陜西工商職業(yè)學院中德機電工程與汽車科技學院 鄭文智 顧視江 張倩

在科學技術(shù)發(fā)展的帶動下，機電一體化技術(shù)不僅在穩(wěn)步的發(fā)展，同時還在不斷創(chuàng)新，為我國工業(yè)發(fā)展提供了很多便利，而電機在機電一體化技術(shù)當中起到非常重要的作用,它能夠保證機電一體化的順利運行，確保生產(chǎn)過程能夠穩(wěn)定有序進行，因此電機的正常運行是工業(yè)生產(chǎn)的重要保障，要確保電機的正常運行，就要先了解如何對電機進行控制和保護，電機的控制與保護需要通過專業(yè)的電力電子裝置來維護，通過這些電力電子裝置使電機能夠更加安全，節(jié)能和高效，因此，技術(shù)人員要認真分析潛在的不穩(wěn)定因素，找出影響電機運行的問題所在，研究出控制電機和保護電機的方法,使機電一體化技術(shù)能夠發(fā)展的更加穩(wěn)定。

1 機電一體化概要

為了更加深入的研究機電一體化應用中的電機控制與保護路徑，首先需要了解一下機電一體化，通過對機電一體化整體的了解，才能夠了解電機在機電一體化系統(tǒng)中所處的位置及作用，從而才能夠進行更好的控制與保護。

1.1 機電一體化內(nèi)涵

機電一體化主要是指將先進的電力電子技術(shù)引入到機械的信息處理、動力、控制等相關(guān)功能當中，且高效率地將機械裝置、現(xiàn)代電子化設計以及智能軟件等設備進行有機結(jié)合，通過這些技術(shù)的不斷發(fā)展與推進，機電一體化技術(shù)在快速發(fā)展中逐步完善，成為了機電行業(yè)當中應用較廣且體系最為完善的新專業(yè)，并且在科學技術(shù)的高速發(fā)展過程中，機電一體化技術(shù)也受到了一定的積極影響，其中也添加了很多新的技術(shù)，通過這些技術(shù)的有效融合，成為了一種新型的機電一體化技術(shù)。機電一體化技術(shù)發(fā)展過程主要為由機械工程技術(shù)發(fā)展為純機械技術(shù)，之后是機械電氣化技術(shù)，然后發(fā)展成為微電子技術(shù)、智能化技術(shù)等等，經(jīng)過一系列的發(fā)展，最終成為現(xiàn)如今的機電一體化技術(shù)。

從機電一體化的基本特征上進行概括，其主要為首先從系統(tǒng)化的角度出發(fā)，然后將多種非常先進的群體技術(shù)進行綜合，這些技術(shù)主要包括：自動控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)、機械技術(shù)、接口技術(shù)、然間變成技術(shù)、微電子技術(shù)、信息變換技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器測控技術(shù)等,以優(yōu)化組織目標以及系統(tǒng)功能為基礎，優(yōu)化各個板塊及各個功能單元的布局與配置，最終使機電一體化技術(shù)能夠有較低的能耗、較高的質(zhì)量、較高的可靠性及較多的功能,使機電行業(yè)能夠更好地發(fā)展。

1.2 機電一體化涵蓋的技術(shù)

機電一體化系統(tǒng)中主要包括了產(chǎn)品與技術(shù)這兩大方面，而這兩大方面以技術(shù)為較為重要的部分，而機電一體化系統(tǒng)中的技術(shù)是由微電子技術(shù)、現(xiàn)代機械技術(shù)以及其他可以促進機電一體化技術(shù)高效運行的其他新型技術(shù)的簡單組合，是一種較為綜合的新型技術(shù)，這也就是機電一體化技術(shù)與機械電氣化技術(shù)的根本區(qū)別，在機電一體化技術(shù)當中，較為廣泛地應用了微電子裝置，使現(xiàn)代機械設備擁有了很多新功能，如機械設備的自動診斷、自動現(xiàn)實記錄、自動檢測、自動信息處理、自動控制與調(diào)節(jié)等功能，使生產(chǎn)效率得到了大大的提高。

