变频器教案.docx
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变频器教案
变频器教案（理论）
授课题目变频器基础知识（变频技术的常见类型）学时：
2
教学目的与要求
1、知识目标：
熟悉变频器的常见类型，组成和特点
2、能力目标：
能认识各种常用的变频器
3、素质目标：
培养团队合作精神和安全文明生产的好习惯
重点
变频技术的常见类型
难点
交-直-交变频技术的基本原理
教学方法
实施启发引导法，任务驱动法和多媒体辅助教学法
教学准备
媒体，实物，图片
实训里的变频器
教学过程设计
一、新课导入
通过实体变频器介绍及变频器调速控制与传统调速系统的对比引入新课。
二、课程提问
什么是变频器？
为什么现在大多数企业已经普及变频器？
三、讲授新课：
变频技术是将电信号频率按照控制的要求，通过具体的电路实现电信号频率变换的应用型技术。
1、变频技术的常见类型
（1）整流技术，通过晶体二级管组成的不可控或者晶闸管组成的可控整流器，将工频交流电变换成频率为零的直流电，实现交—直变换，称为整流技术。
（2）直流斩波技术：
通过改变电力半导体器件的通断时间，也就是脉冲频率（定宽定频），或者改变脉冲的宽度（定频调宽）达到调节直流平均电压的目的。
（3）逆变技术：
在变频技术中，逆变器是利用半导体器件的开关特性，将直流电变换成不同频率的交流电。
（4）交-交变步技术：
通过控制电力半导体器件的导通与关断时间，将工频交流电变换成频率连续可调的交流电。
（5）交—直—交变频技术：
先将交流电经过整流器变换成直流电，再将直流电逆变成频率可调的交流电。
2、带领学生参观自动化控制实训室
（1）简单介绍三菱变频器的构成及控制
（2）简单让学生了解变频器是如何控制电动机运行的
（3）介绍变频器调速控制与传统调速系统的区别
作业布置
预习变频器的组成和特点
教学反思
变频器教案（理论）
授课题目变频器基础知识（变频器的组成和特点）学时：
2
教学目的与要求
1、知识目标：
熟悉变频器的常见类型，组成和特点
2、能力目标：
能认识各种常用的变频器
3、素质目标：
培养团队合作精神和安全文明生产的好习惯
重点
变频器的组成
难点
变频器常用的控制方式
教学方法
实施启发引导法，任务驱动法和多媒体辅助教学法
教学准备
媒体，实物，图片
实训里的变频器
教学过程设计
一、新课导入
大家对变频器初次有了一定的了解，那我们看看变频器。
二、课程提问
什么是变频器？
为什么现在大多数企业已经普及变频器？
三、讲授新课：
变频技术是将电信号频率按照控制的要求，通过具体的电路实现电信号频率变换的应用型技术。
变频器的组成和特点
变频器的组成
1．整流电路：
把交流电源转换成直流电源，一般是单独的一块整流模块。
2．平波电路：
主要是用电容滤波电路吸收逆变器产生的脉动电流
3．控制电路：
基本是用16位、32位单片机或DSP为控制核心，包括速度控制、转矩控制、PID或其他方式。
4．逆变电路：
是将直流电压变换为所需频率的交流电压，以所确定的时间使上桥、下桥的功率开关器件导通和关断，从而可以输出相位相差120︒电角度的三相交流电压。
1．2．2变频器的特点
1．电磁设计
改善电动机对非正弦波电源的适应能力的方法：
（1）尽可能的减小定子和转子电阻。
（2）为抑制电流中的高次谐波，需适当增加电动机的电感。
（3）变频电动机的主磁路一般设计成不饱和状态。
2．结构设计
注意的问题：
（1）绝缘等级，一般为F级或更高，加强对地绝缘和线匝绝缘强度，特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。
（2）对电机的振动、噪声问题，要充分考虑电动机构件及整体的刚性，尽力提高其固有频率，以避开与各次力波产生共振现象。
（3）冷却方式：
一般采用强迫通风冷却，即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。
（4）防止轴电流措施。
（5）对恒功率变频电动机，当转速超过3000/min时，应采用耐高温的特殊润滑脂，以补偿轴承的温度升高。
作业布置
P8第一题和第二题
教学反思
变频器教案（理论）
授课题目变频器基础知识（变频技术和变频器的发展及发展方向）学时：
2
教学目的与要求
1、知识目标：
熟悉变频器的发展过程
2、能力目标：
能认识各种常用的变频器
3、素质目标：
培养团队合作精神和安全文明生产的好习惯
重点
变频器的发展及发展方向
难点
变频技术的发展及发展方向
教学方法
实施启发引导法，任务驱动法和多媒体辅助教学法
教学准备
媒体，实物，图片
实训里的变频器
教学过程设计
一、新课导入
大家对变频器初次有了一定的了解，那我们看看变频器。
二、课程提问
