電機驅(qū)動走向高效節(jié)能
摘要:本文介紹了電機驅(qū)動的最新技術(shù)動向,及部分廠商的解決方案。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/164380.htmIHS高級分析師周萬木指出,集成的電機控制方案越來越多,比如電機和驅(qū)動集成,電機控制器和PLC集成,電機控制器和驅(qū)動集成。集成的概念不僅僅停留在電機、電機驅(qū)動和電機控制器,還包括整個電機系統(tǒng)的集成。例如,目前西門子公司正在推廣IDS(Integrated Drive System,集成驅(qū)動系統(tǒng)),包括兩個層面,第一個層面是橫向集成,包括電機控制器、電機驅(qū)動、電機和減速機的集成;第二個層面是縱向集成,是將電機系統(tǒng)納入到整個工業(yè)控制系統(tǒng),也叫TIA(Totally Integrated Automation Portal)。電機控制的集成化趨勢要求半導體芯片廠商也能提供集成的MCU、FPGA解決方案,在單顆芯片中集成更多的功能,算法以及工業(yè)以太網(wǎng)。
機械設備中電機的軸數(shù)更多,使用更靈活正成為另外一個趨勢。多軸控制越來越多地應用在包裝機械、電子組裝機械、食品飲料機械和印刷機械中。為了滿足小批量、定制化和柔性化的加工需求,客戶需要靈活地調(diào)整電機控制的軸數(shù),要求電機控制系統(tǒng)更加開放,可以重復編程。這些需求使客戶對電機控制MCU、FPGA和DSP性能的要求越來越高。8位MCU因為價格便宜、性能穩(wěn)定,應用范圍極為廣范,比如信號檢測、LED照明控制、電源轉(zhuǎn)換控制和BLDC電機控制,這些應用中8位MCU就已經(jīng)足夠。但32位MCU正在蠶食8位MCU市場,主要是因為8位MCU在越來越多的環(huán)境下已經(jīng)遇到瓶頸,比如變頻器控制、伺服電機控制、電力與能源監(jiān)控等等,另外32位MCU價格在進一步走低,8位MCU和32位MCU的價格差異在縮小。
電機系統(tǒng)節(jié)能也是大勢所趨。為提升能效等級,工信部今年6月份公布了電機能效提升計劃(2013~2015年),到2015年,實現(xiàn)電機產(chǎn)品升級換代,50%的低壓三相籠型異步電動機產(chǎn)品、40%的高壓電動機產(chǎn)品達到高效電機能效標準規(guī)范;累計推廣高效電機1.7億千瓦,淘汰在用低效電機1.6億千瓦,實施電機系統(tǒng)節(jié)能技改1億千瓦,實施淘汰電機高效再制造2000萬千瓦。
但是僅僅用高效電機替換普通電機對整個電機系統(tǒng)的節(jié)能效果提升并不明顯,整個電機系統(tǒng)的節(jié)能才是真正的節(jié)能。因此,變頻器、伺服、逆變器和專用電機驅(qū)動大量用在升降機、電焊機、風機、泵、壓縮機、電動車電機、空調(diào)壓縮機、洗衣機電機和冰箱壓縮機中。而變頻器、伺服驅(qū)動、逆變器和專用控制器中的IPM模塊、IGBT和MOSFET對節(jié)能降耗起到關(guān)鍵性作用??蛻魧@些功率器件要求也越來越多,比如要求更低的產(chǎn)品成本、更緊湊的封裝尺寸、更好的散熱性能,對功率器件的多樣化也提出要求,比如低功耗器件、緊湊設計的大功率器件、低壓大功率器件、大電流高電壓器件等等。
眾廠商談電機技術(shù)趨勢
FOC等數(shù)字控制盛行
具體到單片機(MCU),Microchip公司16位單片機產(chǎn)品部產(chǎn)品營銷經(jīng)理Erlendur Kristjansson稱,隨著政府和消費者對能效要求的提升,磁場定向控制(FOC)等先進數(shù)字控制方法在電機控制應用中的采用也越來越多。由于家電、汽車、HVAC、工業(yè)自動化以及IT領域中對效率和性能的要求逐年提升,Microchip將繼續(xù)致力于支持上述領域的高級電機控制設計。
電機控制市場在不斷尋求能效更高的解決方案。在不久的將來,更多系統(tǒng)將轉(zhuǎn)為采用磁場定向控制(FOC)方法,實現(xiàn)更高的能效。追求更高效率的趨勢也將不斷增加更高效電機類型(如交流感應電機(ACIM)、無刷直流電機(BLDC)及永磁同步電機(PMSM))的市場份額。
BLDC和PMSM正酷
意法半導體(ST)中國區(qū)微控制器部專家工程師蔣建國也認為,在全球降低能耗的背景下,高效節(jié)能電機成為全球電機產(chǎn)業(yè)發(fā)展的共識。低效交流感應馬達逐漸被淘汰,人們轉(zhuǎn)向采用高效的替代方案,如無刷直流(BLDC)和永磁同步電機(PMSM)。永磁同步電機以體積小、扭矩大、效率高、噪聲小的特點,在工業(yè)控制、家電應用、電動車輛等領域越來越多地被廣泛應用。為了實現(xiàn)在瞬變環(huán)境下保證最佳的電機性能(轉(zhuǎn)矩、能效),并大幅度降低噪聲水平,磁場定向矢量控制(FOC)是現(xiàn)今應用最廣泛的技術(shù)。
作為高性能電機系統(tǒng)的靈魂,控制芯片和驅(qū)動技術(shù)將扮演越來越重要的作用。
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