浅析机电一体化中的电机控制与保护

概述：典型的机电一体化设备的机械部件、PLC模块、变频器模块、按钮模块、电源模块、模拟生产设备实训模块、接线端子排和各种传感器、计算机等组成。整体结构采用开放式和拆装式，实训设备用于机械部件组装，可根据现有的机械部件组装生产设备，也可添加机械部件组装其他生产设备，使整个装置能够灵活的按教学或竞赛要求组装具有生产功能的机电一体化设备。模块采用标准结构和抽屉式模块放置架，互换性强；按具有生产性功能和整合学习功能的原则确定模块内容，使教学或竞赛时可方便的选择需要的模块。同时还要求具有可拓展功能，可以组成更加大型的生产模拟系统，以配合各个用户学校不同层次，不同专业的教学及培训要求。
随着我国电子技术与微电子技术的快速发展，机电一体化技术也有很大的进步，在现代机电控制中有更多的应用，为机电一体化的发展带来很大的促进作用。作为现代工业技术中重要的部分之一，机电一体化技术为我国机械工业的发展创造更多的机遇。首先介绍了机电一体化技术的发展历程与现状，接着阐述机电一体化中电动机构的组成及工作原理，然后探讨机电一体化中电机阀位及速度控制与机电一体化中电机的运行维护。

1、机电一体化技术的发展历程与现状：
    1.1机电一体化的发展历程
    机电一体化技术的发展有三个阶段，即发展初级阶段、蓬勃发展阶段和智能化发展阶段。最初早在20实际60年代人们开始利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。而由于军事和工业发展的需求，当时的人们对于这方面开始重视，由于当时电子技术水平发展不够，技术结合与运用还没有得到深入发展。为机电一体化技术的发展创造了更好的条件。从数控机床的问世到微电子技术的全新发展，进而可编程序控制器、电力电子等的发展为机电一体化提供了坚强基础，最后激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使机电一体化跃上新台阶。
    1.2机电一体化技术发展现状
    近些年来，机电一体化技术有了更全面的进步，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还能赋予自动显示记录、自动处理信息、自动检测、自动调节与控制自动诊断与保护等许多新的功能。目前一些电动的实际运行中依然存在着一定的问题，比如执行机构机构多、定位精度低、结构复杂、可靠性差等问题，因而对于这种情况，采用机电一体化技术，将伺服电机、阀门、控制器合为一体，采用模糊神经网络，通过内置变频器，实现阀门的高效控制。
2、机电一体化中电动机构的组成及工作原理：
    2.1电机执行机构的组成
    目前较常用的主要是交流电动机，它可分为三相异步电动机、单相交流电动机两，前一种比较多的用在工业上，而后一种通常用在民用电器上。从电机的结构上看，主要分为控制部分和执行驱动部分，控制部分主要由三相PWM波发生器、单片机、智能逆变模块、整流模块、A/D、故障检测、输入输出通道等组成；执行驱动部分主要包括三相伺报电机和位置传感器[1]。
    2.2电机的工作原理
    电机执行机构系统通过电流与电压传感器和位置传感器的检测，得出逆变模块三相输出电流、电压及阀门的位置信号，然后由A/D转换后送入单片机。单片机通过控制PWM波发生器的作用，最后实现电机的运行控制。逆变模块工作时所需要的直流电压信号由整流电路对380V电源进行全桥整流得到。对于电动机运行原理的分析，这里主要针对工业中应用的三相异步电动机的原理进行探讨。电动机转动的基本工作原理是三相对称绕组中通人三相对称电流产生圆形旋转磁场，转子导体切割旋转磁场感应电动势和电流，转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转距，驱使电动机转子转动。
3、机电一体化中电机阀位及速度控制与运行维护：
    3.1电机阀位及速度控制
    实现电机执行机构的阀位和速度的控制需要解决的关键性技术问题主要有五个方面，分别是阀门柔性开关的控制、阀位的极限位置的判断、电机保护的实现、准确定位与模拟信号的隔离。对于机电一体化中电机阀门位和速度的控制，微处理器根据测得的变频器输出电压和电流，通过计算得出输出力矩，如果输出力矩达到或大于设定的力矩，那么就会自动降低运行速度。在传统电机的执行机构中，阀位的极限位置的检测是通过机械式限位开关获得的。电动执行机构极限位置通过检测位置信号的增量获得，单片机将本次检测的位置信号与上次检测的信号相比较，如果未发生变化或变化较小，就会自动电机的供电电源。
    电机的运行控制与加速度的大小、时间长短、当前位置、速度控制给定位置以及运行速度有关。在机电一体化中电机采用的是双环控制方案，外环为位置环，内环为速度环。外环是通过当前位置速度的设定将速度给定发生器向内环提供速度的设定值。内环是将当前速度与速度给定与发生器的设定速度进行比较，依靠速度调节器改变PWM波发生器载波频率，以实现电机的转速调节。
    3.2机电一体化中电机的运行维护
    机械工业的飞速发展对电机运行维护不断提出新的要求，而现代科技技术的飞速发展又为电机的保护水平的提高提供了新的空间。然而再先进的技术都需要依靠人为的操控，因而对于电机的运行维护是确保电机的机电一体化技术优势表现的重要前提。在这里把电机的维护分为三个方面，一个是电机运行前的准备，一个是电机运行中的监管，还一个是电机的日常保养。
    在电动机启动前需要检查电源是否有电，观察启动器是否正常、熔丝规格大小是否合适，检查传动电动机转子和负载机械的转轴、电动机及启动电器外壳是否接地、负载机械是否妥善地作好了启动准备。接通电源后，启动时应注意观察电动机、传动装置、负载机械的工作情况，如果发现异常应立即切断电源。对于电动机运行中的监视，要时刻注意电动机的电压与电流，关注电动机的振动、响声和气味，注意传动装置的检查，以便及早发现问题，减少或避免故障的发生。而对于电动机保护除了运行过程中注意监视和维护外还应进行定期检查和保养。
4、结语：
总而言之，随着我国科技水平的快速发展，机电一体化技术的会得到不断的提高，而电动机作为扮演我国工业现代化建设中的重要角色，上海茂育公司生产的光机电一体化实训设备，符合各院校的教学实训实验需求，为走上社会的技术人员起着非常关键的作用。要从电动机的技术发展和运行维护上进行探讨分析，以从根本上解决目前机电一体化中电机的高效问题，同时也为将后的进一步发展奠定基础。

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