機(jī)電一體化中的電機(jī)保護(hù)控制裝置的強(qiáng)大信號(hào)處理能力，它除可替代某些機(jī)械部件的原有功能外，還能賦予更多新的功能，如自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制、自動(dòng)信息處理、自動(dòng)記錄顯示、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)診斷與保護(hù)等諸多方面。

1 機(jī)電一體化中電動(dòng)機(jī)構(gòu)的組成及工作原理

1.1 電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成

目前較常用的主要是交流電動(dòng)機(jī)，它可分為三相異步電 動(dòng)機(jī)、單相交流電動(dòng)機(jī)兩，前一種比較多的用在工業(yè)上，而 后一種通常用在民用電器上。從電機(jī)的結(jié)構(gòu)上看，主要分為 控制部分和執(zhí)行驅(qū)動(dòng)部分，控制部分主要由三相PWM波發(fā)生器、單片機(jī)、智能逆變模塊、整流模塊、A/D、故障檢測(cè)、輸入輸出通道等組成；執(zhí)行驅(qū)動(dòng)部分主要包括三相伺報(bào)電機(jī)和位置傳感器。

1.2 電機(jī)的工作原理

電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)通過電流與電壓傳感器和位置傳感 器的檢測(cè)，得出逆變模塊三相輸出電流、電壓及閥門的位置信號(hào)，然后由 A/D 轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)。單片機(jī)通過控制 PWM 波發(fā)生器的作用，最后實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)行控制。逆變模塊工作時(shí)所需要的直流電壓信號(hào)由整流電路對(duì)380V電源進(jìn)行全橋整流得到。對(duì)于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理的分析，這里主要針對(duì)工業(yè)中應(yīng)用的三相異步電動(dòng)機(jī)的原理進(jìn)行探討。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的基 本工作原理是三相對(duì)稱繞組中通人三相對(duì)稱電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到電磁力的作用，從而形成電磁轉(zhuǎn)距，驅(qū)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。

2 機(jī)電一體化中的電機(jī)控制與保護(hù)存在的缺陷

（1）井下機(jī)電機(jī)設(shè)備中的問題，電機(jī)控制保護(hù)裝置運(yùn)用于井下機(jī)電設(shè)備中，一般情況下，保護(hù)中鼠籠式異步電機(jī)與電機(jī)控制，這兩者是比較薄弱的環(huán)節(jié)，在此環(huán)節(jié)中極易引發(fā)電機(jī)故障，引發(fā)的電機(jī)故障將影響到整個(gè)機(jī)電設(shè)備當(dāng)中 50%以上的設(shè)備，大部分機(jī)電設(shè)備都無法正常運(yùn)行；（2）目前在電機(jī)控制保護(hù)裝置，采用熔斷器的短路保護(hù)技術(shù)和熱繼電器的過載保護(hù)功能，來保護(hù)電機(jī)控制設(shè)備，但僅僅采用這兩種 方法，完全不能使其處于一個(gè)安全的狀態(tài)之中，必須從其他 角度出發(fā)，尋求新的措施。

3 電機(jī)控制和保護(hù)的處理措施

3.1 PWM發(fā)生器與電壓電流的檢測(cè)

強(qiáng)化PWM發(fā)生器控制信號(hào)的處理與接收能力，不僅是提升智能功率模塊的主要方法之一，而且還可保證微處理器的工作質(zhì)量，使微處理器在工作時(shí)具有充足的時(shí)間對(duì)整個(gè)電機(jī)設(shè)備的運(yùn)行做控制、檢測(cè)以及保護(hù)。一般情況下，機(jī)電一體 化技術(shù)通常采用三相PWM發(fā)生器，此發(fā)生器與傳統(tǒng)的發(fā)生器相比較為先進(jìn)，表現(xiàn)在其具備了大規(guī)模集成電路的特性和具有獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)微處理器接口，在芯片的內(nèi)部存在多種智能化與自動(dòng)化控制信息，例如：波形、幅值以及頻率等，對(duì)電機(jī)的控制與保護(hù)至關(guān)重要。電流與電壓在電機(jī)控制與保護(hù)中常常被人們所忽視，其實(shí)對(duì)電流與電壓進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)，有利于電機(jī)設(shè)備的故障診斷工作，普通的電壓與電流，都不可為診斷故障提供參謀，必須采用 IPM 輸出電壓和霍爾型電流兩者集合，運(yùn)用分壓電路的方式對(duì)IPM輸出三相電流和電壓做檢測(cè)。

