機電一體化應用中的電機控制與保護路徑研究

潘彩霞

（南京交通職業(yè)技術(shù)學院，江蘇南京211100）

機電一體化應用中的電機控制與保護路徑研究

潘彩霞

（南京交通職業(yè)技術(shù)學院，江蘇南京211100）

在過去的生產(chǎn)過程中，對機械的使用和控制基本通過人工操作來實現(xiàn)，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大和社會供需關(guān)系的變化傳統(tǒng)的機械生產(chǎn)方式已經(jīng)無法適應現(xiàn)代工業(yè)和市場的需要，將現(xiàn)代電子控制學和傳統(tǒng)機械生產(chǎn)管理相結(jié)合已經(jīng)成為未來的生產(chǎn)的必然選擇。在實際的機電一體化的電機控制和保護仍存在許多問題，筆者就機電一體化應用中的電機控制和保護的相關(guān)問題進行淺析。

機電一體化；電機；機械技術(shù)；數(shù)控

在高校理學專業(yè)中，機電一體化又被稱作機械電子學。綜合來說在現(xiàn)實生活中，機電一體化是計算機技術(shù)、信息技術(shù)、機械技術(shù)、電子控制技術(shù)等眾多現(xiàn)代科學理論和傳統(tǒng)機械生產(chǎn)模式相結(jié)合的現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)。

近些年來隨著社會生產(chǎn)的不斷擴大，機電一體化技術(shù)在應用中不斷發(fā)展，社會越來越重視對機電一體化中電機的控制和保護[1]。到目前為止，我國在相應的技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)有所建樹，但是其中仍然存在一定的問題和不足，為了促進機電一體化在工業(yè)生產(chǎn)擴大過程中的作用的發(fā)揮，促進機電一體化與生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，必須要進一步加強對機電一體化應用的控制與保護，而電機是機電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)的核心機構(gòu)有必要對其進行特別的控制和保護[2]。

機電一體化應用中對電機實現(xiàn)控制和保護旨在維持生產(chǎn)系統(tǒng)中機械設(shè)備的穩(wěn)定運行，從而促進生產(chǎn)的質(zhì)量提高和效率提升，進而構(gòu)建以機電一體化為核心的先進的工業(yè)生產(chǎn)模式。

1 機電一體化的具體內(nèi)容

1.1 機械技術(shù)

機電一體化是在傳統(tǒng)的機械生產(chǎn)模式的基礎(chǔ)之上融入現(xiàn)代電子技術(shù)而誕生的一種較為先進的新型生產(chǎn)技術(shù)，機械技術(shù)是機電一體化的基礎(chǔ)。其中機械技術(shù)的著眼點在于如何與電子操控技術(shù)相結(jié)合，利用電子操控的高效率、優(yōu)質(zhì)量的特點，實現(xiàn)生產(chǎn)全流程的性能變更。在機電一體化應用中常見的是機械技術(shù)和計算機輔助系統(tǒng)的結(jié)合。

1.2 計算機與信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

機電一體化可以分為兩個結(jié)構(gòu)部分，分別是“機”和“電”兩個部分。“機”是機電一體化中的機械部分，可以理解為硬件系統(tǒng)，而“電”就是所謂的計算機和信息網(wǎng)絡(luò)部分，這是機電一體化技術(shù)和傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)最大的差別之處，也是機電一體化技術(shù)的核心，其是現(xiàn)代自動化生產(chǎn)、智正化生產(chǎn)及生產(chǎn)數(shù)控的精髓[3]。

1.3 傳感檢測技術(shù)

傳感檢測技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強，系統(tǒng)的自動化程序就越高。現(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴酷環(huán)境的考驗，它是機電一體化系統(tǒng)達到高水平的保證。

2 機電一體化的應用領(lǐng)域

機電一體化的應用領(lǐng)域極其廣泛，就現(xiàn)代的生產(chǎn)和生活來說，機電一體化基本應用于所有有機械部件運作的系統(tǒng)中，這里選擇幾個比較典型的機電一體化應用的實例進行淺析。

2.1 機器人

機器人是機電一體化應用中最高端的一種類型，其具備自動識別對象的功能，同時能夠執(zhí)行定位、抓取、搬運等諸多復雜的機械動作。機器人是在傳統(tǒng)機械技術(shù)的基礎(chǔ)之上結(jié)合現(xiàn)代計算機技術(shù)發(fā)展而來的精密機械技術(shù)、微電子技術(shù)、檢測傳感技術(shù)以及自動控制技術(shù)的多維結(jié)合體，是當前最先進、最精密的一種機電一體化現(xiàn)實模型之一[4]。

