析機(jī)電一體化中的電機(jī)控制與保護(hù)

詹麗丹

摘要：本文主要針對(duì)機(jī)電一體化中的電機(jī)保護(hù)控制裝置，其強(qiáng)大的信號(hào)處理能力，它除可替代某些機(jī)械部件的原有功能外，還能賦予更多新的功能，如自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制、自動(dòng)信息處理、自動(dòng)記錄顯示、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)診斷與保護(hù)等諸多方面。本文同時(shí)還介紹了電機(jī)保護(hù)控制裝置發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化 電機(jī)控制 電機(jī)保護(hù)

1、引言

從二十世紀(jì)七十年代到上世紀(jì)九十年代是機(jī)電一體化的一個(gè)發(fā)展和完善同時(shí)進(jìn)行的階段，到上世紀(jì)九十年代電子技術(shù)和機(jī)械運(yùn)作的融合已經(jīng)基本達(dá)到了一個(gè)很高的水平。那么現(xiàn)在的機(jī)械一體化究竟可以應(yīng)用于哪些方面，在機(jī)電一體化的運(yùn)作過(guò)程中又應(yīng)該怎樣進(jìn)行點(diǎn)擊的控制與保護(hù)呢？接下來(lái)本文進(jìn)行詳盡的論述。

2、機(jī)電一體化發(fā)展現(xiàn)狀

機(jī)電一體化的發(fā)展大體可以分為3個(gè)階段。第一階段為初級(jí)階段，可以追溯到上世紀(jì) 70 年代以前。在這一時(shí)期，因?yàn)槭艿絿?guó)外新技術(shù)的影響，人們會(huì)不自覺(jué)地利用這些技術(shù)來(lái)完善機(jī)電產(chǎn)品的性能，并且這些應(yīng)用也取得了初步成果。尤其在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭(zhēng)極大地刺激了電子技術(shù)與機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)合，這些由機(jī)電相結(jié)合所產(chǎn)生的技術(shù)和產(chǎn)品，戰(zhàn)后還可以轉(zhuǎn)為民用，對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)復(fù)蘇起到了積極的作用。從當(dāng)時(shí)研制的產(chǎn)品或者技術(shù)可以看出，當(dāng)時(shí)電子技術(shù)的發(fā)展尚未達(dá)到一定水平，并且多數(shù)的產(chǎn)品都屬于自發(fā)狀態(tài) ，因此電子技術(shù)與機(jī)械技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛和深入得發(fā)展，并且由于當(dāng)時(shí)的局限性，已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也沒(méi)有大量的推廣使用。

第二階段可稱為蓬勃發(fā)展階段，這時(shí)，通信技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)的快速進(jìn)步，為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)和充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。

進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代后期，機(jī)電一體化大踏步邁向了嶄新的階段 ，此時(shí)機(jī)電一體化進(jìn)入深入發(fā)展時(shí)期。一方面 ，機(jī)電一體化的學(xué)科體系得到了廣泛的重視，專家們對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了深入研究，并逐漸形成了譬如微機(jī)電一體化、光機(jī)電一體化等新分支。另一方面，由于光纖技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及人工智能技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為機(jī)電一體化技術(shù)開辟了廣闊的天地。這些研究，將促使機(jī)電一體化進(jìn)一步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形成完整的科學(xué)體系。