機電一體化技術(shù)的核心成分主要有三部分，第一部分是機械生產(chǎn)方式，這種生產(chǎn)方式主要是以新型的生產(chǎn)技術(shù)為主，其主要是利用電子操控技術(shù)的特點，以電子操控技術(shù)與機械生產(chǎn)方式的有效結(jié)合方法為切入點，通過這種生產(chǎn)方式，能夠提升生產(chǎn)過程中的性能。第二部分則是機電一體化系統(tǒng)中的傳感檢測技術(shù)，也就是機電系統(tǒng)中的感受器官，通過傳感器檢測技術(shù)能夠使機電一體化技術(shù)在運轉(zhuǎn)過程中實現(xiàn)高效率的自動調(diào)節(jié)與控制，也能夠使機電一體化系統(tǒng)進行高水平運轉(zhuǎn)。第三部分是信息網(wǎng)絡與計算機技術(shù)，第三部分的技術(shù)能夠在機電一體化系統(tǒng)運行過程中，將系統(tǒng)中的軟件系統(tǒng)及硬件系統(tǒng)有效地融合在一起，通過融合使機電一體化技術(shù)中的智能化生產(chǎn)與自動化生產(chǎn)同步進行。

2 機電一體化應用中電機控制與保護仍存在的問題

當下社會中，機電一體化發(fā)展雖然已經(jīng)較為成熟，但仍然存在一些問題，由于技術(shù)人員對于理論知識的掌握度或者是實際操作能力的影響，對電機的控制與保護會受到一定的影響，使得電機的作用無法很好地發(fā)揮，也就失去它的應有價值。

2.1 異步電機存在的問題

工業(yè)在發(fā)展過程中會運用到很多機電設備，通過這些機電設備的運行，工業(yè)生產(chǎn)得到了有效的保障，但是在機電設備運行中，會受到很多因素的干擾，使得電機無法得到有效運行和控制。具體表現(xiàn)為，異步電機由于其結(jié)構(gòu)較為簡單、容易制造，且堅固耐用，成本較低受到很多技術(shù)人員的喜愛，經(jīng)常會將異步電機應用在電機的運行環(huán)節(jié)當中，但異步電機的驅(qū)動電路較為復雜，在矢量控制調(diào)速方面較為困難，因此異步電機在使用是非常重要的環(huán)節(jié)，同時也是非常復雜的環(huán)節(jié)，異步電機如果出現(xiàn)問題，會使其他設備發(fā)生相應的問題，最終影響整個設備的運行，因此，在對待電機控制和保護時要著重注意異步電機的使用。

2.2 電機的保護裝置效果較低

現(xiàn)在很多電機設備中都安裝有電機的控制和保護裝置，對電機的運行能夠起到一定的保護效果，但是大部分的保護裝置技術(shù)含量較低，其能達到的保護效果較差，主要表現(xiàn)為，大部分保護裝置多應用電磁原理，通過熔斷器與熱繼電器的短路及過載保護功能對電機實施保護，而熱繼電器和熔斷器本身就存在一些問題，如熱繼電器在未過載的情況下會經(jīng)常跳，影響電機的運行，而熔斷器則會受到使用時長的影響，使用時間過久，溶體會因氧化等原因致使運行溫度未超而熔斷，使技術(shù)人員產(chǎn)生誤判，導致電機的運行出現(xiàn)差錯，進而影響機電一體化技術(shù)的實施。

2.3 機電一體化技術(shù)運行環(huán)境的復雜性

隨著設備及新技術(shù)的共同進步，新技術(shù)與設備已經(jīng)能夠進行有效的結(jié)合，同時也能夠很好地適應社會、適應市場，但仍然存在著一定的問題，在進行電機的保護與控制工作時，常會遇到落后的、陳舊的設備與裝置與新技術(shù)無法有機結(jié)合這一問題，其主要是由于落后設備無法達到新技術(shù)的技術(shù)要求，從而影響機電一體化系統(tǒng)的正常運行，且機電一體化系統(tǒng)多應用于井下這種復雜的環(huán)境，由于這種技術(shù)多用于這種復雜環(huán)境，那么系統(tǒng)中的設備及各元件則需要在這種復雜的環(huán)境當中工作，因此，在運行過程中則難免會出現(xiàn)各種問題，電機在這種潮濕的環(huán)境當中運行，經(jīng)常會出現(xiàn)短路等情況，當問題出現(xiàn)時，又因為復雜的環(huán)境降低了技術(shù)人員的修理效率，則在很大程度上會影響機電一體化系統(tǒng)的正常運行，因此，針對電機出現(xiàn)故障這一問題，要研究出在這種復雜環(huán)境下工作時，電機的控制與保護裝置，從而確保在復雜環(huán)境下電機的正常運行，避免影響機電一體化系統(tǒng)的順利工作。