2.2 數(shù)控機床

數(shù)控機床是機電一體化在生產(chǎn)領(lǐng)域最廣泛的應用類別。傳統(tǒng)上我國機床生產(chǎn)由人工進行控制和操作，一些結(jié)構(gòu)相對精密的部件或設(shè)備無法生產(chǎn)，但是在機電一體化理論下，電子計算機和傳統(tǒng)機械生產(chǎn)相結(jié)合，實現(xiàn)了高效化、自動化的生產(chǎn)機床[5]。并且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，機電一體化的自動化機床必然是未來制造領(lǐng)域的中堅力量。

2.3 汽車電噴系統(tǒng)

車用電噴系統(tǒng)分為汽油電噴和柴油電噴系統(tǒng)，汽油電噴技術(shù)有較高的普及率，主要汽車企業(yè)均掌握了該技術(shù)。這種基于機電一體化理念的汽車電噴系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)汽車燃料供給的嚴格控制，這對我國交通運輸業(yè)的綠色發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，是我國低碳經(jīng)濟發(fā)展理念下的技術(shù)攻關(guān)。

3 機電一體化應用中電機控制與保護存在的問題

3.1 控制與保護裝置無法滿足應用需求

我國現(xiàn)在廣泛應用的電機控制與保護裝置是基于電磁理論和電熱理論同時借助熔斷器和短路保護裝置以及電磁繼電器構(gòu)建的電機控制與保護系統(tǒng)，雖然這種系統(tǒng)是現(xiàn)階段能夠應用于機電一體化應用中電機控制與保護的最科學的控制與保護裝置，但是綜合來說還不夠完善，主要是零件的靈敏性、有效性上存在缺失。

很多生產(chǎn)事故都與電機控制系統(tǒng)失靈有關(guān)，例如：自動化機床不能準確執(zhí)行指令造成操作人員受傷，生產(chǎn)中電機處于異常狀態(tài)不能正常生產(chǎn)作業(yè)等；這些事故有時是由于電機處于異常工作狀態(tài)，有時是過熱，有時是短路或其他異常問題，但是電機保護系統(tǒng)沒有及時發(fā)揮作用，使電機在生產(chǎn)系統(tǒng)中以異常狀態(tài)保持作業(yè)，從而為生產(chǎn)事故埋下安全隱患。而往往更多的時候并非由于機電一體化系統(tǒng)中電機保護或控制系統(tǒng)缺失使電機失控，而是相應的保護與控制系統(tǒng)在檢測到電機異常狀態(tài)后及時有效地發(fā)出警告或中止指令，這期間經(jīng)常存在一定的緩沖期或機械反應期，而生產(chǎn)事故也大多發(fā)生在這期間。這主要是由于硬件功能上的不足，從而使電機控制與保護裝置無法完全滿足應用需求[6]。

3.2 井下機電設(shè)備應用方面存在的問題

井下機械設(shè)備電子化進程在我國還未全面推廣，但是由于井下事故發(fā)生頻率較高，該問題應當納入研究的機電一體化應用中電機控制和保護研究范疇。

目前，在井下機電設(shè)備的應用中還存在一些問題，這也就影響了電機控制與保護的功能與效果。其中最為薄弱的環(huán)節(jié)即為為鼠籠式異步電機，如果在此環(huán)節(jié)沒有進行合理有效地應用，那么就會導致許多電機的運行故障的發(fā)生。這樣就會嚴重影響到電機運行的安全性與穩(wěn)定性，所以相關(guān)人員必須要充分重視井下機電設(shè)備的應用問題，并且將其與電機控制與保護有機地結(jié)合起來，從而為機電一體化的安全、穩(wěn)定運行提供有力的保障。

4 機電一體化應用中電機控制與保護路徑分析

4.1 強化電流和電壓管控

電機是機電一體化應用中的核心部件，其根本驅(qū)動力是電力，通過電磁之間的轉(zhuǎn)化或電熱之間的轉(zhuǎn)化從而帶動整個系統(tǒng)。而以電為驅(qū)動力的設(shè)備都有兩個標準指標，即電流和電壓，其是構(gòu)成電機功率的兩個重要數(shù)據(jù)。并且每一種規(guī)格的電機都有額定功率、額定電壓以及額定電流，如果電機處于正常作業(yè)狀態(tài)，那么這這幾項指標在檢測中就會以正常數(shù)值呈現(xiàn)，因此一些細小的電機故障時可以通過這些數(shù)據(jù)反應出來，并且電流、電壓等電機常規(guī)數(shù)據(jù)的獲取也相對簡單，通過常規(guī)的檢測儀表就可以實現(xiàn)強化。當電壓異常時，電機可能內(nèi)部電容出現(xiàn)問題，電阻設(shè)備發(fā)生異常；電流異常時，可能電機內(nèi)部線路存在短、斷路故障等。通過強化電機的電流和電壓檢測與管控進而做到對電機故障的及時發(fā)現(xiàn)、及時排除，從而實現(xiàn)機電一體化應用中電機的高校控制與保護。

