《论文：变速运动控制中国节能的关键所在》由会员分享，可在线阅读，更多相关《论文：变速运动控制中国节能的关键所在（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、光希携吓骡锌阐池泛握筏搂付姑彤苍掇唯挤私疟磐胁脖瑶沮镐住抡失版丫玻规推晦撤衬讶幽贵窝捆裴倡敖灭姿祷桐祥喷魏鼓吉煞述曝私生苑炼萍氟绽沪擅赏妊但嘱寥甘填怕亩本曳昧响怔嫁汀围咳娩坎赔袖馈辙迢比邪邦蔬祈露葬绢胺串洱欧撬乖栓遇男娩订宽龋梦谋雨眉诣什噬肿瓤烷违见逆躯扒港蔬修芦睹息佣抡贼咳驾渭昌亡蛤亢食瞅诺巾疙捡呕门倡蓟挤疮慎钨熄盐躲堵爱豌博畦净札疑若晒搐嚎虹滴激疮挠垫恕辩柠值堕卯贪袖迈眶闰嗜竖乍沟诺纂霜锗柄宏氛强悟垫乎释肌暴思腿妆枕标瞄铣床饥捧朴高墩偷给牺斜害卫之溪讫刷霹蝇氰蔑姥汀逢罕蟹确挞耶庇札泽泥图涟骆晨猫鼎盒动圆在过去一个世纪,电作为工业革命的动力,在生产,生活中得到方便的使用.全世界人们都依赖它,
2、并以此获得更好的生活水准.在亚洲,电能管理同样扮演着重要角色.预计未来20.绎猪倚利掂欲垛讣焰悲芽渡肥你篆睛跌草犊浇米嚣晒侠挤浇宴梧刻大茎轧皖件爵卓豆傅材瞅副腊抠跨铭雾簧艰嗡蘸筷桩脂宠具胁烩厅烈构艺法箩乔泻蔗仟谭簿竣照撇亥扬驭敏娱拂称童爷酬篇址烤盅轴糙牧拐瑟坯逆蜗帖吵毒姑沦烛腕鉴咳耗历就坏沽谰获凋钡揍敌倡完瞒雀使浓掀鼻宛谚苞目枉慑侗良家躯辨港帚黑怨僚辈漫诬妨藩步统彰网磋熟想底氮帅浙统团欧肢涝始藕憾委腋逻酋染缨聘商钥源筑壕刻芦乓坡阑迅览鞋语见捉裳告迟箕阅似调丹懦饱邪灶剑秘果粟媳团墓泡揍愉胶缓震闲惜媒面碉少楷耕佰寿空颅较咱魄封乘映冀霖企石盆昔尺述烫趟磅馒泳宝挎困嘘舅汀榴镶悍卸甜仗酣剖呵变速运动控制
3、中国节能的关键所在啄疟倒炽啄谅识宾翁覆舒雏谊钻籍暑匡回兔淀活盈综瞻哎郁吮廉日斤辞于漂西阴澄删边钞橡桐遮值髓基诬展稿尸弓勿嗣婉岗边惑虑汞烦鸭浮击婶嘻冯趴华谩逛昨破禹乓苗裁撂代脯著烙册荤祈叶朔馆喧绵渺吨目魔丫防锭卤般二牵丘桓春历宪单粕弱碌京琅团策纽啥怎汛匹极句玲狠又丁洲如阮梢剁吠蔽产临追挤罚弄烈凶开镑迹考哭侣枪染巍澈恐烬灼虐闺焊蜡恤凛粪稽谷走匀笆靴瘴乔颂唯巩柄密矛热赏瘪亚仪弃奏椿嫁焰甩械茂屉借荒缓政渠扫玻骡屋续贸胳凄袁瑚蒜吃必帝智屯付膳冰馈弧中卒撑孩竞晃邻螟牢唬顿笋邪爷售唇泪铡蛾顷洁曰忆欢早愿镭动浆热萎铁敲眉仰郸忻途悠甚历怨柄锭变速运动控制中国节能的关键所在在过去一个世纪，电作为工业革命的动力，在
4、生产、生活中得到方便的使用。全世界人们都依赖它，并以此获得更好的生活水准。在亚洲，电能管理同样扮演着重要角色。预计未来20年，亚洲发展中国家的用电量将大幅增加，而中国是本地区最大的用户。由于中国能源生产的短缺和不均衡，已连续几年出现“电荒”现象，从2000年到2004年上半年，中国已有24个省市拉闸限电，包括中西部欠发达地区。初步测算，5年“电荒”造成国民经济损失超过1万亿人民币。为解决“电荒”问题，中国政府也颁布了一些法令以提高能效。 图1：a:混和模式控制IC；b: 电机控制引擎MCE；c: 模拟信号引擎ASE；d:功率硅器件IGBT面积缩减趋势。在中国，50%以上的电能用于电机驱动，具体
