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低功耗电机的界定及使用标准。

内容简介:从小功率电机的分类可以看出,小功率电机是电气设备不可或缺的驱动部件,其应用范围之广几乎遍布所有行业,特别是与人们的日常生活关系紧密更是它的显著特点,如风扇、空调、冰箱、洗衣机、排油烟机、小家电、健身器具、工业缝纫机、水泵、汽车电器等家庭、办公电气化用具中都是由小功率电动机来驱动。
      车载/家用电器用电机主要是小功率电机,凡车载/家庭中有转动件的,都是由电机来驱动的,而且绝大部分为中小功率电机,如空调用的室内机风扇电机、室外机的风扇电机、压缩机、室内机转叶电机等。车载/家用电器性能与所匹配的小功率电机有着直接的关系,电机的效率、功率因数、调速范围及噪声直接与家用电器的节能环保有着密切的关系。

      随着科学技术的快速发展和人们生活水平的不断提高,小功率电机作为一个动力驱动源应用十分广泛,在世界各国的经济发展中占据越来越重要的地位,这一产业为促进许多工业国经济发展发挥着重要作用。目前我国车载/家用电器行业增长显著,发展态势良好,为车载/家用电器用电机提供广阔的市场。
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      1小功率电机的界定及应用范围(1)小功率电机的界定。国内通常按功率大小将电机分为大型电机、中小型电机、小功率电机等三大类。依据GB2900. 27- 1995电工名词述语小功率电动机标准定义,小功率电机是指折算到1 500 r/m in时,最大连续定额不超过1. 1 kW的电动机,即1. 1 kW及以下电机统称为小功率电机,它包含了人们通常所说的分马力电机和微电机。由于它与人民生活休戚相关,已被列入国家强制性认证目录。小功率电机种类繁多,大致可分为三相异步电动机、三相电泵、洗衣机用电动机、空调器风扇用电动机等27类。

      (2)小功率电机的应用范围。国际上有一种较为形象的评判方法:一个国家或地区的经济发达程度可依据每个家庭拥有小功率电机的数量来考量。

      这较好地说明了小功率电机与国计民生的重要性关系。不包括汽车用电机,我国目前城镇家庭平均电机拥有量为15 50个,而发达国家每个家庭电机拥有量为70 100个。这反映了我国与发达国家在总体上的差距,也体现了小功率电机广阔的发展前景。

      小功率电机是我国工业体系的一个重要组成部分,是主机产品的驱动、控制执行部件。这些电机广泛应用于军工设备、电子产品、工业自动控制系统、家用电器、交通工具、电动工具、康乐器具、仪器仪表等方面,是量大面广的竞争性行业,随着技术进步、技术创新的不断发展,又是科技含量较高的一个成长性行业。

      从小功率电机的分类可以看出,小功率电机是电气设备不可或缺的驱动部件,其应用范围之广几乎遍布所有行业,特别是与人们的日常生活关系紧密更是它的显著特点,如风扇、空调、冰箱、洗衣机、排油烟机、小家电、健身器具、工业缝纫机、水泵、汽车电器等家庭、办公电气化用具中都是由小功率电动机来驱动。同时电机还是这些产品的关键部件,其技术性能、可靠性等直接决定了家电产品的技术水平和产品质量。

      2小功率电机在国民经济中的地位和作用随着科学技术的快速发展和人民生活水平的不断提高,各类电机在工业自动化和人们的生活工作中正起着越来越大的作用。小功率电机作为一个动力驱动源应用十分广泛,在世界各国的经济发展中占据着越来越重要的地位,这一产业为牵引许多工业国经济发展的腾飞发挥着重要作用。小功率电机作为家用电器和汽车机电能量转换及自动化程度提高的核心驱动执行部件,电机的相关性能指标直接决定了家用电器、设备的性能和技术水平。它不仅是工业设备的动力,同时也是实现生活现代化的动力。电机质量和先进程度同样也是反映一个国家自动化水平的指标,电机质量决定着人们的生活质量和国家的工业化水平。

      电机作为机电能量转换的重要装置,是电气传动的基础部件,其耗电量占据了全部用电量的60%以上,对国民经济、能源利用、环境保护和人民生活质量的提高都起着十分重要的作用。因此,开发高效、节能、降耗、可靠性高的小功率电机产品,推荐一批产品技术质量高、市场信誉好的小功率电机名优产品给国内外广大用户选择,打造具有民族品牌的电机产品,增强国际竞争力,对确保国民经济可持续发展具有极其重要的战略意义。

      小功率电机是重要的机械基础件和智能型执行元件,行业内的多数产品都列入了国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录,符合信息化带动工业化的发展要求,受国家产业政策的扶持,符合国家产业结构的发展方向。

      3车载/家用电器中的单片机控制驱动电路和接口电路在车载/家用电器的制方面,现在越来越趋向于小型化和智能化,要实现这种功能,微型计算机起了一个很重要的作用。应该说,单片机在车载/家用电器的控制方面有着广泛的应用。如何利用单片机等小功率的器件去控制大功率器件十分重要。

