機電一體化應用中的電機控制與保護路徑探析

陜西工商職業學院中德機電工程與汽車科技學院 鄭文智 顧視江 張倩

在科學技術發展的帶動下，機電一體化技術不僅在穩步的發展，同時還在不斷創新，為我國工業發展提供了很多便利，而電機在機電一體化技術當中起到非常重要的作用,它能夠保證機電一體化的順利運行，確保生產過程能夠穩定有序進行，因此電機的正常運行是工業生產的重要保障，要確保電機的正常運行，就要先了解如何對電機進行控制和保護，電機的控制與保護需要通過專業的電力電子裝置來維護，通過這些電力電子裝置使電機能夠更加安全，節能和高效，因此，技術人員要認真分析潛在的不穩定因素，找出影響電機運行的問題所在，研究出控制電機和保護電機的方法,使機電一體化技術能夠發展的更加穩定。

1 機電一體化概要

為了更加深入的研究機電一體化應用中的電機控制與保護路徑，首先需要了解一下機電一體化，通過對機電一體化整體的了解，才能夠了解電機在機電一體化系統中所處的位置及作用，從而才能夠進行更好的控制與保護。

1.1 機電一體化內涵

機電一體化主要是指將先進的電力電子技術引入到機械的信息處理、動力、控制等相關功能當中，且高效率地將機械裝置、現代電子化設計以及智能軟件等設備進行有機結合，通過這些技術的不斷發展與推進，機電一體化技術在快速發展中逐步完善，成為了機電行業當中應用較廣且體系最為完善的新專業，并且在科學技術的高速發展過程中，機電一體化技術也受到了一定的積極影響，其中也添加了很多新的技術，通過這些技術的有效融合，成為了一種新型的機電一體化技術。機電一體化技術發展過程主要為由機械工程技術發展為純機械技術，之后是機械電氣化技術，然后發展成為微電子技術、智能化技術等等，經過一系列的發展，最終成為現如今的機電一體化技術。

從機電一體化的基本特征上進行概括，其主要為首先從系統化的角度出發，然后將多種非常先進的群體技術進行綜合，這些技術主要包括：自動控制技術、電力電子技術、計算機技術、機械技術、接口技術、然間變成技術、微電子技術、信息變換技術、信息技術、傳感器測控技術等,以優化組織目標以及系統功能為基礎，優化各個板塊及各個功能單元的布局與配置，最終使機電一體化技術能夠有較低的能耗、較高的質量、較高的可靠性及較多的功能,使機電行業能夠更好地發展。

1.2 機電一體化涵蓋的技術

機電一體化系統中主要包括了產品與技術這兩大方面，而這兩大方面以技術為較為重要的部分，而機電一體化系統中的技術是由微電子技術、現代機械技術以及其他可以促進機電一體化技術高效運行的其他新型技術的簡單組合，是一種較為綜合的新型技術，這也就是機電一體化技術與機械電氣化技術的根本區別，在機電一體化技術當中，較為廣泛地應用了微電子裝置，使現代機械設備擁有了很多新功能，如機械設備的自動診斷、自動現實記錄、自動檢測、自動信息處理、自動控制與調節等功能，使生產效率得到了大大的提高。

機電一體化技術的核心成分主要有三部分，第一部分是機械生產方式，這種生產方式主要是以新型的生產技術為主，其主要是利用電子操控技術的特點，以電子操控技術與機械生產方式的有效結合方法為切入點，通過這種生產方式，能夠提升生產過程中的性能。第二部分則是機電一體化系統中的傳感檢測技術，也就是機電系統中的感受器官，通過傳感器檢測技術能夠使機電一體化技術在運轉過程中實現高效率的自動調節與控制，也能夠使機電一體化系統進行高水平運轉。第三部分是信息網絡與計算機技術，第三部分的技術能夠在機電一體化系統運行過程中，將系統中的軟件系統及硬件系統有效地融合在一起，通過融合使機電一體化技術中的智能化生產與自動化生產同步進行。

2 機電一體化應用中電機控制與保護仍存在的問題

當下社會中，機電一體化發展雖然已經較為成熟，但仍然存在一些問題，由于技術人員對于理論知識的掌握度或者是實際操作能力的影響，對電機的控制與保護會受到一定的影響，使得電機的作用無法很好地發揮，也就失去它的應有價值。

