低功耗電機(jī)的界定及使用標(biāo)準(zhǔn)。
內(nèi)容簡(jiǎn)介:從小功率電機(jī)的分類可以看出,小功率電機(jī)是電氣設(shè)備不可或缺的驅(qū)動(dòng)部件,其應(yīng)用范圍之廣幾乎遍布所有行業(yè),特別是與人們的日常生活關(guān)系緊密更是它的顯著特點(diǎn),如風(fēng)扇、空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)、排油煙機(jī)、小家電、健身器具、工業(yè)縫紉機(jī)、水泵、汽車電器等家庭、辦公電氣化用具中都是由小功率電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。
車載/家用電器用電機(jī)主要是小功率電機(jī),凡車載/家庭中有轉(zhuǎn)動(dòng)件的,都是由電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)的,而且絕大部分為中小功率電機(jī),如空調(diào)用的室內(nèi)機(jī)風(fēng)扇電機(jī)、室外機(jī)的風(fēng)扇電機(jī)、壓縮機(jī)、室內(nèi)機(jī)轉(zhuǎn)葉電機(jī)等。車載/家用電器性能與所匹配的小功率電機(jī)有著直接的關(guān)系,電機(jī)的效率、功率因數(shù)、調(diào)速范圍及噪聲直接與家用電器的節(jié)能環(huán)保有著密切的關(guān)系。
隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高,小功率電機(jī)作為一個(gè)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)源應(yīng)用十分廣泛,在世界各國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)越來(lái)越重要的地位,這一產(chǎn)業(yè)為促進(jìn)許多工業(yè)國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮著重要作用。目前我國(guó)車載/家用電器行業(yè)增長(zhǎng)顯著,發(fā)展態(tài)勢(shì)良好,為車載/家用電器用電機(jī)提供廣闊的市場(chǎng)。
1小功率電機(jī)的界定及應(yīng)用范圍(1)小功率電機(jī)的界定。國(guó)內(nèi)通常按功率大小將電機(jī)分為大型電機(jī)、中小型電機(jī)、小功率電機(jī)等三大類。依據(jù)GB2900. 27- 1995電工名詞述語(yǔ)小功率電動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)定義,小功率電機(jī)是指折算到1 500 r/m in時(shí),最大連續(xù)定額不超過(guò)1. 1 kW的電動(dòng)機(jī),即1. 1 kW及以下電機(jī)統(tǒng)稱為小功率電機(jī),它包含了人們通常所說(shuō)的分馬力電機(jī)和微電機(jī)。由于它與人民生活休戚相關(guān),已被列入國(guó)家強(qiáng)制性認(rèn)證目錄。小功率電機(jī)種類繁多,大致可分為三相異步電動(dòng)機(jī)、三相電泵、洗衣機(jī)用電動(dòng)機(jī)、空調(diào)器風(fēng)扇用電動(dòng)機(jī)等27類。
(2)小功率電機(jī)的應(yīng)用范圍。國(guó)際上有一種較為形象的評(píng)判方法:一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度可依據(jù)每個(gè)家庭擁有小功率電機(jī)的數(shù)量來(lái)考量。
這較好地說(shuō)明了小功率電機(jī)與國(guó)計(jì)民生的重要性關(guān)系。不包括汽車用電機(jī),我國(guó)目前城鎮(zhèn)家庭平均電機(jī)擁有量為15 50個(gè),而發(fā)達(dá)國(guó)家每個(gè)家庭電機(jī)擁有量為70 100個(gè)。這反映了我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家在總體上的差距,也體現(xiàn)了小功率電機(jī)廣闊的發(fā)展前景。
小功率電機(jī)是我國(guó)工業(yè)體系的一個(gè)重要組成部分,是主機(jī)產(chǎn)品的驅(qū)動(dòng)、控制執(zhí)行部件。這些電機(jī)廣泛應(yīng)用于軍工設(shè)備、電子產(chǎn)品、工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)、家用電器、交通工具、電動(dòng)工具、康樂(lè)器具、儀器儀表等方面,是量大面廣的競(jìng)爭(zhēng)性行業(yè),隨著技術(shù)進(jìn)步、技術(shù)創(chuàng)新的不斷發(fā)展,又是科技含量較高的一個(gè)成長(zhǎng)性行業(yè)。
從小功率電機(jī)的分類可以看出,小功率電機(jī)是電氣設(shè)備不可或缺的驅(qū)動(dòng)部件,其應(yīng)用范圍之廣幾乎遍布所有行業(yè),特別是與人們的日常生活關(guān)系緊密更是它的顯著特點(diǎn),如風(fēng)扇、空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)、排油煙機(jī)、小家電、健身器具、工業(yè)縫紉機(jī)、水泵、汽車電器等家庭、辦公電氣化用具中都是由小功率電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。同時(shí)電機(jī)還是這些產(chǎn)品的關(guān)鍵部件,其技術(shù)性能、可靠性等直接決定了家電產(chǎn)品的技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量。
