關于機電一體化技術中電機控制探討

楊建英

摘要： 我國機械制造行業(yè)快速發(fā)展，其控制系統(tǒng)也隨之發(fā)展起來，且重要性與日俱增。目前諸多領域的大型電機仍有不少缺陷，需要控制系統(tǒng)更加完善。機電一體化，即機械技術與電子技術的有機融合，將各自技術中的特點完美地結合在一起，實現(xiàn)優(yōu)勢互補。以機電一體化技術的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀為前提，探討該技術在應用過程中對電機保護及控制方面的問題，提出相應的對策，分析行業(yè)前景，以期對行業(yè)技術人員有所借鑒。

關鍵詞： 機電一體化；電機；控制

1 機電一體化技術的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀

1.1 機電一體化的發(fā)展歷程

機電一體化技術的發(fā)展有三個階段，即發(fā)展初級階段、蓬勃發(fā)展階段和智能化發(fā)展階段。最初早在20實際60年代人們開始利用電子技術的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能。而由于軍事和工業(yè)發(fā)展的需求，當時的人們對于這方面開始重視，由于當時電子技術水平發(fā)展不夠，技術結合與運用還沒有得到深入發(fā)展。到上個世紀七八十年，計算機技術和通信技術開始快速的發(fā)展為機電一體化的發(fā)展奠定了技術基礎。到了90年代后期，機電一體化進入深入發(fā)展時期，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新分支。此外，由于神經(jīng)網(wǎng)絡技術、人工智能技術、光纖技術等領域巨大進步，為機電一體化技術的發(fā)展創(chuàng)造了更好的條件。從數(shù)控機床的問世到微電子技術的全新發(fā)展，進而可編程序控制器、電力電子等的發(fā)展為機電一體化提供了堅強基礎，最后激光技術、模糊技術、信息技術等新技術使機電一體化躍上新臺階。

1.2 機電一體化技術發(fā)展現(xiàn)狀

近些年來，機電一體化技術有了更全面的進步，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還能賦予自動顯示記錄、自動處理信息、自動檢測、自動調節(jié)與控制自動診斷與保護等許多新的功能。目前一些電動的實際運行中依然存在著一定的問題，比如執(zhí)行機構機構多、定位精度低、結構復雜、可靠性差等問題，因而對于這種情況，采用機電一體化技術，將伺服電機、閥門、控制器合為一體，采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡，通過內置變頻器，實現(xiàn)閥門的高效控制。

2 機電一體化應用中電機控制與保護存在的問題

2.1 井下機電設備的應用存在的問題

在井下機電設備的應用中對電機的控制與保護還存在著很多弱點，如鼠籠式異步電機屬于電機控制與保護中最薄弱的環(huán)節(jié)，此環(huán)節(jié)應用不當所引起的電機運行故障很多，約占整個電機設備故障的一半以上。因此，有關人員必須要將井下的電機設備的電機控制與保護重視起來，要研發(fā)性能更為可靠的電機控制保護裝置。

2.2 電機控制保護裝置的使用難以達到需求

在現(xiàn)階段，所使用的電機控制保護裝置還不夠發(fā)達，尚未達到機電一體化應用中的電機控制與保護的需求。因為所使用的電機控制保護裝置多是憑借電熱原理和電磁原理，利用熱繼電器的過載保護功能和熔斷器的短路保護而進行的，由于這種零部件本身的不足，導致機電控制與保護還存在缺陷，因此，在機電產(chǎn)品的設計過程中，要將設計、控制與保護融為一體、綜合考慮，使電機控制與保護裝置實現(xiàn)多樣化和全面化。

3 機電一體化應用中電機控制與保護的措施

3.1 對閥門與速度的控制

在電機控制保護裝置的實際應用中，對閥門和速度的控制是不可缺少的。在我國主要采用的是雙環(huán)控制方案，其中內環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是位置環(huán)。速度環(huán)的目的是為實現(xiàn)對于電機實際轉速的調節(jié)與控制而進行的一系列操作，這個目的是通過使用速度調節(jié)器，將PWM波發(fā)生器的載波頻率進行調節(jié)而達到的。外環(huán)的作用是向內環(huán)提供相應的速度設定值，這一過程是根據(jù)外環(huán)的當前位置速度設定，并使用速度給定發(fā)生器來實現(xiàn)的。

