技术论文
一个“旧”技术发现新的旨在节约能源
发表于01/28/2015.
| By: Mark Lewis, VP - Marketing & Sales - Dart Controls, Inc.
脉冲宽度调制(PWM)用于电机速度控制设计已经在20世纪60年代左右。首先交流控制和后来的直流控制采用这种方法改变电机的速度。该技术一直产生的能源节约,特别是与其他选择,如运行电机在全电源电压或倾销过剩的电源电压通过电阻/变阻器。今天,直流PWM驱动在太阳能、便携式设备、农业、医疗和食品准备设备设计中得到广泛应用,原因包括节约能源。直流脉宽调制驱动器的开发人员正在为他们的设计添加功能,以认识到对这些设备不断增长的需求。
PWM如何工作?
PWM用于控制电压量(在电机控制的情况下)以改变电机速度。在DC速度的具体情况下,控制电源电压是DC - 来自电池或整流和过滤的AC(电源)。固态开关设备(MOSFET,IGBT)用于以足够高的频率打开和关闭该直流电压,使得电动机不会响应各个接通和关闭周期。
生成的波形看起来像这样:
电机将找到速度传递的平均电压并以这种速度运行。电压越长,电机将运行越快。电压关闭的时间,不使用电源电压,因此节省能量。有效的PWM控制设计使用电路开车开关设备开关,降低控制上的电压降损耗。使用高效切换器件进一步降低损耗。
有了这个背景,我们可以探索不同的行业是如何发现新的兴趣的PWM控制电机。这篇文章将集中在直流控制刷和无刷电机。
太阳能的应用
太阳能应用的电机最常驾驶一些描述的泵;灌溉和设备润滑是素质的例子。该系统由供给电池/一组电池的太阳能电池板组成,该电池为电机控制和泵电机提供源功率。电动机控制可用于基于需求条件以连续的变速或预设速度(高/低)运行泵。本申请中的节能似乎不会被需要(阴天除外);实际上,PWM控制不仅提供节能但重要的系统生命周期节省:
- 当系统中的电池用于保持功能,当太阳不足以补充电池充电时。PWM控制能量节省在多云/夜间操作中提供更长的系统操作
- 电池在其生命中具有有限的充电/放电循环。通过节省能量的PWM控制延长了电池充电循环之间的时间,从而延长了整体电池寿命
- PWM控制通过不断地以低于全速操作的电机/泵设置了电动刷寿命的积极影响
与电池一起使用的DC PWM控制设计应包括监控电池电源电压的功能。此功能旨在保护电池免受深度放电循环。当电池电源电压确定为太低时,控制应将输出关闭到电机/泵,以防止永久损坏电池(在电压锁定或UVL下)。
最近国内能源部门的激增导致了对设备的需求增加,以支持石油和天然气的提取和运输。这家远程定位的设备需要润滑和维护24/7/365。
便携式设备
通过不在传统的线路电压(AC)电源附近的设备进行更多工作。提到的,太阳能电池板和电池越来越依赖于能量到电动机驱动系统。示例包括输送机,螺旋钻,吊具,喷雾器,绞车和其他动力卷轴。多次可变速度在这些应用中使用,以减少材料浪费,并在散布器和喷雾器的情况下提供更好的材料。
无论是连接到太阳能电池板还是卡车/拖拉机,这些系统都有一个或多个用于源动力系中的电池。在这些应用中,DC PWM控制提供了先前描述的所有能量和系统生命周期储蓄益处。
医学应用
医疗设备应用带来了一套独特的要求时,变速电机控制需要。大多数应用是移动流体(泵)或空气(鼓风机/真空)。由于该设备是在医疗保健提供者环境中运行的,因此必须安静地运行。低压系统因其在可能存在易燃气体的环境中固有的安全运行而备受青睐。最后,以24V(被认为是低电压)操作系统的优点是简化了对设备的机构审批。
DC PWM控制在高于人体耳朵上的开关频率下操作,因此提供了这些应用所需的安静操作。
食物准备应用程序
对于自动化食品制备设备的制造商和用户,使用DC低压系统(如医疗应用)提供安静的操作和简化的代理批准。与医疗,食品制剂(例如:传送带烤箱)设备通常具有更高的占空比。虽然手术室中的医疗设备可以在8小时的日期使用2-3次,但每天运转传送带距离近16小时/天。因此,电机中的刷子磨损)食品制备设备设计人员正在走向无刷直流系统。
无刷DC上的一个词
无刷直流(BLDC)电机的速度控制也使用PWM技术。在无刷直流PWM控制中存在许多相同的通用设计特征:
·PWM开关
·高频开关
·控制对照的低功耗
主要差异无刷直流控制采用三相输出很像交流变频驱动器。与有刷电机中的机械电刷/换向棒相比,无刷电机的换向发生在控制中。通过控制的无刷电机的电子换向消除了电机刷的维护,这是高占空比/远程定位设备的一个问题。
概括
PWM电机控制(用于有刷和无刷直流电机)实现节能——还有更多。由于分数马力(FHP)直流电机在体积中使用,大多数直流控制/电机应用程序还没有被节能法规驱动。根据应用和行业的不同,节能以外的因素可能是电机和控制技术选择的主要标准。创新的直流控制公司意识到这一点,并在更新的设计中包括功能,以满足他们服务的行业的需求。
Mark Lewis是美国Zionsville的Dart Controls,Inc。的营销和销售。他在普渡大学和工商管理硕士学位的电气工程学士学位 - 印第安纳大学的销售和营销。他拥有30多年的自动化系统经验。
Dart在2013年庆祝了50年的工业和商业用途直流电机控制的设计和制造。产品包括