一、電機(jī)控制 - AC 感應(yīng)電機(jī) （ACIM） 概述

　　AC 感應(yīng)電機(jī) （ACIM） 是消費(fèi)電子類(lèi)應(yīng)用和工業(yè)應(yīng)用中最受歡迎的電機(jī)，代表了工業(yè)革命的力量。十九世紀(jì)末，Nicola Tesla 首次構(gòu)想出“無(wú)火花”電機(jī)的概念，即由兩個(gè)靜態(tài)相位以正交關(guān)系構(gòu)成的多相結(jié)構(gòu)。自此以來(lái)，又改為更為常用的 3 相結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)電壓和電流的平衡操作。

　　該電機(jī)沒(méi)有刷式直流電機(jī)那樣的刷子/換向器結(jié)構(gòu)，不會(huì)產(chǎn)生火花相關(guān)的問(wèn)題，如電噪聲、刷子磨損、摩擦高和可靠性差等。轉(zhuǎn)子和定子結(jié)構(gòu)中磁性的消失進(jìn)一步增強(qiáng)了可靠性，也降低了制造成本。在高功率應(yīng)用中（如 500 HP 和更高應(yīng)用），AC 感應(yīng)電機(jī)是現(xiàn)有最高效的電機(jī)，可以達(dá)到 97% 或更高的效率額定值。但在輕載條件下，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁通所需的正交磁流占定子電流的很大部分，導(dǎo)致效率降低、功率因數(shù)操作較差。

　　ACIM 使用正弦電壓和電流驅(qū)動(dòng)時(shí)表現(xiàn)最佳。ACIM 的優(yōu)點(diǎn)之一是能通過(guò)低扭矩紋波實(shí)現(xiàn)難以置信的順暢操作。為了實(shí)現(xiàn)此目的，多數(shù) ACIM 包含開(kāi)槽定子結(jié)構(gòu)，其中繞線(xiàn)按正弦繞線(xiàn)分布置于槽中，從而在氣隙中呈現(xiàn)正弦磁通分布。此磁通也連接轉(zhuǎn)子繞組，轉(zhuǎn)子繞組的兩端短接銅棒或鋁棒，并安裝在軟鐵或其它鐵基材料組成的堆棧式層壓結(jié)構(gòu)上。在大多數(shù)情況下，降低轉(zhuǎn)子棒的電阻可以提高電機(jī)效率。隨著這些導(dǎo)體中的磁通減少，轉(zhuǎn)子棒中將施加 d-flux/dt 電壓，從而在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生電流。換言之，電流從定子電路感應(yīng)到轉(zhuǎn)子電路，與從標(biāo)準(zhǔn)變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈感應(yīng)二次電流差不多。此轉(zhuǎn)子電流會(huì)產(chǎn)生自己的磁通，并與定子 mmF 交互產(chǎn)生扭矩。但是，為了在轉(zhuǎn)子棒上實(shí)現(xiàn) d-flux/dt 效應(yīng)，轉(zhuǎn)子不能以定子磁場(chǎng)相同的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。因此，感應(yīng)電機(jī)歸類(lèi)為異步電機(jī)。定子磁通矢量與轉(zhuǎn)子之間的轉(zhuǎn)速差異稱(chēng)為轉(zhuǎn)差。隨著電機(jī)軸所需扭矩增加，轉(zhuǎn)差率也會(huì)增加。總之，電機(jī)速度是定子極數(shù)、電機(jī)扭矩（最終為電機(jī)轉(zhuǎn)差）和 AC 輸入電壓頻率的函數(shù)關(guān)系。

　　3 相拓?fù)涫亲兯賾?yīng)用的理想選擇。3 相轉(zhuǎn)換器的常用方法如圖所示，只需改變所應(yīng)用波形的電壓和頻率（開(kāi)環(huán) V/Hz 或標(biāo)量控制），即可控制電機(jī)速度。在扭矩環(huán)路周?chē)乩@速度環(huán)路來(lái)采用場(chǎng)定向控制 （FOC），也可控制速度。前者可以通過(guò)經(jīng)濟(jì)的器件（如 MSP430）輕松實(shí)現(xiàn)，但 FOC 更適合強(qiáng)大的 32 位處理器（如 TI C2000 處理器）。

　　AC 感應(yīng)電機(jī)也有單相版本。多數(shù)單相版本實(shí)際上具有雙相，其中一個(gè)相位用于幫助啟動(dòng)電機(jī)。一旦電機(jī)達(dá)到一定速度，該相位斷開(kāi)，這樣電機(jī)就只在一個(gè)相位上運(yùn)行。

