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33解决方案SOLUTION
电动机堵转的原因及解决方案
我们来认识一下电动机的运行曲线和保护曲线,如下:
我们来认识一下电动机的运行曲线和保护曲线,如下:
图1:电动机曲线 图1中,横坐标是电流,纵坐标是电机时间;图中位置较低的黄色曲线是电动机曲线,位置较高的曲线是保护装置的曲线,也即保护电动机断路器的脱扣曲线。
1.电动机的起动过程
第一阶段,起动静止阶段
设想,我们的电动机回路开关闭合,于是电动机被瞬间加上电压。
由于电机带有负载,在负载的阻转矩和电机转子旋转惯性的作用下,电机并不会立即旋转,其转子还停留在静止状态。
这时出现在电机定子绕组中的电流叫做起动冲击电流Ip,见横坐标的标识。<这时出现在电机定子绕组中的电流叫做起动冲击电流Ip,见横坐标的标识。/p>
起动冲击电流Ip的大小约等于电动机额定电流的10~14倍。一般按12倍来计算。
第二阶段,起动和堵转阶段
电机转子开始旋转,电机电流开始回落。在电机曲线的中段横坐标中我们能看到起动电流的标识。
同时,电动机的堵转电流也出现在这里。
起动和堵转电流Ir约等于额定电流的4~8.4倍。一般按6倍来计算。
第三阶段,运行阶段
运行阶段电动机转子转速已经到达额定值,电机电流也回落到额定值。
在电机曲线的最左侧,也即曲线的最高处,我们看到了横坐标上标记了额定运行电流。
电动机额定运行电流In在数值上大约等于2倍的电动机额定功率Pm。例如某电机的功率是1kW,则它的额定电流大约等于2X1=2A。
2.电动机需要何种保护?
从图1中我们能看到,电动机需要有三种类型的保护:
第一种是过载保护。
它的特点是:电流范围从0.7倍额定值到1.2倍额定值,保护动作的时间长度与电流大小相反。
电机电流越大,保护动作时间也就越短。这种电流-时间关系被称为反时限L动作关系。
值得注意的是,电流-时间动作曲线不一定成反比,也可能与电流的平方成反比。从图1中我们能看到L保护曲线是反时限的。
我们看到L参数的垂直线部分有可调电流的标记,曲线部分则有可同时调电流和时间的标记。
第二种就是堵转保护。
我们已经知道,当电动机起动时它的起动电流较大,而且需要经历一定的时间。因此,堵转保护的动作值和时间长度必须将电动机的起动排除掉。
在实际设定保护时,我们只需要让保护动作的电流值大于电动机的起动电流,让保护动作的时间长度大于电动机起动时间。
由于此处的整定值是固定的,因此电流-时间的特性曲线是水平线和垂直线,又叫做定时限R动作关系。
我们从图1中能看到R保护曲线是定时限的。我们看到R的垂直线有可调电流的标记,水平线有可调时间的标记。
第三种是短路保护。
我们已经知道,电动机的起动冲击电流很大,可达10~14倍额定值。因此,短路保护的整定值必须大于电动机的起动冲击电流。
短路保护I参数的曲线是定时限的,而且时间不可调。它的动作时间其实就是保护装置测量和执行短路保护的最短时间。
图1中的I保护就是短路保护。我们看到它的垂直线有可调电流值的标记。
3.执行电动机保护的元器件和它们之间的协调关系
图2:电动机保护的元器件及保护协调关系 图2的左边就是主回路中的保护元件。其中执行过载保护的是热继电器,执行短路保护的是断路器,执行合分操作的是接触器。
当发生短路时,在断路器还未动作前,热继电器和接触器必须要承受短路电流的热冲击。因此,断路器的短路保护动作关系与热继电器和接触器之间一定存在保护的协调配合关系,见图2右图中的各个曲线。
由于内容很多,限于篇幅此处略去配合关系的讨论和说明。
4.当玩具电机由电池供电时,我们用手捏住它的转子,强制性地让电机出现堵转。
由图1可知,此时一定会出现堵转电流。我们来看下图:
图3是正常运行状态的电机,我们看到,加载在电机两端的电压会略低于电池电动势,其差值就是电池内阻r上的压降。
当电机出现堵转时,电流相对额定值要大得多。
我们从图4中看到,电机两端的电压从U急剧下降到,下降的原因是因为堵转电流在电池内阻r上的电压也急剧增加,致使加载到电机两端的电压也降低。
但是,由于这时的电流是堵转电流,它将对电机定子绕组中产生剧烈的加热作用,严重时将使得电机烧毁。
在实际工作中,例如起重机电机,当起重物体太重超过电机的载荷能力,这时电机是否会烧掉呢?
答案是否定的。起重机的电机是一种专门设计的电机,当载荷过大超过起重能力时,即使此时电机的转速近于零,但电机定子电流却增加不多。
起重电机在转子回路中串接了许多电阻,使得电机电流不会因为堵转而大增,由此保护电机。
这种特性叫做电动机机械特性的硬度。
电动机负载特性越硬,带载能力就越强,堵转后的电流也就越大,电机也越容易烧毁;
反之,电动机机械特性越软,带载能力就越差,但堵转后的电流就越小,电机越不容易烧毁。
下图是起重电机的机械特性曲线:
我们看到,转子中电阻串的越多,它的机械特性就越软,由此保护电机。
有点象硬汉子脾气大,力气也大,干活时就要仰仗硬汉子。但谈判时硬汉子非出问题不可,这时就需要依靠肯动脑筋的软汉子,或者娘子军了。
堵转对电机的危害
电机堵转的原因很多:转子与定子接触被卡死、被驱动设备卡死、设备负荷太大电机无法驱动等等,都会造成堵转。
电机堵转后定子绕组将流过5-10倍的额定电流,使得定子快速发热,烧毁绕组;
电机应当装设过流保护,当电机合闸启动后较长时间不能转动、电流不能降下来,过流保护将动作,跳开电机的电源开关。
这个过流保护可以是热继电器,也可以是空气开关自带的过流保护,也可以是外装的过流保护;
过流保护动作后,立即对电机进行检查,确定问题后进行检修。
解决堵转的常规手段:首先要确定正常工作时的电流究竟是多少,这个要实际值,不是理论的。
其次你的电机是否确定不容许出现堵转的情况。那么如果一次都不能堵转,最简单的办法是在电路中加入保险丝,保险值为1.5-2倍正常电流值。
最有效的方式是在负载中串入一个采样电阻,用MCU来采集回路电流,当达到需要保护的电流值后关断电机。
总之
1、由于负载电流是随时变化的,“加电阻”时电阻的电压降也是变化的,那么负载电压就会不稳定,影响电机的功率输出。得不偿失的一招。
2、由于负载电流是比较大的,电阻上的功率消耗也比较大,会造成电能的损失,还会增加发热量,很不实用,非常不实用。
3、防止电机堵转烧毁,最好的办法是采用过流继电器、熔断保险管等。
(完) -
01
大比特资讯
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02
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04专题报道SPECIAL REPORT
新能源汽车步入“后补贴时代” 电机企业如何应战
梁超明认为补贴政策的变化会在一定程度上影响到新能源汽车的发展,具体表现在两个方面。首先是对于车企而言,补贴资金由事前拨付改为事后算清,资金压力变大,运营会困难;对消费者而言,购买新能源汽车的成本增加,在配套设施不完善的情况下,购买力不容乐观。
在2016年年初的时候,中国汽车工业协会曾经预测:2016年新能源汽车总销量将达到70万辆。
一年过去了,根据2017年1月12日中国汽车工业协会公布的最新销量数据,2016年新能源汽车累计销售50.7万辆,占整个汽车市场总销量的1.8%。其中,新能源乘用车全年销量为32万辆,同比增长84%。纯电动车销售24万辆,增长116%;插电混动车销售8万辆,增长26%。
实际销售量与预测值相差约20万的数字,增长速度也在变缓,这是哪些原因造成的?
对此,深圳市民富沃能新能源汽车有限公司常务副总谢世杰说道:“主要是因为第四批新能源汽车推广目录出来的太晚了,所以放量也只有大半个月的时间,这对新能源汽车的销量影响还是很大的。”
谢世杰进一步解释道,财政补贴政策是要求新能源汽车产品必须纳入《节能与新能源汽车示范推广应用工程推荐车型目录》,企业要保证销售汽车与目录产品的一致性。所以推广目录出来的迟,自然会影响到企业对新能源汽车的放量。
上海盖世汽车新能源事业部的内容与传播经理毕文雪同样认为是补贴是影响新能源汽车销量的原因之一。他解释道,2016年的骗补事件影响还是比较大的,2015年的补贴尚未完全兑现,2016年又因为骗补政策开始调整,导致新能源汽车销量大幅落低。
2016年年初爆出了新能源汽车骗补事件,财政部、工信部等相关部委对此果断采取措施,对于企业的骗补行为采取了彻底调查的措施,并规范了新能源汽车的发展。不过受骗补调查影响,第四批推广目录暂停发布长达八个月时间,直到2016年12月才发布。据了解,很多商用车企业按照申请第四批目录的车型安排生产,由于目录发布时间太晚,不确定是否能拿到补贴,导致买方不敢购、车企不敢售。
深圳市比亚迪汽车有限公司中央研究院工程师梁超明提出还有配套设施的原因。虽然新能源汽车有政府补贴,还有各种利好政策,但是消费者对于配套设施等方面的顾虑,会影响购买力。
资料显示,虽然我国公共充电桩的建设速度已经跻身全球第一,私人充电桩的安装比例逐步上升;但受车位、物业等多种因素的制约,在北京、上海等重点城市,用户居住地的充电基础设施建设困难比较大,很多新能源车主无法安装充电桩,充电依然是难题。
补贴退坡 热情不减
财政部、科技部、工信部、发改委等四部委联合发布《关于调整新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》,从2017年1月1日起,将调整完善新能源汽车补贴标准。
相比此前出台的《关于2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》,新政规定2017-2018年新能源乘用车的国家补贴额度在旧版标准基础上退坡20%,而地方补贴额度则不得超过国家补贴额度的50%。
梁超明认为补贴政策的变化会在一定程度上影响到新能源汽车的发展,具体表现在两个方面。首先是对于车企而言,补贴资金由事前拨付改为事后算清,资金压力变大,运营会困难;对消费者而言,购买新能源汽车的成本增加,在配套设施不完善的情况下,购买力不容乐观。
毕文雪则认为:“新能源汽车想要真正发展起来,必然是要靠市场的力量的。政府只是提供一个推动作用,推动作用效果还是比较明显的。后面的发展还是要靠市场以及消费者的认可。”
一位业内人士更是直言:“补贴降低正是国家政府部门按新能源汽车发展的正常走势在推进,如果一个产业离开补贴就生存不了,只能证明这一产业还不具备进入市场的时机。”
国家信息中心副主任徐长明日前说道,目前新能源汽车的主要市场是在限购城市,消费者是由于限牌原因而购入新能源汽车的。
统计显示,2015年37.9万辆新能源汽车年销量中,有8万辆是私人购买,而其中约有6万辆卖到了北、上、广、深、津、杭六大限购城市,占据了私人消费约70%。
补贴退坡在短期内可能会造成一定的影响,但由于限牌等因素在,这个影响不会太大,几年后成熟的产品涌入市场后,补贴的影响将变得微乎其微。
南京金龙客车制造有限公司新能源汽车研究院产品总监黄福良表示:“包括车企、零件企业在内,大家都在极力地去应对政府补贴的退坡与撤拨,确实,这对新能源汽车产业来说是一个非常大的挑战,但我们还是很有信心去面对补贴下降乃至没有补贴的市场。”
虽然业内一直说着补贴退坡的事情,但是仍有源源不断的企业进军新能源汽车产业链。中兴、格力、联孚、汉能、乐视等企业都跨界进入新能源造车大军。
谢世杰对此表示乐观:“新能源汽车跟燃油车比起来,销量占比才到1%。说起来,现在的新能源车企产能都是不足的。按国家的规划,到2020年新能源汽车要实现产销200万辆的目标。产能不足的话是没办法实现的。中国新能源汽车市场仅占汽车总体销量2%左右的市场份额,以此来看,市场前景非常广阔,再多一些企业也容得下。”/p>
毕文雪也同样认为:“不管是整车,还是电池、电机等零部件,都是产能不足的状态。更多的企业涌进来,也是对市场的推动。不过最后就是这些企业要竞争,好的电机和电池供不应求,坏的则是没人用。总的来说,资本进入还是非常好的,可以促进这个行业的发展,但是盲目的进入就会有很大的风险。”
一位业内人士补充道:“且不说新能源汽车市场有多大,能否容下这么多企业,需要注意到的是,在真正实施造车之前,跨界造车企业还需获得新能源汽车生产资质。”
目前,国内已经有200余家新能源汽车生产企业,累计获得生产许可的车型达到4000多个,但是实际投产车型却仅为总数的25%左右,企业平均产量仅为3000辆。2015年全年仅有140个企业和1300多个车型实现销售。
市场化要求高 轮毂电机是趋势
虽然补贴退坡,但还有企业不断进入,可以看到新能源汽车的前景是不错的。但是,有人提出,政府已经明确表示,补贴会逐步退坡,到2020年甚至会取消补贴。那么,在市场化的情况下,国产品牌与外资品牌相比还有竞争优势么?作为核心零部件的电机水平又如何?
