機電一體化?？飘厴I(yè)論文

機電一體化?？飘厴I(yè)論

文集團文件版本號：(M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988)機電一體化技術在低壓電器元件產品的應用分析摘要：闡述機電一體化技術在低壓電器元件產品中的應用現狀，介紹了幾種低壓電器元件產品的應用情況并就存在問題進行對比總結，給出了未來發(fā)展的方向。1引言機電一體化技術乂稱機械電子技術，是微電子技術、計算機技術、信息技術與機械技術相結合的綜合性高新技術，是機械技術與微電子技術的有機結合。隨著科學技術的發(fā)展，科研人員一直試圖將微電子技術應用于各種低壓電器元件產品，希望這些產品的某些機械部件功能被取代的同時，具有智能化和雙向通信的功能，即所謂的智能型低壓電器元件產品。智能型低壓電器元件產品的發(fā)展目前還處于較低階段，國內市場上能看到的智能型產品類型相對較少，部分所謂的智能型產品也僅是將部分功能采用微電子技術代替和完善。2低壓電器元件幾種類型應用介紹低壓電器元件是電器工業(yè)的重要組成部分，是機械行業(yè)中的基礎配套元件，主要對主電路進行分斷、保護、控制、檢測等，在工業(yè)自動化系統(tǒng)中，低壓電器元件主要構成各種控制屏、控制臺、控制器，在配電系統(tǒng)中，低壓成套開關設備主要用到接觸器、繼電器、斷路器、信號燈、互感器等。目前市場上常見的智能型低壓電器元件產品主要有智能型接觸器、固態(tài)繼電器、智能化（電子式）電動機控制/保護器、萬能式斷路器、起動器等。交流接觸器產品功能相對單一，主要用于接通或分斷主電路，根據產品功能、使用范圍及可靠性要求，智能型交流接觸器的主要特征是裝有智能型電磁系統(tǒng)，其控制回路包括電壓檢測電路、吸合信號發(fā)生電路和保持信號發(fā)生電路。它通過電壓檢測電路檢測線圈電壓，當控制電源電壓達到設定要求時，向線圈發(fā)出吸合信號，使產品吸合，當控制電源電壓低于設定值時，則不發(fā)出吸合信號，接觸器不能吸合。智能型交流接觸器通常采用高電壓吸合低電壓保持吸合的設計思想來達到節(jié)能的目的。為了滿足各種個性化或特殊環(huán)境的要求，目前一般采取傳統(tǒng)產品與電子線路相結合的辦法來實現。無涌流電容接觸器使用環(huán)境是在低壓無功功率補償設備中通斷電容器組，為了提高產品使用可靠性，減小在通斷電容器組瞬間產生的涌流對接觸器產品主觸點的影響，則往往通過在產品上組裝電容器切換頭，達到當無功補償控制儀發(fā)出控制信號時，產品的切換頭對電壓進行檢測，切換頭在電壓過零時接通電容器，然后切換頭接通接觸器的線圈，接觸器閉合，電容器由接觸器保持正常接通狀態(tài)。大電流繼電器通流能力要求相對不是很高，結合我國可控硅制造工藝的不斷提高，以可控硅為主要功能元件的固態(tài)繼電器發(fā)展尤為迅猛，除過必要的支撐架構和接線端子，它顛覆了傳統(tǒng)的電磁系統(tǒng)、觸頭系統(tǒng)和彈簧等組成結構，完全由電子線路板與各種電子元器件組成，不但工作可靠，電壽命水平高，而且隨著焊接自動化工藝的實現，產品一致性，批量供貨能力都能得到有效保障，故障率將遠遠低于由多種結構件組成的傳統(tǒng)產品。目前該產品已可作為一種封裝器件實現批量供貨。電動機控制/保護器是工業(yè)以及民用動力系統(tǒng)中使用最為廣泛的設備之一。