簡析電氣工程設(shè)計與低壓電器的機電一體化

煙臺港集裝箱碼頭有限公司 趙海銘 齊英君

在建筑工程中電氣設(shè)計必不可少，必須明確電氣工程施工的標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)電氣工程中存在的問題并及時解決，提升電氣工程設(shè)計的質(zhì)量，此間低壓電氣機電一體化是重大方向。

1 機電一體化技術(shù)在電氣工程中的作用

1.1 保障自動化系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行

在電氣工程中機電一體化技術(shù)應(yīng)用廣泛，這種技術(shù)應(yīng)用到電氣工程后工程的安全性顯著提升，工程本身也更加可靠，電氣工程的供電質(zhì)量上升，供電的效率更高。同時在整個電力系統(tǒng)中應(yīng)用機電一體化技術(shù)可使電力系統(tǒng)的監(jiān)控水平顯著提升，電力系統(tǒng)在運轉(zhuǎn)過程中的效率和質(zhì)量也出現(xiàn)明顯改善。為保障電力系統(tǒng)處于更加安全穩(wěn)定的環(huán)境下運行，需要合理利用各項技術(shù)并將技術(shù)融合起來，監(jiān)測在電力系統(tǒng)中各個儀器和回路的相關(guān)參數(shù)，此時可將電力系統(tǒng)中存在的故障探明，以便于針對故障的類型和具體情況，制定出針對性的解決方案，在最短的時間內(nèi)解決電力系統(tǒng)出現(xiàn)的故障，不影響生產(chǎn)和生活的有序進(jìn)行。

1.2 提高電力制造企業(yè)的效益

在智能化技術(shù)突飛猛進(jìn)的當(dāng)下，低壓電器設(shè)備充分利用這項技術(shù)提升了自身的智能化水平，伴隨著智能化水平的提升，低壓電器設(shè)備更加安全也更加穩(wěn)定。經(jīng)過智能化升級的低壓電器可長期處于高壓狀態(tài)下，電流和電壓的對電器的影響顯著降低，整個電力系統(tǒng)在運行的過程中將更加穩(wěn)定，同時電力系統(tǒng)的管理借助智能化技術(shù)也變得更加智能：一是管理效率顯著增加、二是管理水平顯著提升。此外在電力系統(tǒng)管理中應(yīng)用智能化技術(shù)有助于推進(jìn)電力系統(tǒng)管理的無人化趨勢，以往在電力系統(tǒng)維護(hù)、運營和檢修過程中發(fā)生的安全事故將很難復(fù)現(xiàn)，為保障電力系統(tǒng)工作者的生命安全做出巨大貢獻(xiàn)。

1.3 有效監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)

以往在監(jiān)控電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的過程中必須依靠人力，在相關(guān)儀器的幫助下通過各種參數(shù)判斷電力系統(tǒng)在運行的過程中是否出現(xiàn)了故障，這種工作模式必然要求相關(guān)人員具有相當(dāng)豐富的經(jīng)驗，并需耗費大量的時間和精力，而工作人員也有生理上的限制，難以完全避免在監(jiān)控的過程中產(chǎn)生疏漏。用機電一體化技術(shù)后，未來監(jiān)控的過程便可充分利用傳感器、智能控制和可視化，高效、自動化、無人化完成監(jiān)控工作。電力系統(tǒng)在運行的過程中無時無刻不產(chǎn)生電力信號，這些信號借由傳遞技術(shù)上傳到終端可視化顯示，通過各項參數(shù)的情況電力系統(tǒng)出現(xiàn)的異常便可輕松判斷，幫助工作人員更輕松獲取系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的運行狀態(tài)，為后續(xù)管理和調(diào)度方案奠定重要的基礎(chǔ)，這樣電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障的概率將會隨之下降，電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益將會提升[1]。

2 機電一體化技術(shù)在低壓電器元件產(chǎn)品中的應(yīng)用

2.1 機電一體化技術(shù)

