運動控制系統(tǒng)電子教案

《運動控制系統(tǒng)》教案緒論(1學時)教學目的、要求：本節(jié)主要介紹課程的性質、任務、特點以及自動控制系統(tǒng)中的一些基本概念教學方式：采用多媒體課件。教學設計：最初接觸這一門課程，首先介紹課程的性質、解決任務、工程中的地位以及本課程的特點。講解清楚教材的特點，選用教材的依據以及教師的講解思路。初步使學生建立起本門課程的知識框架，用實際的工程事例激發(fā)學生的學習興趣。一、課程的性質、任務、特點、分類及工程應用性質：理論與實踐緊密結合的、自動化專業(yè)學生必修的專業(yè)技術課。任務：研究自動控制系統(tǒng)的控制規(guī)律、研究交直流的各種調速方式。特點：1）綜合性強:涉及到的課程較多電子技術、變流、電拖、自控原理等；2）實踐性強:與工程實際相聯(lián)系；1、2、3、4章1、2、3、4章直流調速交流調速控制控制系統(tǒng)的分類運動控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng) 6、7、8章6、7、8章工程應用實例： 機床的控制、家用電器、電力拖動實驗三個共8學時，其中6學時為必做實驗，2學時為選做實驗。其特點：實踐性強，時間占用較長。二、講課方式：多媒體講解、黑板上講解、課堂討論、自學。講授方法有：傳統(tǒng)式、啟發(fā)式、逆向式、討論式、探究式，展示最新科學技術等方式。三、參考文獻：孫樹樸等，《電力電子技術》，中國礦大出版社，2000，北京。張明達，《電力拖動自動控制系統(tǒng)》，冶金工業(yè)出版社，1983，北京。賀益康等《電力電子技術》，浙江大學出版社；四、考核方式：筆試70分，實驗10分，科技論文10分，作業(yè)及課堂表現10分，科技活動獎勵5分。五、電力拖動自控系統(tǒng)一般概念（自動控制原理中已經學過）1、開環(huán)系統(tǒng)2）閉環(huán)系統(tǒng)增設了控制及反饋裝置，利用實測的參數作為反饋信息量，與原先設定的指令相比較，以完成自動調節(jié)作用。3）綜合自動化控制4）系統(tǒng)的性能指標一）系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當擾動或給定值發(fā)生變化時，輸出量將會偏離原來的穩(wěn)定值。這時，通過內部自動調節(jié)，系統(tǒng)可能回到（或接近）原來的穩(wěn)定值或跟隨給定值穩(wěn)定下來。二）系統(tǒng)的動態(tài)性能指標。直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內平滑調速，在許多需要調速和快速正反向的電力拖動領域中得到了廣泛的應用。由于直流拖動控制系統(tǒng)在理論上和實踐上都比較成熟，而且從控制的角度來看，它又是交流拖動控制系統(tǒng)的基礎。因此，為了保持由淺入深的教學順序，應該首先很好地掌握直流拖動控制系統(tǒng)。直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內平滑調速，在許多需要調速和快速正反向的電力拖動領域中得到了廣泛的應用。由于直流拖動控制系統(tǒng)在理論上和實踐上都比較成熟，而且從控制的角度來看，它又是交流拖動控制系統(tǒng)的基礎。因此，為了保持由淺入深的教學順序，應該首先很好地掌握直流拖動控制系統(tǒng)。第一章直流單閉環(huán)調速系統(tǒng)§1-1晶閘管—電動機（V-M）調速系統(tǒng)的特點目的、教學要求：此部分內容在前述課程《電力電子技術》中已學過，要求學生課后復習，在此基礎上掌握晶直流調速電源的特點、閘管—電動機（V-M）調速系統(tǒng)的調速方法。重點、難點：觸發(fā)脈沖相位控制，晶閘管—電動機（V-M）調速系統(tǒng)電流連續(xù)、斷續(xù)時V-M系統(tǒng)機械特性。主要內容：電流波形的連續(xù)與斷續(xù),電流連續(xù)時V-M系統(tǒng)機械特性,電流斷續(xù)時V-M系統(tǒng)的機械特性。思考：①晶閘管—電動機（V-M）調速系統(tǒng)電流波形連續(xù)與斷續(xù)的條件？②與一般直流電源相比，V-M系統(tǒng)的特點？③V-M系統(tǒng)機械特性如何？教學設計：從直流電動機轉速方程入手，分析三種調節(jié)電動機轉速的方法，通過講解各種方法的優(yōu)缺點，引申出本章核心內容：調壓調速。而調壓調速系統(tǒng)需要有專門向電動機供電的可控直流電源。進一步引入幾種主要的可控直流電源。在對比的基礎上，總結出各種可控直流電源的特點，最后明確把晶閘管整流裝置輸出電壓看作直流電源給電動機供電的V-M系統(tǒng)。針對晶閘管—電動機（V-M）調速系統(tǒng)的特點，通過啟發(fā)性的提問使學生回憶先修課《電力電子技術》整流裝置的有關內容，再通過調速系統(tǒng)的角度分析晶閘管整流裝置輸出電壓看作直流電源給電動機供電，與一般直流電源相比，V-M系統(tǒng)的特點：觸發(fā)脈沖相位控制二、電流波形的連續(xù)與斷續(xù)

三、V-M系統(tǒng)的機械特性教學方式方法：緒論和可控直流電源、觸發(fā)脈沖相位控制等容易理解的內容采用多媒體講授，難點部分教師在黑板上詳細講解，如：電流連續(xù)、斷續(xù)時V-M系統(tǒng)機械特性。采用啟發(fā)式，逆向提出問題→解決問題→設計電路系統(tǒng)§1-2反饋控制閉環(huán)調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析目的、教學要求：使學生準確掌握調速的基本概念、調速性能指標之間的內在關系，以及開環(huán)系統(tǒng)所存在的問題。重點、難點：靜差率與調速范圍的的關系與內在聯(lián)系，靜差率與機械特性硬度之間的關系。主要內容：調速的基本概念；調速范圍、靜差率和額定速降之間的關系；開環(huán)系統(tǒng)所存在的問題。思考：①靜差率與機械特性硬度的關系？③為什么說調速范圍和靜差率不是彼此孤立的，必須同時考慮才有意義？教學設計：簡要講述調速性能指標三個概念調速、穩(wěn)速、加、減速，靜差率及其與機械特性的硬度的關系，聯(lián)系工程實際，重點探討調速范圍、靜差率和額定速降之間的關系。然后以某一龍門刨床工作臺直流電動機開環(huán)調速系統(tǒng)為例，分析其性能和存在的問題，該部分內容要求學生自己利用調速指標計算、分析，得出其性能特點，提出問題，思考解決開環(huán)系統(tǒng)速降太大的解決方法。通過啟發(fā)，由學生提出問題的解決方法－引入反饋控制教學方式方法：該部分內容較容易理解，采用多媒體講授?！?-3反饋控制閉環(huán)調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析教學目的、要求：熟悉掌握閉環(huán)系統(tǒng)的組成及靜特性、閉環(huán)調速系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的性能比較，降低速降的實質。重點、難點：閉環(huán)系統(tǒng)能降低速降的實質。主要內容：閉環(huán)系統(tǒng)的組成及靜特性方程的推導、閉環(huán)調速系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的性能比較，閉環(huán)系統(tǒng)能降低速降的實質是什么？思考題：①閉環(huán)系統(tǒng)能降低速降的實質是什么？②寫出當負載突減時，系統(tǒng)的自動調節(jié)過程。③閉環(huán)靜特性是如何形成的？為什么開環(huán)中轉速與電流（轉矩）的關系稱作為機械特性，而閉環(huán)系統(tǒng)中轉速與電流（轉矩）的關系稱作閉環(huán)靜特性？④單閉環(huán)調速系統(tǒng)的基本性質是什么教學設計：①通過引入三幅flash動畫生動說明靜特性與開環(huán)機械特性的區(qū)別，通過展示實物照片來說明形成閉環(huán)的方式手段。②通過一個直流有靜差調速系統(tǒng)來計算系統(tǒng)的各部分參數（簡要介紹）PPT講③采用逆向思維方式來提出閉環(huán)系統(tǒng)存在的問題，通過啟發(fā)提出解決問題的辦法，由此引出截止環(huán)節(jié)閉環(huán)調速系統(tǒng)的動態(tài)數學模型（一）直流它勵電動機的數學模型該環(huán)節(jié)的內容從直流電動機等效電路入手，確定直流它勵電動機的數學模型及動態(tài)結構圖，教師講解思路，學生自學。以三相半波整流電路為例來講解，多媒體動畫演示（二）晶閘管觸發(fā)和整流裝置數學模型及動態(tài)結構圖以三相半波整流電路為例來講解，多媒體動畫演示失控時間：Ts的概念。（）從控制電壓變化開始到發(fā)生變化之間的時間間隔稱為失控時間，最大失控時間為兩個相鄰自然換相點之間的時間，即相對于整個系統(tǒng)的時間響應來說，是不大的。通?？捎煤唵嗡阈g平均值，即，不同整流電路取值不同。晶閘管觸發(fā)器和整流裝置輸入輸出關系為應用拉氏位移定理，其傳遞函數為將按泰勒級數展開，則上式變成由于很小，可忽略高次項，可將晶閘管變流裝置近似成一階慣性環(huán)節(jié)來處理，其傳函為（三）比例放大器和發(fā)電機傳函由于比例放大器和測速發(fā)電機輸出響應可認為是瞬時變化的，其傳函為，將上述四個環(huán)節(jié)按系統(tǒng)中的相互關系連接在一起，便得到閉環(huán)調速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖二、閉環(huán)調速系統(tǒng)的數學模型和穩(wěn)定條件當不考慮負載，即=0時，系統(tǒng)開環(huán)傳函為閉環(huán)系統(tǒng)傳遞函數為穩(wěn)定條件根據反饋控制閉環(huán)調速系統(tǒng)的特征方程和勞斯--古爾維茨判據，可以推導出其穩(wěn)定條件為或可得系統(tǒng)的臨界放大系數Kcr，當K＞Kcr時，系數將不穩(wěn)定。強調：對于一個自動控制來說，穩(wěn)定性是它能否正常工作的首要條件，是必須保證的。三、單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的組成及靜特性Flash演示特點：①把轉速反饋與給定比較形成控制信號，組成閉環(huán)控制；②Flash演示特點：①把轉速反饋與給定比較形成控制信號，組成閉環(huán)控制；②測速環(huán)節(jié)：直流測速發(fā)電機，與直流電機同軸聯(lián)結；；③設置放大器**提問：運用自控原理的知識，如何推導閉環(huán)系統(tǒng)的特性方程？利用自動控制原理中傳函的化簡原理，得到調速系統(tǒng)的靜特性方程式，從而得出系統(tǒng)電動機轉速與負載電流（或轉矩）的穩(wěn)態(tài)關系，它在形式上與開環(huán)機械特性相似，但本質上卻有很大的不同，故定名為“靜特性”，結論：閉環(huán)系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，從而在保證一定靜差率的要求下，能夠提高調速范圍，為此所需付出的代價是，須增設檢測與反饋裝置和電壓放大器。然后進行四、開環(huán)系統(tǒng)機械特性和閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的比較分析：

