機(jī)電一體化應(yīng)用中的電機(jī)控制與保護(hù)路徑探析

陜西工商職業(yè)學(xué)院中德機(jī)電工程與汽車(chē)科技學(xué)院 鄭文智 顧視江 張倩

在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的帶動(dòng)下，機(jī)電一體化技術(shù)不僅在穩(wěn)步的發(fā)展，同時(shí)還在不斷創(chuàng)新，為我國(guó)工業(yè)發(fā)展提供了很多便利，而電機(jī)在機(jī)電一體化技術(shù)當(dāng)中起到非常重要的作用,它能夠保證機(jī)電一體化的順利運(yùn)行，確保生產(chǎn)過(guò)程能夠穩(wěn)定有序進(jìn)行，因此電機(jī)的正常運(yùn)行是工業(yè)生產(chǎn)的重要保障，要確保電機(jī)的正常運(yùn)行，就要先了解如何對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制和保護(hù)，電機(jī)的控制與保護(hù)需要通過(guò)專(zhuān)業(yè)的電力電子裝置來(lái)維護(hù)，通過(guò)這些電力電子裝置使電機(jī)能夠更加安全，節(jié)能和高效，因此，技術(shù)人員要認(rèn)真分析潛在的不穩(wěn)定因素，找出影響電機(jī)運(yùn)行的問(wèn)題所在，研究出控制電機(jī)和保護(hù)電機(jī)的方法,使機(jī)電一體化技術(shù)能夠發(fā)展的更加穩(wěn)定。

1 機(jī)電一體化概要

為了更加深入的研究機(jī)電一體化應(yīng)用中的電機(jī)控制與保護(hù)路徑，首先需要了解一下機(jī)電一體化，通過(guò)對(duì)機(jī)電一體化整體的了解，才能夠了解電機(jī)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中所處的位置及作用，從而才能夠進(jìn)行更好的控制與保護(hù)。

1.1 機(jī)電一體化內(nèi)涵

機(jī)電一體化主要是指將先進(jìn)的電力電子技術(shù)引入到機(jī)械的信息處理、動(dòng)力、控制等相關(guān)功能當(dāng)中，且高效率地將機(jī)械裝置、現(xiàn)代電子化設(shè)計(jì)以及智能軟件等設(shè)備進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，通過(guò)這些技術(shù)的不斷發(fā)展與推進(jìn)，機(jī)電一體化技術(shù)在快速發(fā)展中逐步完善，成為了機(jī)電行業(yè)當(dāng)中應(yīng)用較廣且體系最為完善的新專(zhuān)業(yè)，并且在科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展過(guò)程中，機(jī)電一體化技術(shù)也受到了一定的積極影響，其中也添加了很多新的技術(shù)，通過(guò)這些技術(shù)的有效融合，成為了一種新型的機(jī)電一體化技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展過(guò)程主要為由機(jī)械工程技術(shù)發(fā)展為純機(jī)械技術(shù)，之后是機(jī)械電氣化技術(shù)，然后發(fā)展成為微電子技術(shù)、智能化技術(shù)等等，經(jīng)過(guò)一系列的發(fā)展，最終成為現(xiàn)如今的機(jī)電一體化技術(shù)。

從機(jī)電一體化的基本特征上進(jìn)行概括，其主要為首先從系統(tǒng)化的角度出發(fā)，然后將多種非常先進(jìn)的群體技術(shù)進(jìn)行綜合，這些技術(shù)主要包括：自動(dòng)控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、接口技術(shù)、然間變成技術(shù)、微電子技術(shù)、信息變換技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器測(cè)控技術(shù)等,以?xún)?yōu)化組織目標(biāo)以及系統(tǒng)功能為基礎(chǔ)，優(yōu)化各個(gè)板塊及各個(gè)功能單元的布局與配置，最終使機(jī)電一體化技術(shù)能夠有較低的能耗、較高的質(zhì)量、較高的可靠性及較多的功能,使機(jī)電行業(yè)能夠更好地發(fā)展。

1.2 機(jī)電一體化涵蓋的技術(shù)

