金磊

摘要：在社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的情況下，機(jī)械電子技術(shù)逐步提升，尤其是在機(jī)電一體化技術(shù)方面的進(jìn)步，為社會(huì)發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)。電機(jī)作為機(jī)電一體化系統(tǒng)中的核心部分，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行有至關(guān)重要的作用，因此需要做好電機(jī)保護(hù)。文章先闡述了機(jī)電一體化技術(shù)的概念和發(fā)展，然后結(jié)合實(shí)際對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)中電機(jī)保護(hù)存在的不足和問(wèn)題進(jìn)行了分析，最后針對(duì)這些問(wèn)題提出了一些應(yīng)對(duì)策略，希望能為相關(guān)行業(yè)的發(fā)展提供參考。

Abstract： With the rapid development of society and economy， mechatronic technology has been gradually improved， especially the progress in mechatronics technology， which has made outstanding contributions to social development. As the core part of the mechatronics system， the motor plays a vital role in the operation of the entire system. Therefore， motor protection is required. The article first elaborates the concept and development of mechatronics technology， then analyzes the shortcomings and problems of motor protection in mechatronics technology based on the actual situation， and finally proposes some countermeasures to these problems， hoping to provide reference for the development of the relevant industries.

關(guān)鍵詞：電機(jī);機(jī)電一體化;保護(hù)

0? 引言

在近代社會(huì)現(xiàn)代化發(fā)展過(guò)程中，機(jī)電一體化技術(shù)的重要性不言而喻，而在機(jī)電一體化技術(shù)系統(tǒng)當(dāng)中，電機(jī)保護(hù)裝置對(duì)系統(tǒng)安全及節(jié)能性有重要作用。在機(jī)電一體化技術(shù)不斷升級(jí)和完善的過(guò)程中，人們對(duì)電機(jī)保護(hù)裝置的可靠性提出了更高的要求。因此，需要對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)中電機(jī)保護(hù)存在的不足和問(wèn)題進(jìn)行研究，不斷推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

1? 機(jī)電一體化技術(shù)概述

1.1 機(jī)電一體化概念

工業(yè)革命以后，人類(lèi)社會(huì)部分勞動(dòng)被機(jī)械所代替，電子機(jī)械化水平不斷提高，后來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)的應(yīng)用，機(jī)電一體化的概念逐漸成熟。機(jī)電一體化也就是將電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、機(jī)械控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化控制的技術(shù)手段。機(jī)電一體化系統(tǒng)利用電子技術(shù)代替人力來(lái)控制機(jī)械，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化操作，再利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制?？梢哉f(shuō)，機(jī)電一體化技術(shù)是一種融合了當(dāng)代多學(xué)科知識(shí)的技術(shù)手段。在全新發(fā)展時(shí)期當(dāng)中，機(jī)電一體化技術(shù)的研究方向主要包括提高資源利用率、降低能耗、促進(jìn)生態(tài)保護(hù)、提升生產(chǎn)效率品質(zhì)、保障生產(chǎn)安全等。

1.2 機(jī)電一體化發(fā)展及應(yīng)用

從機(jī)電一體化的發(fā)展歷程來(lái)講，該技術(shù)的發(fā)展主要分為三個(gè)階段：其一為初始階段，即電子技術(shù)和機(jī)械化系統(tǒng)的結(jié)合;其二為快速發(fā)展階段，此時(shí)加入了計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化控制模塊，機(jī)電一體化系統(tǒng)逐步實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制;其三是智能化階段，是機(jī)電一體化的高級(jí)階段，該階段的機(jī)電一體化系統(tǒng)是一個(gè)兼顧多方面需求的技術(shù)生態(tài)，并且存在著無(wú)限可能性。目前，機(jī)電一體化主要在自動(dòng)化生產(chǎn)、數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域有大量應(yīng)用，全面推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展。近年來(lái)，我國(guó)的機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)逐漸從傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)、國(guó)家建設(shè)，覆蓋到社會(huì)的各個(gè)角落，與人們的生活出行息息相關(guān)，極大的方便了人們的生活[1]。

