机电一体化应用中的电机控制与保护路径探析

陕西工商职业学院中德机电工程与汽车科技学院 郑文智 顾视江 张倩

在科学技术发展的带动下，机电一体化技术不仅在稳步的发展，同时还在不断创新，为我国工业发展提供了很多便利，而电机在机电一体化技术当中起到非常重要的作用,它能够保证机电一体化的顺利运行，确保生产过程能够稳定有序进行，因此电机的正常运行是工业生产的重要保障，要确保电机的正常运行，就要先了解如何对电机进行控制和保护，电机的控制与保护需要通过专业的电力电子装置来维护，通过这些电力电子装置使电机能够更加安全，节能和高效，因此，技术人员要认真分析潜在的不稳定因素，找出影响电机运行的问题所在，研究出控制电机和保护电机的方法,使机电一体化技术能够发展的更加稳定。

1 机电一体化概要

为了更加深入的研究机电一体化应用中的电机控制与保护路径，首先需要了解一下机电一体化，通过对机电一体化整体的了解，才能够了解电机在机电一体化系统中所处的位置及作用，从而才能够进行更好的控制与保护。

1.1 机电一体化内涵

机电一体化主要是指将先进的电力电子技术引入到机械的信息处理、动力、控制等相关功能当中，且高效率地将机械装置、现代电子化设计以及智能软件等设备进行有机结合，通过这些技术的不断发展与推进，机电一体化技术在快速发展中逐步完善，成为了机电行业当中应用较广且体系最为完善的新专业，并且在科学技术的高速发展过程中，机电一体化技术也受到了一定的积极影响，其中也添加了很多新的技术，通过这些技术的有效融合，成为了一种新型的机电一体化技术。机电一体化技术发展过程主要为由机械工程技术发展为纯机械技术，之后是机械电气化技术，然后发展成为微电子技术、智能化技术等等，经过一系列的发展，最终成为现如今的机电一体化技术。

从机电一体化的基本特征上进行概括，其主要为首先从系统化的角度出发，然后将多种非常先进的群体技术进行综合，这些技术主要包括：自动控制技术、电力电子技术、计算机技术、机械技术、接口技术、然间变成技术、微电子技术、信息变换技术、信息技术、传感器测控技术等,以优化组织目标以及系统功能为基础，优化各个板块及各个功能单元的布局与配置，最终使机电一体化技术能够有较低的能耗、较高的质量、较高的可靠性及较多的功能,使机电行业能够更好地发展。

1.2 机电一体化涵盖的技术

机电一体化系统中主要包括了产品与技术这两大方面，而这两大方面以技术为较为重要的部分，而机电一体化系统中的技术是由微电子技术、现代机械技术以及其他可以促进机电一体化技术高效运行的其他新型技术的简单组合，是一种较为综合的新型技术，这也就是机电一体化技术与机械电气化技术的根本区别，在机电一体化技术当中，较为广泛地应用了微电子装置，使现代机械设备拥有了很多新功能，如机械设备的自动诊断、自动现实记录、自动检测、自动信息处理、自动控制与调节等功能，使生产效率得到了大大的提高。

机电一体化技术的核心成分主要有三部分，第一部分是机械生产方式，这种生产方式主要是以新型的生产技术为主，其主要是利用电子操控技术的特点，以电子操控技术与机械生产方式的有效结合方法为切入点，通过这种生产方式，能够提升生产过程中的性能。第二部分则是机电一体化系统中的传感检测技术，也就是机电系统中的感受器官，通过传感器检测技术能够使机电一体化技术在运转过程中实现高效率的自动调节与控制，也能够使机电一体化系统进行高水平运转。第三部分是信息网络与计算机技术，第三部分的技术能够在机电一体化系统运行过程中，将系统中的软件系统及硬件系统有效地融合在一起，通过融合使机电一体化技术中的智能化生产与自动化生产同步进行。

2 机电一体化应用中电机控制与保护仍存在的问题

当下社会中，机电一体化发展虽然已经较为成熟，但仍然存在一些问题，由于技术人员对于理论知识的掌握度或者是实际操作能力的影响，对电机的控制与保护会受到一定的影响，使得电机的作用无法很好地发挥，也就失去它的应有价值。

