机电一体化应用中的电机控制与保护路径研究

潘彩霞

（南京交通职业技术学院，江苏南京211100）

机电一体化应用中的电机控制与保护路径研究

潘彩霞

（南京交通职业技术学院，江苏南京211100）

在过去的生产过程中，对机械的使用和控制基本通过人工操作来实现，随着生产规模的扩大和社会供需关系的变化传统的机械生产方式已经无法适应现代工业和市场的需要，将现代电子控制学和传统机械生产管理相结合已经成为未来的生产的必然选择。在实际的机电一体化的电机控制和保护仍存在许多问题，笔者就机电一体化应用中的电机控制和保护的相关问题进行浅析。

机电一体化；电机；机械技术；数控

在高校理学专业中，机电一体化又被称作机械电子学。综合来说在现实生活中，机电一体化是计算机技术、信息技术、机械技术、电子控制技术等众多现代科学理论和传统机械生产模式相结合的现代生产技术。

近些年来随着社会生产的不断扩大，机电一体化技术在应用中不断发展，社会越来越重视对机电一体化中电机的控制和保护[1]。到目前为止，我国在相应的技术领域已经有所建树，但是其中仍然存在一定的问题和不足，为了促进机电一体化在工业生产扩大过程中的作用的发挥，促进机电一体化与生产的可持续发展，必须要进一步加强对机电一体化应用的控制与保护，而电机是机电一体化生产系统的核心机构有必要对其进行特别的控制和保护[2]。

机电一体化应用中对电机实现控制和保护旨在维持生产系统中机械设备的稳定运行，从而促进生产的质量提高和效率提升，进而构建以机电一体化为核心的先进的工业生产模式。

1 机电一体化的具体内容

1.1 机械技术

机电一体化是在传统的机械生产模式的基础之上融入现代电子技术而诞生的一种较为先进的新型生产技术，机械技术是机电一体化的基础。其中机械技术的着眼点在于如何与电子操控技术相结合，利用电子操控的高效率、优质量的特点，实现生产全流程的性能变更。在机电一体化应用中常见的是机械技术和计算机辅助系统的结合。

1.2 计算机与信息网络技术

机电一体化可以分为两个结构部分，分别是“机”和“电”两个部分。“机”是机电一体化中的机械部分，可以理解为硬件系统，而“电”就是所谓的计算机和信息网络部分，这是机电一体化技术和传统生产技术最大的差别之处，也是机电一体化技术的核心，其是现代自动化生产、智正化生产及生产数控的精髓[3]。

1.3 传感检测技术

传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达到高水平的保证。

2 机电一体化的应用领域

机电一体化的应用领域极其广泛，就现代的生产和生活来说，机电一体化基本应用于所有有机械部件运作的系统中，这里选择几个比较典型的机电一体化应用的实例进行浅析。

2.1 机器人

机器人是机电一体化应用中最高端的一种类型，其具备自动识别对象的功能，同时能够执行定位、抓取、搬运等诸多复杂的机械动作。机器人是在传统机械技术的基础之上结合现代计算机技术发展而来的精密机械技术、微电子技术、检测传感技术以及自动控制技术的多维结合体，是当前最先进、最精密的一种机电一体化现实模型之一[4]。

2.2 数控机床

数控机床是机电一体化在生产领域最广泛的应用类别。传统上我国机床生产由人工进行控制和操作，一些结构相对精密的部件或设备无法生产，但是在机电一体化理论下，电子计算机和传统机械生产相结合，实现了高效化、自动化的生产机床[5]。并且随着数控技术的不断发展，机电一体化的自动化机床必然是未来制造领域的中坚力量。

2.3 汽车电喷系统

车用电喷系统分为汽油电喷和柴油电喷系统，汽油电喷技术有较高的普及率，主要汽车企业均掌握了该技术。这种基于机电一体化理念的汽车电喷系统能够实现汽车燃料供给的严格控制，这对我国交通运输业的绿色发展、可持续发展具有重要意义，是我国低碳经济发展理念下的技术攻关。

3 机电一体化应用中电机控制与保护存在的问题

3.1 控制与保护装置无法满足应用需求

我国现在广泛应用的电机控制与保护装置是基于电磁理论和电热理论同时借助熔断器和短路保护装置以及电磁继电器构建的电机控制与保护系统，虽然这种系统是现阶段能够应用于机电一体化应用中电机控制与保护的最科学的控制与保护装置，但是综合来说还不够完善，主要是零件的灵敏性、有效性上存在缺失。

很多生产事故都与电机控制系统失灵有关，例如：自动化机床不能准确执行指令造成操作人员受伤，生产中电机处于异常状态不能正常生产作业等；这些事故有时是由于电机处于异常工作状态，有时是过热，有时是短路或其他异常问题，但是电机保护系统没有及时发挥作用，使电机在生产系统中以异常状态保持作业，从而为生产事故埋下安全隐患。而往往更多的时候并非由于机电一体化系统中电机保护或控制系统缺失使电机失控，而是相应的保护与控制系统在检测到电机异常状态后及时有效地发出警告或中止指令，这期间经常存在一定的缓冲期或机械反应期，而生产事故也大多发生在这期间。这主要是由于硬件功能上的不足，从而使电机控制与保护装置无法完全满足应用需求[6]。