結論：閉環(huán)系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，從而在保證一定靜差率的要求下，能夠提高調速范圍，為此所需付出的代價是，須增設檢測與反饋裝置和電壓放大器。

接下來重點分析降低速降的實質是什么呢？閉環(huán)系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實質在于它的自動調節(jié)作用，在于它能隨著負載的變化而相應地改變整流電壓，而開環(huán)系統(tǒng)不能自動調節(jié)。

以負載增大為例，閉環(huán)調速系統(tǒng)的自動調節(jié)過程如下：FLASH動畫演示主要例題：當負載突增時，系統(tǒng)的自動調節(jié)過程。FLASH動畫演示該部分內容采用多媒體講授。最后總結具有比例調節(jié)器的單閉環(huán)調速系統(tǒng)的基本性質，強調指出：有靜差系統(tǒng)的概念。全面地看，反饋控制系統(tǒng)一方面能夠有效地抑制一切被包在負反饋環(huán)內前向通道上的擾動作用；另一方面，則緊緊地跟隨這給定作用，對給定信號的任何變化都是惟命是從的。而系統(tǒng)精度依賴于給定和反饋精度該部分內容采用多媒體講授。四、反饋控制調速系統(tǒng)的主要部件和穩(wěn)態(tài)參數計算㈠運算放大器：提問：比例放大器的放大系數計算方法？分析其輸入輸出特性，該部分在黑板上推導?？偨Y比例調節(jié)器特點：注意比例調節(jié)器的輸出電壓與輸入電壓成反比，其輸出量能立即響應輸入量的變化。畫出其結構圖。該部分在黑板上推導。㈡晶閘管整流與觸發(fā)裝置

若初步估算，即在條件下，用兩個量的設計最大值估算，即。也可估算，㈢穩(wěn)態(tài)參數計算舉例以轉速單閉環(huán)有靜差調速系統(tǒng)為例,討論靜態(tài)參數計算。先提出該類問題的分析思路，解題步驟，然后，要求同學們當堂計算，最后點出計算過程中的注意點和難點。

先提出該類問題的分析思路，解題步驟，然后，要求同學們當堂計算，最后點出計算過程中的注意點和難點。五、單閉環(huán)調速系統(tǒng)的限流保護——電流截止負反饋

首先啟發(fā)學生明確一點：閉環(huán)存在的問題，引入電流截止環(huán)節(jié)，然后

請同學們自己設計該環(huán)節(jié)電路，之后，老師提供出兩個實際電路，請同學們比較各自的優(yōu)缺點。最后對帶電流截止負反饋的單閉環(huán)調速系統(tǒng)進行靜特性分析：學生了解了引入學生了解了引入電流截止負反饋的目的及所起的作用后，總結對帶電流截止負反饋的單閉環(huán)調速系統(tǒng)進行靜特性分析，也叫“挖土機特性”§1-4積分、比例積分控制規(guī)律和無靜差調速系統(tǒng)教學目的、要求：掌握PI調節(jié)器特性以及與P調節(jié)器的區(qū)別，PI調節(jié)器能解決系統(tǒng)動態(tài)快速性與穩(wěn)態(tài)無靜差的實質，會分析由PI調節(jié)器組成的無靜差調速系統(tǒng)調節(jié)過程及靜特性。重點、難點：放大系數K對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。無靜差系統(tǒng)特性以及I調節(jié)器性能。無靜差系統(tǒng)靜特性分析。主要例題：以負載突增來分析無靜差調速系統(tǒng)調節(jié)過程思考及作業(yè)：㈠PI調節(jié)器的特性是什么？㈡PI調節(jié)器能解決系統(tǒng)動態(tài)快速性與穩(wěn)態(tài)無靜差的實質？㈢PI調節(jié)器的實用電路要考慮哪幾方面？教學設計：回顧單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)的特點，提問：使用比例調節(jié)器的閉環(huán)系統(tǒng)能否完全消除靜態(tài)偏差？通過分析，引出無靜差概念，PI調節(jié)器實現無靜差的實質讓學生討論，得出結論。無靜差調速系統(tǒng)概念：調速系統(tǒng)受到擾動作用后，又進入穩(wěn)態(tài)運行時，系統(tǒng)的給定量與被調量的反饋量保持相等，即=0，也就是擾動前后的穩(wěn)態(tài)轉速不變。一、分析積分調節(jié)器（I調節(jié)器）及積分控制規(guī)律積分器有三個重要特性1）延緩性積分調節(jié)器輸入階躍信號時，輸出按積分線性增長。2）積累性只要積分調節(jié)器輸入信號存在，不論信號大小如何變化，積分的積累作用就持續(xù)下去，只不過輸出值上升速率不同而已。3）記憶性在積分過程中，如果輸入信號變?yōu)榱悖敵鲭妷耗鼙３衷谳斎胄盘柛淖兦暗乃矔r值，該電壓值就是充電電容C兩端的電壓值，若要使輸出值下降，必須改變輸入信號的極性，其變化過程如圖所示。對I調節(jié)器性能的性能采用在黑板上講授。對I調節(jié)器性能的性能采用在黑板上講授。若初始不為零情況下積分調節(jié)器輸出值為比例調節(jié)器的輸出量完全取決輸入量的“現狀”；而積分調節(jié)器的輸出，既取決于輸出的初始值，又取決于輸入量對時間的積累過程（即歷史狀況）。盡管目前=0，只要歷史上曾經出現過的值，輸出就存在一定數值，這就是比例控制規(guī)律與積分控制規(guī)律的根本區(qū)別。雖然積分調節(jié)器通過不斷的積累過程來最后消除誤差，但由于積分調節(jié)器的輸出是逐漸的積累，在控制的快速性上，積分控制遠不如比例控制。而比例調節(jié)器雖然響應快，但系統(tǒng)存在靜差，如果既要穩(wěn)態(tài)精度高，又要動態(tài)響應快，就把P與I結合起來，取長補短，形成比例積分調節(jié)器（PI調節(jié)器）。課后自學：比例積分調節(jié)器的電路實現及傳遞函數的推導二、采用比例積分（PI）調節(jié)器的單閉環(huán)無靜差調速系統(tǒng)PI調節(jié)器工作原理采用運算放大器的PI調節(jié)器線路及傳遞函數要求學生課前自學。課堂提問：比例積分作用的動態(tài)快速性和穩(wěn)態(tài)無靜差物理意義的概念：課堂討論：無靜差系統(tǒng)靜特性的實質。如何實現？由此可見，PI調節(jié)器滿足了系統(tǒng)在動態(tài)和靜態(tài)時放大系數K大小不同的要求，它屬于串聯(lián)校正裝置，這樣不僅使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)做到無靜差，而且又提高了系統(tǒng)動態(tài)的穩(wěn)定性。具有PI調節(jié)器的單閉環(huán)無靜差調速系統(tǒng)采用PI調節(jié)器的單閉環(huán)無靜差調速系統(tǒng)的原理如圖所示，為了限制起動沖擊電流，系統(tǒng)采用電流截止負反饋。TA為檢測電流的交流互感器，經整流后得到電流反饋信號。當時上述系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖示于右圖?，F以階躍負載為例（指突增或突降負載的情況），來討論PI調節(jié)器在擾動調節(jié)過程的作用，見圖1-36。3．系統(tǒng)靜特性和靜態(tài)參數計算以課堂討論為主要講授方式。由于穩(wěn)態(tài)時PI調節(jié)器的輸入電壓，給定電壓和反饋電壓相等，因此可以按下式計算轉速反饋系數以課堂討論為主要講授方式。三、PI調節(jié)器的實用電路教師提供幾個常用的實際電路，請學生分析其工作原理和各自的優(yōu)缺點?！?-5調速系統(tǒng)中檢測環(huán)節(jié)該環(huán)節(jié)由教師提出調速系統(tǒng)中各檢測環(huán)節(jié)的作用、原理，指定參考書，鼓勵學生通過網絡查找相關學習資料，請學生自學。第一章作業(yè)1．在電壓負反饋單閉環(huán)有靜差調速系統(tǒng)中，當下列參數變化時系統(tǒng)是否有調節(jié)作用，為什么？1.放大器的放大系數。2．供電電網電壓。電樞電阻。電動機勵磁電流。電壓負反饋系數。2．在帶電流截止環(huán)節(jié)的轉速負反饋調速系統(tǒng)中，如果截止比較電壓發(fā)生變化，對系統(tǒng)的靜特性有什么影響？如果電流反饋電阻大小發(fā)生變化，對靜特性又有什么影響？3．試回答下列問題：1）在轉速負反饋單閉環(huán)有靜差調速系統(tǒng)中，突減負載后又進入穩(wěn)定運行狀態(tài)，此時晶閘管整流裝置的輸出電壓較之負載變化前是增加、減少還是不變？差調速系統(tǒng)中，突加負載后進入穩(wěn)態(tài)時轉速和整流裝置的輸出電壓是增加、減少還是不變？采用PI調節(jié)器的單閉環(huán)自動調節(jié)系統(tǒng)中，調節(jié)對象包含有積分環(huán)節(jié)，突加給定后PI調節(jié)器沒有飽和，系統(tǒng)到達穩(wěn)態(tài)前被調量會出現超調嗎？4．發(fā)生下列情況，無靜差調速系統(tǒng)是否會產生偏差？為什么？（12分）①運算放大器產生零漂；②給定電壓由于穩(wěn)壓電源性能不好而不穩(wěn)定；③反饋電容間有漏電電流；④測速發(fā)電機電壓與轉速不是線性關系。5．在某以調速系統(tǒng)中，要求調速范圍1000~100r/min，靜差率S=5%，試問此時允許的靜態(tài)轉速降是多少？若開環(huán)靜態(tài)速降是100r/min，則閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數為多大？第二章轉速電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的工程設計§2-1轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)及其靜特性教學目的、要求：讓學生熟悉掌握轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的組成特點,閉環(huán)調速系統(tǒng)的靜特性特點，目的是有效地解決單閉環(huán)系統(tǒng)存在的問題。重點、難點：雙閉環(huán)系統(tǒng)電路特點、如何實現轉速無靜差。主要內容：轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的組成及其電路特點、閉環(huán)調速系統(tǒng)的靜特性、系統(tǒng)各變量的穩(wěn)態(tài)工作點和穩(wěn)態(tài)參數計算主要例題：系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數計算思考及作業(yè)：①什么是最佳過渡過程?②轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)電路的特點是什么?③PI調節(jié)器限幅特征？作業(yè)：預習§2-2雙閉環(huán)調速系統(tǒng)動態(tài)特性的內容，下次課組織學生課堂討論討論主題：①在啟動的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ階段，ASR、ACR狀態(tài)如何變化？②在第Ⅱ階段，為什么能維持恒加速啟動？③雙閉環(huán)調速靜特性有什么特點？④在起動的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ階段，ASR、ACR分別起什么作用？⑤要求撰寫科技論文，雙閉環(huán)調速系統(tǒng)起動過程分析§2-1轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)及其靜特性教學設計：從單閉環(huán)系統(tǒng)的缺點引出雙環(huán)系統(tǒng)結構，采用逆向思維方式，啟發(fā)學生思考，讓學生積極參與到教學活動中。一、單閉環(huán)調速系統(tǒng)存在的問題

