机电一体化技术在低压电器元件产品的应用分析

摘要：

阐述机电一体化技术在低压电器元件产品中的应用现状，介绍了几种低压电器元件产品的应用情况并就存在问题进行对比总结，给出了未来发展的方向。

1 引 言

机电一体化技术又称机械电子技术，是微电子技术、计算机技术、信息技术与机械技术相结合的综合性高新技术，是机械技术与微电子技术的有机结合。

随着科学技术的发展，科研人员一直试图将微电子技术应用于各种低压电器元件产品，希望这些产品的某些机械部件功能被取代的同时，具有智能化和双向通信的功能，即所谓的智能型低压电器元件产品。智能型低压电器元件产品的发展目前还处于较低阶段，国内市场上能看到的智能型产品类型相对较少，部分所谓的智能型产品也仅是将部分功能采用微电子技术代替和完善。

2 低压电器元件几种类型应用介绍

低压电器元件是电器工业的重要组成部分，是机械行业中的基础配套元件，主要对主电路进行分断、保护、控制、检测等，在工业自动化系统中，低压电器元件主要构成各种控制屏、控制台、控制器，在配电系统中，低压成套开关设备主要用到接触器、继电器、断路器、信号灯、互感器等。目前市场上常见的智能型低压电器元件产品主要有智能型接触器、固态继电器、智能化(电子式)电动机控制／保护器、万能式断路器、起动器等。

交流接触器产品功能相对单一，主要用于接通或分断主电路，根据产品功能、使用范围及可靠性要求，智能型交流接触器的主要特征是装有智能型电磁系统，其控制回路包括电压检测电路、吸合信号发生电路和保持信号发生电路。它通过电压检测电路检测线圈电压，当控制电源电压达到设定要求时，向线圈发出吸合信号，使产品吸合，当控制电源电压低于设定值时，则不发出吸合信号，接触器不能吸合。智能型交流接触器通常采用高电压吸合低电压保持吸合的设计思想来达到节能的目的。

为了满足各种个性化或特殊环境的要求，目前一般采取传统产品与电子线路相结合的办法来实现。

无涌流电容接触器使用环境是在低压无功功率补偿设备中通断电容器组，为了提高产品使用可靠性，减小在通断电容器组瞬间产生的涌流对接触器产品主触点的影响，则往往通过在产品上组装电容器切换头，达到当无功补偿控制仪发出控制信号时，产品的切换头对电压进行检测，切换头在电压过零时接通电容器，然后切换头接通接触器的线圈，接触器闭合，电容器由接触器保持正常接通状态。

大电流继电器通流能力要求相对不是很高，结合我国可控硅制造工艺的不断提高，以可控硅为主要功能元件的固态继电器发展尤为迅猛，除过必要的支撑架构和接线端子，它颠覆了传统的电磁系统、触头系统和弹簧等组成结构，完全由电子线路板与各种电子元器件组成，不但工作可靠，电寿命水平高，而且随着焊接自动化工艺的实现，产品一致性，批量供货能力都能得到有效保障，故障率将远远低于由多种结构件组成的传统产品。目前该产品已可作为一种封装器件实现批量供货。

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。

3 机电一体化技术在低压元件产品应用中存在的问题

由以上应用类型可以看出，机电一体化技术已较广泛的使用于低压元件产品中，而且发展趋势愈加迅猛。但通过近几年的研发、使用表明，低压元件产品的机电一体化进程还只是处于较低阶段。目前主要存在以下问题。

(1)电磁干扰 由于微电子器件要求的工作电压一般较小，如单片机一般为5V，整流器件一般为12V，极小的电磁干扰都会使这些元器件工作电压发生大的偏差，从而影响整个产品的工作性能。而这些产品的基本使用环境却是380V电网。因此，为了达到满足电磁兼容性能的目的，这些产品上的电子线路不得不增加相当的抗干扰措施，从而使整个电子线路变得相当繁冗，电子元器件数量相对较多，线路板的检测、焊接工艺要求高、难度相对较大。

(2)电子元器件发热 由于电子元器件一般为标准封装器件，为了满足绝缘以及相当的抗老化要求，封装材料散热性能相对较差，而电子元器件发热不仅会降低产品使用寿命，极端情况下还会发生烧毁、爆炸，从而降低整个系统的使用安全系数。为了解决这个问题，含有功率器件的产品必须要采取增加散热片等散热措施，结果增加了产品体积，就要拿固态接触器来说，产品的体积并不比传统接触器小，其主要原因是散热片占到近1／2的体积。