3.2 對電流電壓的準確檢測

在對機電一體化中電機控制與保護裝置的應用中，對于電流、電壓的檢測也是不可忽視的，因為對二者的正確檢測有益于電機力矩、斷相保護、逆變模塊等故障的診斷。但是使用一般的電流、電壓互感器是很難達到此要求的，為了快速診斷故障排除問題，要采用霍爾型電流互感器和IPM輸出電壓采用分壓電路的方式對IPM輸出三相電流和電壓進行檢測，從而達到電機控制與保護的要求。

3.3 機電一體化中電機的運行維護

機械工業(yè)的飛速發(fā)展對電機運行維護不斷提出新的要求，而現(xiàn)代科技技術的飛速發(fā)展又為電機的保護水平的提高提供了新的空問。然而再先進的技術都需要依靠人為的操控，因此，對于電機的運行維護是確保電機的機電一體化技術優(yōu)勢表現(xiàn)的重要前提。在這里把電機的維護分為三個方面，一個是電機運行前的準備，一個是電機運行中的監(jiān)管，還一個是電機的日常保養(yǎng)。在電動機啟動前需要檢查電源是否有電，觀察啟動器是否正常、熔絲規(guī)格大小是否合適，檢查傳動電動機轉了和負載機械的轉軸、電動機及啟動電器外殼是否接地、負載機械是否妥善地作好了啟動準備。接通電源后，啟動時應注意觀察電動機、傳動裝置、負載機械的工作情況，如果發(fā)現(xiàn)異常應立即切斷電源。對于電動機運行中的監(jiān)視，要時刻注意電動機的電壓與電流，關注電動機的振動、響聲和氣味，注意傳動裝置的檢查，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，減少或避免故障的發(fā)門。而對于電動機保護除了運行過程中注意監(jiān)視和維護外還應進行定期檢查和保養(yǎng)。

3.2 電機保護控制裝置發(fā)展趨勢及前景

電機控制保護現(xiàn)狀是缺乏思路創(chuàng)新和科技創(chuàng)新，近幾年針對這些問題提出一些新的理論方法，期望推進該事業(yè)的進一步發(fā)展。通過仿真計算和故障建模，并引入突破量、相位量、諧波份量、阻抗量、序份量等多種對電機故障敏感的檢測量進行數(shù)據(jù)分析，并作相應判斷和分析，把這些工作量提前做好的話，不但可以大大提高保護控制裝置的精度和靈感度，還可以為以后的理論研究提供依據(jù)，為今后的突破進展提供依據(jù)。新技術的應用與開發(fā)（例如在線監(jiān)測保護控制裝置的應用等）也是電機控制保護裝置的一個重要方面。利用新的技術產(chǎn)品（例如高頻電磁波、位移、振動、紅線、機械、電、熱、光、聲等）和理論對電機的運行進行實時監(jiān)測，然后根據(jù)各種裝置輸出的信息通過計算機進行判斷，把反射的數(shù)據(jù)進行分類，通過科學的分析和比對確定故障類型和嚴重程度，最后再采取相應的補救措施等，這樣不僅能實現(xiàn)以上各種電機保護控制功能，更重要的是能在故障之前發(fā)出預警，達到提前防止故障發(fā)生，防患于未然。電機控制與保護裝置還有一項很重要的發(fā)展前景就是積極配套出廠電機保護控制裝置，根據(jù)國際質量標準水平發(fā)現(xiàn)自己的不足和缺陷，并根據(jù)我國現(xiàn)實狀況具體設計規(guī)劃，力求適應中國國情。所以說我國在這一方面應該像國外積極學習，發(fā)展配套運行機制，使得購買效率和使用效率都提高，避免了使用者配置不當引起機器損毀，耐用率低下而花費高昂，一方面使出產(chǎn)者的口碑提高和產(chǎn)品進一步推廣全國乃至世界打下基礎。所以說電機與其保護設備的配套不但能夠促進彼此的使用效果，拓寬了電機事業(yè)長遠發(fā)展的道路，對整個機電事業(yè)的科學化、人文化、世界化都是一個不小的促進。

4 結束語

總而言之，隨著我國科技水平的快速發(fā)展，機電一體化技術的會得到不斷的提高，而電動機作為扮演我國工業(yè)現(xiàn)代化建設中的重要角色，起著非常關鍵的作用。而對于機電一體化中的電機控制和保護技術也因此顯得格外重要，電動機的高效率運行是目前電機行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，可見推廣高效率電動機是非常有必要的。要從電動機的技術發(fā)展和運行維護上進行探討分析，以從根本上解決目前機電一體化中電機的高效問題，同時也為將后的進一步發(fā)展奠定基礎。

參考文獻

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