2小功率電機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,各類電機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化和人們的生活工作中正起著越來(lái)越大的作用。小功率電機(jī)作為一個(gè)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)源應(yīng)用十分廣泛,在世界各國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)著越來(lái)越重要的地位,這一產(chǎn)業(yè)為牽引許多工業(yè)國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的騰飛發(fā)揮著重要作用。小功率電機(jī)作為家用電器和汽車機(jī)電能量轉(zhuǎn)換及自動(dòng)化程度提高的核心驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件,電機(jī)的相關(guān)性能指標(biāo)直接決定了家用電器、設(shè)備的性能和技術(shù)水平。它不僅是工業(yè)設(shè)備的動(dòng)力,同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)生活現(xiàn)代化的動(dòng)力。電機(jī)質(zhì)量和先進(jìn)程度同樣也是反映一個(gè)國(guó)家自動(dòng)化水平的指標(biāo),電機(jī)質(zhì)量決定著人們的生活質(zhì)量和國(guó)家的工業(yè)化水平。
電機(jī)作為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的重要裝置,是電氣傳動(dòng)的基礎(chǔ)部件,其耗電量占據(jù)了全部用電量的60%以上,對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、能源利用、環(huán)境保護(hù)和人民生活質(zhì)量的提高都起著十分重要的作用。因此,開發(fā)高效、節(jié)能、降耗、可靠性高的小功率電機(jī)產(chǎn)品,推薦一批產(chǎn)品技術(shù)質(zhì)量高、市場(chǎng)信譽(yù)好的小功率電機(jī)名優(yōu)產(chǎn)品給國(guó)內(nèi)外廣大用戶選擇,打造具有民族品牌的電機(jī)產(chǎn)品,增強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力,對(duì)確保國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的戰(zhàn)略意義。
小功率電機(jī)是重要的機(jī)械基礎(chǔ)件和智能型執(zhí)行元件,行業(yè)內(nèi)的多數(shù)產(chǎn)品都列入了國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄,符合信息化帶動(dòng)工業(yè)化的發(fā)展要求,受國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的扶持,符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向。
3車載/家用電器中的單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路和接口電路在車載/家用電器的制方面,現(xiàn)在越來(lái)越趨向于小型化和智能化,要實(shí)現(xiàn)這種功能,微型計(jì)算機(jī)起了一個(gè)很重要的作用。應(yīng)該說(shuō),單片機(jī)在車載/家用電器的控制方面有著廣泛的應(yīng)用。如何利用單片機(jī)等小功率的器件去控制大功率器件十分重要。
隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,單片機(jī)在車載/家用電器中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。單片機(jī)需要根據(jù)一定的控制規(guī)律控制家用電器中的一些功率部件工作,這些部件是實(shí)現(xiàn)車載/家用電器功能的重要部件。例如洗衣機(jī)中的洗滌電機(jī)和脫水電機(jī);電熱爐中的加熱元件(硅碳棒或電熱絲等);電冰箱和空調(diào)器中的壓縮電機(jī);在微波爐中的磁控管;在電磁爐中的變換電路,在半導(dǎo)體冰箱中的熱電堆管等。單片機(jī)是微電子器件,它的輸入信號(hào)功率很小,要直接驅(qū)動(dòng)大功率部件,需要中間變換電路,這種電路就是(單片機(jī)電機(jī))中間驅(qū)動(dòng)電路接口。
電機(jī)的控制是車載/家用電器中一種普遍的應(yīng)用技術(shù),用單片機(jī)去控制車載/家用電器中的電機(jī),使之具有一定的狀態(tài)和性能,必須有適當(dāng)?shù)慕涌陔娐?。一方面,電機(jī)是大功率執(zhí)行元件,另一方面,它是感性負(fù)載。在車載/家電的控制中,應(yīng)給予考慮。
例如洗衣機(jī)和電冰箱及空調(diào)器等車載/家用電器中都是由電機(jī)拖動(dòng)工作,而且這些電機(jī)的工作狀態(tài)是不一樣的??照{(diào)器和電冰箱的電機(jī)用于帶動(dòng)壓縮機(jī)工作,工作在間歇狀態(tài);洗衣機(jī)中的電機(jī)則工作在正反轉(zhuǎn)狀態(tài);而電風(fēng)扇的電機(jī)則工作在長(zhǎng)期運(yùn)行工作狀態(tài)或調(diào)速工作狀態(tài)。要用單片機(jī)進(jìn)行控制必須采用不同的驅(qū)動(dòng)電路和接口電路。
(1)電機(jī)控制的基本元件和電路。雙向光電耦合器和一般光電耦合器不同。一般光電耦合器由發(fā)光二極管和光敏三極管組成,所以輸出級(jí)光敏三極管中的電流是單向的。在雙向光電耦合器中,輸入級(jí)是發(fā)光二極管,輸出級(jí)是光敏雙向管,在導(dǎo)通時(shí),流過(guò)的雙向電流達(dá)100 mA,壓降小于3 V,導(dǎo)通時(shí)最小維持電流為100 A.在截止時(shí),其阻斷電壓為直流250 V,當(dāng)維持電流小于100 A時(shí),雙向管從導(dǎo)通變?yōu)榻刂?。?dāng)阻斷電壓大于250 V,或發(fā)光二極管發(fā)光時(shí),則雙向管導(dǎo)通。為了降低雙向光電耦合器的誤觸發(fā)率,通常在光電耦合器的輸出端加阻容吸收電路。雙向光電耦合器又稱為雙向晶閘管驅(qū)動(dòng)器,專門用于驅(qū)動(dòng)雙向晶閘管。類型有過(guò)零觸發(fā)耦合器(例如MOC3030等)和非過(guò)零觸發(fā)耦合器(例如MOC3009)兩種。