2? 機(jī)電一體化中電機(jī)保護(hù)存在的不足和問(wèn)題

2.1 用電問(wèn)題

正常情況下，電機(jī)保護(hù)裝置的工作模式有電熱、電磁兩種，而隨著機(jī)電一體化技術(shù)的不斷發(fā)展，很多產(chǎn)業(yè)的機(jī)械化系統(tǒng)都逐漸實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化[2]。而在采用機(jī)電一體化的系統(tǒng)當(dāng)中，電機(jī)所承擔(dān)的工作量較大，長(zhǎng)期處于運(yùn)轉(zhuǎn)或頻繁啟動(dòng)狀態(tài)，很容易導(dǎo)致電機(jī)電路出現(xiàn)問(wèn)題。例如，電機(jī)線路老化導(dǎo)致電能損耗，電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)作，以及電路短路等。很多企業(yè)選購(gòu)機(jī)電一體化電機(jī)時(shí)，沒(méi)有考慮電能強(qiáng)度需求和電能損耗，導(dǎo)致電機(jī)在機(jī)電一體化系統(tǒng)當(dāng)中的工作存在用電風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 井下電機(jī)設(shè)備故障問(wèn)題

正常的生產(chǎn)和運(yùn)行環(huán)境下，電機(jī)的保護(hù)設(shè)施比較完善，同時(shí)周邊存在的環(huán)境影響因素也比較少。但是，在部分產(chǎn)業(yè)的機(jī)電一體化運(yùn)行環(huán)境下，電機(jī)工作還會(huì)受到周邊環(huán)境的影響，同時(shí)環(huán)境因素也會(huì)導(dǎo)致電機(jī)保護(hù)工作難以開(kāi)展。例如，在礦物開(kāi)采產(chǎn)業(yè)的井下部分，無(wú)論是掘進(jìn)機(jī)、開(kāi)采機(jī)，還是傳輸系統(tǒng)，都逐步實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化。在礦井下的電機(jī)會(huì)受到潮濕的環(huán)境影響，還會(huì)面臨著井下瓦斯、地下水的威脅，同時(shí)井下信號(hào)較差，電機(jī)保護(hù)裝置的監(jiān)測(cè)功能無(wú)法及時(shí)將危險(xiǎn)信號(hào)傳輸給監(jiān)控中心，導(dǎo)致故障處理不及時(shí)[3]。另外，井下昏暗狹小的空間也不利于人工檢查和維修工作的開(kāi)展。在井下機(jī)電一體化系統(tǒng)的電機(jī)中，鼠籠式異步電機(jī)的電機(jī)保護(hù)難度較大，故障率也比較高，給電機(jī)保護(hù)工作帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。

2.3 異步電機(jī)故障控制問(wèn)題

在機(jī)電一體化系統(tǒng)當(dāng)中，異步電機(jī)是故障率較高的部分之一，通常情況下故障控制都未能達(dá)到較好的效果[4]。針對(duì)這一問(wèn)題，關(guān)鍵在于需要提升異步電機(jī)基礎(chǔ)材料的品質(zhì)，避免電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后因材料老化而出現(xiàn)故障的問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，異步電機(jī)工作模式的優(yōu)化也存在一定困難，所以對(duì)于異步電機(jī)的故障控制一直都是行業(yè)內(nèi)技術(shù)專(zhuān)家共同探討的問(wèn)題。例如，在當(dāng)前很多產(chǎn)業(yè)機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的三相異步電機(jī)設(shè)備由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，加上環(huán)境較差、日常維護(hù)保養(yǎng)工作沒(méi)做好，導(dǎo)致設(shè)備經(jīng)常發(fā)生電路故障，不僅影響生產(chǎn)活動(dòng)和秩序，還會(huì)產(chǎn)生巨大的安全隱患。