中国电动汽车百人会理事长陈清泰讲道,从全球看,电动汽车的核心技术尚待进一步突破,关键零部件的壁垒尚未形成,品牌效应还未发力,商业模式正呈现多样化。可以说,几乎在产业链的各个环节都存在很大的创新空间。
毕文雪认为:“在电机方面,像上海电驱动、大地和,以及精进电动,这些企业做的都是还不错的,可以说已经做得非常厉害了,他们的产品已经在大众、丰田等整车中得到使用。”
精进电动创始人兼CTO蔡蔚也认为,我们的电机水平已经不错了,但是相较外国一些先进企业,比如博世,还是差很多的。
黄福良说道:“电机控制技术目前不是很完善,进步空间很大。新能源汽车的驱动电机是作为整机最大的动力装备,它的能量密度以及能源管理,是关乎行驶里程够不够远的关键因素。”
在新能源汽车驱动上,轮毂电机技术备受关注,甚至被称为是对现有汽车传动系统的颠覆式创新,被寄予厚望以解决新能源汽车续航的问题。
对此黄福良继续讲道:“现在新能源汽车的驱动结构还是沿用常规车的驱动结构,而轮毂电机可以实现多样化的布置方式,它可以将动力源有效的去分配,而无需改变车体本身的空间和结构,配置更均匀、更简单。然而它目前还不是一个能够产业化的东西。驱动电机的小型化和高速化,可能是目前电机驱动厂商需要去下功夫的。”
毕文雪补充道:“去年发生了多起中国企业收购外国轮毂电机企业的事例,比如泰特机电全资收购荷兰e-Traction、万安科技收购世界汽车轮毂电机的领导企业Protean Electric、浙江亚太机电入股斯洛文尼亚轮毂电机厂商Elaphe Propulsion Technologies等,相信这会促进国内轮毂电机技术的发展、扩大轮毂电机的市场。”
智车优行的仿真与控制高级经理王瑞敏讲道:“汽车产品正在向电动化、智能化和轻量化转变,轮毂电机技术可以实现汽车轻量化的转变,确实是发展的一个趋势。”
王瑞敏还讲到,汽车智能化将会促进对微电机的需求。比如智能视感安全驾驶、对危险驾驶的智能检控、汽车动力与传动系统智能监测、汽车辅助智能化等,都需要电机控制的参与。
(完) -
06行业动态INDUSTRY TRENDS
关于做好高效电机推广补贴清算工作的通知
从2017年3月1日起,购买“节能产品惠民工程”目录内的高效电机产品不再享受中央财政补贴政策。
关于做好高效电机推广补贴清算工作的通知
财建[2017]6号
各省、自治区、直辖市、计划单列市财政厅(局)、发展改革委,有关企业:
为扩大国内有效需求,加快高效节能产品的推广,2010年财政部、国家发展改革委(以下简称两部委)组织实施“节能产品惠民工程”,采取财政补贴方式推广高效电机。该政策实施以来,各地区、各有关企业高度重视,认真贯彻落实,加大高效电机推广力度,取得明显成效,政策达到预期目标。现将清算有关事宜通知如下:
一、从2017年3月1日起,购买“节能产品惠民工程”目录内的高效电机产品不再享受中央财政补贴政策。
二、推广企业应尽快收集和整理产品销售情况,及时将相关推广信息填报至“节能产品惠民工程信息系统”,编制财政补助资金申请报告,报企业注册所在地节能主管部门、财政部门审核。
三、各地节能主管部门、财政部门要做好宣传、组织工作,将相关政策及时传达至本地区推广企业,组织本地区推广企业认真做好并及时上报财政补助资金申请报告。各地节能主管部门、财政部门审核后,于2017年4月1日前将本地区入围企业财政补助资金清算报告逐级上报至国家发展改革委(环资司)、财政部(经建司)。
四、国家发展改革委、财政部将组织第三方机构根据各地节能主管部门、财政部门上报的财政补助资金申请报告,对推广企业的推广信息进行核查。财政部将根据核查情况,对各推广企业的补贴资金进行清算。
五、各地区和推广企业要严格按规定申请补贴清算。对核查发现弄虚作假、骗取补贴的企业,将视情节轻重采取通报批评、扣减或追缴补贴资金、公开曝光等处罚,并按规定予以罚款;对骗补严重的地区将予以通报批评。
(完) -
08行业动态INDUSTRY TRENDS
特斯拉欲再投资3.5亿建立生产线 为Model 3生产电机
据外媒报道称,特斯拉计划今年在美国内华达州建造一个50亿美元超级电池工厂,其中会额外投资3.5亿美元在超级电池工厂建立专门为Model 3生产电机的生产线。
据外媒报道称,特斯拉计划今年在美国内华达州建造一个50亿美元超级电池工厂,其中会额外投资3.5亿美元在超级电池工厂建立专门为Model 3生产电机的生产线。
就在汽车制造商特斯拉表示准备今年晚些时候开始生产面向大众消费市场的新款平价车型Model 3的时候,美国内华达州州长布莱恩·桑多瓦(Brian Sandoval)在本周二晚上表示,特斯拉计划在内华达州建造一个50亿美元的超级电池工厂,为Model 3生产电动机。
根据内华达州州长桑多瓦的年度演讲中表示,埃隆·马斯克(Elon Musk)的公司特斯拉计划额外投资3.5亿美元在超级电池工厂里建立一个生产线,用来生产电动机和变速箱零部件。Model 3则会在其公司位于加利福尼亚州的弗里蒙特市的工厂内生产。
桑多瓦也表示,特斯拉的这一举措会创造550个新的就业岗位。
对于特斯拉来讲,之所以把电动机生产线转移到内华达州的超级电池工厂内,会有助于让弗里蒙特工厂的汽车产能尽量最大化。特斯拉的目标是每年生产50万辆汽车,而要实现这一目标需要充分地利用其高达530万英尺的生产空间的每一英尺的土地。
弗里蒙特工厂处于内陆地区,但内华达州的超级电池工厂大约拥有3200英亩的面积,足够特斯拉把电动机生产线转移到内华达州的工厂。
桑多瓦也在演讲中提到:非常感谢特斯拉对国家经济增长作出的承诺,同时他指出该公司已经为内华达州的经济增长作出了很大的贡献。
目前特斯拉拥有全职员工大约1000人,另外还有大约2000名建筑工人活跃在建筑工厂。
2014年9月,内华达州州立法机构和州长批准了近14亿美元的税收激励计划,而作为该计划的一部分,特斯拉同意增加6500个工作岗位。但是马斯克也表示,最终工厂会雇佣10000人。
电动汽车制造商特斯拉期望该工厂拥有超过1000万平方英尺的运营空间,一旦完成可以成为世界上最大的建筑。该工厂目前的结构的占地面积大约为190万平方英尺,在多个楼层上拥有大约490万平方英尺的操作空间,目前工厂的建造已经完成了30%。
目前特斯拉已经开始在超级电池工厂生产电池。在加上电动机,Model 3的多数电动传动系统都会在内华达州工厂生产完成。特斯拉已经在一月初开始在太浩-雷诺(Tahoe-Reno)工业中心开始量产锂离子电芯。在今年第二季度,内华达州的超级电池工厂计划开始为其售价为3.5万美元的Model 3生产电芯。
特斯拉计划把电池组和电动机运输到位于加利福尼亚州弗里蒙特的特斯拉工厂,然后在该工厂开始生产Model 3.
另一位发言人表示,特斯拉有可能不会在获得2014年与该州约定的交易之外的任何额外激励。然而,特斯拉会获得与超级电池工厂相同的财产、销售税收优惠和工作信用,换句话说,销售税收益会扩展到特斯拉投资的设备中,以帮助其生产电动机。
到了2018年,内华达州每年或有可能生产35千万/小时的锂离子电池,几乎与世界上其他电池生产地区的生产量相同。
(完) -
10行业动态INDUSTRY TRENDS
推生产者责任延伸制度 电机绿色生产势在必行
国家发展改革委副主任张勇对此方案的出台讲道,面临国内外大宗商品价格急剧下降、再生资源与原生资源价格出现倒挂、传统的市场自发式回收利用模式已难以为继等现状,建立废弃物有效处置和合理利用的长效机制非常迫切。
2017年1月3日,国务院办公厅印发了《生产者责任延伸制度推行方案》。生产者责任延伸制度是一项重要的环境政策,指生产者应承担的责任,不仅在产品的生产过程之中,而且还要延伸到产品的整个生命周期,特别是废弃后的回收和处置。该概念首先运用于德国的《包装物条例》,后盛行于各发达工业化国家。
国家发展改革委副主任张勇对此方案的出台讲道,面临国内外大宗商品价格急剧下降、再生资源与原生资源价格出现倒挂、传统的市场自发式回收利用模式已难以为继等现状,建立废弃物有效处置和合理利用的长效机制非常迫切。
方案重点确定了先期涉及的电子电器产品、汽车,以及铅酸电池、包装物4大类产品的工作重点,且明确提出工作目标:到2020年,生产者责任延伸制度相关政策体系初步形成,产品生态设计取得重大进展,重点品种的废弃产品规范回收与循环利用率平均达到40%;到2025年,生产者责任延伸制度相关法律法规基本完善,产品生态设计普遍推行,重点产品的再生原料使用比例达到20%,废弃产品规范回收与循环利用率平均达到50%。
此外,该方案在责任范围方面重点强调产品生产者在设计、原材料管理使用、回收及信息公开方面的各种责任。
为了保障方案的推进,有关部门将严格执行相关法律法规和标准,依法依规处置达不到环境排放标准和安全标准的企业,查处无证经营行为。建立定期巡视和抽查制度,持续打击非法改装、拼装报废车和非法拆解电器电子产品等行为。
说到此,可能大家会想起不久前刚刚结束的环保督查:2016年第二批7个中央环保督察组于11月24日至11月30日陆续对北京、上海、湖北、广东、重庆、陕西、甘肃等省市实施督察进驻,此次督查力度之大、范围之广均是罕见。
环保部称,7个督察组共计受理举报26330件(其中来电16999件,来信9331件),经过梳理分析并合并重复举报,累计向被督察地方交办有效举报15396件。地方已办结12005件,其中责令整改10512家,立案处罚5779家,罚款24303.2万元;立案侦查595件,拘留(含行政和刑事)287人;约谈4066人,问责2682人。
可能有人还在庆幸,环保督查只是一阵风,躲过去就可以继续生产营业。然而,《生产者责任延伸制度推行方案》的印发,生生击碎了这种侥幸。企业想要长久发展,而非营一时之利,就要实施绿色采购目标管理,扩大再生产品和原料应用,建立规范、通畅、高效的回收体系。
电机作为大部分电器的动力源,也将会在生产者责任延伸制度的推行中受到影响。电机企业应从源头进行合理规范,防止污染发生才是经济性最高、也是最优化的选择方案。另外,电机再制造节能减排意义重大,在以加快生态文明制度建设为重要内容的时期值得各企业关注。
(完) -
12行业动态INDUSTRY TRENDS
重磅!2016国家科技三大奖揭晓,电气领域摘奖11项
2016年度国家科学技术奖励大会昨天(9日)上午在人民大会堂举行。
2016年度国家科学技术奖励大会昨天(9日)上午在人民大会堂举行。经国家科学技术奖励评审委员会评审、国家科学技术奖励委员会审定和科技部审核,国务院批准并报请国家主席习近平签署,授予中国科学院物理研究所赵忠贤院士、中国中医科学院屠呦呦研究员国家最高科学技术奖;国务院批准,授予“大亚湾反应堆中微子实验发现的中微子振荡新模式”国家自然科学奖一等奖。此外,授予41项成果国家自然科学奖二等奖;国家技术发明奖66项(一等奖3项,二等奖63项);国家科学进步奖171项(特等奖2项,一等奖20项,二等奖149项)。此外,还有5名外籍专家和1个国际组织获得中华人民共和国国际科学技术合作奖。
其中,电气工程领域共有11项成果获奖,包括:国家自然科学奖1项、国家技术发明奖3项、国家科技进步奖7项。中国电力科学研究院牵头申报的3项成果最终全部获奖,且由汤涌总工程师牵头的《互联电网动态过程安全防御关键技术及应用》获得了国家科技进步一等奖。浙江大学何湘宁教授牵头申报的《高增益电力变换调控机理与拓扑构造理论》被授予国家自然科学奖,这是三大奖中理论水平最高、获奖难度最大的奖项,也是电力电子领域首次摘取国家自然科学奖这一中国科技界的皇冠。
