空調電控全面走向變頻時(shí)代 TI引領(lǐng)高效電機控制芯片技術(shù)

　　隨著(zhù)空調技術(shù)的不斷發(fā)展更新，電控技術(shù)已經(jīng)全面走向變頻時(shí)代，尤其是超低頻赫茲時(shí)代。頻率越低，意味著(zhù)空調控制越精準，體感更舒適，也更能節約能源消耗。

　　介于變頻技術(shù)的主流地位和相應電機控制技術(shù)的重要性，剛剛在珠海落下帷幕的2年一屆的行業(yè)技術(shù)盛會(huì )——2012國際制冷技術(shù)交流會(huì )首次設立“電控技術(shù)”專(zhuān)題研討會(huì )，并邀請TI公司(唯一的半導體芯片供應商)作為大會(huì )的支持單位和學(xué)術(shù)演講單位，與制冷和空調行業(yè)的專(zhuān)家、學(xué)者、研發(fā)人員，共同探討高效電機控制技術(shù)的最前沿課題和成果。

　　“作為全球最大的半導體公司之一，德州儀器(TI)創(chuàng )新的模擬、嵌入式處理和無(wú)線(xiàn)技術(shù)已經(jīng)滲透到人們日常生活的方方面面?；诖蛟旄悄?、更安全、更環(huán)保、更健康以及更精彩的世界的理念，TI公司在2000年就開(kāi)始進(jìn)入中國節能空調電機控制領(lǐng)域，可以說(shuō)一路伴隨和見(jiàn)證了中國變頻控制領(lǐng)域技術(shù)革新的突飛猛進(jìn)。我們愿意同中國空調和制冷業(yè)者一道，繼續為節能減排做出貢獻，為營(yíng)造更好的生態(tài)環(huán)境做出貢獻!”TI南中國區總經(jīng)理張海昆在電控專(zhuān)題研討會(huì )開(kāi)場(chǎng)致辭中表示?！　?/p>

圖1：TI公司張海昆(左上)和譚徽博士(右下)在2012國際制冷技術(shù)交流會(huì )“電控技術(shù)”專(zhuān)題研討會(huì )現場(chǎng)做演講。

　　過(guò)去十二年來(lái)，TI在交流變頻到直流變頻再到低頻變頻控制的所有關(guān)鍵技術(shù)革新節點(diǎn)上，與中國空調企業(yè)緊密合作，攻克了一個(gè)個(gè)難關(guān)，得到了行業(yè)的認可。而作為這一歷程的重要參與人之一——TI半導體事業(yè)部MCU應用部門(mén)經(jīng)理譚徽博士也得到本屆電控專(zhuān)題研討會(huì )會(huì )議主席的隆重介紹。

　　譚博士擁有超過(guò)十年電機控制研發(fā)和技術(shù)支持經(jīng)驗，并且與國內外眾多的電機控制學(xué)術(shù)和應用研究機構保持緊密聯(lián)系，所以他在技術(shù)演講中探討的主流和新興高效電機控制技術(shù)及TI參與的一些尚處于研究階段的尖端課題案例引發(fā)了與會(huì )者的強烈關(guān)注。

　　高效電機真正“高效”的關(guān)鍵要素

　　中國在電機控制領(lǐng)域具有非常重要的位置，全球每年80億只電機的產(chǎn)量中有70億就是中國制造的。對于高效電機這一塊，永磁同步電機目前是主流。“但由于永磁電機與價(jià)格波動(dòng)很大的稀土材料密切相關(guān)，因此對行業(yè)帶來(lái)了一些影響和波動(dòng)，令我們更加謹慎來(lái)看這種高效電機未來(lái)的發(fā)展，這是今天我也會(huì )提到另一新興的高效電機極其控制技術(shù)的原因之一。”譚博士在會(huì )上指出。

　　譚博士首先以應用最廣泛的感應電機為基礎，分析了影響高效電機特性的重要因素。感應電機在功率很大的情況下，比如幾十千瓦以上的電機，可達到接近95%的效率，但小功率電機則效率點(diǎn)非常低，如單相的風(fēng)扇甚至大概只有30-40%。電機效率除了與功率相關(guān)(跟它的勵磁電流所占的比例有關(guān)系)，還與電機所運行的環(huán)境有關(guān)系，如果一個(gè)電機設計本身是優(yōu)化的，但總是讓它運行在一個(gè)非常不利的情況，如滿(mǎn)負載的20%以下，則效率會(huì )非常低。另外，電機本身的功率因數是又一個(gè)影響效率非常關(guān)鍵的指標。

　　感應電機根據不同的電機功率等級會(huì )有不同的表現，但是基本上都處于40-80%左右負載區間的話(huà)，系統對于電機本身的利用率是可以接受。所以在考慮控制系統的時(shí)候，系統到底應該在一個(gè)什么樣的區間運行，包括功率因數部分，這對效率的影響至關(guān)重要。

　　譚博士總結了感應電機之所以應用廣泛的一些優(yōu)勢之處：1.成本比較低，電網(wǎng)直接接上去就可以運行起來(lái);2.沒(méi)是有控制器也可以(當然代價(jià)主要是在能效上面);3.再者它的轉矩系數低，單相電流情況下可以產(chǎn)生非常穩定的磁場(chǎng)空間。另外，它沒(méi)有永磁體，沒(méi)有失磁性，不怕振動(dòng)也不怕生銹，所以比較牢靠。在控制上它非常容易進(jìn)入到高速的弱磁控制區，在很大功率范圍里面有多種電機可用。

　　但也存在缺點(diǎn)：在輕載情況下面效率非常差，同樣工藝下尺寸比永磁電機大不少。從控制上來(lái)講，現在實(shí)現電機高效的同時(shí)都希望用矢量變換、矢量控制，因為轉子側電流大，溫度變化非常大，從而導致轉子側電阻的變化非常大，對感應電機矢量控制這一類(lèi)基于參數的控制策略造成困難，是一個(gè)很大的技術(shù)挑戰。