固態(tài)繼電器是電子繼電器,它有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端,輸入端和輸出端之間有光電隔離,并且是過(guò)零開關(guān)輸出。其特點(diǎn)是:無(wú)運(yùn)動(dòng)部件,所以無(wú)振動(dòng),無(wú)沖擊噪聲;開關(guān)速度快,通常小于10 s;不會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)輸出;在半個(gè)周期內(nèi)有鎖存功能;靈敏度高;可直接由TTL或CMOS邏輯控制,輸出端的電容小等。經(jīng)常用于微機(jī)控制的接口電路中。
在220 V的感性負(fù)載控制電路中采用兩個(gè)雙向光電耦合器。因?yàn)槊總€(gè)雙向光電耦合器只能耐250 V的直流電壓,不能直接用在220 V的交流電路中(其峰值電壓為311 V)。由于感性負(fù)載電流和電壓不同相,所以其電壓的變化率就升高,由此容易引起誤觸發(fā)。為了減小電壓的變化率,常在電路中加RC阻容吸收環(huán)節(jié),如果雙向可控硅所控制的是電阻性負(fù)載,可以不用RC阻容吸收電路。
(2)單片機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口電路。大功率驅(qū)動(dòng)部件-電機(jī),在家用電器中一般有兩種工作方式,一種是開關(guān)控制方式;另一種是調(diào)壓控制方式。前者用于起停壓縮機(jī)及洗滌電機(jī)等;后者用于電風(fēng)扇等的調(diào)速控制。在有些家用電器中,需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速,可利用驅(qū)動(dòng)控制電路實(shí)現(xiàn)。這些電路的工作還需要電源過(guò)零信號(hào)同步。電源過(guò)零信號(hào)可以從電源變壓器低壓端整流后取得。隨著移相角不同,雙向可控硅的導(dǎo)通情況就不同,電機(jī)上得到的電壓就不同,所以它的速度也就不同,從而達(dá)到了調(diào)速的目的。
4家用電器用小功率電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀家用電器的節(jié)能已成為世界性的重要話題。20世紀(jì)70年代,美國(guó)電冰箱實(shí)施能效標(biāo)準(zhǔn)以后,電冰箱的平均額定耗電量由1972年的1 725 kWh /年降到1996年661 kWh /年。根據(jù)計(jì)算,美國(guó)從1990年2015年間,家用電器直接節(jié)電將達(dá)到340 440億美元。1978年10月,日本成立了全國(guó)性的節(jié)能中心,各大公司紛紛響應(yīng)。
現(xiàn)代家用電器中一般都有靜音降噪要求,噪聲指標(biāo)也是衡量該產(chǎn)品性能優(yōu)劣的標(biāo)志之一,家用電器中的噪聲與其中小功率電機(jī)的結(jié)構(gòu)、性能、振動(dòng)、電磁干擾等緊密相關(guān)。因此對(duì)電機(jī)的噪聲控制就相當(dāng)嚴(yán)格。如家用空調(diào)器的貫流風(fēng)機(jī)的噪聲要求就在30 dB以內(nèi)。智能化就是在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上,結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、微處理器技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)及電子技術(shù)。具體產(chǎn)品如全自動(dòng)洗衣機(jī)、智能型變頻空調(diào)。
如日本三菱公司房間空調(diào)器制作所研制成功模糊控制的變頻空調(diào)器,在日本為首創(chuàng),這種空調(diào)器具有以下優(yōu)點(diǎn):一是室溫穩(wěn)定性好,在普通空調(diào)器的控制中,即通過(guò)開、停運(yùn)轉(zhuǎn)形成輕負(fù)荷,在模糊控制中可連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),所以室內(nèi)溫度穩(wěn)定性好,舒適性提高;二是對(duì)室溫變化反應(yīng)敏捷。例如在制熱過(guò)程中,開門時(shí)室溫的恢復(fù)時(shí)間可比普通空調(diào)縮短45% ;三是節(jié)能效果明顯。通過(guò)減少開、停運(yùn)轉(zhuǎn),耗電量減少到只有普通空調(diào)器耗電量的76%.
我國(guó)家用電器用小功率電機(jī)的研制較早,從20世紀(jì)50年代就開始研制生產(chǎn),但直到20世紀(jì)80年代改革開放以后才得到較大的發(fā)展。發(fā)展初期都是以國(guó)有企業(yè)為主,隨著改革開放的深入,廣東沿海地區(qū)、華東地區(qū)及那些改革開放較早的地區(qū)開始興辦合資或民營(yíng)小電機(jī)企業(yè)或電機(jī)的零部件企業(yè)、測(cè)試設(shè)備企業(yè),發(fā)展到現(xiàn)在已初步形成了一定的規(guī)模。
據(jù)統(tǒng)計(jì),目前,我國(guó)小功率電機(jī)生產(chǎn)及配套廠家在1 000家以上,從業(yè)人員超過(guò)10萬(wàn)人,工業(yè)總產(chǎn)值超過(guò)150億元,并且以每年18%的速度遞增,產(chǎn)量已占世界產(chǎn)量的60%以上,小電機(jī)產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)一派蒸蒸日上繁榮之景象,已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和中不可缺少的基礎(chǔ)性工業(yè)。
我國(guó)小功率電機(jī)從制作簡(jiǎn)單、性能單一、小規(guī)模生產(chǎn),發(fā)展到現(xiàn)在已形成了新型材料、電子、電氣技術(shù)得到廣泛應(yīng)用的高技術(shù)產(chǎn)品,且已批量化大規(guī)模生產(chǎn),從而也成為了全球小功率電機(jī)的生產(chǎn)制造基地,我國(guó)小功率電機(jī)均采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn),等效或等同或參照采用IEC60072、IEC60034等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和MG1美國(guó)NEMA標(biāo)準(zhǔn),且實(shí)物質(zhì)量達(dá)到或超過(guò)國(guó)際先進(jìn)的同類產(chǎn)品水平,具有較強(qiáng)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)小功率電機(jī)主要生產(chǎn)企業(yè)還擁有較多的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和核心技術(shù),科技含量較高。
