基于電機在機電一體化技術中的保護分析

金磊

摘要：在社會經濟飛速發展的情況下，機械電子技術逐步提升，尤其是在機電一體化技術方面的進步，為社會發展做出了突出貢獻。電機作為機電一體化系統中的核心部分，對整個系統的運行有至關重要的作用，因此需要做好電機保護。文章先闡述了機電一體化技術的概念和發展，然后結合實際對機電一體化技術中電機保護存在的不足和問題進行了分析，最后針對這些問題提出了一些應對策略，希望能為相關行業的發展提供參考。

Abstract： With the rapid development of society and economy， mechatronic technology has been gradually improved， especially the progress in mechatronics technology， which has made outstanding contributions to social development. As the core part of the mechatronics system， the motor plays a vital role in the operation of the entire system. Therefore， motor protection is required. The article first elaborates the concept and development of mechatronics technology， then analyzes the shortcomings and problems of motor protection in mechatronics technology based on the actual situation， and finally proposes some countermeasures to these problems， hoping to provide reference for the development of the relevant industries.

關鍵詞：電機;機電一體化;保護

0? 引言

在近代社會現代化發展過程中，機電一體化技術的重要性不言而喻，而在機電一體化技術系統當中，電機保護裝置對系統安全及節能性有重要作用。在機電一體化技術不斷升級和完善的過程中，人們對電機保護裝置的可靠性提出了更高的要求。因此，需要對機電一體化技術中電機保護存在的不足和問題進行研究，不斷推動相關產業發展。

1? 機電一體化技術概述

1.1 機電一體化概念

工業革命以后，人類社會部分勞動被機械所代替，電子機械化水平不斷提高，后來隨著計算機技術、信息技術的應用，機電一體化的概念逐漸成熟。機電一體化也就是將電子技術、信息處理技術、機械控制技術有機結合起來，實現機械自動化控制的技術手段。機電一體化系統利用電子技術代替人力來控制機械，實現了無人化操作，再利用計算機信息技術來實現自動化控制?？梢哉f，機電一體化技術是一種融合了當代多學科知識的技術手段。在全新發展時期當中，機電一體化技術的研究方向主要包括提高資源利用率、降低能耗、促進生態保護、提升生產效率品質、保障生產安全等。

1.2 機電一體化發展及應用

從機電一體化的發展歷程來講，該技術的發展主要分為三個階段：其一為初始階段，即電子技術和機械化系統的結合;其二為快速發展階段，此時加入了計算機技術和自動化控制模塊，機電一體化系統逐步實現了自動化控制;其三是智能化階段，是機電一體化的高級階段，該階段的機電一體化系統是一個兼顧多方面需求的技術生態，并且存在著無限可能性。目前，機電一體化主要在自動化生產、數控機床等領域有大量應用，全面推動了社會生產力的發展。近年來，我國的機電一體化技術已經逐漸從傳統的工業生產、國家建設，覆蓋到社會的各個角落，與人們的生活出行息息相關，極大的方便了人們的生活[1]。

2? 機電一體化中電機保護存在的不足和問題

2.1 用電問題

正常情況下，電機保護裝置的工作模式有電熱、電磁兩種，而隨著機電一體化技術的不斷發展，很多產業的機械化系統都逐漸實現了機電一體化[2]。而在采用機電一體化的系統當中，電機所承擔的工作量較大，長期處于運轉或頻繁啟動狀態，很容易導致電機電路出現問題。例如，電機線路老化導致電能損耗，電機超負荷運作，以及電路短路等。很多企業選購機電一體化電機時，沒有考慮電能強度需求和電能損耗，導致電機在機電一體化系統當中的工作存在用電風險。

2.2 井下電機設備故障問題

正常的生產和運行環境下，電機的保護設施比較完善，同時周邊存在的環境影響因素也比較少。但是，在部分產業的機電一體化運行環境下，電機工作還會受到周邊環境的影響，同時環境因素也會導致電機保護工作難以開展。例如，在礦物開采產業的井下部分，無論是掘進機、開采機，還是傳輸系統，都逐步實現了機電一體化。在礦井下的電機會受到潮濕的環境影響，還會面臨著井下瓦斯、地下水的威脅，同時井下信號較差，電機保護裝置的監測功能無法及時將危險信號傳輸給監控中心，導致故障處理不及時[3]。另外，井下昏暗狹小的空間也不利于人工檢查和維修工作的開展。在井下機電一體化系統的電機中，鼠籠式異步電機的電機保護難度較大，故障率也比較高，給電機保護工作帶來了巨大挑戰。

2.3 異步電機故障控制問題

在機電一體化系統當中，異步電機是故障率較高的部分之一，通常情況下故障控制都未能達到較好的效果[4]。針對這一問題，關鍵在于需要提升異步電機基礎材料的品質，避免電機長時間運行后因材料老化而出現故障的問題。在此基礎上，異步電機工作模式的優化也存在一定困難，所以對于異步電機的故障控制一直都是行業內技術專家共同探討的問題。例如，在當前很多產業機電一體化系統中常用的三相異步電機設備由于長時間運行，加上環境較差、日常維護保養工作沒做好，導致設備經常發生電路故障，不僅影響生產活動和秩序，還會產生巨大的安全隱患。

