提高家用電器中電機的工作效率

　　目前，從冰箱、微波爐直到洗衣機和滾筒烘衣機在內(nèi)的眾多家用電器中，總會用到電機，特別是交流感應(yīng)電機(ACIM)。典型的單相ACIM設(shè)計如圖1所示。
   

傳統(tǒng)單相交流感應(yīng)系統(tǒng)

　　圖1中經(jīng)過修改的分相電機利用一個串聯(lián)的電容和啟動繞組來在啟動時提供啟動力矩。一旦電機達(dá)到目標(biāo)速度的75%左右，一個離心開關(guān)就會斷開電容和啟動繞組。通常，為了適應(yīng)不同的工作速度，此類電機都有多個繞組。
  
　　在這種電路中，電機直接連接到主輸入電源，因此電壓和頻率都是恒定的。這也意味著，在絕大多數(shù)情況下，采用的電機都是針對峰值性能而設(shè)計的，即選用的電機力矩比正常運轉(zhuǎn)時所需力矩要大。因此，這樣的驅(qū)動系統(tǒng)效率不夠高，經(jīng)常是產(chǎn)生的力矩比負(fù)載要求的要大得多。
   
　　這類系統(tǒng)中常見的一個問題是當(dāng)電機工作在低負(fù)載情況時，功率因數(shù)(PF)非常低。這會降低交流電源的質(zhì)量，并影響到連接在同一線路上的其它設(shè)備的性能。電力公司已經(jīng)開始對客戶的功率因數(shù)值設(shè)定限制，并對那些不滿足要求的客戶實行懲罰性措施。因此，目前功率因數(shù)已經(jīng)成為家用電器的一個非常重要的參數(shù)。對于用戶來說，要么使用控制功率因數(shù)的電器設(shè)備，要么讓設(shè)備即使在不需要的時候也保持滿負(fù)載狀態(tài)，否則就只能接受低負(fù)載情況下功率因數(shù)不高而帶來的懲罰。
   
　　可能碰到的另一個問題是運行在同一線路上的其它設(shè)備可能導(dǎo)致家電設(shè)備的供電電壓浪涌或下降。如果在這些情況下不對電機進(jìn)行保護(hù)，那么電機就會受到損害，從而導(dǎo)致比正常情況下更早地出現(xiàn)故障。
  
　　對于這些問題，解決方案在于采用智能電機控制。單片機(MCU)技術(shù)的最新發(fā)展帶來了新器件，這些器件可以更有效地對電機進(jìn)行控制，同時降低噪聲和器件成本。MicrochipTechnology公司(微芯科技公司)最近推出的PIC18Fxx31系列有四款8位PICMicroMCU。該系列產(chǎn)品集成了幾種新的專門針對電機控制的外設(shè)，包括一個功率控制脈寬調(diào)制(PWM)模塊、一個可與PWM同步的200kbps模數(shù)轉(zhuǎn)換器及一個運動反饋模塊。這些新功能不僅使得智能化電機控制成為可能，還簡化了系統(tǒng)設(shè)計流程。下面的例子展示了利用其中一款新的MCU而設(shè)計的典型三相交流感應(yīng)電機的驅(qū)動電路設(shè)計。
   
　　如圖2所示，變頻驅(qū)動(VFD)是交流感應(yīng)電機最常用的電子控制方式。變頻驅(qū)動的額外好處是允許用戶利用單相交流電來驅(qū)動三相交流感應(yīng)電機。
   

　　VFD工作方式
  
　　VFD作為變頻發(fā)生器，允許用戶設(shè)定電機的轉(zhuǎn)速。首先，整流器和濾波器將交流輸入轉(zhuǎn)變?yōu)榧y波極低的直流。然后，在PICMicroMCU的控制下，逆變器將直流轉(zhuǎn)換為三相變電變頻交流。采用單片機還可以實現(xiàn)一系列其它功能，如直流總線電壓檢測、過壓和欠壓跳閘、過流保護(hù)、精確轉(zhuǎn)速/位置控制、溫度控制、方便的控制設(shè)置、顯示、用于實時監(jiān)控的PC連接以及功率因數(shù)校正。
   
　　單個VFD可以控制多個電機，并可適應(yīng)幾乎任何工作條件，而且還不再需要在啟動時對電機進(jìn)行預(yù)熱。對于給定的額定功率，VFD提供的控制和驅(qū)動僅取決于算法。這意味著同一VFD可用于范圍廣泛的額定功率。這樣可以避免出現(xiàn)傳統(tǒng)電機控制相關(guān)的問題。
   
　　PIC18Fxx31器件集成了實現(xiàn)此類VFD所需要的所有控制功能，并且可提高電機的可靠性、降低噪聲并延長其使用壽命。最大的好處是可以使眾多家用電器最多能夠提高30%的工作效率。