周教學(xué)目

6、的、要求分了解、理解、掌握 三個層次要求：了解交流調(diào)速開展、現(xiàn)狀及開展方向。理解交流調(diào)速應(yīng)用的目的。掌握交流調(diào)速的種類。教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：根本內(nèi)容：一.電力拖動系統(tǒng)的分類與開展：1.分類：.直流拖動系統(tǒng)：優(yōu)點、缺點。.交流拖動系統(tǒng)：優(yōu)點、缺點。 三. 交流調(diào)速的種類：同步電機、異步機。重點：交流調(diào)速系統(tǒng)的種類及應(yīng)用目的。討論、思考題、作業(yè)：討論：直流拖動系統(tǒng)和交流拖動系統(tǒng)的應(yīng)用開展前景的比擬。參考書目含參考書、文獻等具體內(nèi)容：佟純厚. 交流電動機晶閘管調(diào)速系統(tǒng).機械工業(yè)出版社，1988：511。周煉,謝運祥. 交流調(diào)速系統(tǒng)及相應(yīng)電力電子技術(shù)的開展綜述，微電機，1999，6：14

7、3課 堂 教 學(xué) 實 施 計 劃第 1 課教學(xué)過程設(shè)計復(fù)習(xí)、授新課、討 論、其它授新課授課類型請打：理論課 討論課 實驗課 習(xí)題課 其它教學(xué)方式請打：講授 討論 示教 指導(dǎo) 其它教學(xué)手段請打：多媒體 模型 實物 掛圖 音像 其它教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：緒論一. 電力拖動系統(tǒng)的分類與開展1.分類：.直流拖動系統(tǒng)：以直流電機作為電能機械能的轉(zhuǎn)換裝置。優(yōu)點：調(diào)速簡單，易于實現(xiàn)，啟動、調(diào)速性能好。缺點：因具有電刷與整流子，需經(jīng)常進行維修，其主要表現(xiàn)在以下幾點： 因受換向器的限制，電樞電壓最高能到一千多伏； 受換向器機械強度的約束，轉(zhuǎn)速低數(shù)百至一千多轉(zhuǎn)； 單機容量受到限制，一般為1214兆瓦；

8、 直流電機體積、重量、價格比同等容量的交流電機大。.交流拖動系統(tǒng)：以交流電動機作為電能機械能的轉(zhuǎn)換裝置。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，鞏固耐用，幾乎不用維修，克服了直流機的缺點； 缺點：交流機各參量之間是非線性的，強耦合，很難控制，因而性能不如直流調(diào)速。2.開展：以時間順序介紹 1834年第一臺直流電機問世，相繼出現(xiàn)直流調(diào)速系統(tǒng)。 十九世紀末交流電機問世，因多變量、非線性不好控制，只應(yīng)用在一些恒速系統(tǒng)中。 二十世紀3050年代，世界各國對交流調(diào)速進行各種研究，但只是實驗室階段，都沒有到達工業(yè)實用階段。 1958年世界上第一只晶閘管的研制成功為交流調(diào)速開辟了廣闊的開展前途。 60年代后期根本解決了技術(shù)上的一

9、些關(guān)鍵問題，使交流調(diào)速實現(xiàn)一次較大飛躍。 70年代由晶閘管構(gòu)成的交流調(diào)速系統(tǒng)進入擴大應(yīng)用及系列化，進一步提高性能階段。 80年代隨著GTR的出現(xiàn)、新型逆變技術(shù)及微型計算機控制技術(shù)的應(yīng)用，使交流調(diào)速系統(tǒng)取得突破性進展，大舉進入調(diào)速控制的各個領(lǐng)域。二. 交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用1. 代替原有的直流拖動系統(tǒng)，例：伸線機直流拖動系統(tǒng)用交流調(diào)速系統(tǒng)取代；2. 可節(jié)約大量能源風(fēng)機，水泵類負載，例：污水處理廠200KW風(fēng)機應(yīng)用3. 滿足生產(chǎn)工藝的需要，例：編織袋機交流調(diào)速應(yīng)用。三. 交流調(diào)速的種類交流電機可分為同步電機和異步機。同步機：改變供電電壓頻率調(diào)速；異步機：調(diào)壓調(diào)速；串級調(diào)速；變頻調(diào)速；無換向電機調(diào)速。4

10、各 章 教 學(xué) 實 施 計 劃授課章名稱 交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)課時安排3授課時間 第1周教學(xué)目的、要求分了解、理解、掌握 三個層次要求：了解三相交流調(diào)壓電路的各種常用形式理解閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)及用單片機控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)。掌握調(diào)壓調(diào)速的根本原理、機械特性、晶閘管三相交流調(diào)壓電路的構(gòu)成和原理。教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：根本內(nèi)容：一調(diào)壓調(diào)速的原理二晶閘管三相交流調(diào)壓電路三常用的三相交流調(diào)壓電路四閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)極其靜特性五用單片機控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)重點：調(diào)壓調(diào)速的根本原理、機械特性、晶閘管三相交流調(diào)壓電路的構(gòu)成和原理難點：閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)及其動特性討論、思考題、作業(yè)：討論：三相

