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高桥久:深挖电机和逆变器控制技术的理由

时间:2015-06-20 08:38 来源: 作者: 点击:

  随着电器产品功能越来越强大,产品配备电机和逆变器的机会越来越多,一些高效及高性能的控制技术也逐步得到采用。在这种背景下,企业需要更多的能熟练运用电机和逆变器的技术人员。日本静冈理工科大学研究生院理工学研究科教授高桥久将在“技术者塾”中举办的题为“决定版!电机和逆变器的基础与控制”〔2015年6月26日(周五)〕讲座中讲演,笔者请他介绍了现在掌握电机和逆变器技术的意义。

  ‐‐为什么现在更需要电机和逆变器的控制技术?

  高桥:汽车和家电自不用说,就连今后有望发展的服务类机器人及福祉产品也会要用到很多电机。这些产品的电源大多不是交流电源,而是采用电池驱动,这就需要延长驱动时间。因此,需要提高电机的驱动效率,进行更加精密的控制。

  为此需要使用逆变器向电机提供合适的电力。合适的电力可以通过构建驱动电机的合适算法,并利用电子电路和计算机控制算法来实现。

  逆变器是将电力由直流转变成交流的机器,属于功率电路。如果不能正确地设计功率电路,功率器件的损失就会增大,驱动效率也就会随之降低。

  另外,只有熟悉电机的特性,才能设计出更高效驱动电机的算法。使用最近的电路、微计算机电路及程序等合理进行设计,就能构建出低价且高效的控制系统。

  ‐‐电机和逆变器控制今后会越来越重要吗?原因(背景)是什么?

  高桥:首先,汽车和家电上配备的电机数量飞增。服务类机器人及个人交通工具等移动设备今后也会迅速增加。日本经济产业省和新能源产业技术综合开发机构(NEDO)公布的预测显示,服务类机器人领域的销售额将由2015年的几千亿日元增至7万亿日元左右。

  这些设备大多用电池驱动,因此在使用固定(相同)容量电池的情况下,效率越高,使用时间就越长,使用起来也就越方便。在使用时间相同的情况下,效率越高,系统越容易小型化。因此,如何减小电机驱动电路的耗电量及如何提高控制系统的整体效率是关键所在。

  要想实现这一点,就需要在掌握电机和逆变器特性的基础上,能够充分运用这些特性的技术。今后电机的数量会进一步增加。因此,很多企业都会需要能够高效驱动电机的技术人员。

  ‐‐电机和逆变器控制的关键是什么?

  高桥:首先,要了解电机的特性。如果你不了解要驱动的电机的特性,即使驱动了电机,电机也不会按照你的预期运转。从这个意义上说,这或许跟人之间的交往方式非常相似。你请别人帮你做事时,如果你不清楚这个人的性格和特点,事情可能不会顺利。

  如果你已经了解了电机的特性,下一步掌握为电机供电的逆变器电路并知道如何设计控制信号将是实现高效驱动的关键。

  ‐‐“技术者塾”将重点介绍哪些要点?为何将重点放在这些方面?

  高桥:现在以及今后的社会将越来越依靠电子技术和机器人等控制系统来辅助人类。考虑到这些技术的前景,“技术者塾”将通过介绍最近的电机控制方法及逆变器等功率电路的具体事例,来介绍基础技术。

  具体会介绍电机的种类及其电气特性、电机所需要的功能、逆变器电路及双向型DC-DC转换器、电源电路、降低噪声的电路构成、熟练使用电机所需要的等效电路及PD控制等控制方式、永磁同步电机的矢量控制方法及非干扰控制方法、PS(嵌入磁铁式同步电机)的特性和最大扭矩控制、能源再生方法等。

  驱动电机的控制算法因使用的电机和使用的系统而异。因此,还将介绍确认哪种控制方法合适的方法等。

  ‐‐讲座受众是哪些人?

  高桥:今后想使用电机的技术人员、想了解电机和逆变器构成的技术人员、设计电机驱动电路的技术人员、设计电机控制系统的技术人员、想开发服务机器人等的技术人员、想了解电机控制的技术人员等。由于电机作为动力源广泛使用,受众也会很广泛。

  技术者塾将通过列举实例,通俗易懂地讲解电机的基础、实用电路及控制方法。从电机初学者到想更高效使用电机的技术人员都可以参加讲座。

  ‐‐通过参加技术者塾,听众能掌握些什么技能?

  高桥:可以学到以下内容。首先,能了解电机的种类和特点以及驱动电路。另外,还可以了解永磁同步电机的控制电路和控制方法。还可以了解能源再生的方法,了解电机驱动电路和逆变器。另外,能够知道控制逆变器供给电压的转换器,了解能够实现能源再生的控制方式。并且,还能了解PS的高效控制方法。(采访人:近冈 裕)

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