機電一體化點機電制系統研究

劉惠軍 孫曙光 李大鵬

【摘 ?要】作為現代工業技術中重要的部分之一，電機一體化技術為我國機械工業的發展創造更多的機遇。目前機電一體化技術發展的越來越快，人們對機電一體化中電機控制也具有了越來越高的重視程度。然而目前我國的機電一體化中的電機控制水平盡管已經具有較高的水平，但是由于受到技術限制等原因的影響，導致我國的機電一體化中的電機控制在實際的工作中仍然存在著較多的問題。

【關鍵詞】機電一體化;電機控制

1 ?前言

眾所周知，隨著科學技術的不斷發展以及現代先進生產加工技術的不斷完善，相關執行機構的重要性不言而喻，因為執行機構在自動控制系統工作中起著至關重要的作用。但是當前我國國產大流量電動執行機構無論是在相關控制手段上還是在機械傳動機構上都出現明顯落后和偏多的情況，同時電動執行機構中其結構相對復雜且其可靠性能也相對較低。本文針對執行機構發展的相關缺陷和不足，對如何采用機電一體化技術將閥門和控制器進行有機融合進行深度探究。

2 ?機電一體化的發展

機電一體化在20世紀70年代是初始研究探索的時期，此階段研究者通過嘗試各種科學試驗來提高機電器械的運作效率和質量。尤其在第二次世界大戰時期，戰爭促進了電子技術與機械的相互滲透融合，當時目的是為了戰爭服務，而戰爭結束后技術優勢和特點逐漸轉為為民眾服務。加快了使用地區人民生產生活回歸正常軌道。但由于尚處于技術發展的初級階段，性能和質量并不是特別完善，而適合產業發展的外在環境條件尚不充分，因此其進一步發展受到局限。后來網絡通信技術和控制、傳播技術的推廣帶來微型計算機和集成電路等技術的使用等成為了電子技術和機械技術相融合的前提性條件甚至決定性條件，對促進機電一體化事業功不可沒。

3 ?機電一體化中電機的構成及工作基理分析

3.1 ?對電機構成進行分析

現階段，交流電動機在機電一體化中比較常用，包括單相交流電動機和三相異步電動機，前者在民用電器上的應用次數較多，后者在工業上的應用頻率較高;電機結構包括執行驅動和控制，其中執行驅動由位置傳感器及三相伺報電機組成，控制部分包括單片機，整流模塊，故障檢測，PWM波發生器以及輸入、出通道等等。

3.2 ?對電機工作基理進行分析

電機執行系統使用電流傳感器、電壓傳感器及位置傳感器進行相關檢測，在檢測完成后會成功獲取逆變模塊的三相輸出電流以及電壓、閥門的位置信號，使用A/D轉換后進入單片機，單片機依靠PWM波發生器實現控制電機運行的目標。380伏電源全橋整流為逆變模塊提供直流電壓信號，下面對三相異步電動機的工作基理進行說明：在三相對稱電流進入三相對稱繞組中會形成圓形旋轉磁場，之后轉子導體會對旋轉磁場的感應電動勢及電流進行切割處理，電磁力會對轉子載流導體產生一定的作用，在一定時間后會形成電磁轉距，進而使電機中的轉子進入轉動狀態。

4 ?機電一體化電機控制與保護

4.1 ?電機控制保護裝置存在的缺陷

其實現階段在電機控制保護裝置中，各種非期待的狀況都有待處理。比如井下電機控制保護設備中，鼠籠式異步電機的故障率就比較高，占整個電機設備總故障率的一半以上，所以對于井下電機控制而言，可靠的控制保護裝置是保證礦井安全生產的重要因素之一。通常電機保護裝置的原理不外電磁原理或者電熱原理，比如通過熔斷器進行短路保護，或者用熱繼電器進行過載保護等，都是這應用這些原理的典型技術。隨著機械自動化程度漸漸顯現出來，電機設備的運動使用率高，人工的負擔轉嫁于機械設備，而由于啟動時間，電壓，設備開機狀態等影響下機器的損壞率，壽命變短等問題逐漸凸顯出來。電機設備研究人員希望通過長期的調查和試驗找到保護電機保護技術前景何在，得到以下結論：第一，設計之初便要考慮日后的維護保護工作，提前做好計劃安排，從頭到尾進行統籌規劃。第二，拓展設備養護問題胡思路，創新保護裝置，使其發展規模發展思路更加多樣。第三，轉變管理觀察方式方法，在設備運行過程中根據實際情況一切以更好更快為目標，及時將出現的問題處理完，在此，數字化的監管模式因為其高速和全面是目前發展的主要方向。

4.2 ?電機保護控制裝置發展趨勢及前景

電機控制保護現狀是缺乏思路創新和科技創新，近幾年針對這些問題提出一些新的理論方法，期望推進該事業的進一步發展。通過仿真計算和故障建模，并引入突破量、相位量、諧波份量、阻抗量、序份量等多種對電機故障敏感的檢測量進行數據分析，并作相應判斷和分析，把這些工作量提前做好的話，不但可以大大提高保護控制裝置的精度和靈感度，還可以為以后的理論研究提供依據，為今后的突破進展提供依據。新技術的應用與開發也是電機控制保護裝置的一個重要方面。利用新的技術產品和理論對電機的運行進行實時監測，然后根據各種裝置輸出的信息通過計算機進行判斷，把反射的數據進行分類，通過科學的分析和比對確定故障類型和嚴重程度，最后再采取相應的補救措施等，這樣不僅能實現以上各種電機保護控制功能，更重要的是能在故障之前發出預警，達到提前防止故障發生，防患于未然。

電機控制與保護裝置還有一項很重要的發展前景就是積極配套出廠電機保護控制裝置，根據國際質量標準水平發現自己的不足和缺陷，并根據我國現實狀況具體設計規劃，力求適應中國國情。國外一些國家在電機產出后營銷階段會相應贈送或追加配套輔助設施，這種做法對于短期可能會產生效益低下等印象，但長遠說來使購買者得到真正實惠，保證機械運轉效率和質量，提高機械使用壽命，降低資源浪費，我國在這方面明顯做得不夠，致使整個行業發展過慢。所以說我國在這一方面應該像國外積極學習，發展配套運行機制，使得購買效率和使用效率都提高，避免了使用者配置不當引起機器損毀，耐用率低下而花費高昂，一方面使出產者的口碑提高和產品進一步推廣全國乃至世界打下基礎。所以說電機與其保護設備的配套不但能夠促進彼此的使用效果，拓寬了電機事業長遠發展的道路，對整個機電事業的科學化、人文化、世界化都是一個不小的促進。

5 ?結束語

總而言之，隨著計算機網絡技術以及電子電力技術的飛速發展，我國的機電一體化技術也得到了越來越廣泛的應用，并且也獲得了良好的應用效果。然而當前在機電控制與保護方面還存在著一些問題，這也在一定程度上影響了我國機電一體化事業的發展。所以，必須要合理地分析與解決相關問題，努力降低電機控制與保護故障的發生率，并且要采取有效的措施，合理地排除相關的故障，從而充分保障機電一體化系統的穩定、安全運行，進而有效推動我國機電一體化的可持續發展。

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[4] 尹志強.機電一體化系統設計課程設計指導書[M].北京：機械工業出版社，2007.

（作者單位：1吉林省白山市恒月機電設備有限公司;2吉林省通鋼板石礦業有限責任公司）