先進(jìn)節(jié)能直流無刷電機(jī)控制器

節(jié)能減排的議題在國際舞臺(tái)中不斷地受到重視，其目的就是為了防止環(huán)境污染繼續(xù)惡化、改善氣候劇烈變動(dòng)，以及在地球有限資源情況下訂定條款并相互約束。在普通消費(fèi)者看來，節(jié)能減排無非就是隨手關(guān)閉電源，或搭乘公共交通系統(tǒng)，以便減少資源的浪費(fèi)及實(shí)現(xiàn)資源回收再利用等目的。但是除了這些隨手可以實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作之外，另一個(gè)根本問題就是如何提高能源使用效率。美國 EPRI就曾指出，全球電機(jī)所耗費(fèi)的金額一年高達(dá)950億美金，占了所有電力51%；其次是照明19%，冷卻/供暖16%， IT 14%。

無論是工業(yè)、家庭還是商業(yè)用電，電機(jī)所消耗的能源都占有很高的比例。以中國臺(tái)灣2007年的工業(yè)用電為1172億度為例，電機(jī)用電約820億度，占了總體用電的70%。如果改善電機(jī)系統(tǒng)的輸出、輸入功率比，就可以提高用電效率。

所以各個(gè)國家或者地區(qū)都針對(duì)電機(jī)及照明這兩大類有關(guān)產(chǎn)品提出改進(jìn)計(jì)劃。

表1 各國對(duì)電機(jī)和照明產(chǎn)品的改進(jìn)計(jì)劃

家庭用電大約可分為電源轉(zhuǎn)換輸出(燈、電視)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)(冰箱、洗衣機(jī)、冷氣、風(fēng)扇、吸塵器等)這兩大類，其中電機(jī)驅(qū)動(dòng)所消耗的電力占家庭用電的70%。根據(jù)臺(tái)灣工程研究院的數(shù)據(jù)，如果電機(jī)效率提升10%，一年約可節(jié)省100億度的電量，相當(dāng)一座大中型核能發(fā)電站所發(fā)的電量。若再以全球一年的發(fā)電量約為20兆度來計(jì)算(在中國1兆是1萬億)，可以節(jié)省2兆度的用電量。這個(gè)驚人的數(shù)字等同于兩百座中大型核電站的電量。而且在能源法規(guī)及環(huán)保議題帶動(dòng)下，產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品升級(jí)已是維持經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的必要條件。

圖1

當(dāng)今家電產(chǎn)品的驅(qū)動(dòng)電機(jī)分為交流電機(jī)、直流電機(jī)兩類；直流電機(jī)又分為直流有刷及無刷電機(jī)。由于材料科學(xué)的進(jìn)步，直流無刷電機(jī)(BLDC 或 PMSM)的研發(fā)及生產(chǎn)近期有相當(dāng)大的突破。直流無刷電機(jī)具有安靜、無噪聲、免維護(hù)保養(yǎng)、壽命長、體積小的特性及優(yōu)點(diǎn)；尤其是高效輸入/輸出比，在節(jié)能及環(huán)保方面均有優(yōu)異表現(xiàn)。

直流無刷電機(jī)在技術(shù)層面以及進(jìn)入門檻的要求都比其他電機(jī)(如交流、直流有刷)更高，因此擁有較高的附加值；同時(shí)在面臨能源短缺及環(huán)保要求雙重壓力下，高效率環(huán)保產(chǎn)品自然成了追求的目標(biāo)，而采用直流無刷電機(jī)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品輕松符合以上要求。

直流無刷電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)上可采用方波驅(qū)動(dòng)(Trapezoidal Control)或磁通正弦PWM驅(qū)動(dòng)兩種控制系統(tǒng)算法。其中，磁通正弦驅(qū)動(dòng)備受業(yè)界囑目。

磁圖2