      随着微电子技术的发展,单片机在车载/家用电器中的应用越来越广泛。单片机需要根据一定的控制规律控制家用电器中的一些功率部件工作,这些部件是实现车载/家用电器功能的重要部件。例如洗衣机中的洗涤电机和脱水电机;电热炉中的加热元件(硅碳棒或电热丝等);电冰箱和空调器中的压缩电机;在微波炉中的磁控管;在电磁炉中的变换电路,在半导体冰箱中的热电堆管等。单片机是微电子器件,它的输入信号功率很小,要直接驱动大功率部件,需要中间变换电路,这种电路就是(单片机电机)中间驱动电路接口。

      电机的控制是车载/家用电器中一种普遍的应用技术,用单片机去控制车载/家用电器中的电机,使之具有一定的状态和性能,必须有适当的接口电路。一方面,电机是大功率执行元件,另一方面,它是感性负载。在车载/家电的控制中,应给予考虑。

      例如洗衣机和电冰箱及空调器等车载/家用电器中都是由电机拖动工作,而且这些电机的工作状态是不一样的。空调器和电冰箱的电机用于带动压缩机工作,工作在间歇状态;洗衣机中的电机则工作在正反转状态;而电风扇的电机则工作在长期运行工作状态或调速工作状态。要用单片机进行控制必须采用不同的驱动电路和接口电路。

      (1)电机控制的基本元件和电路。双向光电耦合器和一般光电耦合器不同。一般光电耦合器由发光二极管和光敏三极管组成,所以输出级光敏三极管中的电流是单向的。在双向光电耦合器中,输入级是发光二极管,输出级是光敏双向管,在导通时,流过的双向电流达100 mA,压降小于3 V,导通时最小维持电流为100 A.在截止时,其阻断电压为直流250 V,当维持电流小于100 A时,双向管从导通变为截止。当阻断电压大于250 V,或发光二极管发光时,则双向管导通。为了降低双向光电耦合器的误触发率,通常在光电耦合器的输出端加阻容吸收电路。双向光电耦合器又称为双向晶闸管驱动器,专门用于驱动双向晶闸管。类型有过零触发耦合器(例如MOC3030等)和非过零触发耦合器(例如MOC3009)两种。

      固态继电器是电子继电器,它有两个输入端和两个输出端,输入端和输出端之间有光电隔离,并且是过零开关输出。其特点是:无运动部件,所以无振动,无冲击噪声;开关速度快,通常小于10 s;不会产生抖动输出;在半个周期内有锁存功能;灵敏度高;可直接由TTL或CMOS逻辑控制,输出端的电容小等。经常用于微机控制的接口电路中。

      在220 V的感性负载控制电路中采用两个双向光电耦合器。因为每个双向光电耦合器只能耐250 V的直流电压,不能直接用在220 V的交流电路中(其峰值电压为311 V)。由于感性负载电流和电压不同相,所以其电压的变化率就升高,由此容易引起误触发。为了减小电压的变化率,常在电路中加RC阻容吸收环节,如果双向可控硅所控制的是电阻性负载,可以不用RC阻容吸收电路。

      (2)单片机的电机驱动接口电路。大功率驱动部件-电机,在家用电器中一般有两种工作方式,一种是开关控制方式;另一种是调压控制方式。前者用于起停压缩机及洗涤电机等;后者用于电风扇等的调速控制。在有些家用电器中,需要对电机进行调速,可利用驱动控制电路实现。这些电路的工作还需要电源过零信号同步。电源过零信号可以从电源变压器低压端整流后取得。随着移相角不同,双向可控硅的导通情况就不同,电机上得到的电压就不同,所以它的速度也就不同,从而达到了调速的目的。

      4家用电器用小功率电机的发展现状家用电器的节能已成为世界性的重要话题。20世纪70年代,美国电冰箱实施能效标准以后,电冰箱的平均额定耗电量由1972年的1 725 kWh /年降到1996年661 kWh /年。根据计算,美国从1990年2015年间,家用电器直接节电将达到340 440亿美元。1978年10月,日本成立了全国性的节能中心,各大公司纷纷响应。

      现代家用电器中一般都有静音降噪要求,噪声指标也是衡量该产品性能优劣的标志之一,家用电器中的噪声与其中小功率电机的结构、性能、振动、电磁干扰等紧密相关。因此对电机的噪声控制就相当严格。如家用空调器的贯流风机的噪声要求就在30 dB以内。智能化就是在无刷直流电动机基础上,结合现代控制技术、微处理器技术、数字化技术及电子技术。具体产品如全自动洗衣机、智能型变频空调。

      如日本三菱公司房间空调器制作所研制成功模糊控制的变频空调器,在日本为首创,这种空调器具有以下优点:一是室温稳定性好,在普通空调器的控制中,即通过开、停运转形成轻负荷,在模糊控制中可连续运转,所以室内温度稳定性好,舒适性提高;二是对室温变化反应敏捷。例如在制热过程中,开门时室温的恢复时间可比普通空调缩短45% ;三是节能效果明显。通过减少开、停运转,耗电量减少到只有普通空调器耗电量的76%.