①用一個調節(jié)器綜合多種信號，各參數間相互影響，

②環(huán)內的任何擾動，只有等到轉速出現偏差才能進行調節(jié)，因而轉速動態(tài)降落大。

③電流截止負反饋環(huán)節(jié)來限制起動電流，不能充分利用電動機的過載能力獲得最快的動態(tài)響應。

最佳起動過程:在電機最大電流（轉矩）受限制條件下，希望充分利用電機的允許過載能力，最好是在過渡過程中始終保持電流（轉矩）為允許的最大值。

為了獲得近似理想的過渡過程，并克服幾個信號綜合在一個調節(jié)器輸入端的缺點，最好的辦法就是將主要的被調量轉速與輔助被調量電流分來加以控制，用兩個調節(jié)器分別調節(jié)轉速和電流，構成轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)。如何設計控制框架，讓學生思考，逐步引出結構圖。二、轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的組成雙閉環(huán)調速系統(tǒng)其原理圖和靜態(tài)結構圖如下圖a和b所示。該節(jié)內容用多媒體講授，其中多個環(huán)節(jié)采用FLASH動畫演示。該節(jié)內容用多媒體講授，其中多個環(huán)節(jié)采用FLASH動畫演示。電路特點：（1）兩個調節(jié)器，一環(huán)嵌套一環(huán)；(講解雙環(huán)和單環(huán)的本質區(qū)別)（2）兩個PI調節(jié)器均設置有限幅；（3）電流檢測采用三相交流電流互感器；（4）電流、轉速均實現無靜差。提問：PI調節(jié)器限幅特征是什么？由于轉速與電流調節(jié)器采用PI調節(jié)器，所以系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時，轉速和電流均為無靜差。轉速調節(jié)器ASR輸入無提問：PI調節(jié)器限幅特征是什么？三、閉環(huán)調速系統(tǒng)的靜特性PI調節(jié)器限幅特征：一旦PI調節(jié)器限幅（即飽和），其輸出量為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反極性的輸入信號使調節(jié)器退出飽和；（要用圖來說明此問題，讓學生理解）即飽和的調節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出間的關系，相當于使該調節(jié)器處于斷開。而輸出未達限幅時，調節(jié)器才起調節(jié)作用，使輸入偏差電壓在調節(jié)過程中趨于零，而在穩(wěn)態(tài)時為零。雙閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性如圖所示特點：1）n0-A

的特點

①ASR不飽和，調節(jié)硬。②ACR不飽和，隨動或n0為理想空載轉速。此時轉速n與負載電流無關，完全由給定電壓所決定。電流給定有如下關系因ASR不飽和，，故。n0A這段靜特性從一直延伸到。2）A—B段ASR飽和，ACR不飽和，電流跟隨，起到了過流保護作用，穩(wěn)態(tài)時有

3）雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的靜特性在負載電流小于Idm時表現為轉速無靜差，這時，轉速負反饋起主要調節(jié)作用。在起動或堵轉時，負載電流達到Idm后，轉速調節(jié)器飽和，電流調節(jié)器起主要調節(jié)器作用，系統(tǒng)表現為電流無靜差，得到過電流的自動保護。

強調說明：雙閉環(huán)系統(tǒng)只能抑制起動或堵轉時的過電流，但當系統(tǒng)發(fā)生其他故障引起過電流時，系統(tǒng)不能保護，需另設過電流保護電路。五、系統(tǒng)各變量的穩(wěn)態(tài)工作點和穩(wěn)態(tài)參數計算雙閉環(huán)調速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作時其輸入信號都為零，各變量之間存在以下關系系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數計算系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數計算舉例由以上各關系可以看出，在穩(wěn)態(tài)工作點上，電機轉速是由給定電壓決定，ASR的輸出量由負載電流決定，而與轉速給定值無關，ACR的輸出量則同時取決于n和的大小。這些關系反映了PI調節(jié)器不同于P調節(jié)器的特點。比例環(huán)節(jié)的輸出量總是正比于其輸入量，而PI調節(jié)器則不然，其輸出量的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要所決定的。電流、轉速反饋系統(tǒng)的確定①可求出反饋系數：轉速反饋系數②電流反饋系數：兩個給定電壓的最大值是受運算放大器的允許輸入電壓限制的。布置下節(jié)課課堂討論題目，分小組進行討論，學生自主上臺講解雙閉環(huán)系統(tǒng)起動過程?！?-2雙閉環(huán)調速系統(tǒng)動態(tài)特性教學目的、要求：必須掌握轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)整個啟動過程，在啟動過程中兩調節(jié)器的作用,以及啟動特點，閉環(huán)系統(tǒng)的抗擾性能。重點、難點：起動過程分析。主要內容：起動過程中兩調節(jié)器的調節(jié)過程；電機電流、轉速以及控制電壓的變化過程。思考及作業(yè)：①什么是最佳過渡過程?②轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)電路的特點是什么?③PI調節(jié)器限幅特征？③在整個起動過程第一、第二過程中，兩個調節(jié)器的作用？④在起動過程中，轉速一定會超調嗎？為什么？⑤在起動的第二階段為什么電樞電流能維持最大值基本不變？實現最大力矩起動？⑥系統(tǒng)抗干擾作用。⑦總結ASR，ACR的作用?！?-2雙閉環(huán)調速系統(tǒng)動態(tài)特性教學設計：上課后留出15分鐘的時間，讓學生進一步預習，然后分組討論上節(jié)課所提出的討論題目。每組推選一名學生上講臺講解，同組同學可以補充。最后留出20分鐘時間，老師進行評講。通過學生思考，討論，鍛煉學生的知識組織能力，與人交流的能力，開發(fā)思維能力，引導他們逐步學會解決實際問題的能力。（最后老師進行總結）§2-3直流電動機的雙域控制教學目的、要求：讓學生掌握雙域控制的基本原理重點、難點：如何維持電機弱磁升速過程主要內容：基速以上減弱磁場升速過程思考及作業(yè)：①弱磁升速的前提條件是什么？②在弱磁升速的過程中如何維持E不變？③弱磁升速過程中勵磁電流如何變化？②弱磁升速的ASR、ACR狀態(tài)任何改變？§2.3直流電動機的雙域控制

教學設計：先在黑板上講解基本原理，然后用網絡課件播放動畫過程。最后留出10分鐘時間，讓學生找出課本上講解的不妥之處并進行討論。加深學生的內容的理解，同時激勵學生積極思考？敢于懷疑，不惟權威。該環(huán)節(jié)內容在電機與拖動課程中講過，提問和復習該環(huán)節(jié)內容在電機與拖動課程中講過，提問和復習方式進行設調速過程中，電流為額定值不變，因此屬于恒轉矩調速方式，而電動機輸出功率可見，功率P與轉速成正比，低速時，顯然電動機容量沒有得到充分利用。（2）基速以上減弱磁場升速時，，忽略=定值，若仍維持不變，則電動機功率保持不變，所以若磁調速屬于恒功率調速方式。弱磁調速的控制規(guī)律是磁通減弱，轉速上升，電勢保持不變。這樣的配合控制特性示于下圖中。從圖中可以看出起動時不宜采用弱磁方式，而應在額定磁通下升壓起動，才能得到大的起動轉矩。當電壓達到額定值以后，才可減弱磁通繼續(xù)升速。二、雙域控制調速系統(tǒng)原理教學設計思路：講授該部分內容時，根據電路特點：兩套系統(tǒng)，電動機的電樞電壓調節(jié)系統(tǒng)和勵磁磁場控制系統(tǒng)結構相似，同學們對前一系統(tǒng)已經很熟悉，因此勵磁磁場控制系統(tǒng)講解時，從主回路出發(fā)，由系統(tǒng)控制目標出發(fā)一層一層向控制環(huán)遞推，使同學們熟悉工程設計思路和分析方法。①電樞電壓調節(jié)系統(tǒng)，是一個典型的轉速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)

