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在电机应用领域实现“拥有成本”的最小化利用先进的电机控制产品实现节能

作者:Josef Limmer 英飞凌科技股份公司微控制器产品营销经理时间:2010-06-30来源:电子产品世界

  在工业化国家,电机的耗电量占电能消耗总量的一半以上,分别占工业电能消耗量的三分之二和居民电能消耗量的大约四分之一。因此,提高电机的效率可以节省大量能源,并大幅降低运行成本。正因如此,在电机驱动设计中,应将能源效率作为主要考虑因素,而不是像通常那样只关心“电机的价格是多少”。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/110442.htm

  新一代微控制器可以提高无刷直流电机(BLDC)、永磁同步交流电机(PMSM)和交流感应电机控制的能源效率,对全面降低能耗做出重要贡献。

  电机的拥有成本主要是用电成本。在其整个寿命周期内,用电成本在电机总成本中所占比例超过90%,初始购置成本和维护成本仅占10%。据美国能源部(DOE)提供的数据,如果电机每年运行的时间超过4,000小时,那么采用能效提高4~6%的电机,两年中节省的电能,就可以收回因采用高效电机而增加的成本。例如,常规200W BLDC电机的价格大约为100欧元,大约比能效较低的同等规格的有刷电机高出30%。即使不可能更换现有电机,或者更换现有电机需要极大的投资,优化驱动控制器和/或算法也能起到提高能效的作用。

  在常规工厂中,电机消耗的电能大约占电能消耗总量的三分之二。为了提高电机的效率,降低运行成本,需要对特定因素进行考虑。主要因素包括:选择高效电机;选择功率合适的电机;选择适当的电机技术;使用适当的控制算法。

  在电机负载低于其额定负载的40%时,效率会大幅下降。因此,选择功率合适的电机,对降低运行成本非常重要。选择电机功率的依据是,使电机的负载系数保持在65%至100%之间。通常的做法是选择额定功率大于实际所需功率的电机,结果导致了电机运行的低效率。

  在购置成本、控制设计、运行成本和能效等方面,有刷直流电机、无刷直流电机、步进电机或交流感应电机等不同电机技术各有优势。应用中采用的电机控制方式(图1)对能效具有重大影响。步进电机和有刷直流电机的购置成本低,控制电路简单,因此被广泛应用于低功率应用中。但是步进电机和有刷直流电机的能效较低,因此运行成本较高。利用BLDC、PMSM和交流感应电机,并采用在优化微控制器上运行的强大的电机控制算法,可以构建能效最高的解决方案。对于各种无刷电机,存在很多可供使用的电机控制系统算法—包括梯形波控制、正弦波控制和磁场定向控制(FOC)等。

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