在電機應用領(lǐng)域實(shí)現“擁有成本”的最小化利用先進(jìn)的電機控制產(chǎn)品實(shí)現節能

　　塊交換控制

　　梯形控制或塊交換也被稱(chēng)為六步控制(圖1a)，是最簡(jiǎn)單、能效也最低的控制方法。在六步換向的每一步中，電機驅動(dòng)電路均在兩個(gè)繞組間提供電流通路，而斷開(kāi)電機的第三相。這種方法會(huì )產(chǎn)生扭矩脈動(dòng)，使電機產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲和機械磨損，降低電機的伺服性能，從而限制了電機的性能。無(wú)刷電機控制需要知道轉子的位置，并提供電機換向機制。一般采用霍爾效應傳感器來(lái)感應轉子的絕對位置，而這會(huì )需要較多的接線(xiàn)，成本也較高。無(wú)傳感器BLDC控制不需要霍爾傳感器，而采用電機的反電動(dòng)勢來(lái)估算轉子的位置。對于低成本變速應用(如風(fēng)扇和泵類(lèi))而言，無(wú)傳感器控制是一種重要的控制方法。在采用BLDC電機時(shí)，冰箱和空調壓縮機也需要采用無(wú)傳感器控制。

　　簡(jiǎn)易正弦波控制

　　簡(jiǎn)易正弦波控制是正弦波控制方法的一種，這種方法可以消除了塊交換(圖1b)中存在的一些問(wèn)題?？刂破饕云交兓碾娏黩寗?dòng)電機的三個(gè)繞組，消除了扭矩波動(dòng)問(wèn)題，使電機平滑地轉動(dòng)。但是，正弦波換向的根本弱點(diǎn)在于，它試圖利用基本的比例積分(PI)控制算法來(lái)控制隨時(shí)間變化的電機電流，而沒(méi)有考慮不同相位之間的相互影響。結果，在電機高速運轉時(shí)，不同相位之間的相互影響會(huì )造成電機性能的下降。

　　磁場(chǎng)定向控制(FOC)

　　在電機低速運轉情況下，簡(jiǎn)易正弦波換向可以使電機平滑地轉動(dòng);但在高速情況下，效率不高。塊交換在電機高速運轉時(shí)效率較高，但在低速時(shí)會(huì )造成扭矩波動(dòng)。正因如此，FOC應運而生。FOC在低速和高速兩種情況下都能達到最佳控制效果(圖1c)。利用FOC控制，可以將電機的效率提高到95%，并降低功耗和噪聲，提供優(yōu)異的扭矩動(dòng)態(tài)性能，從而使逆變器的效率更高，所需的功率級更小，提供相同扭矩所需的電機尺寸更小。

　　FOC算法消除了時(shí)間和速度之間的相互依賴(lài)，支持對磁通和扭矩分別單獨實(shí)施直接控制，其實(shí)現方法是利用被稱(chēng)為Clarke和Park變換的數學(xué)公式，以數學(xué)方法將電機的電氣狀態(tài)轉換到不隨時(shí)間變化的二維旋轉坐標系中。FOC既可用于交流感應電機和無(wú)刷直流電機控制，提高它們的效率和性能，也可以用于對現有電機的控制系統進(jìn)行升級，實(shí)現對現有電機的控制。

　　各種節能的電機控制方法

　　為了實(shí)施各種創(chuàng )新的電機控制概念，需要采用優(yōu)化的微控制器架構以及易于使用的工具。英飛凌不僅提供功能強大的8位、16位和32位微控制器(圖2)，而且還提供包含相關(guān)工具鏈的完整解決方案。此外，英飛凌還提供種類(lèi)眾多的應用套件組合，方便高效電機控制硬件和軟件解決方案的評估和實(shí)施。根據不同應用需要，英飛凌可提供門(mén)類(lèi)齊全的8位、16位和32位MCU，運算速度最高可達400 MIPS。

　　XC800 MCU采用流行的8051 CPU，配有4KB至64 KB閃存、10位高速ADC、PWM單元和20至64引腳封裝，提供各種可擴展的解決方案。此外，XC886、XC878和XC888系列產(chǎn)品還配有16位矢量計算機，支持FOC。對于8位MCU而言，這在業(yè)內尚屬首例。利用矢量計算機，只需利用大約一半的CPU容量就可以執行FOC，這在業(yè)內也是獨一無(wú)二的。XC800 MCU是實(shí)現成本優(yōu)化的高能效低端驅動(dòng)(如風(fēng)扇、泵類(lèi)、電器和空調等)的理想產(chǎn)品。