近年来,国家三大奖的评审标准越来越严格,含金量逐年提升。与历年情况一致,获奖项目大多来自顶尖大学,这充分体现了高校的基础科学研究和重大原始创新在我国占有举足轻重的地位,也再次证明了顶尖大学在创造思想、启迪智慧、引领科技方面的绝对实力。
然而,稍有遗憾的是,由科技企业牵头申报的项目最终仅有两项成果获奖,由此说明我国科技企业在自主创新和研发投入方面还稍显不足。如何充分发挥科研院所与工业企业之间的互补优势,让科研成果走出深闺,走向工业实践,助力经济结构成功转型,这将是中国经济新常态下科研成果转化工作需要深入思考的重大课题。
2016年度国家自然科学奖获奖项目简介
浙江大学 何湘宁
高增益电力变换调控机理与拓扑构造理论
项目以高增益电力变换的调控机理和拓扑形成规律等前沿科学问题为核心,系统提出了高增益变换的多自由度调控机制、自适应运行方法和拓扑统一构建法则,建立了高增益电力变换的调控和拓扑构造理论,取得了显著原创性成果。20篇主要论文累计影响因子高达113,篇均影响因子5.65,6篇入选ESI近十年高被引论文。20篇主要论文SCI他引和总他引分别达902次和2896次,获得国内外同行专家的广泛引用和高度评价。第一完成人作为“Internationally recognized expert”,被IEEE电力电子学会连续聘为国际上首位讲授“高增益电力变换与软开关运行方法”专题的Distinguished Lecturer,受邀担任IET Power Electron.的创刊编委。培养了IEEE和IEE (IET)双Fellow、国家万人计划入选者、科技部中青年科技创新领军人才等高端人才。获国家发明专利19项,已在国防机载和舰载及工业电源系统中成功应用并产业化。项目成果为高增益高效率电力变换系统装备提供了理论支撑,推动了我国电力电子学科相关领域的研究走在国际前列。
2016年度国家技术发明奖获奖项目简介
国网智能电网研究院 汤广福
±800kV特高压直流输电换流阀关键技术及应用
±800kV特高压直流输电技术是世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远的先进输电技术。项目针对换流阀多物理场综合调控、换流阀晶闸管串联宽频均衡、强电磁环境换流阀触发与保护、换流阀多应力等效试验等方面,取得了系统化发明创新,研制出我国首个自主知识产权的A5000型特高压换流阀,综合技术指标国际领先。研制的换流阀于2012年在世界首条±800kV/7200MW锦屏至苏南工程中示范应用,并推广应用于哈密至郑州、溪洛渡至浙江、灵州至绍兴、酒泉至湖南、上海庙至山东等5条更大容量的特高压直流工程。获授权发明专利103项(含美国发明专利4项),其中3项获中国专利优秀奖;发表SCI/EI论文78篇,出版学术著作3部;制订国家标准4项。项目实现了特高压换流阀技术的完全自主研发,突破了制约我国超远距离、超大容量电力输送的关键瓶颈,填补了国内空白,并使换流阀高端装备走出国门,取得了显著经济社会效益,也得到国外同行专家高度认可。该项目2014年获北京市科学技术一等奖。
西安交通大学 荣命哲
直流配电系统大容量断路器快速分断技术及应用
项目针对海军舰船电力系统更新换代和城市轨道交通供电的大容量直流断路器的快速分断技术一直难以突破的技术瓶颈,发明了大电流直流电弧调控、机构快速分闸和系统短路电磁能量快速耗散的新方法和新结构,实现了直流配电系统的故障快速切除。利用关键技术发明,开发的17种直流断路器及技术延伸开发的3种其它直流开关产品,广泛应用于海军舰船及潜艇、城市轨道交通、光伏新能源、机车牵引四大领域。开发的4kV/70kA直流断路器解决了我国大型舰船综合电力系统跨越式发展的一大瓶颈问题,为奠定我国在舰船综合电力技术领域的国际领先地位做出了贡献;开发的城市轨道交通直流断路器,打破了国外产品的垄断;开发的直流断路器数字化设计系统,实现了我国直流断路器开发模式从经验设计到数字化设计的变革。教育部科技成果鉴定专家结论为:“开断容量为目前世界最高指标,填补了这一领域的空白,处于国际领先水平”。该项目对行业技术进步和产业结构优化升级有重大作用,成果转化程度高,市场竞争力强,关键技术发明已推广应用到中船重工、韩国LS产电等15家单位,经济效益显著。
东南大学 程明
强容错宽调速永磁无刷电机关键技术及应用
传统永磁无刷电机存在结构强度弱、有高温失磁风险、磁场无法直接调控等固有因素,导致电机功率密度难以进一步提高、容错性能差、调速范围窄等问题。该项目发明了“单边磁场”定子永磁无刷电机及实现技术,揭示并阐明了定子永磁电机能量转换机理;发明了定子永磁无刷电机冗余励磁、容错齿等冗余设计技术和磁场重构、谐波注入等容错控制技术,显著提高了电机系统的容错运行能力;发明了定子永磁无刷电机多励磁源设计和磁场在线调控技术与方法,攻克了传统永磁电机调磁困难、运行范围窄的难题。获发明专利40件、实用新型37件,发表SCI论文81篇。成果应用于电动汽车、电梯、发电机组等方面,取得显著的经济与社会效益。经专家鉴定为:“成果整体上达到国际先进水平,在线调磁和非线性变网络等设计与分析理论、转矩脉动抑制与容错控制策略处于国际领先地位”。获2013年教育部自然科学奖一等奖、2015年中国机械工业科学技术一等奖。
2016年度国家科技进步奖获奖项目简介
中国电力科学研究院 汤涌
互联电网动态过程安全防御关键技术及应用
项目揭示了输电断面功率波动和振荡的机理,攻克了功率波动峰值预测、振荡性质辨识、扰动源定位和功率控制4项难题;提出了电网主导失稳模式辨识方法,研制出电压稳定全过程防控系统,提出了国家电网动态电压支撑能力提升方案,大幅提升了电网电压稳定水平;研发出世界首套“毫秒级-秒级-分钟级”统一仿真的电力系统全过程动态仿真软件,实现了数十分钟乃至数小时动态过程的准确仿真,为分析确定关键输电断面和电压失稳风险区域提供了必要手段。该项目形成了世界首个互联电网动态过程安全防御技术体系,创新特别突出。成果广泛应用于全国34个省级及以上电网规划调度运行和高校科研教学,以及巴西、印度尼西亚等国家和地区的电网安全分析中,大幅提升了关键输电断面输电能力,避免了大停电造成的巨大经济损失,全面促进了我国电力系统分析与控制技术的升级和突破,整体技术达到国际领先水平。
中国电力科学研究院 王伟胜
新能源发电调度运行关键技术及应用
项目首创了新能源功率波动过程预测方法,显著提高了预测精度;提出了含相关性随机变量的优化模型快速求解方法,实现了新能源在线随机优化调度;提出了电网-场站-发电单元三层新能源有功功率控制方法;发明了风电机组和光伏逆变器低电压穿越控制策略;提出了适应新能源功率波动及故障穿越的输电通道安全稳定控制方法。项目形成具有自主知识产权的新能源发电调度运行核心技术及相应的系列产品。项目成果得到规模化应用,新能源调度技术支持平台应用于辽宁、新疆和青海等23个省级及以上电力调度控制中心,覆盖新能源总装机容量超过1亿千瓦;低电压穿越装置应用于量产的风电机组/光伏逆变器,装机容量近4000万千瓦,并出口至50多个国家。成果推广后,近3年累计多消纳新能源电量300多亿千瓦时,未发生大规模新能源脱网事故。经济效益和社会效益显著。项目获发明专利28项,编制国家和行业标准10项,出版专著2部,发表SCI/EI论文102篇。项目成果转化程度高,示范和带动能力强,提升了我国电网安全水平与新能源消纳能力,推动了新能源发电技术进步。该项目获2015年度北京市科学技术奖一等奖。
天津大学 王成山
配电网高可靠性供电关键技术及工程应用
项目发明了配电网多电压级网架协调优化技术,开发了配电网建设优化决策系统;发明了融合多重判据的故障诊断与快速供电恢复方法,研发了集中/分布协同的配电自动化系统与关键装备;构建了故障抢修效率量化评估模型,提出了基于多源信息交互的抢修资源优化调度方法,研制了配电网故障抢修平台;系统发展了智能配用电园区高可靠供电保障技术,开发了配用电一体化集成控制系统。成果实现了网架协调优化、故障辨识与恢复、抢修资源调度、配用电协调控制等配电网高可靠性供电技术的重大突破,被鉴定为国际领先水平。获国家发明专利43项、软件著作权8项,参编国际标准4项,发表SCI/EI论文65篇。成果已获得广泛应用,推广至全国31个省级行政区。城市核心区年户均停电时间由十几小时降低至几十分钟,智能配用电园区年户均停电时间小于1分钟。成果市场竞争力强、转化程度高,市场占有率居电力行业之首,近三年产生直接经济效益37.5亿元,节省建设运维成本数百亿元,减少国民经济损失上千亿元,显著推动了我国电力工业技术进步,极大提升了我国配电网高可靠性供电技术的国际影响力。
北方联合电力有限责任公司 吴景龙
大型汽轮发电机组次同步谐振/振荡的控制与保护技术、装备及应用
项目成功解决了大型汽轮发电机组复杂多模态次同步谐振/振荡的控制与保护难题。首创了汽轮发电机组次同步谐振/振荡的定-转子多模态优化阻尼控制技术和多时间尺度-协调扭振保护技术,研制了我国首台附加励磁阻尼控制器、扭振保护装置和国际首台机端次同步阻尼控制器,形成了成套设备生产能力,技术与装备在大型火电工程中实现了集成应用,打破国外技术垄断,填补了我国在该技术领域的空白,关键技术处于国际领先水平。已授权发明专利20项,软件著作权5项,发表SCI论文18篇。项目技术与装备在上都电厂实现整体应用,2013至2015年累计新增电力销售30亿元、新增利润19亿元。研发的技术和装备已在我国13个大型火电厂以及英国Hunterston核电站和印度KMPCL电厂得到应用。项目解决了电力工业中次同步谐振/振荡重大技术难题,保障了电力生产安全,取得了重大的经济社会效益。
新疆大学 王维庆
风电机组关键控制技术自主创新与产业化
项目针对风电机组对环境等条件的适应能力和可靠性的要求不断提高,在风电机组可靠性问题基本得到解决后,风电机组的输出功率优化、载荷控制优化、风电机组发电效率的提升,风电场友好型并网等问题成为风电机组的研发目标。风电机组控制技术是大型风电机组研发与应用的核心技术。项目研究突破了制约我国大型风电机组发展的关键控制技术,包括独立变桨控制技术、暴风控制技术、低电压穿越控制技术、智能控制技术、产能预测技术和动态物理实验技术,实现了在恶劣环境下的永磁直驱风电机组1.5MW-3MW的产业化,降低机组疲劳载荷>10%,减少机组重量,减少投资,延长机组寿命。获得发明专利26项、实用新型46项,形成国家标准8部、行业规范6部,出版专著5部,发表SCI/EI及核心期刊论文128篇,获得新疆维吾尔自治区科技进步一等奖1项、二等奖1项,国家能源局科技进步一等奖1项,国家知识产权局专利优秀奖1项,北京市科技进步奖二等奖1项,国家电网科技进步二等奖1项,取得国家重点新产品证书。成果在国内200多座风电场推广应用,使外国产品在国内市场占有率由立项时77.3%锐减到2013年的5.9%,近三年实现装机7980台,新增销售额达到400多亿元。
中国电力科学研究院 宿志一
电网大面积污闪事故防治关键技术及工程应用
