简析电气工程设计与低压电器的机电一体化

烟台港集装箱码头有限公司 赵海铭 齐英君

在建筑工程中电气设计必不可少，必须明确电气工程施工的标准，发现电气工程中存在的问题并及时解决，提升电气工程设计的质量，此间低压电气机电一体化是重大方向。

1 机电一体化技术在电气工程中的作用

1.1 保障自动化系统安全稳定运行

在电气工程中机电一体化技术应用广泛，这种技术应用到电气工程后工程的安全性显著提升，工程本身也更加可靠，电气工程的供电质量上升，供电的效率更高。同时在整个电力系统中应用机电一体化技术可使电力系统的监控水平显著提升，电力系统在运转过程中的效率和质量也出现明显改善。为保障电力系统处于更加安全稳定的环境下运行，需要合理利用各项技术并将技术融合起来，监测在电力系统中各个仪器和回路的相关参数，此时可将电力系统中存在的故障探明，以便于针对故障的类型和具体情况，制定出针对性的解决方案，在最短的时间内解决电力系统出现的故障，不影响生产和生活的有序进行。

1.2 提高电力制造企业的效益

在智能化技术突飞猛进的当下，低压电器设备充分利用这项技术提升了自身的智能化水平，伴随着智能化水平的提升，低压电器设备更加安全也更加稳定。经过智能化升级的低压电器可长期处于高压状态下，电流和电压的对电器的影响显著降低，整个电力系统在运行的过程中将更加稳定，同时电力系统的管理借助智能化技术也变得更加智能：一是管理效率显著增加、二是管理水平显著提升。此外在电力系统管理中应用智能化技术有助于推进电力系统管理的无人化趋势，以往在电力系统维护、运营和检修过程中发生的安全事故将很难复现，为保障电力系统工作者的生命安全做出巨大贡献。

1.3 有效监控系统的运行状态

以往在监控电力系统运行状态的过程中必须依靠人力，在相关仪器的帮助下通过各种参数判断电力系统在运行的过程中是否出现了故障，这种工作模式必然要求相关人员具有相当丰富的经验，并需耗费大量的时间和精力，而工作人员也有生理上的限制，难以完全避免在监控的过程中产生疏漏。用机电一体化技术后，未来监控的过程便可充分利用传感器、智能控制和可视化，高效、自动化、无人化完成监控工作。电力系统在运行的过程中无时无刻不产生电力信号，这些信号借由传递技术上传到终端可视化显示，通过各项参数的情况电力系统出现的异常便可轻松判断，帮助工作人员更轻松获取系统各环节的运行状态，为后续管理和调度方案奠定重要的基础，这样电力系统出现故障的概率将会随之下降，电力企业的经济效益将会提升[1]。

2 机电一体化技术在低压电器元件产品中的应用

2.1 机电一体化技术

其是一种复合型的技术，包括计算机技术、自动化控制技术及传感技术等，由于融汇了多种技术其综合性能极为突出，这种显著的优势帮助其走向更加广阔的应用领域，并发挥了重要的作用。其优势如下：多项技术的融合有助于解决自动化控制过程中出现的问题，克服了传统解决办法中的缺陷，推动了机电一体化技术应用的轻便化和节能化，使用更少的材料达到更好的效果。

智能化性能较为突出，这是与传统机械自动化间的分界线，传统机械自动化离不开人力的投入，在控制过程、记录工作和检修维护工作中需付出较大的时间和精力成本，在自动化生产过程中出现一些细微的问题极易被工作人员疏忽，为更大问题的出现埋下隐患。而智能化的特点将有利于细小问题的发现，识别问题的精准度显著提升，在处理问题过程中操作流程更加严谨[2]；在擦操作和控制的过程中具有高度灵活性，在计算机技术的融入下灵活程度显著提升，为达到预定效果只需将软件程序稍作更改即可，安全程度和便捷程度显著提升，在低压电器元件产品中有着广阔的应用空间。

