譚宏

摘要：所謂的機(jī)電一體化，也就是把電子技術(shù)全部導(dǎo)入到機(jī)構(gòu)的信息控制系統(tǒng)、處理系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)和相關(guān)各個(gè)主要功能的系統(tǒng)之中，讓機(jī)械系統(tǒng)和電子技術(shù)能夠有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而構(gòu)成一個(gè)相對(duì)整體的系統(tǒng)。而隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷深化與發(fā)展，就機(jī)電一體化工作類(lèi)型來(lái)分析，融合了電力技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、接口技術(shù)和群體技術(shù)等方面的集合總稱(chēng)。其目的是為了能夠系統(tǒng)的讓工程總質(zhì)量提高。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；電機(jī)控制；保護(hù)措施

1 機(jī)電一體化中電機(jī)的構(gòu)成及工作基理分析

第一，對(duì)電機(jī)構(gòu)成進(jìn)行分析?，F(xiàn)階段，交流電動(dòng)機(jī)在機(jī)電一體化中比較常用，包括單相交流電動(dòng)機(jī)和三相異步電動(dòng)機(jī)，前者在民用電器上的應(yīng)用次數(shù)較多，后者在工業(yè)上的應(yīng)用頻率較高；電機(jī)結(jié)構(gòu)包括執(zhí)行驅(qū)動(dòng)和控制，其中執(zhí)行驅(qū)動(dòng)由位置傳感器及三相伺報(bào)電機(jī)組成，控制部分包括單片機(jī)，整流模塊，故障檢測(cè)，PWM波發(fā)生器以及輸入、出通道等等。

第二，對(duì)電機(jī)工作基理進(jìn)行分析。電機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)使用電流傳感器、電壓傳感器及位置傳感器進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)，在檢測(cè)完成后會(huì)成功獲取逆變模塊的三相輸出電流以及電壓、閥門(mén)的位置信號(hào)，使用A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)入單片機(jī)，單片機(jī)依靠PWM波發(fā)生器實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)運(yùn)行的目標(biāo)。380伏電源全橋整流為逆變模塊提供直流電壓信號(hào)，下面對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的工作基理進(jìn)行說(shuō)明：在三相對(duì)稱(chēng)電流進(jìn)入三相對(duì)稱(chēng)繞組中會(huì)形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，之后轉(zhuǎn)子導(dǎo)體會(huì)對(duì)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及電流進(jìn)行切割處理，電磁力會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)體產(chǎn)生一定的作用，在一定時(shí)間后會(huì)形成電磁轉(zhuǎn)距，進(jìn)而使電機(jī)中的轉(zhuǎn)子進(jìn)入轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。

2 機(jī)電一體化中的電機(jī)控制與保護(hù)

2.1 對(duì)閥門(mén)與速度的控制

實(shí)現(xiàn)電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閥位和速度的控制需要解決的關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題主要有五個(gè)方面，分別是閥門(mén)柔性開(kāi)關(guān)的控制、閥位的極限位置的判斷、電機(jī)保護(hù)的實(shí)現(xiàn)、準(zhǔn)確定位與模擬信號(hào)的隔離。對(duì)于機(jī)電一體化中電機(jī)閥門(mén)位和速度的控制，微處理器根據(jù)測(cè)得的變頻器輸出電壓和電流，通過(guò)計(jì)算得出輸出力矩，如果輸出力矩達(dá)到或大于設(shè)定的力矩，那么就會(huì)自動(dòng)降低運(yùn)行速度。在傳統(tǒng)電機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，閥位的極限位置的檢測(cè)是通過(guò)機(jī)械式限位開(kāi)關(guān)獲得的。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)極限位置通過(guò)檢測(cè)位置信號(hào)的增量獲得，單片機(jī)將本次檢測(cè)的位置信號(hào)與上次檢測(cè)的信號(hào)相比較，如果未發(fā)生變化或變化較小，就會(huì)自動(dòng)電機(jī)的供電電源。

電機(jī)的運(yùn)行控制與加速度的大小、時(shí)間長(zhǎng)短、當(dāng)前位置、速度控制給定位置以及運(yùn)行速度有關(guān)。在機(jī)電一體化中電機(jī)采用的是雙環(huán)控制方案，外環(huán)為位置環(huán)，內(nèi)環(huán)為速度環(huán)。外環(huán)是通過(guò)當(dāng)前位置速度的設(shè)定將速度給定發(fā)生器向內(nèi)環(huán)提供速度的設(shè)定值。內(nèi)環(huán)是將當(dāng)前速度與速度給定與發(fā)生器的設(shè)定速度進(jìn)行比較，依靠速度調(diào)節(jié)器改變PWM波發(fā)生器載波頻率，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。

2.2 電機(jī)保護(hù)裝置控制

對(duì)電機(jī)保護(hù)裝置的控制是出于安全角度考慮的，因?yàn)殡姍C(jī)設(shè)備經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)逆變模塊故障，在此時(shí)，變頻器的輸出電流與電壓頻率是不穩(wěn)定的（在0～50Hz之間）。如果采用常規(guī)電壓電流互感器很難達(dá)到電機(jī)控制與保護(hù)要求。為此，應(yīng)該啟動(dòng)電機(jī)控制保護(hù)功能，運(yùn)用它來(lái)快速反應(yīng)電機(jī)設(shè)備中電流的大小，例如：霍爾型電流互感器就能對(duì)IPM輸出三相電流檢測(cè)，與此同時(shí)，IPM輸出電壓則會(huì)通過(guò)分壓電路對(duì)電機(jī)保護(hù)裝置進(jìn)行檢測(cè)，從而達(dá)到對(duì)電機(jī)設(shè)備的電壓電流頻率控制目的。