该项目攻克了四大关键技术难题,实现了四方面重大自主创新:揭示了电网长期饱和积污规律;提出了全工况模拟试验技术及兼顾可靠性与经济性的外绝缘设计新方法;研制出新一代复合绝缘子;开发出高性能盘形绝缘子及长效防污闪涂料。项目构建了完整的防污闪技术体系,实现了电网防污闪技术的重大突破,得到全面应用,改变了以往无法防止大面积污闪的人工清扫运维模式,多项成果被IEC标准及CIGRE技术导则采用,推动和引领了国际高压污秽外绝缘技术的发展。在大气污染较立项前更为严重、电网规模成倍增长的情况下,成功消除了大面积污闪事故,线路污闪跳闸率从2001年的每百千米每年0.12次大幅下降到2014年的0.001次,避免了大范围停电造成的巨大影响;新一代复合绝缘子和新型盘形绝缘子出口欧美等58个国家和地区,极具国际竞争力。近三年新增销售额38.7亿元、利润6.0亿元;电网实现免清扫的运维模式,节约清扫费99.7亿元;节约新建工程投资46.0亿元。
山东大学 张承慧
高性能光伏发电系统关键控制技术与产业化应用
项目针对光伏发电系统长期存在的控制精度低、安全可靠性差、综合效率低、电网适应性差,以及组件衰减率高、寿命短等难题,研发了光伏逆变系统新拓扑及高性能控制技术,突破了电网友好型精准并网与高效运行控制难题,发明了高耐候性低衰减率光伏双玻组件。发电效率、并网电能质量等主要指标达到或超过国际先进水平。研发了37个规格1.5kW-1MW全功率等级光伏发电系统系列产品,产品通过了TUV、SAA、CE等国际认证,并被评为国家重点新产品,销往20余个省市并部分出口。近三年,完成单位新增销售额28.48亿元,新增利润7.77亿元;其他应用单位新增销售额19.75亿元,新增利润3.37亿元。新产品为向电网高效安全稳定友好馈电提供了坚强可靠保障,打破国外技术封锁和垄断,推动了我国光伏行业技术进步和产业升级。获发明专利20件,实用新型41件,软件著作权3件;起草国家标准1项、行业标准4项;发表SCI、EI论文97篇。
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15应用新闻APPLICATION OF NEWS
3D打印机质量通过率为零 电机是性能提升关键
但在1月7日召开的2016年消费类3D打印机产品质量分析会上,由江苏省质监局对全国消费类3D打印机质量的风险监测显示,我国消费类3D打印机整体质量堪忧,在检测的46批次产品中,全部项目均获通过的比例为零。
近两年来,国内消费类3D打印机市场发展迅速,3D打印机产品已逐步走入学校、办公室乃至家庭。
但在1月7日召开的2016年消费类3D打印机产品质量分析会上,由江苏省质监局对全国消费类3D打印机质量的风险监测显示,我国消费类3D打印机整体质量堪忧,在检测的46批次产品中,全部项目均获通过的比例为零。
针对消费者关注的消费类3D打印机产品及其质量安全、电磁兼容、打印性能等问题,江苏省质监局于2016年6至10月组织开展了消费类3D打印机质量的风险监测。此风险监测的3D打印机产品包含了大部分主流品牌;生产企业涉及江苏、上海、浙江、广州、深圳、美国、韩国等地;监测项目包括高温部件、移动部件、高温防护、接触电流、抗电强度、电磁兼容、断料保护、自动关机、超程保护、运行试验、噪声试验、打印精度、最大成形尺寸等指标;主要以国内有关行业标准为依据,共检测消费类3D打印机46批次,全项通过率为0%。
下一步,江苏省质监局将把风险监测情况通报各市质监局和有关职能部门,责成各市质监局对属地企业开展处理工作,并商洽有关职能部门对外省生产企业、市场销售企业等采取监管措施,切实维护消费者利益。
步进电机作为动力源,其性能好坏也关乎3D打印机的质量问题。要知道随着3D打印机打印过程的进行,电机温度会逐渐升高。性能不好的电机,在电流很大时就很容易发热导致电机停机或丢步,同样的工作环境下质量好的电机就会好很多,不会因为电机发生故障而造成打印工作终止。
近几年间,3D打印技术在全球范围内一跃成为新焦点,我国在《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》中也重点提及打造3D打印生态链。据相关数据统计,2020年全球3D打印市场价值将超过200亿美元,而生物医疗3D打印市场将持续保持高比例增长。
其火热程度在1月5日的消费电子展也可窥见端倪:展会上的数据显示,全球三分之二的生产商都在以某种方式应用3D打印技术,25%的生产商计划在未来应用这一技术;在今年的CES上,有超过45家公司展出3D打印技术。
电机行业作为一个传统的行业,经过200多年的发展,已经成为现代生产、生活中不可或缺的核心、基础,是国民经济中重要的一环。其各个传统的应用领域已是一片红海,竞争非常激烈。这种情况下,3D打印机作为新兴产业,不失为电机企业新的生长点。
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17应用新闻APPLICATION OF NEWS
电机热点应用领域分析及未来发展机会展望
电机是国民经济各行业中广泛使用的电气设备,目前,我国电机行业已经形成了一整套完整的业务体系,产品的品种、规格、性能和产量都已基本满足我国国民经济的发展需要,成为电机制造大国。
电机是国民经济各行业中广泛使用的电气设备,目前,我国电机行业已经形成了一整套完整的业务体系,产品的品种、规格、性能和产量都已基本满足我国国民经济的发展需要,成为电机制造大国。
电机离我们的生产、生活并不遥远,大到风机、水泵等各种设备的驱动装置,小到家庭常用的洗衣机、电风扇、空调等,电机广泛应用于工业、农业、交通、市政、家电等领域。
近年来,国家出台了《电机能效提升计划》及《能效“领跑者”制度实施方案》,加大高效电机的推广力度,全面提升电机能效,对增强全社会节能减排动力、推动节能环保产业发展、节约能源资源、保护环境具有重要意义。在过去几年里,包括工业电机、风电发电机、新能源汽车驱动电机、轨道牵引电机、船舶用电机等产品成为电机行业应用的热点领域。
高速电机通常是指转速超过10000r/min的电机。它们具有以下优点:一是由于转速高,所以电机功率密度高,而体积远小于功率普通的电机,可以有效的节约材料。二是可与原动机相连,取消了传统的减速机构,传动效率高,噪音小。三是由于高速电机转动惯量小,所以动态响应快。
国外对高速电机、电主轴及相关技术的研究比较早,发展已经比较成熟,随着新材料的不断出现,加工工艺的不断改进,技术必将以更快的速度向前推进。
(一)电机热点应用行业分析
(1)工业领域
工业领域始终是电机最大的应用市场,远高于其他几个行业需求的总和,但2015年其市场需求及占比明显下滑,主要原因是“十二五”期间经济结构调整、以及矿山、冶金等行业过剩产能消减,这些因素导致2015年工业电机需求量明显下滑。
工业电机市场受宏观经济,特别是工业经济运行情况的影响较大,目前市场有下滑趋势,但是,其在电机行业的重要程度不会改变,在节能高效电机市场仍然存在机会,未来节能电机的需求将会保持较高的增速。
(2)风力发电机
风力发电机行业市场规模仅次于工业电机,而且近年来总体呈现增长态势。风力发电机市场稳步发展。十二五期间风电市场发展较快,特别是在2015年为了应对电价下调出现的风机抢装潮,大大拉升了十二五期间的装机总量,进而使得风电市场过去5年间的年均复合增长率达到15%。
需要注意的是2012年装机容量大幅下滑,主要是因为前两年风电过度发展,导致风电消纳困难、产能过剩、整机制造业恶性竞争等诸多问题。2011年8月中国政府收回风电项目审批权,限制项目审批遏制地方政府冲动,从严审批使得次年的装机容量下降,发展更为合理。
(3)新能源汽车
新能源汽车驱动电机市场占比相对较小,但规模和占比快速提升。究其原因,主要是政府在过去10年间,大力推动汽车行业发展新能源汽车,而且明确提出要大力发展新能源汽车电机,从生产企业税收、购车补贴、清除地方保护和新能源汽车使用限制等各个角度对新能源汽车保驾护航,这一系列举措在最近几年体现出了成效,特别是近两年,新能源汽车和驱动电机需求爆发式增长。
在上述的电机主要应用行业中,新能源汽车驱动电机行业的发展势头最猛,在过去5年间,新能源汽车的产量从0.84万辆,迅速扩张到2015年的34.0万辆,从而带动驱动电机的市场规模从1.2亿元飞速上升到33.9亿元,年均复合增长率高达130%以上。由于国内汽车产业已经达到2000万辆/年的市场需求,給新能源汽车产业带来无限想象力,而政策引导也确实创造出了一个巨大的新能源汽车市场。
(4)轨道交通
轨道牵引行业略有起伏,但总体稳步发展。“十二五”期间,轨道交通总体发展良好,推动轨道牵引电机行业同步发展。但由于2012年经济调控带来的影响,以及2012年上半年铁路建设放慢后导致的车辆需求下滑,进而导致轨道牵引电机需求量的明显下滑。轨道牵引市场保持稳步发展。
与十一五相比,十二五期间的铁路建设里程增长了109%,轨道投资总额也较十一五期间增加75%以上,这必须会带动轨道牵引电机市场规模的大幅提升。虽然2012年因经济调控和铁路建设放缓等原因导致当年轨道牵引电机需求下滑,虽然在之后市场逐渐恢复,十二五期间轨道牵引电机的需求总量仍然高达311.6亿元。
(5)船舶推进
船舶推进电机的市场规模相对最小,海工船舶、民用的LNG和豪华游轮,以及军工舰船等是可能应用的船型。尽管年均复合增长率高达40%,但由于市场基数小,到2015年市场规模也仅2.8亿元,市场占比约0.4%。船舶推进电机行业刚刚起步。
近几年国内船用电力推进系统发展迅速,从而带动船舶推进电机市场的发展。由于市场刚刚兴起,最近5年的年均复合增长率达到40%左右。但是,受船舶建造规模、潜在船型、适用功率等各方面因素限制,导致船舶推进电机市场发展受到一定影响,预计未来5年增速将会小幅下降,且年均总体需求将会落在10亿元以内。
(二)未来机会展望
预测在未来五年工业电机行业存在结构性调整的机会,风力发电机、新能源汽车、轨道牵引行业的市场机会更大,船舶行业由于市场规模总体较小但发展势头良好也有一定的吸引力。
(1)高效电机是工业电机未来的机会领域
高效电机是工业电机行业中较有机会的一个领域。为了达成节能减排的目标,政府对于提高电机能效出台了一系列的政策,电机能效标准的提升有利于加大推广高效电机,淘汰落后低效电机,全面提升电机能效水平,推动国家节能减排工作。同时,在高效电机应用方面也出台了相应的政策,政策引导有利于高效节能电机市场的发展。
1、高速电机在空调或冰箱的离心式压缩机等各种场合得到应用,而随着科学技术的发展,特殊要求越来越多,它的应用也会越来越广泛。
2、由燃气轮机驱动的高速发电机体积小,具有较高的机动性,可用于一些重要设施的备用电源,也可作为独立电源或小型电站,弥补集中式供电的不足,具有重要的实用价值。
3、随着汽车工业混合动力汽车的发展,体积小,重量轻的高速发电机将会得到充分的重视,并在混合动力汽车,航空,船舶等领域具有良好的应用前景。
(2)风力发电机市场增速快
风力发电机市场规模大、增速较高,国家能源局正式发布的《电力发展“十三五”规划》指明“十三五”新能源发电的发展方向,不仅指出新能源发电在电源结构中的重要地位,也着力解决目前制约新能源发电发展的弃风弃光问题。
《规划》指出,风电装机达到2.1亿千瓦,装机容量占比达到10%,成为继燃煤发电、水电之外的主要电源,较2015年末增长60%,年均增长9.9%,这将为风力发电机带来巨大的市场机会。在电机企业经营方面,目前风力发电机企业的毛利率普遍在8-10%,高于普通电机行业,盈利能力较好。
(3)新能源汽车和驱动电机需求爆发式增长
新能源汽车市场在未来几年内将维持高速增长,将带动驱动电机市场的快速扩张。新能源汽车是未来行业发展亮点,中国制造2025规划中指出,到2020年新能源汽车年销量突破100万辆,新能源汽车保有量达到500万辆。