1、通过通过上节课变频技术的学习，我们大家对变频技术有了一定的了解，那现在变频技术发展到一种什么样的状况呢？
2、变频器的发展情况怎样？
三、讲授新课：
变频技术和变频器的发展及发展方向
1、变频技术的发展及发展方向
变频技术是应交流电机无级调速的需要而产生的，它的发展建立在电力电子技术的创新、电力电子器件及材料的开发和制造工艺水平的提高基础之上。
变频技术的发展方向是：
（1）交流变频技术向直流变频技术方向转化。
（2）变频技术功率器件向高集成智能功率模块方向发展。
（3）变频装置的尺寸逐渐缩小。
（4）变频技术实现高速度的数字控制。
（5）变频技术实现模拟器与计算机辅助设计的优化结合。
2、变频器的发展及发展方向
变频器主要用于交流电动机的转速调节。
变频器的应用：
1.速度控制2.节能3.变频家电
变频器的主要发展方向：
（1）实现高水平的自动控制。
（2）开发节能变频器。
（3）能够使得控制装置小型化。
（4）实现高速度的数字控制。
（5）能够利用模拟器与计算机辅助设计进行网络现场控制。
作业布置
P8：
第3和第4题
教学反思
变频器教案（理论）
授课题目常用的电力电子器件（常用电力电子器件的类型及晶闸管）学时：
2
教学目的与要求
1、知识目标：
了解常用电力电子器件的类型；了解晶闸管的结构原理，功率晶体管的结构。
2、能力目标：
了解功率场效应晶体管的工作原理；常见晶闸管的工作原理及其应用；功率集成电路的工作原理及其应用
3、素质目标：
培养团队合作精神和安全文明生产的好习惯
重点
了解电力电子器件的类型
难点
熟悉常用电力电子器件工作原理
教学方法
实施启发引导法，任务驱动法和多媒体辅助教学法
教学准备
媒体，实物，图片实训里的变频器
教学过程设计
一、新课导入
大家对变频器初次有了一定的了解，那我们看看变频器内部主要的电力电子器件有哪些。
二、课程提问
1、通过通过上节课变频技术的学习，我们大家对变频技术有了一定的了解，那现在变频技术发展到一种什么样的状况呢？
2、变频器内部主要的电力电子器件的工作原理是怎样？
三、讲授新课：
一、电力电子的概念
电力电子器件——可直接用于处理电能的主电路中，实现电能变换或控制的电子器件。
主电路——电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。
广义上电力电子器件可分为电真空器件和半导体器件两类，目前专指电力半导体器件。
电力半导体器件所采用的主要材料仍然是硅。
二、电力电子器件的特征
1）其处理电功率的能力一般都远大于处理信息的电子器件。
2）为了减小本身的损耗，提高效率，电力电子器件一般都工作在开关状态。
作电路分析时，为简单起见往往用理想开关来代替。
3）实用中，电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。
在主电路和控制电路之间，需要一定的中间电路对控制电路的信号进行放大，这就是电力电子器件的驱动电路。
4）自身的功率损耗通常仍远大于信息电子器件，为保证不致于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，不仅在器件封装上讲究散热设计，在其工作时一般都要安装散热器。
三、电力电子器件的损耗
主要损耗
通态损耗：
导通时器件上有一定的通态压降
断态损耗：
阻断时器件上有微小的断态漏电流流过
开关损耗：
开通损耗在器件开通的转换过程中产生的损耗
关断损耗在器件关断的转换过程中产生的损耗
Ø对某些器件来讲，驱动电路向其注入的功率也是造成器件发热的原因之一
Ø通常电力电子器件的断态漏电流极小，因而通态损耗是器件功率损耗的主要成因
Ø器件开关频率较高时，开关损耗会随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素
四、电力电子器件的类型
1.按器件被电路中控制信号所控制的程度分类
1）不可控器件
电力二极管（PowerDiode）
只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。
2）半控型器件
晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件
器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定
3）全控型器件
绝缘栅双极晶体管（Insulated-GateBipolarTransistor——IGBT）
电力场效应晶体管（电力MOSFET）
门极可关断晶闸管（GTO）
2.按驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质分类
1）电流驱动型
2）电压驱动型
