析机电一体化中的电机控制与保护

詹丽丹

摘要：本文主要针对机电一体化中的电机保护控制装置，其强大的信号处理能力，它除可替代某些机械部件的原有功能外，还能赋予更多新的功能，如自动调节与控制、自动信息处理、自动记录显示、自动检测、自动诊断与保护等诸多方面。本文同时还介绍了电机保护控制装置发展趋势。

关键词：机电一体化 电机控制 电机保护

1、引言

从二十世纪七十年代到上世纪九十年代是机电一体化的一个发展和完善同时进行的阶段，到上世纪九十年代电子技术和机械运作的融合已经基本达到了一个很高的水平。那么现在的机械一体化究竟可以应用于哪些方面，在机电一体化的运作过程中又应该怎样进行点击的控制与保护呢？接下来本文进行详尽的论述。

2、机电一体化发展现状

机电一体化的发展大体可以分为3个阶段。第一阶段为初级阶段，可以追溯到上世纪 70 年代以前。在这一时期，因为受到国外新技术的影响，人们会不自觉地利用这些技术来完善机电产品的性能，并且这些应用也取得了初步成果。尤其在第二次世界大战期间，战争极大地刺激了电子技术与机械产品的结合，这些由机电相结合所产生的技术和产品，战后还可以转为民用，对当地经济复苏起到了积极的作用。从当时研制的产品或者技术可以看出，当时电子技术的发展尚未达到一定水平，并且多数的产品都属于自发状态 ，因此电子技术与机械技术的结合还不可能广泛和深入得发展，并且由于当时的局限性，已经开发的产品也没有大量的推广使用。

第二阶段可称为蓬勃发展阶段，这时，通信技术、控制技术、计算机技术迅猛发展，大规模、超大规模集成电路和微型计算机的快速进步，为机电一体化的发展奠定了坚实的技术基础和充分的物质基础。

进入 20 世纪 90 年代后期，机电一体化大踏步迈向了崭新的阶段 ，此时机电一体化进入深入发展时期。一方面 ，机电一体化的学科体系得到了广泛的重视，专家们对机电系统的发展趋势进行了深入研究，并逐渐形成了譬如微机电一体化、光机电一体化等新分支。另一方面，由于光纤技术、神经网络技术及人工智能技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了广阔的天地。这些研究，将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。

3、机电一体化技术应用的领域

机电一体化的应用范围随着我国近些年来技术水平的迅速发展也越来越广泛的应用于各个不同领域。但是目前应用最广泛的领域要数数控机床、自动化与自动生产线这两个方面。数控机床与数控技术经过不断的发展与完善在各个方面都有很大的提高，具体表现为：设计理念更加人性化，机械的硬件即零部件有一个统一的标准，具备兼容性的特征；另外机械工作方式更加合理化，也就是控制方式多样化，即一台机床可以同时控制多台机床或者选择一台机床只控制一台机床 ；工作过程简单化，机械一体化可以将各种单一的工作集成到系统中去；数控装置构成的合理性，数控装置的构成以单板和单片机为控制机，并且有专用芯片和模板组成紧凑的数控装置。除掉数控机床与自动化生产线这两个方面，自动化技术也同样应用于日常生产与生活中的各个领域。

4、机电一体化中的电机控制与保护

机电一体化中的电机控制与保护主要体现在一些控制保护装置。电机保护控制装置现在成为自动化保护控制系统和节能降耗不可缺少的重要装置，是符合国家产业发展政策、节能效果显著、跨行业、量大面广的节能机电产品，对于以前产品的更新换代是一个很好的实例，在国民经济和节约能源事业中有着不可替代的重要地位和作用。

