变频技术课程（精选10篇）
变频技术课程 篇1
变频技术这门课程主要是讲授通用变频器的基本工作原理、变频器的功能及参数的设置以及变频器在实际生产生活中的具体应用, 是一门理论与实践相结合的专业课程。项目教学法是目前一些发达国家普遍采用的“实践性”较强的教学方法, 指的是对现实生活或生产实际中的某一事物 (具有需要学习和职业活动中所能接触的事物) 进行深入直接地了解、观察、实际操作, 从亲身经历中获得经验和学习的一种以学生为本的教育活动。
项目教学法的课程要求教学规范, 按理论实践一体化课程要求设计学习过程, 在实践情境中开展学习, 并最终落实到促进学生有效学习生产实践的技能上。
一、项目的确定
项目教学法的项目设计原则是以学生为中心, 充分发挥教师的协助作用, 按学生所学专业的不同, 设计不同的项目。项目可以是一组典型的工作任务, 综合覆盖若干个实际工作任务;也可以针对某一典型的工作任务, 完整地经历生产某一产品的工作过程;也可以解决某个单个或局部的问题。以机电一体化专业为例, 根据学生就业岗位的需求, 将变频技术课程设计成五个项目, 即车床主运动拖动系统中应用变频调速、龙门刨床拖动系统中应用变频调速、恒压供水系统中应用变频调速、中央空调系统中应用变频调速、工厂运输机械的变频调速。教学中以工作任务中的职业能力培养为目标, 主要内容包括工作任务、实践知识、技术理论知识、拓展性知识、教学要求等等。其中实践知识是指完成某项工作任务必须具备的操作性知识, 如操作步骤、工具设备等。技术理论知识, 是指完成该工作任务应具备的理论知识, 用于解释“为什么要这样操作”, 其基本要求是以满足工作过程为基本原则。技能考核要求要全面反映职业资格标准和岗位规范要求, 并有机嵌入专业课程标准之中。
二、项目的具体内容
1.车床主运动拖动系统中应用变频调速项目
作为让学生在教师指导下通过完成一个完整的“工作项目”而进行学习的教学方法, 它将传统的学科体系中的知识内容转化为若干个“教学项目”, 在这个项目中, 分成通用变频器的认识、基本参数功能和设置、调速拖动系统的分析、对车床主运动拖动系统的改造四个教学小项目。对通用变频器有一个基本的认识, 通过基本参数的设置, 掌握变频器的基本操作方法和参数的基本功能, 通过对主运动拖动系统的分析, 掌握普通车床的各种运动和电动机运行的基本数据, 从而选择调速的方案, 对主运动系统进行变频改造, 按控制要求进行接线, 实现变频控制。
2.龙门刨床拖动系统中应用变频调速项目
这个项目具体分为变频器选择、PLC与变频器组合的变频调速如何实现、龙门刨床的刨台运动的分析、调速方案的选择与实施四个小项目。通过围绕解决每个项目组织和开展教学, 使学生直接全程参与, 体验、感悟、论证、探究, 达到熟悉龙门刨床的拖动系统, 掌握如何选择变频器通过PLC控制变频器对刨床拖动系统进行改造。
3.恒压供水系统中应用变频调速项目
在工业生产和日常生活中, 变频调速系统是常见的, 特别是在供水领域的运用已很普遍, 大到自来水厂, 小到一栋住宅楼。这个项目以小区住宅楼宇自动恒压供水为例, 说明变频器在恒压供水系统中的应用。分为供水的基本模型参数和供水系统的特性、节能原理的分析、变频调速恒压供水系统的组成、变频与工频道切换、变频器的PID控制运行操作五个小项目。通过学习掌握变频调速恒压供水系统的组成和工作原理, 理解供水系统的节能原理, 掌握变频调速PID闭环运行在恒压供水系统中的应用, 熟悉变频调速恒压供水系统的调试方法。
4.中央空调系统中应用变频调速的项目
随着人们生活水平的提高以及现代化建筑的增加, 中央空调的应用已经很普遍。在这个项目中, 通过三个小项目的完成, 达到熟悉中央空调的系统组成及工作原理, 了解中央空调循环水系统的作用与特点, 掌握对冷却水和冷冻水系统进行变频调速控制的方法。具体分为认识中央空调、中央空调的变频调速控制、利用PLC和变频器对中央空调进行改造三个项目。
5.工厂运输机械的变频调速项目
主要通过起升机构的变频调速和电梯设备的变频调速两个小项目, 了解企业生产中运输机械的拖动系统, 理解起升机构的组成及工作状态, 掌握其变频调速的方案;了解电梯及自动扶梯系统的构成特点和工作原理, 掌握电梯及自动扶梯对变频器的要求, 掌握电梯及自动扶梯变频化的工程实现。
三、项目化教学实施过程
(一) 创建一体化项目教学的学习环境
项目课程要求教学规范, 要保证按实践课程设计学习过程, 在实践情境中开展学习过程, 并达到促进学生有效学习的目的。教学场所设置在变频与PLC一体化教室, 通过多媒体讲解项目, 通过实训设备完成实践教学, 融实践与理论学习于一体。师生通过共同实施一个完整的“项目”工作来进行教学活动。
(二) 项目教学法的教学环节
1.确定项目任务
根据每个大的目标, 确定小项目任务;根据小项目的任务要求具体明确所要学习的相关内容, 包括理论知识和技能操作能力, 这既是学生通过项目学习基础理论的阶段, 也是为学生动手完成项目的准备阶段。必要的基础理论学习, 会使学生对项目的完成有所促进;但时间不能太长, 否则就不能体现出项目教学的特色, 不能保证学生及时完成项目。
2.学生分组
学习前, 首先进行分组, 学生每2人一个组, 不同水平的学生合理搭配。每组一台实训设备。分组后学生先做技能训练前的准备工作。学生根据教师下发的该项目学习的任务书, 利用教材、手册及网络资源, 学习与探究该项目包含的主要基础理论知识, 获得完成该项目相关的专业理论知识和学生缺乏的实践经验, 制订学习操作计划。
3.按学习操作计划进行实施项目
这一过程是学生对基础理论学习的延伸与提高, 是学生获得专业职业技能的重要阶段。教师要鼓励学生按自己制订的操作计划进行操作, 看是否能行得通。作为实训环节, 教师要在指导中有意引导学生认识教材的知识与该项目工程的联系, 加深学生对专业知识的理解。
4.检查验收学习成果
教师的验收总结是“项目教学法”的重要环节。项目的验收一是看要求完成的内容是否完成;二是看项目完成的过程中线路接线、基本参数的设定等是否有明显错误。教师在对项目验收的时候进行成绩的评定, 首先看学生基本参数设置的是否合理、准确, 其次是看线路的连接是否正确, 最后通过完成任务书中的有关问题展示学生对知识的理解与掌握情况, 以完成项目的情况来评价学生学习的成绩。
四、总结与思考
项目教学法以能力模块为项目单元, 以学生为主体、教师为主导, 教师在教学过程中通过组织协调、引导示范作用, 把理论教学与实践教学有机地结合起来, 很好地激发学生的学习兴趣, 充分发挥学生的主观能动性, 让学生学会自己去发现知识、学习知识、解决问题。同时通过分工合作, 培养了学生的团队精神, 增强了同学之间的友谊。实现了由教师为中心转变为以学生为中心;由教材为中心转变为工作项目为中心;由学生课堂被动听讲为中心转变为实际工作为中心。体现了职业教育的特征。通过实施项目教学法, 我们深刻体会到, 项目教学法是技能教育的一种有效的教学方法, 整个教学过程充分发掘了学生的创造潜能, 培养了学生分析问题和解决问题的思想和方法, 提高了学生实践能力、动手能力、分析能力、应变能力、交流能力和解决问题的综合能力。
项目教学法打破了“三段式”、“学科式”的课程体系, 根据对工作任务的分解, 构建起“模块化”的课程体系。在中职教育中开展项目教学, 需要加大校本课程开发力度, 建立校本课程开发领导小组、工作组, 逐步建设与课程改革体系相配套的校本教材体系, 不断完善校本教材内容。同时要加强教师培训, 提高教师综合素质, 加强理论实践一体化型教师队伍建设, 形成项目课程开发团队。在现有一体化教学基地的基础上, 加强实训基地建设, 完善实训设施、设备, 满足所有项目教学的正常开展。可以考虑在校外实习基地安排专业教师锻炼, 了解企业对学校教学的要求。学生到企业顶岗实习, 及时了解企业对人才的需求, 以及对劳动者素质的要求。从而能更好地设计出符合岗位需求的项目。
当然在项目实施过程中也存在不少问题, 例如组织上协调不当, 在教学过程中容易出现松散、个别学生偷懒等现象, 这就需要我们不断探索和改进, 完善考核评价体系, 完善项目的设置和计划, 使项目教学法达到更好的效果。
摘要：项目教学法在变频技术课程的应用取得了良好效果, 很好地激发了学生的学习兴趣, 培养了学生的团队精神。项目教学法是技能教育的一种有效的教学方法。在中职教育中开展项目教学, 需要加大校本课程开发力度, 完善校本教材内容;加强理论实践一体化型教师队伍建设。
关键词：项目教学法,变频技术课程,实施
参考文献
[1]李良仁.变频调速技术与应用[M].北京:电子工业出版社, 2009.
