浅谈机电一体化中电机的控制与保护

谭宏

摘要：所谓的机电一体化，也就是把电子技术全部导入到机构的信息控制系统、处理系统、动力系统和相关各个主要功能的系统之中，让机械系统和电子技术能够有机结合，进而构成一个相对整体的系统。而随着我国科学技术的不断深化与发展，就机电一体化工作类型来分析，融合了电力技术、自动控制技术、电子技术、机械技术、接口技术和群体技术等方面的集合总称。其目的是为了能够系统的让工程总质量提高。

关键词：机电一体化；电机控制；保护措施

1 机电一体化中电机的构成及工作基理分析

第一，对电机构成进行分析。现阶段，交流电动机在机电一体化中比较常用，包括单相交流电动机和三相异步电动机，前者在民用电器上的应用次数较多，后者在工业上的应用频率较高；电机结构包括执行驱动和控制，其中执行驱动由位置传感器及三相伺报电机组成，控制部分包括单片机，整流模块，故障检测，PWM波发生器以及输入、出通道等等。

第二，对电机工作基理进行分析。电机执行系统使用电流传感器、电压传感器及位置传感器进行相关检测，在检测完成后会成功获取逆变模块的三相输出电流以及电压、阀门的位置信号，使用A/D转换后进入单片机，单片机依靠PWM波发生器实现控制电机运行的目标。380伏电源全桥整流为逆变模块提供直流电压信号，下面对三相异步电动机的工作基理进行说明：在三相对称电流进入三相对称绕组中会形成圆形旋转磁场，之后转子导体会对旋转磁场的感应电动势及电流进行切割处理，电磁力会对转子载流导体产生一定的作用，在一定时间后会形成电磁转距，进而使电机中的转子进入转动状态。

2 机电一体化中的电机控制与保护

2.1 对阀门与速度的控制

实现电机执行机构的阀位和速度的控制需要解决的关键性技术问题主要有五个方面，分别是阀门柔性开关的控制、阀位的极限位置的判断、电机保护的实现、准确定位与模拟信号的隔离。对于机电一体化中电机阀门位和速度的控制，微处理器根据测得的变频器输出电压和电流，通过计算得出输出力矩，如果输出力矩达到或大于设定的力矩，那么就会自动降低运行速度。在传统电机的执行机构中，阀位的极限位置的检测是通过机械式限位开关获得的。电动执行机构极限位置通过检测位置信号的增量获得，单片机将本次检测的位置信号与上次检测的信号相比较，如果未发生变化或变化较小，就会自动电机的供电电源。

电机的运行控制与加速度的大小、时间长短、当前位置、速度控制给定位置以及运行速度有关。在机电一体化中电机采用的是双环控制方案，外环为位置环，内环为速度环。外环是通过当前位置速度的设定将速度给定发生器向内环提供速度的设定值。内环是将当前速度与速度给定与发生器的设定速度进行比较，依靠速度调节器改变PWM波发生器载波频率，以实现电机的转速调节。

2.2 电机保护装置控制

对电机保护装置的控制是出于安全角度考虑的，因为电机设备经常会出现逆变模块故障，在此时，变频器的输出电流与电压频率是不稳定的（在0～50Hz之间）。如果采用常规电压电流互感器很难达到电机控制与保护要求。为此，应该启动电机控制保护功能，运用它来快速反应电机设备中电流的大小，例如：霍尔型电流互感器就能对IPM输出三相电流检测，与此同时，IPM输出电压则会通过分压电路对电机保护装置进行检测，从而达到对电机设备的电压电流频率控制目的。

进入21世纪以后，国内外的机电一体化技术都在不断创造技术突破，已经形成了许多先进的技术成果。但如文中所述的各种电机设备控制保护问题也不可回避。目前包括我国在内的许多国家已经实现了对电机控制的在线监控保护，它可以根据装置的输出数据与信号来在线分析对比，明确电机设备所存在的故障类型与故障程度。

2.3 对电流电压的准确检测

机电一体化是当前机电专业发展中的核心发展概念，在进行机电设备的使用以及运维管理过程中，深入机电一体化工作的研究，有助于完善对机电工程推广中机电设备的合理控制与保护。电机在机电一体化中的控制与保护工作，同样是其中重要的组成环节之一，在检测的过程中，必须对机电的电压、电流等相关参数进行必要的检测以及记录，然后对检测的结果进行合理、科学的处理分析；做好正确的检测及处理工作，将有助于对机电一体化中的电机的使用力矩、逆变模块、断电保护等相关参数以及出现的故障进行及时的获取以及发现，有助于对故障发生后诊断工作的顺利开展。不过，在实际的操作中，传统的电压互感器与电流互感器等互感设备是不能够达到相关准确检测的目的的，但是存在的问题我们必须尽快的排除；所以，在进行机电设备的电流以及电压的检测中，往往采用霍尔型电流互感器以及IPM输出电压发用分压电路对IPM输出三相电流与电压进行合理的检测，进而确保在检测的过程中能够达到电机设备的使用控制要求与保护的要求，提高检测工作开展的准确性。

3 电机保护装置的发展趋势

3.1 融合多种先进技术

电机控制与保护是各种先进控制技术的融合结果，在未来电机的自动化与智能化的控制可以为其他高新技术的发展提供技术支持，因此在现阶段技术人员要利用光学技术来改进和创新机电一体化系统，有效的增加电机设备的使用价值。当前开放式总线结构是电机设备控制与保护中主要应用的模式，为了实现机电一体化的综合控制，可以利用网络信息技术来对设备运行的状况进行监督与控制。

3.2 创新性

现阶段生产机电一体化设备的厂家有很多，但是要保证其生产的设备接口具有统一性与标准性特点是一项较难实现的工作，并且接口研制的环节本身具有较高的复杂性。为了解决这一问题，在未来电机保护设备可以广泛的应用集成化模块，集成化模块的应用可以在保证原有电机功能正常运行的基础上拓展其他使用功能，更好的满足使用者的需求，实现了机电设备的不断创新。

3.3 智能化

电机设备将逐渐实现智能化的控制与保护，由于人工智能等先进技术的快速发展，使得机械技术的发展可以融入相关先进理念，使电机设备的控制与保护工作更加的科学与精准。

4 结语

综上所述，电机控制与保护在机电一体化系统中的有效落实，一方面能够根据电机运行状况提供适当的保护措施，避免意外故障对电力系统其他设备造成损伤；除此之外，凭借控制管理方案，更能够细致调控电机运行环境，以此满足企业经济与功能可持续化的发展需要。上文基于机电一体化构成与原理展开分析，在明确电机控制与保护措施同时，期望能够为后续机电一体化系统的构建提供良好参照。

参考文献：

[1]于建立，張占福.机电一体化中的电机控制与保护探讨[J].现代工业经济和信息化，2016，6（11）：71-72.

[2]孙祥宇.机电一体化中的电机控制与保护探讨[J].工业，2016（8）：00316-00316.

（作者单位：朝阳市自来水有限责任公司）