其是一種復(fù)合型的技術(shù)，包括計算機技術(shù)、自動化控制技術(shù)及傳感技術(shù)等，由于融匯了多種技術(shù)其綜合性能極為突出，這種顯著的優(yōu)勢幫助其走向更加廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，并發(fā)揮了重要的作用。其優(yōu)勢如下：多項技術(shù)的融合有助于解決自動化控制過程中出現(xiàn)的問題，克服了傳統(tǒng)解決辦法中的缺陷，推動了機電一體化技術(shù)應(yīng)用的輕便化和節(jié)能化，使用更少的材料達(dá)到更好的效果。

智能化性能較為突出，這是與傳統(tǒng)機械自動化間的分界線，傳統(tǒng)機械自動化離不開人力的投入，在控制過程、記錄工作和檢修維護(hù)工作中需付出較大的時間和精力成本，在自動化生產(chǎn)過程中出現(xiàn)一些細(xì)微的問題極易被工作人員疏忽，為更大問題的出現(xiàn)埋下隱患。而智能化的特點將有利于細(xì)小問題的發(fā)現(xiàn)，識別問題的精準(zhǔn)度顯著提升，在處理問題過程中操作流程更加嚴(yán)謹(jǐn)[2]；在擦操作和控制的過程中具有高度靈活性，在計算機技術(shù)的融入下靈活程度顯著提升，為達(dá)到預(yù)定效果只需將軟件程序稍作更改即可，安全程度和便捷程度顯著提升，在低壓電器元件產(chǎn)品中有著廣闊的應(yīng)用空間。

2.2 智能型交流接觸器

在其作用下許多控制較大電流的設(shè)備可完成頻繁接通，且其可完成低壓釋放。在智能化技術(shù)的引入下，在進(jìn)行感應(yīng)處理的過程中使用的電磁系統(tǒng)將更加智能。其原理為：通過檢測電路中的電壓，借助吸合、保持信號控制整個電路，進(jìn)而完成智能化交流接觸器應(yīng)當(dāng)發(fā)揮的作用。在保護(hù)低壓電器的功能方面，經(jīng)過智能化升級后可起到更突出的作用，是機電一體化技術(shù)發(fā)揮自身價值的重要體現(xiàn)[3]。

2.3 電動機控制器

以往在保護(hù)電動機過程中使用的方法，是利用金屬片在受熱后出現(xiàn)彎曲的現(xiàn)象及電流本身的熱效應(yīng)，難以起到真正的效果，體現(xiàn)在精準(zhǔn)度較低且預(yù)測過程中存在較大困難。引入機電一體化技術(shù)后的電動機控制器可克服該缺陷并有額外優(yōu)勢，其設(shè)計使用了智能化技術(shù)和計算機技術(shù)，在檢測和維護(hù)電動機的過程中擁有了較為雄厚的技術(shù)支撐，可通過多種傳感器收集電流信號，將這些信號匯總到計算機中使用相關(guān)的程序完成一系列分析和判斷的工作，可將其視為一個可全自動處理和保護(hù)電動機的裝置。

2.4 斷路器

低壓電器最顯著特點是額定電壓較低，因此出現(xiàn)故障并使電壓超出設(shè)備能承受的額度后，其性能就會被嚴(yán)重破壞，不僅導(dǎo)致低壓電器商品無法繼續(xù)正常使用，還會導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，此時就需利用到斷路器。機電一體化技術(shù)為斷路器賦予了智能性能，可完成智能化的保護(hù)工作。同時在斷路器設(shè)計過程中將網(wǎng)絡(luò)信息通信功能加入其中，在低壓電器中設(shè)置了電壓定額的臨界值，如達(dá)到臨界值會自動將電路切斷，并會發(fā)出警報在第一時間提醒進(jìn)行檢修和維護(hù)。在低壓電器產(chǎn)品中使用機電一體化技術(shù)有助于提高產(chǎn)品的安全性，這是低壓電器在未來發(fā)展中的必然趨勢。