3.按器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分类
1）单极型器件
2）双极型器件
3）复合型器件
五、板书设计
常用的电力电子器件（常用电力电子器件的类型）
一、电力电子的概念
电力电子器件——可直接用于处理电能的主电路中，实现电能变换或控制的电子器件。
主电路—…………
二、电力电子器件的特征
………………
三、电力电子器件的损耗
主要损耗…………
四、电力电子器件的类型
1.按器件被电路中控制信号所控制的程度分类
………
2.按驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质分类
………
3.按器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分类
………
作业布置
P363题
教学反思
变频器教案（理论）
授课题目常用的电力电子器件（晶闸管和功率晶体管的结构、原理及测试）学时：
2
教学目的与要求
1、知识目标：
了解常用电力电子器件的类型；了解晶闸管的结构原理，功率晶体管的结构。
2、能力目标：
了解功率场效应晶体管的工作原理；常见晶闸管的工作原理及其应用；功率集成电路的工作原理及其应用
3、素质目标：
培养团队合作精神和安全文明生产的好习惯
重点
了解晶闸管的类型
难点
熟悉晶闸管工作原理
教学方法
实施启发引导法，任务驱动法和多媒体辅助教学法
教学准备
媒体，实物，图片实训里的变频器
教学过程设计
一、新课导入
大家对电力电子器件有了一定的了解，那我们看看晶闸管主要的用途及工作原理。
二、课程提问
1、通过通过上节课电力电子器件的学习，我们大家对电力电子有了一定的了解，那现在电力电子器件发展到一种什么样的状况呢？
2、晶闸管的工作原理是怎样？
三、讲授新课：
一、晶闸管的结构、原理及测试
晶闸管又称为晶体闸流管或可控硅整流器。
（包括：
普通晶闸管、快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、可关断晶闸管和光控晶闸管）。
1.晶闸管的结构
晶闸管的外形、内部结构和电气图形符号
2.晶闸管的工作原理
晶闸管一旦导通后，控制极就失去了控制作用。
3.晶闸管的导通条件
（1）晶闸管阳极电路加
适当的正向电压。
（2）门极电路加适当的
正向电压（实际工作中，门
极加正触发脉冲信号），且
晶闸管一旦导通，门极将失
去控制作用。
4.晶闸管的工作状态
晶闸管的特性是指在低发射极电流下电流放大系数α很小，而当发射极电流建立起来之后，α迅速增大。
工作状态：
（1）正向阻断。
（2）触发导通。
（3）晶闸管关断。
（4）反向阻断。
晶闸管还存在以下几种可能导通的情况：
（1）阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应，即硬开通。
（2）阳极电压上升率du/dt过高。
（3）结温较高。
（4）光直接照射在晶体管硅片上，即光触发。
5.晶闸管的基本特性
1）晶闸管的静态特性
（1）晶闸管的阳极伏安特性。
晶闸管阳极伏安特性曲线（IG2>IG1>IG=0）
（2）晶闸管门极伏安特性。
①可靠触发区。
（ADEFGCBA所围成的区域）
②不可靠触发区。
（ABCJIHA围成的区域）
③不触发区。
（OHIJO围成的区域）
晶闸管门极伏安特性
2）晶闸管的动态特性
（1）开通过程包括延迟时间、上升时间。
（开通时间tgt是指延迟时间与上升时间两者之和，即
）；
（2）关断过程包括反向阻断恢复时间和正向阻断恢复时间。
（关断时间tq是反向阻断恢复时间与正向阻断恢复时间之和，即
）；
晶闸管开通和关断过程的波形
6.晶闸管的主要参数
1）电压定额
（1）正向重复峰值电压。
（2）反向重复峰值电压。
（3）通态（峰值）电压。
（4）额定电压。
（5）通态平均电压。
2）电流定额
（1）正向重复峰值电流。
（2）反向重复峰值电流。
（3）通态平均电流。
（4）维持电流。
（5）擎住电流。
（6）浪涌电流。
3）动态参数
（1）断态电压临界上升率。
（2）通态电流临界上升率。
（3）额定结温。
4）门极参数
（1）门极触发电流。
（2）门极触发电压。
二、板书设计
常用的电力电子器件（晶闸管和功率晶体管的结构、原理及测试）
晶闸管的结构、原理及测试
1.晶闸管的结构
……………
2.晶闸管的工作原理
……………
3.晶闸管的导通条件
……………
4.晶闸管的工作状态
……………
5.晶闸管的基本特性
……………
6.晶闸管的主要参数
……………
作业布置
P361、2题
教学反思
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