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  • 浅谈机电一体化中的电机控制与保护


  • 发布者:教学设备问答 发表时间:2018-11-07
  • 机电一体化中的电机保护控制装置强大信号处理能力,它除可替代某些机械部件的原有功能外,还能赋予更多新的功能,如自动调节与控制、自动信息处理、自动记录显示、自动检测、自动诊断与保护等诸多方面。

    1 机电一体化中电动机构的组成及工作原理

    1.1 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 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。

    2 机电一体化中的电机控制与保护存在的缺陷

    1)井下机电机设备中的问题,电机控制保护装置运用于井下机电设备中,一般情况下,保护中鼠笼式异步电机与电机控制,这两者是比较薄弱的环节,在此环节中极易引发电机故障,引发的电机故障将影响到整个机电设备当中 50%以上的设备,大部分机电设备都无法正常运行;(2)目前在电机控制保护装置,采用熔断器的短路保护技术和热继电器的过载保护功能,来保护电机控制设备,但仅仅采用这两种 方法,完全不能使其处于一个安全的状态之中,必须从其他 角度出发,寻求新的措施。

    3 电机控制和保护的处理措施

    3.1 PWM发生器与电压电流的检测

    强化PWM发生器控制信号的处理与接收能力,不仅是提升智能功率模块的主要方法之一,而且还可保证微处理器的工作质量,使微处理器在工作时具有充足的时间对整个电机设备的运行做控制、检测以及保护。一般情况下,机电一体 化技术通常采用三相PWM发生器,此发生器与传统的发生器相比较为先进,表现在其具备了大规模集成电路的特性和具有独立的标准微处理器接口,在芯片的内部存在多种智能化与自动化控制信息,例如:波形、幅值以及频率等,对电机的控制与保护至关重要。电流与电压在电机控制与保护中常常被人们所忽视,其实对电流与电压进行准确检测,有利于电机设备的故障诊断工作,普通的电压与电流,都不可为诊断故障提供参谋,必须采用 IPM 输出电压和霍尔型电流两者集合,运用分压电路的方式对IPM输出三相电流和电压做检测。

    3.2 IPM 与控制阀门、速度

    电机控制与保护对IPM提出了两大要求,即智能逆变模IPM体积必须足够小,且安全可靠,当电机设备电源使用智能功率模块IPM时,功率较小,在 5.5kW 之下的三相异步电机才适合使用执行机构,该功率模块功能较为齐全,聚集了驱动电路、功率开关和制动电路三者的所有功能,内部装置各种控制保护功能,是一种比较受认可的功率开关装置。此外,阀门与速度的控制要重视,目前双环控制方法在我国 运用得较为广泛,外环是位置环,而内环则是速度环,位置 环与速度环的功能作用各自不同,在机电控制装置的速度与阀门当中,经常出现大流量阀门执行机构在运行中,加速、减速或是匀速的运行状态,但由于实际位置与给定位置的差异,使得阀门和速度控制比较艰难,需要做相关的调节工作才能有效控制。智能逆变化模块IPM与对阀门与速度的有效控制,是实现电机控制与保护装置实现多样化和全面化主要方法之一, 从这两方面入手,降低电机控制与保护故障的发生率。

    3.3 单片机与位置检测电器

    从单片机上实现对电机的控制与保护,主要从两个方面入手,首先单片机通常采用并行接口的方式,来进行控制保护系统的信号处理工作,比如阀门的开启与关闭、接收系统对转矩等,其次,当IPM逆转器发出故障时,可对IPM逆转器发出的故障信号做处理,从这两方面达到对电机的控制欲保护目的。位置检测电路的作用是为操作提供准确、有效的位置信号,传统的电控制保护装置与现今的电机控制保护装置大有不同,传统的电动控制保护装置的执行机构,大部分使用绕线电位器、差动变压器与导电塑料电位器等装置,效果不理想,现今使用位置传感器,其优势在于稳定性高、精 度高、无触点、无线性区限制与不受温度限制,效果较为理想。位置检测器与传统控制保护装置相比,有很大优势,值得推广使用,单片机在电机的控制和保护中也不可或缺,把各项措施综合起来,根据实际情况使用,才可提高机电一体化技术。

    总之,在计算机网络技术以及电子电力技术的飞速发展,我国的机电一体化技术也得到了越来越广泛的应用,并且也获得了良好的应用效果。然而当前在机电控制与保护方面还存在着一些问题,这也在一定程度上影响了我国机电一体化事业的发展。因此,必须要合理地分析与解决相关问题,努力降低电机控制与保护故障的发生率,并且要采取有效的措施,合理地排除相关的故障,从而充分保障机电一体化系统的稳定、安全运行,进而有效推动我国机电一体化的可持续发展。


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