提高家用電器中電機的工作效率

　　目前，從冰箱、微波爐直到洗衣機和滾筒烘衣機在內的眾多家用電器中，總會用到電機，特別是交流感應電機(ACIM)。典型的單相ACIM設計如圖1所示。
   

傳統單相交流感應系統

　　圖1中經過修改的分相電機利用一個串聯的電容和啟動繞組來在啟動時提供啟動力矩。一旦電機達到目標速度的75%左右，一個離心開關就會斷開電容和啟動繞組。通常，為了適應不同的工作速度，此類電機都有多個繞組。
  
　　在這種電路中，電機直接連接到主輸入電源，因此電壓和頻率都是恒定的。這也意味著，在絕大多數情況下，采用的電機都是針對峰值性能而設計的，即選用的電機力矩比正常運轉時所需力矩要大。因此，這樣的驅動系統效率不夠高，經常是產生的力矩比負載要求的要大得多。
   
　　這類系統中常見的一個問題是當電機工作在低負載情況時，功率因數(PF)非常低。這會降低交流電源的質量，并影響到連接在同一線路上的其它設備的性能。電力公司已經開始對客戶的功率因數值設定限制，并對那些不滿足要求的客戶實行懲罰性措施。因此，目前功率因數已經成為家用電器的一個非常重要的參數。對于用戶來說，要么使用控制功率因數的電器設備，要么讓設備即使在不需要的時候也保持滿負載狀態，否則就只能接受低負載情況下功率因數不高而帶來的懲罰。
   
　　可能碰到的另一個問題是運行在同一線路上的其它設備可能導致家電設備的供電電壓浪涌或下降。如果在這些情況下不對電機進行保護，那么電機就會受到損害，從而導致比正常情況下更早地出現故障。
  
　　對于這些問題，解決方案在于采用智能電機控制。單片機(MCU)技術的最新發展帶來了新器件，這些器件可以更有效地對電機進行控制，同時降低噪聲和器件成本。MicrochipTechnology公司(微芯科技公司)最近推出的PIC18Fxx31系列有四款8位PICMicroMCU。該系列產品集成了幾種新的專門針對電機控制的外設，包括一個功率控制脈寬調制(PWM)模塊、一個可與PWM同步的200kbps模數轉換器及一個運動反饋模塊。這些新功能不僅使得智能化電機控制成為可能，還簡化了系統設計流程。下面的例子展示了利用其中一款新的MCU而設計的典型三相交流感應電機的驅動電路設計。
   
　　如圖2所示，變頻驅動(VFD)是交流感應電機最常用的電子控制方式。變頻驅動的額外好處是允許用戶利用單相交流電來驅動三相交流感應電機。
   

　　VFD工作方式
  
　　VFD作為變頻發生器，允許用戶設定電機的轉速。首先，整流器和濾波器將交流輸入轉變為紋波極低的直流。然后，在PICMicroMCU的控制下，逆變器將直流轉換為三相變電變頻交流。采用單片機還可以實現一系列其它功能，如直流總線電壓檢測、過壓和欠壓跳閘、過流保護、精確轉速/位置控制、溫度控制、方便的控制設置、顯示、用于實時監控的PC連接以及功率因數校正。
   
　　單個VFD可以控制多個電機，并可適應幾乎任何工作條件，而且還不再需要在啟動時對電機進行預熱。對于給定的額定功率，VFD提供的控制和驅動僅取決于算法。這意味著同一VFD可用于范圍廣泛的額定功率。這樣可以避免出現傳統電機控制相關的問題。
   
　　PIC18Fxx31器件集成了實現此類VFD所需要的所有控制功能，并且可提高電機的可靠性、降低噪聲并延長其使用壽命。最大的好處是可以使眾多家用電器最多能夠提高30%的工作效率。