5小功率電機(jī)的巨大商機(jī)(1)車用小功率電機(jī)的市場(chǎng)需求量。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,現(xiàn)代汽車中所使用的小功率電機(jī)數(shù)量不斷增多,如窗口升降電機(jī)、空調(diào)風(fēng)扇電機(jī)、風(fēng)擋洗滌器用電機(jī)、天線驅(qū)動(dòng)電機(jī)、后視鏡電機(jī)、ABS系統(tǒng)電機(jī)等品種繁多。
車用小功率電機(jī)需求量大,而且正在快速地向永磁化、無(wú)刷化方向發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì),普通型轎車每輛使用20臺(tái)小功率電機(jī),高級(jí)轎車每輛使用達(dá)40 50臺(tái),豪華型轎車每輛多達(dá)60 70臺(tái)。特別是現(xiàn)代汽車已成為小功率電機(jī)的一大應(yīng)用領(lǐng)域。
現(xiàn)在世界汽車年產(chǎn)量近達(dá)6 000萬(wàn)輛左右,按每輛汽車使用電機(jī)數(shù)從目前的20臺(tái),到2007年增加到30臺(tái),預(yù)測(cè)需要電機(jī)從8億臺(tái)將增加到16億臺(tái)。2006年我國(guó)汽車產(chǎn)銷量分為727. 97萬(wàn)和721 6萬(wàn)輛,所配套使用的車用小功率電機(jī)數(shù)量可觀。巨大的市場(chǎng)、豐厚的利潤(rùn)將推動(dòng)小功率電機(jī)走向新的發(fā)展高潮。
電動(dòng)自行車和摩托車向電動(dòng)型發(fā)展,使得城市污染將有效減少,這種環(huán)保型產(chǎn)品越來(lái)越受到各國(guó)關(guān)注,國(guó)外市場(chǎng)很大。全球電動(dòng)自行車市場(chǎng)主要在亞洲,亞洲市場(chǎng)主要在中國(guó), 2006年亞洲產(chǎn)量為500萬(wàn)輛。預(yù)計(jì)5年后我國(guó)電動(dòng)自行車年需求量將超過(guò)1 000萬(wàn)輛,無(wú)刷和有刷型電動(dòng)車電機(jī)將達(dá)到1 000萬(wàn)套/年。摩托車行業(yè)前景同樣樂(lè)觀, 2004年我國(guó)摩托車年產(chǎn)量超過(guò)1 300萬(wàn)輛,占全世界摩托車產(chǎn)量的50%以上; 2005年摩托車總產(chǎn)量突破1 200萬(wàn)輛,需要起動(dòng)電機(jī)1 000萬(wàn)套/年。
(2)辦公自動(dòng)化及計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備用電機(jī)的市場(chǎng)容量。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,辦公自動(dòng)化設(shè)備、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、音像設(shè)備等需用的精密永磁直流電動(dòng)機(jī)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)、穩(wěn)速直流電動(dòng)機(jī)、盤式繞線直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等市場(chǎng)正迅速擴(kuò)展。
無(wú)論是PC機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)和傳真機(jī),都要大量使用小功率電機(jī)。預(yù)計(jì)2008年中國(guó)計(jì)算機(jī)市場(chǎng)將保持14. 1%的年均增長(zhǎng),到2008年整個(gè)市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)2 000億元人民幣。包括臺(tái)式PC機(jī)、筆記本電腦以及PC服務(wù)器在內(nèi)的PC市場(chǎng)預(yù)計(jì)在2008年將形成1 800億元以上的市場(chǎng)規(guī)模。其銷量及銷售收入復(fù)合增長(zhǎng)將分別達(dá)到17. 5%、14. 9% ,全球PC機(jī)出貨量也在逐年增長(zhǎng),而每臺(tái)PC機(jī)中的電機(jī)數(shù)不下10臺(tái)。近年中國(guó)打印機(jī)市場(chǎng)總量達(dá)到800萬(wàn)臺(tái),銷售額110億元人民幣,市場(chǎng)總體持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì);2007年的中國(guó)市場(chǎng)環(huán)境相對(duì)寬松,市場(chǎng)容量將會(huì)擴(kuò)大,預(yù)計(jì)總增長(zhǎng)率大概在10% 15%之間。而每部打印機(jī)中包括4 5臺(tái)小功率電機(jī),到2008年僅打印機(jī)用電機(jī)一項(xiàng)就有5 000多萬(wàn)臺(tái)的市場(chǎng)需求。在未來(lái)的幾年里,中國(guó)的復(fù)印機(jī)需求量將達(dá)到每年100萬(wàn)臺(tái)的規(guī)模,同時(shí)需求量將以10%的年平均增長(zhǎng)速度前進(jìn),市場(chǎng)容量每年超過(guò)300億元人民幣。
每部復(fù)印機(jī)平均要用到5 6臺(tái)小功率電機(jī),市場(chǎng)容量超過(guò)20億元人民幣。
