空調(diào)電控全面走向變頻時代 TI引領高效電機控制芯片技術(shù)

　　隨著空調(diào)技術(shù)的不斷發(fā)展更新，電控技術(shù)已經(jīng)全面走向變頻時代，尤其是超低頻赫茲時代。頻率越低，意味著空調(diào)控制越精準，體感更舒適，也更能節(jié)約能源消耗。

　　介于變頻技術(shù)的主流地位和相應電機控制技術(shù)的重要性，剛剛在珠海落下帷幕的2年一屆的行業(yè)技術(shù)盛會——2012國際制冷技術(shù)交流會首次設立“電控技術(shù)”專題研討會，并邀請TI公司(唯一的半導體芯片供應商)作為大會的支持單位和學術(shù)演講單位，與制冷和空調(diào)行業(yè)的專家、學者、研發(fā)人員，共同探討高效電機控制技術(shù)的最前沿課題和成果。

　　“作為全球最大的半導體公司之一，德州儀器(TI)創(chuàng)新的模擬、嵌入式處理和無線技術(shù)已經(jīng)滲透到人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?。基于打造更智能、更安全、更環(huán)保、更健康以及更精彩的世界的理念，TI公司在2000年就開始進入中國節(jié)能空調(diào)電機控制領域，可以說一路伴隨和見證了中國變頻控制領域技術(shù)革新的突飛猛進。我們愿意同中國空調(diào)和制冷業(yè)者一道，繼續(xù)為節(jié)能減排做出貢獻，為營造更好的生態(tài)環(huán)境做出貢獻!”TI南中國區(qū)總經(jīng)理張海昆在電控專題研討會開場致辭中表示。　　

圖1：TI公司張海昆(左上)和譚徽博士(右下)在2012國際制冷技術(shù)交流會“電控技術(shù)”專題研討會現(xiàn)場做演講。

　　過去十二年來，TI在交流變頻到直流變頻再到低頻變頻控制的所有關(guān)鍵技術(shù)革新節(jié)點上，與中國空調(diào)企業(yè)緊密合作，攻克了一個個難關(guān)，得到了行業(yè)的認可。而作為這一歷程的重要參與人之一——TI半導體事業(yè)部MCU應用部門經(jīng)理譚徽博士也得到本屆電控專題研討會會議主席的隆重介紹。

　　譚博士擁有超過十年電機控制研發(fā)和技術(shù)支持經(jīng)驗，并且與國內(nèi)外眾多的電機控制學術(shù)和應用研究機構(gòu)保持緊密聯(lián)系，所以他在技術(shù)演講中探討的主流和新興高效電機控制技術(shù)及TI參與的一些尚處于研究階段的尖端課題案例引發(fā)了與會者的強烈關(guān)注。

　　高效電機真正“高效”的關(guān)鍵要素

　　中國在電機控制領域具有非常重要的位置，全球每年80億只電機的產(chǎn)量中有70億就是中國制造的。對于高效電機這一塊，永磁同步電機目前是主流。“但由于永磁電機與價格波動很大的稀土材料密切相關(guān)，因此對行業(yè)帶來了一些影響和波動，令我們更加謹慎來看這種高效電機未來的發(fā)展，這是今天我也會提到另一新興的高效電機極其控制技術(shù)的原因之一。”譚博士在會上指出。

　　譚博士首先以應用最廣泛的感應電機為基礎，分析了影響高效電機特性的重要因素。感應電機在功率很大的情況下，比如幾十千瓦以上的電機，可達到接近95%的效率，但小功率電機則效率點非常低，如單相的風扇甚至大概只有30-40%。電機效率除了與功率相關(guān)(跟它的勵磁電流所占的比例有關(guān)系)，還與電機所運行的環(huán)境有關(guān)系，如果一個電機設計本身是優(yōu)化的，但總是讓它運行在一個非常不利的情況，如滿負載的20%以下，則效率會非常低。另外，電機本身的功率因數(shù)是又一個影響效率非常關(guān)鍵的指標。

　　感應電機根據(jù)不同的電機功率等級會有不同的表現(xiàn)，但是基本上都處于40-80%左右負載區(qū)間的話，系統(tǒng)對于電機本身的利用率是可以接受。所以在考慮控制系統(tǒng)的時候，系統(tǒng)到底應該在一個什么樣的區(qū)間運行，包括功率因數(shù)部分，這對效率的影響至關(guān)重要。

　　譚博士總結(jié)了感應電機之所以應用廣泛的一些優(yōu)勢之處：1.成本比較低，電網(wǎng)直接接上去就可以運行起來;2.沒是有控制器也可以(當然代價主要是在能效上面);3.再者它的轉(zhuǎn)矩系數(shù)低，單相電流情況下可以產(chǎn)生非常穩(wěn)定的磁場空間。另外，它沒有永磁體，沒有失磁性，不怕振動也不怕生銹，所以比較牢靠。在控制上它非常容易進入到高速的弱磁控制區(qū)，在很大功率范圍里面有多種電機可用。

　　但也存在缺點：在輕載情況下面效率非常差，同樣工藝下尺寸比永磁電機大不少。從控制上來講，現(xiàn)在實現(xiàn)電機高效的同時都希望用矢量變換、矢量控制，因為轉(zhuǎn)子側(cè)電流大，溫度變化非常大，從而導致轉(zhuǎn)子側(cè)電阻的變化非常大，對感應電機矢量控制這一類基于參數(shù)的控制策略造成困難，是一個很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。