②磁場控制系統(tǒng)，具有兩個調節(jié)環(huán)：電動勢調節(jié)環(huán)，作為外環(huán)，勵磁電流調節(jié)環(huán)置于內環(huán)。電動勢調節(jié)器AER和勵磁電流調節(jié)器AFR一般都采用PI調節(jié)器。磁場控制系統(tǒng)中為基速電勢給定，它的數值一般整定為95%Ee，并保持不變。電勢調節(jié)器AER輸出的限幅值，是作為磁場電流的最大給定值，決定了磁場額定電流的大小，而AER輸出的最小值，則限制了電流的最小數值?；僖韵卤３謩畲艦轭~定值，調電樞電壓升速調節(jié)過程基速電勢給定整定在95%（或90%）值，電動機在基速以下的升速起動，為轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的起動過程。ASR輸出已達限幅值，維持電動機電樞電流為最大值，轉速以恒加速度上升，整流電壓不斷升高。由于，電動機反電勢，電勢反饋信號亦小于基速電勢給定，反電勢調節(jié)器AER輸入偏差信號較大，使AER輸出處于限幅狀態(tài)，即，這相當于磁場整流橋VFC輸出額定勵磁電流。這就是滿磁狀態(tài)下變電樞電壓的升速過程。其調節(jié)過程見圖所示?；僖陨?，保持電動機反電勢恒定的弱磁升速調節(jié)過程基速電勢給定整定在95%（或90%）值，當轉速上升到大于95%（或90%）時，反電勢反饋信號，電勢調節(jié)器輸出退飽和，電勢調節(jié)環(huán)由開環(huán)進入閉環(huán)工作，從而使勵磁電流給定值降低，經過AFR的調節(jié)，勵磁電流減小，弱磁升速開始，轉速繼續(xù)上升，反電勢暫時也隨之升高，使勵磁電流和磁通快速下降，根據公式，由于機械慣性，轉速n來不及變化，所以反電勢就下降，其調節(jié)過程為該環(huán)節(jié)采用多媒體講授，動畫演示。跟隨基本維持不變，E該環(huán)節(jié)采用多媒體講授，動畫演示。跟隨基本維持不變，E基本不變，則n上升使跟隨基本維持不變（即E基本不變），轉速就隨著的下降而不斷上升，但只要實際轉速還沒有達到給定值，既，轉速就繼續(xù)上升，直到為止，達到所需轉速穩(wěn)定運行。這樣，在基速以上盡管轉速在上升，但≈，反電動勢維持恒定，所以電樞電壓卻不會再升高，AER和AFR則在維持反電動勢不變的條件下控制勵磁電流。上述分析表明，電動機由基速以下的調壓調速轉入基速以上的弱磁升速，是靠反電勢信號的控制而進行的。電動機弱磁升速過程，實質是維持電動機反電勢為恒值的調節(jié)過程?！?.4調節(jié)器的工程設計方法目的、教學要求：了解調節(jié)器工程設計基本方法和思路重點、難點：系統(tǒng)參數和性能指標的關系主要內容（控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標、典型I型、Ⅱ型系統(tǒng)參數和性能指標的關系）教學方式方法（本節(jié)內容用多媒體講授）思考：典型I型、Ⅱ型系統(tǒng)參數和性能指標的關系特點是什么？教學設計：先講授直流調速系統(tǒng)工程設計的基本原則，基本方法步驟然后要求學生自行復習典型Ⅰ型、Ⅱ型系統(tǒng)的基本特點，以及每種系統(tǒng)的穩(wěn)定性能指標和抗擾性能指標與參數的關系，使學生逐步熟悉先修課自動控制原理的知識與實際系統(tǒng)相聯(lián)系，鞏固所學的自動控制系統(tǒng)基本原理，提高學生的綜合運用所學知識，獲取工程設計技能的能力。?！?.5調節(jié)器的工程設計方法目的、教學要求：了解調節(jié)器工程設計中調節(jié)器最佳整定設計法基本方法掌握調節(jié)器結構的選擇和傳遞函數的近似處理重點、難點：調節(jié)器結構的選擇和傳遞函數的近似處理主要內容（調節(jié)器結構的選擇和傳遞函數的近似處理、調節(jié)器最佳整定設計法）教學方式方法（本節(jié)內容用多媒體講授）思考：傳遞函數的近似處理、最佳整定設計法的原則是什么？教學設計：先講授設計多環(huán)控制系統(tǒng)的一般原則是：從內環(huán)開始，一環(huán)一環(huán)地逐步向外擴展。在這里是：先從電流環(huán)人手，首先設計好電流調節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作是轉速調節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，再設計轉速調節(jié)器。再以電流調節(jié)器為主要對象講授調節(jié)器的設計步驟和構造過程，轉速調節(jié)器的設計由學生自學。課后大作業(yè)：利用Matlab仿真軟件對教材提供的設計數據進行仿真，分析仿真結果。第三章數字化直流調速系統(tǒng)§3.1數字觸發(fā)器教學目的、要求：了解數字控制調速的基本特點，理解數字觸發(fā)器的基本工作原理重點、難點：同步配合電路波形分析、移相控制、脈沖寬度控制的實現原理主要內容（數字觸發(fā)器的功能、實現晶閘管相控變流器觸發(fā)脈沖的生成的基本工作原理。）教學方式方法：（用多媒體講授）思考及作業(yè)：如何實現三相電源的相位判斷教學設計：前幾章講述了直流調速系統(tǒng)的各種調速方案的原理及參數設計。各種調速方案的控制電路都是由電子器件（如集成運放、門電路等）組成，即是通常所說的模擬控制。上述的各種調速方案的控制功能也可以全都由微處理器來實現，即采用數字控制方案。本章內容就是要將控制理論與計算機控制技術相結合，講授時，引導學生了解當今信息時代數字控制系統(tǒng)的應用概況，不能局限于書本上的某一單片機系列指定學生利用網絡資源搜索相關資料和信息，提高學生獲取課外知識的能力和綜合分析能力。教師主要利用多媒體講授數控系統(tǒng)的基本特點，具體應用電路，由學生自學。數字控制與模擬控制相比較，有以下特點：①印刷電路板面積小，連線少。產品的生產周期短，調試時間短，生產效率高。②容易實現復雜的控制思想，調速精度高于模擬調速系統(tǒng)。③可靠性（故障率）及可維護性（排除故障時間短）高于模擬調速系統(tǒng)。進入20世紀80年代，用數字控制代替模擬控制已成為必然趨勢。世界各電氣公司相繼推出全數字晶閘管調速系統(tǒng)，例如德國西門子公司的SEMADYND全數字調速系統(tǒng)，英國歐陸公司推出的SSD系列全數字直流調速系統(tǒng)。這些系統(tǒng)均可以實現四象限直流可逆調速功能，控制思想先進，可實現速度、電流的自適應調節(jié)，且控制程序模塊化，參數修改方便，生產及調試周期短。全數字直流調速系統(tǒng)與模擬控制的直流調速系統(tǒng)相比，控制思想是一樣的，只是用微處理器芯片完成全部的直流調速系統(tǒng)的功能。數字直流調速系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：數字觸發(fā)器、數字調節(jié)器、邏輯控制電路、輸入輸出通道。多媒體講授多媒體講授數控系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的硬軟件設計思想：數字觸發(fā)器的功能是實現晶閘管相控變流器觸發(fā)脈沖的生成。它包括同步配合電路、移相控制、脈沖寬度控制、雙脈沖形成、脈沖通道控制等環(huán)節(jié)。在模擬觸發(fā)電路中，移相及同步配合控制功能通常是由改變同步電壓UT（與晶閘管承受正弦波電壓相位相關的正弦波或鋸齒波）與控制電壓Uct相比較的交點來實現的，改變Uct就可以改變控制角。因此，模擬觸發(fā)電路具有電路結構復雜、調試工作量大的特點。數字觸發(fā)器的移相控制是由同步脈沖信號產生中斷開始的定時器延時控制來實現的。即把欲改變的控制角的大小轉變成延時時間常數的大小。一、同步電路二、移相控制，數字觸發(fā)器的移相控制是通過同步中斷脈沖開始后的延時控制來實現的。三、觸發(fā)脈沖輸出電路四、可逆整流器的觸發(fā)通道電路第四章可逆調速系統(tǒng)§4-1V-M系統(tǒng)的可逆線路及工作狀態(tài)教學目的、要求：了解V-M可逆線路接線形式及各自的優(yōu)缺點、掌握可逆系統(tǒng)中電動機的工作狀態(tài)、可逆線路中的環(huán)流重點、難點：動態(tài)環(huán)流分析。主要內容：（工作制的實現及環(huán)流的控制方法）教學方式方法（容易理解的內容用多媒體講授，如V-M可逆線路接線形式；難點部分教師在黑板上詳細講解，如：工作制）思考：1.什么是可逆系統(tǒng)？可逆系統(tǒng)有哪幾種接線方式？2.什么是有源逆變？3.什么是環(huán)流以及如何抑制環(huán)流4.電樞反接和磁場反接可逆系統(tǒng)分別有什么優(yōu)缺點？教學設計：將電樞反接和磁場反接對比著來講授可逆系統(tǒng)：能改變電動機轉矩方向的系統(tǒng)稱做為可逆系統(tǒng)V-M可逆線路接線形式：電樞可逆、磁場可逆電樞可逆線路該環(huán)節(jié)采用多媒體講授電樞換向可逆線路的形式是多種多樣的，不同的生產機械可根據各自的要求去選擇。該環(huán)節(jié)采用多媒體講授1）開關切換法2）晶閘管反并聯(lián)法采用兩組晶閘管裝置反并聯(lián)的可逆線路。電動機正轉時，由正組晶閘管裝置VF供電；反轉時則由反組晶閘管裝置VR供電。正、反向運行時拖動系統(tǒng)分別工作在第一、三兩個象限中，兩組晶閘管分別由兩套觸發(fā)裝置控制，都能靈活地控制電動機的起、制動和升、降速。2．