FPGA助工業(yè)電機(jī)節(jié)能增效

　　在美國(guó)，工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域AC電機(jī)所用的電能占全國(guó)的2/3以上。在許多應(yīng)用中，AC電機(jī)或被關(guān)斷或以全速運(yùn)作，而通過(guò)為電機(jī)添加變速控制功能，就能夠在標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)啟/關(guān)斷控制下實(shí)現(xiàn)顯著節(jié)能。用混合信號(hào)FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)高效率AC電機(jī)控制系統(tǒng)，可大幅降低電機(jī)的功耗。

　　電機(jī)無(wú)處不在

　　今天，電機(jī)用于各類應(yīng)用中，然而，很少有人意識(shí)到電機(jī)在使用中對(duì)環(huán)境帶來(lái)怎樣的影響。專家估計(jì)，在美國(guó)，電機(jī)所消耗的電能約占總發(fā)電量的50%。從全球范圍看，AC電機(jī)功耗占工業(yè)應(yīng)用的70%，占商業(yè)應(yīng)用電能的45%，占住宅應(yīng)用電能的42%。

　　現(xiàn)在，用戶越來(lái)越關(guān)心不斷上漲的能源成本以及電機(jī)技術(shù)對(duì)環(huán)境的影響。環(huán)保法規(guī)制訂者也不斷強(qiáng)調(diào)提高效率，而越來(lái)越多的電機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品需要滿足嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

　　解決方案之一是增添智能負(fù)載匹配和變速控制，這可將效率提高14%至30%。在美國(guó)，電機(jī)控制技術(shù)被廣泛使用，所節(jié)省的電能多達(dá)總電能消耗的15%。這相當(dāng)于每年減少能耗3千億kWh，從而節(jié)省150億美元，并每年減少溫室氣體排放超過(guò)1.8億噸。如果在全球范圍廣泛應(yīng)用，其節(jié)能潛力是非常驚人的。

　　控制系統(tǒng)是節(jié)能先鋒

　　一臺(tái)電機(jī)的速度、轉(zhuǎn)矩和方向由電機(jī)線圈的電子開(kāi)關(guān)電壓來(lái)管理，在脈寬調(diào)制(PWM)控制系統(tǒng)中，向線圈施加電壓的序列決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和速度。每個(gè)“脈沖”峰值電流的頻率和延續(xù)時(shí)間以線圈的電感為基礎(chǔ)，從而在每個(gè)線圈中實(shí)現(xiàn)峰值磁通量。電機(jī)的線圈電感一部分由其線圈匝數(shù)、濾波器來(lái)決定，將數(shù)字PWM脈沖平滑轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)力。通過(guò)控制序列、頻率以及驅(qū)動(dòng)電子器件的占空比，PWM系統(tǒng)能夠控制電機(jī)的方向、速度和平均轉(zhuǎn)矩。來(lái)自數(shù)字控制邏輯的PWM輸出經(jīng)由功率級(jí)與電機(jī)接口，MOSFET是電子電機(jī)控制最常用的功率級(jí)開(kāi)關(guān)組件。

　　電機(jī)控制系統(tǒng)中的用戶接口組件可讓用戶發(fā)布命令，進(jìn)行初始化、配置以及控制邏輯組件。它可以簡(jiǎn)化為一個(gè)正向或反向開(kāi)關(guān)以及一個(gè)速度調(diào)節(jié)電路，或者復(fù)雜化為提供與電機(jī)控制相關(guān)的電壓、電流和溫度監(jiān)控功能的系統(tǒng)。

　　市場(chǎng)上有許多不同類型的AC電機(jī)，均需要根據(jù)特定電機(jī)設(shè)計(jì)的控制技術(shù)、傳感器、功率級(jí)和算法。能夠支持廣泛的電機(jī)控制技術(shù)和電機(jī)類型的通用性、高度可配置的高集成度控制器是最理想的，而且還可以改善成本、性能和功效。

　　使用電子電機(jī)控制系統(tǒng)，能夠以智能方式連續(xù)感測(cè)負(fù)載，并以合適的輸入功率來(lái)精確匹配。即使微小的負(fù)載變化亦可檢測(cè)，并精確地施加功率以匹配，而不會(huì)影響電機(jī)的速度。實(shí)際上，電子控制不斷根據(jù)工作來(lái)調(diào)節(jié)AC感應(yīng)電機(jī)，故電機(jī)總是在理想的負(fù)載狀況下運(yùn)作，這可在整個(gè)運(yùn)作負(fù)載范圍內(nèi)最大限度地提高電機(jī)的效率，并將功耗和運(yùn)作成本減至最低。

　　另外，并非所有應(yīng)用都需要電機(jī)以恒定速度運(yùn)作，在某些情況下，可能需要連續(xù)改變電機(jī)的速度以匹配電流狀況?？梢允褂秒娮涌刂葡到y(tǒng)連續(xù)監(jiān)控電機(jī)的速度，并加以調(diào)節(jié)以滿足某一時(shí)刻的需求。