[2]劳动和社会保障部教材办公室.变频技术与应用[M].北京:中国劳动和社会保障出版社, 2006.
[3]项目教学法在电子技术一体化教学中的应用[EB/OL].学海网, 2008-06-02.
变频技术课程 篇2
关键词：项目式教学；课程项目设计；变频器；教学案例
作者简介：陈青华（1981-），女，河南郑州人，郑州轻工业学院电气信息工程学院，讲师。（河南 郑州 450002）周炯亮（1977-），男，河南开封人，河南职业技术学院机电工程系，副教授。（河南 郑州 450046）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）13-0082-02
一、“变频器技术”教学过程中引入项目教学法的必要性
变频器作为交流电动机的驱动装置，具有提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、节约能源、降低生产成本等优点。随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其他许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。在数控伺服、纺织机械、电力行业、冷轧机同步传动、高楼供水、起重机械等多种场合都得到广泛的应用，变频器调速技术已成为电气传动自动化的一项核心技术。了解变频器、操作变频器、应用变频器已是现代自动化类大学毕业生必备技能。
“变频器技术”课程主要在“电气自动化专业”、“生产过程自动化”、“机电一体化技术”以及“电机与电器”专业中讲授，其他电类专业亦可选学。变频器技术是一项具有很强实用性的技术使用方法，过去在教学过程中，基本以变频器的原理、内部电路的分析为主，忽略了变频器的使用方法，导致学生学完之后对变频器还是很朦胧，和实际应用对不上号，更别提使用方法了。教学过程完全和实际应用脱节。近年来，项目教学法在高校各专业教学过程中逐步渗透，取得了良好的教学效果。本文就是基于项目教学方法，和“变频器技术”课程教学相结合进行了课程整体设计。
“变频器技术”课程项目教学法要求在教师的指导下，将一个相对独立的变频器应用项目交由学生自己处理，信息的收集、方案的设计、项目实施及最终评价，都由学生自己负责。学生通过该项目的进行，了解并把握整个过程及每一个环节中的基本要求，根据任务需求进行主动性思考，通过克服学习中遇到的困难加深对变频器应用的理解并记忆深刻。同时，选取的项目理论联系实际应用并侧重实际应用，激发了学生的学习兴趣，实现了变频器学习和工作的对接。
二、“变频器技术”课程项目式教学改革与课程内容设计
课程教学以变频器的操作与应用为主线，在掌握电机拖动的相关知识和负载的机械特性的前提下，理解变频器的组成原理，分析变频调速的特点，重点掌握变频器的功能与应用分析、变频器的外部接线，在生产实践中的应用方法。改变过去变频器教学过度偏重理论的弊端，理论教学以够用为度，突出实践应用，重点掌握使用的方法，提高学生工程应用能力。
1.“变频器技术”课程教学目的（引出教学设计思路）
学习变频器的目的最重要就是用，教学目标、教学内容、教学设计等都要围绕实践展开，而不仅仅是单一的理论知识的讲授。会以点带面，能够让学生举一反三。在初学阶段，变频器的应用无非是懂得选型、参数设置以及电气接线。根据教学目的，以工作任务为课程门类划分的主要依据，以便让学生在学习课程的过程中同时学习工作结构。以实践过程和实践知识的掌握为课程结构展开的起点，让学生在一定程度的实践的基础上建构所需的理论知识。在课程内容上，项目式教学强调学生多数学习时间应放在实践知识的学习上，而不是理论知识的掌握上。
2.“变频器技术”课程教学内容设计
通过对相关有可能要用到变频器的企业进行调研，确定了学生将来要面向的工作岗位。主要有内含变频器的设备维护、工艺过程更新改造、变频器项目设计开发等岗位。针对学生将要面临的工作岗位明确了“变频器技术”课程教学培养目标，并重在应用。课程培养目标主要是掌握通用变频器的基本工作原理、熟悉变频器的主要应用场合、熟悉各类变频器的性能价格特点，能根据工程要求选用变频器，并用于实际工程设计；能根据控制要求熟练设置变频器的参数并正常运行变频器；会按规范要求安装、调试、维护变频器；能按功能模块分析变频器工作过程，对典型故障能进行分析处理；会使用变频器的常用维修仪器仪表及工具，掌握变频器维修、维护的常见方法，具备一般故障的检测、分析、维修能力；变频器系统集成应用设计能力。根据课程培养能力的要求，教学内容设计采取项目形式，并设计了相应的学习情境，具体如表1所示。
在教学中，结合教学内容和教学对象的实际情况，充分考虑学生需要掌握哪些知识点和操作技能设置教学项目及学习情境，具有一定的针对性和实用性。引导学生独立思考主动性学习，激发了学生学习的兴趣，要求学生不仅是掌握知识，更重要的是能够运用新的知识解决一些实际问题，将变频器的各知识点通过一个具体的项目串联起来，使学生综合运用变频器的能力得到提高。
三、MM420变频器的多段速控制案例项目式教学设计
由于现场工艺上的要求，很多生产机械在不同转速下运行。大多数变频器决提供了多挡频率控制功能，用户可通过几个开关的通、断组合来选择不同的运行频率，实现不同转速下运行的目的。变频器用于多段速控制的应用是一个非常典型的案例，把它作为教学中的一个项目，具有很强的针对性和实用性。
第一，向学生明确项目任务要求。
（1）第1频段控制。PLC控制使MM420变频器数字输入端口“5”为“ON”，端口“6”为“OFF”，变频器工作在由P1001参数所设定的频率为20Hz的第1频段上。
（2）第2频段控制。PLC控制使MM420变频器数字输入端口“5”为“OFF”，“6”为“ON”，变频器工作在由P1002参数所设定的频率为30Hz的第2频段上。
（3）第3频段控制。PLC控制使变频器数字输入端口“5”、“6”均为“ON”， 变频器工作在由P1003参数所设定的频率为50Hz的第3频段上。
（4）电动机停车。PLC控制使变频器数字输入端口“5”、“6”均为“OFF”，电动机停止运行。或在电动机正常运行的任何频段，将SB3断开，使数字输入端口“7”为“OFF”，电动机也能停止运行。
应注意的问题：3个频段的频率值可根据用户要求P1001、P1002和P1003参数来修改。当电动机需要反向运行时，只要将向对应频段的频率值设定为负就可以实现。
第二，学生接受任务后，以小组为单位，讨论学习变频器数字输入端口的控制方法，尤其是5、6、7号端子使用方法；变频器和控制PLC接线原理及方法；多段速控制相关哪些参数，如何设置；PLC程序思路。
第三，学生将讨论学习的结果向老师和其他同学汇报，经讨论修改后拿出项目实施方案并按照方案完成变频器的外部接线、参数设置和PLC程序等。
第四，系统综合调试，观察系统运行，学生自我评价，相互评价，老师评价，填写考核表，整理学习过程中的资料，形成含金量更高的学习笔记。
以上典型的项目式教学的实施，做到了从教到学有机融合，体现出了以学生为主体，激发了学生的学习兴趣，抛开了照本宣科式的枯燥教学。通过学习项目的精心选择合理设置，学生在学中做，在做中学。教师完成项目化的教学设计，在项目实施中教师为主导，通过由简单到复杂的项目任务，引导学生完成项目实施，培养学生的编程创新能力和综合素质，通过近几年的教学实施效果及学生的反馈调查，项目化的“变频器技术”课程教学取得了良好的教学效果。
参考文献：
[1]王廷才.变频器原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2009.
[2]王立忠，等.变频器恒压供水教学演示系统设计[J].通化师范学院学报，2010，（2）.