　　AC 感應(yīng)電機(jī) （ACIM） 系統(tǒng)的方框圖 （SBD），它具有微處理器、閘極驅(qū)動(dòng)器、隔離器件、工業(yè)接口和電源管理。

AC 感應(yīng)電機(jī)

　　設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

　　AC 感應(yīng)電機(jī)概述

　　AC 感應(yīng)電機(jī) （ACIM） 是消費(fèi)電子類(lèi)應(yīng)用和工業(yè)應(yīng)用中最受歡迎的電機(jī)。此電機(jī)高度可靠，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，其沒(méi)有刷子，因此不存在磨損，并且制造成本極低。另一重要特性是轉(zhuǎn)子不會(huì)產(chǎn)生任何移動(dòng)接觸，因此不會(huì)產(chǎn)生火花。但是，ACIM 與其它電機(jī)類(lèi)型相比，效率較低。

　　ACIM 速度取決于 AC 輸入電壓的頻率和定子繞線(xiàn)中的極數(shù)。AC 感應(yīng)電機(jī)提供單相和三相版本；三相是變速應(yīng)用的理想選擇。

　　微處理器

　　TI 的 Stellaris? C2000? 以及 Hercules? 微處理器 （MCU） 系列非常適合于控制 AC 感應(yīng)電機(jī)。所有這些 MCU 系列均可用于實(shí)施標(biāo)量或矢量控制技術(shù)。

　　C2000 MCU 適用于實(shí)時(shí)操作并具有高分辨率脈寬調(diào)制器 （PWM），可對(duì)閘極驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行精確控制。雙采樣保持、12 位、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 可對(duì)任何傳感器輸入進(jìn)行高精度采樣。

　　高性能 PWM 和 ADC 相結(jié)合可確保低扭矩紋波和高效電機(jī)控制。功能強(qiáng)大的 C2000 MCU 內(nèi)核架構(gòu)可快速執(zhí)行數(shù)學(xué)算法，并通過(guò)矢量控制控制電機(jī)。

　　Stellaris MCU 基于廣泛使用的 ARM Cortex M3 內(nèi)核并具有所有與電機(jī)控制相關(guān)的集成板載外設(shè)。Stellaris MCU 具有 10 位 ADC 和電機(jī)控制特定的 PWM，可為電機(jī)提供高效控制。板載通信外設(shè)（例如 USB 和以太網(wǎng)）啟用 MCU 用作聯(lián)網(wǎng)控制器，也可執(zhí)行電機(jī)控制。

　　Hercules 安全 MCU 是基于廣泛使用的 ARM Cortex R4 內(nèi)核，設(shè)計(jì)為簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)和認(rèn)證的安全關(guān)鍵型系統(tǒng)。Hercules MCU 具有多達(dá) 2 個(gè) 12 位 ADC。靈活的 HET 協(xié)處理器具有特定于電機(jī)控制的 PWM，可為電機(jī)提供高效控制。板載通信外設(shè)（例如，啟用 MCU 用作可同時(shí)執(zhí)行安全電機(jī)控制的安全聯(lián)網(wǎng)控制器的 USB、以太網(wǎng)和 CAN）。

　　隔離

　　TI 數(shù)字隔離器具有邏輯輸入和輸出緩沖器，這些緩沖器由 TI 的二氧化硅 （SiO2） 隔離勢(shì)壘進(jìn)行隔離，可提供 4kV 隔離。當(dāng)與隔離電源配合使用時(shí)，這些器件可阻止高電壓、隔離接地以及防止噪聲電流進(jìn)入本地接地并干擾或損害敏感電路。

　　接口/連接

　　傳統(tǒng)模擬 RS-232/RS-485 接口一直是電機(jī)控制應(yīng)用的常見(jiàn)選擇。展望未來(lái)，設(shè)計(jì)人員將在其產(chǎn)品中集成主流接口，如以太網(wǎng)、USB 和 CAN。

　　TI 致力于同時(shí)為傳統(tǒng)和新興工業(yè)接口提供解決方案。例如，TI 最近推出了全世界首款隔離式 CAN 收發(fā)器 ISO1050。

　　電源管理

　　德州儀器 （TI） 提供從標(biāo)準(zhǔn) IC 到高性能插件、變壓器、數(shù)字電源 MOSFET 和集成電源模塊的電源管理 IC 解決方案。

　　從 AC/DC 和 DC/DC 電源、線(xiàn)性穩(wěn)壓器和非隔離式開(kāi)關(guān) DC/DC 穩(wěn)壓器到 PMIC 和電源及顯示解決方案，德州儀器 （TI） 的電源管理 IC 解決方案都能幫助您完成項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。
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