3、機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域

機(jī)電一體化的應(yīng)用范圍隨著我國(guó)近些年來(lái)技術(shù)水平的迅速發(fā)展也越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于各個(gè)不同領(lǐng)域。但是目前應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域要數(shù)數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化與自動(dòng)生產(chǎn)線這兩個(gè)方面。數(shù)控機(jī)床與數(shù)控技術(shù)經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展與完善在各個(gè)方面都有很大的提高，具體表現(xiàn)為：設(shè)計(jì)理念更加人性化，機(jī)械的硬件即零部件有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，具備兼容性的特征；另外機(jī)械工作方式更加合理化，也就是控制方式多樣化，即一臺(tái)機(jī)床可以同時(shí)控制多臺(tái)機(jī)床或者選擇一臺(tái)機(jī)床只控制一臺(tái)機(jī)床 ；工作過(guò)程簡(jiǎn)單化，機(jī)械一體化可以將各種單一的工作集成到系統(tǒng)中去；數(shù)控裝置構(gòu)成的合理性，數(shù)控裝置的構(gòu)成以單板和單片機(jī)為控制機(jī)，并且有專用芯片和模板組成緊湊的數(shù)控裝置。除掉數(shù)控機(jī)床與自動(dòng)化生產(chǎn)線這兩個(gè)方面，自動(dòng)化技術(shù)也同樣應(yīng)用于日常生產(chǎn)與生活中的各個(gè)領(lǐng)域。

4、機(jī)電一體化中的電機(jī)控制與保護(hù)

機(jī)電一體化中的電機(jī)控制與保護(hù)主要體現(xiàn)在一些控制保護(hù)裝置。電機(jī)保護(hù)控制裝置現(xiàn)在成為自動(dòng)化保護(hù)控制系統(tǒng)和節(jié)能降耗不可缺少的重要裝置，是符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策、節(jié)能效果顯著、跨行業(yè)、量大面廣的節(jié)能機(jī)電產(chǎn)品，對(duì)于以前產(chǎn)品的更新?lián)Q代是一個(gè)很好的實(shí)例，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和節(jié)約能源事業(yè)中有著不可替代的重要地位和作用。

4.1電機(jī)控制保護(hù)裝置的不足

目前電機(jī)控制保護(hù)裝置中存在著許多問(wèn)題，主要體現(xiàn)在一下一些方面。例如對(duì)于井下電機(jī)控制保護(hù)設(shè)備，其最薄弱的環(huán)節(jié)是鼠籠式異步電機(jī)，這種電機(jī)發(fā)生故障的可能性占整個(gè)電機(jī)設(shè)備故障的 50%，因此可靠的電機(jī)控制保護(hù)裝置是井下安全生產(chǎn)的一個(gè)重要保證。一般的電機(jī)控制保護(hù)裝置都是基于電熱原理和電磁原理。用熔斷器實(shí)現(xiàn)的短路保護(hù)和用熱繼電器實(shí)現(xiàn)的過(guò)載保護(hù)就是電熱原理的典型應(yīng)用。隨著高新科技的發(fā)展，現(xiàn)代電機(jī)的設(shè)計(jì)制造比以前有所改進(jìn)，使得電動(dòng)機(jī)輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩增大，但質(zhì)量和體積比以前減小了。其次隨著自動(dòng)化水平的提高，電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)也發(fā)生了變化，它的起動(dòng)、反向和制動(dòng)將更加頻繁，變負(fù)荷工作非常普遍，這為滿足控制需要提供了很大的威脅。

那么，電機(jī)保護(hù)控制技術(shù)應(yīng)該朝哪個(gè)方向發(fā)展呢？各個(gè)學(xué)者也經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)久的研究和討論，指出：首先應(yīng)該在電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)考慮到后期保護(hù)與控制的問(wèn)題，做到從設(shè)計(jì)，到控制及保護(hù)的一體化。

其次是提高保護(hù)裝置的全面化和多樣化，增強(qiáng)其處理數(shù)據(jù)的能力。然后還需要改進(jìn)監(jiān)測(cè)手段，這點(diǎn)可以在操作過(guò)程中進(jìn)行修改。因?yàn)橹挥袛?shù)字處理系統(tǒng)可以達(dá)到這種檢測(cè)效果，因此對(duì)于電機(jī)控制保護(hù)裝置，數(shù)字化是其發(fā)展趨勢(shì)。

4.2電機(jī)保護(hù)控制裝置發(fā)展趨勢(shì)