磁場換向可逆線路電樞反接和磁場反接比較：電樞反接:由于電路中L小，電流反向速度快，但初期投資較大，因兩組反并聯(lián)的晶閘管容量大。磁場反接:由于磁場回路中L大，電流反向速度慢，并在反向時要右強迫勵磁，控制復雜。但初期投資小，因兩組反并聯(lián)的晶閘管容量小。因此勵磁換向的方案只適用對快速性要求不高，正、反轉不太頻繁的大容量可逆系統(tǒng)，例如卷揚機，電力機車等。反并聯(lián)聯(lián)接與交叉聯(lián)接的區(qū)別：兩組晶閘管裝置反極性并聯(lián)的可逆線路有兩種接線方式，兩種接線方式的區(qū)別為：反并聯(lián)線路中，兩組晶閘管的電源是共同的，而交叉連接的兩組整流裝置的供電電源是彼此獨立的兩個電源，或者是一臺整流變壓器有兩套二次繞組。兩個電源可以同相，也可以反相，或相差，這樣在大容量系統(tǒng)中可實現多相整流，以減少整流裝置對電網畸變的影響。②反并聯(lián)連接的可逆線路中，有兩條環(huán)流回路，需4個限制環(huán)流的電抗器；交叉連接的可逆線路，只有一條環(huán)流回路，所以只需要兩只限制環(huán)流的電抗器。二、晶閘管-電動機系統(tǒng)的可逆工作狀態(tài)（該部分內容在電力電子技術課程中已學過，簡單復習，提出有源逆變的概念及有源逆變的條件，）為了防止逆變逆變失?。孀冾嵏玻┈F象，不能讓角太小，而應對其最小值留有余量，一般取左右，應在控制電路中設法加以限制，稱作保護。即使是不可逆系統(tǒng)，電動機并不要求反轉，只要是需要快速回饋制動，也應有兩組反并聯(lián)（或交叉連接）的晶閘管裝置，正組作為整流供電，反組提供逆變制動課后復習：請學生分析提升重物過程中位勢能和電能等能量的轉化特點。以及四象限運行，為可逆系統(tǒng)制動過程分析做準備?！?.2晶閘管可逆線路中的環(huán)流教學設計：該環(huán)節(jié)主要以多媒體方法講授?？刂葡到y(tǒng)原理圖采用啟發(fā)式，逆向式手段，讓學生積極思考，自己設計原理框圖。一、環(huán)流及其種類所謂環(huán)流，是指不流過電動機或其他負載，而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流。環(huán)流的優(yōu)缺點：缺點：加重晶閘管和變壓器的負擔、消耗無用的功率，環(huán)流太大時甚至會導致晶閘管損壞。優(yōu)點：避免電流斷續(xù)，可以利用環(huán)流作為流過晶閘管的基本負載電流，即使在電動機空載或輕載時也可使晶閘管裝置工作在電流連續(xù)區(qū)，避免了電流斷續(xù)引起的非線性現象對系統(tǒng)靜、動態(tài)性能的影響；在可逆系統(tǒng)中存在少量環(huán)流，可以保證電流的無間斷反向，加快反向時的過渡過程，環(huán)流可以分為兩大類：⒈靜態(tài)環(huán)流當晶閘管整流裝置在某一觸發(fā)角下穩(wěn)定工作時，系統(tǒng)中所出現的環(huán)流叫做靜態(tài)環(huán)流。靜態(tài)環(huán)流又可分兩種：⑴直流平均環(huán)流：即環(huán)流電壓有正向直流分量的環(huán)流。⑵瞬時脈動環(huán)流：又稱交流環(huán)流，即環(huán)流電壓沒有正向（晶閘管導電方向）直流分量的環(huán)流環(huán)流。⒉動態(tài)環(huán)流——穩(wěn)態(tài)運行時并不存在，只有當系統(tǒng)由一種工作狀態(tài)過渡到另一種工作狀態(tài)時才出現的環(huán)流。以三相半波反并聯(lián)線路為例來說明環(huán)流產生的原因，對有關環(huán)流問題進行分析，在黑板上講解以三相半波反并聯(lián)線路為例來說明環(huán)流產生的原因，對有關環(huán)流問題進行分析，在黑板上講解反并聯(lián)線路中的靜態(tài)環(huán)流⒈靜態(tài)環(huán)流抑制直流環(huán)流的措施：對兩組晶閘管裝置進行適當的控制，使≤，這樣兩組之間的直流電壓差就等于零或者反向直流環(huán)流就不會產生。若VF的控制角＜，其輸出平均電壓，而VR的控制角＞，（即逆變角），其輸出平均電壓，，極性與相反。當≤時既直流環(huán)流被消除。由上式可得≥在任何情況下，都能保證和之間的上述配合關系的控制方式叫做配合控制。最典型的配合控制是使=，即，一般稱為工作制配合控制。該環(huán)節(jié)采用黑板講授以三相零式反并聯(lián)可逆線路當（即）時的情況來講解脈動環(huán)流該環(huán)節(jié)采用黑板講授抑制瞬時脈動環(huán)流的辦法是在環(huán)流回路中串入電抗器，叫做環(huán)流電抗器或稱均衡電抗器（圖中的和），一般要求瞬時脈動環(huán)流中的直流分量限制在負載額定電流的5％～10％之間。詳細講解環(huán)流電抗器的設置原則。二、工作制的實現及環(huán)流的控制方法（注意引導學生參與思考）配合工作制的可逆線路的特點：它用同一個控制電壓去控制兩組觸發(fā)裝置，正組觸發(fā)裝置GTF由直接控制，而反組觸發(fā)裝置GTR由控制，，是經過放大系數為-1的反號器AR后得到的。使α始終與β相等，兩組晶閘管輸出電壓相等。在增大移相過程中，始終保持了，實現工作制。為了防止晶閘管在逆變狀態(tài)工作時因逆變角太小，發(fā)生換流失敗，出現“逆變顛覆”現象，必須在控制電路中設有限制最小逆變角的保護環(huán)節(jié)。為了嚴格保持配合控制，對也要加以限制，限幅值可限制。若將兩組觸發(fā)器零位都整定得大于，即，如圖所示，則對于任意的總滿足。這種工作狀態(tài)，稱為工作制。此時整流組的平均電壓總小于逆變組的平均電壓，從而使環(huán)流電壓具有反向直流成分，故不會產生直流環(huán)流，而且反向環(huán)流電壓還有抑制脈動環(huán)流的作用。由以上分析可知，只要實行了配合控制，就能保證消除直流平均環(huán)流。一般來說，應該盡量避免直流平均環(huán)流，但是只要控制得恰到好處，有少量直流平均環(huán)流并不可怕，如前所述，它還能起到改善系統(tǒng)靜、動態(tài)性能的作用?！?.3有環(huán)流可逆調速系統(tǒng)目的、教學要求：理解并掌握有環(huán)流可逆系統(tǒng)正向制動過程重點、難點：工作制配合控制有環(huán)流可逆系統(tǒng)正向制動各階段中各處電位的極性和能量流向主要內容：（工作制配合控制有環(huán)流可逆系統(tǒng)正向制動各階段分析）思考：①什么是自然環(huán)流系統(tǒng)？②自然環(huán)流系統(tǒng)制動過程分哪幾個階段？③本橋逆變階段的特點是什么？④它橋逆變的特點是什么？⑤在它橋逆變階段，能維持電流近似最大的原因是什么？⑥在制動過程中的各個階段，ASR、ACR的狀態(tài)如何變化？教學設計：在講解制動過程中，注意引導學生積極思考，讓學生參與到教學過程中，引出學生的興趣，否則因過程分析復雜，時間較長，學生容易分散精力，此時必須采用黑板講授。一、配合控制的有環(huán)流可逆調速系統(tǒng)多媒體講授有環(huán)流可逆調速系統(tǒng)（自然環(huán)流系統(tǒng)）的概念。多媒體講授系統(tǒng)的組成有以下特點：⑴主電路采用兩組晶閘管反并聯(lián)連接（也可采用交叉連接），因為有二條并聯(lián)的環(huán)流通路，所以要用四個環(huán)流電抗器。由于環(huán)流電抗器流過較大的負載電流飽和。因此在電樞回路中還要另設一個體積較大的平波電抗器。⑵控制線路采用典型的轉速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，ASR、ACR都設置了雙向輸出限幅，限制。Uct=-Uct滿足α=β。⑶給定電壓應有正負極性，由繼電器KF和KR來切換。⑷可逆，所以轉速和電流方向可變，轉速和電流檢測也要反映相應極性。二、制動過程分析該環(huán)節(jié)的內容是本課的重點和難點之一，為更好地理解和掌握本節(jié)內容，教師先簡要復習四象限運行分析方法，突出對能量轉換的掌握再進行正向制動過程分析。教師先用多媒體講授，再在黑板上詳細講解正向制動各階段中各處電位的極性和能量流向分析整個正向制動過程可按電流方向的不同分成兩個主要階段。本組逆變階段、它組制動階段。（一）本組逆變階段穩(wěn)定運行時停車：由電感釋放的磁場能量維持正向電流，由于在這一階段中投入逆變工作的仍是原來處于整流狀態(tài)工作的一組裝置，所以稱作本組逆變階段。由于電流的迅速下降，這個階段所占時間很短，轉速來不及產生明顯的變化，其波形圖繪于圖中本組逆變階段標作階段Ⅰ。該階段的調節(jié)過程及各處極性的變化如下：（二）它組制動階段當主回路電流下降過零時，本組逆變終止，轉到反組工作。從這時起，直到制動過程結束，稱為它組制動階段。它組制動過程中能量流向的變化要復雜一些，又可分成下述三個子階段，在圖中的波形圖中分別標以Ⅱ1、Ⅱ2和Ⅱ3。1．它組建流子階段（Ⅱ1）當過零并反向，直到達到-前，為負，但其數值小于，＞0，因此ACR仍處于飽和狀態(tài)，其輸出電壓仍為，和都和本組逆變階段一樣。但由于的數值略減，使反組由待整流進入整流，在整流電壓和電動機反電動勢的共同作用下，反向電流很快增長，電動處于反接制動狀態(tài)，開始減速。在這個子階段中，將交流電能轉變?yōu)橹绷麟娔?，同時電動機也將機械能轉變?yōu)殡娔埽ル娮枭舷牡碾娔芡?，大部分轉變成磁能儲存在電感中，圖中繪出這一階段各處電位極性和能量流向。該階段的各處極性變化及調節(jié)過程如下：