[3]夏明兰.任务驱动法运用于《变频器原理与应用》课程教学探析[J].华章，2010，（24）.
[4]李方园.“变频器应用”课程典型教学案例的探索与实践[J].中国电力教育，2012，（16）.
变频技术课程 篇3
该课程目标采用传统先理论后实践, 忽视知识与工作任务联系的教学模式已无法满足人才培养的需求。本文以职教专家姜大源“工作过程系统化课程”理论、戴士弘“课程项目任务化”理论为指导, 在学校开展质量工程工作的基础上, 结合职业院校学生特点, 对《变频调速技术》课程的教学内容、教学方式及考核方法等进行改革, 探索出一种以工作过程为导向、项目任务为推力, 组织设计教学内容, 模拟工厂实际工作过程, 循序渐进地让学生在做、学、教掌握知识要点及操作技能, 进而培养学生自主学习、创新学习等相应职业素养的教学模式, 并取得良好的教学效果。
一、项目情景设计
在传统教学模式无法适应现阶段课程培养目标的情况下, 结合课程教学工作任务及工作过程, 突出高等职业教育的特点, 在本课程具体设计过程中, 遵循学生职业成长和认知规律, 本着“以学生为主体, 以工作过程任务为导向, 以能力培养为本位”的原则, 将整个课程划分为若干个具有递进性和连贯性的学习情境, 结合生产应用实际设计每个项目作为教学单元, 将每一部分的理论知识点和技能加以结合, 以变频器的安装、操作调试、应用为主线, 将变频器的原理融入到每个项目中。项目单元任务设计遵循从易到难, 由简至繁, 循序渐进的原则, 将课程设计成三个项目, 即项目一“恒压供水控制系统”;项目二“啤酒生产线传送系统”;项目三“变频器在工矿企业的应用”。项目一又分为两个子项目, 第一个子项目“一号宿舍楼一拖一恒压供水系统”分为8个单元任务, 第二个子项目为“全校一拖N恒压供水系统”;项目二分为8个单元任务;项目三为课外完成项目。
二、教学组织实施
项目化教学打破传统教学模式, 依据工作过程导向的理论与实践融合互动一体化教学培养人才目标的需求, 根据不同工作任务的学习情境, 教学过程中会采用示范教学法、引导文教学法、比较教学法、互动讨论教学法、任务驱动法等教学方法, 形成以工作过程为导向、项目任务驱动、学生主动构建、实践与理论一体化的实施方式。教学过程模拟工厂实际工作过程, 主要参照获取职业资格的 (资讯、计划、决策、实施、检查、评估) 六步教学方式开展教学工作。具体过程以项目一子项目一中的“工频—变频切换运行”单元任务为例, 具体介绍教学实施过程。
(一) 任务分析。
在该阶段, 教师给出工作任务, 提出任务要求, 引导学生利用文献资料、网络资源, 学会分析任务需求, 明确任务要求、技术要求、使用要求等, 查阅相关产品信息, 掌握任务分析的本领。如在“工频—变频切换运行”单元中, 笔者将生产实践中出现的问题引入到单元任务中, 给出变频器故障系统进行工频变频切换的任务, 让学生查找在生产实践中可能用到工变频切换, 并能根据工作任务进行问题思考、参考资料、参考工作任务、参考网站等, 能够初步形成任务解析。
(二) 方案确定。
该阶段, 各小组可根据前一阶段的任务分析进行讨论, 明确工作任务、分析完成任务所需的相关知识和技能, 制定工作方案。本单元任务基于已掌握电动机正反转、变频器外部数字、模拟端子的基础上学习变频器与继电器联合控制电动机转动。以此为基础, 确定工作方案如电路设计、系统安装、参数设定、运行调试等步骤, 准备所需工具和设备以及人员分工。各小组需要将工作方案进行展示讲解, 由教师参与审定, 启发学生发现问题, 与学生互动交流, 最终完善确定工作方案。
(三) 工作实施。
确定方案后, 接下来就是动手实施。根据工作方案, 进行主电路与控制电路设计、系统安装与接线、参数设置、操作运行等工作。学生根据方案实施过程中出现的问题及时修改方案, 教师根据实施情况穿插知识链接、引导讲解、操作示范。
(四) 调试检查。
该阶段属于学生自查自评环节, 各小组自我评定方案运行调试, 审视项目完成情况, 按照《项目评分标准》自我打分, 教师主要职责为观察学生调试检查过程中存在的问题。
(五) 总结汇报。
该阶段旨在总结、反馈项目工作过程, 各小组汇报交流本组的项目准备、实施过程中遇到的问题、解决的方法、心得体会等环节, 其他小组发表意见;教师依据《项目评分标准》对学生的项目工作过程和结果进行客观公正的评价, 并强调该项目应掌握的知识点。
三、教学思考
《变频调速技术》课程教学改革已进行两年, 较好地启发和引导学生独立思考, 激发学生自主学习的能力, 提高了学生职业素养, 在动手实践潜移默化中学到知识, 课程不再枯燥。但教改过程中遇到一些问题, 还需认真思考, 重点关注。
(一) 分组形式。
组建学习小组是让学生模拟企业工作状态, 以团队合作的形式完成一个任务。但如何组建小组是分组学习的关键, 通常按照学生自愿的原则, 但存在滥竽充数的情况。这就需要任课教师充分了解学生特点, 设计与项目相关的游戏进行分组, 再根据分组结果适当调整小组成员, 力争让每个学生都能参与到项目工作过程中。
(二) 教材选定。
课程项目化, 教学内容需符合学生所学专业的培养目标, 满足工作岗位的需求。故在教材选用时, 必须突出职业能力培养目标, 以“一”为主, 多种辅助的教材模式, 教改教师需根据设备和学生特点, 设计编写课程项目校本教材, 重点突出学生“怎么学和怎么做”, 还可根据教学需求, 自制一些相应的教具和实验设备。
(三) 考核方式。
学生成绩是促进学生学习的重要手段。建议将过程考评与期末考评相结合, 设置平时素质考评、任务考评、实训实践考评、课程期末考试四项内容。考核内容突出操作实践, 即任务、实训实践考评占50%, 期末考试40%, 素质考评10%。
(四) 教学能力。
教师的综合素质和实训能力是实施工作过程导向, 项目任务驱动教学改革的关键。教改教师应努力丰富教师的理论水平和专业知识, 提高教师的职业教育教学能力和专业实践能力, 开阔自我视野。同时, 《变频调速技术》课程改革工作过程化, 也促进自我教学水平的提升。
参考文献
[1] .姜大源.职业教育学研究新论[M].北京:教育科学出版社, 2007
[2] .戴士弘.职业教育课程教学改革[M].北京:清华大学出版社, 2007
[3] .王淑芳等.高职创新人才培养模式探索[J].中国电力教育, 2011
[4] .李健.项目教学法在《变频器技术与应用》课程中的实践[J].职业教育, 2011
变频技术课程 篇4
关键词：基于工作过程导向；典型工作任务；学习领域课程
中国职业技术教育学会课题 基于工作过程导向的高职《变频器控制技术》课程应用研究
G712.3
前言： 目前，基于工作过程导向课程开发过程被大多数职业院校所应用，本文以《变频器控制技术》为例，探讨基于工作过程导向课程开发过程。
一、基于工作过程导向的高职《变频器控制技术》课程定位分析
（一）自动化专业岗位群能力要求及岗位工作任务分析
本文为明确吉林省电气自动化专业学生的培养定位，开展了电气自动化专业人才需求情况专项调研。本次调研企业的性质为化工行业和汽车制造业。
由于各类型企业的岗位设置及岗位名称上各有不同，因此，笔者根据各企业对工作岗位职责和能力要求的近似程度，对调查中几个典型企业的所涉及的电气自动化专业岗位设置进行划分，总结出电气自动专业的工作岗位（群）有：1）仪器仪表的安装检测与维护； 2）电气控制设备的安装、调试、维护； 3）电气设备自动化设计与技术服务； 4）电气控制系统的应用开发、技术改造设计。 相对应的岗位职业要求：1）具备对仪器仪表的安装检测与维护能力； 2）掌握以可编程序控制器（PLC）为核心的自动控制技术； 3）具备自动化控制设备的设计开发、技术管理、调试维护能力； 4）具有较强的创新精神和创业意识；有遵守行业规范的工作意识和行为意识； 5）沟通及表达能力强、动手能力强。
