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市场分析
专用电机驱动器市场前景广阔。
内容简介:通用电机驱动器的国际厂商主要是日系厂商松下、三菱、安川、富士和日立,这些通用电机驱动器出货量大,适用面广,通用性好,在市场上占有率高。多数中国电机驱动器厂商也主要针对通用电机驱动器市场,比如台达、英威腾、正弦、易能和迈信。
  变频器、伺服驱动器、步进驱动器、无刷直流电机驱动可以统称为电机驱动器(MotorDrives)。按应用分,我们把电机驱动器又分成通用电机驱动器和专用电机驱动器,通用电机驱动器不针对某种应用,可以广泛的应用在机床、纺织、包装、印刷、食品等各种机械中。通用电机驱动器的国际厂商主要是日系厂商松下、三菱、安川、富士和日立,这些通用电机驱动器出货量大,适用面广,通用性好,在市场上占有率高。多数中国电机驱动器厂商也主要针对通用电机驱动器市场,比如台达、英威腾、正弦、易能和迈信。专用电机驱动的国际厂商有Kollmorgen(Danaher)、Lenze、BoschRexroth和Elmo,这些公司的电机驱动器专用性比较强,非常适合一些细分行业和应用。本土代表性的专用驱动器厂商有汇川,南海华腾和麦格米特,这些公司与华为都有历史渊源,有很深的华为基因,专注于细分市场,在技术上注重研发,公司文化狼性十足。欧美公司大公司西门子,ABBwww.cechina.cn,Schneider等公司产品线比较宽,所以专用驱动和通用驱动都有涉足。 
  步进电动机和步进电动机驱动器构成步进电机驱动系统。步进电动机驱动系统的性能,不但取决于步进电动机自身的性能,也取决于步进电动机驱动器的优劣。对步进电动机驱动器的研究几乎是与步进电动机的研究同步进行的。
  IHS公司高级分析师周万木指出,专用电机驱动器相对于通用电机驱动器市场表现得更好,成为电机驱动器市场的亮点,比较突出的应用有:电动车和轨道交通电机驱动器,抽油机电机驱动器,电梯专用驱动器和电梯一体机,注塑机专用驱动器以及空气压缩机,水泵,风机专用驱动器。 
  步进电机驱动器是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”),它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。 
  电动车和轨道交通电机驱动器 
  高密度,高效率,宽调速的牵引电机以及其控制系统是电动车的心脏,目前主要有永磁无刷(包括直流和交流)电机驱动和交流异步电机驱动两种解决方案。目前轨道交通主要用的是交流感应异步电机,而大多数的电动汽车主要用永磁无刷直流电机或者永磁无刷交流电机。电动车中的电机驱动器主要起两方面的作用:一是将电池的电能转换为电机的机械能CONTROLENGINEERINGChina版权所有,并控制转矩和速度,二是将减速产生的多余能量回馈并储存到电池中。最近很火的TeslaModelS电动汽车没有采用永磁电机,而用铜转子四极三相交流异步电机。IHS分析师周万木认为主要原因有两方面,从技术上来讲,感应电机和永磁电机各有优劣势,但交流感应电机简单,可靠,在很宽的速度范围内可以保持高效。从市场上来讲,产品上市时间点和上市速度也会作为重要权衡指标,沿用TeslaRoadster原有的交流感应电机设计比较方便。 
  目前,本土厂商南海华腾和麦格米特在电动车电机驱动领域表现不错,从主驱动电机驱动器到辅助电机驱动器的研发,生产,销售都取得了一定进展,出货量增长很快。此外在ISG和BSG电机控制器,油泵电机控制器、气泵控制器等辅助电机控制器均得到小批量试用。 
  抽油机电机驱动器 
  抽油机是油田生产中使用最多的耗能设备,电机功率比较大,用的最多的是37KW和45KW电机,部分使用55KW和75KW电机。在实际开采作业过程中,抽油机受油井的井深、油质、杂质、含沙量、含水量、环境温度、纬度等诸多实际工况的影响,负载变化比较大,须经常性地调整作业冲次、冲程,电机速度甚至于电机的功率。 
  抽油机对电机控制系统的基本要求是:大范围稳定可靠的无级调速,低速转矩大,具有比较显著的节电效果。抽油机电机驱动器既可以控制普通三相异步电动机,也可以控制变频电机和伺服电机。传统油田抽油机是由工业异步电机和大速比的减速箱来实现,设备由减速箱、皮带轮、20余米长的游梁、驴头组成,采用的三相交流异步伺服电机有结构简单,价格低廉,运行可靠,免维护及使用寿命的优点。 
  针对抽油机的专用电机驱动方案比较多CONTROLENGINEERINGChina版权所有,浙江大学和一些石油科研院所对抽油机的研究取得一定进展,新的方案采用专用电机驱动器和低速大扭矩的永磁无刷电机,省电50%以上,占地面积减少近一亩。 
  空气压缩机,水泵和风机专用驱动器,一体机 
  空气压缩机,水泵和风机在工业和民用领域使用极为广泛,这些设备耗电量占整个工业系统电力消耗的60%以上。之前,很多这样应用比较粗放,并没有考虑节能和效率,能源浪费严重,随着国家节能惠民工程的推广,新的电机驱动方案层出不同。IHS分析师周万木分析到,就拿水泵来说,之前都是用定速泵,现在开始使用调速泵,之前大量使用传统的异步感应电动机,现在开始使用高效异步电动机控制工程网版权所有,甚至开始使用永磁电机,之前不加变频器,现在开始使用通用变频器,甚至使用更加高效的专用电机驱动器。 