2.4 缺乏完善的管理機(jī)制

雖然當(dāng)今機(jī)電一體化應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，很多企業(yè)也知道電機(jī)對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要性，但是依然還有很多企業(yè)缺乏一個(gè)完善、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓芾頇C(jī)制。具體表現(xiàn)為沒(méi)有針對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)中的電機(jī)保護(hù)制定足夠合理的巡檢制度，相關(guān)技術(shù)人員在日常檢查和故障排除時(shí)也缺乏專(zhuān)業(yè)能力，導(dǎo)致電機(jī)的很多故障長(zhǎng)期存在，威脅到生產(chǎn)活動(dòng)時(shí)才被發(fā)現(xiàn)和處理[5]。同時(shí)，技術(shù)人員沒(méi)有可靠的電機(jī)保護(hù)裝置和系統(tǒng)給予支持，很多時(shí)候都需要人到電機(jī)所在位置進(jìn)行全面檢查，不僅耗費(fèi)大量時(shí)間，也無(wú)法保證各類(lèi)故障隱患第一時(shí)間被發(fā)現(xiàn)，并且在井下或大型機(jī)電一體化系統(tǒng)當(dāng)中，電機(jī)所在位置環(huán)境比較復(fù)雜，維修巡檢人員進(jìn)入該區(qū)域不僅存在安全隱患，相關(guān)工作也會(huì)受到干擾。

3? 電機(jī)在機(jī)電一體化技術(shù)中的保護(hù)策略分析

3.1 電機(jī)用電問(wèn)題的解決措施

針對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)中電機(jī)出現(xiàn)的各類(lèi)用電問(wèn)題，首先需要針對(duì)電機(jī)系統(tǒng)電路、電能損耗進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以采用人工監(jiān)測(cè)和傳感器監(jiān)測(cè)的方法，確保技術(shù)人員對(duì)機(jī)電一體化電機(jī)系統(tǒng)電能損耗問(wèn)題足夠了解，然后通過(guò)技術(shù)手段讓電機(jī)電流、電壓等參數(shù)可以維持在能夠支持系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的安全水準(zhǔn)。正常情況下，常規(guī)的檢測(cè)技術(shù)和儀器無(wú)法滿足機(jī)電一體化電機(jī)保護(hù)裝置的監(jiān)測(cè)要求，因此需要選用比較先進(jìn)的監(jiān)測(cè)設(shè)備，如霍爾型電流互感器就是目前比較實(shí)用的設(shè)備之一，利用它與IPM輸出電壓采用分壓電路的方式，對(duì)電壓及IPM輸出三相電流保持實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以迅速判斷故障，及時(shí)給技術(shù)人員發(fā)出預(yù)警。針對(duì)電機(jī)電能損耗問(wèn)題，可以利用用電監(jiān)控儀器，來(lái)繪制電能消耗和損耗圖，從生產(chǎn)活動(dòng)本身及電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)等方面找到電能損耗的原因，制定針對(duì)性的解決方案。從機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的大環(huán)境來(lái)看，想要根本解決電機(jī)用電問(wèn)題，有必要在電機(jī)設(shè)計(jì)階段就充分考慮各類(lèi)故障問(wèn)題，并且了解電機(jī)應(yīng)用企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)方式和電機(jī)的工作環(huán)境，然后針對(duì)性配置保護(hù)裝置，提升電機(jī)穩(wěn)定性[6]。