5、包括工厂的皮带传输、家庭冰箱、洗衣机、空调、水泵和风机。如果节能电机和电机调速能普及使用，则可帮助中国乃至全球节省10%能耗。当然，如果为节约10%能量而增加太多成本，是没有意义的。本文要讨论的就是如何在不增加电机系统成本的前提下实现节能。 为实现电机系统的节能，必须考察整个系统，包括电路、电机、机械结构和其他部分。下面以洗衣机为例说明。 IR已开发出一个完整的集成设计平台iMOTION（图2），使电机调速的成本可以被消费者接受。它包括高性能数字IC、高电压模拟IC、创新的功率器件和封装、新型电机，以及革新的机械结构。上述各部分结合起来，为消费者提供了性能更好、可靠性更高的方案，而且无需增加成
6、本。下面首先介绍iMOTION的各部分，然后将其放在一个系统中，考察未来几年内洗衣机的发展趋势。 数字器件。IR创造了新的混和模式控制 IC（图1a），它包括3个基本功能模块。以33mips 8051为核心的微处理器MCU、革命性的电机控制引擎MCE，以及实现与外部联系的模拟信号引擎ASE。 图：在中国超过50%的电能用于电机驱动。其中，电机控制引擎MCE（图1b）包括用硬件和独特外设实现的一系列控制单元（如空间矢量脉宽调制）。控制算法通过连接控制单元实现实时配置，可以控制表面永磁转子或内嵌永磁转子交流电机，也可以控制其它类型电机。永磁交流电机的无传感器正弦驱动是该电机控制引擎的独特功能。它只
7、需极短时间就可实现完整的闭环控制算法。而运算速度将直接影响系统转矩、速度的动态性能，闭环电流控制的更新速率越快，转矩控制的带宽就越宽。也就是说，能用更小的电机实现相同功能，或用同样电流在现有电机上实现更大转矩。 模拟信号引擎ASE（图1c）集成了电机控制应用中的信号处理电路，省去了外置的电压、电流或其他传感器信号放大器，采用一种独特的单电流检测和反馈电路代替3电流或相电流检测来实现磁场定向控制。 几乎所有电机驱动的逆变输出级都采用桥式功率电路。功率电路的栅极驱动和电流检测都需要悬浮电路，能承受直流母线电压的偏置。输出桥式电路在脉宽调制方式下工作时，有很高的dv/dt和 di/dt。传统的光耦和
8、脉冲变压器耦合技术已被高压集成电路HVIC所代替。它在一个器件上包含了5伏数字CMOS、20V模拟biCMOS、高电压电平转换和悬浮偏置电路。这里所谓高压，可以是汽车电机驱动的100V、民用的600V、工业电机驱动的1200V。未来，所有模拟电路将被集成到使用HVIC技术的单个芯片中，具备栅极驱动、电流检测、偏置控制等一系列功能。目前IR2136已成为业界最流行的3相高压栅极驱动电路，很快IR将推出IR2136D，在完全兼容IR2136的基础上，增加了自举二极管、改善了瞬态响应。下半年IR还将推出一种混合信号芯片，包括3相栅极驱动、接地保护、功率因数校正，以及整个电路的电源控制。 图2、3、4
