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FPGA助工业电机节能增效

作者:时间:2009-08-27来源:中国电子报收藏

  在美国,工业应用领域AC电机所用的电能占全国的2/3以上。在许多应用中,AC电机或被关断或以全速运作,而通过为电机添加变速控制功能,就能够在标准开启/关断控制下实现显著节能。用混合信号来实现高效率AC电机控制系统,可大幅降低电机的功耗。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/97540.htm

  电机无处不在

  今天,电机用于各类应用中,然而,很少有人意识到电机在使用中对环境带来怎样的影响。专家估计,在美国,电机所消耗的电能约占总发电量的50%。从全球范围看,AC电机功耗占工业应用的70%,占商业应用电能的45%,占住宅应用电能的42%。

  现在,用户越来越关心不断上涨的能源成本以及电机技术对环境的影响。环保法规制订者也不断强调提高效率,而越来越多的电机驱动产品需要满足严格的环保标准。

  解决方案之一是增添智能负载匹配和变速控制,这可将效率提高14%至30%。在美国,电机控制技术被广泛使用,所节省的电能多达总电能消耗的15%。这相当于每年减少能耗3千亿kWh,从而节省150亿美元,并每年减少温室气体排放超过1.8亿吨。如果在全球范围广泛应用,其节能潜力是非常惊人的。

  控制系统是节能先锋

  一台电机的速度、转矩和方向由电机线圈的电子开关电压来管理,在脉宽调制()控制系统中,向线圈施加电压的序列决定了电机的转动方向和速度。每个“脉冲”峰值电流的频率和延续时间以线圈的电感为基础,从而在每个线圈中实现峰值磁通量。电机的线圈电感一部分由其线圈匝数、滤波器来决定,将数字脉冲平滑转换为机械动力。通过控制序列、频率以及驱动电子器件的占空比,系统能够控制电机的方向、速度和平均转矩。来自数字控制逻辑的PWM输出经由功率级与电机接口,是电子电机控制最常用的功率级开关组件。

  电机控制系统中的用户接口组件可让用户发布命令,进行初始化、配置以及控制逻辑组件。它可以简化为一个正向或反向开关以及一个速度调节电路,或者复杂化为提供与电机控制相关的电压、电流和温度监控功能的系统。

  市场上有许多不同类型的AC电机,均需要根据特定电机设计的控制技术、传感器、功率级和算法。能够支持广泛的电机控制技术和电机类型的通用性、高度可配置的高集成度控制器是最理想的,而且还可以改善成本、性能和功效。

  使用电子电机控制系统,能够以智能方式连续感测负载,并以合适的输入功率来精确匹配。即使微小的负载变化亦可检测,并精确地施加功率以匹配,而不会影响电机的速度。实际上,电子控制不断根据工作来调节AC感应电机,故电机总是在理想的负载状况下运作,这可在整个运作负载范围内最大限度地提高电机的效率,并将功耗和运作成本减至最低。

  另外,并非所有应用都需要电机以恒定速度运作,在某些情况下,可能需要连续改变电机的速度以匹配电流状况。可以使用电子控制系统连续监控电机的速度,并加以调节以满足某一时刻的需求。


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关键词: FPGA PWM MOSFET

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