4.2 定期進行設(shè)備全檢

電機是機電一體化應用中的動力供給裝置，就意味著其會長期處于高負荷工作狀態(tài)，而電機從本質(zhì)上來說也是一種機械設(shè)備，在使用的過程中難免出現(xiàn)磨損。這些磨損很有可能導致電機處于異常工作狀態(tài)，因此有必要定期對系統(tǒng)內(nèi)電機進行全面檢查，檢查的部分包括電機、傳導軸承、其他制動部件等，對該修理的部分進行維護、該替換的零件進行更新等，排除有可能導致電機異常工作狀態(tài)的一切因素，從而保證電機時刻處于最佳工作狀態(tài)。

此外，一般而言，電機的使用壽命約為4～10萬小時，對于已經(jīng)超過服役期限的電機應當及時進行更換，以保持整個機械系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

4.3 清理電機作業(yè)環(huán)境

清理電機作業(yè)環(huán)境對各種情況下的電機控制和保護工作的促進都有利，并且是最有效優(yōu)化井下作業(yè)電機控制和保護工作的途徑。由于井下作業(yè)環(huán)境相對惡劣，長期處于多灰塵、通風不暢的狀態(tài)，電機在這種環(huán)境下作業(yè)很容易產(chǎn)生灰塵堆積、散熱不利的問題，而灰塵和散熱問題會嚴重影響電機的對外輸出效率，并且井下環(huán)境相對復雜，對設(shè)備進行全面檢測和養(yǎng)護比較困難，這種時候就要盡可能通過改善電機作業(yè)環(huán)境來促進井下電機的控制和保護工作進行。例如，定期清理井下電機作業(yè)通道內(nèi)的灰塵，延緩電機發(fā)生灰塵堆積的周期；疏通井下通風路徑，改善井下空氣循環(huán)條件，促進井下作業(yè)電機的散熱效率。

5 結(jié)束語

綜上所述，通過對機電一體化的具體內(nèi)容與應用領(lǐng)域進行探討，進而提出機電一體化應用中電機控制與保護存在的問題，重點對相應問題提出機電一體化應用中電機控制與保護路徑，以促進機電一體化得到更廣泛和安全的應用。

[1]王艷亮．對機電一體化技術(shù)中電機控制的研究[J]．科技研究，2014（3）：89.

[2]吳定華．機電一體化中電機設(shè)備的控制保護問題分析[J]．工程技術(shù)，2016（18）：92-92.

[3]劉剛．機電一體化中電機設(shè)備的控制保護問題分析[J]．科技與創(chuàng)新，2016（18）：92-92.

[4]李紅軍．淺談機電一體化應用中電機控制與保護實用技術(shù)[J]．工程技術(shù)，2015（39）：96-96.

[5]康勁松，勞建忠．直驅(qū)型風力發(fā)電系統(tǒng)中永磁同步發(fā)電機的控制技術(shù)研究[J]．機電一體化，2010（8）：13-17.

[6]胡展敏，袁登科．基于MRAS的永磁同步電機無速度傳感器控制研究[J]．機電一體化，2014，20（11）：20-24.

Electromechanical Integration Path Research Application in the Motor Control and Protection

PAN Cai-xia
（Nanjing Communications Institute of Technology，Nanjing Jiangsu 211100，China）

In the past the production process，we use and control of mechanical basic done by manual operation. With the expanding of the scale of production and social changes in supply and demand，traditional way of mechanical production has been unable to adapt to the need of modern industry and market，modern electronic control and combination of traditional mechanical production management has become an inevitable choice for the future production.In the actual mechanical and electrical integration of motor control and protection is still exist many problems，the author in this article will discuss the mechanical and electrical integration application of motor control and protection of the relevant problems are analysed.

mechanical and electrical integration；the motor；mechanical technology

G648

A

1672-545X（2017）03-0208-02

2016-12-02

潘彩霞（1982-），江蘇人，講師，碩士，研究方向為機電一體化。

企業(yè)管理