高性能和高效馬達(dá)控制器設(shè)計(jì)

　　馬達(dá)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的重要產(chǎn)品，并且他廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制，醫(yī)療電子，白色家電，汽車電子等領(lǐng)域。據(jù)英國市場研究機(jī)構(gòu)IMS Research最新發(fā)表的報(bào)告指出：即使在全球金融風(fēng)暴的陰霾中，中國自動(dòng)化控制市場依然將保持較快增長。而中國長期粗放型的生產(chǎn)過程造成馬達(dá)控制方式的簡陋和低效，優(yōu)化馬達(dá)控制成為業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能，提高生產(chǎn)力的重要手段之一。

　　功率因數(shù)校正 (PFC)在馬達(dá)控制中的應(yīng)用

　　功率因數(shù)校正 (PFC) 之所以能帶來更高的電網(wǎng)效率，是因?yàn)樗С窒到y(tǒng)調(diào)節(jié)其吸取的電力。這就使得系統(tǒng)只吸取它們需要的電力，從而減少意外峰值的發(fā)生。因此，電力公司無需生產(chǎn)更多的電力來補(bǔ)償突發(fā)峰值。正因如此，PFC 將成為許多市場的一個(gè)關(guān)鍵要求——例如，IEC 60730 就要求所有在歐洲銷售的白色家電均要具有 PFC 功能。

　　馬達(dá)控制器也感到了對于更高效率的迫切需求。諸如磁場導(dǎo)向控制等技術(shù)能夠更加精確地控制馬達(dá)，從而使馬達(dá)能在各種速度下運(yùn)轉(zhuǎn)并保持峰值效率。通過將先進(jìn)的馬達(dá)控制技術(shù)同功率因數(shù)校正相結(jié)合，馬達(dá)控制系統(tǒng)可以滿足更高能效需求。

　　將浪涌電流限制和PFC結(jié)合應(yīng)用于白色家電馬達(dá)。當(dāng)歐洲強(qiáng)制要求80W及以上的電氣負(fù)載以高功率因數(shù)的方式消耗電路中的電流時(shí)，這意味著人類在資源和環(huán)境保護(hù)方面又向前邁出了一步。當(dāng)然，許多消費(fèi)類電子產(chǎn)品也由此受到了影響，其中包括白色家電。由于配置了逆變器用于電動(dòng)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)，所以諸如空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)和干燥機(jī)之類的許多家電的負(fù)載非常復(fù)雜。一般而言，復(fù)雜負(fù)載的功率因數(shù)都比較低。通過強(qiáng)制校正上述家用電器的功率因數(shù)，可更好地利用輸電線路送來的電能，從而節(jié)約能源并同時(shí)降低電能成本和減少燃燒礦物燃料而產(chǎn)生的二氧化碳排放。當(dāng)今世界，很多政府監(jiān)管部門都已經(jīng)強(qiáng)制要求在白色家電中要具有類似的PFC 功能。

　　電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)中降低能耗的兩種主要方式

　　近些年來，家用電器對節(jié)能的要求變得越來越強(qiáng)烈。這是很顯然的，僅電冰箱所消耗的能量就超過家庭用電量的10%。由于電冰箱的馬達(dá)主要在低速運(yùn)轉(zhuǎn)，就有非常大的節(jié)能潛力，通過在低速驅(qū)動(dòng)器中簡單改進(jìn)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)效率就能實(shí)現(xiàn)。

　　同樣，據(jù)估計(jì)工業(yè)用電的65%被電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)所消耗，毫無疑問，商家正逐漸意識到節(jié)能將成為改善收益率和競爭能力的關(guān)鍵。在電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)中降低能量消耗有兩種主要的方式：改善馬達(dá)本身的效率和使用可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器來有效地控制其工作速度。下面將介紹這兩種方法。馬達(dá)設(shè)計(jì)中提升更高的效率。

　　馬達(dá)控制技術(shù)中的過熱保護(hù)

　　馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的電器在使用中可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)有電擊危險(xiǎn)，起火危險(xiǎn)與過熱危險(xiǎn)。過熱保護(hù)在馬達(dá)控制技術(shù)中顯得尤為重要，如果不對馬達(dá)采取保護(hù)措施，就可能造成安全事故。下面就過熱危險(xiǎn)討論一下馬達(dá)的過熱保護(hù)。馬達(dá)過熱的原因有很多，例如運(yùn)行過載，選型不合適，冷卻故障，缺乏監(jiān)控和必要的維護(hù)導(dǎo)致絕緣過早老化等。馬達(dá)在運(yùn)行時(shí)都會產(chǎn)生損耗，這些損耗一方面降低了馬達(dá)的效率，另一方面損耗轉(zhuǎn)變成馬達(dá)發(fā)熱，使馬達(dá)繞組的溫度升高。繞組絕緣材料的使用壽命，同它的工作溫度有關(guān)，溫度過高，絕緣材料就會加速老化，使絕緣性能急劇降低，大幅縮短馬達(dá)的使用壽命，甚致出現(xiàn)火災(zāi)危險(xiǎn)與觸電危險(xiǎn)。所以，馬達(dá)過熱保護(hù)的目的，主要是在馬達(dá)的設(shè)計(jì)、制造、安裝以及使用環(huán)節(jié)采用保護(hù)措施，當(dāng)馬達(dá)在一定的負(fù)載和散熱條件下工作時(shí)，繞組的溫度不超過標(biāo)準(zhǔn)的允許值。

　　數(shù)字馬達(dá)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　數(shù)字電機(jī)控制首次被引入克服傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)在處理漂移、元件老化和溫度引起的變化的挑戰(zhàn)。靈活的軟件算法不僅解決了有關(guān)元件兼容性的問題，而且使開發(fā)人員靈活的處理時(shí)間環(huán)境條件下的變化。例如，不是僅僅能夠把風(fēng)扇電機(jī)完全開或關(guān)，而是通過數(shù)字化工具，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速可以根據(jù)系統(tǒng)溫度來調(diào)整。此外，系統(tǒng)可以自我校正，從而不再需要進(jìn)行定期的人工維護(hù)。

　　設(shè)計(jì)數(shù)字馬達(dá)控制系統(tǒng)時(shí)需要考慮的主要問題是需針對實(shí)施選擇合適的處理器，同時(shí)處理器字長也至關(guān)重要。設(shè)計(jì)人員需要關(guān)注定點(diǎn)處理器中因定點(diǎn)數(shù)表示法而引起的量化誤差問題。這些誤差將會降低控制系統(tǒng)的性能，使設(shè)計(jì)人員無法最大限度地發(fā)揮出高級算法的優(yōu)勢。

　　理解并控制數(shù)字馬達(dá)控制系統(tǒng)的量化誤差--第一部分

　　理解并控制數(shù)字馬達(dá)控制系統(tǒng)的量化誤差--第二部分

　　白皮書——高性能和高效馬達(dá)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　最后，此次半月談我們以一篇《高性能和高效馬達(dá)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》白皮書做為結(jié)束。本文提供了一個(gè)電機(jī)控制設(shè)計(jì)概述，如多種電機(jī)控制，磁場定向控制，功率因數(shù)校正和傳感器控制。還涉及現(xiàn)今的微控制器(MCU)如何為廣泛的應(yīng)用提供更高的精度，功率效率和低成本。