沈阳理工大学变频控制技术教学大纲.pdf

变频控制技术课程教学大纲 课程代码：030141002 课程英文名称：Technique of Frequency Conversion 课程总学时：48 讲课：36 实验：12 上机：0 适用专业：自动化 大纲编写（修订）时间：2010.7 一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标 本课程是自动化专业的专业课。变频控制技术是自动控制领域非常重要的一门实用技术，理论性和实践性都很强。本课程的教学目标是使学生掌握变频器技术的基本概念和理论，掌握变频器的基本构造，掌握典型变频器的基本操作方法，为工业现场培养从事变频调速系统方面的科研、设计、调试的电气工程技术人员。（二）知识、能力及技能方面的基本要求 本课程教学的基本任务是介绍变频调速系统的现状与发展动向，研究变频调速系统的工作原理，变频控制理论，静止变频装置的类型，以及几种主要的变频调速系统的组成、特性和适用场合，典型变频器的基本操作。通过教学使学生掌握变频控制系统的基本构成，变频器的类型，变频控制的基础理论和掌握变频器的基本操作。（三）实施说明 对理论教学环节的要求：掌握变频调速的基本控制方式，静止变频装置的基本类型，正弦波脉宽调制逆变器，SVPWM 变频控制技术；掌握典型的开环控制、闭环控制的变频调速系统组成及工作原理；掌握矢量控制变频调速的基本思想以及矢量控制变频调速系统的组成和工作原理；了解他控变频同步电动机调速系统和自控变频调速系统。以转差功率的处理方法为线索，开展讲解各类变频调速系统的组成及工作原理及特点，对逆变器及典型控制单元不进行详细介绍。以变压变频调速系统为重点，详细介绍SPWM 和 SVPWM 变频理论。在讲解各种类型变频调速基础上，引入矢量控制的变频调速系统。以西门子公司生产的MM420 为例讲解变频器的基本操作方法，掌握对数字输入量和模拟输入量的参数设定方法。（四）对先修课的要求 本课程要求的先修课是运动控制基础，本课程将为自动化专业课、课程设计以及毕业设计的学习打下良好基础。（五）对习题课、实验环节的要求 为了增加学生独立思考能力，培养学生分析问题和解决问题的能力，故习题以思考题为主。实践环节即要求学生验证变频控制的理论知识，又要求学生掌握变频器参数设定的基本操作。（六）课程考核方式 1.考核方式：考试。2.考核目标：主要考核学生对变频控制理论的掌握，各种变频控制技术，变频器的构成，变频器的基本功能和变频器的参数的设置和简单应用。3成绩构成：本课程的总成绩主要由三部分组成：平时成绩（包括小测验、提问和出勤等）占5%，实验成绩占25%，期末考试成绩占70%。平时成绩由任课教师视具体情况按百分制给出；实验成绩由实验老师参照相关规定按百分制给出，实验无成绩或实验不及格，取消期末考试资格，总成绩直接以不及格计。考试方法：闭卷。（七）主要参考书目:电力拖动自动控制系统，陈伯时编，机械工业出版社，出版时间：2005 年 图解变频器应用，李燕编，中国电力出版社，出版时间：2009 年 变频器应用技术及实例解析，魏连荣编，化学工业出版社，出版时间：2008 年 二、中文摘要 本课程是自动化专业的一门专业课。课程的目的是使学生通过系统学习变频控制理论，变频器的组成、选择和应用，掌握变频器所采用的几种重要的控制理论，变频器的类型及组成原理；掌握变频器的功能及预置；掌握变频器外接电路的联结方式与要求；掌握变频器的参数设置与操作运行等基本技能；掌握变频器的安装、调试、保护与抗干扰等方面的基本知识。三、课程学时总体分配表 序号 章节名称 学时 讲课 实验 上机 1 绪论 2 2 2 变频器基础知识 4 4 2.1 变频器中的半导体开关器件 1 2.2 变频器主电路的构成 2 2.3 变频器的分类与特点 1 3 变频器技术理论基础 20 16 4 3.1 恒 U/f 控制原理 1 3.2 SPWM 控制技术 3 3.3 转差频率控制原理 2 3.4 SVPWM 控制技术 3 3.5 矢量控制技术 5 3.6 直接转矩控制技术 2 3.7 SPWM 变频调速系统静态、动态性能以及各点输出变量的研究 2 矢量控制变频调速系统静态、动态性能以及各点输出变量的研究 2 4 变频器基本结构和主要功能 4 4 4.1 掌握变频器的基本结构 1 4.2 掌握变频器的主要控制功能 3 5 变频器及周边设备的选择 4 4 5.1 变频器的选择 1 5.2 变频器周边设备的选择 3 6 变频器的安装与调试 12 4 8 6.1 变频器的安装和配线 1 6.2 西门子MM4 系列变频器的调试方法 3 熟悉西门子变频器的参数设定方法 2 变频器数字量输入的设定 2 变频器模拟量的PID 控制 4 7 变频器应用实例 2 2 合计 48 36 12 四、教学内容及基本要求 第 1 部分 绪论 总学时(单位：学时):2 讲课 2 学时 实验0 学时 上机0 学时 具体内容：1）介绍变频调速技术的发展 2）变频调速系统的优势 3）变频调速技术的发展动态 4）变频器的应用领域 第 2 部分 变频器基础知识 总学时(单位：学时):4 讲课 4 学时 实验0 学时 上机0 学时 第 2.1 部分 变频器中的半导体开关器件（讲课1 