(3)信息產(chǎn)業(yè)專用的各類小功率電機(jī)產(chǎn)品未來(lái)五年內(nèi),國(guó)家將重點(diǎn)推進(jìn)超大規(guī)模IC電路的產(chǎn)業(yè)化,國(guó)家計(jì)劃在元器件、IC電路領(lǐng)域投入約1 000億美元,據(jù)估算其中有800億美元是用于生產(chǎn)元器件、IC電路的裝備投入。據(jù)業(yè)內(nèi)人士的經(jīng)驗(yàn)估計(jì),這些裝備中約有8% (即64億美元)需采用小功率電機(jī)(主要為功率! 3 kW以下的伺服電機(jī))的執(zhí)行、驅(qū)動(dòng)元件。隨著信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展, IC器件專用加工機(jī)械也必將迅速發(fā)展,需求量也必將大幅度提高,各類小功率電機(jī)產(chǎn)品的市場(chǎng)前景十分廣闊。
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隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高,小功率電機(jī)作為一個(gè)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)源應(yīng)用十分廣泛,在世界各國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)越來(lái)越重要的地位,這一產(chǎn)業(yè)為促進(jìn)許多工業(yè)國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮著重要作用。目前我國(guó)車載/家用電器行業(yè)增長(zhǎng)顯著,發(fā)展態(tài)勢(shì)良好,為車載/家用電器用電機(jī)提供廣闊的市場(chǎng)。
1小功率電機(jī)的界定及應(yīng)用范圍(1)小功率電機(jī)的界定。國(guó)內(nèi)通常按功率大小將電機(jī)分為大型電機(jī)、中小型電機(jī)、小功率電機(jī)等三大類。依據(jù)GB2900. 27- 1995電工名詞述語(yǔ)小功率電動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)定義,小功率電機(jī)是指折算到1 500 r/m in時(shí),最大連續(xù)定額不超過(guò)1. 1 kW的電動(dòng)機(jī),即1. 1 kW及以下電機(jī)統(tǒng)稱為小功率電機(jī),它包含了人們通常所說(shuō)的分馬力電機(jī)和微電機(jī)。由于它與人民生活休戚相關(guān),已被列入國(guó)家強(qiáng)制性認(rèn)證目錄。小功率電機(jī)種類繁多,大致可分為三相異步電動(dòng)機(jī)、三相電泵、洗衣機(jī)用電動(dòng)機(jī)、空調(diào)器風(fēng)扇用電動(dòng)機(jī)等27類。
(2)小功率電機(jī)的應(yīng)用范圍。國(guó)際上有一種較為形象的評(píng)判方法:一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度可依據(jù)每個(gè)家庭擁有小功率電機(jī)的數(shù)量來(lái)考量。
這較好地說(shuō)明了小功率電機(jī)與國(guó)計(jì)民生的重要性關(guān)系。不包括汽車用電機(jī),我國(guó)目前城鎮(zhèn)家庭平均電機(jī)擁有量為15 50個(gè),而發(fā)達(dá)國(guó)家每個(gè)家庭電機(jī)擁有量為70 100個(gè)。這反映了我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家在總體上的差距,也體現(xiàn)了小功率電機(jī)廣闊的發(fā)展前景。
小功率電機(jī)是我國(guó)工業(yè)體系的一個(gè)重要組成部分,是主機(jī)產(chǎn)品的驅(qū)動(dòng)、控制執(zhí)行部件。這些電機(jī)廣泛應(yīng)用于軍工設(shè)備、電子產(chǎn)品、工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)、家用電器、交通工具、電動(dòng)工具、康樂(lè)器具、儀器儀表等方面,是量大面廣的競(jìng)爭(zhēng)性行業(yè),隨著技術(shù)進(jìn)步、技術(shù)創(chuàng)新的不斷發(fā)展,又是科技含量較高的一個(gè)成長(zhǎng)性行業(yè)。
從小功率電機(jī)的分類可以看出,小功率電機(jī)是電氣設(shè)備不可或缺的驅(qū)動(dòng)部件,其應(yīng)用范圍之廣幾乎遍布所有行業(yè),特別是與人們的日常生活關(guān)系緊密更是它的顯著特點(diǎn),如風(fēng)扇、空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)、排油煙機(jī)、小家電、健身器具、工業(yè)縫紉機(jī)、水泵、汽車電器等家庭、辦公電氣化用具中都是由小功率電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。同時(shí)電機(jī)還是這些產(chǎn)品的關(guān)鍵部件,其技術(shù)性能、可靠性等直接決定了家電產(chǎn)品的技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量。
2小功率電機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,各類電機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化和人們的生活工作中正起著越來(lái)越大的作用。小功率電機(jī)作為一個(gè)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)源應(yīng)用十分廣泛,在世界各國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)著越來(lái)越重要的地位,這一產(chǎn)業(yè)為牽引許多工業(yè)國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的騰飛發(fā)揮著重要作用。小功率電機(jī)作為家用電器和汽車機(jī)電能量轉(zhuǎn)換及自動(dòng)化程度提高的核心驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件,電機(jī)的相關(guān)性能指標(biāo)直接決定了家用電器、設(shè)備的性能和技術(shù)水平。它不僅是工業(yè)設(shè)備的動(dòng)力,同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)生活現(xiàn)代化的動(dòng)力。電機(jī)質(zhì)量和先進(jìn)程度同樣也是反映一個(gè)國(guó)家自動(dòng)化水平的指標(biāo),電機(jī)質(zhì)量決定著人們的生活質(zhì)量和國(guó)家的工業(yè)化水平。
