淺談機電一體化中電機的控制與保護

譚宏

摘要：所謂的機電一體化，也就是把電子技術全部導入到機構的信息控制系統、處理系統、動力系統和相關各個主要功能的系統之中，讓機械系統和電子技術能夠有機結合，進而構成一個相對整體的系統。而隨著我國科學技術的不斷深化與發展，就機電一體化工作類型來分析，融合了電力技術、自動控制技術、電子技術、機械技術、接口技術和群體技術等方面的集合總稱。其目的是為了能夠系統的讓工程總質量提高。

關鍵詞：機電一體化；電機控制；保護措施

1 機電一體化中電機的構成及工作基理分析

第一，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。

第二，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。

2 機電一體化中的電機控制與保護

2.1 對閥門與速度的控制

實現電機執行機構的閥位和速度的控制需要解決的關鍵性技術問題主要有五個方面，分別是閥門柔性開關的控制、閥位的極限位置的判斷、電機保護的實現、準確定位與模擬信號的隔離。對于機電一體化中電機閥門位和速度的控制，微處理器根據測得的變頻器輸出電壓和電流，通過計算得出輸出力矩，如果輸出力矩達到或大于設定的力矩，那么就會自動降低運行速度。在傳統電機的執行機構中，閥位的極限位置的檢測是通過機械式限位開關獲得的。電動執行機構極限位置通過檢測位置信號的增量獲得，單片機將本次檢測的位置信號與上次檢測的信號相比較，如果未發生變化或變化較小，就會自動電機的供電電源。

電機的運行控制與加速度的大小、時間長短、當前位置、速度控制給定位置以及運行速度有關。在機電一體化中電機采用的是雙環控制方案，外環為位置環，內環為速度環。外環是通過當前位置速度的設定將速度給定發生器向內環提供速度的設定值。內環是將當前速度與速度給定與發生器的設定速度進行比較，依靠速度調節器改變PWM波發生器載波頻率，以實現電機的轉速調節。

2.2 電機保護裝置控制

對電機保護裝置的控制是出于安全角度考慮的，因為電機設備經常會出現逆變模塊故障，在此時，變頻器的輸出電流與電壓頻率是不穩定的（在0～50Hz之間）。如果采用常規電壓電流互感器很難達到電機控制與保護要求。為此，應該啟動電機控制保護功能，運用它來快速反應電機設備中電流的大小，例如：霍爾型電流互感器就能對IPM輸出三相電流檢測，與此同時，IPM輸出電壓則會通過分壓電路對電機保護裝置進行檢測，從而達到對電機設備的電壓電流頻率控制目的。

進入21世紀以后，國內外的機電一體化技術都在不斷創造技術突破，已經形成了許多先進的技術成果。但如文中所述的各種電機設備控制保護問題也不可回避。目前包括我國在內的許多國家已經實現了對電機控制的在線監控保護，它可以根據裝置的輸出數據與信號來在線分析對比，明確電機設備所存在的故障類型與故障程度。

2.3 對電流電壓的準確檢測

機電一體化是當前機電專業發展中的核心發展概念，在進行機電設備的使用以及運維管理過程中，深入機電一體化工作的研究，有助于完善對機電工程推廣中機電設備的合理控制與保護。電機在機電一體化中的控制與保護工作，同樣是其中重要的組成環節之一，在檢測的過程中，必須對機電的電壓、電流等相關參數進行必要的檢測以及記錄，然后對檢測的結果進行合理、科學的處理分析；做好正確的檢測及處理工作，將有助于對機電一體化中的電機的使用力矩、逆變模塊、斷電保護等相關參數以及出現的故障進行及時的獲取以及發現，有助于對故障發生后診斷工作的順利開展。不過，在實際的操作中，傳統的電壓互感器與電流互感器等互感設備是不能夠達到相關準確檢測的目的的，但是存在的問題我們必須盡快的排除；所以，在進行機電設備的電流以及電壓的檢測中，往往采用霍爾型電流互感器以及IPM輸出電壓發用分壓電路對IPM輸出三相電流與電壓進行合理的檢測，進而確保在檢測的過程中能夠達到電機設備的使用控制要求與保護的要求，提高檢測工作開展的準確性。

3 電機保護裝置的發展趨勢

3.1 融合多種先進技術

電機控制與保護是各種先進控制技術的融合結果，在未來電機的自動化與智能化的控制可以為其他高新技術的發展提供技術支持，因此在現階段技術人員要利用光學技術來改進和創新機電一體化系統，有效的增加電機設備的使用價值。當前開放式總線結構是電機設備控制與保護中主要應用的模式，為了實現機電一體化的綜合控制，可以利用網絡信息技術來對設備運行的狀況進行監督與控制。

3.2 創新性

現階段生產機電一體化設備的廠家有很多，但是要保證其生產的設備接口具有統一性與標準性特點是一項較難實現的工作，并且接口研制的環節本身具有較高的復雜性。為了解決這一問題，在未來電機保護設備可以廣泛的應用集成化模塊，集成化模塊的應用可以在保證原有電機功能正常運行的基礎上拓展其他使用功能，更好的滿足使用者的需求，實現了機電設備的不斷創新。

3.3 智能化

電機設備將逐漸實現智能化的控制與保護，由于人工智能等先進技術的快速發展，使得機械技術的發展可以融入相關先進理念，使電機設備的控制與保護工作更加的科學與精準。

4 結語

綜上所述，電機控制與保護在機電一體化系統中的有效落實，一方面能夠根據電機運行狀況提供適當的保護措施，避免意外故障對電力系統其他設備造成損傷；除此之外，憑借控制管理方案，更能夠細致調控電機運行環境，以此滿足企業經濟與功能可持續化的發展需要。上文基于機電一體化構成與原理展開分析，在明確電機控制與保護措施同時，期望能夠為后續機電一體化系統的構建提供良好參照。

參考文獻：

[1]于建立，張占福.機電一體化中的電機控制與保護探討[J].現代工業經濟和信息化，2016，6（11）：71-72.

[2]孫祥宇.機電一體化中的電機控制與保護探討[J].工業，2016（8）：00316-00316.

（作者單位：朝陽市自來水有限責任公司）