摘要
本文阐述机电设备一体化技术在新型低压电器电子元件相关产品开发中的技术应用发展现状,不仅介绍了机电一体化的技术，而且还介绍了几种新型低压电器电子元件相关产品的技术应用发展情况，并就目前存在着的问题重点进行调查对比分析,给出了未来机电技术在低压电器元件技术发展的研究方向。
关键词:机电设备一体化；低压电器主要元件；应用
第一章 引言
1.1机电一体化技术的概念
机电机械一体化电子技术又称电子机械与微电子技术,是利用微电子信息技术、计算机电子技术、信息电子技术与其他机械技术相结合的一种综合性应用高新技术,是一种机械电子技术与其他微电子信息技术的有机互动结合。随着现代科学信息技术的不断发展,科研人员一直都在试图将各种微电子元件技术广泛应用于各种新型低压电器电子元件系列产品,希望这些元件产品的某些重要机械组成部件具有功能被不可取代的功能同时,具有实现智能化和双向通信的重要功能,即我们所谓的智能型各种低压电器电子元件系列产品。智能型直流低压电器电子元件这类产品的技术发展目前还只是处于较低发展阶段,国内产品市场上我们能直接看到的智能型低压产品元件类型相对较少,部分企业所谓的智能型低压产品也仅仅只是将部分传统功能元件采用传统微电子元件技术进行代替和逐步完善。在国际信息时代的学科技的不断进步中逐渐与它融合在了一-起,其又常被称为电子机械化和电子技术。作为一门相对古老的工业学科,机械制造技术为促进人类经济社会的持续发展进步做出了突出的历史贡献,其应用到今天依旧仍然是发展现代机械工业的重要基础,各行各业中都等都离不开通用机械的广泛存在。然而,在新经济时代的快速前进发展步伐中,我们也显然发现了这个陶瓷行业快速发展的前进步伐已经开始明显放慢了。面对工业机械工程领域固有的技术局限性,人们已经开始积极利用现代微电子工程技术,向工程机械工业各个领域进行渗透,最终将工程机械和通用电子技术集成化,实现更为智能的移动设备管理系统。机电-备一体化工业产品,主要含义是是指采用机电设备一体化生产技术,通过自动机械系统和自动微电子控制系统的相互关联置换或有机相互结合并最终优化形成新的生产系统。
1.2低压电器开关元件几种基本类型以及应用案例介绍
低压专用电器元件技术应用前景探索元件作为整个低压电器机械工业过程中的重要结构组成的一部分,低压电器机械元件同时也可以是电器机械制造领域中重要的一种基础配套机械元件。现阶段上,我们常常希望能够在电器市场上随时见到智能型和中低压电器相关元件的真实身影,诸如智能型接触器、智能化能型电动机远程控制、万能式电源断路器等。低压电器的广泛运用主要指的是在各个主端子电路上,低压电器常见的扮演这对于主电路设备进行安全保护、分断、检测及自动控制等重要工作中的角色,为此我们也希望能够在各个机电电子工业应用领域经常看到运用低压电器相关元件的新产品。
第二章 低压元件有几种类型应用介绍
关于低压电器开关元件技术是现代电器机械工业的重要技术组成的一部分,是电器机械行业过程中的重要基础配套电路元件,主要对一些主要的电路元件进行电源分断、保护、控制、检测等,在现代工业配电自动化控制系统中,低压电器开关元件主要用来构成各种控制屏、低压成套电器开关互感器等。目前我国市场上销_上常见的智能型固态低压电器开关元件及其产品主要种类有智能型接触器、固态低压继电器、智能化(又称电子式)智能电动机低压控制/安全保护器、万能式低压断路器、起动器等。交流接触器这类产品主要功能相对单-,主要就是用于实时接通或自动分断家用主交流电路,根据其对产品主要功能、使用区域范围及产品可靠性能的要求,智能型家用交流接触器的主要功能特征之一是其安装有智能型交流电磁控制系统,其电磁控制驱动回路主要包括吸合电压保持检测控制电路、吸合电流信号自动发生控制电路和电压保持吸合信号自动发生控制电路。它通过有源电压温度检测控制电路进行检测控制线圈设定电压,当电源控制器的电源直流电压温度达到线圈设定电压要求时,向控制线圈一端发出产品吸合响应信号,使其对产品进行吸合,当电源控制器的电源直流电压温度低于线圈设定值时,则不能再发出产品吸合响应信号。
