淺議機電一體化特征探索電機結構特點

【摘要】機電一體化是機械技術與微電子技術、信息技術互相滲透的產物，是機電工業發展的必然趨勢，電動機的電力拖動技術已被廣泛地應用在各個工業電氣自動化領域中，本文從電動機結構，運行、價格、維護以及三相異步電動機的機械特性出發，簡述電動機的啟動、制動、調速等技術。

【關鍵詞】電動機；電力拖動；啟動；制動；調速；機電一體化

科學技術的發展極大地推動了不同學科的交叉與滲透，在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、生產方式及管理體系由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段，異步電動機具有結構簡單、運行可靠、價格低、維護方便等一系列的優點，被廣泛應用在電力拖動系統中，電力拖動已被廣泛地應用在各個工業電氣自動化領域中。

一、機電一體化的核心技術

機電一體化包括軟件和硬件兩方面技術。硬件是由機械本體、傳感器、信息處理單元和驅動單元等部分組成。機械本體必須從改善性能、減輕質量和提高精度等幾方面考慮，只有機械本體減輕了重量，才有可能實現驅動系統的小型化，進而在控制方面改善快速響應特性，減少能量消耗，提高效率。傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面，提高可靠性與防干擾有著直接的關系，為進一步發展機電一體化，必須提高信息處理設備的可靠性，包括模/數轉換設備的可靠性和分時處理的輸入輸出的可靠性，進而提高處理速度，并解決抗干擾及標準化問題。驅動技術，正在積極發展內部裝有編碼器的電機以及控制專用組件-傳感器-電機三位一體的伺服驅動單元。接口技術，技術人員正致力于開發低成本、高速串行的接口，來解決信號電纜非接觸化、光導纖維以及光藕器的大容量化、小型化、標準化等問題。軟件技術，為了減少軟件的研制成本，提高生產維修的效率，要逐步推行軟件標準化，包括程序標準化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。

二、三相異步電動機的機械特性

電動機的最大轉矩和啟動轉矩是反映電動機的過載能力和啟動性能的兩個重要指標，最大轉矩和啟動轉矩越大，則電動機的過載能力越強，啟動性能越好。一般情況下，以最大轉矩（或臨界轉差率）為分界點，其線性段為穩定運行區，而非線性段為不穩定運行區。固有機械特性的線性段屬于硬特性，額定工作點的轉速略低于同步轉速。人為機械特性曲線的形狀可用參數表達式分析得出，分析時關鍵要抓住最大轉矩、臨界轉差率及啟動轉矩這三個量隨參數的變化規律。

三、機電一體化技術的主要應用領域

數控機床，數控機床及相應的數控技術在結構、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具體表現在：總線式、模塊化、緊湊型的結構，即采用多CPU、多主總線的體系結構。計算機集成制造系統（CIMS）實現不是現有各分散系統的簡單組合，而是全局動態最優綜合。它打破原有部門之間的界線，以制造為基干來控制“物流”和“信息流”，實現從經營決策、產品開發、生產準備、生產實驗到生產經營管理的有機結合。柔性制造系統是計算機化的制造系統，主要由計算機、數控機床、機器人、料盤、自動搬運小車和自動化倉庫等組成。工業機器人，具有多種感知功能，可進行復雜的邏輯思維、判斷和決策，在作業環境中獨立作業。

四、三相異步電動機的啟動制動與調速

小容量的三相異步電動機可以采用直接啟動，容量較大的籠型電動機可以采用降壓啟動，適合帶較大的負載啟動，繞線轉子異步電動機可采用轉子串接電阻或頻敏變阻器啟動，其啟動轉矩大、啟動電流小，適用于中、大型異步電動機的重載啟動。軟啟動器是一種集電機軟啟動、軟停車、輕載節能和多種保護功能于一體的新型電動機控制裝置，啟動器實際上是個調壓器，用于電動機啟動時，輸出只改變電壓并沒有改變頻率。三相異步電動機也有三種制動狀態：能耗制動、反接制動（電源兩相反接和倒拉反轉）和回饋制動。這三種制動狀態的機械特性曲線、能量轉換關系及用途、特點等均與直流電動機制動狀態類似。三相異步電動機的調速方法有變極調速、變頻調速和變轉差率調速。變頻調速是現代交流調速技術的主要方向，它可實現無級調速，適用于恒轉矩和恒功率負載。把電壓和頻率固定不變的工頻交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。變頻器輸出的波形是模擬正弦波，主要用在三相異步動機的調速，又叫變頻調速器。

五、機電一體化技術的發展前景

縱觀國內外機電一體化的發展現狀和高新技術的發展動向，機電一體化將朝著智能化。智能機電一體化產品可以模擬人類智能，具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力，從而取代制造工程中人的部分腦力勞動，未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，如何賦予機電一體化產品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。微型機電一體化系統高度融合了微機械技術、微電子技術和軟件技術，是機電一體化的一個新的發展方向，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。模塊化也是機電一體化產品的一個發展趨勢，機電一體化產品生產企業可利用標準單元迅速開發新產品，同時也可以不斷擴大生產規模。網絡技術的飛速發展各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。工業的發達使人們物質豐富，綠色化是時代的趨勢，其目標是對生態環境無危害或危害極小，資源利用率極高，綠色制造業是現代制造業的可持續發展模式。

六、結論

機電一體化技術是眾多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求，它促使機械工業發生戰略性的變革，使傳統的機械設計方法和設計概念發生著革命性的變化，三相異步電動機在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、生產方式及管理體系由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段，具有結構簡單、運行可靠、價格低、維護方便等一系列的優點，已被廣泛地應用在各個工業電氣自動化領域中，大力發展新一代機電一體化產品，不僅是改造傳統機械設備的要求，而且是推動機械產品更新換代和開辟新領域、發展與振興機械工業的必由之路。