3 機電一體化技術(shù)在低壓元件產(chǎn)品應(yīng)用中存在的問題

3.1 電磁的干擾

微電子器件在工作的過程中無需過大的電壓，如單片機的電壓只需要5V，整流器件需要的電壓只有12V，因此但凡存在一絲一毫的電磁干擾都會導(dǎo)致元器件在工作的過程中電壓出現(xiàn)較大的偏差，使得元器件產(chǎn)品的性能顯著降低。目前低壓電器元件產(chǎn)品使用環(huán)境的電壓一般為380V，這種程度的電壓將會對產(chǎn)品產(chǎn)生強烈的干擾，為了避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，滿足電磁兼容的性能，在設(shè)計這些產(chǎn)品的電子線路過程中，需要增加抗干擾的措施，但是這樣起到了抗干擾的同時又會導(dǎo)致電子線路龐雜，電子元器件的數(shù)盤增多，在后期的檢測和焊接過程中需要更高的工藝要求，難度陡然提升。

3.2 電子元器件發(fā)熱

大部分電子元器件都是封裝器件，這樣設(shè)計的原因與器件的絕緣和抗老化存在密切的關(guān)系，但是這樣設(shè)計必然導(dǎo)致材料的散熱性能較低，當(dāng)電子元器件發(fā)熱之后產(chǎn)品的使用壽命將不可避免地降低，在一些特殊的環(huán)境下，電子元器件將會發(fā)生爆炸，整個系統(tǒng)使用的安全系數(shù)將會顯著降低。為此，必須將散熱片加入到含有功率器件產(chǎn)品的設(shè)計工作中，但是這樣雖然起到了散熱的作用，但是元器件的體積相應(yīng)增加。在部分電子元器件中，散熱片的體積甚至占據(jù)了整個電子元器件的二分之一。

3.3 環(huán)境污染問題

目前，在電子產(chǎn)品中已經(jīng)明令禁止使用含有鉛、鎘以及汞的材料，但是在電子產(chǎn)品中不可避免會存在這幾個元素，在焊錫中含有鉛元素，在印刷電路板上含有鎘元素，在電子顯示器上存在一定量的汞元素，這些電子設(shè)備在使用的過程中不會產(chǎn)生污染，但是在這些電子產(chǎn)品廢棄以后，如果不經(jīng)過嚴(yán)密的流程妥善處理，就會導(dǎo)致對人體產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，并且當(dāng)這些電子設(shè)備被丟棄在自然環(huán)境中時，就會導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境被污染?，F(xiàn)階段我國十分重視電子垃圾的處理，但是與之相對的處理電子垃圾的企業(yè)卻不多。因此，國家層面需要在立法上加強電子垃圾處理的規(guī)定，并且需要出臺優(yōu)惠政策，鼓勵電子垃圾處理企業(yè)的發(fā)展，彌補市場空白。

3.4 機電一體化技術(shù)應(yīng)用優(yōu)化空間

在分析低壓電器元件應(yīng)用的機電一體化技術(shù)可知，傳統(tǒng)的方式很難與機電一體化技術(shù)向抗衡，尤其是機電一體化技術(shù)具備的實用性價值以及潛在的巨大經(jīng)濟(jì)價值。但是目前在低壓電器中應(yīng)用的機電一體化技術(shù)有待繼續(xù)優(yōu)化。就低壓電器元件的散熱性能來說，能夠發(fā)電的物體必然存在電阻，由于電阻的存在物體會逐漸升溫，物體的散熱能力與物體的材料存在直接的聯(lián)系。因此，有效利用機電一體化技術(shù)將會提升電子設(shè)備的散熱性能，電子設(shè)備可及時將升高的溫度散去，使其使用壽命顯著增加。

此外，上述提到了在電子設(shè)備中存在鉛和汞等有毒元素，這些元素不僅會影響人體也會影響生態(tài)環(huán)境，因此，如何在提升電子設(shè)備性能的基礎(chǔ)上降低新型材料的鉛、汞含量，是利用機電一體化技術(shù)優(yōu)化的主要方向之一。

