工业电机控制系统

　　引言

　　电机消耗的能量几乎占全球电力的50%。随着能源成本的持续上涨，业内开始采用微处理器调速驱动器替代效率低下的固定速率电机和驱动器，这种新型电机控制技术与传统驱动器相比，能够使能耗平均降低30%以上。虽然调速电机提高了系统本身的成本，但是，考虑到电机能够节省的能量以及所增加的功能，只需短短几年即可挽回最初的投资成本。

　　通用电机设计

　　直流电机、无刷直流和交流感应电机是当今工业应用设计中最常见的电机。

　　直流电机：低成本和高精度驱动性能

　　直流电机是最先投入使用的电机类型，目前仍然以低开发成本和卓越的驱动性能得到普遍应用。在最简单的直流电机中，定子(即电机固定部件)为永久磁铁，转子(即电机的转动部件)上缠绕了电枢绕组，电枢绕组连接到机械换向开关，该开关控制绕组电流的导通和关闭。磁铁建立的磁通量与电枢电流相互作用，产生电磁扭矩，从而使电机做功。电机速度通过调整电枢绕组的直流电压进行控制。根据具体应用的不同，可以采用全桥、半桥或一个简单的降压转换器驱动电枢绕组。这些转换器的开关实现脉宽调制(PWM)，从而获得相应的电压。Maxim的高边或桥式驱动器IC，如：MAX15024/ MAX15025，可以用来驱动全桥或半桥电路的FET。直流电机还广泛用于对速度、精度要求很高的伺服系统。为了满足速度和精度的要求，基于微处理器的闭环控制和转子位置非常关键。Maxim的MAX9641霍尔传感器能够用于提供转子的位置信息。

　　交流感应电机：简单、坚固耐用

　　交流感应电机以简单、坚固耐用而著称，被广泛用于工业领域。最简单的交流电机就是一个变压器，原级电压连接到交流电压源，次级短路承载感应电流。“感应”电机的名称源于“感应次级电流”。定子载有一个三相绕组，转子设计简单，通常被称为“鼠笼”，其中，两端的铜或铝棒通过铸铝环短路。由于没有转子绕组和碳刷，这种电机的设计非常可靠。工作在60Hz电压时，感应电机恒速运转。然而，当采用电源电路和基于微处理器的系统时，可以控制电机速度变化。变速驱动器由逆变器、信号调理器和基于微处理器的控制器组成。逆变器采用三个半桥，顶部和底部切换以互补方式控制。Maxim提供多种半桥驱动器，如MAX15024/MAX15025，可独立控制顶部和底部FET。

　　精确测量三相电机电流、转子位置及转速是对感应电机进行高效闭环控制的必要条件。Maxim提供多款高边和低边电流放大器、霍尔传感器以及同步采样ADC，能够在恶劣环境下精确测量这些参数。微处理器利用电流和位置数据产生三相桥路的逻辑信号。一种常见的闭环控制技术称为矢量控制，它消除了磁场电流矢量和定子磁通量之间的耦合，从而能够独立控制，提供更快的瞬态响应。