高效節(jié)能將是未來電機(jī)控制發(fā)展的主旋律
加入技術(shù)交流群
電機(jī)控制是指，對電機(jī)的啟動、加速、運(yùn)轉(zhuǎn)、減速及停止進(jìn)行的控制。根據(jù)不同電機(jī)的類型及電機(jī)的使用場合有不同的要求及目的。對于電機(jī)，通過電機(jī)控制，達(dá)到電機(jī)快速啟動、快速響應(yīng)、高效率、高轉(zhuǎn)矩輸出及高過載能力的目的。
本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/202003/411023.htm電機(jī)控制發(fā)展歷史
最近兩年，電機(jī)市場正在從使用低能效的直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、通用或交流感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)向更高能效的無刷直流(BLDC)電機(jī)和永磁同步電機(jī)(PMSM)，這一趨勢構(gòu)成的部分原因是政府法規(guī)強(qiáng)制使用符合特定國際能效分類規(guī)范(IE1、IE2及IE3)的電機(jī)，另外還在于推動高能效BLDC或PMSM電機(jī)應(yīng)用所需的半導(dǎo)體產(chǎn)品價格的快速下降。
自從十七世紀(jì)初期伏特發(fā)明電池以來，人類就迎來了電氣時期。在對電機(jī)的研發(fā)中，大體可以劃分為四個階段。
· 從十八世紀(jì)二十年代至十九世紀(jì)為第一階段，電磁原理現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)，而且還出臺了有關(guān)的法則，交流電機(jī)被研發(fā)出來 —— 電機(jī)被應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域中，并發(fā)揮著作用。
· 從二十世紀(jì)初期到七十年代為第二階段，此時電動機(jī)不斷地成長，進(jìn)入到成熟期 —— 開始引入了電子控制技術(shù)和半導(dǎo)體驅(qū)動技術(shù)，使得變頻驅(qū)動技術(shù)在應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮著作用，趨于實用化。
· 從二十世紀(jì)七十年代到二十世紀(jì)的末期第三階段，計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展速度越來越快，而且迎來了高性能驅(qū)動發(fā)展，一些驅(qū)動裝置已經(jīng)智能化方向發(fā)展 —— 控制系統(tǒng)裝置也趨于程序化。
· 從二十世紀(jì)末到二十一世紀(jì)為第四階段，多媒體技術(shù)盛行，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各個領(lǐng)域普及，就是在這樣的信息技術(shù)背景下 —— 電動機(jī)開始向節(jié)能方向發(fā)展，為構(gòu)建環(huán)境友好型設(shè)備奠定技術(shù)，保證電機(jī)在運(yùn)行中發(fā)揮著應(yīng)有的性能，而且還發(fā)揮著節(jié)約能源的作用。
電機(jī)一直都在朝著高效能、小型化、低成本、高兼容性、結(jié)構(gòu)簡單化的方向發(fā)展，這催生了更多先進(jìn)的電機(jī)控制技術(shù)出現(xiàn)，從而不斷改變著電機(jī)控制市場的發(fā)展趨勢。
電機(jī)控制的發(fā)展趨勢
在德國提出工業(yè)4.0，美國提出先進(jìn)制造業(yè)國家戰(zhàn)略方案，我國推動傳統(tǒng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型與升級的大背景下，傳統(tǒng)的電機(jī)和電機(jī)控制也正在發(fā)生改變，對電機(jī)控制也提出了新的需求。
節(jié)能
電機(jī)體系節(jié)能也是大勢所趨，但是僅僅用高效電機(jī)替換一般電機(jī)對整個電機(jī)體系的節(jié)能效果提高并不明顯，整個電機(jī)體系的節(jié)能才是真正的節(jié)能。因而，變頻器、伺服、逆變器和專用電機(jī)驅(qū)動大量用在風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)、升降機(jī)、電焊機(jī)、電動車電機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)、洗衣機(jī)電機(jī)和冰箱壓縮機(jī)中。
變頻器是電機(jī)體系節(jié)能的主力，節(jié)能首要表現(xiàn)在風(fēng)機(jī)、泵類的運(yùn)用上，選用變頻器后，能夠經(jīng)過下降供電頻率來下降泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，跟著轉(zhuǎn)速的下降，功率會快速下降。同時變頻器一般選用交-直-交變頻供電的方式，溝通異步電機(jī)吸收滯后的無功功率，經(jīng)過變頻器供電，對電網(wǎng)而言，功率因數(shù)也有了一定提高，總體上節(jié)約了一部分電網(wǎng)輸電進(jìn)程中損耗的電能。
變頻器、伺服驅(qū)動、逆變器和專用操控器中的IPM模塊、IGBT和MOSFET對節(jié)能降耗起到關(guān)鍵性效果。這些功率器材要求也越來越多，比方要求更低的產(chǎn)品成本、更緊湊的封裝尺度、更好的散熱功用，對功率器材的多樣化也提出要求，比方低功耗器材、緊湊規(guī)劃的大功率器材、低壓大功率器材、大電流高電壓器材等等。
