1、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
2、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
3、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
4、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
5、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，
6、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
7、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
8、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 12 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，
9、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。
