電氣自動化專業課程知識的綜合應用

隨著現代技術的迅猛發展，電氣自動化技術也已賦予新的概念，利用變頻器實現交流電動機的調速控制已廣泛應用于生產實踐。為了適應社會需求，加快培養既有現代科學技術又有實際生產能力的技術人才，高等職業教育電氣自動化專業的教學模式也必須加快進行改革與創新。利用變頻器的基本功能和傳感器的自動檢測功能組成一個閉環的交流調速系統，可以將《變頻原理及應用》、《傳感器及應用》、《自動控制原理與系統》等課程的理論與實踐教學結合在一起。通過綜合應用技術的教學，可以有效地提高學生的理論和實際綜合應用能力。

一、各門課程的特點

1.《變頻原理及應用》課程的特點

《變頻原理與應用》是電氣自動化專業的專業課，主要講授變頻器的基本組成原理和變頻器應用系統的設計、安裝調試和維修的知識和技能。通過該課程的學習，使學生掌握變頻器組成的基本原理，掌握變頻器的控制方式和功能設置方法，同時掌握變頻器系統的設計、變頻器的選擇、外部端子的連接以及配用電器的選擇。能運用所學知識技能對風機、泵類設備進行設計改造，并具有一定安裝調試的能力，具備一定的變頻調速系統的設計能力。

2.《傳感器及應用》課程的特點

《傳感器及應用》也是電氣自動化專業的一門專業課。該課程的任務在于使學生掌握檢測與轉換技術的基本理論；基本的誤差處理方法；常用傳感器的工作原理、結構及其在工業中的應用；檢測技術的電磁兼容和抗干擾技術及信號處理、變換與接口電路。通過該課程的學習，要求學生具有選擇傳感器的能力，有組建自動檢測系統的能力，以及對檢測系統中的技術問題具有一定的分析和處理能力。

3.《自動控制原理與系統》課程的特點

《自動控制原理與系統》同樣是電氣自動化專業的一門專業課。通過該課程的學習，使學生初步掌握分析、設計自動控制系統的基本方法，理解交、直流調速系統的組成及工作原理，了解控制系統的安裝、調試和運行的基本知識，具備閱讀控制系統電路圖的基本能力，并掌握控制系統設計的一般方法。

二、專業課程知識綜合應用系統

變頻器是三相異步電機的控制設備，能根據需要調整其轉速。在轉軸上裝傳感器，可對電動機實施轉數、轉速的檢測。經過簡單的信號轉換，便可得到電壓

信號，傳感器不僅可檢測轉速，還可辨別旋轉方向，轉化的電壓信號反饋給變頻器。變頻器可根據輸入給定值和反饋的值，即根據轉速穩定時對應的電壓設定值與傳感器獲得的反饋電壓信號，利用PID 控制自動調節，改變頻率輸出值來調節所控制的三相異步電機轉速，達到調速的目的。

三、專業課程綜合應用的教學實踐

在專業培養目標中，對電動機的自動調速是電氣自動化專業的核心技術能力。它包括系統設計、參數計算、線路的連接、變頻參數的調整、系統調試、實踐中異常情況的處理等。要實現這種綜合技術的理論與實踐有機地結合，需要進行系統設計性綜合實驗才能達到較好的教學效果。《電氣自動化專業課程知識綜合應用實踐》正是為落實這種教學理念而開設的。河南工業職業技術學院通過一個交流異步電動機的閉環變頻調速系統，對學生進行了理論和實踐的綜合技術的教學。

1. 變頻器的基本應用訓練

變頻器的基本應用是實現交流電動機的調速控制。首先讓學生了解變頻器的基本組成，熟悉如何根據負載選擇變頻器的容量，掌握變頻器與系統的連接。因此，本訓練重點是讓學生能正確地將變頻器與電源及電動機連接。

2. 變頻器調節功能和自動控制原理應用訓練

自動控制原理與系統課程的重要內容是PID 調節。變頻器中一般都具備了PID 調節功能。因此，通過變頻器進行參數設定整定分析的訓練，可以達到與自動控制原理相結合的目的。

①比例（P）調節訓練。該訓練主要使學生掌握比例增益對系統性能的影響。比例增益加大，使系統的動作靈敏，速度加快。增益偏大，振蕩次數增多，調節時間加長，系統會趨于不穩定。若增益太小，又會使系統的動作緩慢。

②積分（I）調節訓練。該訓練主要使學生掌握積分時間對系統性能的影響。積分環節參數設定主要解決因速度比例增益設定過大而引起的超調。積分時間參數太小系統將不穩定，系統振蕩次數較多；積分時間參數偏大，對系統動態性能的影響較大；只有當積分時間參數合適時，過渡過程比較合理。

③微分（D）調節訓練。該訓練主要使學生掌握微分時間對系統性能的影響。微分調節主要是解決因積分時間設定過大的缺點。微分控制可以改善動態特性，當微分偏大時，超調量較大，調節時間較長；當微分偏小時，超調量也較大，調節時間也較長；只有微分時間參數合適時，才可以得到比較合適的過渡過程。

3. 傳感器應用技術訓練

將轉速傳感器安裝于電動機轉軸上，并將其輸出連接至變頻器。一方面可訓練對傳感器特性的測試，另一方面可實現閉環調速系統的訓練。對傳感器的測試，需用高輸入電阻的數字式萬用表或示波器，主要是檢測反饋電壓、以及電機輸出轉速信號，通過對傳感器故障的分析，加深對電機、傳感器、變頻器等之間的配合關系的了解，更加完整、準確地掌握傳感器在控制電路的作用。

4. 自動控制系統抗干擾性能訓練

在閉環自動調速系統中，傳感器、電源、負載都會帶來干擾。當速度為定值而實際速度受擾動的影響發生變化時，偏差電壓也會隨之變化。通過對系統的調節可以使實際速度接近或等于定值速度，從而抑制對速度的干擾，提高了速度的控制精度。此閉環控制系統中，輸出轉速取決于給定電壓，對于由電網電壓波動、負載變化以及除測量裝置之外的其它部分的參數所引起的轉速變化都可以通過系統的自動調整加以抑制，閉環系統是通過給定值與反饋量的偏差來實現控制作用的。閉環系統能減小或消除作用在前向通道上的擾動所引起的被控量的偏差值，因而具有較高的控制精度和較強的抗干擾能力。電氣自動化專業課程知識的綜合應用教學，對培養學生掌握綜合應用系統的設計原理、設計方法和控制技術有良好的效果，也能培養學生搜集資料、閱讀資料和利用資料的能力，提高學生的自學能力，使學生的專業技術素質和個人的綜合素質得到全面提高，能為生產一線或技術部門從事應用型的技術人才打下堅實的基礎。