江蘇華頻電子科技有限公司

無刷電機及控制技術技術市場前景分析報告

2019-04-02

中央今年1700億推節能減排 補貼促節能家電消費,5月16日國務院常務會已確定要***實施以節能家電推廣為核心的“節能產品惠民工程”,決定采取財政補貼方式支持擴大節能家電等產品消費。這是當前我國將穩增長、擴內需、調結構與促進節能減排有機結合的重大戰略舉措,預計將拉動消費需求4500億元,并實現年節能1170萬噸標準煤。下一步,要在繼續加大節能燈、LED燈、節能汽車和***電機等現有產品推廣力度的基礎上,盡快啟動實施空調、平板電視、電冰箱、洗衣機、熱水器等節能家電產品推廣工作。

家電節能減排實際上根本問題就是如何提高能源使用效率。美國 EPRI就曾指出,全球電機所耗費的金額一年高達950億美金,占了所有電力51%;其次是照明19%,冷卻/供暖16%, IT 14%。而家庭用電分大約可分為電源轉換輸出(燈、電視)及電機驅動(冰箱、洗衣機、冷氣、風扇、吸塵器等)這兩大類,其中電機驅動所消耗的電力占家庭用電的70%。根據臺灣工程研究院的數據,如果電機效率提升10%,一年約可節省100億度的電量,相當一座大中型核能發電站所發的電量。若再以全球一年的發電量約為20兆度來計算(在中國1兆是1萬億),可以節省2兆度的用電量。這個驚人的數字等同于兩百座中大型核電站的電量。而且在能源法規及環保議題帶動下,產業、產品升級已是維持經濟持續發展的必要條件。

當今家電產品的驅動電機分為交流電機、直流電機兩類;直流電機又分為直流有刷及無刷電機。由于材料科學的進步,直流無刷電機(BLDC 或 PMSM)的研發及生產近期有相當大的突破。直流無刷電機具有安靜、無噪聲、免維護保養、壽命長、體積小的特性及優點;尤其是***輸入/輸出比,在節能及環保方面均有優異表現。

直流無刷電機在技術層面以及進入門檻的要求都比其他電機(如交流、直流有刷)更高,因此擁有較高的附加值;目前直流無刷電機普及的過程***主要的一點是比傳統的電機成本更高,普遍消費者接受低碳節能產品的觀念不強,隨著資源短缺與環境保護的雙重壓力政府開始主導推廣節能***的電機家電產品。而直流無刷電機就是滿足節能低碳的要求。

       直流無刷電機控制比交流電機控制復雜,并且需要基于MCU(核心軟件)來控制電機的轉速與保護電機。直流無刷電機控制驅動上可采用方波驅動(Trapezoidal Control)或磁通正弦PWM驅動兩種控制系統算法。其中,磁通正弦驅動備受業界囑目正弦PWM僅依靠3個霍爾零件無法順利產生正弦波相電流控制信號,必須整合高分辨率的位置編碼器來輔助霍爾零件,以取得更精確的位置信息,如此方能產生所需的正弦波。但位置編碼器的高成本卻不是一般應用所能接受的,空間向量調制應運而生 空間向量調制PWM(SVPWM)也叫磁通正弦PWM法。它以三相波形整體生成效果為前提,以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉磁場軌跡為目的,用控制器不同的開關模式所產生的實際磁通去逼近基準圓磁通,由它們的比較結果決定控制器的開關,形成PWM波形。此法從無刷電機的角度出發,把控制器和電機看作一個整體,以內切多邊形逼近圓的方式進行控制,使直流無刷電機獲得幅值恒定的圓形磁場(正弦磁通)。具體方法又分為磁通開環方式和磁通閉環方式。磁通開環法用兩個非零向量和一個零向量合成一個等效的電壓向量,若采樣時間足夠小,可合成任意電壓向量。此法輸出電壓比正弦波調制時提高15%,諧波電流有效值之和接近***小。磁通閉環方式引入磁通反饋,控制磁通的大小和變化的速度。在比較估算磁通和給定磁通后,根據誤差決定產生下一個電壓矢量,形成PWM波形。這種方法克服了磁通開環法的不足,解決了直流無刷電機低速時,定子電阻影響大的問題,減小了電機的震動和噪聲。

其實在不同的應用場合及產品中,方波驅動的應用更廣。他具有更低成本,低切換損失以及不需要精確的轉子反饋等優點。較適合在大能量輸出場合使用。如載具、泵、工具機、工業用風扇及室外型產品(噪音要求小的產品)。弦波驅動無刷電機有運轉平順及無震動、無噪聲的優勢,較適合場合:吸塵器、空調、冰箱、洗衣機、洗碗機、家用風扇等家用產品,所以深圳中控電氣以技術核心力,主要定位在家用消費類電機產品上,前期以技術核心優勢來體現公司在無刷電機行業內的競爭力。


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