機(jī)電一體化系統(tǒng)中主要包括了產(chǎn)品與技術(shù)這兩大方面，而這兩大方面以技術(shù)為較為重要的部分，而機(jī)電一體化系統(tǒng)中的技術(shù)是由微電子技術(shù)、現(xiàn)代機(jī)械技術(shù)以及其他可以促進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)高效運(yùn)行的其他新型技術(shù)的簡(jiǎn)單組合，是一種較為綜合的新型技術(shù)，這也就是機(jī)電一體化技術(shù)與機(jī)械電氣化技術(shù)的根本區(qū)別，在機(jī)電一體化技術(shù)當(dāng)中，較為廣泛地應(yīng)用了微電子裝置，使現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備擁有了很多新功能，如機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)診斷、自動(dòng)現(xiàn)實(shí)記錄、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)信息處理、自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)等功能，使生產(chǎn)效率得到了大大的提高。

機(jī)電一體化技術(shù)的核心成分主要有三部分，第一部分是機(jī)械生產(chǎn)方式，這種生產(chǎn)方式主要是以新型的生產(chǎn)技術(shù)為主，其主要是利用電子操控技術(shù)的特點(diǎn)，以電子操控技術(shù)與機(jī)械生產(chǎn)方式的有效結(jié)合方法為切入點(diǎn)，通過(guò)這種生產(chǎn)方式，能夠提升生產(chǎn)過(guò)程中的性能。第二部分則是機(jī)電一體化系統(tǒng)中的傳感檢測(cè)技術(shù)，也就是機(jī)電系統(tǒng)中的感受器官，通過(guò)傳感器檢測(cè)技術(shù)能夠使機(jī)電一體化技術(shù)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)高效率的自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制，也能夠使機(jī)電一體化系統(tǒng)進(jìn)行高水平運(yùn)轉(zhuǎn)。第三部分是信息網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)技術(shù)，第三部分的技術(shù)能夠在機(jī)電一體化系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，將系統(tǒng)中的軟件系統(tǒng)及硬件系統(tǒng)有效地融合在一起，通過(guò)融合使機(jī)電一體化技術(shù)中的智能化生產(chǎn)與自動(dòng)化生產(chǎn)同步進(jìn)行。

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

當(dāng)下社會(huì)中，機(jī)電一體化發(fā)展雖然已經(jīng)較為成熟，但仍然存在一些問(wèn)題，由于技術(shù)人員對(duì)于理論知識(shí)的掌握度或者是實(shí)際操作能力的影響，對(duì)電機(jī)的控制與保護(hù)會(huì)受到一定的影響，使得電機(jī)的作用無(wú)法很好地發(fā)揮，也就失去它的應(yīng)有價(jià)值。

2.1 異步電機(jī)存在的問(wèn)題

工業(yè)在發(fā)展過(guò)程中會(huì)運(yùn)用到很多機(jī)電設(shè)備，通過(guò)這些機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行，工業(yè)生產(chǎn)得到了有效的保障，但是在機(jī)電設(shè)備運(yùn)行中，會(huì)受到很多因素的干擾，使得電機(jī)無(wú)法得到有效運(yùn)行和控制。具體表現(xiàn)為，異步電機(jī)由于其結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、容易制造，且堅(jiān)固耐用，成本較低受到很多技術(shù)人員的喜愛(ài)，經(jīng)常會(huì)將異步電機(jī)應(yīng)用在電機(jī)的運(yùn)行環(huán)節(jié)當(dāng)中，但異步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路較為復(fù)雜，在矢量控制調(diào)速方面較為困難，因此異步電機(jī)在使用是非常重要的環(huán)節(jié)，同時(shí)也是非常復(fù)雜的環(huán)節(jié)，異步電機(jī)如果出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)使其他設(shè)備發(fā)生相應(yīng)的問(wèn)題，最終影響整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行，因此，在對(duì)待電機(jī)控制和保護(hù)時(shí)要著重注意異步電機(jī)的使用。

2.2 電機(jī)的保護(hù)裝置效果較低

現(xiàn)在很多電機(jī)設(shè)備中都安裝有電機(jī)的控制和保護(hù)裝置，對(duì)電機(jī)的運(yùn)行能夠起到一定的保護(hù)效果，但是大部分的保護(hù)裝置技術(shù)含量較低，其能達(dá)到的保護(hù)效果較差，主要表現(xiàn)為，大部分保護(hù)裝置多應(yīng)用電磁原理，通過(guò)熔斷器與熱繼電器的短路及過(guò)載保護(hù)功能對(duì)電機(jī)實(shí)施保護(hù)，而熱繼電器和熔斷器本身就存在一些問(wèn)題，如熱繼電器在未過(guò)載的情況下會(huì)經(jīng)常跳，影響電機(jī)的運(yùn)行，而熔斷器則會(huì)受到使用時(shí)長(zhǎng)的影響，使用時(shí)間過(guò)久，溶體會(huì)因氧化等原因致使運(yùn)行溫度未超而熔斷，使技術(shù)人員產(chǎn)生誤判，導(dǎo)致電機(jī)的運(yùn)行出現(xiàn)差錯(cuò)，進(jìn)而影響機(jī)電一體化技術(shù)的實(shí)施。

