工業電機控制系統

　　引言

　　電機消耗的能量幾乎占全球電力的50%。隨著能源成本的持續上漲，業內開始采用微處理器調速驅動器替代效率低下的固定速率電機和驅動器，這種新型電機控制技術與傳統驅動器相比，能夠使能耗平均降低30%以上。雖然調速電機提高了系統本身的成本，但是，考慮到電機能夠節省的能量以及所增加的功能，只需短短幾年即可挽回最初的投資成本。

　　通用電機設計

　　直流電機、無刷直流和交流感應電機是當今工業應用設計中最常見的電機。

　　直流電機：低成本和高精度驅動性能

　　直流電機是最先投入使用的電機類型，目前仍然以低開發成本和卓越的驅動性能得到普遍應用。在最簡單的直流電機中，定子(即電機固定部件)為永久磁鐵，轉子(即電機的轉動部件)上纏繞了電樞繞組，電樞繞組連接到機械換向開關，該開關控制繞組電流的導通和關閉。磁鐵建立的磁通量與電樞電流相互作用，產生電磁扭矩，從而使電機做功。電機速度通過調整電樞繞組的直流電壓進行控制。根據具體應用的不同，可以采用全橋、半橋或一個簡單的降壓轉換器驅動電樞繞組。這些轉換器的開關實現脈寬調制(PWM)，從而獲得相應的電壓。Maxim的高邊或橋式驅動器IC，如：MAX15024/ MAX15025，可以用來驅動全橋或半橋電路的FET。直流電機還廣泛用于對速度、精度要求很高的伺服系統。為了滿足速度和精度的要求，基于微處理器的閉環控制和轉子位置非常關鍵。Maxim的MAX9641霍爾傳感器能夠用于提供轉子的位置信息。

　　交流感應電機：簡單、堅固耐用

　　交流感應電機以簡單、堅固耐用而著稱，被廣泛用于工業領域。最簡單的交流電機就是一個變壓器，原級電壓連接到交流電壓源，次級短路承載感應電流。“感應”電機的名稱源于“感應次級電流”。定子載有一個三相繞組，轉子設計簡單，通常被稱為“鼠籠”，其中，兩端的銅或鋁棒通過鑄鋁環短路。由于沒有轉子繞組和碳刷，這種電機的設計非常可靠。工作在60Hz電壓時，感應電機恒速運轉。然而，當采用電源電路和基于微處理器的系統時，可以控制電機速度變化。變速驅動器由逆變器、信號調理器和基于微處理器的控制器組成。逆變器采用三個半橋，頂部和底部切換以互補方式控制。Maxim提供多種半橋驅動器，如MAX15024/MAX15025，可獨立控制頂部和底部FET。

　　精確測量三相電機電流、轉子位置及轉速是對感應電機進行高效閉環控制的必要條件。Maxim提供多款高邊和低邊電流放大器、霍爾傳感器以及同步采樣ADC，能夠在惡劣環境下精確測量這些參數。微處理器利用電流和位置數據產生三相橋路的邏輯信號。一種常見的閉環控制技術稱為矢量控制，它消除了磁場電流矢量和定子磁通量之間的耦合，從而能夠獨立控制，提供更快的瞬態響應。