淺議機(jī)電一體化特征探索電機(jī)結(jié)構(gòu)特點

【摘要】機(jī)電一體化是機(jī)械技術(shù)與微電子技術(shù)、信息技術(shù)互相滲透的產(chǎn)物，是機(jī)電工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，電動機(jī)的電力拖動技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用在各個工業(yè)電氣自動化領(lǐng)域中，本文從電動機(jī)結(jié)構(gòu)，運行、價格、維護(hù)以及三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性出發(fā)，簡述電動機(jī)的啟動、制動、調(diào)速等技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】電動機(jī)；電力拖動；啟動；制動；調(diào)速；機(jī)電一體化

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展極大地推動了不同學(xué)科的交叉與滲透，在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式及管理體系由“機(jī)械電氣化”邁入了“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段，異步電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、價格低、維護(hù)方便等一系列的優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用在電力拖動系統(tǒng)中，電力拖動已被廣泛地應(yīng)用在各個工業(yè)電氣自動化領(lǐng)域中。

一、機(jī)電一體化的核心技術(shù)

機(jī)電一體化包括軟件和硬件兩方面技術(shù)。硬件是由機(jī)械本體、傳感器、信息處理單元和驅(qū)動單元等部分組成。機(jī)械本體必須從改善性能、減輕質(zhì)量和提高精度等幾方面考慮，只有機(jī)械本體減輕了重量，才有可能實現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)的小型化，進(jìn)而在控制方面改善快速響應(yīng)特性，減少能量消耗，提高效率。傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面，提高可靠性與防干擾有著直接的關(guān)系，為進(jìn)一步發(fā)展機(jī)電一體化，必須提高信息處理設(shè)備的可靠性，包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的可靠性和分時處理的輸入輸出的可靠性，進(jìn)而提高處理速度，并解決抗干擾及標(biāo)準(zhǔn)化問題。驅(qū)動技術(shù)，正在積極發(fā)展內(nèi)部裝有編碼器的電機(jī)以及控制專用組件-傳感器-電機(jī)三位一體的伺服驅(qū)動單元。接口技術(shù)，技術(shù)人員正致力于開發(fā)低成本、高速串行的接口，來解決信號電纜非接觸化、光導(dǎo)纖維以及光藕器的大容量化、小型化、標(biāo)準(zhǔn)化等問題。軟件技術(shù)，為了減少軟件的研制成本，提高生產(chǎn)維修的效率，要逐步推行軟件標(biāo)準(zhǔn)化，包括程序標(biāo)準(zhǔn)化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。

二、三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性

電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和啟動轉(zhuǎn)矩是反映電動機(jī)的過載能力和啟動性能的兩個重要指標(biāo)，最大轉(zhuǎn)矩和啟動轉(zhuǎn)矩越大，則電動機(jī)的過載能力越強(qiáng)，啟動性能越好。一般情況下，以最大轉(zhuǎn)矩（或臨界轉(zhuǎn)差率）為分界點，其線性段為穩(wěn)定運行區(qū)，而非線性段為不穩(wěn)定運行區(qū)。固有機(jī)械特性的線性段屬于硬特性，額定工作點的轉(zhuǎn)速略低于同步轉(zhuǎn)速。人為機(jī)械特性曲線的形狀可用參數(shù)表達(dá)式分析得出，分析時關(guān)鍵要抓住最大轉(zhuǎn)矩、臨界轉(zhuǎn)差率及啟動轉(zhuǎn)矩這三個量隨參數(shù)的變化規(guī)律。