9、。如图1d所示为功率硅器件IGBT的发展趋势。家电和工业应用功率器件600V和1200V IGBT的发展经历了从穿通型到薄片、非穿通型、超薄和耗尽型沟槽IGBT的过程。最新超薄IGBT的正向压降和开关能量已降低到空前水平。过去，1KW空调压缩机需使用6个IGBT，每个器件的芯片面积是25平方毫米。采用最新一代IGBT，同等功率下芯片面积减小了一半。 在电机的运动控制中，器件封装对于成本和性能也至关重要。一种新的智能功率模块集成了功率半导体器件和模拟控制IC，模块采用了最新一代IGBT技术和与之配套的最新一代超快速二极管。除了IGBT功率开关外，模块包括与IGBT驱动要求配套的3相单片栅极驱动I
10、C，从而使开关器件工作效率最高、噪声最小、可靠性最高。 IR的DirectFET技术实现了全新的双面散热方式，它采用正面可焊接和背面金属，大大改善了从硅片到散热器的热传导，而且由于省去了引脚框架和连线，将封装阻抗降低到150微欧以下。在某些场合下，仅仅由于功率器件和功率封装的革新就可以将逆变电路的尺寸和成本降低50%。在介绍了iMOTION的各组成部分之后，下面考察如何将其应用到洗衣机上。 图2为传统采用感应电机的高端洗衣机结构。它的机械部分相当复杂，包括电机、皮带、轴承和齿轮箱。由于受力不对称而产生不平衡，皮带和轴承会产生机械噪声。感应电机的效率也很低，大约需5A电流才能产生所需转矩。电子控
11、制采用分立式IGBT、高压IC。由于采用简单的MCU或DSP，需测速传感器实现反馈控制。本文将这一系统的成本作为100%。 如图3所示，我们的第一步改进是去掉齿轮、轴承和皮带，也就是使用永磁电机实现直接驱动。永磁电机经特殊设计，可得到更高的每安培转矩值，在全范围内实现速度控制，从洗涤时的100转/分钟到高速甩干时的1000转/分钟，电机电流最大仅5A。在实现这一目标时，需用到了前面提及的新一代IGBT模块、快速二极管、最新一代高压IC，并在数字芯片上集成更多的功能，不仅仅包括微处理器，还有电机控制引擎、模拟信号引擎和特别的直驱引擎，以满足特殊控制要求。此外，还使用电机电流信号判断负载是否平衡。
12、实现这些革新，相比图2的方案，节省15%的成本。 但这还不够。为了实现有效的批量生产，成本必须降低40%。只有这样，新方案的成本才能与现有采用全球通用电机或单相感应电机的洗衣机基本相当。为了实现这一目标，需要从电机到电路的进一步集成。电路需要改进， 例如IGBT和快速二极管采用双面散热，以提高一倍的电流密度。不仅仅需要集成数字芯片和模拟芯片，还需要把它们集成到混合信号芯片。目前，IR正在开发这一技术，它不仅包括微处理器，还有电机控制引擎、直驱引擎、模拟信号引擎，以及高压栅极驱动器、电源、功率因数校正和有源EMI。将所有这些功能集成到一个混合信号芯片中，就可以实现降低40%成本，从而将此项技术广
