論機(jī)電一體化中的電機(jī)控制與保護(hù)

摘 要：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)電一體化已經(jīng)成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。然而在機(jī)電一體化發(fā)展的同時(shí)，在電機(jī)的控制與保護(hù)中，卻產(chǎn)生了一些問(wèn)題還沒(méi)有得到解決，因此，主要對(duì)機(jī)電一體化的定義、發(fā)展現(xiàn)狀，在電機(jī)控制與保護(hù)中存在的問(wèn)題、解決措施以及機(jī)電一體化未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；發(fā)展現(xiàn)狀；電機(jī)控制與保護(hù)

前言

近些年隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行各業(yè)都相繼得到了發(fā)展，尤其是我國(guó)的科學(xué)領(lǐng)域，更是有了前所未有的突破，這極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與滲透，引起了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命。在機(jī)械工程領(lǐng)域中，微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷向其內(nèi)部滲透，從而形成機(jī)電一體化。在機(jī)電一體化技術(shù)不斷創(chuàng)新與發(fā)展的背景下，為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)的節(jié)能性、安全性與高效性，實(shí)行了依靠專(zhuān)業(yè)的電力電子裝置來(lái)保護(hù)與控制電機(jī)的措施。但是在電機(jī)控制與保護(hù)中，由于各種人為、技術(shù)等因素致使電機(jī)在控制與保護(hù)中存在很多問(wèn)題。因此，本文主要對(duì)所存在的問(wèn)題進(jìn)行探討，并針對(duì)這些問(wèn)題提出相應(yīng)的解決措施。

1 機(jī)電一體化定義

所謂的機(jī)電一體化指的是引進(jìn)電子技術(shù)，將其應(yīng)用于機(jī)構(gòu)的主功能、動(dòng)力功能、控制功能和信息處理功能上，從而使機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來(lái)所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱(chēng)。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)電一體化已經(jīng)成為一門(mén)自成體系的新型學(xué)科。機(jī)電一體化的主要特點(diǎn)是從系統(tǒng)化的角度出發(fā)，為實(shí)現(xiàn)多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗等目標(biāo)，將群體技術(shù)：機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)等進(jìn)行合理配置與布局，并根據(jù)系統(tǒng)功能與優(yōu)化組織目標(biāo)加以操作，從而達(dá)到理想目標(biāo)。

機(jī)電一體化作為一種新型的綜合技術(shù)，并不是新技術(shù)之間的簡(jiǎn)單拼湊與組合，而是涵蓋了技術(shù)和產(chǎn)品兩方面，這也是與其機(jī)械電氣化之間的根本區(qū)別。機(jī)電一體化廣泛應(yīng)用了微電機(jī)裝置，賦予了現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制等，這有效地促進(jìn)了生產(chǎn)效率的提高。

2 機(jī)電一體化的發(fā)展?fàn)顩r

機(jī)電一體化的發(fā)展可以分為三個(gè)階段。第一階段是20世紀(jì)60年代以前，稱(chēng)為初級(jí)階段。這時(shí)的電機(jī)技術(shù)的發(fā)展還沒(méi)有達(dá)到一定的水平，機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不能廣泛和深入的發(fā)展。但是，這一時(shí)期人們已經(jīng)利用電子技術(shù)的初步成果來(lái)完善機(jī)械產(chǎn)品的性能，為機(jī)電一體化的發(fā)展提供了前提。

第二階段是在20世紀(jì)70-80年代，稱(chēng)為蓬勃發(fā)展階段。之所以得到了迅速的發(fā)展，是因?yàn)橛?jì)算機(jī)等技術(shù)為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展為機(jī)電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。

第三階段是在20世紀(jì)90年代后期，這時(shí)期機(jī)電一體化技術(shù)開(kāi)始向智能化方向邁進(jìn)，可以說(shuō)機(jī)電一體化進(jìn)入了深入發(fā)展時(shí)期，并且機(jī)電一體化已經(jīng)進(jìn)一步建立完整的基礎(chǔ)，而且逐漸形成了完整的科學(xué)體系。

3 機(jī)電一體化應(yīng)用中電機(jī)控制與保護(hù)存在的問(wèn)題

在我國(guó)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展中，由于技術(shù)等因素致使機(jī)電控制與保護(hù)方面存在很多問(wèn)題，而且這些問(wèn)題尚未得到解決。存在的主要問(wèn)題如下：