低电压源并保持电流吸合的方式设计并将思想提出来用以达到环保节能的设计目的。为了充分满足各种用户个性化或特殊工作环境的使用要求,目前一般上都采取了将传统电子产品与家用电子线路相连接结合的一种办法方式来加以实现。无功率涌流切断电容接触器组的使用工作环境主要是在无损低压无功功率电流补偿系统设备中通过切断短路电容器头的组。
电容器由接触器驱动保持正常电压接通工作状态。大家对电流电压继电器产品通流控制能力总体要求相对不是很高,结合目前我国多种可控多晶硅芯片制造生产工艺的不断进步提高,以多种可控多晶硅芯片为主要组成功能控制元件的新型固态电流继电器产品发展尤为迅猛,除过必要的电子支撑元件架构和电子接线控制端子,它完全颠覆了目前传统的离子电磁控制系统、触头控制系统和振动弹簧等多个组成体的结构,完全由多种电子焊接线路板与各种传统电子相关元器件焊接组成,不但产品工作可靠,电路的寿命控制水平高,而且随着电子焊接设备自动化生产工艺的不断实现,产品技术一致性,批量性和供货生产能力都一定能及时得到有效率的保障,故障率将远远地要低于由多种电子结构件焊接组成的各类传统电子产品。目前该系列产品已广泛可用于作为一种新型封装控制器件并可实现批量直接供货。电动机转速控制/制动保护器系统是汽车工业以及民用汽车动力系统中目前使用最为广泛的控制设备之一。从大型家用水电、火电供热系统等再到中央空调机、电冰箱等家用电器的生产使用都非常离不开家用电动机,为了保证相关用电设备长期能正常工作运行,必须要对电动机定期进行日常保护。
电动机控制/保护器是工业以及民用动力系统中使用最为广泛的设备之一。从大型水电、火电系统到空调机、电冰箱等家用电器的使用都离不开电动机，为了相关设备能正常运行，必须电动机进行保护，尽量提早发现、预防电动机故障，从而减少电动机停工造成的不良影响。传统的电动机保护器有热过载继电器和小型电动机保护器，其感测元件为热一电磁系统,利用双金属片受热弯曲的特性和电流的热效应感知电流的大小，达到对电动机进行过载、短路、三相不平衡、短路等保护目的。智能型电动机保护器则通过环形电流互感器、零序电流互感器，产生采样电流信号，通过滤波调制电路形成适于单片机模拟采样的电压信号，送单片机采样，由程序判断处理，对运行状态进行记忆和分析，对显示器发出数据显示，运行状态提示，对输出继电器做出故障保护提示和动作，进而通过提示和保护动作来控制电动机，达到检测和保护电动机并按人们预定要求运转的目的，具有更多的功能特点，是集保护、遥测、通讯、遥控与一体的电动机保护装置。
断路器用来接通和分断正常的负载电流、电动机的工作电流和过载电流，也可以用来接通和分断短路电流。它在电路中起短路和过载保护作用,还可以起欠电压保护和远距离分断电路的作用。目前的智能型万能式断路器带有各种保护功能脱扣器，包括智能化脱扣器，可实现计算机网络通信，具有分断能力高，附件齐全，结构模块化的特点。
第三章 供配电技术方案设计
3.1整体设计高速公路机电工程
目前我国市场上销上常见的智能型固态低压电器开关元件及其产品主要种类有智能型接触器、固态低压继电器、智能化(又称电子式)智能电动机低压控制/安全保护器、万能式低压断路器、起动器等。交流接触器这类产品主要功能相对单-,主要就是用于实时接通或自动分断家用主交流电路,根据其对产品主要功能、使用区域范围及产品可靠性能的要求,智能型家用交流接触器的主要功能特征之一是其安装有智能型交流电磁控制系统,其电磁控制驱动回路主要包括吸合电压保持检测控制电路、吸合电流信号自动发生控制电路和电压保持吸合信号自动发生控制电路。它通过有源电压温度检测控制电路进行检测控制线圈设定电压,当电源控制器的电源直流电压温度达到线圈设定电压要求时,向控制线圈一端发出产品吸合响应信号,使其对产品进行吸合,当电源控制器的电源直流电压温度低于线圈设定值时,则不能再发出产品吸合响应信号。