電機(jī)作為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的重要裝置,是電氣傳動(dòng)的基礎(chǔ)部件,其耗電量占據(jù)了全部用電量的60%以上,對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、能源利用、環(huán)境保護(hù)和人民生活質(zhì)量的提高都起著十分重要的作用。因此,開發(fā)高效、節(jié)能、降耗、可靠性高的小功率電機(jī)產(chǎn)品,推薦一批產(chǎn)品技術(shù)質(zhì)量高、市場(chǎng)信譽(yù)好的小功率電機(jī)名優(yōu)產(chǎn)品給國(guó)內(nèi)外廣大用戶選擇,打造具有民族品牌的電機(jī)產(chǎn)品,增強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力,對(duì)確保國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的戰(zhàn)略意義。
小功率電機(jī)是重要的機(jī)械基礎(chǔ)件和智能型執(zhí)行元件,行業(yè)內(nèi)的多數(shù)產(chǎn)品都列入了國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄,符合信息化帶動(dòng)工業(yè)化的發(fā)展要求,受國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的扶持,符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向。
3車載/家用電器中的單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路和接口電路在車載/家用電器的制方面,現(xiàn)在越來(lái)越趨向于小型化和智能化,要實(shí)現(xiàn)這種功能,微型計(jì)算機(jī)起了一個(gè)很重要的作用。應(yīng)該說(shuō),單片機(jī)在車載/家用電器的控制方面有著廣泛的應(yīng)用。如何利用單片機(jī)等小功率的器件去控制大功率器件十分重要。
隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,單片機(jī)在車載/家用電器中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。單片機(jī)需要根據(jù)一定的控制規(guī)律控制家用電器中的一些功率部件工作,這些部件是實(shí)現(xiàn)車載/家用電器功能的重要部件。例如洗衣機(jī)中的洗滌電機(jī)和脫水電機(jī);電熱爐中的加熱元件(硅碳棒或電熱絲等);電冰箱和空調(diào)器中的壓縮電機(jī);在微波爐中的磁控管;在電磁爐中的變換電路,在半導(dǎo)體冰箱中的熱電堆管等。單片機(jī)是微電子器件,它的輸入信號(hào)功率很小,要直接驅(qū)動(dòng)大功率部件,需要中間變換電路,這種電路就是(單片機(jī)電機(jī))中間驅(qū)動(dòng)電路接口。
電機(jī)的控制是車載/家用電器中一種普遍的應(yīng)用技術(shù),用單片機(jī)去控制車載/家用電器中的電機(jī),使之具有一定的狀態(tài)和性能,必須有適當(dāng)?shù)慕涌陔娐?。一方面,電機(jī)是大功率執(zhí)行元件,另一方面,它是感性負(fù)載。在車載/家電的控制中,應(yīng)給予考慮。
例如洗衣機(jī)和電冰箱及空調(diào)器等車載/家用電器中都是由電機(jī)拖動(dòng)工作,而且這些電機(jī)的工作狀態(tài)是不一樣的??照{(diào)器和電冰箱的電機(jī)用于帶動(dòng)壓縮機(jī)工作,工作在間歇狀態(tài);洗衣機(jī)中的電機(jī)則工作在正反轉(zhuǎn)狀態(tài);而電風(fēng)扇的電機(jī)則工作在長(zhǎng)期運(yùn)行工作狀態(tài)或調(diào)速工作狀態(tài)。要用單片機(jī)進(jìn)行控制必須采用不同的驅(qū)動(dòng)電路和接口電路。
(1)電機(jī)控制的基本元件和電路。雙向光電耦合器和一般光電耦合器不同。一般光電耦合器由發(fā)光二極管和光敏三極管組成,所以輸出級(jí)光敏三極管中的電流是單向的。在雙向光電耦合器中,輸入級(jí)是發(fā)光二極管,輸出級(jí)是光敏雙向管,在導(dǎo)通時(shí),流過(guò)的雙向電流達(dá)100 mA,壓降小于3 V,導(dǎo)通時(shí)最小維持電流為100 A.在截止時(shí),其阻斷電壓為直流250 V,當(dāng)維持電流小于100 A時(shí),雙向管從導(dǎo)通變?yōu)榻刂?。?dāng)阻斷電壓大于250 V,或發(fā)光二極管發(fā)光時(shí),則雙向管導(dǎo)通。為了降低雙向光電耦合器的誤觸發(fā)率,通常在光電耦合器的輸出端加阻容吸收電路。雙向光電耦合器又稱為雙向晶閘管驅(qū)動(dòng)器,專門用于驅(qū)動(dòng)雙向晶閘管。類型有過(guò)零觸發(fā)耦合器(例如MOC3030等)和非過(guò)零觸發(fā)耦合器(例如MOC3009)兩種。
固態(tài)繼電器是電子繼電器,它有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端,輸入端和輸出端之間有光電隔離,并且是過(guò)零開關(guān)輸出。其特點(diǎn)是:無(wú)運(yùn)動(dòng)部件,所以無(wú)振動(dòng),無(wú)沖擊噪聲;開關(guān)速度快,通常小于10 s;不會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)輸出;在半個(gè)周期內(nèi)有鎖存功能;靈敏度高;可直接由TTL或CMOS邏輯控制,輸出端的電容小等。經(jīng)常用于微機(jī)控制的接口電路中。