11、交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)如何解決制動問題？作業(yè)： 1.三相Y聯(lián)接調(diào)壓電路給三相異步電動機供電時，電動機氣隙中有無3次諧波磁動勢？為什么？時如何處理？參考書目含參考書、文獻等具體內(nèi)容：劉竟成.交流調(diào)速系統(tǒng). 上海交通大學(xué)出版社，1992；第一章 異步電動機的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)課 堂 教 學(xué) 實 施 計 劃第 1-2 課教學(xué)過程設(shè)計復(fù)習(xí)、授新課、討 論、其它授新課授課類型請打：理論課 討論課 實驗課 習(xí)題課 其它教學(xué)方式請打：講授 討論 示教 指導(dǎo) 其它教學(xué)手段請打：多媒體 模型 實物 掛圖 音像 其它教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點： 第一章 交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)21 異步電動機調(diào)壓調(diào)速的原理電磁轉(zhuǎn)矩方程為 ：

12、由機械特性方程可知，在電機參數(shù)不變的情況下，電磁轉(zhuǎn)矩與成正比，假設(shè)在一定的負載轉(zhuǎn)矩下，保持不變，變化會引起轉(zhuǎn)差率S的變化，而同步轉(zhuǎn)速不變，那么電機的轉(zhuǎn)速n發(fā)生變化。 調(diào)速范圍在0Sm之間，普通電機較小，為增加調(diào)速范圍一般采用力矩電動機。機械特性曲線變化規(guī)律如下列圖所示： 圖11 異步電動機機械特性22 晶閘管三相交流調(diào)壓電路三相全波Y聯(lián)結(jié)調(diào)壓電路如圖12所示，各個晶閘管按照如下規(guī)律觸發(fā)：電機正轉(zhuǎn)時晶匝管的觸發(fā)順序為VT1VT2VT3VT4VT5VT6VT1，各管觸發(fā)脈沖相差60°；同相相反連接的兩晶閘管VT1VT4之間觸發(fā)脈沖互差180°；不同相但連接方向相同的晶閘管VT1

13、VT3VT5之間和VT4VT6VT2之間互差120°教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點： 圖12 三相全波Y聯(lián)結(jié)調(diào)壓電路當(dāng)負載是力矩電機時，要求采用寬脈沖或雙脈沖觸發(fā)，原因如下：當(dāng)所帶的負載是感性負載時，電流滯后電壓一個負載阻抗角，調(diào)壓電路輸出電壓不僅與觸發(fā)角有關(guān)，而且與阻抗角有關(guān)分析所用波形如書中圖所示。當(dāng)>時，晶閘管起調(diào)壓作用，當(dāng)時，同一相的另一晶閘管觸發(fā)脈沖到來時，原已導(dǎo)通的晶閘管尚未關(guān)斷，那么另一晶閘管觸發(fā)脈沖不能立刻起作用，假設(shè)脈沖寬度不夠，當(dāng)原已導(dǎo)通的晶閘管電流過零而關(guān)斷時，另一晶閘管觸發(fā)脈沖已消失，那么形成“單相半波整流現(xiàn)象，所以要采用寬脈沖或雙脈沖觸發(fā)，當(dāng)原已導(dǎo)通

14、的晶閘管電流過零而關(guān)斷時，另一晶閘管觸發(fā)脈沖仍存在，以防止上述現(xiàn)象的出現(xiàn)。23 其他常用的三相交流調(diào)壓電路簡介 一 三相半控Y聯(lián)結(jié)調(diào)壓電路圖略二 三相零點聯(lián)結(jié)調(diào)壓電路圖略三 帶零線的三相交流調(diào)壓電路圖略24 閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)極其靜特性調(diào)壓調(diào)速開環(huán)控制的缺點：采用普通電動機調(diào)速范圍窄，采用力矩電動機時，調(diào)速范圍雖然可以大一些，但機械特性變軟，負載變化時的靜差率大。一 轉(zhuǎn)速負反應(yīng)閉環(huán)控制的交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)靜特性轉(zhuǎn)速負反應(yīng)閉環(huán)控制的交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成原理圖和靜特性曲線如圖13所示：圖13 轉(zhuǎn)速負反應(yīng)閉環(huán)控制的交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) 7教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：靜特性：如果系統(tǒng)帶負載TL在A

15、點運行，當(dāng)負載增大引起轉(zhuǎn)速下降時，反應(yīng)控制作用能提高定子電壓，從而在新的一條機械特性上找到工作點A/。同理，當(dāng)負載降低時，也會得到定子電壓低一些的新工作點A/。將工作點A，A/ ，A/聯(lián)接起來便是閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性。由圖可知閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性很硬，可實現(xiàn)無靜差調(diào)速的目的。二 轉(zhuǎn)速負反應(yīng)閉環(huán)控制的交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)特性系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖14所示。各個環(huán)節(jié)如下： 圖14 交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖（1） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR：采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為（2） 晶閘管交流調(diào)壓器輸出電壓U1和控制電壓Uct之間的傳遞函數(shù)：近似成一階慣性環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)，三相全波Y聯(lián)結(jié)時，可取TS(3)測速反應(yīng)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)