2.1 異步電機存在的問題

工業在發展過程中會運用到很多機電設備，通過這些機電設備的運行，工業生產得到了有效的保障，但是在機電設備運行中，會受到很多因素的干擾，使得電機無法得到有效運行和控制。具體表現為，異步電機由于其結構較為簡單、容易制造，且堅固耐用，成本較低受到很多技術人員的喜愛，經常會將異步電機應用在電機的運行環節當中，但異步電機的驅動電路較為復雜，在矢量控制調速方面較為困難，因此異步電機在使用是非常重要的環節，同時也是非常復雜的環節，異步電機如果出現問題，會使其他設備發生相應的問題，最終影響整個設備的運行，因此，在對待電機控制和保護時要著重注意異步電機的使用。

2.2 電機的保護裝置效果較低

現在很多電機設備中都安裝有電機的控制和保護裝置，對電機的運行能夠起到一定的保護效果，但是大部分的保護裝置技術含量較低，其能達到的保護效果較差，主要表現為，大部分保護裝置多應用電磁原理，通過熔斷器與熱繼電器的短路及過載保護功能對電機實施保護，而熱繼電器和熔斷器本身就存在一些問題，如熱繼電器在未過載的情況下會經常跳，影響電機的運行，而熔斷器則會受到使用時長的影響，使用時間過久，溶體會因氧化等原因致使運行溫度未超而熔斷，使技術人員產生誤判，導致電機的運行出現差錯，進而影響機電一體化技術的實施。

2.3 機電一體化技術運行環境的復雜性

隨著設備及新技術的共同進步，新技術與設備已經能夠進行有效的結合，同時也能夠很好地適應社會、適應市場，但仍然存在著一定的問題，在進行電機的保護與控制工作時，常會遇到落后的、陳舊的設備與裝置與新技術無法有機結合這一問題，其主要是由于落后設備無法達到新技術的技術要求，從而影響機電一體化系統的正常運行，且機電一體化系統多應用于井下這種復雜的環境，由于這種技術多用于這種復雜環境，那么系統中的設備及各元件則需要在這種復雜的環境當中工作，因此，在運行過程中則難免會出現各種問題，電機在這種潮濕的環境當中運行，經常會出現短路等情況，當問題出現時，又因為復雜的環境降低了技術人員的修理效率，則在很大程度上會影響機電一體化系統的正常運行，因此，針對電機出現故障這一問題，要研究出在這種復雜環境下工作時，電機的控制與保護裝置，從而確保在復雜環境下電機的正常運行，避免影響機電一體化系統的順利工作。

3 機電一體化應用中電機控制與保護路徑探析

隨著社會的不斷發展，電機的控制與保護工作逐漸成為技術人員比較重視的工作，發展前景較好，因此，要借助此發展勢頭，積極地研究電機的保護和控制措施，從而使電機的控制與保護能夠高效地進行。

3.1 認真選擇控制保護裝置的元件

首先是對單片機的選擇，單片機對于電機的保護主要體現在電機堵轉保護、缺相保護、過載保護、短路保護、漏電保護等方面，而這些方面需要有完善的信號處理系統，才能夠承擔起整個系統的信號處理和傳遞的重任，因此在選擇單片機時，要選取能夠完成信號處理功能，且在三相PWM波發生器運行過程中能夠提供控制信號，同時還需要包含報警信號、故障信號等功能。在單片機運行過程中，能夠將接收到的信息有效處理，然后通過報警信號在系統出現故障時進行及時報警，故障信號功能則同報警信號類似，起到提示的功能。

其次是對智能功率模塊的選擇，智能功率模塊在對電機的控制和保護上主要表現在兩個方面，第一是要滿足體積較小的執行機構，如功率小于5.5kw的異步電機，第二則是需要有較高的可靠性，具體來說就是模塊內部要能夠集成過電流、過電壓及過熱等故障檢測電路，同時還能夠具備一定的輸出功能，也就是能夠將檢測好的信號傳輸到CPU，且還需要包含驅動電路，使運行過程不需要加反向偏壓，而需要有報警功能，簡單說就是將出現的問題報給微機，及時停止電機的運行，對電機起到一定的保護作用。

再次是對脈沖寬度調制發生器的選擇，也就是對PWM發生器的選擇，PWM發生器主要是通過對逆變電路的開關器件的通斷進行控制，控制通斷后，能夠使輸出波形中產生脈沖，而對脈沖的寬度進行調整，從而實現改變電路輸出電壓大小以及改變輸出頻率高低的效果，因此在選擇PWM發生器時,一定要選擇三相PWM發生器，要有較高的脈沖調控功能，同時還需要具備一定的接受和出新信號功能，通過這些功能的結合，使得電機在運行過程中能夠得到有效的控制和保護。