從大型水電、火電系統(tǒng)到空調機、電冰箱等家用電器的使用都離不開電動機，為了相關設備能正常運行，必須電動機進行保護，盡量提早發(fā)現、預防電動機故障，從而減少電動機停工造成的不良影響。傳統(tǒng)的電動機保護器有熱過載繼電器和小型電動機保護器，其感測元件為熱一電磁系統(tǒng)，利用雙金屬片受熱彎曲的特性和電流的熱效應感知電流的大小，達到對電動機進行過載、短路、三相不平衡、短路等保護目的。智能型電動機保護器則通過環(huán)形電流互感器、零序電流互感器，產生采樣電流信號，通過濾波調制電路形成適于單片機模擬采樣的電壓信號，送單片機采樣，由程序判斷處理，對運行狀態(tài)進行記憶和分析，對顯示器發(fā)出數據顯示，運行狀態(tài)提示，對輸出繼電器做出故障保護提示和動作，進而通過提示和保護動作來控制電動機，達到檢測和保護電動機并按人們預定要求運轉的目的，具有更多的功能特點，是集保護、遙測、通訊、遙控與一體的電動機保護裝置。斷路器用來接通和分斷正常的負載電流、電動機的工作電流和過載電流，也可以用來接通和分斷短路電流。它在電路中起短路和過載保護作用，還可以起欠電壓保護和遠距離分斷電路的作用。目前的智能型萬能式斷路器帶有各種保護功能脫扣器，包括智能化脫扣器，可實現計算機網絡通信，具有分斷能力高，附件齊全，結構模塊化的特點。3機電一體化技術在低壓元件產品應用中存在的問題由以上應用類型可以看出，機電一體化技術已較廣泛的使用于低壓元件產品中，而且發(fā)展趨勢愈加迅猛。但通過近幾年的研發(fā)、使用表明，低壓元件產品的機電一體化進程還只是處于較低階段。目前主要存在以下問題。電磁干擾由于微電子器件要求的工作電壓一般較小，如單片機一般為5V，整流器件一般為12V，極小的電磁干擾都會使這些元器件工作電壓發(fā)生大的偏差，從而影響整個產品的工作性能。而這些產品的基本使用環(huán)境卻是380V電網。因此，為了達到滿足電磁兼容性能的目的，這些產品上的電子線路不得不增加相當的抗干擾措施，從而使整個電子線路變得相當繁冗，電子元器件數量相對較多，線路板的檢測、焊接工藝要求高、難度相對較大。電子元器件發(fā)熱由于電子元器件一般為標準封裝器件，為了滿足絕緣以及相當的抗老化要求，封裝材料散熱性能相對較差，而電子元器件發(fā)熱不僅會降低產品使用壽命，極端情況下還會發(fā)生燒毀、爆炸，從而降低整個系統(tǒng)的使用安全系數。為了解決這個問題，含有功率器件的產品必須要采取增加散熱片等散熱措施，結果增加了產品體積，就要拿固態(tài)接觸器來說，產品的體積并不比傳統(tǒng)接觸器小，其主要原因是散熱片占到近1/2的體積。環(huán)境污染問題RolS指令規(guī)定了禁用或限制使用鉛、鎘、汞、六價鉻、多溴聯(lián)苯和多溴二苯醚，而在電子產品中，鉛被廣泛用于焊錫，印刷電路板上含有鉛和鎘，平板顯示器(液晶顯示器)也含有汞，當這些產品達到使用期限時，將產生一定的電子垃圾。處理不當，將會對人體產生不可逆轉的危害。目前我國的正規(guī)電子垃圾的處理企業(yè)相對較少，相關的法律法規(guī)實施有待加強。4總結目前智能化低壓電器元件產品的開發(fā)仍處于較低階段，仍然有許多問題需要進一步探討、解決。由于機電一體化技術在低壓電器元件產品的應用能有效集成產品功能，解決產品與整個工業(yè)系統(tǒng)的雙向通信問題，滿足網絡對機電一體化設備進行遠程控制的要求，具有更高的自動化特性，可以使人在更舒適的環(huán)境中工作，因而將機電一體化技術廣泛應用于低壓