16、：考慮到反應(yīng)濾波的作用，其傳遞函數(shù)為4異步力矩電動機近似傳遞函數(shù)推導(dǎo)過程同書為： ， 式中，為異步力矩電動機的傳遞系數(shù)；為異步力矩電動機傳動系統(tǒng)的機電時間常數(shù)。有了異步力矩電動機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)各環(huán)節(jié)近似傳遞函數(shù)后，就可進行速度調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計了：系統(tǒng)固有的傳遞函數(shù)為：8教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：令 ，那么上式可簡化為：速度調(diào)節(jié)器按一階系統(tǒng)設(shè)計，那么應(yīng)具有形式，所以：一般取KT=0.5時系統(tǒng)跟隨性和抗干擾性都較好，因而速度調(diào)節(jié)器參數(shù)為：25 用單片機控制的調(diào)速調(diào)壓系統(tǒng) 因單片機課程還沒開，所以此處等單片機課程講完后采用自學(xué)方式。26 調(diào)壓調(diào)速應(yīng)用實例 交流調(diào)壓器、軟啟動器以塞普軟啟動器為例

17、 主電路構(gòu)成與22節(jié)中相同，在此圖略 工作模式有三種：（1） 啟動電壓加速斜波控制（2） 限流控制（3） 轉(zhuǎn)矩加脈沖突跳啟動應(yīng)用場合：主要用于大容量風(fēng)機、水泵類負載啟動和調(diào)速。 9各 章 教 學(xué) 實 施 計 劃授課章名稱 繞線式異步電動機的串級調(diào)速系統(tǒng)課時安排6授課時間 第2-3周教學(xué)目的、要求分了解、理解、掌握 三個層次要求：了解串級調(diào)速的功率傳動關(guān)系及根本運轉(zhuǎn)狀態(tài)。理解異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成，系統(tǒng)的優(yōu)缺點。掌握串級調(diào)速系統(tǒng)根本原理，機械特性，能量指標(biāo)。教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：根本內(nèi)容：串級調(diào)速原理和裝置 特性轉(zhuǎn)子整流電路的特殊工作狀態(tài)1.轉(zhuǎn)子整流電路的第一工作區(qū) 2.轉(zhuǎn)子整

18、流器的第二工作區(qū)3.轉(zhuǎn)子整流器的第三工作區(qū)一.串調(diào)系統(tǒng)的調(diào)速特性1.第一工作狀態(tài)下的調(diào)速特性 2.第二工作狀態(tài)下的調(diào)速特性二.串調(diào)系統(tǒng)的機械特性與最大轉(zhuǎn)矩1. 第一工作區(qū)的機械特性及最大轉(zhuǎn)矩2. 第二工作區(qū)的機械特性及最大轉(zhuǎn)矩串級調(diào)速系統(tǒng)的功率特性一. 串調(diào)系統(tǒng)的能量流圖二.串調(diào)系統(tǒng)的總效率三.串調(diào)系統(tǒng)的總功率因數(shù)串級調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計中的幾個問題 26晶閘管串級調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)的工程計算自學(xué)重點：串級調(diào)速原理；次同步串調(diào)系統(tǒng)；系統(tǒng)主回路典型接線圖；轉(zhuǎn)子整流電路的特殊工作狀態(tài)；串調(diào)系統(tǒng)的調(diào)速特性；串調(diào)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩特性；串調(diào)系統(tǒng)的機械特性與最大轉(zhuǎn)矩；串調(diào)系統(tǒng)的能量流圖；串調(diào)系統(tǒng)總效率和總功率因數(shù)；串調(diào)系統(tǒng)

19、中異步電動機容量的選擇。難點：次同步串調(diào)系統(tǒng)；轉(zhuǎn)子整流電路的特殊工作狀態(tài)；串調(diào)系統(tǒng)的機械特性與最大轉(zhuǎn)矩。討論、思考題、作業(yè)：思考題：1.為什么轉(zhuǎn)子整流電路出現(xiàn)特殊工作狀態(tài)？作業(yè)：參考書目含參考書、文獻等具體內(nèi)容：佟純厚. 交流電動機晶閘管調(diào)速系統(tǒng).機械工業(yè)出版社，1988：205246。劉竟成.交流調(diào)速系統(tǒng). 上海交通大學(xué)出版社，1992；第一章 異步電動機的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)10課 堂 教 學(xué) 實 施 計 劃第3-6課教學(xué)過程設(shè)計復(fù)習(xí)、授新課、討 論、其它授新課授課類型請打：理論課 討論課 實驗課 習(xí)題課 其它教學(xué)方式請打：講授 討論 示教 指導(dǎo) 其它教學(xué)手段請打：多媒體 模型 實物 掛圖 音像