现阶段,新能源汽车产量仅占汽车总产量的1.4%,预计到2020年,新能源汽车产量将占汽车总产量的6-10%。在新能源汽车类型方面,随着纯电动汽车补贴比例逐渐减少或取消,纯电动汽车的比例将出现缩小趋势,预计2020年纯电动汽车将占新能源汽车的60%左右。
(4)轨道牵引电机行业市场潜力巨大
轨道牵引电机行业市场潜力巨大,截止2015年底,全国共批复39个城市的轨道交通建设规划。根据专家判断,2020年获批建设轨道交通的城市将达到50个,预计轨道交通行业行驶里程将达1万公里。《交通基础设施重大工程建设三年行动计划》提到,2016-2018年,城市轨道交通,重点推进103个项目前期工作,新建城市轨道交通2000公里以上,涉及投资约1.6万亿元。
但是,轨道牵引电机的市场规模比较集中,目前基本上都被中车掌握,这一格局在“十三五”期间难以发生明显变化。需要注意的是,轨道牵引电机行业完全依附于轨道交通行业的发展,而轨道交通行业主要依赖于国有资本投资,而国有资本投资的力度则受基建规划和经济政策导向影响,因此未来的发展机会还需要关注政策变化和产业规划调整对产业的影响。
(5)船舶推进电机行业属新兴市场
船舶推进电机行业市场规模增速高,属于较为新兴的市场。总的来说,拓展船舶推进电机有利有弊。利是因为中国是船舶制造大国,有利于国产船舶装备的渗透和安装,弊则是船舶推进电机供应商数量不多,市场集中度很高,竞争激烈。而且中船重工旗下有两家生产推进电机的研究所,不利于新供应商的切入。
高速电动机主要有:串激电动机、直流电动机、交流同步电动机和异步电动机。无刷直流电动机以其无机械换向、无火花干扰、效率高、机械特性和调节特性好、可靠性高等众多优点而特别适合于高速驱动场合的应用,加上驱动技术的日益完善和无刷电机结构的进一步创新,它在高速驱动领域中的应用前途广阔。
随着科学技术的发展,对高速电动机的需要日益剧增,如生物工程用的高速离心分离机,医疗器械用的高速电动牙钻,机床工业用的主轴电机、高速钻床,航空、航天用的高速离心泵、高速摄像枪、高速红外扫描仪,“飞轮电池”及激光技术用的高速电动机。
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19应用新闻APPLICATION OF NEWS
白电市场2016整体向好、2017难言乐观 电机企业应积极应对
回溯2016年国内白电市场走势,虽然没有惊心动魄的市场起伏,却也不是风平浪静的一池春水,但是白电市场的话题依旧不断,市场热度明显高于上年。可谓,表面平静下的暗流涌动以及整体向好,是2016年白电市场的基本特征。
回溯2016年国内白电市场走势,虽然没有惊心动魄的市场起伏,却也不是风平浪静的一池春水,但是白电市场的话题依旧不断,市场热度明显高于上年。可谓,表面平静下的暗流涌动以及整体向好,是2016年白电市场的基本特征。
受益:多重利好支撑
家电产品作为居民生活用品,已经成为改善生活品质的必需品。2016年白电市场的平稳走势,就是在国内整体环境的逐步改善背景下,将平稳发展的行业特点体现得淋漓尽致。
一方面是政府出台各个层面的社会保障政策措施,以提升和改善国民的生活水平。像调整提高退休人员的工资,提高居民大病医保比例等惠民生政策举措,既使得居民的经济收入稳步增长,又解决了居民敢于消费的后顾之忧,让居民在生活中想买、敢买、有能力买。这对家电这样的大件耐用消费品来说,刺激消费的作用和意义极为重大。
另一方面是上半年的房地产火爆也是极大地刺激了需求的变现。家电产品受惠于房地产是毋庸置疑的,只要是买了新房就会有装修,有装修就会配置家电产品。而以冰、空、洗为代表的白电,是家庭装修必须配置的电器产品。而从2015年持续到2016年9月份的楼市火爆,无疑是刺激需求变现的加速器。
销量:凸显平稳发展
据奥维云网(AVC)数据显示,2016年1~11月,冰箱推总销量3225万台,同比增长0.3%;销售额888亿元,同比下降2.3%。空调推总销量4550万台,同比增长9.8%;销售额1511亿元,同比增长9.6%。洗衣机推总销量3070万台,同比增长1.9%;销售额549亿元,同比增长0.6%。
从数据反映出的市场状况来看,除了空调市场有接近一成的增长,冰箱、洗衣机都呈现出波动幅度不大的特点。特别是冰箱、洗衣机的起伏不大,体现出的是典型的销量(额)高位横盘态势。
空调能够出现相对较大幅度的增长,除了行业自身库存下降和政策环境因素影响之外,2016年夏季适宜空调销售的天气状况是一个重要因素。众所周知,2016年夏季长江及东南沿海区域出现历史上少有的持续高温天气,带来了销售的持续暴增。自6月份起,出现单月连续5个月的同比增长,并且增长幅度除8月份之外,均在20%以上。因此,才会有带动空调销售整体增长接近10%的高增长。
格局:数据印证稳定
从白电的产业格局来讲,2016年并没有出现明显变化,总体呈现出稳定发展的格局。白电市场驱动力量由原来的普及需求过渡到更新需求占据主导,平稳发展将是未来相当长一个发展时期的基本特征。
冰箱市场格局中TOP10品牌为海尔、西门子、美的、容声、美菱、三星、海信、松下、博世、LG。在TOP10品牌中唯独韩资的三星、LG同比下滑较大,幅度超过25%;增幅最大的则是博世、美菱和美的,增幅都在6%以上,韩资品牌同比下滑最大恐与三星手机有关。而TOP10品牌排序与线上、线下的前5名是一致,这也从另一层面表明冰箱市场格局的稳定。
空调市场格局中TOP10品牌为格力、美的、海尔、海信、奥克斯、三菱电机、惠而浦、志高、TCL、长虹。TOP10品牌在线下渠道中有四家同比增长幅度超过10%,分别为TCL、惠而浦、格力和海信。有意思的是格力凭借15.94%的同比增长,拉大了与第二、第三名的距离。TOP10品牌在线上渠道则是另外一种风景,同比超过120%增长的分别是奥克斯、TCL和长虹,其中奥克斯线上占比超过20%,成为线上排名第一。
洗衣机品牌格局更为稳定,TOP10品牌为海尔、小天鹅、西门子、松下、三洋帝度、美的、三星、博世、LG、惠而浦。线下品牌中同比增减都没有超过2%的波动;线上品牌中同比增减也没有超过4%的。波澜不兴体现出洗衣机行业的成熟稳定。
产品:高端趋势明显
与行业格局特点基本类似,2016年冰箱、空调、洗衣机产品也是缺少爆款呈现。虽然很多企业加大了研发的力度,但限于白电产品的物理属性,创新仅局限于外观和附加功能的增减之上,很少有极具创新的产品亮相。
洗衣机产品上,市场占比能够接近1%的所谓爆款产品,集中在海尔、西门子、小天鹅三个品牌上。而线上品牌集中度相对分散,超过1%占比的品牌涉及6家。在洗涤类型上看,爆款产品集中在滚筒洗衣机上,占比超过80%,以滚筒为代表的高端产品占比极高。
冰箱产品的行业集中度更高,市场占比超过1%的爆款集中在海尔和西门子两家品牌上。而线上占比超过1%的品牌也是6家。在冰箱的门数上,爆款集中在对开门和三门上。高端智能冰箱也是呈现增长的态势。
空调产品上,高端的趋势更为清晰一些。代表产品高端的四大类型产品占比均有不同增加,变频比例年内增加2.6个百分点,占比达到65.3%;高能效产品增加8.9个百分点,占比达到49.3%;艺术柜机比例增加11个百分点,占比达到53.2%;智能空调产品增加8.1个百分点,占比达到16.1%。空调的智能化比例远高于冰箱的6.3%、洗衣机的12.2%。
未来:竞争依旧复杂
诚然,已经过去的2016年对家电产业来说是一个平稳发展的一年。特别是空调行业上半年悲观情绪浓厚,而下半年则是欢乐高歌。悲喜两重天的经历,再一次吊起行业对未来的期待。不过,按照奥维云网(AVC)的研究分析,2017年的国内白电市场还是难以乐观。
以行业发展规律来说,每经过一至二个大年(增长年)后往往会有一个小年(调整年)。以空调为例,2014年是一个调整年,2016年增长并不意外,但2017年是增是减还是要看诸多因素综合博弈的结果。
从有利的方面来说,国内刺激消费的政策不断加码,既有经济增速下滑得到遏制企稳的宏观背景,也有刺激消费变现的政策举措,还有家电行业产品升级带来的高端刺激。这些有利因素会刺激一些潜在需求的变现,也顺应了政府消费升级的时代潮流。
从不利的方面来说,经过2016年消费的释放,特别是空调行业销量接近10%的增幅,已经释放了市场的需求,甚至有提前释放需求的嫌疑。因此,2017年再现增长的难度较大。加上家电需求对房地产的依赖度很大,2017年房地产继续调控的背景下,期待增长也是不现实的。
因此,对于2017年的国内白电产业来说,在消费升级带动产业升级的背景下,家电市场总体上还是会在稳定中前行。虽然难以出现普及需求似的大幅增长,但也不会出现市场的严重萎靡。电机作为白电的动力源,将会受白电市场波动的影响。各个家电企业应根据自己的特点,积极做好应对的准备。机会总会留给那些有所准备企业!
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21应用新闻APPLICATION OF NEWS
电机不是一成不变,能否搭上专业级无人机的便车?
电机搭上了消费级无人机的顺风车,是否也能搭上专业级无人机的便车呢?
无人机市场被带火了之后,很多供应链上游的行业重新焕发了生机,比如做碳纤维的、做电池的,甚至做起落架的。其中,很多配件都在适应着无人机行业的变化,比如电机。
无人机的崛起让这些原本从事普通电机制造的企业看到了希望,部分企业开始借此机会转战无人机电机市场,甚至连原本从事智能终端、安防甚至是玩具等领域的企业也大批量进入无人机领域。
其实电机是简称,一般叫它电动机,是将电能转化为机械能的一种转换器,由定子、转子;铁心、磁钢主要部分组成。电动机的工作原理与磁铁类似,利用电产生相同的电极,相互排斥,就产生了电机旋转。
看到这里,想必读者会回忆起初中所学的电磁感应原理,想不起来也没关系,可以去百度了。
无人机最早是航模时代发展过来的,既然航模是无人机的前身,那航模最早是用的什么电机呢?航模最早采用的是有刷电机,其内置机械换向器,转子的是中间的铁心,在铁心后端有3个以上的铜片,这个铜片就是通过外部紧紧夹在上边的碳刷为线圈供电的。随着电机的转动,夹在两边的碳刷是固定不动的,也就在电机转动的过程中起到了换向的作用,这也可以叫做换向器,换向器随着电机的转动不断的变换着方向,而转子外边就是由两块磁钢紧紧贴在电机外壳上。
但有刷电机体积大,笨重,功率小,寿命短,碳刷很容易随着长时间的工作或电压过高负载过大,在很短时间内磨损很严重。所以,目前无刷电机逐渐取代了有刷电机。
无刷电机没有有刷电机一样内置换向器,不能够独立工作,必须有换向器的配合,也就是无刷电调才可以工作。无刷电机中还有一种外转子电机了,这种电机散热性好,磁极数多,扭矩相比内转子电机大,转速低,大部分应用于航模、无人机的较多。
无刷电机由于没有了碳刷的存在,寿命大幅度提升。另外,无刷电机转速同比有刷电机转速要高出很多。这也引发了一些问题,在早起无刷电机刚面世的时候,由于大多配合低速桨使用,经常“爆壳”与“爆桨”。爆壳是指电机转速过高,由于离心力过大所致电机外壳爆裂,导致磁块迅速飞出。爆桨也差不多,就是在达到一定的转速后,由于离心力或其他力向导致螺旋桨从电机飞出甩向四周。还有,无刷电机使用的是外部电子换向器,换向频率8KHZ,频率非常高,也致使电机功率加大了很多,同有刷电机相比重量也轻了很多。
而在无刷电机逐渐攻占无人机市场的时候,也带动了另一个配件的红火,电调。由于无刷电机不能独立工作,必须有电调作为换向器配合才能工作,所以电调市场也被带起来了。
现在无人机电机是什么情况呢?