      我国家用电器用小功率电机的研制较早,从20世纪50年代就开始研制生产,但直到20世纪80年代改革开放以后才得到较大的发展。发展初期都是以国有企业为主,随着改革开放的深入,广东沿海地区、华东地区及那些改革开放较早的地区开始兴办合资或民营小电机企业或电机的零部件企业、测试设备企业,发展到现在已初步形成了一定的规模。

      据统计,目前,我国小功率电机生产及配套厂家在1 000家以上,从业人员超过10万人,工业总产值超过150亿元,并且以每年18%的速度递增,产量已占世界产量的60%以上,小电机产业呈现一派蒸蒸日上繁荣之景象,已成为国民经济和中不可缺少的基础性工业。

      我国小功率电机从制作简单、性能单一、小规模生产,发展到现在已形成了新型材料、电子、电气技术得到广泛应用的高技术产品,且已批量化大规模生产,从而也成为了全球小功率电机的生产制造基地,我国小功率电机均采用国际标准或国外先进标准,等效或等同或参照采用IEC60072、IEC60034等国际标准和MG1美国NEMA标准,且实物质量达到或超过国际先进的同类产品水平,具有较强的国际竞争力。我国小功率电机主要生产企业还拥有较多的自主知识产权和核心技术,科技含量较高。

      5小功率电机的巨大商机(1)车用小功率电机的市场需求量。随着技术的不断进步,现代汽车中所使用的小功率电机数量不断增多,如窗口升降电机、空调风扇电机、风挡洗涤器用电机、天线驱动电机、后视镜电机、ABS系统电机等品种繁多。

      车用小功率电机需求量大,而且正在快速地向永磁化、无刷化方向发展。据统计,普通型轿车每辆使用20台小功率电机,高级轿车每辆使用达40 50台,豪华型轿车每辆多达60 70台。特别是现代汽车已成为小功率电机的一大应用领域。

      现在世界汽车年产量近达6 000万辆左右,按每辆汽车使用电机数从目前的20台,到2007年增加到30台,预测需要电机从8亿台将增加到16亿台。2006年我国汽车产销量分为727. 97万和721 6万辆,所配套使用的车用小功率电机数量可观。巨大的市场、丰厚的利润将推动小功率电机走向新的发展高潮。

      电动自行车和摩托车向电动型发展,使得城市污染将有效减少,这种环保型产品越来越受到各国关注,国外市场很大。全球电动自行车市场主要在亚洲,亚洲市场主要在中国, 2006年亚洲产量为500万辆。预计5年后我国电动自行车年需求量将超过1 000万辆,无刷和有刷型电动车电机将达到1 000万套/年。摩托车行业前景同样乐观, 2004年我国摩托车年产量超过1 300万辆,占全世界摩托车产量的50%以上; 2005年摩托车总产量突破1 200万辆,需要起动电机1 000万套/年。

      (2)办公自动化及计算机外围设备用电机的市场容量。随着我国国民经济的发展,办公自动化设备、计算机外围设备、音像设备等需用的精密永磁直流电动机、无刷直流电动机、稳速直流电动机、盘式绕线直流电动机和步进电动机等市场正迅速扩展。

      无论是PC机、打印机、复印机和传真机,都要大量使用小功率电机。预计2008年中国计算机市场将保持14. 1%的年均增长,到2008年整个市场规模将超过2 000亿元人民币。包括台式PC机、笔记本电脑以及PC服务器在内的PC市场预计在2008年将形成1 800亿元以上的市场规模。其销量及销售收入复合增长将分别达到17. 5%、14. 9% ,全球PC机出货量也在逐年增长,而每台PC机中的电机数不下10台。近年中国打印机市场总量达到800万台,销售额110亿元人民币,市场总体持增长态势;2007年的中国市场环境相对宽松,市场容量将会扩大,预计总增长率大概在10% 15%之间。而每部打印机中包括4 5台小功率电机,到2008年仅打印机用电机一项就有5 000多万台的市场需求。在未来的几年里,中国的复印机需求量将达到每年100万台的规模,同时需求量将以10%的年平均增长速度前进,市场容量每年超过300亿元人民币。

      每部复印机平均要用到5 6台小功率电机,市场容量超过20亿元人民币。

      (3)信息产业专用的各类小功率电机产品未来五年内,国家将重点推进超大规模IC电路的产业化,国家计划在元器件、IC电路领域投入约1 000亿美元,据估算其中有800亿美元是用于生产元器件、IC电路的装备投入。据业内人士的经验估计,这些装备中约有8% (即64亿美元)需采用小功率电机(主要为功率! 3 kW以下的伺服电机)的执行、驱动元件。随着信息产业的发展, IC器件专用加工机械也必将迅速发展,需求量也必将大幅度提高,各类小功率电机产品的市场前景十分广阔。

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