20、其它教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：第二章 異步電動機的串級調(diào)速系統(tǒng)§21 串級調(diào)速原理與根本類型參數(shù)方程：電磁轉(zhuǎn)矩：； 與，假設(shè)使不變，只要使恒定即可，從而可調(diào)速。缺點： 調(diào)速是有級的，調(diào)速不平滑； 串入較大附加電阻后，機械特性變軟，低速時轉(zhuǎn)速波動大； 電機在低速時，效率低、電能損耗大。設(shè)-電磁功率定子傳到轉(zhuǎn)子，-機械輸出功率，-轉(zhuǎn)差功率那么有：； 11教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：其中，為轉(zhuǎn)子本身每相電阻；為附加電阻。當(dāng)負載不變恒轉(zhuǎn)矩時，不變。越大，故轉(zhuǎn)差功率損耗越大，效率越低。從節(jié)能來講，電機不宜長期在低速下運行。假設(shè)在繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子回路串入與轉(zhuǎn)子電勢同頻率的附加電

21、勢,通過改變的幅值大小，同樣可以實現(xiàn)調(diào)速，這就是這里所講的串級調(diào)速。串級調(diào)速完全克服了轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法的三大缺點，具有高效率、無級平滑調(diào)速、較硬的低速機械特性的優(yōu)點。定性分析：設(shè)電機在自然機械特性上運轉(zhuǎn)，此時，拖動恒轉(zhuǎn)矩負載，那么轉(zhuǎn)子電流為：，為轉(zhuǎn)子開路相電勢；為時轉(zhuǎn)子每相漏抗。串入后，轉(zhuǎn)子中電流將決定于轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢和的相量和。 當(dāng)與相位相反時相位差：，引起值的減少。而電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)減小，小于原平衡時的負載轉(zhuǎn)矩，迫使電機降速。，直到轉(zhuǎn)速降到某值，使電動機轉(zhuǎn)矩復(fù)原到與負載轉(zhuǎn)矩又相等時，減速過程結(jié)束。，電機就在此轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。這就是向低于同步速方向調(diào)速的原理。 當(dāng)與相位相同時： 12教學(xué)

22、內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：當(dāng)與相位相同時，那么電機轉(zhuǎn)速可在超同步方向調(diào)速。，導(dǎo)致當(dāng)值足夠大時，電機必然加速超過同步速，使，使，直到在某一轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。幅值越大，越高。二. 串級調(diào)速的功率傳動關(guān)系及根本運轉(zhuǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)子繞組輸出轉(zhuǎn)差功率被裝置吸收，再借助于裝置將吸收的轉(zhuǎn)差功率回饋入電網(wǎng)。，電網(wǎng)通過裝置向電機轉(zhuǎn)子繞組輸入轉(zhuǎn)差功率，故這時電網(wǎng)向定子和轉(zhuǎn)子繞組同時輸入功率，即雙反應(yīng)調(diào)速系統(tǒng)。裝置把轉(zhuǎn)差功率吸收并回饋入電網(wǎng)，定子向電網(wǎng)回饋功率。電機在超同步速下產(chǎn)生電氣制動轉(zhuǎn)矩。 13 教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：電網(wǎng)通過裝置向轉(zhuǎn)子繞組供給轉(zhuǎn)差功率，此時電機能產(chǎn)生電氣制動轉(zhuǎn)矩。此時，電動機反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子

23、的轉(zhuǎn)差功率的傳遞方向與第一種運轉(zhuǎn)狀態(tài)相同。串調(diào)系統(tǒng)的核心是產(chǎn)生交流附加電勢的裝置，因的頻率隨轉(zhuǎn)速變化而變化，而必須與同頻，故要求的頻率可調(diào)。實現(xiàn)這種要求的裝置有交交變頻器和交直交變頻器，但系統(tǒng)主回路和控制系統(tǒng)較復(fù)雜，本錢較高。 14教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：目前國內(nèi)外廣泛采用在轉(zhuǎn)子回路串入直流附加電勢的方案，即在轉(zhuǎn)子繞組中接進一個不可控的整流器，將轉(zhuǎn)子電勢整流成直流，這樣，附加電勢就可以是直流電壓，系統(tǒng)復(fù)雜性大為降低。恒轉(zhuǎn)矩電機型串調(diào)系統(tǒng)直流附加電勢采用它勵直流電動機來產(chǎn)生，它勵直流電機與異步機同軸連接，只要改變直流機的勵磁電路大小，就可實現(xiàn)調(diào)速。恒轉(zhuǎn)矩的晶閘管串調(diào)系統(tǒng)采用由晶閘管元件