(3)环境污染问题 RolS指令规定了禁用或限制使用铅、镉、汞、六价铬、多溴联苯和多溴二苯醚，而在电子产品中，铅被广泛用于焊锡，印刷电路板上含有铅和镉，平板显示器(液晶显示器)也含有汞，当这些产品达到使用期限时，将产生一定的电子垃圾。处理不当，将会对人体产生不可逆转的危害。目前我国的正规电子垃圾的处理企业相对较少，相关的法律法规实施有待加强。

4 总 结

目前智能化低压电器元件产品的开发仍处于较低阶段，仍然有许多问题需要进一步探讨、解决。由于机电一体化技术在低压电器元件产品的应用能有效集成产品功能，解决产品与整个工业系统的双向通信问题，满足网络对机电一体化设备进行远程控制的要求，具有更高的自动化特性，可以使人在更舒适的环境中工作，因而将机电一体化技术广泛应用于低压电器元件中，使产品具有智能化、模块化是是必然的发展方向。随着中华人民共和国国务院令第551号《废弃电器电子产品回收处理管理条例》的实施及我国工业化进程的发展，废弃电器电子产品的处理和电子元器件品质都将得到有效保障，这些都将为国产低压电器元件产品机电一体化的发展奠定良好的基础。

 

第二篇：机电一体化专业毕业论文

1.0机电一体化技术发展

机电一体化是机械、微、控制、机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。

1.1 数字化

微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。

1.2 智能化

即要求机电产品有一定的智能,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。

1.3 模块化

由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。

1.4 网络化

由于网络的普及，基于网络的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，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。

1.5 人性化

机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。

1.6 微型化

微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统(Micro Electronic Mechanical Systems，简称MEMS)是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自19xx年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针，19xx年美国加州大学Berkeley分校研制出第一个微电机以来，国内外在MEMS工艺、材料以及微观机理方面取得了很大进展，开发出各种MEMS器件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。

1.7 集成化

集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。

1.8 带源化

是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。

1.9 绿色化

技术的发展给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以，人们呼唤保护环境，回归，实现可持续发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。

 

第三篇：机电一体化专业毕业论文范文

机电一体化专业毕业论文范文

一、课题的来源及现实意义

数控机床毕业设计是机电一体化专业的学生必须要经历的一个重要的实践环节。通过本环节的锻炼力争能把以前所学的知识融会贯通，从而达到温故而知新的目的，提高解决实际工程课题的能力。根据教学要求，结合自己的资料掌握状况，选择数控电火花线切割机床作为毕业设计课题。

线电极切割是众多电火花加工方法的一种，它利用电极丝和工件间产生高频隔离脉冲放电的电蚀作用进行切割。

线切割机主要由三部分组成：机床、数控系统和高频电源。机床由床身、储丝机构、线架、XY工作台、油箱等部件组成。绕在储丝筒上的钼丝经过线架作高速往复运动。加工工件固定在XY工作台上。X、Y两方向的运动各由一台步进电机控制。数控系统每发出一个信号，步进电机就走一步，并通过中间传动机构带动两方向的丝杠旋转，分别使得X、Y工作台进给。

数控系统由单片机、键盘、变频检测系统构成，具有间隙补偿、直线插补、圆弧插补、断丝自动处理等主要功能。

线切割的适用对象主要是难切割材料，如高强度、高韧性、高硬度、高脆性、磁性材料，以及精密细小和形状复杂的零件。

线切割技术、线切割机床正在各行各业中得到广泛的应用。因此研究和设计数控线切割有很强的现实意义。微机控制技术正在发挥出巨大的优越性。

目录

一、课题来源及现实意义

二、设计任务与总体方案的确定

1、设计任务

2、总体设计方案的确定

三、机械部分XY工作台的设计

1、主要设计参数及依据

2、XY工作台进给系统受力分析

3、XY工作台尺寸确定及各部分重量估算

四、滚珠丝杠传动机构的确定

1、滚珠丝杠副的确定

2、X向Y向丝杆的强度分析

3、强度验算

4、效率计算

五、直线滚动导轨的选型

六、步进电机及传动机构的确定

1、步进电机的选用

2、扭矩及转动惯量的验算

3、齿轮传动机构的确定

七、步进电机惯性负载的计算

八、传动系统刚度的讨论

1、根据工作台不出现爬行的条件来确定传动系统的刚度

2、根据微量进给的灵敏度来确定传动系统刚度

九、消隙方法与预紧

1、消隙方法的选用

2、预紧

十、数控系统硬件电路设计

1、主要芯片的配置

2、89C51存储器及I/O接口的扩展

3、芯片地址分配

4、键盘设计

5、显示器设计

6、步进电机接口及功放电路

7、光电隔离电路

8、越界报警电路

十一.数控系统软件设计

1、主程序框图

2、系统软件总体方案

3、插补原理

4、功能模块流程图

十二、附录

1、参考书目

2、毕业设计体会