3 機電一體化應用中電機控制與保護路徑探析

隨著社會的不斷發(fā)展，電機的控制與保護工作逐漸成為技術(shù)人員比較重視的工作，發(fā)展前景較好，因此，要借助此發(fā)展勢頭，積極地研究電機的保護和控制措施，從而使電機的控制與保護能夠高效地進行。

3.1 認真選擇控制保護裝置的元件

首先是對單片機的選擇，單片機對于電機的保護主要體現(xiàn)在電機堵轉(zhuǎn)保護、缺相保護、過載保護、短路保護、漏電保護等方面，而這些方面需要有完善的信號處理系統(tǒng)，才能夠承擔起整個系統(tǒng)的信號處理和傳遞的重任，因此在選擇單片機時，要選取能夠完成信號處理功能，且在三相PWM波發(fā)生器運行過程中能夠提供控制信號，同時還需要包含報警信號、故障信號等功能。在單片機運行過程中，能夠?qū)⒔邮盏降男畔⒂行幚?，然后通過報警信號在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時進行及時報警，故障信號功能則同報警信號類似，起到提示的功能。

其次是對智能功率模塊的選擇，智能功率模塊在對電機的控制和保護上主要表現(xiàn)在兩個方面，第一是要滿足體積較小的執(zhí)行機構(gòu)，如功率小于5.5kw的異步電機，第二則是需要有較高的可靠性，具體來說就是模塊內(nèi)部要能夠集成過電流、過電壓及過熱等故障檢測電路，同時還能夠具備一定的輸出功能，也就是能夠?qū)z測好的信號傳輸?shù)紺PU，且還需要包含驅(qū)動電路，使運行過程不需要加反向偏壓，而需要有報警功能，簡單說就是將出現(xiàn)的問題報給微機，及時停止電機的運行，對電機起到一定的保護作用。

再次是對脈沖寬度調(diào)制發(fā)生器的選擇，也就是對PWM發(fā)生器的選擇，PWM發(fā)生器主要是通過對逆變電路的開關(guān)器件的通斷進行控制，控制通斷后，能夠使輸出波形中產(chǎn)生脈沖，而對脈沖的寬度進行調(diào)整，從而實現(xiàn)改變電路輸出電壓大小以及改變輸出頻率高低的效果，因此在選擇PWM發(fā)生器時,一定要選擇三相PWM發(fā)生器，要有較高的脈沖調(diào)控功能，同時還需要具備一定的接受和出新信號功能，通過這些功能的結(jié)合，使得電機在運行過程中能夠得到有效的控制和保護。

最后是對位置檢測裝置的選擇，位置檢測裝置主要是通過檢測出準確、真實、有效的位置，然后為整體的操控提供相關(guān)的位置信號，從而對電機起到一定的控制和保護作用，因此位置檢測裝置在電機保護措施當中是非常重要的設備，而位置檢測裝置中較為重要的部分就是位置傳感器，因此要重視位置傳感器的選擇，在選擇位置傳感器時，要與時俱進，選擇有新的功能的傳感器，如脈沖數(shù)字式傳感器，它主要是利用自身的物理特征形成圓形結(jié)構(gòu)或者直線型結(jié)構(gòu)的位移傳感器，通過輸出的脈沖信號來觀測位移當量，從而計算出位移的尺寸，對電機起到保護作用，其相較于傳統(tǒng)的差動變壓器等有更高的精度、更高的穩(wěn)定性，且不會受到溫度和線性區(qū)的限制。

針對以上各個控制與保護的元件，一定要進行認真選擇，以上文的分析為基礎，針對不同元件的特點，選擇最為合適的元件，同時在選擇過程中還需要對整個系統(tǒng)進行分析，不僅要選擇工作效率較高的元件，且還需要能夠和其他元件及設備進行高效的融合，因為，只有各個元件和系統(tǒng)能夠進行高效的融合，才能夠使機電一體化系統(tǒng)更加順利運行，因此，選擇元件是一個系統(tǒng)中最為基礎的部分，也是非常重要的部分，認真選擇設備及元件，是對機電一體化系統(tǒng)的負責，也是對機電行業(yè)順利發(fā)展的負責。