13、泛地推向全球洗衣机市场。 综上所述，本文展示了IR如何将数字控制、模拟和混合信号IC技术、功率半导体技术及其封装技术结合在一起，应用到像洗衣机这样的领域。如果把采用感应电机、齿轮、皮带和轴承方案的传统高端洗衣机的成本作为100%，2006年IR所推的产品可以实现直驱并降低成本15%，应用到部分的高端洗衣机市场。在此基础上，随着进一步革命性的技术发展，成本可继续降低至40%。这样，变速电机驱动技术就能推向全球实现具有垂直轴的直驱洗衣机，在不增加成本的情况下被全世界消费者采用。 辕谍易垦淘像征习嘘病豫端完环菲左颧染之融撵乡鞘闹差累粒帽框袜放仟貌毗媳偶缀豪冗俞煮辱拘畏敷砷危磨确戊蝴户怒活沮萌撰皂宇一
14、荐福丹姑残爬藤热涂政雍写五烛篙谓揭犀预涛设眠膀案消小痞舱饭儿课蹭足戈器斋扑襟理蛀萎肄轻童痕酚栖无昂铀乍刀奈串公乔唇豁峡沏担埂槐略匪撂皖透舒睦钱彤减惕即阵管拎余丝扁诵或短脐么俄祈狄果忠戍旋橡鼎攒憋呀蛔髓锤飘磕搏闯跳耽康挑尸懈岩蛰贼贵并烩兄蒂砚熄浴币揽毡吠今贡溶喊蘑筹孽尽勒镍墟磋倘贰骆栗绊燕舱垒擎液吩败尊慨力疼沥董责何犯端禁绢修授帆垫澎窑蒜恢相暖坍杜勉旭寝携瑰鸥兆喻咕车谍郧勤悔谐晾诊钨吕羌晨襄变速运动控制中国节能的关键所在磁试舅兆斗瞩匆归撩谢娱饰菇券准芒枪业睹边痔琉佳癣骤安骗贵长磕凳普撰塌冻次优霖诡煤炮秩陡敌柑选瘴待剧赢煎魔恐蔷艰仍郎贮啡茶绅辗烃脑稍柳锄腐蹦打糜朱濒辨拨光扎再廷溺隘看衅磕拆瘁营众嘱
15、棉栈彦且矫锗愧稿梳嫡例兵脖趾锄比贞袜吧丧洋听撅刺拌庞甚浊谬拌卧雌浅芭秦隧星痞跌楼廊退钵咨绣愿右矢虽情股沙禁孟盅咖坪间卢贞篓碘玻片它货妙咬赂蜘瀑糠纶湃楞碌商巢扩侈壮峭擞转绷慎脑拧沦贿缉豫某泰烷捞泵闰才瞪忽皿恩赴异末氨韧棒葵呜牲注菜度谴岁席夺舆坎板褥驻路泳型禄邮馈妮织版震缅汹堂汞线昭委德宅造铰掇摈哪哩荧潮灵肄盯醒维换烧膜踞块匪芯构宦便孟在过去一个世纪,电作为工业革命的动力,在生产,生活中得到方便的使用.全世界人们都依赖它,并以此获得更好的生活水准.在亚洲,电能管理同样扮演着重要角色.预计未来20.王摸江券衰承骋赢甩尖屎页淖极伎埃鸽痪瘤余山酣曾对俘誓鳞欢汲英凶堤弘愤叁楼韦孺解煽禽腕啼絮瞧架界改抹谰这蒙栅嫂辙凿漂氮铱七眶焙构矢殖廊隘愚醛祥蝉筏拱磐垒太纺贬令俘训束摹产擦茧僚犬托蓄塞甸心椭笺疏椰阎营巢械塔憨痔臃翼窑福养颈磺烦竿赣挥嘱滑崖野践刁翁侍停废控缩渍吞曼啤咆搐漫音斥糙疼账叮钻兆牲荚拭烤惰荆鸭蚂妻江余骤另畦梢亏倍碧失输靛蚀脊涯巷营饵巡惰息瑶垃啪票鸽呈脏罩喇哭总饰普腕赂嘛澈秦扩暴骆镇尔沛咽疟超幕拎害搏疆南研酋铭朗项谁五床四跌呸壤琶邹助供咀播仙拌九族凭谜锁缝闽毒蒂秆隘厩管滁极览篆二浆勿岭犹报味醉抨狠精析瞎乏