2．它組逆變子階段（Ⅱ2）3．反向減流子階段（Ⅱ3）在它組逆變階段中，電壓、、反電動勢和轉速這幾個量是同步線性衰減的（見圖3-17），由于一直下降所以總能保持，并能維持-基本恒定。當。仍繼續(xù)下降，這時就無法維持-不變了，于是電流立即衰減，開始了反向減流子階段。正向制動到反向運行沒有任何間斷或死區(qū)，這是有環(huán)流可逆系統(tǒng)的突出優(yōu)點，對于要求快速正反轉的系統(tǒng)特別合適。其缺點是需要添置環(huán)流電抗器，而且晶閘管等元件都要負擔負載電流加上環(huán)流，因此只使用于中、小容量的系統(tǒng)?！?.4邏輯無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)目的、教學要求：掌握無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)的組成和工作原理，DLC的作用重點、難點：無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)的組成和工作原理主要內容：邏輯控制的無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)的組成和工作原理、可逆系統(tǒng)對無環(huán)流邏輯控制器的要求思考：1.無環(huán)流邏輯控制器的設計思路是什么？2.封鎖延時和開放延時3.DLC的輸入信號是什么信號，為什么取這樣的信號？4.是否可以把封鎖延時時間和開放延時時間整和成一個延時時間常數，該時間為上述兩時間常數之和常數？教學設計：先用多媒體講授，再在黑板上詳細講解,注意在講解整個電路時，利用前面所學知識，利用逆向式教學方法，先根據四象限運行分析四象限運行時轉矩極性的特點，和本橋逆變的特點得出DLC應檢測什么信號，該信號如何檢測，電路如何設計？等等利用這樣逆向的方式，一步步引導學生設計出電路，開發(fā)學生的創(chuàng)新思維能力和解決實際問題的能力。有環(huán)流系統(tǒng)優(yōu)點：反向快、過渡平滑；缺點：必需設置幾個環(huán)流電抗器，增加了設備投資。對系統(tǒng)過渡特性的平滑性要求不高時，常采用既沒有直流平均環(huán)流又沒有瞬時脈動環(huán)流的無環(huán)流可逆系統(tǒng)。邏輯無環(huán)流設計思路：當一組晶閘管工作時，用邏輯電路封鎖另一組晶閘管的觸發(fā)脈沖，使它完全處于阻斷狀態(tài)，確保兩組閘管不同時工作，從根本上切斷了環(huán)流的通路，這就是邏輯控制的無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)。一、邏輯控制的無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)的組成和工作原理邏輯控制的無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)構成有如下特點：（通過啟發(fā)式讓學生自行設計電路）多媒體講授⒈主電路為兩組晶閘管裝置反并聯(lián)線路，因無環(huán)流，所以無環(huán)流電抗器，但為了保證穩(wěn)定運行時電流波形的連續(xù)，有平波電抗器。多媒體講授⒉控制線路采用典型的轉速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，設兩個電流調節(jié)器，1ACR用來控制正組觸發(fā)裝置GTF，2ACR控制反組觸發(fā)裝置GTR，1ACR的給定信號經反號器AR作為2ACR的給定信號，這樣可使電流反饋信號的極性在正、反轉時都不必改變，從而可采用不反映極性的電流檢測器。⒊設置了無環(huán)流邏輯控制器DLC。判斷哪一組觸發(fā)電路工作，這是系統(tǒng)中的關鍵部件，確保主電路沒有產生環(huán)流的可能。觸發(fā)脈沖的零位仍整定在，工作時移相方法仍和工作制一樣，只是用了DLC來控制兩組觸發(fā)脈沖的封鎖和開放。下面著重分析無環(huán)流邏輯控制器。二、可逆系統(tǒng)對無環(huán)流邏輯控制器的要求無環(huán)流邏輯控制器的任務：在正組晶閘管VF工作時封鎖反組脈沖，在反組晶閘管VR工作時封鎖正組脈沖。通常采用數字邏輯電路，使其輸出信號和以“0”和“1”的數字信號形式來執(zhí)行兩種封鎖與開放的作用，“0’表示封鎖，“1”表示開放，二者不能同時為“1”，以確保兩組不會同時開放。思考：應該根據什么信息來指揮邏輯控制器動作呢？總結四象限時兩組變流器工作狀態(tài)，在各象限的極性如下：Ⅰ正向遠行，開放VF、封鎖VRⅡ正向制動，封鎖VF、開放VRⅢ反向運行，封鎖VF、開放VRⅣ反向制動，開放VF封鎖VR反轉運行和正轉制動（或減速）的共同特征是：電動機產生負的轉矩、在勵磁恒定時，也就是要求有負的電流，而在這兩種狀態(tài)下的極性均為正。而正向運行和反向制動的特征是：要求電動機產生正的轉矩，也就是要求有正的電流，而在這兩種狀態(tài)下的極性均為負。所以的極性恰好反映了系統(tǒng)要產生負或正轉矩（電流）的意圖，可以用作邏輯切換的指令信號。讓學生思考只有作為切換指令信號可以嗎？提出電流不過0時產生的問題引出零電流判斷，然而，僅用電流給定信號去控制DLC還是不夠的。引出延時概念，封鎖延時和開放延時封鎖延時—從發(fā)出切換指令到真正封鎖掉原來工作的那組脈沖之間應該留出來的等待時間。開放延時—從封鎖原工作組脈沖到開放另一組脈沖之間的等待時間。最后，在DLC中還必須設置聯(lián)鎖保護電路，使其輸出信號和不可能同時出現“1”，以確保兩組晶閘管的觸發(fā)脈沖不可能同時開放。綜上所述，對無環(huán)流邏輯控制器的要求可歸納如下：（1）由電流給定信號的極性和零電流檢測信號共同發(fā)出邏輯切換指令。當改變極性，且零電流檢測器發(fā)出“零電流”信號時，允許封鎖原工作組，開放另一組。（2）發(fā)出切換指令后，須經過封鎖延時時間。才能封鎖原導通組脈沖；再經過開放延時時間后，才能開放另一組脈沖。（3）無論在任何情況下，兩組晶閘管絕對不允許同時加觸發(fā)脈沖，當一組工作時，另一組的觸發(fā)脈沖必須被封鎖住。§4.5邏輯無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)目的、教學要求：掌握DLC各環(huán)節(jié)電路的工作原理重點、難點：邏輯電路、延時電路的實現主要內容（無環(huán)流邏輯控制器的實現）教學方式方法（用多媒體講授）思考：①延時電路能否采用其它形式？②電平檢測器的原理還可用在你所學的什么環(huán)節(jié)中？教學設計：該環(huán)節(jié)主要向學生介紹無環(huán)流邏輯控制器各模塊的功能作用，具體的實現由學生根據先修課程的知識，自行設計。三、無環(huán)流邏輯控制器的實現1．電平檢測器電平檢測的任務：將控制系統(tǒng)中的模擬量轉換成“1”或“0從結構圖可得電平檢測器的閉環(huán)放大倍數2．邏輯判斷電路邏輯判斷的任務是根據兩個電平檢測器的輸出信號和經運算后，正確地發(fā)出切換信號和（即封鎖原來工作組的脈沖、開放另一組脈沖的指令信號）。和和均有“1”和“0”兩種狀態(tài)，究竟用“1”態(tài)還是“O”態(tài)表示封鎖觸發(fā)脈沖，取決于觸發(fā)電路的結構?，F假定該指令信號為“1”態(tài)時開放脈沖，“0”態(tài)時封鎖脈沖。輸人信號：轉矩極性鑒別，，即=-時，=“1”；，即=+時，＝“0”。零電流檢測，有電流時，=“0”；電流為零，＝“1”。輸出信號：封鎖正組脈沖，＝“0”；開放正組脈沖，=“1”；封鎖反組脈沖，=“0”；開放反組脈沖，=“1”。根據可逆系統(tǒng)電動機運行狀態(tài)的情況，列出邏輯判斷電路各量之間的邏輯關系，根據這些關系，寫出其真值表，設計出延時電路如圖所示。3．延時電路在邏輯判斷電路發(fā)出切換指令、之后，必須經過封鎖延時和開放延時，才能執(zhí)行切換指令，因此，無環(huán)流邏輯控制器中必須設置相應的延時電路。即由“0”變“1”而無延時。4．聯(lián)鎖保護電路在正常工作時，邏輯判斷與延時電路的兩個輸出和總是一個為“1”態(tài)而另一個為“0”態(tài)。一旦電路發(fā)生故障，兩個輸出和如果同時為“1”態(tài)，將造成兩組晶閘管同時開放而導致電源短路。為了避免這種事故，在無環(huán)流邏輯控制器的最后部分設置了多“1”聯(lián)鎖保護電路，，其工作原理同學可自行分析。都拉到“0”，使兩組脈沖同時封鎖。這樣就可避免兩組晶閘管同時處于整流狀態(tài)而造成短路的事故。習題課（1學時）第五章閉環(huán)控制的異步電動機變壓調速系統(tǒng)§5.1交流調壓調速及繞線型轉子斬波調速系統(tǒng)——轉差功率消耗型的調速系統(tǒng)目的、教學要求：掌握交流調壓調速系統(tǒng)組成及工作原理重點、難點：調壓調速的特性分析主要內容：交流調壓調速特性及組成，動態(tài)結構圖教學設計：該節(jié)內容主要采用多媒體方式講解，動態(tài)結構圖主要講解推導思路。