电气自动化专业课程知识的综合应用

随着现代技术的迅猛发展，电气自动化技术也已赋予新的概念，利用变频器实现交流电动机的调速控制已广泛应用于生产实践。为了适应社会需求，加快培养既有现代科学技术又有实际生产能力的技术人才，高等职业教育电气自动化专业的教学模式也必须加快进行改革与创新。利用变频器的基本功能和传感器的自动检测功能组成一个闭环的交流调速系统，可以将《变频原理及应用》、《传感器及应用》、《自动控制原理与系统》等课程的理论与实践教学结合在一起。通过综合应用技术的教学，可以有效地提高学生的理论和实际综合应用能力。

一、各门课程的特点

1.《变频原理及应用》课程的特点

《变频原理与应用》是电气自动化专业的专业课，主要讲授变频器的基本组成原理和变频器应用系统的设计、安装调试和维修的知识和技能。通过该课程的学习，使学生掌握变频器组成的基本原理，掌握变频器的控制方式和功能设置方法，同时掌握变频器系统的设计、变频器的选择、外部端子的连接以及配用电器的选择。能运用所学知识技能对风机、泵类设备进行设计改造，并具有一定安装调试的能力，具备一定的变频调速系统的设计能力。

2.《传感器及应用》课程的特点

《传感器及应用》也是电气自动化专业的一门专业课。该课程的任务在于使学生掌握检测与转换技术的基本理论；基本的误差处理方法；常用传感器的工作原理、结构及其在工业中的应用；检测技术的电磁兼容和抗干扰技术及信号处理、变换与接口电路。通过该课程的学习，要求学生具有选择传感器的能力，有组建自动检测系统的能力，以及对检测系统中的技术问题具有一定的分析和处理能力。

3.《自动控制原理与系统》课程的特点

《自动控制原理与系统》同样是电气自动化专业的一门专业课。通过该课程的学习，使学生初步掌握分析、设计自动控制系统的基本方法，理解交、直流调速系统的组成及工作原理，了解控制系统的安装、调试和运行的基本知识，具备阅读控制系统电路图的基本能力，并掌握控制系统设计的一般方法。

二、专业课程知识综合应用系统

变频器是三相异步电机的控制设备，能根据需要调整其转速。在转轴上装传感器，可对电动机实施转数、转速的检测。经过简单的信号转换，便可得到电压

信号，传感器不仅可检测转速，还可辨别旋转方向，转化的电压信号反馈给变频器。变频器可根据输入给定值和反馈的值，即根据转速稳定时对应的电压设定值与传感器获得的反馈电压信号，利用PID 控制自动调节，改变频率输出值来调节所控制的三相异步电机转速，达到调速的目的。

三、专业课程综合应用的教学实践

在专业培养目标中，对电动机的自动调速是电气自动化专业的核心技术能力。它包括系统设计、参数计算、线路的连接、变频参数的调整、系统调试、实践中异常情况的处理等。要实现这种综合技术的理论与实践有机地结合，需要进行系统设计性综合实验才能达到较好的教学效果。《电气自动化专业课程知识综合应用实践》正是为落实这种教学理念而开设的。河南工业职业技术学院通过一个交流异步电动机的闭环变频调速系统，对学生进行了理论和实践的综合技术的教学。

1. 变频器的基本应用训练

变频器的基本应用是实现交流电动机的调速控制。首先让学生了解变频器的基本组成，熟悉如何根据负载选择变频器的容量，掌握变频器与系统的连接。因此，本训练重点是让学生能正确地将变频器与电源及电动机连接。

2. 变频器调节功能和自动控制原理应用训练

自动控制原理与系统课程的重要内容是PID 调节。变频器中一般都具备了PID 调节功能。因此，通过变频器进行参数设定整定分析的训练，可以达到与自动控制原理相结合的目的。

①比例（P）调节训练。该训练主要使学生掌握比例增益对系统性能的影响。比例增益加大，使系统的动作灵敏，速度加快。增益偏大，振荡次数增多，调节时间加长，系统会趋于不稳定。若增益太小，又会使系统的动作缓慢。

②积分（I）调节训练。该训练主要使学生掌握积分时间对系统性能的影响。积分环节参数设定主要解决因速度比例增益设定过大而引起的超调。积分时间参数太小系统将不稳定，系统振荡次数较多；积分时间参数偏大，对系统动态性能的影响较大；只有当积分时间参数合适时，过渡过程比较合理。

③微分（D）调节训练。该训练主要使学生掌握微分时间对系统性能的影响。微分调节主要是解决因积分时间设定过大的缺点。微分控制可以改善动态特性，当微分偏大时，超调量较大，调节时间较长；当微分偏小时，超调量也较大，调节时间也较长；只有微分时间参数合适时，才可以得到比较合适的过渡过程。

3. 传感器应用技术训练

将转速传感器安装于电动机转轴上，并将其输出连接至变频器。一方面可训练对传感器特性的测试，另一方面可实现闭环调速系统的训练。对传感器的测试，需用高输入电阻的数字式万用表或示波器，主要是检测反馈电压、以及电机输出转速信号，通过对传感器故障的分析，加深对电机、传感器、变频器等之间的配合关系的了解，更加完整、准确地掌握传感器在控制电路的作用。

4. 自动控制系统抗干扰性能训练

在闭环自动调速系统中，传感器、电源、负载都会带来干扰。当速度为定值而实际速度受扰动的影响发生变化时，偏差电压也会随之变化。通过对系统的调节可以使实际速度接近或等于定值速度，从而抑制对速度的干扰，提高了速度的控制精度。此闭环控制系统中，输出转速取决于给定电压，对于由电网电压波动、负载变化以及除测量装置之外的其它部分的参数所引起的转速变化都可以通过系统的自动调整加以抑制，闭环系统是通过给定值与反馈量的偏差来实现控制作用的。闭环系统能减小或消除作用在前向通道上的扰动所引起的被控量的偏差值，因而具有较高的控制精度和较强的抗干扰能力。电气自动化专业课程知识的综合应用教学，对培养学生掌握综合应用系统的设计原理、设计方法和控制技术有良好的效果，也能培养学生搜集资料、阅读资料和利用资料的能力，提高学生的自学能力，使学生的专业技术素质和个人的综合素质得到全面提高，能为生产一线或技术部门从事应用型的技术人才打下坚实的基础。