電力拖動直流單閉環(huán)教學環(huán)節(jié)的實踐

高昕　孫澤濤

【摘 要】實踐教學是鞏固和提高理論教學的重要環(huán)節(jié)，為強化對電力拖動控制系統(tǒng)課程的理解，遵循理論聯(lián)系實際，利用控制系統(tǒng)實訓實驗臺探索單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)實驗教學，實現(xiàn)教與學結(jié)合的教育模式，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。

【關(guān)鍵詞】電力拖動;轉(zhuǎn)速環(huán);電流環(huán);綜合實驗

中圖分類號： G642;TM921-4 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）13-0111-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.13.051

School of Electrical and Information Engineering， Anhui University of Science and Technology

GAO Xin SUN Ze-tao

（School of electrical and information engineering， anhui university of science and technology，

Huainan Anhui 232001，China）

【Abstract】Practical teaching is an important link to consolidate and improve the theoretical teaching. Combine theory with practice in order to strengthen the understanding of the electric power drive control system course. Realize the education mode of combining teaching and learning， the experiment teaching of single closed loop speed regulation system is explored by using the control system training laboratory to develop students practical ability.

【Key words】Electric drive; Speed ring; Current loop; Comprehensive experiment

0 引言

實踐教學是輔助理論教學的一個重要環(huán)節(jié)，對學生主體素質(zhì)教育，人才培養(yǎng)目標起促進作用，對于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，加強學生實踐能力的培養(yǎng)，以激發(fā)大學生的學習積極性。

《電力拖動控制系統(tǒng)》這門課是電氣工程專業(yè)重要的專業(yè)課程。理論課程教學的同時，相應地設置了實訓環(huán)節(jié)。因為此課程，需要在基礎課程之上，并在電機與拖動基礎、自動控制原理、電力電子技術(shù)等課程的基礎上學習，而且實踐性較強。電力拖動一直都是難教并難學，為了探索教與學的模式，把理論教學結(jié)合實踐教學環(huán)節(jié)，提高學生學習興趣，培養(yǎng)他們的實踐動手和創(chuàng)新能力，進一步提高教學質(zhì)量。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖及工作原理

1.1 速度環(huán)結(jié)構(gòu)原理

隨經(jīng)濟發(fā)展需求，對很多生產(chǎn)機械的運行性能的要求，特別是電力拖動系統(tǒng)中電機的運行，為提高效率，縮短中間環(huán)節(jié)，對起動、制動、調(diào)速的過渡過程影響又很大，在直流拖動系統(tǒng)中，采用電流調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，可獲得較好的靜態(tài)性能、動態(tài)性能。

對速度變化要求不高的場合，采用單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。在電力拖動調(diào)速中，按反饋的形式，可分為轉(zhuǎn)速反饋，電流反饋和電壓反饋等。在實踐中，調(diào)速單閉環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速單閉環(huán)使用較多。在實驗課程中我們首先在開環(huán)的基礎上，做速度單閉環(huán)的調(diào)節(jié)，并記錄數(shù)據(jù)。

做轉(zhuǎn)速單閉環(huán)實驗中，主要物理量是轉(zhuǎn)速，即經(jīng)過“轉(zhuǎn)速變換”，把速度變?yōu)殡妷盒盘柌⒆鳛榉答佇盘?，在接到“速度PI調(diào)節(jié)器”的入口，并與“整定值”的電壓相比較后放大，因此就得到移相控制電壓Uct，來控制整流橋的“觸發(fā)電路”，而觸發(fā)脈沖經(jīng)功放后，加到晶閘管的門極和陰極之間，使“三相全控整流”的輸出電壓Ud改變，并由測速發(fā)電機轉(zhuǎn)化，夠成了速度負反饋閉環(huán)系統(tǒng)。

給定電壓變則電機的轉(zhuǎn)速變，電壓輸出限幅為±5V，最高轉(zhuǎn)速取決電壓，速度調(diào)節(jié)器采用P（比例）調(diào)節(jié)，階躍輸入時有穩(wěn)態(tài)誤差，要想消除穩(wěn)態(tài)誤差，則將調(diào)節(jié)器換成PI（比例積分）調(diào)節(jié)。當“給定”為定值時，速度變化因閉環(huán)系統(tǒng)則被抑制，而當電機負載變化，或電源電壓波動時，電機的轉(zhuǎn)速能穩(wěn)定變化。如圖1為直流轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)框圖。

1.2 電流環(huán)結(jié)構(gòu)原理

電流單閉環(huán)，在直流調(diào)速系統(tǒng)中，主要是電流變化作用，將電流互感器反應的輸出電壓信號，加到“電流調(diào)節(jié)器”的輸入端而作為反饋信號，比較與“給定”電壓Ug，經(jīng)放大后，得到移相控制電壓Uct，來控制整流橋的“觸發(fā)電路”，電壓輸出Uo來至“三相全控整流”，構(gòu)成了電流負反饋閉環(huán)系統(tǒng)。如圖2為直流電流環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)框圖。

