机电一体化中的电机保护与控制技术

机电一体化中的电机保护与控制技术
摘要：目前我国的机电一体化技术发展迅速，在很多领域都有所应用，凸显了该技术在提升效率、优化性能、节能减排方面的作用。

但机电一体化方面的电机保护与控制方面却存在问题，本文着重分析了机电一体化中的电机保护与控制技术，对实际工作具有指导意义。

关键词：机电一体化；电机保护；控制技术
近年来，我国迈入了新型工业化阶段，在此发展条件下很多工作都依赖于机电一体化。

就目前的技术发展情况，有关领域在应用机电一体化技术时需同步构建一体化系统，由于该系统内的机电设备种类多，对电机保护与控制提出了新的要求。

但原有的条件下，电机保护与控制存在诸多问题，严重影响了机电设备的可靠运转，在当下为提高设备运行可靠性，应用机电一体化技术成为必然，但相关人员需立足实际情况来优化电机保护与控制技术。

1.机电一体化保护存在的问题
1.1电机控制保护装置存在不足
机电一体化方面存在着电机控制保护装置不足的情况。

在当前经济社会发展的过程中，人们对电机机床精准度、原材料与机床的精准控制等都提出了全新的标准，为达到这些标准，做好电机控制保护装置的优化设计十分关键。

机电用一体化设备的运行中存在诸多安全风险，甚至会出现设备故障，如处理不及时将诱发严重事故，为此机电控制保护装置需向高精度方向发展[1]。

但目前市场上很多电机控制保护装置存在着诸多设计缺陷，功能不全、性能不稳，难以发挥其在保护与控制方面的作用。

1.2 异步电机环节较薄弱
现阶段机电一体化的电机保护与控制中也存在异步电机环节薄弱的情况，主要是因为异步电机的属性、功能与性能的达不到使用的要求，当机电一体化系统
投入运行后，异步电机出现磨损、老化等的几率较高，影响了机电设备的可靠运行。

当下市场上的异步电机，种类较多，且不同类型的异步电机存在着功能差异，要发挥异步电机的作用，相关人员需立足实际情况做好选择与对比，但许多机电
一体化系统中相关人员未优选异步电机，导致异步电机存在功能、性能缺陷。

2.机电一体化中的电机保护技术
2.1短路保护
电机保护涉及了诸多保护技术，短路保护仅仅为其中的一种，为发挥保护作用，有关人员需结合机电一体化系统的特点、其中设备的类型、运行及工作原理
来配备特定型号的空气断路器或熔断器，系统运行中一旦个别参数超出了限值，
该装置可在发送告警信息的同时执行保护动作，避免短路电流流经更大范围。

自
动空气断路器的保护过程为识别线路电流、发送预警并执行动作，如某一位置流
经的电流值过大，电磁脱扣装置能在瞬时识别到风险并产生磁力，由反力弹簧控
制锁口分断主触头，进入保护状态下[2]。

熔断器在保护电路时的原理为：高温条
件下熔断熔体，如线路中的电流超出了规定上限值，部分电能将向热能转化，引
起线路、熔断器的升温现象，在温度超出规定上限的情况下熔体自动执行熔断保护。

2.2弱磁保护
机电一体化技术的电机保护中也经常存在弱磁保护，但由于这一保护技术的
作用过程及原理，在直流电机中的应用效果相对突出。

为凸显弱磁保护的作用，
有关人员需找到电机励磁回路，在恰当位置安装弱磁继电器，当电机进入工作状
态时该继电器自动采集电流信息，并对比励磁电流与设定上限值，如两电流值相
同或前者高于后者，说明电机存在运行风险，需立即由弱磁继电器来负责预警、
保护工作，其保护动作主要有吸合、闭合电路中的串接常开触头[3]。

因此，弱磁
保护对提高电机运行可靠性具有一定的作用，如在电机工作中励磁电流值远远低
于设计限值，继电器执行的是释放、断开常开触头、切断电路的保护动作，如接
触线圈失电，电机运行异常，磁场强度低，无其它运行风险。

2.3过电流保护
机电一体化系统中的过电流风险较大，如不及时处理这一现象，电流远远超出限值将使电机零部件被损坏，导致电机无法正常运行。

根据电机运行中的过电流故障发生原理、过程及表现，其与短路故障有很多相似之处，区别表现在对电机的损坏程度上。

为减小过电流现象造成的损失，可结合实际情况来采取过电流保护方法，在电机电枢回路或转子回路的恰当配置配备过电流继电器，由该继电器实时检测、采集电流值，如实际电流值远远高于上限值，KA线圈开始保护，在故障点部位切断电源，避免故障电流向更大范围传输。