针对电气自动化专业的工作岗位和职业要求，与企业、行业实践专家充分研讨和论证的基礎上，参照维修电工职业资格标准，对调研得出的项主要实际工作任务进行分析、整理、归纳和总结，确定电气自动化专业所应完成的典型工作任务：1）电气工程材料选用2）装配图的识读与绘制3）电路图的识图和绘图4）室内照明电路配线5）电工工具及仪表使用6）电子元器件的选择与使用7）电子元件的安装与调试8）电子产品调试与检修9）低压配电柜的装配10）电气元器件的选择与使用11）普通车床的操作12）普通车床的检修13）普通磨床的操作14）普通磨床的检修15）普通铣床的操作16）普通铣床的检修17）PLC程序的编制与调试18）PLC程序的阅读19）PLC电气控制系统的运行与维护20）典型变频调速系统的设计与改造
21）变频调速系统的调速与运行22）生产线检测部件运行与维护23）生产线控制部件的运行与维护24）生产线执行部件运行与维护25）机床电气原理图、接线图、位置图的识读26）机床电气系统故障诊断与排除27）机床电气系统运行维护28）生产线检测部件故障诊断与排除29）生产线控制部件故障诊断与排除30）生产线执行部件故障诊断与排除31）机电设备销售32）机床操作及安全规范
（二）基于工作过程的自动化专业学习领域确定
兼顾工作过程的完整性、教学的可操作，根据学生认知规律及电气自动化专业所涉及的职业能力，将电气自动化专业典型工作任务转化为个专业性学习领域课程，实现职业能力和职业素质同步培养。电气自动化专业典型工作任务与学习领域课程对应关系，见表3所示，可见变频器控制技术为电气自动化专业的核心课程。
注意：本表并没有涵盖自动化专业的所有工作任务。
二、基于工作过程的学习领域《变频器控制技术》课程确定
基于工作过程开发的学习领域课程应包含两方面内容，一是基于工作过程，通过典型工作任务确定学习领域，构建出基于工作过程过程的课程体系，二是基于工作过程进行学习领域课程发展，提取典型工作任务，设计学习情境，以期完成每门课程的设计。
根据行业发展的需求，主要培养学生变频器技术在生产一线的安装、调试、维修、维护及工程应用的能力。具体面向岗位有：变频器控制柜装配工、设备维修工、工程设计师，根据上述岗位所要完成的典型工作任务：变频器的检修；变频器的故障诊断；变频器的基本操作；变频调速系统的设计、运行、调试。据此可以确定本门课程的学习领域内容为：变频器的基本结构、工作原理、变频器面板按键、外部端子及基本参数的功能和变频调速系统的设计。
（三）基于工作过程《变频器控制技术》课程学习情境设计
学习领域课程发展最终成功与否的关键在于从学习领域向学习情境的转换。
学习情境1音乐喷泉的变频控制系统。在掌握变频器的基本结构的基础上，掌握变频器的检测方法，从而加深对其工作原理的理解。
学习情境2化工厂泵与搅拌机的变频控制系统。在熟悉其外部端子结构功能与变频器参数结构及功能的基础上，熟练操作变频器，掌握其基本控制功能。
学习情境3三相异步电机电机变频调速系统的安装与调试。在掌握变频调速系统的结构的基础上，熟悉变频调速系统各元器件的选用原则，从而加深对变频调速系统典型控制线路的理解。
学习情境4单泵恒压供水变频控制系统的安装与调试。进一步加深对变频调速系统的理解，掌握变频器PID 控制功能和变频与工频切换实现的注意事项。重点掌握变频器与PLC控制系统设计、安装与调试。
变频技术课程 篇5
CDIO是由MIT等世界著名高校研发的从理念到大纲到课程到教学直至评估的一整套先进的工程教育模式。我院教学团队从2009年开始尝试基于CDIO理念的“PLC、变频器和触摸屏综合技术”课程改革, 因为该综合技术属于工业控制的主流设备, 高职院校为社会提供的不仅仅是大量新生劳动力, 而且是具有现代企业理念的, 有技术、高素质的现代产业工人。该课程是高职院校的一门综合性、设计性极强的机电产品控制应用型设计课程。其任务在于:训练学生综合应用PLC、变频器和触摸屏技术知识, 掌握它们的设计方法和研发能力;开拓设计思路, 增强理论知识与实践相结合的能力;培养科学性、系统性及全面性的设计素质;训练团队合作能力。
但是目前教学上普遍存在以下问题: (1) 在课程设置现状方面。大多数高职院校并未单独设置PLC、变频器和触摸屏综合技术一体化教学课程, 而是采用以PLC、变频器理论教学为主, 以验证性的实验或实训为辅的方式进行教学且实践课时偏少, 侧重技能训练的学生往往只能掌握各门课的基础技能。 (2) 在课程内容现状方面。目前的设备控制课程往往是学完一定的理论之后再做相应的实验, 内容相对独立, 学生无法从整体上把握设备控制开发的思路, 也就无法体现“构思、设计、实现和运作”的教学思想。 (3) PLC、变频器和触摸屏种类繁多, 毕业生就业时从事相关行业工作, 实现所学专业知识与生产实际快速接轨存在一定的困难, 即知识“移植”能力不够, 自学能力与创新能力不够。
基于“CDIO”的课程设计
基于“CDIO”理念的课程体系课程内容应根据CDIO工程教育理念结合学生知识水平和企业需求, 按照任务分析———论证方案———确定方案———实施方案———测试效果———评价六个步骤实施每个教学任务, 使学生在项目实施过程中学会PLC、变频器和触摸屏综合技术在设备中的设计安装和调试。知识体系框架如下页图1所示, 其中工业控制核心技术包括PLC、变频器和触摸屏技术, 控制对象为设备中使用的液压气动技术、电机技术和传感器技术。最后, 内容涉及各设备控制器之间的网络技术和监控技术。
基于项目化的教学层次设计实践内容设计应充分体现项目化教学的设计思想。以“做项目”为主线组织课程教学, 以“用”导“学”, 尽量让学生亲自动手, 全身心投入。要突出项目训练的完整性, 在做项目过程中学习必要的知识, 知识以必需、够用为度, 强调自学能力的培养, 强调应用所学知识解决问题。项目团队人数一般为4人, 各队选出项目组长, 负责整个项目开发的所有运行过程, 涉及任务分配、人员管理、阶段性成果报告等。在不同层次的具体实践中, 可以将一个完整项目分解成若干相对独立的子项目, 通过子项目的训练掌握单一技能, 最后将子项目综合起来, 完成整体项目的内容。在项目的实施过程中, 以学生为中心并引导学生主动学习。整个过程分为4个实践过程, 即验证性实践、设计性实践、综合性实践和创新性实践, 如图2所示。
项目式教学的设计没有项目支撑的工科课程内容是缺乏实践性和生动性的干瘪理论框架。工程项目的设计和选择是需要专业课教师花工夫来做的事情。在选择工程项目时可以从以下几个角度考虑。
1.项目的选用有利于激发学生兴趣。我院采用了参加全国机械创新设计大赛的一些娱乐类作品, 如获得全国二等奖的娱乐机器“捕鱼达人”, 其控制系统采用PLC完成对一组气缸的控制, 在项目实施中, 根据游戏的难度设置了5个级别, 即5个不同工作情境对应不同的控制方案;又如获得浙江省机械设计大赛二等奖的“排除万难”任务型机器人, 其控制对象有多个直流电机和电磁阀, 在项目实施中, 根据机器人的实施任务选择4个阶段性控制要求。这些项目在实施后学生可以在课外一边练习和改进控制技术, 一边通过娱乐提高学习兴趣。其中的一款机器人如图3所示, 通过PLC控制机器人的直流电机和气动系统实现过隧道、过单边桥、抓螺母和拧螺母等一系列动作, 操作按钮组和保护装置的设计对学生的控制能力培养很关键。
2.项目的选用对象在生活中比较常见。如我院教学团队与本地企业合作建立的立体车库在许多商场、宾馆、专门的停车场都能见到, 许多学生对其工作过程比较熟悉, 有利于减少设备介绍的时间, 引起学生对控制方案的共鸣。
3.项目的选用结合本地区的企业设备。学生毕业后大部分在本地区工作, 为使学生在毕业后尽快地适应工作需要, 在项目内容上可选用本地区的轴承制造业、黄酒制造业、纺织印染制造业等相关设备的控制系统。有的学生在学习中参与了教师的一些简单项目开发并将其作为毕业设计题目。如图4 (a) 是为企业设计的涡流探伤检测台, 图4 (b) 是学生通过实训室搭建的控制系统, 并通过编程完成了毕业设计。
