高昕　孫澤濤

【摘 要】實(shí)踐教學(xué)是鞏固和提高理論教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，為強(qiáng)化對電力拖動控制系統(tǒng)課程的理解，遵循理論聯(lián)系實(shí)際，利用控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)臺探索單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)結(jié)合的教育模式，培養(yǎng)學(xué)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(shí)驗(yàn)

中圖分類號： G642;TM921-4 文獻(xiàn)標(biāo)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(shí)踐教學(xué)是輔助理論教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)，對學(xué)生主體素質(zhì)教育，人才培養(yǎng)目標(biāo)起促進(jìn)作用，對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，以激發(fā)大學(xué)生的學(xué)習(xí)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(xué)的同時，相應(yīng)地設(shè)置了實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)。因?yàn)榇苏n程，需要在基礎(chǔ)課程之上，并在電機(jī)與拖動基礎(chǔ)、自動控制原理、電力電子技術(shù)等課程的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)，而且實(shí)踐性較強(qiáng)。電力拖動一直都是難教并難學(xué)，為了探索教與學(xué)的模式，把理論教學(xué)結(jié)合實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)他們的實(shí)踐動手和創(chuàng)新能力，進(jìn)一步提高教學(xué)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(jì)發(fā)展需求，對很多生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)行性能的要求，特別是電力拖動系統(tǒng)中電機(jī)的運(yùn)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(shí)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(shí)驗(yàn)課程中我們首先在開環(huán)的基礎(chǔ)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(shí)驗(yàn)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(jī)轉(zhuǎn)化，夠成了速度負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。

給定電壓變則電機(jī)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(dāng)“給定”為定值時，速度變化因閉環(huán)系統(tǒng)則被抑制，而當(dāng)電機(jī)負(fù)載變化，或電源電壓波動時，電機(jī)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(yīng)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(fù)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(jī)的最高轉(zhuǎn)速取決調(diào)節(jié)器輸出限幅值。當(dāng)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(dāng)“給定”Ug恒定時，電樞電流變化因閉環(huán)系統(tǒng)被抑制，當(dāng)電機(jī)負(fù)載變化，電源電壓波動時，電機(jī)電樞電流的變化可穩(wěn)定。

2 實(shí)驗(yàn)處理的模式

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

2.1 直流轉(zhuǎn)速單閉環(huán)實(shí)驗(yàn)

按圖1接線，在實(shí)驗(yàn)中，提醒學(xué)生注意“給定”電壓Ug為負(fù)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(jī)要連接負(fù)載電阻R，負(fù)載電感Ld預(yù)先確定200mH，并把給定輸出調(diào)到零。

實(shí)驗(yàn)時，先使直流發(fā)電機(jī)輕載，并從零開始逐漸加大“給定”電壓Ug，以使電機(jī)的速度接近n=1200rpm/min。

直流發(fā)電機(jī)的負(fù)載電阻R，由小調(diào)節(jié)變大，依次紀(jì)錄電機(jī)的電樞電流Id，和電機(jī)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(shí)驗(yàn)中，注意提醒學(xué)生給定Ug為負(fù)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(jī)連接負(fù)載電阻R，電感Ld預(yù)置先200mH，并將給定輸出調(diào)到零。

實(shí)驗(yàn)開始時直流電機(jī)輕載，“給定”電壓Ug從零調(diào)節(jié)增大，慢慢地使電動機(jī)轉(zhuǎn)速增大接近n=1200rpm/min。

由小到大調(diào)節(jié)直流電機(jī)的負(fù)載電阻R，記錄對應(yīng)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(diǎn)分析

通過學(xué)生自行連接線路、獨(dú)立調(diào)試并自行測試，對設(shè)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(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，調(diào)動其學(xué)習(xí)的主觀能動性，加強(qiáng)其獨(dú)立分析問題、解決問題的能力。

通過綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)訓(xùn)練，鞏固了基礎(chǔ)，強(qiáng)化了學(xué)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(rèn)識水平，學(xué)生感到學(xué)習(xí)有興趣，不是抽象的死記硬背，能在理解的基礎(chǔ)上掌握所學(xué)知識.使培養(yǎng)的學(xué)生自學(xué)能力、思維能力和創(chuàng)新能力都有較大提高，同時有利于學(xué)生研究設(shè)計能力的開發(fā)?；A(chǔ)教育是今后生產(chǎn)力的起點(diǎn)，而應(yīng)用型技能教育就是基石，因此本科綜合性實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)訓(xùn)練，培養(yǎng)出厚基礎(chǔ)重實(shí)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(jì)持續(xù)增長，為學(xué)生就業(yè)提供了廣闊的前景。

4 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)有基礎(chǔ)到綜合，從單一實(shí)驗(yàn)到綜合實(shí)驗(yàn)，形成能力訓(xùn)練體系。要求學(xué)生自己根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，整個實(shí)驗(yàn)過程由學(xué)生自己準(zhǔn)備，并實(shí)施。通過自主動手連接線路、獨(dú)立調(diào)試并自行測試分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，調(diào)動其學(xué)習(xí)的主觀能動性，加強(qiáng)其獨(dú)立分析問題、解決問題的能力。同時鼓勵學(xué)生自己選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和所需的儀器設(shè)備，由他們?nèi)ゲ殚営嘘P(guān)資料，擬定實(shí)驗(yàn)方案和步驟，經(jīng)審核同意后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣能使同學(xué)學(xué)習(xí)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(xué)生接受由易到難、由簡到繁、由淺入深的實(shí)踐訓(xùn)練。

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