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节能引导电机发展和控制的方向

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节能引导电机发展和控制的方向

发布日期:2014-12-10 00:00 来源:http://www.cizudianji.cn 点击:

  电机我们都很熟悉,从日常生活中剃须用的刮胡刀,家用洗衣机和空调,大到工业领域中的重要组成,如驱动风扇、泵等各种机械设备,可以说是一应俱全。据说全球约有51%的电力消耗于推动各种电机,在中国,电机所消耗的能源更占工业总能耗的60%至70%,每年在电机领域的无功能耗都可以比肩三个三峡电站发电量,所以如何提高其效能才显得尤为重要。那么现在我们常用的电机有哪些类型呢,我们又如何提高其利用效率呢?

  常用电机类型

  (1)电机

  电机就是实现从电能到机械能的转变的装置,它的输出可能是旋转或者直线运动。根据大的方向可分为直流电机和交流电机,根据结构和运行特点的不同又可分为控制电机、特种电机等。那么普通的电机都是怎么运动的呢?基本的电机运转都是基于电磁力的作用力,由基本的电学原理可知通电导体在磁场中会受到力的作用,而如上图所示,利用定子上不同相施加变化的电流而产生旋转变化的磁场,从而能推动磁性转子不断的运动。 电机的控制是一项非常重要的工作,启动和制动一直以来都有非常成熟的方法。

  以三相异步电机的制动为例,其制动方式有反接制动、回馈制动和能耗制动,其中大部分的能量要以电阻来消耗掉。

  步进电机是近年来应用非常广泛的控制电机,能够将电脉冲控制信号转换为机械角位移,非常适合于数字化的控制。但是我们知道它实现的步距角实际上是一个阶跃的响应的过程,在定子和转子平衡位置处会产生震荡,正因为如此常在电机的电路中引入阻尼,可以消耗电机过多的能量,但同时也减少了电机的功率因数。

  我们可以看到电机的不同的控制方式、启动制动方式或者定位方式从能量利用的角度来说都会产生非常大的影响。

  (2)高效电机

  高效电机(High Efficiency Motor)是指效率较高的电机,其效率满足相关的能效等级要求。 它从设计、材料和工艺上采取措施,例如采用合理的定、转子槽数、风扇参数和正弦绕组等措施,降低损耗,效率可提高2%——8%,平均提高4%。

  从节约能源、保护环境出发,高效率电动机是现今国际发展趋势,美国、加拿大、欧洲相继颁布了有关法规。欧洲根据电动机的运行时间,制定的CEMEP标准将效率分为eff1(最高)、eff2、eff3(最低)三个等级,从2003-2006年间分步实施。最新出台的IEC 60034-30标准将电机效率分为IE1(对应eff2)、IE2(对应eff1)、IE3、IE4(最高)四个等级。我国承诺从2011年7月1日起执行IE2及以上标准。

  基于节能的控制解决方案

  1、BLDC

  BLDC(Brushless DC Motor),即无刷直流电机,它使用的电子换向器来取代机械换向器,所以在调速时只需要改变电压即可,能够减少电机的功率损耗,节省大量的能源。无刷直流电机控制的算法虽然复杂,但是随着技术的不断进步,用于BLDC电机控制的IC已经越来越成熟。 在最近西安举行PEC会议上,飞兆半导体在展示会上给出用于高能效电机驱动的智能功率模块,会传统的电机控制方式带来新的解决方案。

  不同的控制解决方案

  2、智能调速控制

  较少能源消耗最好的方式是采用智能控制方式实现电机驱动,也就是用实现电子控制。对于常见的电机使用新的智能控制方式能够有效的提高能源利用率。Microchip的设计人员通过其PIC 8位单片机和dsPIC 16位数字信号处理器进行变速控制,即可在家电、汽车、工业和消费市场的众多电机控制应用中,这些电机包括步进电机、有刷直流电机(BDC)、交流感应电机(ACIM)、无刷直流电机(BLDC)和开关磁阻电机(SR),能够节能14%至30%。

  3、小尺寸降低功耗

  更小的封装尺寸能够减少使用电路板的空间,有效减少物料成本,降低系统消耗功耗。 迈来芯公司推出的最新的MLX81150专为更高的环境温度而设计,同时在小巧的封装内集成有许多对于DC/BLDC电机控制非常关键的外部组件,能够有效的减少能量消耗。

  小结

  在环保意识高涨的情况下,提高电机控制系统的效能、达成节能省电的目标成为大势所趋,新的高效电机和电机控制IC也成为市场的新热点,为半导体组件业者带来庞大商机。对于中国而言,对电机产业进行积极调整,以适应能节能的需求将是一项重要而且紧迫的事情。


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