在220 V的感性負(fù)載控制電路中采用兩個(gè)雙向光電耦合器。因?yàn)槊總€(gè)雙向光電耦合器只能耐250 V的直流電壓,不能直接用在220 V的交流電路中(其峰值電壓為311 V)。由于感性負(fù)載電流和電壓不同相,所以其電壓的變化率就升高,由此容易引起誤觸發(fā)。為了減小電壓的變化率,常在電路中加RC阻容吸收環(huán)節(jié),如果雙向可控硅所控制的是電阻性負(fù)載,可以不用RC阻容吸收電路。
(2)單片機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口電路。大功率驅(qū)動(dòng)部件-電機(jī),在家用電器中一般有兩種工作方式,一種是開關(guān)控制方式;另一種是調(diào)壓控制方式。前者用于起停壓縮機(jī)及洗滌電機(jī)等;后者用于電風(fēng)扇等的調(diào)速控制。在有些家用電器中,需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速,可利用驅(qū)動(dòng)控制電路實(shí)現(xiàn)。這些電路的工作還需要電源過(guò)零信號(hào)同步。電源過(guò)零信號(hào)可以從電源變壓器低壓端整流后取得。隨著移相角不同,雙向可控硅的導(dǎo)通情況就不同,電機(jī)上得到的電壓就不同,所以它的速度也就不同,從而達(dá)到了調(diào)速的目的。
4家用電器用小功率電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀家用電器的節(jié)能已成為世界性的重要話題。20世紀(jì)70年代,美國(guó)電冰箱實(shí)施能效標(biāo)準(zhǔn)以后,電冰箱的平均額定耗電量由1972年的1 725 kWh /年降到1996年661 kWh /年。根據(jù)計(jì)算,美國(guó)從1990年2015年間,家用電器直接節(jié)電將達(dá)到340 440億美元。1978年10月,日本成立了全國(guó)性的節(jié)能中心,各大公司紛紛響應(yīng)。
現(xiàn)代家用電器中一般都有靜音降噪要求,噪聲指標(biāo)也是衡量該產(chǎn)品性能優(yōu)劣的標(biāo)志之一,家用電器中的噪聲與其中小功率電機(jī)的結(jié)構(gòu)、性能、振動(dòng)、電磁干擾等緊密相關(guān)。因此對(duì)電機(jī)的噪聲控制就相當(dāng)嚴(yán)格。如家用空調(diào)器的貫流風(fēng)機(jī)的噪聲要求就在30 dB以內(nèi)。智能化就是在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上,結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、微處理器技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)及電子技術(shù)。具體產(chǎn)品如全自動(dòng)洗衣機(jī)、智能型變頻空調(diào)。
如日本三菱公司房間空調(diào)器制作所研制成功模糊控制的變頻空調(diào)器,在日本為首創(chuàng),這種空調(diào)器具有以下優(yōu)點(diǎn):一是室溫穩(wěn)定性好,在普通空調(diào)器的控制中,即通過(guò)開、停運(yùn)轉(zhuǎn)形成輕負(fù)荷,在模糊控制中可連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),所以室內(nèi)溫度穩(wěn)定性好,舒適性提高;二是對(duì)室溫變化反應(yīng)敏捷。例如在制熱過(guò)程中,開門時(shí)室溫的恢復(fù)時(shí)間可比普通空調(diào)縮短45% ;三是節(jié)能效果明顯。通過(guò)減少開、停運(yùn)轉(zhuǎn),耗電量減少到只有普通空調(diào)器耗電量的76%.
我國(guó)家用電器用小功率電機(jī)的研制較早,從20世紀(jì)50年代就開始研制生產(chǎn),但直到20世紀(jì)80年代改革開放以后才得到較大的發(fā)展。發(fā)展初期都是以國(guó)有企業(yè)為主,隨著改革開放的深入,廣東沿海地區(qū)、華東地區(qū)及那些改革開放較早的地區(qū)開始興辦合資或民營(yíng)小電機(jī)企業(yè)或電機(jī)的零部件企業(yè)、測(cè)試設(shè)備企業(yè),發(fā)展到現(xiàn)在已初步形成了一定的規(guī)模。
據(jù)統(tǒng)計(jì),目前,我國(guó)小功率電機(jī)生產(chǎn)及配套廠家在1 000家以上,從業(yè)人員超過(guò)10萬(wàn)人,工業(yè)總產(chǎn)值超過(guò)150億元,并且以每年18%的速度遞增,產(chǎn)量已占世界產(chǎn)量的60%以上,小電機(jī)產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)一派蒸蒸日上繁榮之景象,已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和中不可缺少的基礎(chǔ)性工業(yè)。
我國(guó)小功率電機(jī)從制作簡(jiǎn)單、性能單一、小規(guī)模生產(chǎn),發(fā)展到現(xiàn)在已形成了新型材料、電子、電氣技術(shù)得到廣泛應(yīng)用的高技術(shù)產(chǎn)品,且已批量化大規(guī)模生產(chǎn),從而也成為了全球小功率電機(jī)的生產(chǎn)制造基地,我國(guó)小功率電機(jī)均采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn),等效或等同或參照采用IEC60072、IEC60034等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和MG1美國(guó)NEMA標(biāo)準(zhǔn),且實(shí)物質(zhì)量達(dá)到或超過(guò)國(guó)際先進(jìn)的同類產(chǎn)品水平,具有較強(qiáng)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)小功率電機(jī)主要生產(chǎn)企業(yè)還擁有較多的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和核心技術(shù),科技含量較高。