课程评价体系在CDIO工程训练模式下, 可将项目的整个运行过程“构思———设计———实现———运作”纳入考核范围, 鼓励学生在做中学、在学中做, 教师则提供实验条件和指导, 保障学生充分自由地发展, 增强创新意识, 并为学生提供遇到问题时加以解决的方法、对仍然存在的问题进一步改进的思路等。课程的考核采取多元化的评价体系, 具体涉及以下几方面:基本技能及基础知识、设计能力、团队协作能力、职业素质和评价。在针对项目的某一个工作情境中, 需要完成设备工艺流程和产品目录规划表 (涉及工艺流程描述和工作计划安排) 、设备控制实施表 (涉及I/O分配表的编写、控制流程图、控制程序编写过程记录、设备调试过程记录、实施过程中遇到的问题与对策和总结等) 和评价表 (涉及每个工作任务的考核要求、配分和评分标准) 等等。
课程支撑条件
教师的CDIO能力培养CDIO教学改革成败的关键在于教师队伍的能力。很多教师虽然有丰富的理论知识和较强的科研能力, 但缺乏相关的企业工作经历或工程经验。因此, 在选择教师时应考虑以下三个方面: (1) 作为企业科技指导员, 与企业有密切的项目合作关系。 (2) 多次带领学生参加省级或以上相关竞赛并取得一定的成绩。 (3) 在企业一线多次实践锻炼并积累一定的经验, 或具有企业相关工作经验。
实践平台的设置学生一般不具有丰富的设计经验, 创造性地设计新机构的控制系统时往往不知从何处入手。因此, 有必要讲授一些控制方案设计经验, 帮助学生构思。这项工作主要是通过院团委和相关教师组织并结合教育部、教育厅主办的一些机械创新设计大赛、自动线安装与调试大赛等设定比赛题目, 号召学生发挥自己的想象力, 形成可行控制方案并加以实施。我院的工业控制创新实践室不仅为学生提供了全过程工程训练的机会, 锻炼了学生的实际动手能力, 同时还培养了学生的创新精神、团结协作精神。
学院政策的支持我院教学团队得到了学院在政策上的支持, 主要体现为:对教师CDIO教学能力加以培养, 与十多家企业开展相关合作并取得了一定成效;学生在完成一套设备控制系统的开发方案后, 可作为毕业论文并优先推荐为优秀毕业论文, 优先推荐到合作企业, 并作为参加控制类相关大赛的重要选拔依据。
改革成效
经过近四年的教学试点, 新教学模式下的“PLC、变频器和触摸屏综合技术”课程取得了较好的效果, 涌现出了一批优秀的学生和教师。学生的专业基础水平能更好地适应企业岗位要求, 许多学生毕业后能独立完成企业安排的项目并得到企业的一致好评。学生的团队协作能力得到明显提高, 与教师交流的能力得到明显加强。学生的拼搏精神得到激发, 许多学生为了完成任务往往工作到很晚才回寝室休息。教师的业务水平不断提高, 与企业的合作更加紧密。需要指出的是, 这门综合类控制课程的教学效果离不开其他专业课程和整个教育环境的配合。
摘要：传统教学模式下学生缺乏学习主动性的现象很明显, 依循CDIO理念, 对“PLC、变频器和触摸屏综合技术”课程的课程内容、项目选用、评价体系等进行教学改革, 建立较为完备和系统的工作情境和项目案例库, 可以实现真正的一体化教学, 有助于培养学生的工程意识, 提高学生的创新能力、实践能力和综合素质。
关键词：高职,CDIO理念,教学改革,项目教学,创新能力
参考文献
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变频技术及变频器刍议 篇6
关键词：变频,变频技术,电力电子器件,变频器
变频技术是根据控制的要求, 通过具体的电路实现电信号频率变换的应用型技术。电流有交流和直流之分, 因而变频技术有4种类型变换:交流变直流的整流技术、直流变直流的斩波技术、直流变交流的逆变技术、交流直接变交流的移相技术。变频技术通常指获得不同电压和频率交流电的技术。
1 电力电子器件
电力电子器件是电力电子技术的物质基础和技术关键, 也是变频技术发展的“龙头”。电力电子技术起步于晶闸管SCR, 普及于大功率晶体管GTR, 提高于智能功率模块IPM。
半控型电力电子器件SCR, 不能自关断, 在电路中起开关用。门极关断晶闸管GTO, 属“全控型器件”或“自关断器件”, 既可控制器件的开通, 又可控制器件的关断, 使用GTO的装置具有主电路器件少、装置小巧、无噪声、效率高等优点。
GTR也称为电力晶体管PTR, 是一种具有发射极、基极、集电极的3层器件, 又称双结型晶体管BJT, 它既有晶体管的固有特性, 又扩大了功率容量, 在大功率电力变换电路中, 10 k Hz以下的应用较多。GTR耐冲击能力差, 易受二次击穿而损坏, 使用时必须考虑击穿电压、电流增益、耗散功率和开关速度等参数。
IPM有2大类型:一种是小功率IPM, 采用多层环氧树脂隔离;另一种是大功率IPM, 采用陶瓷绝缘和铜骨架连接。IPM有4种电路形式, 即单管、双管、六合一封装和七合一封装。
2 交-直-交变频和交-交变频技术
交-直-交电压型变频器件广泛地应用于电力拖动调速系统中, 也普遍用于高精度稳频稳压电源和不停电电源。这种变频器件由整流器和逆变器2部分组成, 在逆变器的直流侧并联有大电容, 用来缓冲无功功率, 再生制动时必须接入附加电路。
电流型变频在直流电源上串联大电感滤波, 为逆变器提供的直流电流波形平直、脉动很小, 能实现较理想的保护功能。电流型变频不需附加任何设备, 即可实现负载电动机的四象限运行。
交-直-交电压型变频常有PAM与PWM两种控制方式。
脉冲调制PAM是一种改变电压源的电压Ed或电流源Id的幅值, 进行输出控制的方式。它在逆变器部分只控制频率, 在交流器部分控制输出的电压或电流。
脉宽调制PWM是靠改变脉冲宽度来控制输出电压, 通过改变调制周期来控制其输出频率, 所以脉冲调制方法对PWM型变频的性能具有根本性的影响。
交-交变频电路是不通过中间直流环节, 把电网固定频率的交流电直接变换成不同频率的交流电的变频电路, 比一般的变频电路效率高, 变频器件按电网电压过零自然换相, 可采用普通晶闸管, 所用晶闸管元件数量较多, 相对投入较大, 因受电网频率限制, 通常输出电压的频率较低, 为电网频率的1/3左右, 输出波形较好, 功率因数较低, 特别是在低速运行时更低, 需要适当补偿。
3 变频器的分类
变频器是应用变频技术制造的一种静止的频率交换器, 利用半导体器件的通断作用将频率固定 (通常为工频50 Hz) 的交流电 (三相或单相) 变换成频率连续可调的交流电的电能控制装置, 作为电动机的电源装置, 当前使用很普遍。
变频器按应用可分为2类:一类用于传动调速;另一类用于多种静止电源。使用变频器可以实现节能, 提高产品质量和劳动生产率。
变频器按直流环节的储能方式分电流型、电压型, 电流型变频器直流环节的储能元件是电感线圈L, 电压型变频器直流环节的储能元件是电容器C。
变频器按工作原理分4种:U/f对变频器输出的电压和频率同时进行控制, 通过使U/f (电压和频率的比) 的值保持一定而得到所需的转矩特性, 采用U/f控制的变频器控制电路结构简单、成本低, 精度要求不高的通用变频器常采用;转差频率控制方式是对U/f控制的一种改进, 由速度传感器检测出电动机转速, 构成速度闭环, 速度调节器的输出为转差频率, 而变频器的输出频率则由电动机的实际转速与所需转差频率之和决定, 通过控制转差频率来控制转矩和电流, 加减速特性和限制过流的能力得到提高;矢量控制是一种高性能异步电动机控制方式, 是将异步电动机的定子电流分为产生磁场电流的分量 (励磁电流) 和与其垂直的产生转矩的电流分量 (转矩电流) , 并分别加以控制, 同时控制异步电动机定子电流的幅值和相位;直接转矩控制是继矢量控制变频调速技术之后的一种新型的交流变频调速技术, 利用空间电压矢量通过磁链、转矩的直接控制, 确定逆变器的开关状态来实现, 直接转矩控制还可用于普通的PWM控制, 实行开环或闭环控制。
变频器按用途分3种:通用变频器是能与普通的笼型异步电动机配套使用, 能适应各种不同性质的负载并有多种可供选择功能的变频器;高性能专用变频器主要应用于对电动机的控制要求较高的系统, 多采用矢量控制方式, 驱动对象通常是变频器厂家指定的专用电动机;在超精密加工和高性能机械中, 常常要用到高速电动机, 为了满足这些高速电动机的驱动要求, 出现了采用PAM控制方式的高频变频器, 其输出频率可达到3 k Hz。
