工業(yè)電機控制系統

　　引言

　　電機消耗的能量幾乎占全球電力的50%。隨著(zhù)能源成本的持續上漲，業(yè)內開(kāi)始采用微處理器調速驅動(dòng)器替代效率低下的固定速率電機和驅動(dòng)器，這種新型電機控制技術(shù)與傳統驅動(dòng)器相比，能夠使能耗平均降低30%以上。雖然調速電機提高了系統本身的成本，但是，考慮到電機能夠節省的能量以及所增加的功能，只需短短幾年即可挽回最初的投資成本。

　　通用電機設計

　　直流電機、無(wú)刷直流和交流感應電機是當今工業(yè)應用設計中最常見(jiàn)的電機。

　　直流電機：低成本和高精度驅動(dòng)性能

　　直流電機是最先投入使用的電機類(lèi)型，目前仍然以低開(kāi)發(fā)成本和卓越的驅動(dòng)性能得到普遍應用。在最簡(jiǎn)單的直流電機中，定子(即電機固定部件)為永久磁鐵，轉子(即電機的轉動(dòng)部件)上纏繞了電樞繞組，電樞繞組連接到機械換向開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)控制繞組電流的導通和關(guān)閉。磁鐵建立的磁通量與電樞電流相互作用，產(chǎn)生電磁扭矩，從而使電機做功。電機速度通過(guò)調整電樞繞組的直流電壓進(jìn)行控制。根據具體應用的不同，可以采用全橋、半橋或一個(gè)簡(jiǎn)單的降壓轉換器驅動(dòng)電樞繞組。這些轉換器的開(kāi)關(guān)實(shí)現脈寬調制(PWM)，從而獲得相應的電壓。Maxim的高邊或橋式驅動(dòng)器IC，如：MAX15024/ MAX15025，可以用來(lái)驅動(dòng)全橋或半橋電路的FET。直流電機還廣泛用于對速度、精度要求很高的伺服系統。為了滿(mǎn)足速度和精度的要求，基于微處理器的閉環(huán)控制和轉子位置非常關(guān)鍵。Maxim的MAX9641霍爾傳感器能夠用于提供轉子的位置信息。

　　交流感應電機：簡(jiǎn)單、堅固耐用

　　交流感應電機以簡(jiǎn)單、堅固耐用而著(zhù)稱(chēng)，被廣泛用于工業(yè)領(lǐng)域。最簡(jiǎn)單的交流電機就是一個(gè)變壓器，原級電壓連接到交流電壓源，次級短路承載感應電流。“感應”電機的名稱(chēng)源于“感應次級電流”。定子載有一個(gè)三相繞組，轉子設計簡(jiǎn)單，通常被稱(chēng)為“鼠籠”，其中，兩端的銅或鋁棒通過(guò)鑄鋁環(huán)短路。由于沒(méi)有轉子繞組和碳刷，這種電機的設計非?？煽?。工作在60Hz電壓時(shí)，感應電機恒速運轉。然而，當采用電源電路和基于微處理器的系統時(shí)，可以控制電機速度變化。變速驅動(dòng)器由逆變器、信號調理器和基于微處理器的控制器組成。逆變器采用三個(gè)半橋，頂部和底部切換以互補方式控制。Maxim提供多種半橋驅動(dòng)器，如MAX15024/MAX15025，可獨立控制頂部和底部FET。

　　精確測量三相電機電流、轉子位置及轉速是對感應電機進(jìn)行高效閉環(huán)控制的必要條件。Maxim提供多款高邊和低邊電流放大器、霍爾傳感器以及同步采樣ADC，能夠在惡劣環(huán)境下精確測量這些參數。微處理器利用電流和位置數據產(chǎn)生三相橋路的邏輯信號。一種常見(jiàn)的閉環(huán)控制技術(shù)稱(chēng)為矢量控制，它消除了磁場(chǎng)電流矢量和定子磁通量之間的耦合，從而能夠獨立控制，提供更快的瞬態(tài)響應。