2.3 機(jī)電一體化技術(shù)運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性

隨著設(shè)備及新技術(shù)的共同進(jìn)步，新技術(shù)與設(shè)備已經(jīng)能夠進(jìn)行有效的結(jié)合，同時(shí)也能夠很好地適應(yīng)社會(huì)、適應(yīng)市場(chǎng)，但仍然存在著一定的問(wèn)題，在進(jìn)行電機(jī)的保護(hù)與控制工作時(shí)，常會(huì)遇到落后的、陳舊的設(shè)備與裝置與新技術(shù)無(wú)法有機(jī)結(jié)合這一問(wèn)題，其主要是由于落后設(shè)備無(wú)法達(dá)到新技術(shù)的技術(shù)要求，從而影響機(jī)電一體化系統(tǒng)的正常運(yùn)行，且機(jī)電一體化系統(tǒng)多應(yīng)用于井下這種復(fù)雜的環(huán)境，由于這種技術(shù)多用于這種復(fù)雜環(huán)境，那么系統(tǒng)中的設(shè)備及各元件則需要在這種復(fù)雜的環(huán)境當(dāng)中工作，因此，在運(yùn)行過(guò)程中則難免會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，電機(jī)在這種潮濕的環(huán)境當(dāng)中運(yùn)行，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)短路等情況，當(dāng)問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)，又因?yàn)閺?fù)雜的環(huán)境降低了技術(shù)人員的修理效率，則在很大程度上會(huì)影響機(jī)電一體化系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此，針對(duì)電機(jī)出現(xiàn)故障這一問(wèn)題，要研究出在這種復(fù)雜環(huán)境下工作時(shí)，電機(jī)的控制與保護(hù)裝置，從而確保在復(fù)雜環(huán)境下電機(jī)的正常運(yùn)行，避免影響機(jī)電一體化系統(tǒng)的順利工作。

3 機(jī)電一體化應(yīng)用中電機(jī)控制與保護(hù)路徑探析

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，電機(jī)的控制與保護(hù)工作逐漸成為技術(shù)人員比較重視的工作，發(fā)展前景較好，因此，要借助此發(fā)展勢(shì)頭，積極地研究電機(jī)的保護(hù)和控制措施，從而使電機(jī)的控制與保護(hù)能夠高效地進(jìn)行。

3.1 認(rèn)真選擇控制保護(hù)裝置的元件

首先是對(duì)單片機(jī)的選擇，單片機(jī)對(duì)于電機(jī)的保護(hù)主要體現(xiàn)在電機(jī)堵轉(zhuǎn)保護(hù)、缺相保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)等方面，而這些方面需要有完善的信號(hào)處理系統(tǒng)，才能夠承擔(dān)起整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)處理和傳遞的重任，因此在選擇單片機(jī)時(shí)，要選取能夠完成信號(hào)處理功能，且在三相PWM波發(fā)生器運(yùn)行過(guò)程中能夠提供控制信號(hào)，同時(shí)還需要包含報(bào)警信號(hào)、故障信號(hào)等功能。在單片機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，能夠?qū)⒔邮盏降男畔⒂行幚恚缓笸ㄟ^(guò)報(bào)警信號(hào)在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行及時(shí)報(bào)警，故障信號(hào)功能則同報(bào)警信號(hào)類(lèi)似，起到提示的功能。