4 变频器的选择与应用
风机和泵类负载, 低速时转矩较小, 对过载能力和转速精度要求低, 通常选用价廉的变频器;对希望具有恒转矩特性, 但在转速精度及动态性能方面要求不高的负载, 可选用无矢量控制的变频器;低速时要求有较硬的机械特性, 并要求有一定的调速精度, 但在动态性能方面无较高要求的负载, 可选用不带速度反馈的矢量控制型;某些对调速精度和动态性能方面都有较高要求, 以及要求高精度同步运行的负载, 可选用带速度反馈的矢量控制型变频器。
变频器的容量一般用额定输出电流 (A) 、输出容量 (k VA) 、适用电动机功率 (k W) 表示。适用电动机功率是以2极、4极的标准电动机为对象, 6极以上的电动机和变极电动机等特殊电动机的额定电流比标准电动机大, 不能根据适用电动机的功率选择变频器容量。用标准2极、4极电动机拖动的连续恒定负载, 变频器的容量可根据适用电动机的功率进行选择;对于用6极以上和变极电动机拖动的负载、变动负载、断续负载和短路负载, 变频器的容量应按运行过程中可能出现的最大工作电流来选择。
生产中广泛应用的是通用变频器, 从外形上看有书本型结构 (0.75～37 k W) 和装柜型结构 (45～1 500 k W) 2种。接线时应注意输入电源必须接到R、S、T上, 输出电源必须接到端子U、V、W上, 错接会损坏变频器;为了防止触电、火灾等灾害和降低噪声, 必须连接接地端子;通电后, 需要改接线时, 即使已经关断电源, 也应等充电指示灯熄灭后, 用万用表确认直流电压降到安全电压 (DC 25 V以下) 后再操作。变频调速系统的主电路中有低压断路器、接触器、制动电路及制动单元、电抗器、滤波器、漏电保护器等。
变频器是全晶体管设备, 对周围环境的要求和其他晶体管设备一样, 为了使变频器能稳定的工作, 发挥作用, 应确保设置环境满足IEC标准及国标对变频器所规定环境的容许值。变频器对外来电磁干扰较敏感, 会因电磁干扰的影响而产生错误, 对运转造成恶劣影响, 外来干扰多通过变频器控制电缆侵入, 所以铺设控制电缆时必须采取充分的抗干扰措施, 输入电路的交流电抗器, 可有效地抑制干扰。
参考文献
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[2]薛晓明.变频器技术与应用[M].北京:北京理工大学出版社, 2009
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变频技术课程 篇7
2012年6月26日,“合康变频”第三届高压变频器用户技术培训班顺利召开,来自全国17家用户单位共42人参加此次培训。
此次培训活动为期7天。理论培训课程在前几届的基础上有所增加,例如增加了用户普遍感兴趣的“变频器运行规程”。参观和实操环节仍然是最受广大用户欢迎的学习方式,因为可以最直观了解与日常工作息息相关的变频器的运行、维护等具体细节。
合康变频定期开办培训班可以让广大用户学到切实可用的知识,进一步增进合康跟用户的合作交流。
变频调速技术的应用 篇8
变频调速技术近年来在我国得到了突飞猛进的发展，由于变频调速技术在调速范围、调速平滑性、静差度、动态响应、功率因数、智能控制、节约电能等方面具有的优异性能，是目前交流电动机调速所采用的主要方式。它以体积小、重量轻、可靠性高、通用性强、适用范围广、操作简便、保护功能完善等优点，广泛应用于钢铁、化工、冶金、电力、石化、食品、医药、造纸、机械等领域。
1 变频器的应用分类
变频器应用非常广泛，根据具体应用情况可分为以下几种类型：
(1)节能、改善环境。风机、泵类、搅拌机、挤压机、精纺机、注塑机、中央空调系统、洗衣机、抽油烟机等系统的调速；
(2)提高设备效率。机械加工设备中高速电动机的高速运行控制；
(3)自动化控制、减轻劳动强度。搬运机械、加工设备、生产流水线、多台电动机联动等系统进行正反转控制、多段速度调节；
(4)提高产量、提高控制精度。机床、搬动机械、塑料机械、球磨机、研磨机、印刷机械等系统进行调速控制；
(5)减少设备维修、延长设备寿命。机床设备的主轴、纺纱机等系统进行无级调速；
(6)提高质量。切纸机、造纸机、拉丝机、纤维机械等轻工设备进行最佳速度控制、恒张力矢量控制；
(7)特殊要求的场合。恒压供水、供气、音乐喷泉等系统进行恒转矩、多段速自动控制。
2 变频器的选型
变频器的正确选用对于机械设备的正常运行至关重要。选择变频器时，首先要根据生产机械的类型、负载转矩的特性、调速范围、静差度、起动转矩、使用环境及系统的特殊要求，然后决定选用哪种控制方式和防护结构的变频器。当然所选用的变频器一定要是最合适的。也就是说所选用的变频器一定要能能够满足生产机械的实际工艺要求，并且具有最高的性价比。
2.1 生产机械的负载分类由于生产机械的类型很多，根据生产机械的负载转矩特性将其分为以下种类型：
2.1.1 恒转矩负载
在这类负载中，负载转矩TL=C，与转速n无关。而负载功率随着负载转速的升高而增加。如机床设备中的进给机构、传送带、搅拌机、挤压机等机构和起重机、电梯、提升机等负载都属于恒转矩负载。
在变频器驱动恒转矩负载性质的生产机械时，低速时要有足够大的输出转矩，并且要有足够大的过载能力。如果电动机在低速下长期运行，还必须要考虑电动机的散热问题，以防电动机温升过高。
2.1.2 恒功率负载
恒转矩负载的特点就是当转速变化时，负载从电动机吸收的功率为恒定值。即：
就是说，负载转矩与转速成反比。如金属切削机床中的主轴、造纸机、薄膜生产线中的卷取机、开卷机等都属于恒功率负载。
负载的恒功率性质是在一定的速度范围内而言，如果速度非常慢，在机械强度的限制下，TL无法一直增大，在低速下负载性质变为恒转矩负载。负载的恒功率区和恒转矩区在很大程度上影响着拖动系统方案的确定。直流电动机的弱磁调速就属于恒功率调速。
2.1.3 通风机类负载
这一类负载的特点是负载的转矩大小与转速的二次方成正比。功率与转速的三次方成正比。即：TL=kn2
各种风机、水泵、油泵都属于通风机类负载。
通风机负载通过变频器调速来调整风机的风量、流量，从而可以大幅度的节能。由于通风机类负载在高速时需要很大的功率，所以不应使这类负载超工频运行。
2.2 根据负载特性选取适当控制方式的变频器变频器具有以下四种控制方式：
2.2.1 v/f控制方式
它的变频器可以同时控制变频器输出的电压和频率。在当v/f的值不变时，得到所需的转矩特性。用这种方式的变频器控制电路结构不复杂、成本也不高，多用于对精度要求较低的通用变频器。
2.2.2 转差率控制方式
这种控制方式要比v/f控制更先进，优点更多，它需要通过一个电动机上的速度传感器测出电动机的转速，构成闭环系统，速度调节器的输出为转差频率，电动机的实际转速与所需转差率之和决定了变频器的输出频率。用这种控制方式对电动机的电流进行控制，与前一种控制方式相比，在加减速特性和限制过电流的能力等方面都有明显的改善。
2.2.3 矢量控制方式
矢量控制是一种高性能的控制方式。其操作原理是，将异步电动机的定子电流分为产生磁场的电流分量（励磁电流）和与其垂直的产生转矩的电流分量（转矩电流），并加以控制。它的名称的由来是因为它一定要同时控制异步电动机定子电流的幅值和相位，即定子电流的矢量，所以叫矢量控制方式。
2.2.4 直接转矩控制方式
直接转矩控制方式是交流拖动系统中具有革命性的电动机控制方式。不需要在电动机的转轴上安装脉冲编码器来反馈转子的位置，而具有转矩和转速。能在零速时产生满载转矩，电路中的PWM调制器不需要分开电压控制和频率控制，具有这种功能的变频器称为直接转矩控制变频器。
根据负载的转矩特性和控制系统对调速性能的基本要求选择能够满足控制系统要求的控制方式是变频选用过程中最重要的环节之一。
2.3 根据变频器的工作环境选择变频器的防护结构
在选择变频器的防护结构时，要充分考虑到其安装环境，包括温度、湿度、粉尘等许多方面的要求，这些都直接关系着变频器的使用情况，目前变频器所常用的防护结构有以下几种方式：
