電機驅動(dòng)走向高效節能

　　摘要：本文介紹了電機驅動(dòng)的最新技術(shù)動(dòng)向，及部分廠(chǎng)商的解決方案。

　　電機控制市場(chǎng)：集成化，多軸化和節能

　　IHS高級分析師周萬(wàn)木指出，集成的電機控制方案越來(lái)越多，比如電機和驅動(dòng)集成，電機控制器和PLC集成，電機控制器和驅動(dòng)集成。集成的概念不僅僅停留在電機、電機驅動(dòng)和電機控制器，還包括整個(gè)電機系統的集成。例如，目前西門(mén)子公司正在推廣IDS(Integrated Drive System，集成驅動(dòng)系統)，包括兩個(gè)層面，第一個(gè)層面是橫向集成，包括電機控制器、電機驅動(dòng)、電機和減速機的集成;第二個(gè)層面是縱向集成，是將電機系統納入到整個(gè)工業(yè)控制系統，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(chǎng)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更多，使用更靈活正成為另外一個(gè)趨勢。多軸控制越來(lái)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(mǎn)足小批量、定制化和柔性化的加工需求，客戶(hù)需要靈活地調整電機控制的軸數，要求電機控制系統更加開(kāi)放，可以重復編程。這些需求使客戶(hù)對電機控制MCU、FPGA和DSP性能的要求越來(lái)越高。8位MCU因為價(jià)格便宜、性能穩定，應用范圍極為廣范，比如信號檢測、LED照明控制、電源轉換控制和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(chǎng)，主要是因為8位MCU在越來(lái)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、電力與能源監控等等，另外32位MCU價(jià)格在進(jìn)一步走低，8位MCU和32位MCU的價(jià)格差異在縮小。

　　電機系統節能也是大勢所趨。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(shí)現電機產(chǎn)品升級換代，50%的低壓三相籠型異步電動(dòng)機產(chǎn)品、40%的高壓電動(dòng)機產(chǎn)品達到高效電機能效標準規范;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(shí)施電機系統節能技改1億千瓦，實(shí)施淘汰電機高效再制造2000萬(wàn)千瓦。

　　但是僅僅用高效電機替換普通電機對整個(gè)電機系統的節能效果提升并不明顯，整個(gè)電機系統的節能才是真正的節能。因此，變頻器、伺服、逆變器和專(zhuān)用電機驅動(dòng)大量用在升降機、電焊機、風(fēng)機、泵、壓縮機、電動(dòng)車(chē)電機、空調壓縮機、洗衣機電機和冰箱壓縮機中。而變頻器、伺服驅動(dòng)、逆變器和專(zhuān)用控制器中的IPM模塊、IGBT和MOSFET對節能降耗起到關(guān)鍵性作用?？蛻?hù)對這些功率器件要求也越來(lái)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(chǎng)商談電機技術(shù)趨勢

　　FOC等數字控制盛行

　　具體到單片機(MCU)，Microchip公司16位單片機產(chǎn)品部產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Erlendur Kristjansson稱(chēng)，隨著(zhù)政府和消費者對能效要求的提升，磁場(chǎng)定向控制(FOC)等先進(jìn)數字控制方法在電機控制應用中的采用也越來(lái)越多。由于家電、汽車(chē)、HVAC、工業(yè)自動(dòng)化以及IT領(lǐng)域中對效率和性能的要求逐年提升，Microchip將繼續致力于支持上述領(lǐng)域的高級電機控制設計。

　　電機控制市場(chǎng)在不斷尋求能效更高的解決方案。在不久的將來(lái)，更多系統將轉為采用磁場(chǎng)定向控制(FOC)方法，實(shí)現更高的能效。追求更高效率的趨勢也將不斷增加更高效電機類(lèi)型(如交流感應電機(ACIM)、無(wú)刷直流電機(BLDC)及永磁同步電機(PMSM))的市場(chǎng)份額。

　　BLDC和PMSM正酷

　　意法半導體(ST)中國區微控制器部專(zhuān)家工程師蔣建國也認為，在全球降低能耗的背景下，高效節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，人們轉向采用高效的替代方案，如無(wú)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(diǎn)，在工業(yè)控制、家電應用、電動(dòng)車(chē)輛等領(lǐng)域越來(lái)越多地被廣泛應用。為了實(shí)現在瞬變環(huán)境下保證最佳的電機性能(轉矩、能效)，并大幅度降低噪聲水平，磁場(chǎng)定向矢量控制(FOC)是現今應用最廣泛的技術(shù)。

　　作為高性能電機系統的靈魂，控制芯片和驅動(dòng)技術(shù)將扮演越來(lái)越重要的作用。