3.2供电方式针对该案例工程特点
电容器由接触器驱动保持正常电压接通工作状态。大家对电流电压继电器产品通流控制能力总体要求相对不是很高,结合目前我国多种可控多晶硅芯片制造生产工艺的不断进步提高,以多种可控多晶硅芯片为主要组成功能控制元件的新型固态电流继电器产品发展尤为迅猛,除过必要的电子支撑元件架构和电子接线控制端子,它完全颠覆了目前传统的离子电磁控制系统、触头控制系统和振动弹簧等多个组成体的结构,完全由多种电子焊接线路板与各种传统电子相关元器件焊接组成,不但产品工作可靠,电路的寿命控制水平高,而且随着电子焊接设备自动化生产工艺的不断实现,产品技术一致性,批量性和供货生产能力都一定能及时得到有效率的保障,故障率将远远地要低于由多种电子结构件焊接组成的各类传统电子产品。目前该系列产品已广泛可用于作为一种新型封装控制器件并可实现批量直接供货。电动机转速控制/制动保护器系统是汽车工业以及民用汽车动力系统中目前使用最为广泛的控制设备之一。从大型家用水电、火电供热系统等再到中央空调机、电冰箱等家用电器的生产使用都非常离不开家用电动机,为了保证相关用电设备长期能正常工作运行,必须要对电动机定期进行日常保护。
3.3隧道部分高速公路工程
隧道路段具有用电设备集中、可靠性要求高等特点，并且需要敷设较长供电线路才能满足其用电需求。在实际施工中，需要考虑线路电压损失率，所以一般会使用中压供电系统。该系统从主变电站引入10kV电源，低压开关柜电缆采用下进下出接线方式，低压柜至变压器采用电缆敷设；馈出线为下出线，电缆沿沟内电缆支架敷设至出口，然后穿电缆保护管引至变电站，为隧道内的通风、消防、照明系统供电。考虑到隧道环境的特殊性，需要充分保证供配电安全性。在本案例中，设计团队配置了自备电源和2路外电源，主要目的就是在外电源出现故障时，可以随即采用柴油发电设备进行供电。该系统以分段母线供电的方式，保证所有设备设施都拥有单独回路；照明供电系统配置的是独立电源，以避免母线电压波动影响照明稳定性。另外，所有与高、低压电气设备有关的金属元件（带电结构除外）都应按照有关规定，牢固有效地接零和接地，并进行等电位连接，构成等电位接地系统。
第四章 实训教学的机电一体化柔性系统开发
由于目前我国企业柔性系统生产管理系统开发起步较晚,很多高校都没有明确地具体提出专业培养方向柔性系统生产管理系统技术研发的专业培养目标,机电工程专业虽然以培养应用型技术人才为专业培养方向核心,但最终的实训教学还是没有真正转变得很到位。对于机电相关专业而言,要真正培养培育出一批柔性企业生产管理系统开究研发相关人才,还是必须要在建立电气设备自动化相关专业以及机电设备一体化相关专业上不断下功夫,从教学课程体系建设开始到柔性实训开发教学中,围绕建立柔性企业生产管理系统开发建立一套相关的教学课程体系,并积极围绕建立柔性企业生产管理系统研究创建柔性实训开发教学课程体系,积极主动促进广大学生积极参与涉及到建立柔性企业实训开发系统研究开发中,吸引大量优秀学生积极参与从事柔性生产系统开发研究,借助相关专业以及相关学校的大型职业技能实训大赛、”自动线安装与调试”职业技能实训大赛以及与其他企业交流合作等,引导广大学生正确认识建立柔性企业生产管理系统柔性实训开发教学课程体系,以更加好地适应当前我国特色社会主义经济快速发展,为经济社会发展提供一批创新型专业人才,将发展柔性机械生产力的理念广泛渗透到机械工业各个领域,推动了在专业以及学科教学课程体系上的改革。