(1)开放型IP00：他可以保护人体不通触摸到变频器内部的带电部分。但它对安装环境的要求较高。
(2)封闭型IP20、IP21：它的变频器周围有外罩，可悬挂在墙上。一般的安装环境都可以安装这种防护结构。
(3)密封型IP40、IP42：在环境较差的条件下安装这种防护结构比较合适。
(4)密闭型IP54、IP55：它可以防尘、防水，在环境条件差、有水淋、粉尘等场合安装这种防护结构比较合适。
3 变频器输出容量和电流的选择
在选择变频器的输出容量和电流时，要求其输出容量和电流一定不小于被驱动电动机的额定功率和额定电流。具体的输出容量和电流选择可依据不同情况采用相应的计算公式进行计算并选择。
3.1 电动机连续运转时变频器容量的选择
由于变频器输出的电流为脉动电流，其脉动值比工频供电时电流要大，因此须将变频器的容量留有适当的安全余量，此时变频器的容量可按下式进行计算：
式中PN为电动机的额定功率、η为效率、cosφ为功率因数（取0.75）、UN为额定电压、IN为额定电流；
电流波形修正系数用K来表示，PWM方式时取1.05～1.1;
PCN：变频器的额定容量（KVA）;
ICN：变频器的额定电流（A）;
3.2 加减速时变频器容量的选择
变频器的最大输出电流最终决定了变频器的最大输出转矩。通常，加减速较短时，变频器在额定输出电流的130%～150%范围内都是可以的，所以，在短时加减速时的输出转矩也可以增大。
3.3 频繁加减速时变频器容量的选择
根据加速、恒速、减速等各种运行状态下的电流值，可按下式进行计算并选择。
I1CN=姨I姨1t1+I2t2+I3t3+I4t4+I5t5姨/t姨1+t2+t3+t4+t5姨姨K0
变频器的额定输出电流用I1CN来表示；
各运行状态下电流的平均值分别用I1、I2、I3、I4、I5来表示；
各运行状态下的时间分别用t1、t2、t3、t4、t5来表示。
安全系数用K0来表示，在取值上:运行频繁时取1.2，其它条件下取1.1
3.4 一台变频器拖动多台电动机，且多台电动机并联
用一台变频器拖动多台电动机并联运行时，对于一小部分电动机开始起动后，再追加投入其他电动机起动的场合，此时变频器的电压、频率已经上升，追加投入的电动机将产生大的起动电流，因此，变频器容量与同时起动时相比需要大些。
以变频器短时过载能力为150%，1min为例计算变频器的容量，若电动机加速在1min以上时，可得出以下公式：
式中：并联电动机的台数用nT来表示；
同时起动台数用nS来表示；
PCN1：连续运行时变频器的容量（KVA）;
KS：电动机起动电流/电动机额定电流；
IN：电动机额定电流（A）;
PCN：变频器容量（KVA）。
3.5 大惯性负载起动时变频器容量的计算
一般情况下，变频器过载容量是125%、60s或150%、60s。如果实际运行中比给出的这两个值大，就一定要把变频器的容量调大。此时的计算公式为：
GD2：换算到电动机轴上的转动惯量（Nm2)
TL：负载转矩（Nm)
tA：电动机加速时间（S），由负载要求确定；
PCN：变频器容量（KVA）;
nN、η、cosφ电动机的额定转速（r/min）、电动机的额定效率（取0.85）、电动机的功率因数（取0.75）;
K：电流波形修正系数（PWM方式时取1.05～1.1）。
3.6 电动机轻载时变频器容量的选择
如果在实际运行中，电动机的负载小于额定输出功率，通常可选择与实际负载相称的变频器容量，但是当使用通用变频器时，就算是实际负载不大，使用比按电动机额定功率选择的变频器容量小的变频器也不是很合适，分析其原因主要有：
(1)电动机空载时，电动机的工作电流也为额定电流的30%～50%，该电流又为励磁电流。
(2)电动机容量大，则以变频器容量为基准的电动机的漏抗的百分比变小，变频器输出电流脉动变大，变频器过电流保护动作，电动机不能运行。
(3)电动机用通用变频器起动时，其起动转矩与工频起动时相比转矩变小，有时不能起动。另外，在低速运行区的转矩有比额定转矩减小的趋势，用选定的变频器和电动机不能满足负载所在求的起动转矩和低速区运行的转矩时，变频器和电动机的容量还必须增大。
4 结束语
变频器的选择关系到整个变频调速系统的整体性能和系统能否可靠、安全运行。根据调速系统的调速要求和实际的工况环境，选择合适的变频器是整个系统的主要工作。另外，工作现场的安装、调试也是一个重要的环节。只有选择了最合适的变频器才能保证整个变频调速系统的正常、可靠运行。
摘要：本文简要介绍了变频器的种类、特点、选择和注意事项。
关键词：变频器,种类,特点,选择
参考文献
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浅析变频技术的应用与发展 篇9
关键词:变频技术 水泵 节能
中图分类号:TN77文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)03-0169-01
1变频技术的降耗节能原理
1.1变频节能
由流体力学可知,P(功率)=Q(流量)譎(压力),流量Q与转速N的一次方成正比,压力H与转速N的平方成正比,功率P与转速N的立方成正比。如果水泵的效率一定,当要求调节流量下降时,转速N可成比例的下降,而此时轴输出功率P成立方关系下降,即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。
1.2功率因数补偿节能
无功功率不但增加线损和设备的发热,更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低,大量的无功电能消耗在线路当中,设备使用效率低下,浪费严重,由公式P=S證OS中,Q=S譙IN中,其中S—视在功率,P—有功功率,Q—无功功率,COS—功率因数,可知COS中越大,有功功率P越大,普通水泵电机的功率因数在0.6～0.7之间,使用变频调速装置后,由于变频器内部滤波电容的作用,COS≈1,从而减少了无功损耗,增加了电网的有功功率。
1.3软启动节能
由于电机为直接启动或Y/D启动,启动电流等于(4～7)倍额定电流,这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击,而且还会对电网容量要求过高,启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大,对设备、管路的使用寿命极为不利。使用变频节能装置后,利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始,最大值也不超过额定电流,减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求,延长了设备和阀门的使用寿命,节省了设备的维护费用。
2变频技术在水泵降耗节能改造中的应用
目前,国内在水泵控制系统中使用变频调速技术,大部分是在开环状态下,即人为地根据工艺或外界条件的变化来改变变频器的频率值,以达到调速目的。
采用变频调速技术后,电机水泵的转速普遍下降,延长了设备的使用寿命,降低了设备的维修费用。同时,由于变频器启动和调速平稳,减少了对电网的冲击。变频调速器具有十分灵敏的故障检测、诊断、数字显示功能,提高了电机水泵运行的可靠性。
3水泵高压电机变频调速改造应注意的问题
为达到电气节能和工艺优化的目的,高压变频器在工程设计中应注意:
3.1电机的特性试验和技术规范的再修订
当一台普通电动机由变频提供电源时,其变频器输出端的电压和电流谐波分量会使电机的损耗增加、效率降低、温度升高。高次谐波引起损耗的增加主要表现在定子和转子的铜耗、铁损及附加损耗的增加。在普通异步电机中,为改善电机启动性能,转子的集肤效应使实际阻抗增加,从而使铜耗增大。
另一方面,由于电机线圈之间存在分布电容,当高次谐波电压输入时,各线圈之间的电压是不均匀的,这种长期反复作用使定子线圈某一部分的绝缘造成损伤,从而产生线圈老化,这在普通异步电动机的绝缘结构方面是难以接受的。