4 工程實例

工程為賓館建筑，建筑的總體面積達(dá)到了830m2，建筑主體部分的高度達(dá)到了38m，在該建筑工程中總共分為十層，其中第三層到第十層為賓館的客房，第一層為賓館的餐廳和前臺大廳以及一些空余的房間，賓館的第二層主要為辦公樓層。該建筑工程在設(shè)計的過程中，在防火規(guī)范和火災(zāi)自動報警系統(tǒng)兩方面參照了高層民用建筑。

4.1 工程中的防雷接地設(shè)計

在不同的建筑工程中防雷接地的標(biāo)準(zhǔn)差異分明，在該工程實際設(shè)計的過程中可參考的類似建筑物較少，因此在設(shè)計的過程中只能從以往的經(jīng)驗中尋找方向。尤其是具有特殊性質(zhì)的建筑物，在前期的設(shè)計過程中如果不能夠明確接地電阻值、不能明確所有接地體的數(shù)量，在建筑建成投入使用之后必然會導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。因此，在工程建筑設(shè)計的過程中尤其要注重上述數(shù)值的確定，該工程關(guān)于上述數(shù)值的具體情況為：接地電阻4Ω、重復(fù)接地電阻10Ω、接地裝置導(dǎo)體數(shù)量2根、接地體長度3m、接地線埋深0.5m。

4.2 工程中的低壓電器機電一體化設(shè)計

目前電氣設(shè)備智能化水平不斷攀升，因此在該建筑工程設(shè)計的過程中將智能化的電子設(shè)備列為設(shè)計中的重點。電氣設(shè)備可敏感監(jiān)測到異常的信號，因此在電氣系統(tǒng)中存在任何安全隱患都可在第一時間發(fā)現(xiàn)。在該賓館建筑工程中，為了有效保護(hù)電路、保障繼電器的安全應(yīng)用、保證賓館中所有住戶的人身安全，在電氣工程中選用自動化低壓電器，并在建筑的整體電力系統(tǒng)中應(yīng)用智能化的技術(shù)，融合通信技術(shù)與傳感器，此時系統(tǒng)的物理層可將數(shù)據(jù)整合起來，便于后續(xù)的處理工作。具體體現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間降低、電力系統(tǒng)在運行的過程可靠性顯著提升。此外，在設(shè)計該賓館建筑工程的電力系統(tǒng)過程中，考慮到未來的調(diào)度以及滿足賓館不同住戶的需要，兼顧各方編制出電力調(diào)度計劃。

4.3 工程中的分項設(shè)計

在賓館建筑工程的設(shè)計過程中，技術(shù)人員為了保證設(shè)計圖紙和方案可靠，嚴(yán)格審核了設(shè)計過程中各分項的內(nèi)容，在保證圖紙可行性的基礎(chǔ)上將各項成本精準(zhǔn)控制。同時技術(shù)人員在賓館建筑現(xiàn)場充分調(diào)查，了解了具體的情況，將設(shè)計內(nèi)容規(guī)范之后確定下來，并且在專業(yè)知識的運用下，設(shè)計人員將賓館建筑的所有內(nèi)容連接起來，爭取實現(xiàn)最佳的設(shè)計效果。此外在賓館建筑工程設(shè)計的過程中，為了保證設(shè)計的質(zhì)量，保證能夠在規(guī)定的工期內(nèi)完成賓館建筑的施工、保證在施工過程中施工團(tuán)隊的安全，設(shè)計工作者加強了團(tuán)隊合作。

綜上，在電氣工程中使用機電一體化技術(shù)有助于保障自動化系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，有助于提高電力制造企業(yè)的效益，有利于監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)；同時機電一體化技術(shù)由多項技術(shù)組成，具有智能化和靈活性的特點；在低壓電器元件中應(yīng)用機電自動化技術(shù)包括智能型交流接觸器、斷路器和電動機控制器，在具體的電氣工程中，機電一體化技術(shù)的使用需要注意防雷接地設(shè)計、分項設(shè)計。