最后是對位置檢測裝置的選擇，位置檢測裝置主要是通過檢測出準確、真實、有效的位置，然后為整體的操控提供相關的位置信號，從而對電機起到一定的控制和保護作用，因此位置檢測裝置在電機保護措施當中是非常重要的設備，而位置檢測裝置中較為重要的部分就是位置傳感器，因此要重視位置傳感器的選擇，在選擇位置傳感器時，要與時俱進，選擇有新的功能的傳感器，如脈沖數字式傳感器，它主要是利用自身的物理特征形成圓形結構或者直線型結構的位移傳感器，通過輸出的脈沖信號來觀測位移當量，從而計算出位移的尺寸，對電機起到保護作用，其相較于傳統的差動變壓器等有更高的精度、更高的穩定性，且不會受到溫度和線性區的限制。

針對以上各個控制與保護的元件，一定要進行認真選擇，以上文的分析為基礎，針對不同元件的特點，選擇最為合適的元件，同時在選擇過程中還需要對整個系統進行分析，不僅要選擇工作效率較高的元件，且還需要能夠和其他元件及設備進行高效的融合，因為，只有各個元件和系統能夠進行高效的融合，才能夠使機電一體化系統更加順利運行，因此，選擇元件是一個系統中最為基礎的部分，也是非常重要的部分，認真選擇設備及元件，是對機電一體化系統的負責，也是對機電行業順利發展的負責。

3.2 控制好閥門與速度

對電機的控制與保護除了要認真選擇各個元件外，同時還需要對閥門與速度進行嚴格的控制，因為只有控制好閥門與速度，才能夠在最基礎上使電機得到保護與控制，它是最基礎同時也是最關鍵的一步，而隨著科學技術的不斷發展，技術人員也研究出了較為成熟的裝置，如雙環控制，雙環控制主要是通過外環的位置環與內環的速度環的有效結合，從而達到對閥門與速度的有效控制，技術人員可以利用速度環的特點，實時地監控電機的實際轉速，同時進行適當的控制和調節，使其速度能夠適應脈沖寬度調制發生器的波段頻率,從而控制電機的速度，對電機起到保護作用。

3.3 準確檢測電壓電流

隨著機電一體化在機電專業中的運用，機電一體化技術已經逐漸成為機電專業的核心技術，日常針對機電一體化各個設備的維護給技術人員產生了很大的工作量，因此要做好電機的控制與保護工作，從而在一定程度上減輕機電一體化的維護工作。在對電機的控制和維護上除了要謹慎選擇元件及嚴格控制速度外，由于電壓和電流對電機的正常運行有著很大的影響，還需要能夠準確地檢測電壓和電流，通過電壓和電流的檢測，使其能夠被控制在合適的數值范圍內，避免對電機造成損害，如電壓過高容易燒壞電機，而過低的電壓則會影響電機的輸出功率；電流過大則融入使電機線圈繞組發燙，較長時間的發燙會影響線圈的絕緣性能，從而出現短路等情況，而電流過低則無法帶動電機的正常運行，都會影響到電機的壽命，因此，對電壓和電流的準確檢測，能夠有效地控制電壓和電流處于合適的數值，從而提高電機的工作效率及工作時長，減輕技術人員的工作壓力，使機電一體化技術能夠順利進行。

3.4 對電機的運行做好維護工作

在機電一體化運行當中，電機承擔著較為重要的責任，而所有的設備無論質量的好壞，無論技術的高低，都有自己的使用壽命，為了能夠延長設備的使用壽命，要對設備進行日常維護，因此，技術人員需要對電機的運行過程進行實時監控，監控過程中如發現問題，需要及時進行修護。具體的操作為，技術人員在選擇各個設備或元件時，要選擇和電機相適應的設備和元件，避免不適應設備在運行過程中影響電機的正常運行。安裝好設備后，進行試運行，及時觀測運行是否正常，且運行過程是否能夠達到預期的效果，如發現運行中出現問題，要及時進行修正。在一切就緒后，可以進行正常的使用。技術人員在日常的工作當中，間隔一段時間就需要對電機設備進行養護，同時當有些元件損壞或者出現問題時，要及時更換和修理。通過以上各個環節的協調配合，使電機能夠進行正常的運行，同時也能夠在一定程度上延長電機的壽命，降低設備成本。從而保證電機時刻處于最佳工作狀態。一般而言，電機的使用壽命約為4～10萬小時，對于已經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的穩定運行。

4 結語

通過上文的研究和分析，了解到電機的控制與保護工作的重要性，因此技術人員要在重視的基礎上進行積極的研究，對各個設備和遠近進行認真選擇，使各個設備之間能夠進行有效的連接，使電機能夠正常工作，從而推動機電一體化技術的高速發展，使我國的機電技術邁向新的高度，迎來工業發展的新高潮，為我國的經濟發展貢獻出更多的力量。