高效
電機(jī)控制系統(tǒng)不但是變換和傳送能量的裝置，也是傳遞和溝通信息的通道，未來的工業(yè)電機(jī)體系不僅僅是一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，同時也會是整個工廠體系的一個有機(jī)組成部分和動力運(yùn)用監(jiān)控點?，F(xiàn)在西門子、ABB生產(chǎn)的一些電機(jī)，能夠主動的采集和記錄電機(jī)內(nèi)的電壓、電流、溫升、振蕩等狀況改變，并經(jīng)過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)實時的送到操控中心，以供對電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況進(jìn)行檢測和毛病診斷，使操作員不管身在何處均可拜訪參數(shù)、狀況和診斷信息，并可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，從而提高效率。
近幾年被廣泛應(yīng)用的分布式電機(jī)控制系統(tǒng)可提供一套模塊化解決方案，使機(jī)器能高效運(yùn)轉(zhuǎn)，提高生產(chǎn)線的運(yùn)轉(zhuǎn)效率及可靠性。有些電機(jī)驅(qū)動的控制，在設(shè)計上同時考慮了多種電機(jī)兼容，能夠適用異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)的矢量控制，有效減少用戶庫存，無需考慮電機(jī)類型兼容問題，也是屬于高效運(yùn)轉(zhuǎn)的表現(xiàn)。
另外，單獨(dú)機(jī)械設(shè)備中電機(jī)的軸數(shù)正變得更多，多軸操控越來越多的運(yùn)用在包裝機(jī)械、電子拼裝機(jī)械、食物飲料機(jī)械、機(jī)械手和印刷機(jī)械中。為了滿足小批量、定制化和柔性化的加工需求，靈敏的調(diào)整電機(jī)操控的軸數(shù)，電機(jī)控制體系愈加開放，能夠重復(fù)編程，更加高效。
同時，電機(jī)控制正朝著集成化和智能化趨勢發(fā)展。
集成化
現(xiàn)代工廠的生產(chǎn)線正變得越來越復(fù)雜，比方汽車制造、包裝、食物飲料、倉儲物流等產(chǎn)線需要運(yùn)用成百上千個變頻器、伺服和電機(jī)來控制物料活動，這些產(chǎn)線對分布式電機(jī)控制系統(tǒng)需求量比較大。
電機(jī)控制系統(tǒng)的分布式同時意味著電機(jī)控制產(chǎn)品的集成化，比方電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動的集成，電機(jī)控制器和PLC的集成，電機(jī)控制器和驅(qū)動的集成。電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動及其控制系統(tǒng)的高度集成化，與傳統(tǒng)電力傳動體系比較，它們體積更小、分量更輕、功率密度更高。
集成的概念不僅僅停留在電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動和電機(jī)控制器，還包含整個電機(jī)體系的集成：第一個層面是橫向集成，包含電機(jī)控制器、電機(jī)驅(qū)動、電機(jī)和減速機(jī)的集成；第二個層面是縱向集成，是將電機(jī)體系歸入到整個工業(yè)控制體系。
就目前的發(fā)展看，更多的控制功能將集成到電機(jī)控制一體化中，趨向使用更高集成度的控制方案，這些方案比傳統(tǒng)分立器件方案更有助降低總體物料單(BOM)成本、減少方案占位面積，并使系統(tǒng)方案更輕、更高能效及更可靠。電機(jī)控制的集成化趨勢使客戶對電機(jī)控制MCU、FPGA和DSP的要求越來越高。
在這個趨勢中，對半導(dǎo)體芯片的要求將是高可靠性、簡約設(shè)計及功能集成、小型化、寬溫度范圍等多項新要求。同時要求半導(dǎo)體芯片廠商也能供給集成的解決方案，在單顆芯片中集成更多的功用、I/O、驅(qū)動、操控算法以及工業(yè)以太網(wǎng)模塊等。
除此之外，電機(jī)控制也在向智能化發(fā)展。智能化控制在許多的應(yīng)用領(lǐng)域都獲得應(yīng)用，并獲得良好的控制效果。例如：模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、學(xué)習(xí)控制和居于專家系統(tǒng)的控制等。
這些控制方式最大的優(yōu)點是：無需被控對象進(jìn)行精確的數(shù)學(xué)建模，而且具有很強(qiáng)的魯棒性，非常適合控制電機(jī)這種非線性、變參數(shù)對象。比較成熟的有模糊控制，它不需要控制對象精確的數(shù)學(xué)模型，能克服非線性等因素的影響，對被控對象參數(shù)變化具有較強(qiáng)的魯棒性。目前，模糊控制已經(jīng)在交直流調(diào)速系統(tǒng)中和伺服系統(tǒng)中取得很好的效果。
從未來的電機(jī)控制技術(shù)發(fā)展情況來看，由于系統(tǒng)的運(yùn)行遵循了自動控制理論，計算機(jī)技術(shù)在應(yīng)用領(lǐng)域中也實現(xiàn)了升級，滿足了多樣化的需求。對于智能化的數(shù)控產(chǎn)品進(jìn)行研究，深入探索自動化技術(shù)，了解電機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向。
評論