2.1 异步电机存在的问题

工业在发展过程中会运用到很多机电设备，通过这些机电设备的运行，工业生产得到了有效的保障，但是在机电设备运行中，会受到很多因素的干扰，使得电机无法得到有效运行和控制。具体表现为，异步电机由于其结构较为简单、容易制造，且坚固耐用，成本较低受到很多技术人员的喜爱，经常会将异步电机应用在电机的运行环节当中，但异步电机的驱动电路较为复杂，在矢量控制调速方面较为困难，因此异步电机在使用是非常重要的环节，同时也是非常复杂的环节，异步电机如果出现问题，会使其他设备发生相应的问题，最终影响整个设备的运行，因此，在对待电机控制和保护时要着重注意异步电机的使用。

2.2 电机的保护装置效果较低

现在很多电机设备中都安装有电机的控制和保护装置，对电机的运行能够起到一定的保护效果，但是大部分的保护装置技术含量较低，其能达到的保护效果较差，主要表现为，大部分保护装置多应用电磁原理，通过熔断器与热继电器的短路及过载保护功能对电机实施保护，而热继电器和熔断器本身就存在一些问题，如热继电器在未过载的情况下会经常跳，影响电机的运行，而熔断器则会受到使用时长的影响，使用时间过久，溶体会因氧化等原因致使运行温度未超而熔断，使技术人员产生误判，导致电机的运行出现差错，进而影响机电一体化技术的实施。

2.3 机电一体化技术运行环境的复杂性

随着设备及新技术的共同进步，新技术与设备已经能够进行有效的结合，同时也能够很好地适应社会、适应市场，但仍然存在着一定的问题，在进行电机的保护与控制工作时，常会遇到落后的、陈旧的设备与装置与新技术无法有机结合这一问题，其主要是由于落后设备无法达到新技术的技术要求，从而影响机电一体化系统的正常运行，且机电一体化系统多应用于井下这种复杂的环境，由于这种技术多用于这种复杂环境，那么系统中的设备及各元件则需要在这种复杂的环境当中工作，因此，在运行过程中则难免会出现各种问题，电机在这种潮湿的环境当中运行，经常会出现短路等情况，当问题出现时，又因为复杂的环境降低了技术人员的修理效率，则在很大程度上会影响机电一体化系统的正常运行，因此，针对电机出现故障这一问题，要研究出在这种复杂环境下工作时，电机的控制与保护装置，从而确保在复杂环境下电机的正常运行，避免影响机电一体化系统的顺利工作。

3 机电一体化应用中电机控制与保护路径探析

随着社会的不断发展，电机的控制与保护工作逐渐成为技术人员比较重视的工作，发展前景较好，因此，要借助此发展势头，积极地研究电机的保护和控制措施，从而使电机的控制与保护能够高效地进行。

3.1 认真选择控制保护装置的元件

首先是对单片机的选择，单片机对于电机的保护主要体现在电机堵转保护、缺相保护、过载保护、短路保护、漏电保护等方面，而这些方面需要有完善的信号处理系统，才能够承担起整个系统的信号处理和传递的重任，因此在选择单片机时，要选取能够完成信号处理功能，且在三相PWM波发生器运行过程中能够提供控制信号，同时还需要包含报警信号、故障信号等功能。在单片机运行过程中，能够将接收到的信息有效处理，然后通过报警信号在系统出现故障时进行及时报警，故障信号功能则同报警信号类似，起到提示的功能。

其次是对智能功率模块的选择，智能功率模块在对电机的控制和保护上主要表现在两个方面，第一是要满足体积较小的执行机构，如功率小于5.5kw的异步电机，第二则是需要有较高的可靠性，具体来说就是模块内部要能够集成过电流、过电压及过热等故障检测电路，同时还能够具备一定的输出功能，也就是能够将检测好的信号传输到CPU，且还需要包含驱动电路，使运行过程不需要加反向偏压，而需要有报警功能，简单说就是将出现的问题报给微机，及时停止电机的运行，对电机起到一定的保护作用。

再次是对脉冲宽度调制发生器的选择，也就是对PWM发生器的选择，PWM发生器主要是通过对逆变电路的开关器件的通断进行控制，控制通断后，能够使输出波形中产生脉冲，而对脉冲的宽度进行调整，从而实现改变电路输出电压大小以及改变输出频率高低的效果，因此在选择PWM发生器时,一定要选择三相PWM发生器，要有较高的脉冲调控功能，同时还需要具备一定的接受和出新信号功能，通过这些功能的结合，使得电机在运行过程中能够得到有效的控制和保护。

