高性能和高效马达控制器设计

　　马达是将电能转换为机械能从而实现自动化的重要产品，并且他广泛的应用于工业控制，医疗电子，白色家电，汽车电子等领域。据英国市场研究机构IMS Research最新发表的报告指出：即使在全球金融风暴的阴霾中，中国自动化控制市场依然将保持较快增长。而中国长期粗放型的生产过程造成马达控制方式的简陋和低效，优化马达控制成为业内实现环保节能，提高生产力的重要手段之一。

　　功率因数校正 (PFC)在马达控制中的应用

　　功率因数校正 (PFC) 之所以能带来更高的电网效率，是因为它支持系统调节其吸取的电力。这就使得系统只吸取它们需要的电力，从而减少意外峰值的发生。因此，电力公司无需生产更多的电力来补偿突发峰值。正因如此，PFC 将成为许多市场的一个关键要求——例如，IEC 60730 就要求所有在欧洲销售的白色家电均要具有 PFC 功能。

　　马达控制器也感到了对于更高效率的迫切需求。诸如磁场导向控制等技术能够更加精确地控制马达，从而使马达能在各种速度下运转并保持峰值效率。通过将先进的马达控制技术同功率因数校正相结合，马达控制系统可以满足更高能效需求。

　　将浪涌电流限制和PFC结合应用于白色家电马达。当欧洲强制要求80W及以上的电气负载以高功率因数的方式消耗电路中的电流时，这意味着人类在资源和环境保护方面又向前迈出了一步。当然，许多消费类电子产品也由此受到了影响，其中包括白色家电。由于配置了逆变器用于电动马达的驱动，所以诸如空调、冰箱、洗衣机和干燥机之类的许多家电的负载非常复杂。一般而言，复杂负载的功率因数都比较低。通过强制校正上述家用电器的功率因数，可更好地利用输电线路送来的电能，从而节约能源并同时降低电能成本和减少燃烧矿物燃料而产生的二氧化碳排放。当今世界，很多政府监管部门都已经强制要求在白色家电中要具有类似的PFC 功能。

　　电驱动马达中降低能耗的两种主要方式

　　近些年来，家用电器对节能的要求变得越来越强烈。这是很显然的，仅电冰箱所消耗的能量就超过家庭用电量的10%。由于电冰箱的马达主要在低速运转，就有非常大的节能潜力，通过在低速驱动器中简单改进马达的驱动效率就能实现。

　　同样，据估计工业用电的65%被电驱动马达所消耗，毫无疑问，商家正逐渐意识到节能将成为改善收益率和竞争能力的关键。在电驱动马达中降低能量消耗有两种主要的方式：改善马达本身的效率和使用可调速驱动器来有效地控制其工作速度。下面将介绍这两种方法。马达设计中提升更高的效率。

　　马达控制技术中的过热保护

　　马达驱动的电器在使用中可能出现的危险有电击危险，起火危险与过热危险。过热保护在马达控制技术中显得尤为重要，如果不对马达采取保护措施，就可能造成安全事故。下面就过热危险讨论一下马达的过热保护。马达过热的原因有很多，例如运行过载，选型不合适，冷却故障，缺乏监控和必要的维护导致绝缘过早老化等。马达在运行时都会产生损耗，这些损耗一方面降低了马达的效率，另一方面损耗转变成马达发热，使马达绕组的温度升高。绕组绝缘材料的使用寿命，同它的工作温度有关，温度过高，绝缘材料就会加速老化，使绝缘性能急剧降低，大幅缩短马达的使用寿命，甚致出现火灾危险与触电危险。所以，马达过热保护的目的，主要是在马达的设计、制造、安装以及使用环节采用保护措施，当马达在一定的负载和散热条件下工作时，绕组的温度不超过标准的允许值。

　　数字马达控制系统设计

　　数字电机控制首次被引入克服传统模拟系统在处理漂移、元件老化和温度引起的变化的挑战。灵活的软件算法不仅解决了有关元件兼容性的问题，而且使开发人员灵活的处理时间环境条件下的变化。例如，不是仅仅能够把风扇电机完全开或关，而是通过数字化工具，风扇转速可以根据系统温度来调整。此外，系统可以自我校正，从而不再需要进行定期的人工维护。

　　设计数字马达控制系统时需要考虑的主要问题是需针对实施选择合适的处理器，同时处理器字长也至关重要。设计人员需要关注定点处理器中因定点数表示法而引起的量化误差问题。这些误差将会降低控制系统的性能，使设计人员无法最大限度地发挥出高级算法的优势。

　　理解并控制数字马达控制系统的量化误差--第一部分

　　理解并控制数字马达控制系统的量化误差--第二部分

　　白皮书——高性能和高效马达控制系统设计

　　最后，此次半月谈我们以一篇《高性能和高效马达控制系统设计》白皮书做为结束。本文提供了一个电机控制设计概述，如多种电机控制，磁场定向控制，功率因数校正和传感器控制。还涉及现今的微控制器(MCU)如何为广泛的应用提供更高的精度，功率效率和低成本。