4.1电机控制保护装置的不足

目前电机控制保护装置中存在着许多问题，主要体现在一下一些方面。例如对于井下电机控制保护设备，其最薄弱的环节是鼠笼式异步电机，这种电机发生故障的可能性占整个电机设备故障的 50%，因此可靠的电机控制保护装置是井下安全生产的一个重要保证。一般的电机控制保护装置都是基于电热原理和电磁原理。用熔断器实现的短路保护和用热继电器实现的过载保护就是电热原理的典型应用。随着高新科技的发展，现代电机的设计制造比以前有所改进，使得电动机输出功率和输出转矩增大，但质量和体积比以前减小了。其次随着自动化水平的提高，电动机工作状态也发生了变化，它的起动、反向和制动将更加频繁，变负荷工作非常普遍，这为满足控制需要提供了很大的威胁。

那么，电机保护控制技术应该朝哪个方向发展呢？各个学者也经过了长久的研究和讨论，指出：首先应该在电机设计时考虑到后期保护与控制的问题，做到从设计，到控制及保护的一体化。

其次是提高保护装置的全面化和多样化，增强其处理数据的能力。然后还需要改进监测手段，这点可以在操作过程中进行修改。因为只有数字处理系统可以达到这种检测效果，因此对于电机控制保护装置，数字化是其发展趋势。

4.2电机保护控制装置发展趋势

电机控制保护装置亟待寻找新的突破。随着电机保护控制理论研究和新技术的发展，通过仿真计算和故障建模，并引入突破量、相位量、谐波份量、阻抗量、序份量等多种对电机故障敏感的检测量进行数据分析，并作相应判断和分析，把这些工作量提前做好的话，不但可以大大提高保护控制装置的精度和灵感度，还可以为以后的理论研究提供依据，为今后的突破性紧张提供依据。新技术的应用与开发（例如在线监测保护控制装置的应用等）也是电机控制保护装置的一个重要方面。

利用新的技术产品（例如高频电磁波、位移、振动、红外线、机械、电、热、光、声等）和理论对电机的运行进行实时监测，然后根据各种装置输出的信息通过计算机进行判断，把反射的数据进行分类，通过科学的分析和比对确定故障类型和严重程度，最后再采取相应的补救措施等，这样不仅能实现以上各种电机保护控制功能，更重要的是能在故障之前发出预警，达到提前防止故障发生，防患于未然。

电机控制与保护装置还有一项很重要的发展前景就是积极配套出厂电机保护控制装置，依据国家生产标准，不断提高质量等级，发展适用于我国的特有的电机控制保护装置。在世界上一些发达国家，电机保护控制装置会随着电机配套出厂，这种现象司空见惯，并且早已经成为一个惯例被普及应用，而在我国出口的电机配套保护控制装置多是单个出场，这样不仅在匹配上会出现问题，对生产者的成本也是一个极大的浪费。因此我们应该不断吸取国内外优秀经验，积极推进电机与保护控制装置配套使用。电机与保护装置配套，不仅减少了用户在选择保护控制装置上的麻烦，更重要的是减少了由于电机与保护控制装置不匹配而造成烧毁等损失，这样侧面提高了电机生产厂家的质量信誉和电机的质量等级，同时也给电机出口和国内应用拓宽了市场。电机与保护控制装置联手，不仅可以优势互补，还给各行各业都创造了更为广阔的发展空间和市场前景，对我国电机行业科技创新和技术进步与节约能源事业具有重要意义。

5、结语

机电一体化进程下电机的控制与保护日益引起各界需运用电机数控的人士注意，宏观我国的机电一体化电机的控制与保护，我们不难发现这是一个机遇与挑战并存项目。我国的机电一体化发展很快，几乎可以说在国际上也是领先水平，然而也存在着很多的问题和弊端，笔者也给与了相关的分析与预测，希望日随着在一体化进程的不断优化与加快，机电一体化的发展会有一个良好的势头，机电一体化的控制与保护会更加完善。

参考文献：

[1]王涛.论机电一体化与我国的经济发展[J].中国经贸导刊，2010（15）.

[2]杨荣.我国机电一体化发展趋势研究[J].科技咨询导报，2011（5）.