2.2 智能型交流接触器

在其作用下许多控制较大电流的设备可完成频繁接通，且其可完成低压释放。在智能化技术的引入下，在进行感应处理的过程中使用的电磁系统将更加智能。其原理为：通过检测电路中的电压，借助吸合、保持信号控制整个电路，进而完成智能化交流接触器应当发挥的作用。在保护低压电器的功能方面，经过智能化升级后可起到更突出的作用，是机电一体化技术发挥自身价值的重要体现[3]。

2.3 电动机控制器

以往在保护电动机过程中使用的方法，是利用金属片在受热后出现弯曲的现象及电流本身的热效应，难以起到真正的效果，体现在精准度较低且预测过程中存在较大困难。引入机电一体化技术后的电动机控制器可克服该缺陷并有额外优势，其设计使用了智能化技术和计算机技术，在检测和维护电动机的过程中拥有了较为雄厚的技术支撑，可通过多种传感器收集电流信号，将这些信号汇总到计算机中使用相关的程序完成一系列分析和判断的工作，可将其视为一个可全自动处理和保护电动机的装置。

2.4 断路器

低压电器最显著特点是额定电压较低，因此出现故障并使电压超出设备能承受的额度后，其性能就会被严重破坏，不仅导致低压电器商品无法继续正常使用，还会导致安全事故的发生，此时就需利用到断路器。机电一体化技术为断路器赋予了智能性能，可完成智能化的保护工作。同时在断路器设计过程中将网络信息通信功能加入其中，在低压电器中设置了电压定额的临界值，如达到临界值会自动将电路切断，并会发出警报在第一时间提醒进行检修和维护。在低压电器产品中使用机电一体化技术有助于提高产品的安全性，这是低压电器在未来发展中的必然趋势。

3 机电一体化技术在低压元件产品应用中存在的问题

3.1 电磁的干扰

微电子器件在工作的过程中无需过大的电压，如单片机的电压只需要5V，整流器件需要的电压只有12V，因此但凡存在一丝一毫的电磁干扰都会导致元器件在工作的过程中电压出现较大的偏差，使得元器件产品的性能显著降低。目前低压电器元件产品使用环境的电压一般为380V，这种程度的电压将会对产品产生强烈的干扰，为了避免这种现象的出现，满足电磁兼容的性能，在设计这些产品的电子线路过程中，需要增加抗干扰的措施，但是这样起到了抗干扰的同时又会导致电子线路庞杂，电子元器件的数盘增多，在后期的检测和焊接过程中需要更高的工艺要求，难度陡然提升。

3.2 电子元器件发热

大部分电子元器件都是封装器件，这样设计的原因与器件的绝缘和抗老化存在密切的关系，但是这样设计必然导致材料的散热性能较低，当电子元器件发热之后产品的使用寿命将不可避免地降低，在一些特殊的环境下，电子元器件将会发生爆炸，整个系统使用的安全系数将会显著降低。为此，必须将散热片加入到含有功率器件产品的设计工作中，但是这样虽然起到了散热的作用，但是元器件的体积相应增加。在部分电子元器件中，散热片的体积甚至占据了整个电子元器件的二分之一。

3.3 环境污染问题

目前，在电子产品中已经明令禁止使用含有铅、镉以及汞的材料，但是在电子产品中不可避免会存在这几个元素，在焊锡中含有铅元素，在印刷电路板上含有镉元素，在电子显示器上存在一定量的汞元素，这些电子设备在使用的过程中不会产生污染，但是在这些电子产品废弃以后，如果不经过严密的流程妥善处理，就会导致对人体产生严重的影响，并且当这些电子设备被丢弃在自然环境中时，就会导致生态环境被污染。现阶段我国十分重视电子垃圾的处理，但是与之相对的处理电子垃圾的企业却不多。因此，国家层面需要在立法上加强电子垃圾处理的规定，并且需要出台优惠政策，鼓励电子垃圾处理企业的发展，弥补市场空白。