其次是對(duì)智能功率模塊的選擇，智能功率模塊在對(duì)電機(jī)的控制和保護(hù)上主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，第一是要滿足體積較小的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如功率小于5.5kw的異步電機(jī)，第二則是需要有較高的可靠性，具體來(lái)說(shuō)就是模塊內(nèi)部要能夠集成過(guò)電流、過(guò)電壓及過(guò)熱等故障檢測(cè)電路，同時(shí)還能夠具備一定的輸出功能，也就是能夠?qū)z測(cè)好的信號(hào)傳輸?shù)紺PU，且還需要包含驅(qū)動(dòng)電路，使運(yùn)行過(guò)程不需要加反向偏壓，而需要有報(bào)警功能，簡(jiǎn)單說(shuō)就是將出現(xiàn)的問(wèn)題報(bào)給微機(jī)，及時(shí)停止電機(jī)的運(yùn)行，對(duì)電機(jī)起到一定的保護(hù)作用。

再次是對(duì)脈沖寬度調(diào)制發(fā)生器的選擇，也就是對(duì)PWM發(fā)生器的選擇，PWM發(fā)生器主要是通過(guò)對(duì)逆變電路的開(kāi)關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，控制通斷后，能夠使輸出波形中產(chǎn)生脈沖，而對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)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(fā)生器時(shí),一定要選擇三相PWM發(fā)生器，要有較高的脈沖調(diào)控功能，同時(shí)還需要具備一定的接受和出新信號(hào)功能，通過(guò)這些功能的結(jié)合，使得電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中能夠得到有效的控制和保護(hù)。

最后是對(duì)位置檢測(cè)裝置的選擇，位置檢測(cè)裝置主要是通過(guò)檢測(cè)出準(zhǔn)確、真實(shí)、有效的位置，然后為整體的操控提供相關(guān)的位置信號(hào)，從而對(duì)電機(jī)起到一定的控制和保護(hù)作用，因此位置檢測(cè)裝置在電機(jī)保護(hù)措施當(dāng)中是非常重要的設(shè)備，而位置檢測(cè)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(shí)，要與時(shí)俱進(jìn)，選擇有新的功能的傳感器，如脈沖數(shù)字式傳感器，它主要是利用自身的物理特征形成圓形結(jié)構(gòu)或者直線型結(jié)構(gòu)的位移傳感器，通過(guò)輸出的脈沖信號(hào)來(lái)觀測(cè)位移當(dāng)量，從而計(jì)算出位移的尺寸，對(duì)電機(jī)起到保護(hù)作用，其相較于傳統(tǒng)的差動(dòng)變壓器等有更高的精度、更高的穩(wěn)定性，且不會(huì)受到溫度和線性區(qū)的限制。

針對(duì)以上各個(gè)控制與保護(hù)的元件，一定要進(jìn)行認(rèn)真選擇，以上文的分析為基礎(chǔ)，針對(duì)不同元件的特點(diǎn)，選擇最為合適的元件，同時(shí)在選擇過(guò)程中還需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)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(shè)備進(jìn)行高效的融合，因?yàn)?，只有各個(gè)元件和系統(tǒng)能夠進(jìn)行高效的融合，才能夠使機(jī)電一體化系統(tǒng)更加順利運(yùn)行，因此，選擇元件是一個(gè)系統(tǒng)中最為基礎(chǔ)的部分，也是非常重要的部分，認(rèn)真選擇設(shè)備及元件，是對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的負(fù)責(zé)，也是對(duì)機(jī)電行業(yè)順利發(fā)展的負(fù)責(zé)。

3.2 控制好閥門(mén)與速度

對(duì)電機(jī)的控制與保護(hù)除了要認(rèn)真選擇各個(gè)元件外，同時(shí)還需要對(duì)閥門(mén)與速度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，因?yàn)橹挥锌刂坪瞄y門(mén)與速度，才能夠在最基礎(chǔ)上使電機(jī)得到保護(hù)與控制，它是最基礎(chǔ)同時(shí)也是最關(guān)鍵的一步，而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，技術(shù)人員也研究出了較為成熟的裝置，如雙環(huán)控制，雙環(huán)控制主要是通過(guò)外環(huán)的位置環(huán)與內(nèi)環(huán)的速度環(huán)的有效結(jié)合，從而達(dá)到對(duì)閥門(mén)與速度的有效控制，技術(shù)人員可以利用速度環(huán)的特點(diǎn)，實(shí)時(shí)地監(jiān)控電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，同時(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂坪驼{(diào)節(jié)，使其速度能夠適應(yīng)脈沖寬度調(diào)制發(fā)生器的波段頻率,從而控制電機(jī)的速度，對(duì)電機(jī)起到保護(hù)作用。

