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无刷电机及控制技术技术市场前景分析报告

日期:2015年12月16日 11:31

中央今年1700亿推节能减排 补贴促节能家电消费,516国务院常务会已确定要全面实施以节能家电推广为核心的“节能产品惠民工程”,决定采取财政补贴方式支持扩大节能家电等产品消费。这是当前我国将稳增长、扩内需、调结构与促进节能减排有机结合的重大战略举措,预计将拉动消费需求4500亿元,并实现年节能1170万吨标准煤。下一步,要在继续加大节能灯、LED灯、节能汽车和高效电机等现有产品推广力度的基础上,尽快启动实施空调、平板电视、电冰箱、洗衣机、热水器等节能家电产品推广工作。

      家电节能减排实际上根本问题就是如何提高能源使用效率。美国 EPRI就曾指出,全球电机所耗费的金额一年高达950亿美金,占了所有电力51%;其次是照明19%,冷却/供暖16%, IT 14%。而家庭用电分大约可分为电源转换输出(灯、电视)及电机驱动(冰箱、洗衣机、冷气、风扇、吸尘器等)这两大类,其中电机驱动所消耗的电力占家庭用电的70%。根据台湾工程研究院的数据,如果电机效率提升10%,一年约可节省100亿度的电量,相当一座大中型核能发电站所发的电量。若再以全球一年的发电量约为20兆度来计算(在中国1兆是1万亿),可以节省2兆度的用电量。这个惊人的数字等同于两百座中大型核电站的电量。而且在能源法规及环保议题带动下,产业、产品升级已是维持经济持续发展的必要条件。

      当今家电产品的分为交流电机、直流电机两类;直流电机又分为直流有刷及无刷电机。由于材料科学的进步,直流无刷电机(BLDC  PMSM)的研发及生产近期有相当大的突破。直流无刷电机具有安静、无噪声、免维护保养、寿命长、体积小的特性及优点;尤其是高效输入/输出比,在节能及环保方面均有优异表现。

      直流无刷电机在技术层面以及进入门槛的要求都比其他电机(如交流、直流有刷)更高,因此拥有较高的附加值;目前直流无刷电机普及的过程最主要的一点是比传统的电机成本更高,普遍消费者接受低碳节能产品的观念不强,随着资源短缺与环境保护的双重压力政府开始主导推广节能高效的电机家电产品。而直流无刷电机就是满足节能低碳的要求。

       直流无刷电机控制比交流电机控制复杂,并且需要基于MCU(核心软件)来控制电机的转速与保护电机。直流无刷电机控制驱动上可采用方波驱动(Trapezoidal Control)或磁通正弦PWM驱动两种控制系统算法。其中,磁通正弦驱动备受业界嘱目正弦PWM仅依靠3个霍尔零件无法顺利产生正弦波相电流控制信号,必须整合高分辨率的位置编码器来辅助霍尔零件,以取得更精确的位置信息,如此方能产生所需的正弦波。但位置编码器的高成本却不是一般应用所能接受的,空间向量调制应运而生 空间向量调制PWMSVPWM)也叫磁通正弦PWM法。它以三相波形整体生成效果为前提,以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的,用控制器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通,由它们的比较结果决定控制器的开关,形成PWM波形。此法从无刷电机的角度出发,把控制器和电机看作一个整体,以内切多边形逼近圆的方式进行控制,使直流无刷电机获得幅值恒定的圆形磁场(正弦磁通)。具体方法又分为磁通开环方式和磁通闭环方式。磁通开环法用两个非零向量和一个零向量合成一个等效的电压向量,若采样时间足够小,可合成任意电压向量。此法输出电压比正弦波调制时提高15%,谐波电流有效值之和接近最小。磁通闭环方式引入磁通反馈,控制磁通的大小和变化的速度。在比较估算磁通和给定磁通后,根据误差决定产生下一个电压矢量,形成PWM波形。这种方法克服了磁通开环法的不足,解决了直流无刷电机低速时,定子电阻影响大的问题,减小了电机的震动和噪声。

     其实在不同的应用场合及产品中,方波驱动的应用更广。他具有更低成本,低切换损失以及不需要精确的转子反馈等优点。较适合在大能量输出场合使用。如载具、泵、工具机、工业用风扇及室外型产品(噪音要求小的产品)。弦波驱动无刷电机有运转平顺及无震动、无噪声的优势,较适合场合:吸尘器、空调、冰箱、洗衣机、洗碗机、家用风扇等家用产品,所以深圳中控电气以技术核心力,主要定位在家用消费类电机产品上,前期以技术核心优势来体现公司在无刷电机行业内的竞争力。

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