電力拖動直流單閉環教學環節的實踐

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節，為強化對電力拖動控制系統課程的理解，遵循理論聯系實際，利用控制系統實訓實驗臺探索單閉環調速系統實驗教學，實現教與學結合的教育模式，培養學生創新能力。

【關鍵詞】電力拖動;轉速環;電流環;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節，對學生主體素質教育，人才培養目標起促進作用，對于培養學生的創新意識，加強學生實踐能力的培養，以激發大學生的學習積極性。

《電力拖動控制系統》這門課是電氣工程專業重要的專業課程。理論課程教學的同時，相應地設置了實訓環節。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，把理論教學結合實踐教學環節，提高學生學習興趣，培養他們的實踐動手和創新能力，進一步提高教學質量。

1 系統結構框圖及工作原理

1.1 速度環結構原理

隨經濟發展需求，對很多生產機械的運行性能的要求，特別是電力拖動系統中電機的運行，為提高效率，縮短中間環節，對起動、制動、調速的過渡過程影響又很大，在直流拖動系統中，采用電流調節器、轉速調節器，可獲得較好的靜態性能、動態性能。

對速度變化要求不高的場合，采用單閉環調速系統。在電力拖動調速中，按反饋的形式，可分為轉速反饋，電流反饋和電壓反饋等。在實踐中，調速單閉環系統中，轉速單閉環使用較多。在實驗課程中我們首先在開環的基礎上，做速度單閉環的調節，并記錄數據。

做轉速單閉環實驗中，主要物理量是轉速，即經過“轉速變換”，把速度變為電壓信號并作為反饋信號，在接到“速度PI調節器”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“觸發電路”，而觸發脈沖經功放后，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，并由測速發電機轉化，夠成了速度負反饋閉環系統。

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

1.2 電流環結構原理

電流單閉環，在直流調速系統中，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“電流調節器”的輸入端而作為反饋信號，比較與“給定”電壓Ug，經放大后，得到移相控制電壓Uct，來控制整流橋的“觸發電路”，電壓輸出Uo來至“三相全控整流”，構成了電流負反饋閉環系統。如圖2為直流電流環調速控制系統框圖。

電流環限幅為±5V，電機的最高轉速取決調節器輸出限幅值。當采用P（比例）來調電流調節器時，階躍輸入有些穩態誤差，為消除該誤差，改用調節器為PI（比例積分）調節。當“給定”Ug恒定時，電樞電流變化因閉環系統被抑制，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合，完善組合。實驗中各組件應用分隔結構的形式，器件的布置緊湊，圖線分明，教學實驗操作調試方便，有利于實踐教學的啟發性，對學生的動手能力提高，以及為學生創造更多的自學訓練環節，也利于檢驗學生專業技能及技術應用能力。

2.1 直流轉速單閉環實驗

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

實驗時，先使直流發電機輕載，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。

直流發電機的負載電阻R，由小調節變大，依次紀錄電機的電樞電流Id，和電機的轉速n，直至Id=IN，并記錄數據在表1中，即可測出速度n與電樞電流Id的靜態特性曲線。

2.2 電流單閉環直流調速系統

根據圖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“調節器II”接成比例（P）調節器或PI（比例積分）調節器。同時直流發電機連接負載電阻R，電感Ld預置先200mH，并將給定輸出調到零。

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

由小到大調節直流電機的負載電阻R，記錄對應的Id和n數據，直至最大允許電流值（取決給定電壓），根據表2中的數據，即可繪出系統的靜態特性曲線圖。

3 特點分析

通過學生自行連接線路、獨立調試并自行測試，對設置三相可控整流橋輸出直流電壓要基本穩定，而轉速環、電流環反饋電壓的極性，有靜差及無靜差時，P或PI接入，以及參數對測試數據分析和對實驗結果的影響，調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，強化了學生對專業知識縱橫關聯性及對靜態與動態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.使培養的學生自學能力、思維能力和創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?；A教育是今后生產力的起點，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，培養出厚基礎重實踐的人才，將是后續生產力的主力軍。現今我國經濟持續增長，為學生就業提供了廣闊的前景。

4 結論

實驗教學環節有基礎到綜合，從單一實驗到綜合實驗，形成能力訓練體系。要求學生自己根據實驗內容，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、獨立調試并自行測試分析實驗結果，調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容和所需的儀器設備，由他們去查閱有關資料，擬定實驗方案和步驟，經審核同意后進行實驗，這樣能使同學學習由被動變主動，對創新精神和思維能力的培養起到積極的推動作用。這種分模塊、成系統的培養方式，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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