3.1 井下機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用存在的問(wèn)題

在井下機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用中對(duì)電機(jī)的控制與保護(hù)還存在著很多弱點(diǎn)，如鼠籠式異步電機(jī)屬于電機(jī)控制與保護(hù)中最薄弱的環(huán)節(jié)，此環(huán)節(jié)應(yīng)用不當(dāng)所引起的電機(jī)運(yùn)行故障很多，約占整個(gè)電機(jī)設(shè)備故障的一半以上。因此，有關(guān)人員必須要將井下的電機(jī)設(shè)備的電機(jī)控制與保護(hù)重視起來(lái)，要研發(fā)性能更為可靠的電機(jī)控制保護(hù)裝置。

3.2 電機(jī)控制保護(hù)裝置的使用難以達(dá)到需求

在現(xiàn)階段，所使用的電機(jī)控制保護(hù)裝置還不夠發(fā)達(dá)，尚未達(dá)到機(jī)電一體化應(yīng)用中的電機(jī)控制與保護(hù)的需求。因?yàn)樗褂玫碾姍C(jī)控制保護(hù)裝置多是憑借電熱原理和電磁原理，利用熱繼電器的過(guò)載保護(hù)功能和熔斷器的短路保護(hù)而進(jìn)行的，由于這種零部件本身的不足，導(dǎo)致機(jī)電控制與保護(hù)還存在缺陷，因此，在機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要將設(shè)計(jì)、控制與保護(hù)融為一體、綜合考慮，使電機(jī)控制與保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)多樣化和全面化。

4 機(jī)電一體化應(yīng)用中電機(jī)控制與保護(hù)的措施

在機(jī)電一體化應(yīng)用中，電機(jī)設(shè)備的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由兩部分組成，分別是：執(zhí)行驅(qū)動(dòng)部和控制部分。其中執(zhí)行驅(qū)動(dòng)部是由位置傳感器、三相伺服電機(jī)等組成；控制部分是由單片機(jī)、IPM逆變器、輸入通道、PWM發(fā)生器等組成。

4.1 對(duì)閥門(mén)與速度的控制

在電機(jī)控制保護(hù)裝置的實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)閥門(mén)和速度的控制是不可缺少的。在我國(guó)主要采用的是雙環(huán)控制方案，其中內(nèi)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(shí)現(xiàn)對(duì)于電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)與控制而進(jìn)行的一系列操作，這個(gè)目的是通過(guò)使用速度調(diào)節(jié)器，將PWM波發(fā)生器的載波頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)而達(dá)到的。外環(huán)的作用是向內(nèi)環(huán)提供相應(yīng)的速度設(shè)定值，這一過(guò)程是根據(jù)外環(huán)的當(dāng)前位置速度設(shè)定，并使用速度給定發(fā)生器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在機(jī)電控制保護(hù)裝置的閥門(mén)與速度控制中，由于大流量閥門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)行中存在勻速、加速或減速等階段，而且實(shí)際位置與給定位置存在不確定性，從而導(dǎo)致閥門(mén)與速度控制存在困難，這就需要在對(duì)其調(diào)節(jié)中，要根據(jù)閥門(mén)與給定閥門(mén)的比較，對(duì)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4.2 對(duì)電流電壓的準(zhǔn)確檢測(cè)

在對(duì)機(jī)電一體化中電機(jī)控制與保護(hù)裝置的應(yīng)用中，對(duì)于電流、電壓的檢測(cè)也是不可忽視的，因?yàn)閷?duì)二者的正確檢測(cè)有益于電機(jī)力矩、斷相保護(hù)、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(dá)到此要求的，為了快速診斷故障排除問(wèn)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(duì)IPM輸出三相電流和電壓進(jìn)行檢測(cè)，從而達(dá)到電機(jī)控制與保護(hù)的要求。

5 機(jī)電一體化未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)電一體化將會(huì)有更大的發(fā)展空間，電機(jī)控制與保護(hù)中存在的問(wèn)題也會(huì)越來(lái)越少。機(jī)電一體化未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是向智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化、綠色化、系統(tǒng)化等方向發(fā)展。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著機(jī)電行業(yè)對(duì)現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，再加上電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，使我國(guó)機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用取得了良好的效果。但是在機(jī)電控制與保護(hù)中尚存在很多問(wèn)題需要解決，為了促進(jìn)我國(guó)機(jī)電一體化事業(yè)的發(fā)展，減少電機(jī)控制與保護(hù)故障的發(fā)生，要將其中的故障加以重視，并逐步研究補(bǔ)救措施加以解決。

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