24、組成的全控整流橋來獲得。恒功率電機型串調(diào)系統(tǒng)系統(tǒng)產(chǎn)生直流的直流它勵電機與異步機同軸連接。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差功率經(jīng)整流器送給直流電機，因二電機同軸連接，故直流機吸收的轉(zhuǎn)差功率就轉(zhuǎn)變?yōu)檩S上的機械功率仍然輸送給個負載，故具有恒功率調(diào)速特性。§22 串級調(diào)速系統(tǒng)的機械特性一. 系統(tǒng)主回路典型接線圖逆變變壓器的作用：電機轉(zhuǎn)子電壓與電網(wǎng)電壓匹配；將電機轉(zhuǎn)子電路與電網(wǎng)隔離；限制電流和電壓突變。平波電抗器的作用：續(xù)流；平波，限制短路電流上升率。1.轉(zhuǎn)子整流電路的第一工作狀態(tài)：換流重疊角轉(zhuǎn)子電流表達式： 15教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：轉(zhuǎn)子整流器輸出電壓：整流電路此時處于故障狀態(tài)。串調(diào)系統(tǒng)的主回路原理接線

25、圖：整流電路工作在第一狀態(tài)下的調(diào)速特性：直流輸出電壓：晶閘管逆變電路電壓：因，故可得調(diào)速特性表達式： 16教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：整流電路工作在第二狀態(tài)下的調(diào)速特性：晶閘管逆變電路電壓：因，故可得調(diào)速特性表達式：2. 第二工作狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩特性以初始條件代入第二工作狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩表達式，可求得串調(diào)系統(tǒng)由第一工作狀態(tài)轉(zhuǎn)入第二工作工作狀態(tài)運行的交界點所對應(yīng)的轉(zhuǎn)子直流電流和轉(zhuǎn)矩值:1. 機械特性的第一工作區(qū)及最大轉(zhuǎn)矩 17教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：機械特性的第一工作區(qū)的計算最大轉(zhuǎn)矩：臨界轉(zhuǎn)矩與機械特性的第一工作區(qū)的計算最大轉(zhuǎn)矩的比值為： 機械特性的第一工作區(qū)的計算最大轉(zhuǎn)矩：， 18教學(xué)

26、內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：§2-3 串調(diào)系統(tǒng)的能量指標(biāo)一. 串調(diào)系統(tǒng)的能量流圖二.串調(diào)系統(tǒng)的總效率：效率高，且不隨轉(zhuǎn)速變化三.串調(diào)系統(tǒng)的總功率因數(shù)串調(diào)系統(tǒng)的功率因數(shù)較低，因為：1. 串調(diào)系統(tǒng)中的逆變變壓器從電網(wǎng)吸收無功功率；2. 串調(diào)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子整流電路存在換流重疊現(xiàn)象，引起轉(zhuǎn)子電流落后轉(zhuǎn)子電壓相位角；3. 串調(diào)系統(tǒng)中的電機合逆變變壓器的電流波形發(fā)生畸變，其電流的高次諧波分量引起無功的畸變功率。 19教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：§2-3 串調(diào)系統(tǒng)的能量指標(biāo)一. 串調(diào)系統(tǒng)的能量流圖§24串級調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計中的幾個問題異步電動機容量的選擇，需考慮以下因素：1. 串

27、級調(diào)速最大轉(zhuǎn)矩的降低；2. 串級調(diào)速功率因數(shù)的降低；3. 轉(zhuǎn)子的集膚效應(yīng)合轉(zhuǎn)子損耗增大。故串調(diào)系統(tǒng)額定功率一般選定為1.15倍的正常計算的電機預(yù)選功率。二. 逆變變壓器容量的計算 ；D為調(diào)速范圍啟動方式：1. 利用串調(diào)裝置直接啟動方式；2. 采用并聯(lián)的附加啟動設(shè)備的切換啟動方式；3. 采用串接啟動電阻器的啟動方式。 啟動操作順序：先合控制電源，然后接通逆變器交流電源，最后才允許電動機轉(zhuǎn)子接入串調(diào)裝置啟動。異步電動機的空載激磁電流很大，即在電機中存儲著很大的能量，假設(shè)轉(zhuǎn)子開路時，將定子電路從電網(wǎng)斷開，那么在轉(zhuǎn)子回路中感應(yīng)出異常高的電壓，從而產(chǎn)生故障。故串調(diào)系統(tǒng)停車時，假設(shè)轉(zhuǎn)子回路或直流回路斷開，

28、課迅速將附加啟動電阻器短時接入轉(zhuǎn)子回路，提供一條轉(zhuǎn)子閉合回路，然后才允許定子回路跳閘斷電 20各 章 教 學(xué) 實 施 計 劃授課章名稱 交流電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)課時安排6授課時間 第 8-9周教學(xué)目的、要求分了解、理解、掌握 三個層次要求：了解變頻調(diào)速技術(shù)的開展、現(xiàn)狀及開展趨勢理解變頻調(diào)速根本類型及特點掌握理解變頻調(diào)速的原理、系統(tǒng)構(gòu)成、機械特性、脈寬調(diào)制技術(shù)及專用集成芯片教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：根本內(nèi)容：一 變頻調(diào)速原理及機械特性1恒磁通變頻調(diào)速2恒功率變頻調(diào)速3電流控制方式二變頻器分類及特點三取樣PWM脈寬調(diào)制技術(shù)四專用集成芯片重點：1.恒磁通變頻調(diào)速；2.恒功率變頻調(diào)速；3取樣PW

