电机智能控制如何降低能耗的方法（电机智能控制如何降低能耗呢）

越来越多的企业和个人正在寻找减少能源足迹并增加可再生资源使用的方法。为了取得显著成果，我们应该关注哪里？

全球65% 以上的电力用于为工业环境、商业建筑和个人住宅中的电机和电源提供动力。根据我们的数据世界，60%的电力来自燃烧煤炭和天然气，不到10%来自可再生能源。智能变频数字电机控制，可降低能耗25%以上。智能数字功率控制可以最大限度地提高太阳能和风能的生产效率，并最大限度地减少超高耗能设备的功耗。在本文中，我们将探讨智能控制应用的一些趋势，并分享智能控制如何降低能源消耗和提高可再生能源效率的示例。

智能电机控制

空调（图1）是电网的主要用电设备。虽然具体的效率标准因地区而异，但所有设计都需要实施先进的电机控制和功率因数校正(PFC) 算法，以实现目标额定值并满足功率因数规范。

控制空调中的每个电机（压缩机、冷却风扇）可能需要一个以高达20kHz 的频率运行的控制回路。另一方面，PFC 通常需要高达50kHz 的工作频率。因此，为了可靠地实现多个高频控制环路，微控制器(MCU) 必须能够快速有效地处理计算，几乎没有延迟。

图1：空调系统框图

用于空调系统的MCU 需要多个模数(ADC) 和脉宽调制(PWM) 通道，以灵活地同步开关事件并独立采样和控制逆变器和PFC 电路。模拟比较器和PWM 干扰消除是电力电子保护所必需的。

用于空调的MCU 还将提供时钟保护，包括两个精度高于1% 的片上振荡器，以及看门狗和时钟故障检测电路，符合国际电工委员会60730 的要求。

采用数字交错式PFC 的空调双电机控制参考设计提供了单个64 引脚C2000Tm TMS320F2800137 MCU 的硬件和软件示例，该MCU 通过数字交错式72kHz 高压PFC 级控制压缩机和风扇电机，效率达97%，可提供96% 的功率效率（图2）以及许多常见的系统和通信功能。

图2：空调PFC 转换器参考设计的功率效率

由于C2000 实时MCU 架构经过优化，可减少检测(ADC)、处理(CPU) 和控制(PWM) 之间的延迟，因此仅消耗40KB 闪存和30% 的中央处理单元(CPU)。根据TI 基准测试，Arm Cortex-M7F MCU 需要以240MHz 运行，才能提供与我们的120MHz 设备相同的整体性能。

该参考设计可扩展至单电机和电机增强型PFC 应用，具有更小的TMS320F2800137 系列48 或32 引脚封装以及64KB 至256KB 片上非易失性闪存选项。该参考设计还可用于提高住宅空调系统中几乎所有电机的效率，从工业应用中的低压电池供电设备到超高功率交流驱动器，均适用于变速、可变负载系统。

智能数字电源

对于数字电力，目标是更有效地创造可再生能源，以及更有效地转换和使用能源。例如，太阳能市场正从集中式大功率光伏逆变器转向分布式低功率太阳能系统，例如微型逆变器和功率优化器。通常，每隔几块太阳能电池板就安装一个这样的微型逆变器和功率优化器，以在复杂的日光条件下产生更低的能量损失和更高的效率。随着越来越多的模块级电力电子器件被添加到太阳能系统中，实时MCU 需要低成本，但仍然足够强大，以便在其控制下对每个太阳能电池板执行最大功率点跟踪。

全球能源利用需求不断增长，需要高效、紧凑和稳定的电源。这一要求给电源转换系统的设计人员带来了挑战：提供功率密集型设计，同时满足“足够小但高性能”系统的效率和快速瞬态响应要求。此外，推动现有模拟设计数字化以提高可扩展性也产生了对低成本、高性能实时MCU 解决方案的需求。

新的实时控制MCU 系列

作为C2000 实时MCU 产品系列的新成员，TMS320F2800137 有助于降低实时技术成本并扩展长期软件兼容性平台，为模拟和数字设计人员提供低、中和高级选项。借助这个新系列，电机控制、电网基础设施和工业电力应用领域的工程师可以创造出减少能源足迹的产品，同时增加可再生资源的使用。