機(jī)電一體化中電機(jī)設(shè)備的控制保護(hù)問題分析

劉剛

摘 要：機(jī)械裝置技術(shù)和電子技術(shù)的有效融合稱為“機(jī)電一體化”，兩者發(fā)揮自身的優(yōu)勢特點(diǎn)，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。現(xiàn)今，工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化建設(shè)離不開機(jī)電一體化，企業(yè)對機(jī)電一體化的生產(chǎn)需求與其設(shè)備控制保護(hù)之間的矛盾逐漸凸顯，所以需要對機(jī)電一體化設(shè)備的電機(jī)控制和保護(hù)工作予以重視。在深入研究機(jī)電一體化的應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)的同時，應(yīng)加強(qiáng)對電機(jī)設(shè)備的控制保護(hù)。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；電機(jī)設(shè)備；控制保護(hù)；電機(jī)閥位

中圖分類號：TH-39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.092

隨著社會的不斷發(fā)展，技術(shù)在不斷創(chuàng)新，經(jīng)濟(jì)化市場需求和企業(yè)生產(chǎn)對機(jī)電一體化應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展使得電機(jī)設(shè)備的投入使用率大大提升，但卻忽視了對電機(jī)設(shè)備的控制保護(hù)。機(jī)電一體化設(shè)備中的電機(jī)設(shè)備控制和保護(hù)主要借助電力電子裝置，確保電機(jī)能夠長時間地高效率運(yùn)作。但是，在對電機(jī)設(shè)備進(jìn)行控制和保護(hù)時，受技術(shù)、人員等多方面因素的限制，目前還存在大量問題尚未解決。

1 機(jī)電一體化的發(fā)展進(jìn)程

“機(jī)電一體化”概念的提出推動了我國現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，帶動了工業(yè)化企業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。但是，由于當(dāng)時缺乏專業(yè)的技術(shù)，無法完善機(jī)電一體化中的電機(jī)設(shè)備。隨著社會的不斷發(fā)展，相關(guān)單位逐漸對機(jī)電產(chǎn)品的性能進(jìn)行了改進(jìn)和完善。第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)之后，人們開始關(guān)注機(jī)電產(chǎn)品的價值和重要性。戰(zhàn)爭的爆發(fā)促進(jìn)了機(jī)電產(chǎn)品的發(fā)展，并且對經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇起到了一定的積極作用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，控制技術(shù)和電子技術(shù)也在迅速發(fā)展。這為現(xiàn)代化機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 電機(jī)控制與保護(hù)問題

2.1 電機(jī)控制保護(hù)裝置問題

機(jī)電一體化中，電機(jī)的控制和保護(hù)存在大量尚未解決的問題，技術(shù)的不斷優(yōu)化和更新給設(shè)備帶來的困擾也逐漸增多。以井下電機(jī)控制保護(hù)設(shè)備為例，鼠籠式異步電機(jī)頻頻發(fā)生故障。井下電機(jī)是為了確保井下人員的施工安全和生命安全。從技術(shù)角度分析，鼠籠式異步電機(jī)發(fā)生故障的主要原因是電機(jī)的電磁電熱技術(shù)存在問題。隨著社會的不斷發(fā)展，機(jī)械化設(shè)備逐漸取代了勞動力，因此，要對機(jī)械化設(shè)備的安全性予以充分的考慮。當(dāng)電流、電壓發(fā)生變化時，可能會對機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生一定程度的影響，從而縮短設(shè)備的使用壽命。

2.2 電機(jī)設(shè)備用電問題

工業(yè)化生產(chǎn)中所使用的自動化電機(jī)容易出現(xiàn)設(shè)備短路、電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的問題。大多數(shù)工業(yè)化企業(yè)在生產(chǎn)時只注重電機(jī)的運(yùn)行能力和損壞程度，忽略了電機(jī)的電能耗損。工業(yè)化企業(yè)對電機(jī)電能損耗的忽視使得大量電能浪費(fèi)，增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本，不利于企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3 電機(jī)應(yīng)用的控制與保護(hù)對策