  高效异步感应电机和通用变频器的搭配使用可以在很大程度上提高效率CONTROLENGINEERINGChina版权所有,节约电能,但缺点是成本很高,如果没有国家补贴,一般的单位不会用也用不起。如果用永磁无刷电机搭配专用电机控制器,只针对空压机,水泵和风机设计方案,可以在一定程度上降低成本。 
  国内一些公司在这方面做了一些尝试,四方做了一些空压机一体机方案,集成了空压机行业应用中常用的外设需求,无须另外增加电气元件及线路,使用非常方便。 
  当电机转动起来,控制部会再根据驱动器设定的速度及加/减速率所组成的命令 (Command)与hall-sensor信号变化的速度加以比对(或由软件运算)再来决定由下一组(AH、BL或AH、CL或BH、CL或……)开关 导通,以及导通时间长短。速度不够则开长,速度过头则减短,此部份工作就由PWM来完成。PWM是决定电机转速快或慢的方式,如何产生这样的PWM才是要 达到较精准速度控制的核心。高转速的速度控制必须考虑到系统的CLOCK 分辨率是否足以掌握处理软件指令的时间,另外对于hall-sensor信号变化的资料存取方式也影响到处理器效能与判定正确性、实时性。至于低转速的速 度控制尤其是低速起动则因为回传的hall-sensor信号变化变得更慢,怎样撷取信号方式、处理时机以及根据电机特性适当配置控制参数值就显得非常重 要。或者速度回传改变以encoder变化为参考,使信号分辨率增加以期得到更佳的控制。电机能够运转顺畅而且响应良好,P.I.D.控制的恰当与否也无 法忽视。之前提到直流无刷电机是闭回路控制,因此回授信号就等于是告诉控制部现在电机转速距离目标速度还差多少,这就是误差(Error)。知道了误差自 然就要补偿,方式有传统的工程控制如P.I.D.控制。但控制的状态及环境其实是复杂多变的,若要控制的坚固耐用则要考虑的因素恐怕不是传统的工程控制能 完全掌握,所以模糊控制、专家系统及神经网络也将被纳入成为智能型P.I.D.控制的重要理论。
  电梯专用驱动器和电梯一体机 
  2012年中国的城市化率已接近53%,中国目前还处于城市化快速发展阶段,预计到2020年,我国城市化率将增至60%,2050年将攀升至70%。城市化所带动的城市基础设施建设、商用建筑、住宅等市场的发展将会持续拉动电梯需求的增长。2011年我国电梯产量约为45万台,2012年电梯产量达53万台,预计未来几年我国电梯产量仍将保持较快增长。 
  得益于电梯行业的稳定增长,电梯一体化驱动器在国内发展的非常快,一体机融合了电梯的控制和电机驱动,系统运用更加简单可靠,产品广泛应用于客梯、扶梯和货梯。IHS分析师周万木认为,国外供应商在电梯一体化驱动器市场中所占市场份额较小,这个市场主要由本土厂商占据,领先的厂商是苏州默纳克(汇川技术)和上海新时达,其他厂商还有沈阳蓝光、正弦电气、麦格米特、阿尔法、苏州远志科技、杭州优迈科技、上海瑞生、无锡中秀、江门蒙德、广州日滨等。 
  注塑机专用驱动器 
  注塑成型加工行业属于生产密集型产业,注塑机作为其主力设备,是公认的“耗能大户”,电能利用率普遍较低。随着行业内竞争日趋激烈,企业的利润空间进一步缩小,电费占总成本的比例越来越高,让企业主不堪重负。 
  发展全电动式注塑机,电液混合注塑机和电动式吹塑机,替代液压式注塑机和液压式吹塑机是一个重要的市场趋势。采用注塑机专用驱动器搭配伺服电机的方案,一方面可以节约能耗60%以上,在大型注塑机和吹塑机上尤为明显;另外一方面,高效率永磁电机完善的自适应及电机控制算法,可以根据注塑工艺的需求控制力矩和位置,可以极大的提高注塑制品的重复精度。 
  要让电机转动起来,首先控制部就必须根据hall-sensor感应到的电机转子目前所在位置,然后依照定子绕线决定开启(或关闭)换流器 (inverter)中功率晶体管的顺序,如 下(图二) inverter中之AH、BH、CH(这些称为上臂功率晶体管)及AL、BL、CL(这些称为下臂功率晶体管),使电流依序流经电机线圈产生顺向(或逆 向)旋转磁场,并与转子的磁铁相互作用,如此就能使电机顺时/逆时转动。当电机转子转动到hall-sensor感应出另一组信号的位置时,控制部又再开 启下一组功率晶体管,如此循环电机就可以依同一方向继续转动直到控制部决定要电机转子停止则关闭功率晶体管(或只开下臂功率晶体管);要电机转子反向则功 率晶体管开启顺序相反。 基本上功率晶体管的开法可举例如下: AH、BL一组→AH、CL一组→BH、CL一组→BH、AL一组→CH、AL一组→CH、BL一组 但绝不能开成AH、AL或BH、BL或CH、CL。此外因为电子零件总有开关的响应时间,所以功率晶体管在关与开的交错时间要将零件的响应时间考虑进去,否则当上臂(或下臂)尚未完全关闭,下臂(或上臂)就已开启,结果就造成上、下臂短路而使功率晶体管烧毁。
  分析师周万木认为,随着海天长飞亚等公司全电动注塑机出货量的增长,注塑机行业对专用电机驱动器的需求也将稳步提升,在注塑机专用驱动器领域发展的比较好的本土厂商主要有汇川和江门蒙德,国外的厂商主要是科比和力士乐。
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