采用电机控制芯片组降低中国的电器能耗

中国工业的迅速发展与汽车及家用电器广泛的普及，显着地增加了中国对能源的需求。这种需求增长的速度超过了供应的增长。推出节能型产品可以缓解能源紧张的问题。采用变速电机调节则可以节省大量的能源。

但过去十年来，市场的需求减缓了逆变器电机驱动系统的发展，特别是在家用电器市场。与日本及欧洲地区相比，中国市场要求更低的家电价格。国内家电厂商用了多年的时间来接受逆变器技术。

近来，国内厂商改进了所采用的逆变器技术，以开发更节能产品。中国政府推行的节能方针也加速了逆变器技术的普及。

各厂商所推出的电机类型也更为丰富。工业应用及家电传统上使用的是IM(异步电机)，而不断上涨的钢材价格与日益降低的磁性材料成本使PM(永磁)电机更加经济，致使永磁电机的普及速度越来越快，特别是在空调与洗衣机中的应用。

应用于变速家电用的电机

家电厂商所面临的挑战是如何制造价格与性能都有竞争优势并采用逆变器的家电控制系统。使用先进的永磁电机可简化机械设计，并能实现较高的能源效率。由于损耗较大，感应电机需要较大的体积才能达到与永磁电机相同的功率。

比较750W的永磁电机与三相感应电机的成本，可以发现，永磁电机要用6.76美元的材料成本，而感应电机的材料成本为7.79美元。永磁电机成本较低是在于它只需要1165克的磁性材料，比感应电机节省了0.93美元。这远远地抵消了永磁电机中0.69美元的永久磁铁成本。永磁电机的净材料节约比例达到了13%。更少的钢材材料也实现了更小的电机体积，其重量比同样功率的感应电机轻18%。

永磁电机不仅购买成本降低了，所消耗的能源也减少了。采用鼠笼结构的感应电机通过电流来产生力矩；而永磁电机没有转子绕组，所以不需要转子电流。
所以，永磁电机中不存在相应的次级电路损耗。IPM(嵌入式永磁)电机能比永磁电机提供更大的每安培电流力矩，特别是采用磁阻力矩调节的嵌入式永磁电机，在各种电机中能效最高。

在b=0o时，主力矩最大；b=45o时，磁阻力矩最大。图1显示了这两个力矩的情况，在b=0o及b=45o时，两者结合产生最大的力矩。
 
图1  IPM的磁阻力矩随角度变化。因此，在大于0o时，达到主力矩与磁阻力矩的结合力矩—峰值力矩

通过比较750W的永磁电机、SyncRM(同步磁阻电机)、SPM(表面式永磁)电机、及IPM(嵌入式永磁)电机的损耗分析，可以看出嵌入式永磁电机的损耗为感应电机的一半(图2)。
 
图2  比较IM(感应电机)、SyncRM(同步磁阻电机)、SPM(表面式永磁)电机、及IPM(嵌入式永磁)电机的损耗，可以看出永磁电机具有最低的功耗损耗

近年来，传统上采用逆变器的空调以两种方式进行整合。一种是来自日本，主要通过进口现有的日本厂商推出的成品商品；另外一种则是通过中国国内厂商自主开发生产。

日本进口的空调一般采用涡旋式或双螺旋压缩机，这主要是由于日本对低振动与安静运行的需求比经济性要求更高。

这些压缩机成本比单叶回转式压缩机高40%，但后者的震动与噪音较大。这种逆变器调节架构中除了一个单独的风扇逆变器与PFC(功率因数校正)电路外，还采用了先进的32位RISC微控制器来控制压缩机。

由于这种设计成本较高，中国在经过十年的进口后，也没有使之较好的渗入市场。这主要是由于其压缩机非常昂贵及逆变器控制过于复杂造成的。双螺旋压缩机采用开路V/Hz控制、开/关风扇控制，及一个单独PFC的感应电机。尽管这种设计的成本与单叶回转式相差不多，但其提高的能源效率并不能节约足够的电能，普及也受到了限制。

节能的空调室外单元

国际整流器公司(International Rectifier)近期推出了iMOTIONTM集成设计平台，以期解决这种能效问题。利用iMOTIONTM芯片组，可以使用单叶回转式压缩机，并能保证低震动的安静运行。

IRMCF312是一种采用MCE(运动控制引擎)架构的空调控制器，这是一种独特的硬件控制引擎，可提供快速计算算法进行数字PFC控制，并可对嵌入式永磁压缩机电机与风扇电机提供无传感器的正弦位置控制。

设计师通过采用IRMCF312，可免除单独的风扇控制器以及单独的模拟PFC控制功能。这种芯片只需要一个DC-Link(直流链支撑)电流检测分流电阻来为电机实施无传感器FOC(磁场定向控制)，即采用专用的快速模拟电路与一个12位A/D转换器来构建电机的相位电流。因此，控制器并不需要外部有源组件，自身就带有与电机分流电阻直接连接的接口。

为了实现较高的PFC性能，IRMCF312整合了运算放大器，可通过外部电阻直接连接到交流线电压及直流总线电压上。与主要厂家的RISC微控制器相比，IR