進(jìn)入21世紀(jì)以后，國(guó)內(nèi)外的機(jī)電一體化技術(shù)都在不斷創(chuàng)造技術(shù)突破，已經(jīng)形成了許多先進(jìn)的技術(shù)成果。但如文中所述的各種電機(jī)設(shè)備控制保護(hù)問(wèn)題也不可回避。目前包括我國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)控制的在線(xiàn)監(jiān)控保護(hù)，它可以根據(jù)裝置的輸出數(shù)據(jù)與信號(hào)來(lái)在線(xiàn)分析對(duì)比，明確電機(jī)設(shè)備所存在的故障類(lèi)型與故障程度。

2.3 對(duì)電流電壓的準(zhǔn)確檢測(cè)

機(jī)電一體化是當(dāng)前機(jī)電專(zhuān)業(yè)發(fā)展中的核心發(fā)展概念，在進(jìn)行機(jī)電設(shè)備的使用以及運(yùn)維管理過(guò)程中，深入機(jī)電一體化工作的研究，有助于完善對(duì)機(jī)電工程推廣中機(jī)電設(shè)備的合理控制與保護(hù)。電機(jī)在機(jī)電一體化中的控制與保護(hù)工作，同樣是其中重要的組成環(huán)節(jié)之一，在檢測(cè)的過(guò)程中，必須對(duì)機(jī)電的電壓、電流等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行必要的檢測(cè)以及記錄，然后對(duì)檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行合理、科學(xué)的處理分析；做好正確的檢測(cè)及處理工作，將有助于對(duì)機(jī)電一體化中的電機(jī)的使用力矩、逆變模塊、斷電保護(hù)等相關(guān)參數(shù)以及出現(xiàn)的故障進(jìn)行及時(shí)的獲取以及發(fā)現(xiàn)，有助于對(duì)故障發(fā)生后診斷工作的順利開(kāi)展。不過(guò)，在實(shí)際的操作中，傳統(tǒng)的電壓互感器與電流互感器等互感設(shè)備是不能夠達(dá)到相關(guān)準(zhǔn)確檢測(cè)的目的的，但是存在的問(wèn)題我們必須盡快的排除；所以，在進(jìn)行機(jī)電設(shè)備的電流以及電壓的檢測(cè)中，往往采用霍爾型電流互感器以及IPM輸出電壓發(fā)用分壓電路對(duì)IPM輸出三相電流與電壓進(jìn)行合理的檢測(cè)，進(jìn)而確保在檢測(cè)的過(guò)程中能夠達(dá)到電機(jī)設(shè)備的使用控制要求與保護(hù)的要求，提高檢測(cè)工作開(kāi)展的準(zhǔn)確性。

3 電機(jī)保護(hù)裝置的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 融合多種先進(jìn)技術(shù)

電機(jī)控制與保護(hù)是各種先進(jìn)控制技術(shù)的融合結(jié)果，在未來(lái)電機(jī)的自動(dòng)化與智能化的控制可以為其他高新技術(shù)的發(fā)展提供技術(shù)支持，因此在現(xiàn)階段技術(shù)人員要利用光學(xué)技術(shù)來(lái)改進(jìn)和創(chuàng)新機(jī)電一體化系統(tǒng)，有效的增加電機(jī)設(shè)備的使用價(jià)值。當(dāng)前開(kāi)放式總線(xiàn)結(jié)構(gòu)是電機(jī)設(shè)備控制與保護(hù)中主要應(yīng)用的模式，為了實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的綜合控制，可以利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)來(lái)對(duì)設(shè)備運(yùn)行的狀況進(jìn)行監(jiān)督與控制。

3.2 創(chuàng)新性

現(xiàn)階段生產(chǎn)機(jī)電一體化設(shè)備的廠(chǎng)家有很多，但是要保證其生產(chǎn)的設(shè)備接口具有統(tǒng)一性與標(biāo)準(zhǔn)性特點(diǎn)是一項(xiàng)較難實(shí)現(xiàn)的工作，并且接口研制的環(huán)節(jié)本身具有較高的復(fù)雜性。為了解決這一問(wèn)題，在未來(lái)電機(jī)保護(hù)設(shè)備可以廣泛的應(yīng)用集成化模塊，集成化模塊的應(yīng)用可以在保證原有電機(jī)功能正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上拓展其他使用功能，更好的滿(mǎn)足使用者的需求，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電設(shè)備的不斷創(chuàng)新。

3.3 智能化

電機(jī)設(shè)備將逐漸實(shí)現(xiàn)智能化的控制與保護(hù)，由于人工智能等先進(jìn)技術(shù)的快速發(fā)展，使得機(jī)械技術(shù)的發(fā)展可以融入相關(guān)先進(jìn)理念，使電機(jī)設(shè)備的控制與保護(hù)工作更加的科學(xué)與精準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電機(jī)控制與保護(hù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的有效落實(shí)，一方面能夠根據(jù)電機(jī)運(yùn)行狀況提供適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，避免意外故障對(duì)電力系統(tǒng)其他設(shè)備造成損傷；除此之外，憑借控制管理方案，更能夠細(xì)致調(diào)控電機(jī)運(yùn)行環(huán)境，以此滿(mǎn)足企業(yè)經(jīng)濟(jì)與功能可持續(xù)化的發(fā)展需要。上文基于機(jī)電一體化構(gòu)成與原理展開(kāi)分析，在明確電機(jī)控制與保護(hù)措施同時(shí)，期望能夠?yàn)楹罄m(xù)機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)建提供良好參照。

參考文獻(xiàn)：

[1]于建立，張占福.機(jī)電一體化中的電機(jī)控制與保護(hù)探討[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2016，6（11）：71-72.

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

（作者單位：朝陽(yáng)市自來(lái)水有限責(zé)任公司）