2.4 缺乏完善的管理機制

雖然當今機電一體化應用范圍越來越廣，很多企業也知道電機對機電一體化系統穩定運行的重要性，但是依然還有很多企業缺乏一個完善、嚴謹的管理機制。具體表現為沒有針對機電一體化系統中的電機保護制定足夠合理的巡檢制度，相關技術人員在日常檢查和故障排除時也缺乏專業能力，導致電機的很多故障長期存在，威脅到生產活動時才被發現和處理[5]。同時，技術人員沒有可靠的電機保護裝置和系統給予支持，很多時候都需要人到電機所在位置進行全面檢查，不僅耗費大量時間，也無法保證各類故障隱患第一時間被發現，并且在井下或大型機電一體化系統當中，電機所在位置環境比較復雜，維修巡檢人員進入該區域不僅存在安全隱患，相關工作也會受到干擾。

3? 電機在機電一體化技術中的保護策略分析

3.1 電機用電問題的解決措施

針對機電一體化系統中電機出現的各類用電問題，首先需要針對電機系統電路、電能損耗進行監測，可以采用人工監測和傳感器監測的方法，確保技術人員對機電一體化電機系統電能損耗問題足夠了解，然后通過技術手段讓電機電流、電壓等參數可以維持在能夠支持系統運轉的安全水準。正常情況下，常規的檢測技術和儀器無法滿足機電一體化電機保護裝置的監測要求，因此需要選用比較先進的監測設備，如霍爾型電流互感器就是目前比較實用的設備之一，利用它與IPM輸出電壓采用分壓電路的方式，對電壓及IPM輸出三相電流保持實時監測，可以迅速判斷故障，及時給技術人員發出預警。針對電機電能損耗問題，可以利用用電監控儀器，來繪制電能消耗和損耗圖，從生產活動本身及電機運轉狀態等方面找到電能損耗的原因，制定針對性的解決方案。從機電一體化技術發展的大環境來看，想要根本解決電機用電問題，有必要在電機設計階段就充分考慮各類故障問題，并且了解電機應用企業的實際生產方式和電機的工作環境，然后針對性配置保護裝置，提升電機穩定性[6]。

3.2 井下電機問題的預防處理方法

面對井下等復雜環境下機電一體化系統中電機故障頻發的問題，首先需要相關企業提高重視程度，重視電機保護和故障排查工作。相關企業應當積極引進掌握先進科技的技術人才，采用科學方法對井下電機運行狀態進行監測，及時發現和排查故障。同時，還可以從專業角度出發，在有限條件下，為電機系統本身的運轉和故障巡檢維修工作創造一個更優質的環境。例如，可以引進現代化數字監控系統，利用傳感器設備，一方面監測電機本身工作運行下的各項指標，另一方面對井下空氣成分、溫度、濕度井下監控，配合礦產產業井下安全控制系統，做好井下環境監測，一旦發現對井下工作人員及電機設備不利的環境因素，及時采取應對措施。

3.3 異步電機故障問題的改善策略

針對比較常見的異步電機故障問題，目前市面上出現了一些比較成熟的方法和技巧，包括自動開關保護、熔斷器保護，目的都是在異步電機發生短路等故障時，保護裝置及時斷電，來保護電機和整個機電一體化系統的安全[7]。其中，熔斷器保護裝置主要是在監測到電流、電壓異常，或極具性變化時，自動熔斷來達到斷電保護的目的。自動開關保護裝置是目前比較先進的裝置之一，其通過對電機系統運行狀態的監測，收集多方面數據進行做自動化分析，如果裝置發現問題，會自動斷開電路，保護電機。顯然，這種裝置可以重復利用，并且在識別精準性方面更強，其中更先進的自動開關裝置還可以將收集的數據和工作過程數據上傳，為安全管理人員提供故障分析依據。

3.4 人員管理問題的優化策略

采用機電一體化系統的企業需要根據自身生產規模、生產環境，配備足夠數量的安全技術人員，不僅要求這些人員具備扎實的技術功底，還需要定期對其職業素養進行培訓，要求所有人員擁有足夠的責任心。因為即使再先進的自動控制系統和安全保護裝置，都可能無法全面保證機電一體化系統電機的安全，其只是配合安全技術人員做好安全管理的得力助手。所以，需要針對機電一體化的電機保護制定立體化管理機制，落實權責，規范行為，確保安全管理工作完善可靠。

4? 結語

綜上所述，在機電一體化技術不斷發展且應用范圍越來越廣的情況下，電機保護工作的可靠性與生產質量、效率和安全都有重要聯系。針對機電一體化系統中電機設備常見的各類故障問題，需要積極根據實際情況，積極引進更先進的安全保護裝置，利用傳感器系統和信息化分析系統，對電機裝置進行實時監測，及時發現故障，方便技術人員采用正確的應對措施。只有這樣，才能全面提升機電一體化系統的運行穩定性和安全性，并且在節能減排、保護生態方面也具備著很好的意義。

參考文獻：

[1]孫飛.煤礦供電設備的安全防護與電氣保護技術措施探析[J].通信電源技術，2019，36（9）：244-245.

[2]尹學文.談電機在機電一體化技術中的保護[J].科技創新導報，2019，16（5）：89，91.

[3]李宗敏.機電一體化應用中的電機控制與保護路徑簡述[J].中國設備工程，2018（15）：197-198.

[4]張世鵬.機電一體化中電機設備的控制保護問題解析[J].裝飾裝修天地，2017（5）：238.

[5]鞠未然.關于機電一體化中的電機控制與保護探討[J].建筑工程技術與設計，2017（21）：3808.

[6]柳國標，周昌偉，楊彥麗.機電一體化工程電機存在問題及處理措施[J].建筑工程技術與設計，2018（23）：5553.

[7]崔瑩.機電一體化系統中關于機電控制的研究[J].環球市場，2019（15）：334.