当然，也可通过增设断路器的方式实现过电流保护，如电流值异常大，断路器主触点关闭，避免过电流传输。

3.机电一体化中的电机控制技术
3.1控制阀门与速度
在电机控制方面一般需多个部件、有关装置科学配合，为达到预期的控制目标，相关人员需重视对速度、阀门的控制。

在行业稳步发展的过程中，有关人员陆续研发了新技术，并积累了丰富的操作经验，主要可采用双环控制技术，双环中的内环为速度环，为外环为传统的位置环。

在电机工作时速度环可为相关人员的转速调节提供便捷，保障控制可靠性，通过控制内部速度调节器、特定波段的PWM波发生器，就能将电机速度控制在正常范围内。

3.2矢量控制
原有的技术发展相对滞后，在最初的交流电机控制方面存在诸多问题，突出问题就是电机无法在整个频率范围内输出额定转矩、加速加减速，为有效克服这一难题，可科学应用矢量控制方法。

具体来说，相关人员需考虑电机情况，在其中加设VFD变频器，运行过程中动态监测电机定子的电流矢量，根据监测数据灵活调整变频器的输出电压、频率，按照磁场定向原理将电机转矩、磁场等控制在正常标准内，使电机保持最佳的运行状态，消除故障风险[4]。

如某机电一体化系统内配备的是异步电机，其矢量控制十分重要，有关人员为电机配备变频器后，气隙作用下实现转子向定子电流的转换，得到结果后在相关处理下将部分坐标转
换为静置坐标，再经由磁链方程也就能计算和分析到磁场电流、转矩电流的分量，快速执行保护动作，避免动作失效引发的设备故障。

3.3转矩控制
机电一体化下的电机控制中，转矩控制也相对常见，这一控制方式的理论基
础是离散化转矩理论，通过参考电流值大小将电机力矩控制在正常标准内，与此
同时确保电机在运行状态下的位置、转速等参数符合要求，使定子磁链膜值、转
矩差值等在较低水平，减小这些参数过大引发的风险。

进入信息时代后，转矩控
制技术面向现代化发展，产生了新理论、新技术，如智能技术与控制技术的融合、模糊控制技术、鲁棒技术的出现及应用。

目前模糊控制技术受到了人们的强烈关注，通过配备特定型号的控制器，可使输入量转化为模糊量，以此为前提制定指
令与动作，高度复杂的系统中适合采用这一技术。

3.4PID控制
PID控制技术比例积分微分控制技术，为对比给定值与输出值构成控制偏差，综合应用比例、积分、微分方式来线性组合处理偏差值、获取输出值的方式，在
当前的机电一体化条件下，这一控制方式的应用范围逐步扩大且在未来还有巨大
的发展空间。

结合目前PID控制技术的发展和应用情况，其算法相对简单，具有
更强的灵活性与可靠性，具体的控制流程为：提前分析所选择电机的工作原理及
过程，在此基础上建立与之相符的数学模型，确定电机电枢电压、电流的传递函数；输入阶跃信号进行处理与输出，生成阶跃响应波形，使电机在一段时间后保
持可靠运行[5]。

早期的PID技术在应用时存在算法参数选择困难、控制效果不佳
等问题，现阶段的条件下为符合要求，相关人员需适当改进常规的PID算法，如
可利用数字PID控制、模糊PID控制、自寻优PID控制几种方式。

结束语：
机电一体化下的电机保护与控制十分重要，如能科学利用机电一体化技术，
就能大大提高电机运行的可靠性。

但目前电机保护与控制方面还存在诸多问题，
未来的发展中相关人员需按照机电一体化的技术发展趋势，不断创新电机保护与
控制技术。

参考文献：
[1]李红卫,朱凌彤.基于单片机的智能电机保护器的设计[J].工业控制计算机,2021,34(6):3.
[2]姜翟跃,徐浩南,巫乐文,等.FFT算法在电机保护系统中的应用分析[J].信息与电脑,2021,033(003):57-60.
[3]王嘉俊,张秀玲.浅谈PCS-9626C电动机保护装置单体调试方法[J].电力工程技术创新,2022,3(3):122-124.
[4]王培宏.基于STM32的三相电机保护系统设计[J].现代电子技
术,2019,42(21):5.
[5]门佳红.机电一体化应用中的电机控制与保护路径分析[J].科技经济导刊,2020,706(08):62+69.。