消费级无人机使用的是直流无刷电机,其在电机结构设计和电机控制算法等技术方面都有一定的要求,也需要严格的性能测试与技术验证体系来保证产品的可靠性。随着高性能芯片的发展,电机不仅能够满足导航传感器的信息融合,而且可以实现无人机的最优控制,技术门不高。
电机的振动幅度对于无人机的性能有着重要影响。在飞行过程中,电机一般会带来较强烈的振动,一旦减震控制不好,就会在飞行过程中产生很大的加速度,势必会带来陀螺输出的变化,进而引起角度变化,电机就会延误动作,最后给用户的直观感觉就是无人机不平稳。
加速度和重量的增加会给整个电机系统带来更大的压力,无人机之所以能悬停,可以做航拍,是因为微机电系统可以检测无人机在飞行过程中的俯仰角和滚转角变化。当电机控制系统检测到角度变化后,就可以控制电机向相反的方向转动,进而达到稳定的效果。专业级无人机至少需要用到四至六颗无刷电机,用来驱动无人机的旋翼,电机驱动控制器则用来控制无人机的速度与方向。电机控制系统对无人机的稳定性至关重要,因此,专业级无人机的电机系统要更精准可靠,这也是无人机电机领域的电机企业需要改进的方向。
另外,电机上的绕圈质量也对无人机的性能起到重要作用。线圈的数量直接跟电磁力的大小有关系,多绕一圈或少绕一圈都会改变磁场的分布,所以会影响电磁力,而电磁力直接影响到电机的输出功率。所以,一旦绕线数量改变了,直接影响无人机的性能。据了解,目前国内的很多无人机电机还在采用人工绕线的方式,尤其是植保机领域。因为绕线设备的费用较为高昂,很多电机厂商为了压缩成本,不购置绕线设备,只能依靠人力。
在消费级无人机已成红海的情况下,专业级无人机迎来了高速发展时期,但专业级无人机对相关的电机和电机控制的要求特别高,从智能终端等领域转行做电机的那一批厂商,能否提供更加精确、更加稳定的电机及控制方案?这是把握住专业级无人机高速发展的重要契机。
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23新品速递NEW ARRIVAL
Allegro发布全新低电压双极步进或双直流电机驱动IC
Allegro MicroSystems,LLC宣布推出一款新型低电压双极步进或双直流电机驱动器IC。A3916器件专为低电压步进电机或双直流电机的脉冲宽度调制(PWM)控制而设计,每个通道的输出电流可达1A,工作电压范围为2.7至15V。
Allegro MicroSystems,LLC宣布推出一款新型低电压双极步进或双直流电机驱动器IC。A3916器件专为低电压步进电机或双直流电机的脉冲宽度调制(PWM)控制而设计,每个通道的输出电流可达1A,工作电压范围为2.7至15V。Allegro该款全新电机驱动器IC主要面向办公室和工业自动化、零售点、3D打印、医疗、闭路电视、玩具市场以及其他使用单节锂离子电池或3AA电池的应用。
A3916集成了所有的电机控制功能,其中包括通过PWM固定关断时间来控制电机绕组中的峰值电流,该峰值电流值由外部电流检测电阻的阻值决定。单电源供电从而不需要外部LDO,集成式电荷泵只需要一个外部电容。诊断输出信号输出低有效,并能够通知用户过温和过流等保护事件的发生。
A3916可提供两个封装选项,一种为扁平式3×3mm、16引脚QFN封装(后缀为ES),另一种为可替代引脚兼容扁平式4×4mm、20引脚QFN封装(后缀为ES,-1),两种产品都带有外露电源板引脚,以增强散热功能。
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25新品速递NEW ARRIVAL
恩智浦推出新的LPC微控制器系列产品 巩固其在MCU市场的领先地位
近日, 恩智浦半导体NXP Semiconductors N.V.(Nasdaq: NXPI)正以LPC800和LPC54000系列MCU的路线图,定义通用市场微控制器的新用途。
·» NI智能嵌入式系统加速工业物联网(IIOT
·» NI模块化数字万用表技术资源包
·» NI InsightCM 全新企业级状态监测解决
·» NI源测量单元(SMU)和可编程电源资源包
近日, 恩智浦半导体NXP Semiconductors N.V.(Nasdaq: NXPI)正以LPC800和LPC54000系列MCU的路线图,定义通用市场微控制器的新用途。这些新一代MCU提供了极高的灵活性,而且器件产品组合非常健全,不仅具有高集成度,还兼有卓越的易用性和能效比,非常适合未来的物联网(IoT)应用。恩智浦今天宣布推出其2017年首款新LPC MCU系列——LPC546xx,该系列器件不仅在动态功耗上更进一步,而且还配备高级外设,在市场上提供了极具灵活性和价格竞争力的产品组合。
全新亮点
新的LPC800和LPC54000系列MCU丰富的基于ARM® Cortex®-M的器件产品组合,满足下一代消费类和工业类物联网应用的需求
NXP今年会发布五个新LPC微控制器系列。LPC546xx MCU是今年的排头兵
近日, 恩智浦半导体NXP Semiconductors N.V.(Nasdaq: NXPI)正以LPC800和LPC54000系列MCU的路线图,定义通用市场微控制器的新用途。这些新一代MCU提供了极高的灵活性,而且器件产品组合非常健全,不仅具有高集成度,还兼有卓越的易用性和能效比,非常适合未来的物联网(IoT)应用。恩智浦今天宣布推出其2017年首款新LPC MCU系列——LPC546xx,该系列器件不仅在动态功耗上更进一步,而且还配备高级外设,在市场上提供了极具灵活性和价格竞争力的产品组合。
恩智浦微控制器业务线资深副总裁兼总经理Geoff Lees表示:“2017年的LPC MCU路线图建立在我们已经向全球消费者和工业客户出售超过10亿件ARM微控制器的基础上。这次大力推出的微控制器产品组合强调了我们对LPC平台产品长期供货的承诺,也展现了我们为进一步扩充创新型解决方案产品组合所做的重大投资。”
恩智浦副总裁兼低功耗MCU和LPC MCU产品线总经理Joe Yu表示:“在这个智能设备急剧增长且日益互联的世界中,恩智浦正在颠覆市场的认知,引领着行业掀起高能效嵌入式应用的新一波浪潮。我们最新的微控制器系列将要开创出一个新的途径,使市场对MCU的看法发生重大转变。”
LPC800系列MCU:价格实惠的入门级8位MCU替代品。
LPC800系列MCU经过精心设计,在功耗、性能和价格实现了出色的平衡,是理想的8位替代MCU解决方案,可帮助用户的下一代产品迎接未来考验。这款低成本的32位MCU采用8位MCU应用设计人员所熟悉的外形结构,让他们可以轻松地从8位设计迁移过来,而且在降低成本的同时,还配备丰富的功能,包括:
灵活的恩智浦开关矩阵,允许任意外设不受限制地与任意引脚进行配对
GPIO中断生成功能,具有布尔模式匹配特性
灵活的PWM/定时器(也称为状态可配置定时器),让用户可以根据应用需求对PWM/定时器功能进行编程
直接存储器访问(DMA),支持所有串行接口和模拟外设
恩智浦计划于今年晚些时候扩充这一MCU产品系列,为开发人员提供增加存储器和提高集成度的选项。
耐氏集团主席Lauro Buoro表示:“耐氏致力于利用自动化来简化日常生活体验,从而改善我们客户的生活质量。而要将这个愿景变为现实,我们需要一个能预测市场变化并在技术上保持领先的供应商。透过恩智浦的LPC800产品组合和规划路线图,我们相信他们已经清楚地认识到从私有8位/16位架构迅速向基于Cortex-M0+的MCU转变的需求。我们毫不怀疑LPC会继续处于市场领先地位,并很好地为我们对入门级MCU的长期需求提供支持。”
LPC54000系列MCU:适合所有人的主流系列。
LPC54000系列吸收了基于ARM® Cortex®-M3的LPC1768的所有优点,并在此基础上做了进一步改进,在性能和可扩展性上实现了出色的平衡。这个基于Cortex-M4的MCU系列配有多个通信接口,并搭载精确的低功耗内置振荡器和一个5 Msps的快速ADC,具有一流的能效和极高的设计灵活性。
宣布推出LPC546xx MCU系列
作为今年计划推出的五个新LPC产品系列的第一个系列,LPC546xx MCU系列经过量身定制,能够满足从汽车后装市场到工业控制面板、互联智能家电、数据集中器和通信集线器等各种消费类和工业类应用的要求。其他特性包括:
宽动态主频范围,从极低频率到180 MHz的性能可扩展性。这让用户可以更快地完成复杂任务,从而优化应用的功耗。
21个通信接口和出色的集成能力,包括以太网/云连接能力、集成物理收发器的全速和高速USB接口、SDIO和智能卡接口。
双CAN FD控制器,增加了带宽并提高了数据速率和有效载荷
集成高达1024x768的图形显示控制器,支持不同的显示配置
外部存储器总线
Quad SPI闪存接口,通过替换策略缓冲器实现芯片内执行XIP。
针对音频应用优化的外设,支持PDM到PCM的转换(用于语音识别)和小数PLL(用于USB音频桥接)。
Draupner Graphics公司的TouchGFX业务拓展经理Jørgen Mygind表示:“通过将LPC微控制器与我们的TouchGFX软件框架相结合,我们全球各地的客户已经能够用复杂的图形和动画来丰富他们的嵌入式物联网和显示应用。现在,随着LPC54608器件的发布,我们看到了下一代嵌入式GUI应用令人难以置信的市场潜力,该器件可以帮助客户突破当前寻求提高能效的障碍。”
上市时间
LPC546xx MCU系列计划于2017年3月开始批量生产并全面上市。这是计划于今年推出的五个新LPC微控制器系列中的第一个系列。其他的LPC54000和LPC800微控制器预计会于2017年第2季度、第3季度和第4季度陆续发布。点击此处查看LPC 2017路线图。
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27新品速递NEW ARRIVAL
新款电机驱动芯片适用于工业应用环境和汽车
在2016慕尼黑(德国)电子展览会上,elmos提供了汽车应用的电机驱动芯片,可以使用24V和48V车载电源和24V至60V供电电源,适用于工业应用环境电机驱动,以及汽车散热器格栅调节。elmos的电机驱动芯片还可以控制车载水泵和LED前大灯的冷却。所有IC具有全面的安全功能和一流的精度。