3.2 井下電機(jī)問(wèn)題的預(yù)防處理方法

面對(duì)井下等復(fù)雜環(huán)境下機(jī)電一體化系統(tǒng)中電機(jī)故障頻發(fā)的問(wèn)題，首先需要相關(guān)企業(yè)提高重視程度，重視電機(jī)保護(hù)和故障排查工作。相關(guān)企業(yè)應(yīng)當(dāng)積極引進(jìn)掌握先進(jìn)科技的技術(shù)人才，采用科學(xué)方法對(duì)井下電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排查故障。同時(shí)，還可以從專(zhuān)業(yè)角度出發(fā)，在有限條件下，為電機(jī)系統(tǒng)本身的運(yùn)轉(zhuǎn)和故障巡檢維修工作創(chuàng)造一個(gè)更優(yōu)質(zhì)的環(huán)境。例如，可以引進(jìn)現(xiàn)代化數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，利用傳感器設(shè)備，一方面監(jiān)測(cè)電機(jī)本身工作運(yùn)行下的各項(xiàng)指標(biāo)，另一方面對(duì)井下空氣成分、溫度、濕度井下監(jiān)控，配合礦產(chǎn)產(chǎn)業(yè)井下安全控制系統(tǒng)，做好井下環(huán)境監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)對(duì)井下工作人員及電機(jī)設(shè)備不利的環(huán)境因素，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。

3.3 異步電機(jī)故障問(wèn)題的改善策略

針對(duì)比較常見(jiàn)的異步電機(jī)故障問(wèn)題，目前市面上出現(xiàn)了一些比較成熟的方法和技巧，包括自動(dòng)開(kāi)關(guān)保護(hù)、熔斷器保護(hù)，目的都是在異步電機(jī)發(fā)生短路等故障時(shí)，保護(hù)裝置及時(shí)斷電，來(lái)保護(hù)電機(jī)和整個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)的安全[7]。其中，熔斷器保護(hù)裝置主要是在監(jiān)測(cè)到電流、電壓異常，或極具性變化時(shí)，自動(dòng)熔斷來(lái)達(dá)到斷電保護(hù)的目的。自動(dòng)開(kāi)關(guān)保護(hù)裝置是目前比較先進(jìn)的裝置之一，其通過(guò)對(duì)電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，收集多方面數(shù)據(jù)進(jìn)行做自動(dòng)化分析，如果裝置發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)電路，保護(hù)電機(jī)。顯然，這種裝置可以重復(fù)利用，并且在識(shí)別精準(zhǔn)性方面更強(qiáng)，其中更先進(jìn)的自動(dòng)開(kāi)關(guān)裝置還可以將收集的數(shù)據(jù)和工作過(guò)程數(shù)據(jù)上傳，為安全管理人員提供故障分析依據(jù)。

3.4 人員管理問(wèn)題的優(yōu)化策略

采用機(jī)電一體化系統(tǒng)的企業(yè)需要根據(jù)自身生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)環(huán)境，配備足夠數(shù)量的安全技術(shù)人員，不僅要求這些人員具備扎實(shí)的技術(shù)功底，還需要定期對(duì)其職業(yè)素養(yǎng)進(jìn)行培訓(xùn)，要求所有人員擁有足夠的責(zé)任心。因?yàn)榧词乖傧冗M(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)和安全保護(hù)裝置，都可能無(wú)法全面保證機(jī)電一體化系統(tǒng)電機(jī)的安全，其只是配合安全技術(shù)人員做好安全管理的得力助手。所以，需要針對(duì)機(jī)電一體化的電機(jī)保護(hù)制定立體化管理機(jī)制，落實(shí)權(quán)責(zé)，規(guī)范行為，確保安全管理工作完善可靠。

4? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在機(jī)電一體化技術(shù)不斷發(fā)展且應(yīng)用范圍越來(lái)越廣的情況下，電機(jī)保護(hù)工作的可靠性與生產(chǎn)質(zhì)量、效率和安全都有重要聯(lián)系。針對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)中電機(jī)設(shè)備常見(jiàn)的各類(lèi)故障問(wèn)題，需要積極根據(jù)實(shí)際情況，積極引進(jìn)更先進(jìn)的安全保護(hù)裝置，利用傳感器系統(tǒng)和信息化分析系統(tǒng)，對(duì)電機(jī)裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，方便技術(shù)人員采用正確的應(yīng)對(duì)措施。只有這樣，才能全面提升機(jī)電一體化系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性，并且在節(jié)能減排、保護(hù)生態(tài)方面也具備著很好的意義。

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