三、機(jī)電一體化技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域

數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床及相應(yīng)的數(shù)控技術(shù)在結(jié)構(gòu)、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具體表現(xiàn)在：總線式、模塊化、緊湊型的結(jié)構(gòu)，即采用多CPU、多主總線的體系結(jié)構(gòu)。計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）實現(xiàn)不是現(xiàn)有各分散系統(tǒng)的簡單組合，而是全局動態(tài)最優(yōu)綜合。它打破原有部門之間的界線，以制造為基干來控制“物流”和“信息流”，實現(xiàn)從經(jīng)營決策、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)實驗到生產(chǎn)經(jīng)營管理的有機(jī)結(jié)合。柔性制造系統(tǒng)是計算機(jī)化的制造系統(tǒng)，主要由計算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、料盤、自動搬運小車和自動化倉庫等組成。工業(yè)機(jī)器人，具有多種感知功能，可進(jìn)行復(fù)雜的邏輯思維、判斷和決策，在作業(yè)環(huán)境中獨立作業(yè)。

四、三相異步電動機(jī)的啟動制動與調(diào)速

小容量的三相異步電動機(jī)可以采用直接啟動，容量較大的籠型電動機(jī)可以采用降壓啟動，適合帶較大的負(fù)載啟動，繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)可采用轉(zhuǎn)子串接電阻或頻敏變阻器啟動，其啟動轉(zhuǎn)矩大、啟動電流小，適用于中、大型異步電動機(jī)的重載啟動。軟啟動器是一種集電機(jī)軟啟動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新型電動機(jī)控制裝置，啟動器實際上是個調(diào)壓器，用于電動機(jī)啟動時，輸出只改變電壓并沒有改變頻率。三相異步電動機(jī)也有三種制動狀態(tài)：能耗制動、反接制動（電源兩相反接和倒拉反轉(zhuǎn)）和回饋制動。這三種制動狀態(tài)的機(jī)械特性曲線、能量轉(zhuǎn)換關(guān)系及用途、特點等均與直流電動機(jī)制動狀態(tài)類似。三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法有變極調(diào)速、變頻調(diào)速和變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。變頻調(diào)速是現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)的主要方向，它可實現(xiàn)無級調(diào)速，適用于恒轉(zhuǎn)矩和恒功率負(fù)載。把電壓和頻率固定不變的工頻交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。變頻器輸出的波形是模擬正弦波，主要用在三相異步動機(jī)的調(diào)速，又叫變頻調(diào)速器。

五、機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展前景

縱觀國內(nèi)外機(jī)電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀和高新技術(shù)的發(fā)展動向，機(jī)電一體化將朝著智能化。智能機(jī)電一體化產(chǎn)品可以模擬人類智能，具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力，從而取代制造工程中人的部分腦力勞動，未來的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。微型機(jī)電一體化系統(tǒng)高度融合了微機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)和軟件技術(shù)，是機(jī)電一體化的一個新的發(fā)展方向，利用半導(dǎo)體器件制造過程中的蝕刻技術(shù)，在實驗室中已制造出亞微米級的機(jī)械元件。模塊化也是機(jī)電一體化產(chǎn)品的一個發(fā)展趨勢，機(jī)電一體化產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開發(fā)新產(chǎn)品，同時也可以不斷擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品。工業(yè)的發(fā)達(dá)使人們物質(zhì)豐富，綠色化是時代的趨勢，其目標(biāo)是對生態(tài)環(huán)境無危害或危害極小，資源利用率極高，綠色制造業(yè)是現(xiàn)代制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展模式。

六、結(jié)論

機(jī)電一體化技術(shù)是眾多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求，它促使機(jī)械工業(yè)發(fā)生戰(zhàn)略性的變革，使傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計方法和設(shè)計概念發(fā)生著革命性的變化，三相異步電動機(jī)在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式及管理體系由“機(jī)械電氣化”邁入了“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段，具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、價格低、維護(hù)方便等一系列的優(yōu)點，已被廣泛地應(yīng)用在各個工業(yè)電氣自動化領(lǐng)域中，大力發(fā)展新一代機(jī)電一體化產(chǎn)品，不僅是改造傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備的要求，而且是推動機(jī)械產(chǎn)品更新?lián)Q代和開辟新領(lǐng)域、發(fā)展與振興機(jī)械工業(yè)的必由之路。