3.3 準(zhǔn)確檢測(cè)電壓電流

隨著機(jī)電一體化在機(jī)電專(zhuān)業(yè)中的運(yùn)用，機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)逐漸成為機(jī)電專(zhuān)業(yè)的核心技術(shù)，日常針對(duì)機(jī)電一體化各個(gè)設(shè)備的維護(hù)給技術(shù)人員產(chǎn)生了很大的工作量，因此要做好電機(jī)的控制與保護(hù)工作，從而在一定程度上減輕機(jī)電一體化的維護(hù)工作。在對(duì)電機(jī)的控制和維護(hù)上除了要謹(jǐn)慎選擇元件及嚴(yán)格控制速度外，由于電壓和電流對(duì)電機(jī)的正常運(yùn)行有著很大的影響，還需要能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)電壓和電流，通過(guò)電壓和電流的檢測(cè)，使其能夠被控制在合適的數(shù)值范圍內(nèi)，避免對(duì)電機(jī)造成損害，如電壓過(guò)高容易燒壞電機(jī)，而過(guò)低的電壓則會(huì)影響電機(jī)的輸出功率；電流過(guò)大則融入使電機(jī)線圈繞組發(fā)燙，較長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)燙會(huì)影響線圈的絕緣性能，從而出現(xiàn)短路等情況，而電流過(guò)低則無(wú)法帶動(dòng)電機(jī)的正常運(yùn)行，都會(huì)影響到電機(jī)的壽命，因此，對(duì)電壓和電流的準(zhǔn)確檢測(cè)，能夠有效地控制電壓和電流處于合適的數(shù)值，從而提高電機(jī)的工作效率及工作時(shí)長(zhǎng)，減輕技術(shù)人員的工作壓力，使機(jī)電一體化技術(shù)能夠順利進(jìn)行。

3.4 對(duì)電機(jī)的運(yùn)行做好維護(hù)工作

在機(jī)電一體化運(yùn)行當(dāng)中，電機(jī)承擔(dān)著較為重要的責(zé)任，而所有的設(shè)備無(wú)論質(zhì)量的好壞，無(wú)論技術(shù)的高低，都有自己的使用壽命，為了能夠延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，要對(duì)設(shè)備進(jìn)行日常維護(hù)，因此，技術(shù)人員需要對(duì)電機(jī)的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，監(jiān)控過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，需要及時(shí)進(jìn)行修護(hù)。具體的操作為，技術(shù)人員在選擇各個(gè)設(shè)備或元件時(shí)，要選擇和電機(jī)相適應(yīng)的設(shè)備和元件，避免不適應(yīng)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中影響電機(jī)的正常運(yùn)行。安裝好設(shè)備后，進(jìn)行試運(yùn)行，及時(shí)觀測(cè)運(yùn)行是否正常，且運(yùn)行過(guò)程是否能夠達(dá)到預(yù)期的效果，如發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中出現(xiàn)問(wèn)題，要及時(shí)進(jìn)行修正。在一切就緒后，可以進(jìn)行正常的使用。技術(shù)人員在日常的工作當(dāng)中，間隔一段時(shí)間就需要對(duì)電機(jī)設(shè)備進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，同時(shí)當(dāng)有些元件損壞或者出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，要及時(shí)更換和修理。通過(guò)以上各個(gè)環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)配合，使電機(jī)能夠進(jìn)行正常的運(yùn)行，同時(shí)也能夠在一定程度上延長(zhǎng)電機(jī)的壽命，降低設(shè)備成本。從而保證電機(jī)時(shí)刻處于最佳工作狀態(tài)。一般而言，電機(jī)的使用壽命約為4～10萬(wàn)小時(shí)，對(duì)于已經(jīng)超過(guò)服役期限的電機(jī)應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行更換，以保持整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上文的研究和分析，了解到電機(jī)的控制與保護(hù)工作的重要性，因此技術(shù)人員要在重視的基礎(chǔ)上進(jìn)行積極的研究，對(duì)各個(gè)設(shè)備和遠(yuǎn)近進(jìn)行認(rèn)真選擇，使各個(gè)設(shè)備之間能夠進(jìn)行有效的連接，使電機(jī)能夠正常工作，從而推動(dòng)機(jī)電一體化技術(shù)的高速發(fā)展，使我國(guó)的機(jī)電技術(shù)邁向新的高度，迎來(lái)工業(yè)發(fā)展的新高潮，為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)出更多的力量。