電機(jī)控制保護(hù)裝置亟待尋找新的突破。隨著電機(jī)保護(hù)控制理論研究和新技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)仿真計(jì)算和故障建模，并引入突破量、相位量、諧波份量、阻抗量、序份量等多種對(duì)電機(jī)故障敏感的檢測(cè)量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并作相應(yīng)判斷和分析，把這些工作量提前做好的話，不但可以大大提高保護(hù)控制裝置的精度和靈感度，還可以為以后的理論研究提供依據(jù)，為今后的突破性緊張?zhí)峁┮罁?jù)。新技術(shù)的應(yīng)用與開發(fā)（例如在線監(jiān)測(cè)保護(hù)控制裝置的應(yīng)用等）也是電機(jī)控制保護(hù)裝置的一個(gè)重要方面。

利用新的技術(shù)產(chǎn)品（例如高頻電磁波、位移、振動(dòng)、紅外線、機(jī)械、電、熱、光、聲等）和理論對(duì)電機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，然后根據(jù)各種裝置輸出的信息通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行判斷，把反射的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，通過(guò)科學(xué)的分析和比對(duì)確定故障類型和嚴(yán)重程度，最后再采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施等，這樣不僅能實(shí)現(xiàn)以上各種電機(jī)保護(hù)控制功能，更重要的是能在故障之前發(fā)出預(yù)警，達(dá)到提前防止故障發(fā)生，防患于未然。

電機(jī)控制與保護(hù)裝置還有一項(xiàng)很重要的發(fā)展前景就是積極配套出廠電機(jī)保護(hù)控制裝置，依據(jù)國(guó)家生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，不斷提高質(zhì)量等級(jí)，發(fā)展適用于我國(guó)的特有的電機(jī)控制保護(hù)裝置。在世界上一些發(fā)達(dá)國(guó)家，電機(jī)保護(hù)控制裝置會(huì)隨著電機(jī)配套出廠，這種現(xiàn)象司空見(jiàn)慣，并且早已經(jīng)成為一個(gè)慣例被普及應(yīng)用，而在我國(guó)出口的電機(jī)配套保護(hù)控制裝置多是單個(gè)出場(chǎng)，這樣不僅在匹配上會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)生產(chǎn)者的成本也是一個(gè)極大的浪費(fèi)。因此我們應(yīng)該不斷吸取國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)，積極推進(jìn)電機(jī)與保護(hù)控制裝置配套使用。電機(jī)與保護(hù)裝置配套，不僅減少了用戶在選擇保護(hù)控制裝置上的麻煩，更重要的是減少了由于電機(jī)與保護(hù)控制裝置不匹配而造成燒毀等損失，這樣側(cè)面提高了電機(jī)生產(chǎn)廠家的質(zhì)量信譽(yù)和電機(jī)的質(zhì)量等級(jí)，同時(shí)也給電機(jī)出口和國(guó)內(nèi)應(yīng)用拓寬了市場(chǎng)。電機(jī)與保護(hù)控制裝置聯(lián)手，不僅可以優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，還給各行各業(yè)都創(chuàng)造了更為廣闊的發(fā)展空間和市場(chǎng)前景，對(duì)我國(guó)電機(jī)行業(yè)科技創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步與節(jié)約能源事業(yè)具有重要意義。

5、結(jié)語(yǔ)

機(jī)電一體化進(jìn)程下電機(jī)的控制與保護(hù)日益引起各界需運(yùn)用電機(jī)數(shù)控的人士注意，宏觀我國(guó)的機(jī)電一體化電機(jī)的控制與保護(hù)，我們不難發(fā)現(xiàn)這是一個(gè)機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存項(xiàng)目。我國(guó)的機(jī)電一體化發(fā)展很快，幾乎可以說(shuō)在國(guó)際上也是領(lǐng)先水平，然而也存在著很多的問(wèn)題和弊端，筆者也給與了相關(guān)的分析與預(yù)測(cè)，希望日隨著在一體化進(jìn)程的不斷優(yōu)化與加快，機(jī)電一體化的發(fā)展會(huì)有一個(gè)良好的勢(shì)頭，機(jī)電一體化的控制與保護(hù)會(huì)更加完善。

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