学时）具体内容：1）常用的半导体开关器件 2）智能功率模块 重 点:智能功率模块 难 点：智能功率模块 第 2.2 部分 变频器主电路的构成（讲课2 学时）具体内容：1）整流电路 2）滤波电路 3）逆变电路 重 点:滤波电路和逆变电路 难 点：逆变电路 第 2.3 部分 变频器的分类与特点（讲课1 学时）具体内容：变频器的分类与特点 重 点:变频器的各种类型 第 3 部分 变频器技术理论基础 总学时(单位：学时):20 讲课 16 学时 实验4 学时 上机0 学时 第 3.1 部分 恒 U/f 控制原理（讲课1 学时）具体内容：1）基频以下变频调速原理 2）基频以上变频调速原理 3）U/f 控制变频器的构成 重 点:1）基频以下变频调速原理 2）U/f 控制变频器的构成 难 点：基频以下变频调速原理 第 3.2 部分 SPWM 控制技术（讲课3 学时）具体内容：1)SPWM 调制原理 2)SPWM 控制方式 3)SPWM 波形的实现 4)PWM 调制方法 重 点:SPWM 调制原理 难 点：SPWM 波形的实现 实 验:SPWM 变频调速系统静态、动态性能以及各点输出变量的研究（2 学时）第 3.3 部分 转差频率控制原理（讲课2 学时）具体内容：1)转差频率的基本概念 2)转差频率控制的基本规律 3)转差频率控制的变频调速系统 重 点:转差频率控制的基本规律 难 点：转差频率控制的变频调速系统 第 3.4 部分 SVPWM 控制技术（讲课3 学时）具体内容：1)空间矢量的概念 2)电压与磁链空间矢量的关系 3)六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场 4)电压空间矢量的线性组合与SVPWM 控制 重 点:1)六拍阶梯逆变器与正六边形空间旋转磁场 2)电压空间矢量的线性组合与SVPWM 控制 难 点：电压空间矢量的线性组合与SVPWM 控制 第 3.5 部分 矢量控制技术（讲课5 学时）具体内容：1）异步电动机动态数学模型的性质 2）异步电动机动态模型 3）坐标变换与变换矩阵 4）三相异步电动机在两相坐标系上的数学模型 5）矢量控制系统的基本思路 6）按转子磁链定向的矢量控制方程及其解耦作用 7）矢量控制系统 重 点:1）矢量控制系统的基本思路 2）按转子磁链定向的矢量控制方程及其解耦作用 3)矢量控制系统 难 点：1)异步电动机动态模型 2)按转子磁链定向的矢量控制方程及其解耦作用 实 验:矢量控制变频调速系统静态、动态性能以及各点输出变量的研究（2 学时）第 3.5 部分 直接转矩控制技术（讲课2 学时）具体内容：1)直接转矩控制系统的原理和特点 2)直接转矩系统存在的问题 3)直接转矩系统与矢量控制系统的比较 重 点:1)直接转矩控制系统的原理和特点 2)直接转矩系统与矢量控制系统的比较 难 点：直接转矩控制系统的原理和特点 第 4 部分 变频器基本结构和主要功能 总学时(单位：学时):4 讲课 4 学时 实验0 学时 上机0 学时 第 4.1 部分 变频器主电路的构成（讲课1 学时）具体内容：1）变频器的基本结构 2）变频器主电路的基本功能、组成和形式 3）变频器控制电路的控制形式 重 点:变频器主电路的基本功能、组成和形式 难 点：变频器控制电路的控制形式 第 4.1 部分 变频器主电路的构成（讲课3 学时）具体内容：1）变频器的外部接口电路 2）变频器的主要控制功能 3）变频器参数设定 重 点:变频器的外部接口电路 难 点：变频器的主要控制功能 第 5 部分 变频器及周边设备的选择 总学时(单位：学时):4 讲课 4 学时 实验0 学时 上机0 学时 第 5.1 部分 变频器的选择（讲课1 学时）具体内容：1）变频器的选择方法 2）变频器的容量选择 3）变频器箱体结构的选用 重 点:变频器的容量选择 第 5.2 部分 变频器周边设备的选择（讲课3 学时）具体内容：1）变频器的周边设备及功能 2）变压器选择及功能 3）线路用断路器和漏电断路器 4）电磁接触器和过载继电器 5）电抗器和滤波器 6）制动电阻 7）电网电源切换电路 8）变频器与PLC 及上位机的连接电路 重 点:变频器的周边设备及功能 难 点：变频器与PLC 及上位机的连接电路 第 6 部分 变频器的安装与调试 总学时(单位：学时):12 讲课 4 学时 实验8 学时 上机0 学时 第 6.1 部分 变频器的安装（讲课1 学时）具体内容：1）变频器的安装环境 2）变频器的安装方式 3）变频器主电路配线 4）变频器控制线配线 重 点:变频器的安装环境 第 6.2 部分 西门子MM4 系列变频器的调试方法（讲课3 学时）具体内容：1）调试方法 2）调试步骤 3）快速调试 4）快速调试示例 重 点:1）快速调试 2）快速调试示例 习 题:快速调试参数设置 实 验:1）熟悉西门子变频器的参数设定方法（2 学时）2）变频器数字量输入的设定（2 学时）3）变频器模拟量的PID 控制（4 学时）第 7 部分 变频器应用实例 总学时(单位：学时):2 讲课 2 学时 实验0 学时 上机0 学时 具体内容：1）单泵恒压供水系统 2）多泵恒压供水系统 重 点:多泵恒压供水系统 难 点：多泵恒压供水系统 编写人：付丽君 野莹莹 吴东升 审核人：纪振平 批准人：张焕君