電流環(huán)限幅為±5V，電機的最高轉(zhuǎn)速取決調(diào)節(jié)器輸出限幅值。當采用P（比例）來調(diào)電流調(diào)節(jié)器時，階躍輸入有些穩(wěn)態(tài)誤差，為消除該誤差，改用調(diào)節(jié)器為PI（比例積分）調(diào)節(jié)。當“給定”Ug恒定時，電樞電流變化因閉環(huán)系統(tǒng)被抑制，當電機負載變化，電源電壓波動時，電機電樞電流的變化可穩(wěn)定。

2 實驗處理的模式

電力拖動課程教學實驗裝置組成：電源、并勵直流電機、儀器儀表、控制信號、報警系統(tǒng)和繼電保護等，這些組件及其他實驗部件配套齊全，各部件的功能密切結(jié)合，完善組合。實驗中各組件應用分隔結(jié)構(gòu)的形式，器件的布置緊湊，圖線分明，教學實驗操作調(diào)試方便，有利于實踐教學的啟發(fā)性，對學生的動手能力提高，以及為學生創(chuàng)造更多的自學訓練環(huán)節(jié)，也利于檢驗學生專業(yè)技能及技術(shù)應用能力。

2.1 直流轉(zhuǎn)速單閉環(huán)實驗

按圖1接線，在實驗中，提醒學生注意“給定”電壓Ug為負給定，同時轉(zhuǎn)速反饋為正電壓，將“調(diào)節(jié)器I”接成P（比例）調(diào)節(jié)器或PI（比例積分）調(diào)節(jié)器。直流發(fā)電機要連接負載電阻R，負載電感Ld預先確定200mH，并把給定輸出調(diào)到零。

實驗時，先使直流發(fā)電機輕載，并從零開始逐漸加大“給定”電壓Ug，以使電機的速度接近n=1200rpm/min。

直流發(fā)電機的負載電阻R，由小調(diào)節(jié)變大，依次紀錄電機的電樞電流Id，和電機的轉(zhuǎn)速n，直至Id=IN，并記錄數(shù)據(jù)在表1中，即可測出速度n與電樞電流Id的靜態(tài)特性曲線。

2.2 電流單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

根據(jù)圖2接線，實驗中，注意提醒學生給定Ug為負給定，而電流反饋為正電壓，且將“調(diào)節(jié)器II”接成比例（P）調(diào)節(jié)器或PI（比例積分）調(diào)節(jié)器。同時直流發(fā)電機連接負載電阻R，電感Ld預置先200mH，并將給定輸出調(diào)到零。

實驗開始時直流電機輕載，“給定”電壓Ug從零調(diào)節(jié)增大，慢慢地使電動機轉(zhuǎn)速增大接近n=1200rpm/min。

由小到大調(diào)節(jié)直流電機的負載電阻R，記錄對應的Id和n數(shù)據(jù)，直至最大允許電流值（取決給定電壓），根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)，即可繪出系統(tǒng)的靜態(tài)特性曲線圖。

3 特點分析

通過學生自行連接線路、獨立調(diào)試并自行測試，對設置三相可控整流橋輸出直流電壓要基本穩(wěn)定，而轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)反饋電壓的極性，有靜差及無靜差時，P或PI接入，以及參數(shù)對測試數(shù)據(jù)分析和對實驗結(jié)果的影響，調(diào)動其學習的主觀能動性，加強其獨立分析問題、解決問題的能力。

通過綜合實驗實習訓練，鞏固了基礎，強化了學生對專業(yè)知識縱橫關(guān)聯(lián)性及對靜態(tài)與動態(tài)過程的分析能力和認識水平，學生感到學習有興趣，不是抽象的死記硬背，能在理解的基礎上掌握所學知識.使培養(yǎng)的學生自學能力、思維能力和創(chuàng)新能力都有較大提高，同時有利于學生研究設計能力的開發(fā)。基礎教育是今后生產(chǎn)力的起點，而應用型技能教育就是基石，因此本科綜合性實驗實習訓練，培養(yǎng)出厚基礎重實踐的人才，將是后續(xù)生產(chǎn)力的主力軍?，F(xiàn)今我國經(jīng)濟持續(xù)增長，為學生就業(yè)提供了廣闊的前景。

4 結(jié)論

實驗教學環(huán)節(jié)有基礎到綜合，從單一實驗到綜合實驗，形成能力訓練體系。要求學生自己根據(jù)實驗內(nèi)容，整個實驗過程由學生自己準備，并實施。通過自主動手連接線路、獨立調(diào)試并自行測試分析實驗結(jié)果，調(diào)動其學習的主觀能動性，加強其獨立分析問題、解決問題的能力。同時鼓勵學生自己選擇實驗內(nèi)容和所需的儀器設備，由他們?nèi)ゲ殚営嘘P(guān)資料，擬定實驗方案和步驟，經(jīng)審核同意后進行實驗，這樣能使同學學習由被動變主動，對創(chuàng)新精神和思維能力的培養(yǎng)起到積極的推動作用。這種分模塊、成系統(tǒng)的培養(yǎng)方式，可使學生接受由易到難、由簡到繁、由淺入深的實踐訓練。

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