对于中国柔性企业生产管理系统的专门实训专业教学课程设计,要以整合学校自身所有的实训设备以及实训教学资源配置为主要依据,借助国内弓前国|最先进的中国柔性企业生产系统设备为我制定了gfms柔性企业实训教学系统,制定中国柔性企业生产管理系统专业实训课程教学设计方案,并建立架构完整的中国柔性企业生产管理系统专业实训课程教学方案体系。例如现如今不少职业学校都已经引进了一套亚龙yl-335b型自动控制生产线实训设备,可以将这些实训设备直接安装在学校现有的新型铝合金导向滑轨式自动实训台上,通过机电结合一体化生产设备以及机械控制部件以及亚龙plc控制模块、触摸屏显示模块等,将整个企业柔性生产系统功能组成中的结构重新划分而成为食品供料管理单元、加工管理单元以及物料输送管理单元等五个功能单元,分别为实训学生量身构建独立的网络实训控制系统,应用这些多种类型的光传感器可以让实训学生实时进行检测物体高速运动时的位置以及学生通过线路状态的自动判断,或者说就是一套采用rs485串行数据通信的亚龙plc类型网络自动控制实训方案,每个单元学生在各个实训单元间的实训中通过一台新的plc网络承担着一起网络控制实训任务,达到各一个单元之间采用分布式控制进行实训。fmslc柔性制造系统软件实训课在教学课程开发中,还要充分依据高等学校机电工程专业人才队伍培养以及实训课程学科设置实际情况,大致将系统软件实训课程教学开发分为九个主要学习单元情境,将五个学习单元分别对其进行系统细化,分成包括工业电子网络无线通信、plc应用程序编制和结构调试,电气控制集成电路元件安装以及电气传感器系统应用、机械系统元件安装与结构调试、元件系统安装与结构调整、系统维护及设备故障修复检测等,从设备供料过程开始就要让每个学生各自担任各个工作单元和人员学习各个情境过程中的系统操作服务岗位、管理服务岗位以及产品质量保障检测等各项i作,从而深入了解整个柔性制造系统的实际工作管理过程。
第一,控制工作过程中上在进料控制单元电机接受控制信号后,直流高压电机高速驱动控制齿轮并用齿条带动转向控制铣床工作方向,实现对整个控制系统运行中的程序控制,还可能需要通过采用顺序控制的方法等明确地直接标出各个操作程序的控制信号源和流向,并将rrplcd等作为第一代的用户控制语言,采用了数字串并联、触头等常用术语及图形符号,增加一-些新的功能性控制指令,按照一定量的控制程序要求以及一定规则顺序连接各个控制节点,在每个继电器上的线圈板上结束整个系统上料控制程序。
第二,数据库与报表课程设计管理系统,这个设计系统主要采用了mypostgresql方式实现整个数据库表的设计,并系统采用mysql方式实现数据读写负载分离和数据负载平衡,系统每个数据表中分别包含整个教师作业数据库报表和整个学生作业数据报表、作业学生信息数据表等主要内容,教师作业模块以及整个学生作业模块都紧紧围绕着整个课程教学设计过程,依据企业柔性产品制造系统综合教学实训实践教学的主体内容、fms柔性制造系统综合实训实践教学、实验教学实践任务以及校际实践实训教学任务体系,对接实训企业各个岗位实训人才需求,直接将实训学生实习作业以及校际实习教学情况及时反馈报送到实训企业以及实训学校中,共同完成展开企业柔性制造实训综合教学实践任务。应从参训学生就业角度深入认识柔性制造系统的各组成部分,模拟应用自动化企业生产工程加工管理系统,提升参训学生的生产工程技术应用实践能力,教师不仅可以通过实时查看实习学生参加实训时的实时操作数据库来判断实习学生培训实际操作效果是否完全达标,并可以允许参训学生随时下载学习实训以及学习实验中操作可能会需要用到的相关资料,及时学习补充相关知识,以便于满足当前现代化各类企业院校生产管理招聘工作要求,提升各类专业院校学生的生产就业服务能力。