29、M脈寬調(diào)制技術(shù) 4系統(tǒng)主電路的構(gòu)成難點：取樣PWM脈寬調(diào)制技術(shù)及計算計實現(xiàn)討論、思考題、作業(yè)：思考題：比擬恒磁通變頻調(diào)速、恒功率變頻調(diào)速和恒電流控制方式的優(yōu)缺點。參考書目含參考書、文獻等具體內(nèi)容：佟純厚. 交流電動機晶閘管調(diào)速系統(tǒng).機械工業(yè)出版社，1988。21課 堂 教 學(xué) 實 施 計 劃第7-8課教學(xué)過程設(shè)計復(fù)習(xí)、授新課、討 論、其它 授新課授課類型請打：理論課 討論課 實驗課 習(xí)題課 其它教學(xué)方式請打：講授 討論 示教 指導(dǎo) 其它教學(xué)手段請打：多媒體 模型 實物 掛圖 音像 其它教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：第三章 異步電動機變頻調(diào)速的一般問題 §31變頻調(diào)速的開展與應(yīng)用略

30、§32 變頻調(diào)速原理及機械特性由電機學(xué)可知：交流電機的轉(zhuǎn)速公式為：式中，定子供電頻率；極對數(shù)；轉(zhuǎn)差率。由上可知，均勻地改變可平滑地改變電機的同步轉(zhuǎn)速。變頻調(diào)速控制方式一般有三種： 恒磁通變頻調(diào)速； 恒功率變頻調(diào)速； 恒電流變頻調(diào)速。下面將分別討論各種控制方式的控制條件及其機械特性。一恒磁通變頻調(diào)速由異步電動機的定子電壓方程式：，因定子漏阻抗壓降很小，故可忽略，那么上式變?yōu)椋?，或表示成：。轉(zhuǎn)矩公式：。假設(shè)，那么使電機允許輸出轉(zhuǎn)矩下降電機利用率惡化，且使電機最大轉(zhuǎn)矩下降堵轉(zhuǎn)。當(dāng)磁路過飽和激磁電流鐵損增加電機過熱不允許。所以，為了使磁路不飽和及能使輸出最大轉(zhuǎn)矩不變，必須維持磁通不變，即改變

31、的同時，必須改變定子電壓或。保持的比例控制方式在忽略定子漏阻抗壓降后，可得出近似公式：,式中，。故可知只要隨成比例地改變，即可使近似不變。由電機學(xué)可知，對任意的及，有，將和用其額定值來表示：令，假設(shè)磁通恒定時，那么，那么上式可變?yōu)?2教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：，式中，為額定頻率時定轉(zhuǎn)子的總漏抗。穩(wěn)態(tài)運行時，S很小，故可忽略，那么有：。的物理意義：，即為某一頻率下轉(zhuǎn)速降與額定轉(zhuǎn)速之比。從的表達式可知，對應(yīng)一定的負載轉(zhuǎn)矩恒定,當(dāng)改變時，不變，即轉(zhuǎn)速降不變。所以，不同時的機械特性為一族平行曲線。同時，根據(jù)最大轉(zhuǎn)矩的公式：，可看出，當(dāng)較大時，故可以忽略，那么，與無關(guān)。但實際上，在低頻時，由于與

32、相比不能忽略，從表達式中可看出，當(dāng)下降時，將減小，如圖中實線所示。低頻時啟動轉(zhuǎn)矩也將減少，甚至不能帶動負載。故一般采用帶有補償?shù)目刂坪瘮?shù)發(fā)生器。當(dāng)電機在額定轉(zhuǎn)速以上運行時(),即，假設(shè)仍維持，這是不允許的，故時應(yīng)保持，這時，不能保持恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速，而要采用恒功率變頻調(diào)速。23教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點： ，同時，故不變近似恒功率特性。假設(shè)要比擬準(zhǔn)確地維持恒功率調(diào)速，與的關(guān)系可推導(dǎo)如下：因為，高頻時，那么可忽略，那么上式變?yōu)椋?，式中。設(shè)電機過載系數(shù)為，那么。當(dāng)頻率由變?yōu)?，、和分別變?yōu)?、和，且，那么有，為使逆變前后過載能力不變，即，那么。對于恒功率調(diào)速，有，或，那么可知：，或。即：只要滿足為

33、常數(shù)，即可維持恒功率調(diào)速。三. 恒電流控制方式在變頻調(diào)速時，保持異步電動機定子電流為恒值，就叫做恒流控制。這種變頻電源屬于恒流源，的恒定是通過帶有PI調(diào)節(jié)器的電流閉環(huán)調(diào)節(jié)作用而實現(xiàn)的，這種系統(tǒng)不僅平安可靠，而且具有良好的特性。24教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：§3-3 變頻電源一變頻器分類：變頻器一般可分為交直交變頻器和交交變頻器兩種。其中，交直交變頻器間接變頻器假設(shè)按調(diào)壓方式分，可分為相控、二極管整流和PWM控制三種方式；假設(shè)按直流電源型式，可分為電壓型電容濾波和電流型電感濾波；假設(shè)按換流電路分，可分為串聯(lián)電感式、串聯(lián)二極管式和帶輔助晶閘管式；假設(shè)按逆變導(dǎo)電時間分，可分為導(dǎo)電型