最后是对位置检测装置的选择，位置检测装置主要是通过检测出准确、真实、有效的位置，然后为整体的操控提供相关的位置信号，从而对电机起到一定的控制和保护作用，因此位置检测装置在电机保护措施当中是非常重要的设备，而位置检测装置中较为重要的部分就是位置传感器，因此要重视位置传感器的选择，在选择位置传感器时，要与时俱进，选择有新的功能的传感器，如脉冲数字式传感器，它主要是利用自身的物理特征形成圆形结构或者直线型结构的位移传感器，通过输出的脉冲信号来观测位移当量，从而计算出位移的尺寸，对电机起到保护作用，其相较于传统的差动变压器等有更高的精度、更高的稳定性，且不会受到温度和线性区的限制。

针对以上各个控制与保护的元件，一定要进行认真选择，以上文的分析为基础，针对不同元件的特点，选择最为合适的元件，同时在选择过程中还需要对整个系统进行分析，不仅要选择工作效率较高的元件，且还需要能够和其他元件及设备进行高效的融合，因为，只有各个元件和系统能够进行高效的融合，才能够使机电一体化系统更加顺利运行，因此，选择元件是一个系统中最为基础的部分，也是非常重要的部分，认真选择设备及元件，是对机电一体化系统的负责，也是对机电行业顺利发展的负责。

3.2 控制好阀门与速度

对电机的控制与保护除了要认真选择各个元件外，同时还需要对阀门与速度进行严格的控制，因为只有控制好阀门与速度，才能够在最基础上使电机得到保护与控制，它是最基础同时也是最关键的一步，而随着科学技术的不断发展，技术人员也研究出了较为成熟的装置，如双环控制，双环控制主要是通过外环的位置环与内环的速度环的有效结合，从而达到对阀门与速度的有效控制，技术人员可以利用速度环的特点，实时地监控电机的实际转速，同时进行适当的控制和调节，使其速度能够适应脉冲宽度调制发生器的波段频率,从而控制电机的速度，对电机起到保护作用。

3.3 准确检测电压电流

随着机电一体化在机电专业中的运用，机电一体化技术已经逐渐成为机电专业的核心技术，日常针对机电一体化各个设备的维护给技术人员产生了很大的工作量，因此要做好电机的控制与保护工作，从而在一定程度上减轻机电一体化的维护工作。在对电机的控制和维护上除了要谨慎选择元件及严格控制速度外，由于电压和电流对电机的正常运行有着很大的影响，还需要能够准确地检测电压和电流，通过电压和电流的检测，使其能够被控制在合适的数值范围内，避免对电机造成损害，如电压过高容易烧坏电机，而过低的电压则会影响电机的输出功率；电流过大则融入使电机线圈绕组发烫，较长时间的发烫会影响线圈的绝缘性能，从而出现短路等情况，而电流过低则无法带动电机的正常运行，都会影响到电机的寿命，因此，对电压和电流的准确检测，能够有效地控制电压和电流处于合适的数值，从而提高电机的工作效率及工作时长，减轻技术人员的工作压力，使机电一体化技术能够顺利进行。

3.4 对电机的运行做好维护工作

在机电一体化运行当中，电机承担着较为重要的责任，而所有的设备无论质量的好坏，无论技术的高低，都有自己的使用寿命，为了能够延长设备的使用寿命，要对设备进行日常维护，因此，技术人员需要对电机的运行过程进行实时监控，监控过程中如发现问题，需要及时进行修护。具体的操作为，技术人员在选择各个设备或元件时，要选择和电机相适应的设备和元件，避免不适应设备在运行过程中影响电机的正常运行。安装好设备后，进行试运行，及时观测运行是否正常，且运行过程是否能够达到预期的效果，如发现运行中出现问题，要及时进行修正。在一切就绪后，可以进行正常的使用。技术人员在日常的工作当中，间隔一段时间就需要对电机设备进行养护，同时当有些元件损坏或者出现问题时，要及时更换和修理。通过以上各个环节的协调配合，使电机能够进行正常的运行，同时也能够在一定程度上延长电机的寿命，降低设备成本。从而保证电机时刻处于最佳工作状态。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 结语

通过上文的研究和分析，了解到电机的控制与保护工作的重要性，因此技术人员要在重视的基础上进行积极的研究，对各个设备和远近进行认真选择，使各个设备之间能够进行有效的连接，使电机能够正常工作，从而推动机电一体化技术的高速发展，使我国的机电技术迈向新的高度，迎来工业发展的新高潮，为我国的经济发展贡献出更多的力量。