另外电机的电磁回路不可能做到绝对对称,所以变频器输出电源中所含有的各次谐波分量将与电磁回路中固有的空间谐波分量相互作用形成各种电磁脉动。同时,电机因处在频率不断调节的工作状态下,很容易与电机机械部分产生机械共振,造成电机机械部位的损坏。
因此,在变频调速改造工程中,为了避免变频调速系统在运行时出现上述问题,技术设计时必须考虑和电动机制造厂家进行技术合作,对电动机的相关特性进行调速实验,重新修订原电动机的技术规范。
3.2电力电缆选型要点和敷设要求
由于变频器输出端与电机之间的联系采用电缆附设方式,且线路各相均存在对地电容,所以运行时线路上的电容电流是不相等的。如果电缆附设距离较长,且线路中又存在高次谐波电流,那么一旦发生单相接地时,故障电容电流所点燃的电弧熄灭时间过长,会使这端电缆发热,造成非故障绝缘。
在变频调速改造工程中,针对输出电源电缆,考虑电缆结构上的三相对称和屏蔽,将电缆截面适当增加,敷设长度不超过限定值(100m),如果原输出电源电缆为非屏蔽或截面的栽流量裕度小于2,应更换符合要求的电力电缆。
现场敷设施工时要将电源电缆与控制电缆和信号电缆分开敷设,避免由电源电缆中高次谐波产生的磁场干扰其他信号。
3.3变频器工作环境的基本要求
由于高压变频器的逆变部分采用高压IGBT等功率器件,其开、关频率大干100HZ,易形成高次谐波电流,使得变频装置在工作时将产生一定的热量。一般在变频器柜的顶部均配有排风扇,它将柜内的热量排放到室内,使室内的环境温度不断升高,最终会影响柜内各器件的可靠运行。所以,在水厂工程设计中一般变频调速装置单独设置在变频调速室内,室内必须安装备用空调设施,控制室内环境温度在变频器所要求的范围内,同时设有通风门窗,必要时采用专门风道进行强制通风和冷却。
3.4 高压供电系统出口断路器控制的技术完善
当变频器发生故障发出跳闸信号时,断路器应可靠动作跳闸。普通断路器高压开关柜内部出现跳闸回路断线或直流控制电源消失的情况,变频器恰好出现故障(要求断路器跳闸)时,跳闸线圈已失电,断路器拒绝动作,因而造成变频器内部的功率器件损坏。所以在设计中选择了带有欠压脱扣线圈的断路器,一旦出现跳闸回路断线或控制电源消失的情况,断路器首先自动跳闸,以保护变频器的设备安全。
4总结
综上所述,变频调速技术用于水泵控制系统,具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺安全可靠等优点。在大力提倡节约能源的今天,推广使用这种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高科技节能装置,对于提高劳动生产率、降低能耗具有重大的现实意义。可以说,变频调速技术是一项利国利民、有广泛应用前景的高新技术。
参考文献:
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[3] 王锡仲,蒋志坚,高景峰.变频优化调压节能供水装置的研制[J].给水排水,1998.
绞车电气PLC变频技术 篇10
关键词：变频技术,煤矿绞车,PLC,电气控制,节能改造
1 传统绞车的应用现状与技术问题
在挖掘与开采等矿山生产过程中, 绞车作为运输系统的关键设备往往对生产安全与效率的提高具有至关重要的影响作用。然而, 由于电控绞车需要在一个提升周期内进行加速、等速、减速、卸载等复杂的操作任务, 设备启停、加减速时, 机械部件与电气元件所受到的冲击都使绞车工作的稳定性与经济性面临着巨大的考验。
调查表明, 目前我国煤矿绞车在实际使用中的问题主要集中在以下两个方面:首先, 费用过高、能耗过大是煤矿绞车运行的明显缺陷, 由于传统绞车常利用串联电阻进行调速操作, 而串联电阻系统的耗电量高, 其能耗成本接近设备运行整体成本的80%, 但耗电量中有很大一部分都由于井下轨道实际负载的变化而损失了;另一方面, 调速电阻的控制需要技术人员在掌握其工作原理的基础上, 根据经验对各种运行情况进行判断, 而由于误判造成的钢丝绳被拉断、翻矸斗过卷或拉翻等问题均较为常见, 加之串联电阻电路的接点多, 往往会造成与行程开关配合困难的问题, 导致不动作、误动作等问题的发生, 造成运输过程的安全生产得不到保障。此外, 为确保设备运行的安全性与稳定性, 通常要求绞车维修养护人员的数量多、技术高, 这又使人力资源成本进一步提高。可见, 串联电阻等传统的电控方式既不利于矿山生产安全性和经济性的实现, 也不符合国家节能降耗的“绿色煤矿工业”的发展思路。而要改变这一现实, 达到优化系统、节能增效和净化环境的效果, 将PLC变频技术作为首选, 对绞车电气控制系统进行节能改造势在必行。
2 PLC变频技术在绞车运行过程中的应用
在煤矿的采掘过程中, 浅煤层的开采环境相对良好, 轨道坡度变化容易控制且质量较高, 然而随着开采规模的不断扩大, 煤层越深, 轨道的质量越差, 其坡度的变化也就更加难以控制。绞车在经过陡坡和缓坡时所担负的负荷变化明显, 若以同一工作频率运行设备, 就将使部分电机电能空耗, 甚至将多余的电能反馈至电网, 引发绞车主回路的母线电压出现不正常升降的现象。由于电机的实际转速与供电电源频率成正比例关系, 因此可通过改变电源频率来实现改变电机转速的目的, 结合绞车实际负载情况调节电机的输出功率, 可以提高电网功率因数, 从而更加精确地实现对绞车的电气控制目标。在这一背景下, 我国煤矿绞车中的直流调速和模拟控制正逐渐被效率更高、稳定性更好、工艺流程更加合理的交流变频调速和数字控制所代替。
目前, 我国煤矿绞车所选用的PLC变频控制系统多选用660V、50Hz的电源, 电压的波动范围控制在±10%, 允许的频率波动范围通常为±2.5%。根据实际运行需要, 可将输出功率设置在200k W, 并确保0~50Hz的输出频率, 从而保证绞车作业能安全、高效地进行。系统应为实际生产中不同的运行环境设置保护功能, 以解决设备的过流、过压、欠压等常见问题, 且应以自动转矩提升功能的设置, 确保处于低频运转的绞车能够满足额定转矩的规定要求。
电气控制可采用双PLC全数字控制系统, 两套PLC与硬件电路互相冗余, 完成绞车的提升控制与数字监控系统, 并同时在PLC故障时能够分别完成临时应急提升。其中防止过卷装置、过速装置、限速装置和减速功能保护应设置为相互独立的双线形式。系统的声光信号与控制回路应具有闭锁功能, 并以30天作为标准, 保留信号发出的次数以及时间记录。检修时将绞车运行速度设置在0.3m/s~0.5m/s为宜, 并应可调整为手动操作状态。为确保检修工作的顺利进行, 操作台还应设置深度、速度、电压、电流、油压温度等指示, 以确保工作人员获得的数据全面、准确、直观。
3 实际效益分析
从将上述技术应用于煤矿绞车电控改造的实际效果来看, PLC变频技术主要在以下几方面具有突出的优点:首先, 新系统大大降低了绞车的运行成本。变频技术使运输循环中调速运行时间所占的比例相对增加, 直接降低了设备运行的能源成本35%以上, 并因减少电流冲击而降低了设备的故障率, 有效减少了设备的更换、维修及时间成本。其次, 绞车负载随电机转速而变化, 而变频技术具有精确的负载控制功能, 可以确保负载量与设备输出相匹配, 因此, 绞车电气控制的精确程度也得到了大幅提高。此外, 通过对设备停启、加减速的控制, 设备机械部件与电气元件所受到的冲击都得到了缓解, 煤矿运输系统运行的安全性和可靠性也得到了进一步的提升。
4 结论
作为我国煤矿工业技术革新的重要标志之一, PLC变频技术在煤矿绞车电气控制中体现出的种种成效都说明了进行设备节能改造的必要性和可行性。改进中应将变频系统的性能与煤矿生产的具体情况相结合, 根据实际运输需要对PLC模块进行灵活组合, 使其充分发挥与作业条件相匹配的先进控制功能。相关技术人员应认真研究PLC变频的工作原理与技术特点, 将之逐步应用于矿山风机、水泵等其他设备的电气控制中, 为实现我国煤矿工业技术的全面发展贡献力量。
参考文献
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