FPGA助工業(yè)電機節(jié)能增效

　　在美國，工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域AC電機所用的電能占全國的2/3以上。在許多應(yīng)用中，AC電機或被關(guān)斷或以全速運作，而通過為電機添加變速控制功能，就能夠在標準開啟/關(guān)斷控制下實現(xiàn)顯著節(jié)能。用混合信號FPGA來實現(xiàn)高效率AC電機控制系統(tǒng)，可大幅降低電機的功耗。

　　電機無處不在

　　今天，電機用于各類應(yīng)用中，然而，很少有人意識到電機在使用中對環(huán)境帶來怎樣的影響。專家估計，在美國，電機所消耗的電能約占總發(fā)電量的50%。從全球范圍看，AC電機功耗占工業(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，用戶越來越關(guān)心不斷上漲的能源成本以及電機技術(shù)對環(huán)境的影響。環(huán)保法規(guī)制訂者也不斷強調(diào)提高效率，而越來越多的電機驅(qū)動產(chǎn)品需要滿足嚴格的環(huán)保標準。

　　解決方案之一是增添智能負載匹配和變速控制，這可將效率提高14%至30%。在美國，電機控制技術(shù)被廣泛使用，所節(jié)省的電能多達總電能消耗的15%。這相當于每年減少能耗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

　　一臺電機的速度、轉(zhuǎn)矩和方向由電機線圈的電子開關(guān)電壓來管理，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的轉(zhuǎn)動方向和速度。每個“脈沖”峰值電流的頻率和延續(xù)時間以線圈的電感為基礎(chǔ)，從而在每個線圈中實現(xiàn)峰值磁通量。電機的線圈電感一部分由其線圈匝數(shù)、濾波器來決定，將數(shù)字PWM脈沖平滑轉(zhuǎn)換為機械動力。通過控制序列、頻率以及驅(qū)動電子器件的占空比，PWM系統(tǒng)能夠控制電機的方向、速度和平均轉(zhuǎn)矩。來自數(shù)字控制邏輯的PWM輸出經(jīng)由功率級與電機接口，MOSFET是電子電機控制最常用的功率級開關(guān)組件。

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

　　市場上有許多不同類型的AC電機，均需要根據(jù)特定電機設(shè)計的控制技術(shù)、傳感器、功率級和算法。能夠支持廣泛的電機控制技術(shù)和電機類型的通用性、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。

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

　　另外，并非所有應(yīng)用都需要電機以恒定速度運作，在某些情況下，可能需要連續(xù)改變電機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)控電機的速度，并加以調(diào)節(jié)以滿足某一時刻的需求。