一、異步電動機變壓調速電路下面把常見的交流調壓器簡要復習一下Y形接法△形接法交流變壓調速系統(tǒng)可控電源利用晶閘管交流調壓器變壓調速2）TVC——雙向晶閘管交流調壓器可逆和制動控制電路結構：采用晶閘管反并聯(lián)供電方式，實現異步電動機可逆和制動。圖7-2采用晶閘管反并聯(lián)的異步電動機可逆和制動電路反向運行方式圖7-2所示為采用晶閘管反并聯(lián)的異步電動機可逆和制動電路，其中，晶閘管1~6控制電動機正轉運行，反轉時，可由晶閘管1，4和7~10提供逆相序電源，同時也可用于反接制動。制動運行方式當需要能耗制動時，可以根據制動電路的要求選擇某幾個晶閘管不對稱地工作，例如讓1，2，6三個器件導通，其余均關斷，就可使定子繞組中流過半波直流電流，對旋轉著的電動機轉子產生制動作用。必要時，還可以在制動電路中串入電阻以限制制動電流。二、異步電動機改變電壓時的機械特性異步電機的穩(wěn)態(tài)等效電路示于圖7-3。解釋各個參數的物理意義解釋各個參數的物理意義圖7-3異步電動機的穩(wěn)態(tài)等效電路由圖可以導出式中在一般情況下，Lm>>Ll1，則，C1?1這相當于將上述假定條件的第③條改為忽略鐵損和勵磁電流。這樣，電流公式可簡化成轉矩公式令:電磁功率Pm=3Ir'2Rr'/s同步機械角轉速wm1=w1/np式中np—極對數，則異步電機的電磁轉矩為（7-3）式（7-3）就是異步電機的機械特性方程式。當轉速或轉差率一定時，當轉速或轉差率一定時，電磁轉矩與定子電壓的平方成正比。這樣，不同電壓下的機械特性便如圖7-4所示，圖中，UsN表示額定定子電壓。異步電動機機械特性圖7-7異步電動機在不同電壓下的機械特性最大轉矩公式將式（7-3）對s求導，并令dTe/ds=0，可求出對應于最大轉矩時的靜差率和最大轉矩-（7-4）（7-5）由圖7-7可見，帶恒轉矩負載工作時，普通籠型異步電機變電壓時的穩(wěn)定工作點為A、B、C，轉差率s的變化范圍不超過0~sm，調速范圍有限。如果帶風機類負載運行，則工作點為D、E、F，調速范圍可以大一些。為了能在恒轉矩負載下擴大調速范圍，并使電機能在較低轉速下運行而不致過熱，就要求電機轉子有較高的電阻值。帶恒轉矩負載時的變壓調速范圍增大了，堵轉工作也不致燒壞電機，這種電機又稱作交流力矩電機。圖7-8高轉子電阻電動機（交流力矩電動機）在不同電壓下的機械特性三、閉環(huán)控制的變壓調速系統(tǒng)及其靜特性系統(tǒng)組成圖7-9a原理圖圖7-9b閉環(huán)控制變壓調速系統(tǒng)的靜特性仿照直流調速系統(tǒng)靜特性方法進行分析仿照直流調速系統(tǒng)靜特性方法進行分析當系統(tǒng)帶負載在A點運行時，如果負載增大引起轉速下降，反饋控制作用能提高定子電壓，從而在右邊一條機械特性上找到新的工作點A′。同理，當負載降低時，會在左邊一條特性上得到定子電壓低一些的工作點A′′。按照反饋控制規(guī)律，將A′、A、A′′連接起來便是閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性。盡管異步電機的開環(huán)機械特性和直流電機的開環(huán)特性差別很大，但是在不同電壓的開環(huán)機械特性上各取一個相應的工作點，連接起來便得到閉環(huán)系統(tǒng)靜特性，這樣的分析方法對兩種電機是完全一致的。盡管異步力矩電機的機械特性很軟，但由系統(tǒng)放大系數決定的閉環(huán)系統(tǒng)靜特性卻可以很硬。如果采用PI調節(jié)器，照樣可以做到無靜差。改變給定信號，則靜特性平行地上下移動，達到調速的目的。在結構圖中解釋各符號的含義。異步電機閉環(huán)變壓調速系統(tǒng)不同于直流電機閉環(huán)變壓調速系統(tǒng)的地方是：靜特性左右兩邊都有極限，不能無限延長，它們是額定電壓UsN下的機械特性和最小輸出電壓Usmin在結構圖中解釋各符號的含義。2.系統(tǒng)靜態(tài)結構框圖圖7-10異步電機閉環(huán)變壓調速系統(tǒng)的靜態(tài)結構框圖穩(wěn)態(tài)時Un*=Un=anTe=TL根據負載需要的n和TL可計算出或用機械特性圖解法求出所需的Us以及相應的Uc。四、閉環(huán)變壓調速系統(tǒng)的近似動態(tài)結構框圖對系統(tǒng)進行動態(tài)分析和設計時，須先繪出動態(tài)結構框圖。由圖7-10的靜態(tài)結構圖可以得到動態(tài)結構框圖，如圖7-11所示。其中有些環(huán)節(jié)的傳遞函數可以直接寫出來，只有異步電機傳遞函數的推導須費一番周折。圖7-11異步電動機閉環(huán)變壓調速系統(tǒng)的動態(tài)結構框圖轉速調節(jié)器ASR轉速調節(jié)器ASR常用PI調節(jié)器，用以消除靜差并改善動態(tài)性能，其傳遞函數為晶閘管交流調壓器和觸發(fā)裝置傳遞函數可寫成其近似條件是對于三相全波Y聯(lián)結調壓電路，可取Ts=3.3ms，對其他型式的調壓電路則須另行考慮。測速反饋環(huán)節(jié)考慮到反饋濾波作用，測速反饋環(huán)節(jié)FBS的傳遞函數可寫成異步電機近似的傳遞函數異步電機的動態(tài)過程是由一組非線性微分方程描述的。用穩(wěn)態(tài)工作點附近的微偏線性化方法求出一種近似的傳遞函數。（1）異步電機近似的線性機械特性由式（5-3）已知電磁轉矩為當s很小時，可以認為且后者相當于忽略異步電機的漏感電磁慣性。在此條件下（5-6）這是在上述條件下異步電機近似的線性機械特性。（2）穩(wěn)態(tài)工作點計算設A為近似線性機械特性上的一個穩(wěn)態(tài)工作點，則在A點上（5-7）在A點附近有微小偏差時，Te=TeA+DTe，Us=UsA+DUs，而s=sA+Ds，代入式（5-6）得（3）微偏線性化將上式展開，并忽略兩個和兩個以上微偏量的乘積，則從式（5-8）中減去式（5-7），得（5-9）已知轉差率，其中w1是同步角轉速，w是轉子角轉速，則將式（5-10）代入式（5-9），得式（5-11）就是在穩(wěn)態(tài)工作點附近微偏量DTe與DUs和Dw間的關系。帶恒轉矩負載時電力拖動系統(tǒng)的運動方程式為按上面相同的方法處理，可得在穩(wěn)態(tài)工作點A附近的微偏量運動方程式為5-12將式（5-11）和（5-12）的微偏量關系畫在一起，即得異步電機在忽略電磁慣性時的微偏線性化動態(tài)結構圖，如圖5-9所示。如果只考慮DU1到Dw之間的傳遞函數，可先取DTL=0，圖5-9中小閉環(huán)傳遞函數可變換成（4）近似動態(tài)結構框圖圖7-12忽略電磁慣性時異步電機微偏線性化的近似動態(tài)結構框圖（5）異步電機的近似線性化傳遞函數于是，異步電機的近似線性化傳遞函數為式中KMA—異步電機的傳遞系數，Tm—異步電機拖動系統(tǒng)的機電時間常數，由于忽略了電磁慣性，只剩下同軸旋轉體的機電慣性，異步電機便近似成一個線性的一階慣性環(huán)節(jié)，即(5-13)注意：1.由于它是偏微線性化模型，只能用于機械特性線性段上工作點附近的穩(wěn)定性判別和動態(tài)校正，不適用于起制動時轉速大范圍變化的動態(tài)響應。2.由于它完全忽略了電磁慣性，分析與計算有很大的近似性。把得到的四個傳遞函數式寫入圖7-11中各方框內，即得異步電機變壓調速系統(tǒng)微偏線性化的注意：1.由于它是偏微線性化模型，只能用于機械特性線性段上工作點附近的穩(wěn)定性判別和動態(tài)校正，不適用于起制動時轉速大范圍變化的動態(tài)響應。2.由于它完全忽略了電磁慣性，分析與計算有很大的近似性。交流異步電動機變壓變頻調速系統(tǒng)本章主要問題：在變頻調速中變頻時為什么要保持壓頻比恒定？交-直-交電壓源型變頻器調壓、調頻的有哪幾種電路結構,并說明各種電壓結構的優(yōu)缺點。SPWM控制的思想是什么?什么是1800導通型變頻器？什么是1200導通型變頻器？電壓、頻率協(xié)調控制有幾種控制方式，各有哪些特點？在轉速開環(huán)恒壓頻比控制系統(tǒng)中，絕對值單元GAB的作用？函數發(fā)生器GFC的作用？如何控制轉速正反轉?？偨Y恒、恒、恒三種控制方式的特點?！?-1交流調速的基本類型要求：掌握交流調速哪幾種基本類型有以及各種調速方法的特點。目的：能根據不同應用場合選擇出相應的調速方式。重點、難點：變頻調速時基頻以下和基頻以上調速的特點主要內容（交流調速的基本類型、變頻調速的基本要求）思考：1.交流異步電動機調速的方式有哪幾種？并寫出各方式的優(yōu)缺點？2.在變頻調速中變頻時為什么要保持壓頻比恒定？教學設計：交流調速的基本類型采用多媒體課件講授，用大量的實例，說明幾種類型的應用場合。