在2016慕尼黑(德国)电子展览会上,elmos提供了汽车应用的电机驱动芯片,可以使用24V和48V车载电源和24V至60V供电电源,适用于工业应用环境电机驱动,以及汽车散热器格栅调节。elmos的电机驱动芯片还可以控制车载水泵和LED前大灯的冷却。所有IC具有全面的安全功能和一流的精度。
elmos还推出了72V 3相半桥驱动器IC(E523.50),用于直流无刷(BLDC)电机的驱动。可以应用于24V和48V车载电源的汽车应用和24V至60V供电电源的工业应用。驱动器芯片符合AEC Q100标准0级(150°C)。芯片配有1个高压输入口,1个数字RUN引脚和6个数字输入控制引脚的3个半桥驱动器(3个高边和3个低边门极驱动)。该IC可以配置为6个直接控制输入,或3个使能和3个脉宽调制(PWM)输入。对于后一种配置,死区时间可以自动产生,或使用外部电阻设置。
主要特征:
供电电压范围12V至72V,低至7V
内置11V/100mA的DC/DC开关电源
内置3.3V/20mA电源,可以给外部单片机适用,或者用于更大负载电流的可选外部NPN晶体管
200mA门极驱动电流,包括保护功能
可配置的6个独立PWM输入或驱动3模式(3EN+3PWM)
可编程死区时间
高压使能输入
500ns快速电流采样放大器
集成反电动势接口
欠压、过流和过热保护
符合AEC-Q100的汽车认证
典型应用:
工业24V至60V应用的直流无刷电机
商用车
48V通讯领域
(完) -
28新品速递NEW ARRIVAL
意法半导体推出了处理性能强大的智能电机控制单封装芯片组
横跨多重电子应用领域、全球领先的半导体供应商意法半导体(STMicroelectronics,STM)推出了处理性能强大的智能电机控制单封装芯片组,助力智能工业即智能制造或工业4.0快速发展。
横跨多重电子应用领域、全球领先的半导体供应商意法半导体(STMicroelectronics,STM)推出了处理性能强大的智能电机控制单封装芯片组,助力智能工业即智能制造或工业4.0快速发展。
意法半导体的新STSPIN32F0电机控制系统级封装 兼具基于微控制器的电机驱动器的处理性能和灵活性与单颗芯片的易用性和空间利用率。目标应用包括智能制造设备、电动工具和散热风扇,新兴的高端科技产品,例如无人机、机器人,以及内置高能效电机的家电,例如高性能便携吸尘器或空气净化器。
意法半导体工业应用和功率转换产品部总经理Domenico Arrigo解释说:“工业4.0和高端消费电子系统设计人员需要自由、灵活地优化电机控制策略,而将中央控制器的干预降到最低程度的自动化运行则需要优异的处理性能。STSPIN32F0利用一个使用便利且空间利用率高的系统封装满足这些特质需求,利用我们独有的功能丰富的STM32生态系统的功率控制固件库和算法,简化智能和功能丰富的电机精度控制开发任务。”
STSPIN32F0模块在一个 7mm x 7mm QFN微型封装内整合微控制器和模拟芯片,提供基于微控制器的电机驱动器的灵活性和性能与单颗芯片的便利性、简易性和空间利用率。对于已经拥有自主开发的电机控制IP或打算使用现成的电机控制算法的开发人员,该解决方案同样具有吸引力。
与其它品牌的基于微控制器的电机驱动解决方案相比,STSPIN32F0使开发设计得到大幅简化,功能丰富的STM32生态系统,包括软件工具、固件库和中间件,尤其是受欢迎的电机控制算法,例如,矢量控制(FOC)和6步控制,帮助开发人员简化固件开发。
STSPIN32F0电机控制模块采用7mm x 7mm QFN系统级封装。
技术细节:
· STSPIN32F0内置的STM32F0微控制器基于ARM® Cortex®-M0内核,能够运行多用途电机控制算法,例如,有传感器或无传感器的矢量控制、6步控制等。其优异的处理性能可满足电机转矩和转速精度控制对算法执行速度的要求,系统带宽和余量支持更多功能。
· STSPIN32F0内置的高集成度模拟芯片实现一个三相半桥栅驱动器,并内置自举二极管。高达600mA的栅驱动电流让开发人员能够从各种功率MOSFET中为其所选电机选择一款适合的产品。内部保护机制包括实时可编程过流保护、消除具有危害性的直通电流问题的跨导防护、欠压保护和过热保护。
· 内置运放最大限度提升高性价比的无传感器反馈系统或霍尔传感器反馈系统设计的灵活性。
· 节省外部元器件,简化系统设计,使用内部3.3V DC-DC降压转换器和12V LDO线性稳压器做电压轨,为微控制器、外部电路和栅驱动器提供电源。芯片可以进入待机模式,关闭除给微控制器供电的直流直流转换器外的所有内部电路,将功耗降至最低限度。
(完) -
30解决方案SOLUTION
一种提高步进电机运行质量的电流控制方法
双极性步进电机包含两绕组,为了使电机运行平稳,不断的给这两个线圈加以相位差90度的正弦波,步进电机就开始转动起来。
双极性步进电机的基础知识
双极性步进电机包含两绕组,为了使电机运行平稳,不断的给这两个线圈加以相位差90度的正弦波,步进电机就开始转动起来。
通常,步进电机不是由模拟线性放大器驱动;而是由PWM电流调节驱动,把线性的正弦波信号转换成了离散的直线段信号。正弦波可被分成多段,随着段数的增加,波形不断接近正弦波。 实际应用中,段数多从4到2048或更多,大多数步进驱动IC采用4到64段细分。整步驱动,每一时刻只有一个相通电,两相电流交替和电流方向切换,使得一共产生四个步进电机机械状态。半步驱动,比整步驱动方式相对复杂一些,在同一时刻,可能两个相都需要被通电,如图1所示,使电机的步进分辨率提高了一倍。细分驱动,电机转子走一步的角度将会随着细分数的增加而减小,电机转动也越来越平稳,例如把一个32段细分序列称为八分之一步驱动模式(见图1)。
电流控制精度的重要性
双极性步进电机转子的位置取决于流经两个线圈绕组的电流的大小。通常,选择步进电机的主要指标为,准确的机械定位或精准的机械系统速度控制。所以绕组电流的精度控制对步进电机的平稳运行非常重要。
在机械系统中,有两个问题会导致不准确的电流控制:
► 在低速运行或用步进电机用于定位控制的情况下,每一细分段电机运行的步数错误,导致错误的定位。
► 在高速运行下,系统非线性会导致短期电机运行速度变化,使得力矩不稳,增加了电机噪声和振动。
PWM控制和电流衰减模式(Decay Mode)
大多数的步进电机驱动IC,依靠步进电机绕组的电感特性实现PWM电流调节。通过每个绕组对应的功率MOSFET组成的H桥电路,随着PWM控制开始,电源电压被加到电机绕组上,从而产生驱动电流。一旦电流达到设定值,H桥就会切换控制状态,使得输出电流衰减。 一定固定时间后,一个新的PWM周期又会开始,H桥再次产生线圈电流。
重复这一过程,使绕组电流上升和下降。通过电流采样和状态控制,可以调节控制每一段细分的峰值电流值。
在预期的峰值电流达到后,H桥驱动绕组的电流衰减控制方式有两种:
► 绕组短路(同时开通低侧或高侧的MOSFET),电流衰减慢。
► H桥反向导通,或允许电流通过MOSFET的体二极管流通,电流衰减快。
这两种电流衰减方式称为慢衰减和快衰减(见图2)。
图2:H桥工作状态。 由于电机绕组是感性的,电流的变化率取决于施加的电压和线圈感值。要步进电机快速运行,理想的情况就是是能够控制驱动电流在很短的时间内变化。不幸的是,电机运动中会产生一个电压,其方向与外加电压相反,反抗电流发生改变的趋势,称为“反电动势”。 所以电机转速越快,此反向电动势就越大,在它作用下电机随速度的增大而相电流减小,从而导致力矩变小。为了减轻这些问题,要么提高驱动电压,要么降低电机绕组电感。降低电感意味着用更少的匝数绕组,就需要更高的电流来达到相同的磁场强度和扭矩。
传统峰值电流控制的问题
传统的步进电机峰值电流控制,通常只检测通过线圈的峰值电流。 当预期的峰值电流达到后,H桥就会切换导通状态,使得输出电流衰减(快衰减,慢衰减,或两者的组合),持续一定固定时间,或等一个PWM周期结束。电流衰减时,驱动IC无法检测输出电流,从而导致一些问题。
一般来说,最好是用慢衰减,可以得到更小的电流纹波,平均电流能更准确的跟踪峰值电流。 然而,随着步率增大,慢衰减不能够及时降低绕组电流,无法保证精确的电流调节。
为了防止采样到开关电流尖峰,在每个PWM周期的开始,有一个非常短的时间(blanking time)是不采样绕组电流的,那么此时的电流就是不受控制的。这会导致严重的电流波形畸变和电机运行的不稳定(见图3)。
图3:慢衰减模式下的电流畸变。 在正弦波达到峰值后,电流先开始衰减,然后又增加,直到H桥工作在高阻状态,电流才继续向零衰减。
为了避免这种情况,许多步进电机驱动芯片,在电流幅值增加的时候采用慢衰减模式,在电流幅值减小时使用快衰减或混合衰减(结合快衰减和慢衰减)模式。 然而,这两种衰减模式的平均电流是是完全不同的,因为快衰减模式时的电流纹波相对大很多。结果就是,两种模式下的平均电流值相差很大,导致电机运行不平稳(见图4)。
图4:传统峰值电流控制下的波形 如图4波形所示,峰值电流后一步和前一步的电机步进不一样,会导致位置误差和瞬时速度的变化。电流过零时,因为两种衰减模式的切换,也会有同样的问题。
双向电流采样
传统的步进驱动,在每个H桥下管源极和地之间接外部检测电阻,只测量PWM导通时检测电阻上的正向电压。在慢衰减模式下,电流循环通过内部MOSFET,不通过检测电阻,因此无法测量电流。在快衰减模式下,通过电阻的电流翻转,产生的是负电压。对于目前的电源IC工艺,负电压很难被简单的采样处理。
如果我们可以监控电流衰减时期的绕组电流,许多步进电机驱动的电流调节问题就能被解决。但是,如上所说通过外部检测电阻很难实现,更好的选择是尝试内部电流检测。内部电流检测允许在任何时候监测电流,如PWM导通时间,以及快衰减和慢衰减过程中。 虽然它增加了驱动IC的复杂性,但内部电流检测大大降低了系统成本,因为外部的采样电阻不需要了。这些电阻非常大且昂贵,价格通常和驱动IC差不多!