3.2 井下机电设备应用方面存在的问题

井下机械设备电子化进程在我国还未全面推广，但是由于井下事故发生频率较高，该问题应当纳入研究的机电一体化应用中电机控制和保护研究范畴。

目前，在井下机电设备的应用中还存在一些问题，这也就影响了电机控制与保护的功能与效果。其中最为薄弱的环节即为为鼠笼式异步电机，如果在此环节没有进行合理有效地应用，那么就会导致许多电机的运行故障的发生。这样就会严重影响到电机运行的安全性与稳定性，所以相关人员必须要充分重视井下机电设备的应用问题，并且将其与电机控制与保护有机地结合起来，从而为机电一体化的安全、稳定运行提供有力的保障。

4 机电一体化应用中电机控制与保护路径分析

4.1 强化电流和电压管控

电机是机电一体化应用中的核心部件，其根本驱动力是电力，通过电磁之间的转化或电热之间的转化从而带动整个系统。而以电为驱动力的设备都有两个标准指标，即电流和电压，其是构成电机功率的两个重要数据。并且每一种规格的电机都有额定功率、额定电压以及额定电流，如果电机处于正常作业状态，那么这这几项指标在检测中就会以正常数值呈现，因此一些细小的电机故障时可以通过这些数据反应出来，并且电流、电压等电机常规数据的获取也相对简单，通过常规的检测仪表就可以实现强化。当电压异常时，电机可能内部电容出现问题，电阻设备发生异常；电流异常时，可能电机内部线路存在短、断路故障等。通过强化电机的电流和电压检测与管控进而做到对电机故障的及时发现、及时排除，从而实现机电一体化应用中电机的高校控制与保护。

4.2 定期进行设备全检

电机是机电一体化应用中的动力供给装置，就意味着其会长期处于高负荷工作状态，而电机从本质上来说也是一种机械设备，在使用的过程中难免出现磨损。这些磨损很有可能导致电机处于异常工作状态，因此有必要定期对系统内电机进行全面检查，检查的部分包括电机、传导轴承、其他制动部件等，对该修理的部分进行维护、该替换的零件进行更新等，排除有可能导致电机异常工作状态的一切因素，从而保证电机时刻处于最佳工作状态。

此外，一般而言，电机的使用寿命约为4～10万小时，对于已经超过服役期限的电机应当及时进行更换，以保持整个机械系统的稳定运行。

4.3 清理电机作业环境

清理电机作业环境对各种情况下的电机控制和保护工作的促进都有利，并且是最有效优化井下作业电机控制和保护工作的途径。由于井下作业环境相对恶劣，长期处于多灰尘、通风不畅的状态，电机在这种环境下作业很容易产生灰尘堆积、散热不利的问题，而灰尘和散热问题会严重影响电机的对外输出效率，并且井下环境相对复杂，对设备进行全面检测和养护比较困难，这种时候就要尽可能通过改善电机作业环境来促进井下电机的控制和保护工作进行。例如，定期清理井下电机作业通道内的灰尘，延缓电机发生灰尘堆积的周期；疏通井下通风路径，改善井下空气循环条件，促进井下作业电机的散热效率。

5 结束语

综上所述，通过对机电一体化的具体内容与应用领域进行探讨，进而提出机电一体化应用中电机控制与保护存在的问题，重点对相应问题提出机电一体化应用中电机控制与保护路径，以促进机电一体化得到更广泛和安全的应用。

[1]王艳亮．对机电一体化技术中电机控制的研究[J]．科技研究，2014（3）：89.

[2]吴定华．机电一体化中电机设备的控制保护问题分析[J]．工程技术，2016（18）：92-92.

[3]刘刚．机电一体化中电机设备的控制保护问题分析[J]．科技与创新，2016（18）：92-92.

[4]李红军．浅谈机电一体化应用中电机控制与保护实用技术[J]．工程技术，2015（39）：96-96.

[5]康劲松，劳建忠．直驱型风力发电系统中永磁同步发电机的控制技术研究[J]．机电一体化，2010（8）：13-17.

[6]胡展敏，袁登科．基于MRAS的永磁同步电机无速度传感器控制研究[J]．机电一体化，2014，20（11）：20-24.

Electromechanical Integration Path Research Application in the Motor Control and Protection

PAN Cai-xia
（Nanjing Communications Institute of Technology，Nanjing Jiangsu 211100，China）

In the past the production process，we use and control of mechanical basic done by manual operation. With the expanding of the scale of production and social changes in supply and demand，traditional way of mechanical production has been unable to adapt to the need of modern industry and market，modern electronic control and combination of traditional mechanical production management has become an inevitable choice for the future production.In the actual mechanical and electrical integration of motor control and protection is still exist many problems，the author in this article will discuss the mechanical and electrical integration application of motor control and protection of the relevant problems are analysed.

mechanical and electrical integration；the motor；mechanical technology

G648

A

1672-545X（2017）03-0208-02

2016-12-02

潘彩霞（1982-），江苏人，讲师，硕士，研究方向为机电一体化。

企业管理