第五章 机电一体化技术在低压元件产品应用中存在的问题
在各种低压机械元件电子产品工业应用中普遍存在的一些问题.由以上技术应用领域类型分析可以充分看出,机电功能一体化相关技术已较使用实践表明,低压机电元件系列产品的机电一体化整体化生产进程还只是长期处于较低端的阶段。目前主要分析存在以下几个问题。
（1）减小电磁干扰由于应用微电子的元器件中所要求的正常工作电压一-般较小,如小型单片硅电机一般为5v,整流管元器件一般较小为1v,极小的这些电磁干扰条件都会导致使这些重要元器件及其工作电压同时发生大的频率偏差,从而直接影响整个电子产品的正常工作系统性能。而这些家电产品的基本实际使用供电环境却是380v交流电网。因此,为了真正达到能够满足提高电磁兼容线路性能的主要目的,这些电子产品上的应用电子线路不得不需要增加相当的抗干扰保护措施,从而导致使整个应用电子线路过程变得相当繁冗,电子线路元器件产品数量相对要求较多,线路板的质量检测、焊接制造工艺相对要求高、难度相对较大。
（2）这些电子电路元器件长期发热由于这些电子电路元器件一般是作为采用标准材料封装的元器件,而这些电子电路元器件长期发热不仅可能会大大降低系统产品正常使用寿命,为了有效解决这个设计问题,含有较多功率保护器件的这类产品必须一定要及时采取一些增加散热片等级的散热保护措施,结果一旦增加了它的产品散热体积,就要浪费拿这种固态接触器来说,产品的散热体积可能并不比一般传统接触器小,其主要设计原因可能是散热片只能占到近1/2的产品体积。
（3）环境污染问题rrrolso该指令特别规定了国家禁用或严格限制产品使用的有铅、镉、汞、六价铬以及多溴联苯和多溴联甲二苯醚,而在这些电子产品中,铅被广泛地应用于制造焊锡,印刷纸和电路板.上位机含有大量铅和镉,平板显示器(例如液晶电视显示器)也可能含有铅和汞,当这些电子产品没有达到安全使用保护期限时,将来会产生一定的大量电子产品垃圾。处理不当。目前存在我国的正规处理电子工业垃圾的综合处理生产企业相对较少,相关的处理法律法规政策实施力度有待不断加强。
第六章 我国“机电一体化”工作面临的形势
我国用先进微电子工程技术改造我国传统电子工业的研究工作量大而广,有一定难度。我国用机电设备一体化制造技术对于加速工业产品更新换代,提高产品市场占有率的政策呼声高,有很大压力。我国用机电设备一体化材料产品将其取代后的技术含量和产品附加值低,耗能、耗水、耗材高,污染、扰民等对产品的保护责任重,有重要意义。在目前我国所有工业大气系统中,能耗、耗水都是大户,对大气环境污染严重的大型企业还可以占相当大的工业比重。近年来存在我国的现代工业制造结构、产品制造结构虽然几经重大调整,但由于多种主要原因,成效一.直不够明显。这里面固然需要有一些上级领导和各部门的政出多门这个问题,有一些企业的”故土难离””死守故业”这个问题,但不可否认也需要有企业优化制造不出理想的优势产业,优选制造不出中意的优质产品这个问题。上佳的问题答案早就已经摆在了这些生产企业的面前,这就是如何发展机电设备-体化,开发和工业生产加工有关的机电设备一体化相关产品。机电设备一体化系列产品具有功能强、性能好、质量高、成.本低,且产品具有高度柔性,可根据企业市场发展需要和根据用户实际反映时间对产品功能结构和实际生产工艺过程情况做必要的技术调整、改革,而无须自行改换生产设备。这无疑是当前解决大型机电产品数量多中小品种、少零件批量生产的重要解决出路。
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