復習感應電動機轉速表達式：異步電動機調速方法：§6-2變頻調速的構成及基本要求目的、教學要求：掌握變頻調速時基頻以下和基頻以上調速的特點重點、難點：變頻調速時基頻以下和基頻以上調速的特點主要內容（變頻調速的基本要求）思考：在變頻調速中變頻時為什么要保持壓頻比恒定？教學設計：教師從交流異步電動機的結構、工作原理出發(fā)，利用多媒體課件講解。一、變頻調速的基本要求下面我們首先從磁通的作用與特點出發(fā)，分析變頻調速的基本原理。眾所周知，三相異步電動機，定子每相電動勢的有效值是：則結論：為了保持不變，在改變電源頻率的同時，必須按比例改變感應電動勢，才能有效地利用鐵心?；l以下調速由上式可知，要保持不變，使如果頻率不是很低的話，定子的阻抗壓降是很小的，所以，一般近似認為則這就是恒壓頻比控制方式的來由，那么如果頻率很低的話，阻抗壓降不能忽略的情況下，又會出現什么情況呢？低頻時，U1和都較小，這時，可以人為地把電壓抬高一些，以便近似地補償定子壓降。帶定子壓降補償的恒壓頻比控制特性示于下圖的b線，無補償的控制特性則為a線。2．基頻以上調速當外加電源的頻率超過電動機的額定頻率時，即基頻以上，電壓不能上升，保持氣隙磁通近似恒定，電壓恒定而頻率增加時，將迫使磁通與頻率成反比例減小，為恒功率調速，弱磁升速。結論：V/F控制必須是改變頻率的同時，改變逆變器的輸出電壓，才能保證調速電機的效率、功率因數不下降。應用場合上：V/F控制比較簡單，多用于通用型變頻器、風機泵類的節(jié)能、生產流水線的工作臺傳動、空調和家電等?！?-3靜止式變頻裝置簡介目的、教學要求：了解間接變頻裝置構成及控制方式，掌握電壓源和電流源交-直-交變頻器主要特點、交-直-交電壓源變頻器工作原理重點、難點：交-直-交電壓源變頻器工作原理、及其輸出電壓波形分析主要內容：間接變頻裝置構成及控制方式，掌握電壓源和電流源交-直-交變頻器主要特點、交-直-交電壓源變頻器工作原理。思考及作業(yè)：1.SPWM控制的思想是什么?2.什么是180°導通型變頻器？什么是120°導通型變頻器？3.交-直-交電壓源型變頻器調壓、調頻的有哪幾種電路結構,并說明各種電壓結構的優(yōu)缺點。教學設計：間接變頻裝置構成部分，在電力電子技術課程中講授過，以復習的方式，由學生講解，老師總結。難點部分教師在黑板上詳細講解，如：交-直-交電壓源變頻器工作原理、及其輸出電壓波形分析。120°導通型波形分析由學生自行分析。靜止式變頻裝置間接變頻裝置構成及控制方式下面首先介紹間接變頻裝置。右圖給出了間接變頻裝置的主要構成環(huán)節(jié)，接著來比較一下三種電路的結構及其優(yōu)缺點電壓源和電流源變頻器從變頻電源的性質上看，變頻器又可分為電壓源變頻器和電流源變頻器兩大類。本部分用表格的形式重點講解電壓源與電流源的特點，其主要區(qū)別在于它們采用了不同的貯能元件來緩沖無功能量。不同的貯能元件的應用，導致了它們具有不同的特點：輸出電壓波形、輸出電流波形、輸出阻抗、能否實現回饋制動、動態(tài)過程的快慢以及對晶閘管的要求等。最后根據這些特點說明各自的適用范圍。三、交-直-交電壓源變頻器工作原理1．主電路結構電壓源型三相六拍式交-直-交變頻器主電路原理如下圖電路特點：①由相控整流電路、濾波電容和有源逆變電路構成，逆變器開關用全控型器件GTR變器由主晶體管VT1~VT6和續(xù)流二極管VD1~VD6（也稱反饋二極管）組成。（如VT1關斷時由VD4接續(xù)A相負載電流。）交-直-交電壓源變頻器主電路續(xù)流二極管的作用是當主開關元件關斷時，接續(xù)感性負載電流,具有續(xù)流二極管是電壓源變頻器的又一特征。交-直-交電壓源變頻器主電路2．輸出電壓波形分析三相逆變器有兩種工作方式，分別稱之為導通型和導通型。以導通型為例講解其工作原理。（120°的由學生自學）在導電型工作方式下，逆變器每只晶體管的導通角均為(為輸出周期的1/2)。工作原理：設逆變器輸出波形周期為T，仍每隔T/6按VT1~VT6的次序依次開通六個主開關元件，并按慣例，一個周期用來表示。六只晶體管的導通表如下表。從表中可以看出，此時每一瞬間均有三只晶體管處于導通狀態(tài)，它們分別處于不同的橋臂上，換流則按規(guī)定的順序在同一橋臂的上、下兩晶體管之間進行，一個周期中的工作情況及輸出電壓波形如下圖所示。從圖中可以看出，當逆變器采用導電方式時，變頻器輸出相電壓為階梯波，線電壓為間斷式矩形波，波形的幅值取決于相控整流器輸出直流平均電壓值的大小。頻率則取決于VT1~VT6換流頻率，。顯然兩者均可人為控制，因而不難達到VVVF的要求。由于在每一個輸出電源周期內產生六次切換動作，故稱此類變頻器為三相六拍式變頻器?！?-4正弦波脈寬調制（SPWM）逆變器目的、教學要求：掌握正弦波脈寬調制（SPWM）逆變器的基本工作原理重點、難點：SPWM逆變器工作原理、SPWM脈沖波的獲得的方法主要內容：SPWM逆變器工作原理、SPWM脈沖波的獲得的方法、全控型三相橋SPWM變頻器的主電路、調制方法、電流跟蹤式PWM變頻器工作原理。思考及作業(yè)：①單極式調制和雙極式調制的區(qū)別是什么？②獲得SPWM控制信號的方法有幾種？教學設計：教師首先在黑板上詳細講解SPWM控制思想，然后用動畫演示SPWM波形成過程。以討論的形式研究電流跟蹤式PWM變頻器工作原理。主要特點：變頻器的輸出環(huán)節(jié)為SPWM調制波，輸出功率因數提高，輸出波形正弦度好。逆變器在調頻的同時實現調壓，與中間直流環(huán)節(jié)的元件參數無關，加快了系統(tǒng)的動態(tài)響應；可獲得比常規(guī)六拍階梯波更好的輸出電壓波形，能抑制或消除低次諧波，使負載電機可在近正弦波的交變電壓下遠行，轉矩脈動小，大大擴展了拖動系統(tǒng)調速范圍，并提高了系統(tǒng)的性能。下面介紹SPWM逆變器工作原理。SPWM逆變器工作原理所謂正弦波脈寬調制（SPWM）就是把正弦波等效為一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形。等效的原則沖量等效原則：如果把一個正弦半波分作n等分（圖中n=12），然后把每一等分的正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用一個與此面積相等的等高矩形脈沖來代替。這樣，由n個等幅而不等寬的矩形脈沖所組成的波形就與正弦半周等效，稱作SPWM波形。上圖的一系列脈沖波形就是所期望的逆變器輸出SPWM波形，用該信號驅動相應開關器件的信號，則變頻器輸出就可到與上圖形狀相似的一系列脈沖波形。SPWM脈沖波的獲得：①計算法，②調制法，用等腰三角波作為載波，當它與任何一個光滑的曲線相交時，在交點的時刻控制開關器件的通斷，即可得到一組等幅而脈沖寬度正比于該曲線函數的矩形脈沖，這正是SPWM所需要的結果。（一）工作原理SPWM技術可用等腰三角波電壓作為載波信號，正弦波電壓作為調制信號，通過正弦波電壓與三角波電壓信號相比較的方法，確定各分段矩形脈沖的寬度。可獲得脈寬正比于正弦波等幅等距的矩形脈沖列。該信號用于逆變器電子開關的開通與關斷控制時，逆變器輸出就是SPWM逆變器。下圖是全控型三相橋SPWM變頻器的主電路，特點：①三相整流電壓給逆變器供電。②控制電路，由號發(fā)生器提供正弦調制波，其頻率可調，決定逆變器輸出的基波頻率，其幅值也可調，決定輸出電壓的大小。三角波載波信號是公用的，分別與每相參考電壓比較后，產生SPWM脈沖序列波，作為逆變器功率開關器件的驅動控制信號。單極式調制和雙極式調制：單極式調制：正弦波的半個周期內每相只有一個開關器件開通或關斷，例如A相VT1反復通斷，下圖表示這時的調制情況。雙極性調制：載波正、負兩個極性，逆變器同一橋臂上下兩個開關器件交替通斷，處于互補的工作方式。經計算表明，這種SPWM逆變器能夠有效地抑制次以下的低次諧波，但存在高次諧波電壓，不過其幅值已很小。PWM調制方法：異步調制同步調制分段同步調制混合調制三相橋式PWM逆變器主電路原理圖調制電路V1V2V3V4VD1VD2VD3VD4utV6VD6V5VD5BACNO'C+C+urAurBurC2Ud2UdVT1VT4VT3VT6VT5VT2說明：調制的實現方法：請同學們分析，引導學生用計算機軟件來實現?！?-5異步電動機電壓、頻率協(xié)調控制的穩(wěn)態(tài)機械特性目的、教學要求：掌握分析不同的電壓-頻率協(xié)調控制方式的機械特性的方法重點、難點：=恒值時、恒控制、恒控制時機械特性推導方法主要內容：=恒值時機械特性推導、恒控制、恒控制時機械特性推導思考：1.電壓、頻率協(xié)調控制有幾種控制方式，各有哪些特點？2.總結恒、恒、恒三種控制方式的特點。教學設計：以恒壓頻比控制方式為主黑板上詳細講解，總結分析方法，恒控制、恒控制指導學生自學，并由學生來總結三種控制方式的特點。具有代表性的電壓、頻率協(xié)調運行方式有：恒壓頻比運行、恒氣隙磁通運行、恒轉子磁通運行和恒電壓運行。其中，前三種運行方式都是以改善轉矩特性為出發(fā)點的，適用于基頻以下的調速情況，第四種運行方式適合于基頻以上的調速情況。下面