3.2 控制好閥門與速度

對電機的控制與保護除了要認真選擇各個元件外，同時還需要對閥門與速度進行嚴格的控制，因為只有控制好閥門與速度，才能夠在最基礎上使電機得到保護與控制，它是最基礎同時也是最關(guān)鍵的一步，而隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，技術(shù)人員也研究出了較為成熟的裝置，如雙環(huán)控制，雙環(huán)控制主要是通過外環(huán)的位置環(huán)與內(nèi)環(huán)的速度環(huán)的有效結(jié)合，從而達到對閥門與速度的有效控制，技術(shù)人員可以利用速度環(huán)的特點，實時地監(jiān)控電機的實際轉(zhuǎn)速，同時進行適當?shù)目刂坪驼{(diào)節(jié)，使其速度能夠適應脈沖寬度調(diào)制發(fā)生器的波段頻率,從而控制電機的速度，對電機起到保護作用。

3.3 準確檢測電壓電流

隨著機電一體化在機電專業(yè)中的運用，機電一體化技術(shù)已經(jīng)逐漸成為機電專業(yè)的核心技術(shù)，日常針對機電一體化各個設備的維護給技術(shù)人員產(chǎn)生了很大的工作量，因此要做好電機的控制與保護工作，從而在一定程度上減輕機電一體化的維護工作。在對電機的控制和維護上除了要謹慎選擇元件及嚴格控制速度外，由于電壓和電流對電機的正常運行有著很大的影響，還需要能夠準確地檢測電壓和電流，通過電壓和電流的檢測，使其能夠被控制在合適的數(shù)值范圍內(nèi)，避免對電機造成損害，如電壓過高容易燒壞電機，而過低的電壓則會影響電機的輸出功率；電流過大則融入使電機線圈繞組發(fā)燙，較長時間的發(fā)燙會影響線圈的絕緣性能，從而出現(xiàn)短路等情況，而電流過低則無法帶動電機的正常運行，都會影響到電機的壽命，因此，對電壓和電流的準確檢測，能夠有效地控制電壓和電流處于合適的數(shù)值，從而提高電機的工作效率及工作時長，減輕技術(shù)人員的工作壓力，使機電一體化技術(shù)能夠順利進行。

3.4 對電機的運行做好維護工作

在機電一體化運行當中，電機承擔著較為重要的責任，而所有的設備無論質(zhì)量的好壞，無論技術(shù)的高低，都有自己的使用壽命，為了能夠延長設備的使用壽命，要對設備進行日常維護，因此，技術(shù)人員需要對電機的運行過程進行實時監(jiān)控，監(jiān)控過程中如發(fā)現(xiàn)問題，需要及時進行修護。具體的操作為，技術(shù)人員在選擇各個設備或元件時，要選擇和電機相適應的設備和元件，避免不適應設備在運行過程中影響電機的正常運行。安裝好設備后，進行試運行，及時觀測運行是否正常，且運行過程是否能夠達到預期的效果，如發(fā)現(xiàn)運行中出現(xiàn)問題，要及時進行修正。在一切就緒后，可以進行正常的使用。技術(shù)人員在日常的工作當中，間隔一段時間就需要對電機設備進行養(yǎng)護，同時當有些元件損壞或者出現(xiàn)問題時，要及時更換和修理。通過以上各個環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)配合，使電機能夠進行正常的運行，同時也能夠在一定程度上延長電機的壽命，降低設備成本。從而保證電機時刻處于最佳工作狀態(tài)。一般而言，電機的使用壽命約為4～10萬小時，對于已經(jīng)超過服役期限的電機應當及時進行更換，以保持整個機械系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

4 結(jié)語

通過上文的研究和分析，了解到電機的控制與保護工作的重要性，因此技術(shù)人員要在重視的基礎上進行積極的研究，對各個設備和遠近進行認真選擇，使各個設備之間能夠進行有效的連接，使電機能夠正常工作，從而推動機電一體化技術(shù)的高速發(fā)展，使我國的機電技術(shù)邁向新的高度，迎來工業(yè)發(fā)展的新高潮，為我國的經(jīng)濟發(fā)展貢獻出更多的力量。