MP6500步进驱动IC
MP6500双极性步进电机驱动芯片,集成内部电流检测,很好的取代了传统廉价的峰值电流控制双极步进电机的驱动IC。MP6500内部电路框图如图5所示。
图5:MP6500电路框图。 MP6500最大驱动电流峰值为2.5A(具体取决于封装和PCB设计);电源电压范围从4.5V至35V。 支持整步,半步,四分之一步,八分之一步驱动模式。不需要外部电流检测电阻,只需要一个接地的小型、低功耗电阻去设定绕组电流峰值。
内部电流检测依赖于精准的功率管及相关电路的匹配设计,可以保证始终准确采样绕组电流,从而提高步进电机的运行质量。
通常情况下, MP6500工作在慢衰减模式下。然而,当一个固定关断时间结束,慢衰减结束后,如果当前绕组电流仍高于预期水平,快衰减模式会被开启以用来迅速减小驱动电流到所需值。这种混合控制模式,使得驱动电流快速下降到零,同时又保证平均电流尽量接近设定值。当step跳变时,快衰减就被采用使得当前电流迅速被调整到零,如图6所示。
图6:MP6500的自动衰减模式(step跳变时)。 如果电源电压高,电感值低,或所需的峰值电流幅值很低,电流很有可能高于设定值。由于blanking time,每个PWM周期都会有一个最小导通时间,此时许多传统的步进电机驱动器无法控制绕组电流。如果发生这种情况,MP6500会不断采用快衰退模式来保证绕组电流一直不超过设定值(见图7)。
图7: MP6500的自动衰减模式(低电流情况下)。 这种自适应衰减模式与只使用慢衰减模式相比,平均电流的变化比较小。由于快速衰减模式只用来控制驱动电流低于设定值,误差比在整个PWM关断时间采用快衰减模式要小的多。
这种控制方法的优点是,对于不同的电机和电源电压,用户不需要做任何系统调整,衰减模式是完全自动调整的。 而传统的步进电机驱动,对于不同应用,必须调整衰减模式甚至PWM关断时间,以得到最好的运行质量。
使用了这种电流调节方法,MP6500可以确保整个周期的平均绕组电流都准确稳定(见图8),明显改善了电机的运行质量。
图8:MP6500输出电流波形 电机运行质量测量
步进电机的运行质量,往往很难准确的量化评估。通常,靠人的眼睛,耳朵,手来判断相对位置,噪声和振动的情况。这些方法都很难精确测量每个细分段的位置精度。一个步距角1.8°步进电机,每八分之一步对应的旋转角度为0.225°,非常小。 在电机运动时,比较容易的测试方法是时域测量,定位误差会转化为速度的变化。速度随时间的变化可以用示波器测量出来。为了实现这些测量,测试设备需要一个高分辨率的光学编码器和与步进电机支架组装在一起的磁粉制动器。
步进电机选用的是一个用于小型工业设备或3D打印机的XY位移平台的典型电机:1.8°步距角NEMA 23步进电机,电感量为2.5mh,额定电流2.8A。
要进行运行质量测量,还需要一个频率电压转换器(Coco Research KAZ-723)去处理光电编码器的输出信号,转化为电压信号后就可以在示波器和频谱分析仪上分析处理。这个电压信号实时代表了不断更新的电机转速。
测试设备如图9,图10所示。
图9:电机试验台。 图10:kaz-723 频率电压转换器。 为了检测整个测试系统的运行和了解所用电机和测试装置的固有缺陷,在电机两个线圈上加上相位差90度的正弦波电流。两相电流和代表电机转速的电压信号,如图11所示。
频率电压转换器的输出显示电机瞬时速度的变化是周期性的,与驱动电流波形同步。这个速度变化很可能是由于电机本身的磁场和机械构造的缺陷引起的,也部分原因可能是编码器,测试机架,或驱动电流的谐波失真分量。
那么,图11就是此测试设置下此电机最理想的运行结果,虽然我们可以通过预调整驱动波形来补偿电机结构引起的问题以进一步提高运行质量。
图11:模拟电流驱动电机运行测量。 接着,在相同设置和试验条件下,用市面上通用的双极步进驱动器来驱动电机,采用传统的峰值电流控制和使用外部检测电阻器。该驱动器电流增大时采用慢衰减模式,电流减小采用混合衰减模式。
混合衰减模式的阈值设置尽量优化,使得慢衰模式工作时间尽可能长,同时当电流幅值减小到零时能一直保证跟踪所期望的理想波形。这样可以尽可能的减小PWM电流纹波,也就是尽量减小速度的变化量。
如图12所示,采用这种传统步进驱动芯片,速度的变化是模拟正弦和余弦波电流驱动的三倍。这意味着电机噪声,振动,以及定位误差都增加了。
图12:传统控制调节方案下的电机运行质量。 MPS MP6500步进驱动集成芯片,采用内部电流采样和上述的自动衰减电流调节方案,可以实现更好的电机运行质量。如图13所示,速度变化虽不是和模拟正弦和余弦波电流驱动的结果一样小,但是比传统的驱动方案要改善许多,使得电机运行更平稳安静,定位更精确。
图13:MP6500驱动的电机运行质量 高速运行
正如我们在图3中看到的,在很高的步率情况下,传统的电流控制技术不能很好控制绕组电流,有可能产生严重的电流波形畸变。随着电机的转速不断增大,反电动势会越来越大,在它作用下相电流随速度的增大而减小,且电流下降的时间也减少,从而导致力矩变小甚至失速。相对于传统方案,MP6500的改进自适应电流控制模式可以使电机运行在更高的速度。
图14为,同上测试系统下采用传统电流控制模式,电机转速不断提高的测试结果(横轴为时间,纵轴为转速)。失速发生时,速度测量结果是在8V左右,相当于在480RPM。
图14:传统控制模式的提速测试。 使用相同的设置和绕组电流,如图15所示,由于更好的自适应电流调节控制方案,MP6500可以驱动明显更高的速度。失速发生时,速度测量结果是在10V左右,相当于在600RPM。
图15:MP6500的提速测试。 结论
相对于传统的步进电机的驱动芯片,MP6500采用了先进的自适应电流控制方案,在保证总系统成本不变或更低的情况下,能明显改善步进电机的运行质量。应用本文中描述的测试设备,我们可以定量的测试和验证此方案下运行质量的改进与提高。
(完) -
31解决方案SOLUTION
提供高效变频解决方案 创维i-DD洗衣机升级DD电机
众所周知,变频洗衣机已经成为洗衣机市场上的主流产品,变频洗衣机以其节能的特性见称,但其效率却千差万别,能够提供高效变频解决方案的却不多,针对这一行业问题,创维通过升级DD直驱电机的技术,研发出i-DD变频洗衣机。
众所周知,变频洗衣机已经成为洗衣机市场上的主流产品,变频洗衣机以其节能的特性见称,但其效率却千差万别,能够提供高效变频解决方案的却不多,针对这一行业问题,创维通过升级DD直驱电机的技术,研发出i-DD变频洗衣机。
首先,洗衣机的变频技术体现在其“心脏”——电机上,而洗衣机采用的电机主要有两种,一种是创维使用的DD直驱电机,另一种是CIM电机,而CIM电机的效率明显不如DD直驱电机。此外,还有另外一种变频电机BLDC电机,这种电机使用了皮带有机械传动效率的影响,其中皮带是个易损件,这对于使用在洗衣机上就不及DD直驱电机了。
对比之下,DD直驱电机无需转动皮带等带动设备,因此规避了系统中故障率较高的部件。创维洗衣机使用DD变频电机,从技术上讲,具有更低的故障率,洗衣机的寿命也随之增长,而且能够减少噪音,给用户带来更绿色健康的洗衣体验。
此外,DD电机一般都会配备解析度更高的编码器,再加上直接驱动不需要部件的连接方式,DD电机对调速的范围大大提升,对速度变化的响应也更快。由于不需要经过多项设备,电机在工作时引起的共振降低,噪声也进一步减小,进一步提升了效率。而由于减少了连接部件,对电机整体来说,使用寿命也大大提升。
不过,DD电机由于结构与其他电机均不相同,因此需要洗衣机厂商们需要在安装模式上进一步调整,这样也加大了成本。但是这对于凝聚健康科技的创维来说,却不是什么难题,经过两年的精心打磨,并辅以众多技术,研发出i-DD变频洗衣机。
以创维i-DD变频滚筒洗衣机为例,产品搭载DD直流变频电机和i-health系统,采用1Hz变频矢量控制技术,结合直流变频技术,大幅度提升电能向动能的转化率,更节能省电,DD变频电机与内筒同轴设计,让洗衣机运行更加平稳,静音效果更好。
据了解,创维推出的i-DD变频滚筒洗衣机共采用了9项专利,包括发明专利2项、实用新型专利4项、外观专利3项;i-DD变频波轮洗衣机则应用了11项专利,包括3项发明专利、5项新型实用专利和3项外观专利,创维已经成为国内少数几家掌握DD变频核心科技的洗衣机生产企业之一。
创维洗衣机在众多专利技术的支持下,依据自主研的发i-health健康智能科技平台,配合DD直驱电机的优秀表现,研发出i-DD变频洗衣机从而提供高效变频的解决方案。
(完) -
32解决方案SOLUTION
伺服电机故障分析大全,值得收藏
三相交流伺服电机应用广泛,但经过长期运行后,会发生各种故障。及时判断故障原因,进行相应处理,是防止故障扩大,保证设备正常运行的一项重要工作。
三相交流伺服电机应用广泛,但经过长期运行后,会发生各种故障。及时判断故障原因,进行相应处理,是防止故障扩大,保证设备正常运行的一项重要工作。
下面深入学习下伺服电机主要的故障和分析:
1、电机编码器报警
1、故障原因
①接线错误;
②电磁干扰;
③机械振动导致的编码器硬件损坏;
④现场环境导致的污染;
2、故障排除
①检查接线并排除错误;
②检查屏蔽是否到位,检查布线是否合理并解决,必要时增加滤波器加以改善;
③检查机械结构,并加以改进;
④检查编码器内部是否受到污染、腐蚀(粉尘、油污等),加强防护;
3、安装及接线标准
①尽量使用原装电缆;
②分离电缆使其尽量远离污染接线,特别是高污染接线;
③尽可能始终使用内部电源。如果使用开关电源,则应使用滤波器,确保电源达到洁净等级;
④始终将公共端接地;
⑤将编码器外壳与机器结构保持绝缘并连接到电缆屏蔽层;
⑥如果无法使编码器绝缘,则可将电缆屏蔽层连接到编码器外壳和驱动器框架上的接地 (或专用端子)。
2、电机断轴
1、故障原因
①机械设计不合理导致径向负载力过大;
②负载端卡死或者严重的瞬间过载;
③电机和减速机装配时不同心;
2、故障排除
①核对电机样本中可承受的最大径向负载力,改进机械设计;
②检查负载端的运行情况,确认实际的工艺要求并加以改进;
③检查负载运行是否稳定,是否存在震动,并加以改进机械装配精度。
3、电动机空载电流不平衡,三相相差大
1、故障原因
①绕组首尾端接错;
②电源电压不平衡;
③绕组存在匝间短路、线圈反接等故障。
2、故障排除
①检查并纠正;
②测量电源电压,设法消除不平衡;
③消除绕组故障。
4、电动机运行时响声不正常有异响
1、故障原因
①轴承磨损或油内有砂粒等异物;
②转子铁芯松动;
③轴承缺油;
④电源电压过高或不平衡。
2、故障排除
①更换轴承或清洗轴承;
②检修转子铁芯;
③加油;
④检查并调整电源电压
5、电动机起动困难,额定负载时,电动机转速低于额定转速较多
1、故障原因
①电源电压过低;
②面接法电机误接;
③转子开焊或断裂;
④转子局部线圈错接、接反;
③修复电机绕组时增加匝数过多;
⑤电机过载。
2、故障排除
①测量电源电压,设法改善;
②纠正接法;
③检查开焊和断点并修复;
④查出误接处予以改正;
⑤恢复正确匝数;
⑥减载。
6、通电后电动机不能转动,但无异响,也无异味和冒烟?
1、故障原因
①电源未通(至少两相未通);
②熔丝熔断(至少两相熔断);
③过流继电器调得过小;
④控制设备接线错误。
2、故障排除
①检查电源回路开关,熔丝、接线盒处是否有断点,修复;
②检查熔丝型号、熔断原因,换新熔丝;
③调节继电器整定值与电动机配合;
④改正接线。
7、运行中电动机振动较大
1、故障原因
①由于磨损轴承间隙过大;
②气隙不均匀;
③转子不平衡;
④转轴弯曲;
⑤联轴器(皮带轮)同轴度过低。
2、故障排除
①检修轴承,必要时更换;
②调整气隙,使之均匀;
③校正转子动平衡;
④校直转轴;
⑤重新校正,使之符合规定。
8、通电后电机不转有嗡嗡声
1、故障原因
①转子绕组有断路(一相断线)或电源一相失电;
②绕组引出线始末端接错或绕组内部接反;
③电源回路接点松动,接触电阻大;
④电动机负载过大或转子卡住;
⑤电源电压过低;
⑥小型电动机装配太紧或轴承内油脂过硬;
⑦轴承卡住。
2、故障排除
①查明断点予以修复;
②检查绕组极性;判断绕组末端是否正确;
③紧固松动的接线螺丝,用万用表判断各接头是否假接,予以修复;
④减载或查出并消除机械故障,
⑤检查是否把规定的面接法误接;是否由于电源导线过细使压降过大,予以纠正,
⑥重新装配使之灵活;更换合格油脂;
⑦修复轴承。
9、轴承过热?
1、故障原因
①滑脂过多或过少;
②油质不好含有杂质;
③轴承与轴颈或端盖配合不当(过松或过紧);
④轴承内孔偏心,与轴相擦;
⑤电动机端盖或轴承盖未装平;
⑥电动机与负载间联轴器未校正,或皮带过紧;
⑦轴承间隙过大或过小;
⑧电动机轴弯曲。
2.故障排除
①按规定加润滑脂(容积的1/3-2/3);
②更换清洁的润滑滑脂;
③过松可用粘结剂修复,过紧应车,磨轴颈或端盖内孔,使之适合;
④修理轴承盖,消除擦点;更多精彩内容请关注微信号技成培训
⑤重新装配;
⑥重新校正,调整皮带张力;
⑦更换新轴承;
⑧校正电机轴或更换转子。
10、电机过热甚至冒烟?
1、故障原因
①电源电压过高;
②电源电压过低,电动机又带额定负载运行,电流过大使绕组发热;
③修理拆除绕组时,采用热拆法不当,烧伤铁芯;
④电动机过载或频繁起动;
⑤电动机缺相,两相运行;
⑥重绕后定于绕组浸漆不充分;
⑦环境温度高电动机表面污垢多,或通风道堵塞。
2、故障排除
①降低电源电压(如调整供电变压器分接头);
②提高电源电压或换粗供电导线;
③检修铁芯,排除故障;
④减载;按规定次数控制起动;
⑤恢复三相运行;
⑥采用二次浸漆及真空浸漆工艺;
⑦清洗电动机,改善环境温度,采用降温措施。
(完)