电机驱动走向高效节能

　　摘要：本文介绍了电机驱动的最新技术动向，及部分厂商的解决方案。

　　电机控制市场：集成化，多轴化和节能

　　IHS高级分析师周万木指出，集成的电机控制方案越来越多，比如电机和驱动集成，电机控制器和PLC集成，电机控制器和驱动集成。集成的概念不仅仅停留在电机、电机驱动和电机控制器，还包括整个电机系统的集成。例如，目前西门子公司正在推广IDS(Integrated Drive System，集成驱动系统)，包括两个层面，第一个层面是横向集成，包括电机控制器、电机驱动、电机和减速机的集成;第二个层面是纵向集成，是将电机系统纳入到整个工业控制系统，也叫TIA(Totally Integrated Automation Portal)。电机控制的集成化趋势要求半导体芯片厂商也能提供集成的MCU、FPGA解决方案，在单颗芯片中集成更多的功能，算法以及工业以太网。

　　机械设备中电机的轴数更多，使用更灵活正成为另外一个趋势。多轴控制越来越多地应用在包装机械、电子组装机械、食品饮料机械和印刷机械中。为了满足小批量、定制化和柔性化的加工需求，客户需要灵活地调整电机控制的轴数，要求电机控制系统更加开放，可以重复编程。这些需求使客户对电机控制MCU、FPGA和DSP性能的要求越来越高。8位MCU因为价格便宜、性能稳定，应用范围极为广范，比如信号检测、LED照明控制、电源转换控制和BLDC电机控制，这些应用中8位MCU就已经足够。但32位MCU正在蚕食8位MCU市场，主要是因为8位MCU在越来越多的环境下已经遇到瓶颈，比如变频器控制、伺服电机控制、电力与能源监控等等，另外32位MCU价格在进一步走低，8位MCU和32位MCU的价格差异在缩小。

　　电机系统节能也是大势所趋。为提升能效等级，工信部今年6月份公布了电机能效提升计划(2013~2015年)，到2015年，实现电机产品升级换代，50%的低压三相笼型异步电动机产品、40%的高压电动机产品达到高效电机能效标准规范;累计推广高效电机1.7亿千瓦，淘汰在用低效电机1.6亿千瓦，实施电机系统节能技改1亿千瓦，实施淘汰电机高效再制造2000万千瓦。

　　但是仅仅用高效电机替换普通电机对整个电机系统的节能效果提升并不明显，整个电机系统的节能才是真正的节能。因此，变频器、伺服、逆变器和专用电机驱动大量用在升降机、电焊机、风机、泵、压缩机、电动车电机、空调压缩机、洗衣机电机和冰箱压缩机中。而变频器、伺服驱动、逆变器和专用控制器中的IPM模块、IGBT和MOSFET对节能降耗起到关键性作用。客户对这些功率器件要求也越来越多，比如要求更低的产品成本、更紧凑的封装尺寸、更好的散热性能，对功率器件的多样化也提出要求，比如低功耗器件、紧凑设计的大功率器件、低压大功率器件、大电流高电压器件等等。

　　众厂商谈电机技术趋势

　　FOC等数字控制盛行

　　具体到单片机(MCU)，Microchip公司16位单片机产品部产品营销经理Erlendur Kristjansson称，随着政府和消费者对能效要求的提升，磁场定向控制(FOC)等先进数字控制方法在电机控制应用中的采用也越来越多。由于家电、汽车、HVAC、工业自动化以及IT领域中对效率和性能的要求逐年提升，Microchip将继续致力于支持上述领域的高级电机控制设计。

　　电机控制市场在不断寻求能效更高的解决方案。在不久的将来，更多系统将转为采用磁场定向控制(FOC)方法，实现更高的能效。追求更高效率的趋势也将不断增加更高效电机类型(如交流感应电机(ACIM)、无刷直流电机(BLDC)及永磁同步电机(PMSM))的市场份额。

　　BLDC和PMSM正酷

　　意法半导体(ST)中国区微控制器部专家工程师蒋建国也认为，在全球降低能耗的背景下，高效节能电机成为全球电机产业发展的共识。低效交流感应马达逐渐被淘汰，人们转向采用高效的替代方案，如无刷直流(BLDC)和永磁同步电机(PMSM)。永磁同步电机以体积小、扭矩大、效率高、噪声小的特点，在工业控制、家电应用、电动车辆等领域越来越多地被广泛应用。为了实现在瞬变环境下保证最佳的电机性能(转矩、能效)，并大幅度降低噪声水平，磁场定向矢量控制(FOC)是现今应用最广泛的技术。

　　作为高性能电机系统的灵魂，控制芯片和驱动技术将扮演越来越重要的作用。