論機電一體化中的電機控制與保護

摘 要：隨著現代科學技術的不斷發展，機電一體化已經成為現代科學技術發展的必然結果。然而在機電一體化發展的同時，在電機的控制與保護中，卻產生了一些問題還沒有得到解決，因此，主要對機電一體化的定義、發展現狀，在電機控制與保護中存在的問題、解決措施以及機電一體化未來的發展趨勢進行探討。

關鍵詞：機電一體化；發展現狀；電機控制與保護

前言

近些年隨著我國經濟的快速發展，各行各業都相繼得到了發展，尤其是我國的科學領域，更是有了前所未有的突破，這極大地推動了不同學科的交叉與滲透，引起了工程領域的技術革命。在機械工程領域中，微電子技術和計算機技術不斷向其內部滲透，從而形成機電一體化。在機電一體化技術不斷創新與發展的背景下，為了實現電機的節能性、安全性與高效性，實行了依靠專業的電力電子裝置來保護與控制電機的措施。但是在電機控制與保護中，由于各種人為、技術等因素致使電機在控制與保護中存在很多問題。因此，本文主要對所存在的問題進行探討，并針對這些問題提出相應的解決措施。

1 機電一體化定義

所謂的機電一體化指的是引進電子技術，將其應用于機構的主功能、動力功能、控制功能和信息處理功能上，從而使機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。

隨著科學技術的不斷發展，機電一體化已經成為一門自成體系的新型學科。機電一體化的主要特點是從系統化的角度出發，為實現多功能、高質量、高可靠性、低能耗等目標，將群體技術：機械技術、微電子技術、計算機技術、電力電子技術等進行合理配置與布局，并根據系統功能與優化組織目標加以操作，從而達到理想目標。

機電一體化作為一種新型的綜合技術，并不是新技術之間的簡單拼湊與組合，而是涵蓋了技術和產品兩方面，這也是與其機械電氣化之間的根本區別。機電一體化廣泛應用了微電機裝置，賦予了現代機械設備自動檢測、自動調節與控制等，這有效地促進了生產效率的提高。

2 機電一體化的發展狀況

機電一體化的發展可以分為三個階段。第一階段是20世紀60年代以前，稱為初級階段。這時的電機技術的發展還沒有達到一定的水平，機械技術與電子技術的結合還不能廣泛和深入的發展。但是，這一時期人們已經利用電子技術的初步成果來完善機械產品的性能，為機電一體化的發展提供了前提。

第二階段是在20世紀70-80年代，稱為蓬勃發展階段。之所以得到了迅速的發展，是因為計算機等技術為機電一體化的發展奠定了技術基礎，大規模、超大規模集成電路和微型計算機的迅猛發展為機電一體化的發展提供了充分的物質基礎。

第三階段是在20世紀90年代后期，這時期機電一體化技術開始向智能化方向邁進，可以說機電一體化進入了深入發展時期，并且機電一體化已經進一步建立完整的基礎，而且逐漸形成了完整的科學體系。

3 機電一體化應用中電機控制與保護存在的問題

在我國機電一體化技術發展中，由于技術等因素致使機電控制與保護方面存在很多問題，而且這些問題尚未得到解決。存在的主要問題如下：

3.1 井下機電設備的應用存在的問題

在井下機電設備的應用中對電機的控制與保護還存在著很多弱點，如鼠籠式異步電機屬于電機控制與保護中最薄弱的環節，此環節應用不當所引起的電機運行故障很多，約占整個電機設備故障的一半以上。因此，有關人員必須要將井下的電機設備的電機控制與保護重視起來，要研發性能更為可靠的電機控制保護裝置。

3.2 電機控制保護裝置的使用難以達到需求

在現階段，所使用的電機控制保護裝置還不夠發達，尚未達到機電一體化應用中的電機控制與保護的需求。因為所使用的電機控制保護裝置多是憑借電熱原理和電磁原理，利用熱繼電器的過載保護功能和熔斷器的短路保護而進行的，由于這種零部件本身的不足，導致機電控制與保護還存在缺陷，因此，在機電產品的設計過程中，要將設計、控制與保護融為一體、綜合考慮，使電機控制與保護裝置實現多樣化和全面化。

4 機電一體化應用中電機控制與保護的措施

在機電一體化應用中，電機設備的執行機構主要由兩部分組成，分別是：執行驅動部和控制部分。其中執行驅動部是由位置傳感器、三相伺服電機等組成；控制部分是由單片機、IPM逆變器、輸入通道、PWM發生器等組成。

4.1 對閥門與速度的控制

在電機控制保護裝置的實際應用中，對閥門和速度的控制是不可缺少的。在我國主要采用的是雙環控制方案，其中內環是速度環，外環是位置環。速度環的目的是為實現對于電機實際轉速的調節與控制而進行的一系列操作，這個目的是通過使用速度調節器，將PWM波發生器的載波頻率進行調節而達到的。外環的作用是向內環提供相應的速度設定值，這一過程是根據外環的當前位置速度設定，并使用速度給定發生器來實現的。在機電控制保護裝置的閥門與速度控制中，由于大流量閥門執行機構在運行中存在勻速、加速或減速等階段，而且實際位置與給定位置存在不確定性，從而導致閥門與速度控制存在困難，這就需要在對其調節中，要根據閥門與給定閥門的比較，對速度進行調節。

4.2 對電流電壓的準確檢測

在對機電一體化中電機控制與保護裝置的應用中，對于電流、電壓的檢測也是不可忽視的，因為對二者的正確檢測有益于電機力矩、斷相保護、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到此要求的，為了快速診斷故障排除問題，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IPM輸出三相電流和電壓進行檢測，從而達到電機控制與保護的要求。

5 機電一體化未來的發展趨勢

隨著我國科學技術的迅猛發展，機電一體化將會有更大的發展空間，電機控制與保護中存在的問題也會越來越少。機電一體化未來的發展趨勢是向智能化、模塊化、網絡化、微型化、綠色化、系統化等方向發展。

6 結束語

隨著機電行業對現代化計算機與網絡技術的廣泛應用，再加上電力電子技術的高速發展，使我國機電一體化技術的應用取得了良好的效果。但是在機電控制與保護中尚存在很多問題需要解決，為了促進我國機電一體化事業的發展，減少電機控制與保護故障的發生，要將其中的故障加以重視，并逐步研究補救措施加以解決。

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