3.2 IPM 與控制閥門、速度

電機(jī)控制與保護(hù)對(duì)IPM提出了兩大要求，即智能逆變模塊IPM體積必須足夠小，且安全可靠，當(dāng)電機(jī)設(shè)備電源使用智能功率模塊IPM時(shí)，功率較小，在 5.5kW 之下的三相異步電機(jī)才適合使用執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該功率模塊功能較為齊全，聚集了驅(qū)動(dòng)電路、功率開關(guān)和制動(dòng)電路三者的所有功能，內(nèi)部裝置各種控制保護(hù)功能，是一種比較受認(rèn)可的功率開關(guān)裝置。此外，閥門與速度的控制要重視，目前雙環(huán)控制方法在我國 運(yùn)用得較為廣泛，外環(huán)是位置環(huán)，而內(nèi)環(huán)則是速度環(huán)，位置 環(huán)與速度環(huán)的功能作用各自不同，在機(jī)電控制裝置的速度與閥門當(dāng)中，經(jīng)常出現(xiàn)大流量閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)行中，加速、減速或是勻速的運(yùn)行狀態(tài)，但由于實(shí)際位置與給定位置的差異，使得閥門和速度控制比較艱難，需要做相關(guān)的調(diào)節(jié)工作才能有效控制。智能逆變化模塊IPM與對(duì)閥門與速度的有效控制，是實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制與保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)多樣化和全面化主要方法之一， 從這兩方面入手，降低電機(jī)控制與保護(hù)故障的發(fā)生率。

3.3 單片機(jī)與位置檢測(cè)電器

從單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制與保護(hù)，主要從兩個(gè)方面入手，首先單片機(jī)通常采用并行接口的方式，來進(jìn)行控制保護(hù)系統(tǒng)的信號(hào)處理工作，比如閥門的開啟與關(guān)閉、接收系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)矩等，其次，當(dāng)IPM逆轉(zhuǎn)器發(fā)出故障時(shí)，可對(duì)IPM逆轉(zhuǎn)器發(fā)出的故障信號(hào)做處理，從這兩方面達(dá)到對(duì)電機(jī)的控制欲保護(hù)目的。位置檢測(cè)電路的作用是為操作提供準(zhǔn)確、有效的位置信號(hào)，傳統(tǒng)的電控制保護(hù)裝置與現(xiàn)今的電機(jī)控制保護(hù)裝置大有不同，傳統(tǒng)的電動(dòng)控制保護(hù)裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，大部分使用繞線電位器、差動(dòng)變壓器與導(dǎo)電塑料電位器等裝置，效果不理想，現(xiàn)今使用位置傳感器，其優(yōu)勢(shì)在于穩(wěn)定性高、精 度高、無觸點(diǎn)、無線性區(qū)限制與不受溫度限制，效果較為理想。位置檢測(cè)器與傳統(tǒng)控制保護(hù)裝置相比，有很大優(yōu)勢(shì)，值得推廣使用，單片機(jī)在電機(jī)的控制和保護(hù)中也不可或缺，把各項(xiàng)措施綜合起來，根據(jù)實(shí)際情況使用，才可提高機(jī)電一體化技術(shù)。

總之，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及電子電力技術(shù)的飛速發(fā)展，我國的機(jī)電一體化技術(shù)也得到了越來越廣泛的應(yīng)用，并且也獲得了良好的應(yīng)用效果。然而當(dāng)前在機(jī)電控制與保護(hù)方面還存在著一些問題，這也在一定程度上影響了我國機(jī)電一體化事業(yè)的發(fā)展。因此，必須要合理地分析與解決相關(guān)問題，努力降低電機(jī)控制與保護(hù)故障的發(fā)生率，并且要采取有效的措施，合理地排除相關(guān)的故障，從而充分保障機(jī)電一體化系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行，進(jìn)而有效推動(dòng)我國機(jī)電一體化的可持續(xù)發(fā)展。