5小功率電機(jī)的巨大商機(jī)(1)車用小功率電機(jī)的市場(chǎng)需求量。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,現(xiàn)代汽車中所使用的小功率電機(jī)數(shù)量不斷增多,如窗口升降電機(jī)、空調(diào)風(fēng)扇電機(jī)、風(fēng)擋洗滌器用電機(jī)、天線驅(qū)動(dòng)電機(jī)、后視鏡電機(jī)、ABS系統(tǒng)電機(jī)等品種繁多。
車用小功率電機(jī)需求量大,而且正在快速地向永磁化、無(wú)刷化方向發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì),普通型轎車每輛使用20臺(tái)小功率電機(jī),高級(jí)轎車每輛使用達(dá)40 50臺(tái),豪華型轎車每輛多達(dá)60 70臺(tái)。特別是現(xiàn)代汽車已成為小功率電機(jī)的一大應(yīng)用領(lǐng)域。
現(xiàn)在世界汽車年產(chǎn)量近達(dá)6 000萬(wàn)輛左右,按每輛汽車使用電機(jī)數(shù)從目前的20臺(tái),到2007年增加到30臺(tái),預(yù)測(cè)需要電機(jī)從8億臺(tái)將增加到16億臺(tái)。2006年我國(guó)汽車產(chǎn)銷量分為727. 97萬(wàn)和721 6萬(wàn)輛,所配套使用的車用小功率電機(jī)數(shù)量可觀。巨大的市場(chǎng)、豐厚的利潤(rùn)將推動(dòng)小功率電機(jī)走向新的發(fā)展高潮。
電動(dòng)自行車和摩托車向電動(dòng)型發(fā)展,使得城市污染將有效減少,這種環(huán)保型產(chǎn)品越來(lái)越受到各國(guó)關(guān)注,國(guó)外市場(chǎng)很大。全球電動(dòng)自行車市場(chǎng)主要在亞洲,亞洲市場(chǎng)主要在中國(guó), 2006年亞洲產(chǎn)量為500萬(wàn)輛。預(yù)計(jì)5年后我國(guó)電動(dòng)自行車年需求量將超過(guò)1 000萬(wàn)輛,無(wú)刷和有刷型電動(dòng)車電機(jī)將達(dá)到1 000萬(wàn)套/年。摩托車行業(yè)前景同樣樂(lè)觀, 2004年我國(guó)摩托車年產(chǎn)量超過(guò)1 300萬(wàn)輛,占全世界摩托車產(chǎn)量的50%以上; 2005年摩托車總產(chǎn)量突破1 200萬(wàn)輛,需要起動(dòng)電機(jī)1 000萬(wàn)套/年。
(2)辦公自動(dòng)化及計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備用電機(jī)的市場(chǎng)容量。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,辦公自動(dòng)化設(shè)備、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、音像設(shè)備等需用的精密永磁直流電動(dòng)機(jī)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)、穩(wěn)速直流電動(dòng)機(jī)、盤式繞線直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等市場(chǎng)正迅速擴(kuò)展。
無(wú)論是PC機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)和傳真機(jī),都要大量使用小功率電機(jī)。預(yù)計(jì)2008年中國(guó)計(jì)算機(jī)市場(chǎng)將保持14. 1%的年均增長(zhǎng),到2008年整個(gè)市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)2 000億元人民幣。包括臺(tái)式PC機(jī)、筆記本電腦以及PC服務(wù)器在內(nèi)的PC市場(chǎng)預(yù)計(jì)在2008年將形成1 800億元以上的市場(chǎng)規(guī)模。其銷量及銷售收入復(fù)合增長(zhǎng)將分別達(dá)到17. 5%、14. 9% ,全球PC機(jī)出貨量也在逐年增長(zhǎng),而每臺(tái)PC機(jī)中的電機(jī)數(shù)不下10臺(tái)。近年中國(guó)打印機(jī)市場(chǎng)總量達(dá)到800萬(wàn)臺(tái),銷售額110億元人民幣,市場(chǎng)總體持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì);2007年的中國(guó)市場(chǎng)環(huán)境相對(duì)寬松,市場(chǎng)容量將會(huì)擴(kuò)大,預(yù)計(jì)總增長(zhǎng)率大概在10% 15%之間。而每部打印機(jī)中包括4 5臺(tái)小功率電機(jī),到2008年僅打印機(jī)用電機(jī)一項(xiàng)就有5 000多萬(wàn)臺(tái)的市場(chǎng)需求。在未來(lái)的幾年里,中國(guó)的復(fù)印機(jī)需求量將達(dá)到每年100萬(wàn)臺(tái)的規(guī)模,同時(shí)需求量將以10%的年平均增長(zhǎng)速度前進(jìn),市場(chǎng)容量每年超過(guò)300億元人民幣。
每部復(fù)印機(jī)平均要用到5 6臺(tái)小功率電機(jī),市場(chǎng)容量超過(guò)20億元人民幣。
(3)信息產(chǎn)業(yè)專用的各類小功率電機(jī)產(chǎn)品未來(lái)五年內(nèi),國(guó)家將重點(diǎn)推進(jìn)超大規(guī)模IC電路的產(chǎn)業(yè)化,國(guó)家計(jì)劃在元器件、IC電路領(lǐng)域投入約1 000億美元,據(jù)估算其中有800億美元是用于生產(chǎn)元器件、IC電路的裝備投入。據(jù)業(yè)內(nèi)人士的經(jīng)驗(yàn)估計(jì),這些裝備中約有8% (即64億美元)需采用小功率電機(jī)(主要為功率! 3 kW以下的伺服電機(jī))的執(zhí)行、驅(qū)動(dòng)元件。隨著信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展, IC器件專用加工機(jī)械也必將迅速發(fā)展,需求量也必將大幅度提高,各類小功率電機(jī)產(chǎn)品的市場(chǎng)前景十分廣闊。
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