34、和導(dǎo)電型。而交交變頻器直接變頻器或周波變頻器假設(shè)按相數(shù)分，可分為單相和三相；假設(shè)按連接方式分，可分為反并聯(lián)交叉和開口三角形環(huán)形，假設(shè)按有無環(huán)流分，可分為有環(huán)流型和無環(huán)流型。三 PWM型變頻器主電路構(gòu)成：1.壓敏電阻：假設(shè)接入高于本身的電壓，那么壓敏電阻器短路，前端的空開跳，從而保護整個裝置，即電源過電壓保護；2.整流橋()：二極管不可控整流；3.：電容充電限流電阻需計算。 直流電壓：或 與并聯(lián)的接觸器觸點，在限流給電容充電后，觸點閉合，將短路，以防止消耗能量。、：電容濾波作用，與電機之間進行無功功率交換。三相380V需用兩個電容串聯(lián)電解電容，電容耐壓值為400450V。整流后的直流電壓為513

35、V，高于一個電容的耐壓值，故并聯(lián)兩個分壓；假設(shè)三相220V供電，那么直流電壓為300V左右，故一個電容即可。5.、：均壓作用、放電作用。電機制動時，反向電動勢經(jīng)逆變器反并聯(lián)二極管整流成直流電壓加在兩電容器上，此電壓一般為800V及以上，故如兩電容兩端不能平均分配此電壓，25教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：可能造成電容損壞再有電容精度為，故只電容分壓，會造成每個電容電壓不平衡，而電阻精度為，精度高于電容，故用電阻分壓。此電阻一般為50k/5W水泥電阻。此外、上的能量必須被、放電，否那么，P、N處有500V高壓，危險。6. ：快速熔斷器直流用，起保護作用。7. ：組成逆變電路，逆變出三相交流電。

36、8. ：高頻濾波浪涌吸收，1左右的普通電容。9. 、：能耗制動回路。當(dāng)制動能量經(jīng)反并聯(lián)二極管到達時，控制開通，使能量傳到來消耗掉。§34 取樣PWM脈寬調(diào)制技術(shù)改變晶體管、相對于、的導(dǎo)通間隔相位角，即可改變負載兩端的電壓。缺點：在輸出電壓降低時，諧波成分升高，晶閘管的利用率低，輸出電壓的畸變引起交流電動機過熱，故必須限制其最低速度。二. 脈寬調(diào)制逆變器的工作原理采樣控制理論：沖量相等面積而形狀不通的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上，其效果根本相同。根據(jù)上述原理，將正弦波分成假設(shè)干份，用脈沖寬度不等幅度相等的矩形脈沖來近似等效正弦電壓波形。脈寬調(diào)制逆變器就是利用逆變器具有的開關(guān)器件，利用控制

37、線路按一定的規(guī)律控制開關(guān)元件的通斷，從而得到等效矩形脈沖波形。26教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：通常采用正弦波被調(diào)制波與三角波載波相交的方案確定各元件通斷的時刻，從而確定分段矩形脈沖的寬度。用這組矩形脈沖作為逆變器各元件的控制信號，那么在逆變器輸出端可以獲得一組類似的矩形脈沖，幅值為，而寬度按正弦規(guī)律變化。三SPWM的控制方法1. 計算法2. 調(diào)制法：將希望產(chǎn)生的信號波形稱為調(diào)制波，把接受調(diào)制的信號稱為載波。通過對載波的調(diào)制得到希望的波形，稱為調(diào)制法。此處的調(diào)制波為正弦波，載波為等腰三角波或鋸齒波。 單極性調(diào)制在正弦波的正半周期，使元件1始終導(dǎo)通，控制元件4或通或斷。當(dāng)時。使元件4導(dǎo)通；當(dāng)

38、時，使元件4截止。在正弦波負半周，控制方法類似與正半周的控制方法。同時，元件1和3、2和4不能同時導(dǎo)通，否那么造成短路。單極性調(diào)制：在的正半周內(nèi)，載波只在一個方向上變化，負載得到的波形，也只在一個方向上變化。27教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：雙極性調(diào)制當(dāng)時，控制元件1和4導(dǎo)通，那么負載電壓為正；當(dāng)時，控制元件2和3導(dǎo)通，負載電壓為負。元件1和4、2和3互補導(dǎo)通。異步調(diào)制調(diào)制波正弦波載波等腰三角形，當(dāng)變化時，不變，N變化。28教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：優(yōu)點：因不變，故產(chǎn)生的電路參數(shù)不變。缺點：高頻時，脈沖數(shù)少，對稱性差。不同頻率時，脈沖相位不同因脈沖個數(shù)不同。同步調(diào)制 常數(shù)，即變，也

