電機(jī)驅(qū)動(dòng)走向高效節(jié)能

　　摘要：本文介紹了電機(jī)驅(qū)動(dòng)的最新技術(shù)動(dòng)向，及部分廠商的解決方案。

　　電機(jī)控制市場：集成化，多軸化和節(jié)能

　　IHS高級(jí)分析師周萬木指出，集成的電機(jī)控制方案越來越多，比如電機(jī)和驅(qū)動(dòng)集成，電機(jī)控制器和PLC集成，電機(jī)控制器和驅(qū)動(dòng)集成。集成的概念不僅僅停留在電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電機(jī)控制器，還包括整個(gè)電機(jī)系統(tǒng)的集成。例如，目前西門子公司正在推廣IDS(Integrated Drive System，集成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng))，包括兩個(gè)層面，第一個(gè)層面是橫向集成，包括電機(jī)控制器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電機(jī)和減速機(jī)的集成;第二個(gè)層面是縱向集成，是將電機(jī)系統(tǒng)納入到整個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)，也叫TIA(Totally Integrated Automation Portal)。電機(jī)控制的集成化趨勢要求半導(dǎo)體芯片廠商也能提供集成的MCU、FPGA解決方案，在單顆芯片中集成更多的功能，算法以及工業(yè)以太網(wǎng)。

　　機(jī)械設(shè)備中電機(jī)的軸數(shù)更多，使用更靈活正成為另外一個(gè)趨勢。多軸控制越來越多地應(yīng)用在包裝機(jī)械、電子組裝機(jī)械、食品飲料機(jī)械和印刷機(jī)械中。為了滿足小批量、定制化和柔性化的加工需求，客戶需要靈活地調(diào)整電機(jī)控制的軸數(shù)，要求電機(jī)控制系統(tǒng)更加開放，可以重復(fù)編程。這些需求使客戶對電機(jī)控制MCU、FPGA和DSP性能的要求越來越高。8位MCU因?yàn)閮r(jià)格便宜、性能穩(wěn)定，應(yīng)用范圍極為廣范，比如信號(hào)檢測、LED照明控制、電源轉(zhuǎn)換控制和BLDC電機(jī)控制，這些應(yīng)用中8位MCU就已經(jīng)足夠。但32位MCU正在蠶食8位MCU市場，主要是因?yàn)?位MCU在越來越多的環(huán)境下已經(jīng)遇到瓶頸，比如變頻器控制、伺服電機(jī)控制、電力與能源監(jiān)控等等，另外32位MCU價(jià)格在進(jìn)一步走低，8位MCU和32位MCU的價(jià)格差異在縮小。

　　電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能也是大勢所趨。為提升能效等級(jí)，工信部今年6月份公布了電機(jī)能效提升計(jì)劃(2013~2015年)，到2015年，實(shí)現(xiàn)電機(jī)產(chǎn)品升級(jí)換代，50%的低壓三相籠型異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品、40%的高壓電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品達(dá)到高效電機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范;累計(jì)推廣高效電機(jī)1.7億千瓦，淘汰在用低效電機(jī)1.6億千瓦，實(shí)施電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技改1億千瓦，實(shí)施淘汰電機(jī)高效再制造2000萬千瓦。

　　但是僅僅用高效電機(jī)替換普通電機(jī)對整個(gè)電機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能效果提升并不明顯，整個(gè)電機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能才是真正的節(jié)能。因此，變頻器、伺服、逆變器和專用電機(jī)驅(qū)動(dòng)大量用在升降機(jī)、電焊機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)、電動(dòng)車電機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)、洗衣機(jī)電機(jī)和冰箱壓縮機(jī)中。而變頻器、伺服驅(qū)動(dòng)、逆變器和專用控制器中的IPM模塊、IGBT和MOSFET對節(jié)能降耗起到關(guān)鍵性作用?？蛻魧@些功率器件要求也越來越多，比如要求更低的產(chǎn)品成本、更緊湊的封裝尺寸、更好的散熱性能，對功率器件的多樣化也提出要求，比如低功耗器件、緊湊設(shè)計(jì)的大功率器件、低壓大功率器件、大電流高電壓器件等等。

　　眾廠商談電機(jī)技術(shù)趨勢

　　FOC等數(shù)字控制盛行

　　具體到單片機(jī)(MCU)，Microchip公司16位單片機(jī)產(chǎn)品部產(chǎn)品營銷經(jīng)理Erlendur Kristjansson稱，隨著政府和消費(fèi)者對能效要求的提升，磁場定向控制(FOC)等先進(jìn)數(shù)字控制方法在電機(jī)控制應(yīng)用中的采用也越來越多。由于家電、汽車、HVAC、工業(yè)自動(dòng)化以及IT領(lǐng)域中對效率和性能的要求逐年提升，Microchip將繼續(xù)致力于支持上述領(lǐng)域的高級(jí)電機(jī)控制設(shè)計(jì)。

　　電機(jī)控制市場在不斷尋求能效更高的解決方案。在不久的將來，更多系統(tǒng)將轉(zhuǎn)為采用磁場定向控制(FOC)方法，實(shí)現(xiàn)更高的能效。追求更高效率的趨勢也將不斷增加更高效電機(jī)類型(如交流感應(yīng)電機(jī)(ACIM)、無刷直流電機(jī)(BLDC)及永磁同步電機(jī)(PMSM))的市場份額。

　　BLDC和PMSM正酷

　　意法半導(dǎo)體(ST)中國區(qū)微控制器部專家工程師蔣建國也認(rèn)為，在全球降低能耗的背景下，高效節(jié)能電機(jī)成為全球電機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的共識(shí)。低效交流感應(yīng)馬達(dá)逐漸被淘汰，人們轉(zhuǎn)向采用高效的替代方案，如無刷直流(BLDC)和永磁同步電機(jī)(PMSM)。永磁同步電機(jī)以體積小、扭矩大、效率高、噪聲小的特點(diǎn)，在工業(yè)控制、家電應(yīng)用、電動(dòng)車輛等領(lǐng)域越來越多地被廣泛應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)在瞬變環(huán)境下保證最佳的電機(jī)性能(轉(zhuǎn)矩、能效)，并大幅度降低噪聲水平，磁場定向矢量控制(FOC)是現(xiàn)今應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。

　　作為高性能電機(jī)系統(tǒng)的靈魂，控制芯片和驅(qū)動(dòng)技術(shù)將扮演越來越重要的作用。