機(jī)電一體化設(shè)備中最為關(guān)鍵的部分是電機(jī)，其包含2方面的操控，即驅(qū)動操控和控制部分。驅(qū)動操控主要由位置傳感器、三相伺服電機(jī)等設(shè)備組成；控制部分由單片機(jī)、PWM波發(fā)生器、輸入輸出通道、IPM逆變器、整流模塊、A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊、故障檢測和報警電路等設(shè)備組成。兩組設(shè)備在電機(jī)中相互合作共同發(fā)揮作用，提高工作效率。

3.1 電機(jī)閥位與速度控制

電機(jī)設(shè)備的控制部分由單片機(jī)、PWM波發(fā)生器、輸入輸出通道、IPM逆變器、整流模塊、A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊、故障檢測和報警電路等設(shè)備組成。在機(jī)電一體化電機(jī)設(shè)備正常運(yùn)行時，需要借助電壓和閥門的位置將三相電路經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊之后，才能正常輸出到單片機(jī)中。與此同時，電流再經(jīng)過PWM波發(fā)生器控制，使PWM波在光電波合作用下輸出，從而逆變到IPM模塊上。

此外，電機(jī)設(shè)備閥位和速度的控制需要借助雙環(huán)控制方案。雙環(huán)分為速度環(huán)和位置環(huán)。速度環(huán)主要是對電機(jī)設(shè)備的運(yùn)行速度和給定發(fā)生器的預(yù)設(shè)速度進(jìn)行比較，并且借助速度調(diào)節(jié)器來對PWM波發(fā)生器的載波頻率進(jìn)行調(diào)控，從而對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)；位置環(huán)主要是對電子設(shè)備的位置速度進(jìn)行調(diào)控，并且借助PWM波發(fā)生器對預(yù)設(shè)的速度進(jìn)行控制。由于電機(jī)設(shè)備中流量閥在正常運(yùn)行狀態(tài)下分為減速、勻速、加速3個階段，并且不同階段的速度、速度調(diào)節(jié)時間以及速度的位置都具有可變性。機(jī)電一體化中電機(jī)設(shè)備的閥位和速度的控制，需要對實(shí)際的閥位和預(yù)定閥位進(jìn)行橫向比較。這樣才能對電機(jī)設(shè)備中的恒定速度和減速進(jìn)行控制，提高電機(jī)的工作效率。

3.2 電機(jī)保護(hù)裝置控制

從安全角度分析，需要安裝機(jī)電一體化設(shè)備中的電機(jī)保護(hù)裝置。機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行中容易發(fā)生故障，主要原因是變頻器的輸出電流和電壓不穩(wěn)定。常規(guī)的電流和電壓控制無法滿足機(jī)電一體化設(shè)備中電機(jī)保護(hù)的要求，因此，需要啟動機(jī)電一體化設(shè)備中電機(jī)的控制和保護(hù)功能，并且借助其來對電機(jī)設(shè)備中電流的大小作直觀的反映。使用霍爾型電流互感器對IPM輸出三相電流進(jìn)行檢測，并且借助IPM模塊的輸出電壓對電機(jī)的控制和保護(hù)設(shè)備進(jìn)行檢測，從而對電壓和電流頻率進(jìn)行有效的控制，提高設(shè)備的工作效率和工作質(zhì)量。

4 結(jié)束語

現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)離不開機(jī)電一體化，所以需要對機(jī)電一體化設(shè)備的電機(jī)控制和保護(hù)工作予以重視。為了有效地提高機(jī)電一體化設(shè)備的使用價值，需要借助最先進(jìn)的技術(shù)和理念對機(jī)電一體化設(shè)備中的電機(jī)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)和完善，增強(qiáng)電機(jī)的安全性、有效性、節(jié)能性和環(huán)保性等。這樣有利于機(jī)電一體化工程的發(fā)展，促進(jìn)企業(yè)的發(fā)展和壯大，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：劉曉芳〕