39、變。優(yōu)點：波形對稱，相位相同無論頻率怎樣變化，每個正弦波都含有相同的脈沖，并且每個脈沖對應(yīng)的電角度也相同，即高頻性好。但低頻性較差。分段同步調(diào)制普遍應(yīng)用把的變化區(qū)間050HZ分成假設(shè)干段，每一段的N不變。同一段內(nèi)的N相同。有專用集成塊4752或微機產(chǎn)生。三. SPWM波形的計算機實現(xiàn)方法把所變化的區(qū)段內(nèi)，將算好的數(shù)據(jù)存儲在EPROM中。目前很少采用當(dāng)變化時，實時計算出結(jié)果。再去執(zhí)行。首先應(yīng)建立數(shù)學(xué)模型有多種建立方法，本課介紹采樣法。自然采樣法對稱規(guī)那么采樣法不對稱規(guī)那么采樣法五三相SPWM集成電路及應(yīng)用12個驅(qū)動輸出端； 4個時鐘輸入端；29教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：7個控制端；3個控

40、制輸出端；電源端。 原理：HEF4752共分8個載波區(qū)段，載波比N15、21、30、42、60、84、120、168。調(diào)制比M與時鐘頻率有關(guān)。在相同的載波比N下，越高，那么M越小，使輸出電壓越低。FCT時鐘經(jīng)3360分頻后得到輸出頻率，而開關(guān)頻率那么是FCT時鐘經(jīng)與載波比N的8個值對應(yīng)的8組分頻器分頻后得到，這8組分頻數(shù)分別為：224N=15、16021、11230、8042、5660、4084、28120、20168。當(dāng)元件的最大開關(guān)頻率確定后，那么可利用280的關(guān)系確定時鐘頻率,那么也確定。采用晶閘管逆變器。，B、C端也接地。依據(jù)死區(qū)時間確定。令，取死區(qū)時間為30，那么=16/30533。

41、取GTR的開關(guān)頻率，那么，采用方波發(fā)生器，時鐘控制頻率。假設(shè)，那么在1.68200之間可調(diào)。30各 章 教 學(xué) 實 施 計 劃授課章名稱 異步電動機矢量變換控制系統(tǒng)課時安排6授課時間 9-10教學(xué)目的、要求分了解、理解、掌握 三個層次要求：了解矢量變換控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成理解并掌握矢量變換控制的根本思想、矢量變換及異步電動機的數(shù)學(xué)模型教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：根本內(nèi)容：一、 矢量變換控制的根本思想二坐標(biāo)變換和矢量變換三交流異步電動機的數(shù)學(xué)模型四矢量變換控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成重點：矢量變換控制的根本思想、矢量變換及異步電動機的數(shù)學(xué)模型難點：異步電動機的數(shù)學(xué)模型討論、思考題、作業(yè)：作業(yè)：

42、推導(dǎo)矢量旋轉(zhuǎn)變換方程式。參考書目含參考書、文獻等具體內(nèi)容：佟純厚. 交流電動機晶閘管調(diào)速系統(tǒng).機械工業(yè)出版社，198831課 堂 教 學(xué) 實 施 計 劃第10-12課教學(xué)過程設(shè)計復(fù)習(xí)、授新課、討 論、其它 授新課授課類型請打：理論課 討論課 實驗課 習(xí)題課 其它教學(xué)方式請打：講授 討論 示教 指導(dǎo) 其它教學(xué)手段請打：多媒體 模型 實物 掛圖 音像 其它教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點： 第四章 異步電動機矢量變換控制系統(tǒng)§41矢量變換控制的根本思想矢量變換控制的根本思想：是按照產(chǎn)生同樣旋轉(zhuǎn)磁場這一等效原那么建立起來的。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場的大小和轉(zhuǎn)速都相同時，認為他們是等效的。當(dāng)我們將三相電流

43、、通過一定的解耦變換，變換成、或、，那么控制電流、就可象直流機一樣。矢量變換就是實現(xiàn)了這種思想的一種變換。§42坐標(biāo)變換和矢量變換一三相兩相變換3/2或二相三相變換2/3三相二相變換方程式：二相三相變換方程式：二矢量旋轉(zhuǎn)變換VR此變換為是、繞組和旋轉(zhuǎn)的直角坐標(biāo)系統(tǒng)、繞組之間的變換。由旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)到靜止坐標(biāo)的變換方程式：由靜止坐標(biāo)到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的變換方程式：32教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：1. 直角坐標(biāo)極坐標(biāo)的變換K/P §43異步電機的電路數(shù)學(xué)模型雙軸理論：任何旋轉(zhuǎn)電機都可以通過變換等效成具有直軸和交軸繞組的原型電機。原型電機：原型電機電壓方程： 、軸上的異步電機及其電壓方程異步電機變換到、軸上的異步電機： 33教學(xué)內(nèi)容包括根本內(nèi)容、重點、難點：異步電機變換到、軸上的電壓方程：3.變換到同步坐標(biāo)M、T上的異步電動機及其電壓方程磁