电力拖动直流单闭环教学环节的实践

高昕　孙泽涛

【摘 要】实践教学是巩固和提高理论教学的重要环节，为强化对电力拖动控制系统课程的理解，遵循理论联系实际，利用控制系统实训实验台探索单闭环调速系统实验教学，实现教与学结合的教育模式，培养学生创新能力。

【关键词】电力拖动;转速环;电流环;综合实验

中图分类号： G642;TM921-4 文献标识码： A 文章编号： 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

实践教学是辅助理论教学的一个重要环节，對学生主体素质教育，人才培养目标起促进作用，对于培养学生的创新意识，加强学生实践能力的培养，以激发大学生的学习积极性。

《电力拖动控制系统》这门课是电气工程专业重要的专业课程。理论课程教学的同时，相应地设置了实训环节。因为此课程，需要在基础课程之上，并在电机与拖动基础、自动控制原理、电力电子技术等课程的基础上学习，而且实践性较强。电力拖动一直都是难教并难学，为了探索教与学的模式，把理论教学结合实践教学环节，提高学生学习兴趣，培养他们的实践动手和创新能力，进一步提高教学质量。

1 系统结构框图及工作原理

1.1 速度环结构原理

随经济发展需求，对很多生产机械的运行性能的要求，特别是电力拖动系统中电机的运行，为提高效率，缩短中间环节，对起动、制动、调速的过渡过程影响又很大，在直流拖动系统中，采用电流调节器、转速调节器，可获得较好的静态性能、动态性能。

对速度变化要求不高的场合，采用单闭环调速系统。在电力拖动调速中，按反馈的形式，可分为转速反馈，电流反馈和电压反馈等。在实践中，调速单闭环系统中，转速单闭环使用较多。在实验课程中我们首先在开环的基础上，做速度单闭环的调节，并记录数据。

做转速单闭环实验中，主要物理量是转速，即经过“转速变换”，把速度变为电压信号并作为反馈信号，在接到“速度PI调节器”的入口，并与“整定值”的电压相比较后放大，因此就得到移相控制电压Uct，来控制整流桥的“触发电路”，而触发脉冲经功放后，加到晶闸管的门极和阴极之间，使“三相全控整流”的输出电压Ud改变，并由测速发电机转化，够成了速度负反馈闭环系统。

给定电压变则电机的转速变，电压输出限幅为±5V，最高转速取决电压，速度调节器采用P（比例）调节，阶跃输入时有稳态误差，要想消除稳态误差，则将调节器换成PI（比例积分）调节。当“给定”为定值时，速度变化因闭环系统则被抑制，而当电机负载变化，或电源电压波动时，电机的转速能稳定变化。如图1为直流转速环调速控制系统框图。

1.2 电流环结构原理

电流单闭环，在直流调速系统中，主要是电流变化作用，将电流互感器反应的输出电压信号，加到“电流调节器”的输入端而作为反馈信号，比较与“给定”电压Ug，经放大后，得到移相控制电压Uct，来控制整流桥的“触发电路”，电压输出Uo来至“三相全控整流”，构成了电流负反馈闭环系统。如图2为直流电流环调速控制系统框图。

电流环限幅为±5V，电机的最高转速取决调节器输出限幅值。当采用P（比例）来调电流调节器时，阶跃输入有些稳态误差，为消除该误差，改用调节器为PI（比例积分）调节。当“给定”Ug恒定时，电枢电流变化因闭环系统被抑制，当电机负载变化，电源电压波动时，电机电枢电流的变化可稳定。

2 实验处理的模式

电力拖动课程教学实验装置组成：电源、并励直流电机、仪器仪表、控制信号、报警系统和继电保护等，这些组件及其他实验部件配套齐全，各部件的功能密切结合，完善组合。实验中各组件应用分隔结构的形式，器件的布置紧凑，图线分明，教学实验操作调试方便，有利于实践教学的启发性，对学生的动手能力提高，以及为学生创造更多的自学训练环节，也利于检验学生专业技能及技术应用能力。

2.1 直流转速单闭环实验

按图1接线，在实验中，提醒学生注意“给定”电压Ug为负给定，同时转速反馈为正电压，将“调节器I”接成P（比例）调节器或PI（比例积分）调节器。直流发电机要连接负载电阻R，负载电感Ld预先确定200mH，并把给定输出调到零。

实验时，先使直流发电机轻载，并从零开始逐渐加大“给定”电压Ug，以使电机的速度接近n=1200rpm/min。

直流发电机的负载电阻R，由小调节变大，依次纪录电机的电枢电流Id，和电机的转速n，直至Id=IN，并记录数据在表1中，即可测出速度n与电枢电流Id的静态特性曲线。

2.2 电流单闭环直流调速系统

根据图2接线，实验中，注意提醒学生给定Ug为负给定，而电流反馈为正电压，且将“调节器II”接成比例（P）调节器或PI（比例积分）调节器。同时直流发电机连接负载电阻R，电感Ld预置先200mH，并将给定输出调到零。

实验开始时直流电机轻载，“给定”电压Ug从零调节增大，慢慢地使电动机转速增大接近n=1200rpm/min。

由小到大调节直流电机的负载电阻R，记录对应的Id和n数据，直至最大允许电流值（取决给定电压），根据表2中的数据，即可绘出系统的静态特性曲线图。

3 特点分析

通过学生自行连接线路、独立调试并自行测试，对设置三相可控整流桥输出直流电压要基本稳定，而转速环、电流环反馈电压的极性，有静差及无静差时，P或PI接入，以及参数对测试数据分析和對实验结果的影响，调动其学习的主观能动性，加强其独立分析问题、解决问题的能力。

通过综合实验实习训练，巩固了基础，强化了学生对专业知识纵横关联性及对静态与动态过程的分析能力和认识水平，学生感到学习有兴趣，不是抽象的死记硬背，能在理解的基础上掌握所学知识.使培养的学生自学能力、思维能力和创新能力都有较大提高，同时有利于学生研究设计能力的开发。基础教育是今后生产力的起点，而应用型技能教育就是基石，因此本科综合性实验实习训练，培养出厚基础重实践的人才，将是后续生产力的主力军。现今我国经济持续增长，为学生就业提供了广阔的前景。

4 结论

实验教学环节有基础到综合，从单一实验到综合实验，形成能力训练体系。要求学生自己根据实验内容，整个实验过程由学生自己准备，并实施。通过自主动手连接线路、独立调试并自行测试分析实验结果，调动其学习的主观能动性，加强其独立分析问题、解决问题的能力。同时鼓励学生自己选择实验内容和所需的仪器设备，由他们去查阅有关资料，拟定实验方案和步骤，经审核同意后进行实验，这样能使同学学习由被动变主动，对创新精神和思维能力的培养起到积极的推动作用。这种分模块、成系统的培养方式，可使学生接受由易到难、由简到繁、由浅入深的实践训练。

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