3.4 机电一体化技术应用优化空间

在分析低压电器元件应用的机电一体化技术可知，传统的方式很难与机电一体化技术向抗衡，尤其是机电一体化技术具备的实用性价值以及潜在的巨大经济价值。但是目前在低压电器中应用的机电一体化技术有待继续优化。就低压电器元件的散热性能来说，能够发电的物体必然存在电阻，由于电阻的存在物体会逐渐升温，物体的散热能力与物体的材料存在直接的联系。因此，有效利用机电一体化技术将会提升电子设备的散热性能，电子设备可及时将升高的温度散去，使其使用寿命显著增加。

此外，上述提到了在电子设备中存在铅和汞等有毒元素，这些元素不仅会影响人体也会影响生态环境，因此，如何在提升电子设备性能的基础上降低新型材料的铅、汞含量，是利用机电一体化技术优化的主要方向之一。

4 工程实例

工程为宾馆建筑，建筑的总体面积达到了830m2，建筑主体部分的高度达到了38m，在该建筑工程中总共分为十层，其中第三层到第十层为宾馆的客房，第一层为宾馆的餐厅和前台大厅以及一些空余的房间，宾馆的第二层主要为办公楼层。该建筑工程在设计的过程中，在防火规范和火灾自动报警系统两方面参照了高层民用建筑。

4.1 工程中的防雷接地设计

在不同的建筑工程中防雷接地的标准差异分明，在该工程实际设计的过程中可参考的类似建筑物较少，因此在设计的过程中只能从以往的经验中寻找方向。尤其是具有特殊性质的建筑物，在前期的设计过程中如果不能够明确接地电阻值、不能明确所有接地体的数量，在建筑建成投入使用之后必然会导致安全事故的发生。因此，在工程建筑设计的过程中尤其要注重上述数值的确定，该工程关于上述数值的具体情况为：接地电阻4Ω、重复接地电阻10Ω、接地装置导体数量2根、接地体长度3m、接地线埋深0.5m。

4.2 工程中的低压电器机电一体化设计

目前电气设备智能化水平不断攀升，因此在该建筑工程设计的过程中将智能化的电子设备列为设计中的重点。电气设备可敏感监测到异常的信号，因此在电气系统中存在任何安全隐患都可在第一时间发现。在该宾馆建筑工程中，为了有效保护电路、保障继电器的安全应用、保证宾馆中所有住户的人身安全，在电气工程中选用自动化低压电器，并在建筑的整体电力系统中应用智能化的技术，融合通信技术与传感器，此时系统的物理层可将数据整合起来，便于后续的处理工作。具体体现在数据传输的时间降低、电力系统在运行的过程可靠性显著提升。此外，在设计该宾馆建筑工程的电力系统过程中，考虑到未来的调度以及满足宾馆不同住户的需要，兼顾各方编制出电力调度计划。

4.3 工程中的分项设计

在宾馆建筑工程的设计过程中，技术人员为了保证设计图纸和方案可靠，严格审核了设计过程中各分项的内容，在保证图纸可行性的基础上将各项成本精准控制。同时技术人员在宾馆建筑现场充分调查，了解了具体的情况，将设计内容规范之后确定下来，并且在专业知识的运用下，设计人员将宾馆建筑的所有内容连接起来，争取实现最佳的设计效果。此外在宾馆建筑工程设计的过程中，为了保证设计的质量，保证能够在规定的工期内完成宾馆建筑的施工、保证在施工过程中施工团队的安全，设计工作者加强了团队合作。

综上，在电气工程中使用机电一体化技术有助于保障自动化系统安全稳定运行，有助于提高电力制造企业的效益，有利于监控系统的运行状态；同时机电一体化技术由多项技术组成，具有智能化和灵活性的特点；在低压电器元件中应用机电自动化技术包括智能型交流接触器、断路器和电动机控制器，在具体的电气工程中，机电一体化技术的使用需要注意防雷接地设计、分项设计。