FPGA助工業(yè)電機節能增效

　　在美國，工業(yè)應用領(lǐng)域AC電機所用的電能占全國的2/3以上。在許多應用中，AC電機或被關(guān)斷或以全速運作，而通過(guò)為電機添加變速控制功能，就能夠在標準開(kāi)啟/關(guān)斷控制下實(shí)現顯著(zhù)節能。用混合信號FPGA來(lái)實(shí)現高效率AC電機控制系統，可大幅降低電機的功耗。

　　電機無(wú)處不在

　　今天，電機用于各類(lèi)應用中，然而，很少有人意識到電機在使用中對環(huán)境帶來(lái)怎樣的影響。專(zhuān)家估計，在美國，電機所消耗的電能約占總發(fā)電量的50%。從全球范圍看，AC電機功耗占工業(yè)應用的70%，占商業(yè)應用電能的45%，占住宅應用電能的42%。

　　現在，用戶(hù)越來(lái)越關(guān)心不斷上漲的能源成本以及電機技術(shù)對環(huán)境的影響。環(huán)保法規制訂者也不斷強調提高效率，而越來(lái)越多的電機驅動(dòng)產(chǎn)品需要滿(mǎn)足嚴格的環(huán)保標準。

　　解決方案之一是增添智能負載匹配和變速控制，這可將效率提高14%至30%。在美國，電機控制技術(shù)被廣泛使用，所節省的電能多達總電能消耗的15%。這相當于每年減少能耗3千億kWh，從而節省150億美元，并每年減少溫室氣體排放超過(guò)1.8億噸。如果在全球范圍廣泛應用，其節能潛力是非常驚人的。

　　控制系統是節能先鋒

　　一臺電機的速度、轉矩和方向由電機線(xiàn)圈的電子開(kāi)關(guān)電壓來(lái)管理，在脈寬調制(PWM)控制系統中，向線(xiàn)圈施加電壓的序列決定了電機的轉動(dòng)方向和速度。每個(gè)“脈沖”峰值電流的頻率和延續時(shí)間以線(xiàn)圈的電感為基礎，從而在每個(gè)線(xiàn)圈中實(shí)現峰值磁通量。電機的線(xiàn)圈電感一部分由其線(xiàn)圈匝數、濾波器來(lái)決定，將數字PWM脈沖平滑轉換為機械動(dòng)力。通過(guò)控制序列、頻率以及驅動(dòng)電子器件的占空比，PWM系統能夠控制電機的方向、速度和平均轉矩。來(lái)自數字控制邏輯的PWM輸出經(jīng)由功率級與電機接口，MOSFET是電子電機控制最常用的功率級開(kāi)關(guān)組件。

　　電機控制系統中的用戶(hù)接口組件可讓用戶(hù)發(fā)布命令，進(jìn)行初始化、配置以及控制邏輯組件。它可以簡(jiǎn)化為一個(gè)正向或反向開(kāi)關(guān)以及一個(gè)速度調節電路，或者復雜化為提供與電機控制相關(guān)的電壓、電流和溫度監控功能的系統。

　　市場(chǎng)上有許多不同類(lèi)型的AC電機，均需要根據特定電機設計的控制技術(shù)、傳感器、功率級和算法。能夠支持廣泛的電機控制技術(shù)和電機類(lèi)型的通用性、高度可配置的高集成度控制器是最理想的，而且還可以改善成本、性能和功效。

　　使用電子電機控制系統，能夠以智能方式連續感測負載，并以合適的輸入功率來(lái)精確匹配。即使微小的負載變化亦可檢測，并精確地施加功率以匹配，而不會(huì )影響電機的速度。實(shí)際上，電子控制不斷根據工作來(lái)調節AC感應電機，故電機總是在理想的負載狀況下運作，這可在整個(gè)運作負載范圍內最大限度地提高電機的效率，并將功耗和運作成本減至最低。

　　另外，并非所有應用都需要電機以恒定速度運作，在某些情況下，可能需要連續改變電機的速度以匹配電流狀況?？梢允褂秒娮涌刂葡到y連續監控電機的速度，并加以調節以滿(mǎn)足某一時(shí)刻的需求。