浅议机电一体化特征探索电机结构特点

【摘要】机电一体化是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物，是机电工业发展的必然趋势，电动机的电力拖动技术已被广泛地应用在各个工业电气自动化领域中，本文从电动机结构，运行、价格、维护以及三相异步电动机的机械特性出发，简述电动机的启动、制动、调速等技术。

【关键词】电动机；电力拖动；启动；制动；调速；机电一体化

科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透，在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、生产方式及管理体系由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段，异步电动机具有结构简单、运行可靠、价格低、维护方便等一系列的优点，被广泛应用在电力拖动系统中，电力拖动已被广泛地应用在各个工业电气自动化领域中。

一、机电一体化的核心技术

机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑，只有机械本体减轻了重量，才有可能实现驱动系统的小型化，进而在控制方面改善快速响应特性，减少能量消耗，提高效率。传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面，提高可靠性与防干扰有着直接的关系，为进一步发展机电一体化，必须提高信息处理设备的可靠性，包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性，进而提高处理速度，并解决抗干扰及标准化问题。驱动技术，正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。接口技术，技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口，来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。软件技术，为了减少软件的研制成本，提高生产维修的效率，要逐步推行软件标准化，包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。

二、三相异步电动机的机械特性

电动机的最大转矩和启动转矩是反映电动机的过载能力和启动性能的两个重要指标，最大转矩和启动转矩越大，则电动机的过载能力越强，启动性能越好。一般情况下，以最大转矩（或临界转差率）为分界点，其线性段为稳定运行区，而非线性段为不稳定运行区。固有机械特性的线性段属于硬特性，额定工作点的转速略低于同步转速。人为机械特性曲线的形状可用参数表达式分析得出，分析时关键要抓住最大转矩、临界转差率及启动转矩这三个量随参数的变化规律。

三、机电一体化技术的主要应用领域

数控机床，数控机床及相应的数控技术在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具体表现在：总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多CPU、多主总线的体系结构。计算机集成制造系统（CIMS）实现不是现有各分散系统的简单组合，而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线，以制造为基干来控制“物流”和“信息流”，实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。柔性制造系统是计算机化的制造系统，主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。工业机器人，具有多种感知功能，可进行复杂的逻辑思维、判断和决策，在作业环境中独立作业。

四、三相异步电动机的启动制动与调速

小容量的三相异步电动机可以采用直接启动，容量较大的笼型电动机可以采用降压启动，适合带较大的负载启动，绕线转子异步电动机可采用转子串接电阻或频敏变阻器启动，其启动转矩大、启动电流小，适用于中、大型异步电动机的重载启动。软启动器是一种集电机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新型电动机控制装置，启动器实际上是个调压器，用于电动机启动时，输出只改变电压并没有改变频率。三相异步电动机也有三种制动状态：能耗制动、反接制动（电源两相反接和倒拉反转）和回馈制动。这三种制动状态的机械特性曲线、能量转换关系及用途、特点等均与直流电动机制动状态类似。三相异步电动机的调速方法有变极调速、变频调速和变转差率调速。变频调速是现代交流调速技术的主要方向，它可实现无级调速，适用于恒转矩和恒功率负载。把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。变频器输出的波形是模拟正弦波，主要用在三相异步动机的调速，又叫变频调速器。

五、机电一体化技术的发展前景

纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向，机电一体化将朝着智能化。智能机电一体化产品可以模拟人类智能，具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力，从而取代制造工程中人的部分脑力劳动，未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，如何赋予机电一体化产品以人的智能、情感、人性显得越来越重要。微型机电一体化系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术，是机电一体化的一个新的发展方向，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势，机电一体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品，同时也可以不断扩大生产规模。网络技术的飞速发展各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。工业的发达使人们物质丰富，绿色化是时代的趋势，其目标是对生态环境无危害或危害极小，资源利用率极高，绿色制造业是现代制造业的可持续发展模式。

六、结论

机电一体化技术是众多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求，它促使机械工业发生战略性的变革，使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化，三相异步电动机在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、生产方式及管理体系由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段，具有结构简单、运行可靠、价格低、维护方便等一系列的优点，已被广泛地应用在各个工业电气自动化领域中，大力发展新一代机电一体化产品，不仅是改造传统机械设备的要求，而且是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业的必由之路。