无刷直流电机控制漫谈，控制较为复杂，但精度高
在微型直流电机应用中，有刷直流电机和无刷直流电机各占据了半壁江山，有刷直流电机以低成本、控制简单、扭矩大为特点，被广泛应用，而无刷直流电机一直被认为成本高、控制复杂，那么无刷直流电机控制到底有多复杂呢?下面天孚微电机来聊一聊无刷直流电机的控制。
应用中，有刷直流电机和无刷直流电机各占据了半壁江山，有刷直流电机以低成本、控制简单、扭矩大为特点，被广泛应用，而无刷直流电机一直被认为成本高、控制复杂，那么无刷直流电机控制到底有多复杂呢?下面天孚微电机来聊一聊无刷直流电机的控制。
无刷直流电机的基本介绍：无刷直流电机与有刷直流电机的不同之处在于没有换向器与电刷，减少了磨损，采用电子换向使直流电机的效率也大大了提升(约百分之二三十左右)中国机械网okmao.com。而控制的复杂也导致了成本增加，直流电机电子整流需要监控电路来保证转速和转矩控制线圈的通电时间，保证直流电机运行的峰值效率。
无论是何种直流电机，都是遵循电能转换机械能的规律，电流在通过线圈时便会产生磁场，而第二个磁场的存在绕组上产生一个力达到最大时，导体在90°第二个字段。增加线圈的数量可以提高电机输出和平滑输出功率。
直流电机复杂的控制：目前，直流无刷电机常见的控制方式为PWM，也叫做脉宽调制控制，原理是通过将输入的直流电压转换成调制的驱动电压，PWM控制可提供精确的控制速度和扭矩，它的是在高频率发生的开关损耗和发生在低频率的波纹电流之间的一种平衡，在极端情况下，会损坏电动机。通常，PWM频率至少比最大电机转速高一个数量级。
电子交换有三种控制方式，即梯形、正弦、磁场定向控制，其中梯形是最简单的一种，但是缺点是会导致直流电机的扭矩波纹，尤其是在低转速时比较明显。正弦控制则更复杂一些，但是这种方式可以减小直流电机的转矩脉动，输出功率也更加平稳。磁场定向控制比较依赖测量和调整定子电流，这种控制方式比正弦更有效，动态负载变化比其他控制技术性能更好，几乎是没有转矩脉动，更加平稳、精确的控制。
在使用梯形控制的直流电机中，其MOSFET的桥接开关必须在一个精确定义的序列中发生，才能使直流电机有效运行，而开关顺序由转子磁体和定子绕组的相对位置来决定。
传感器与无传感器直流电机：最为常见的是采用三个霍尔传感器嵌入定子和安排在相等的时间间隔，一般是在60°、120°，无传感器控制技术需要电气连接。
在配备传感器的直流电机中，每个霍尔传感器与一个开关相结合，开关会产生一个逻辑高或低型号，换向就是由霍尔传感器和开关的逻辑型号组合成的，无论什么情况，至少会要有一个传感器由一个转子磁极触发而产生一个电压脉冲。
无传感器直流电机利用的是电动势，电动势倾向于阻抗电机的旋转，被称之为反电动势，对于给定电机的固定磁通量和绕组数，电动势与转子的角速度成正比。通过对反电动势的监测，用微控制器可以确定定子和转子的相对位置，因此就不需要霍尔传感器了，这也简化了直流电机的结构，减少了直流电机线路的连接，也提高了可靠性。值得注意的是，直流电机在静止时是不会产生反电动势的，控制器就没有办法确定启动时直流电机的位置，这就需要在开环配置中来启动直流电机，直到控制器产生足够的电动势来确定转子、定子的位置再进行接管。像一些禁用反向旋转的直流电机，就需要更复杂的控制机制了，这时不多赘述。
稳定工作区是电机可靠性的基本保证——三相异步电动机的机械特性分析
任何一台电动机产品都存在起动、工作及停机等不同状态并对应不同的机械特性。
电机启动的过程也就是转子由静止到额定转速的过程。电机启动瞬间，电机转速为0转差为1，此时的起动电流很大，功率因数很低。当电机达到额定转速时，此时电机的转速非常接近同步转速，但永远小于同步转速。
电机在额定运行条件下，即额定电压和额定负载条件下，电机转矩为额定转矩，额定负载是保证电机正常运行的必要条件，在电机运行过程中偶发的过载，是电机过载能力的表现，表征电机过载能力的参数为电机的最大转矩。
电机运行过程中，额定转矩不能太接近最大转矩，以保证电机的一定的过载能力和稳定的运行能力。对于不同类型的电动机，会设定不同的过载系数(最大转矩与额定转矩的比)，普通工况的电机过载系数控制在1.8-2.5之间，而对于起重、冶金等工况的电动机，过载系数设定为3.5左右，相关的要求在电机的产品技术条件及订货技术协议中会有具体规定。
对于任何一台电机，都可以将其运行区间分为稳定与非稳定两部分。异步电机的一个重要参数是转差率，按照转速与转矩的关系，转速较小时对应的转矩较大，最大转矩条件下对应的转速最小，也就是转差率最大。我们可以按照转差率来界定电机的稳定与非稳定工作区。
稳定工作区间内，电机的转差率在零与最大转差率之间。在该区间，电机额定负载下对应额定转矩和额定转差，如果出现负载突然变大，则电机转速会下降，对应的转差率变大，此时的转矩也增加，用以平衡电机的负载转矩，保证电机转速的不再下降;反之，当电机的负载突然变小，电机转速将会增加，此时的转差和转矩变小，以平衡减小的负载转矩，同时确保电机转速的不再增加。
当电机的负载恢复额定值时，电机的转速、转矩也同时恢复到额定值。也就是说，负载小范围的波动不会影响电机的稳定工作，电机参数的自动调节保证了电机的正常工作。对于恒负载工况，电机的转速处于相对恒定状态，而对于负载不稳定的情况，电机的转速也随之变化。
当电机的负载超过最大负载时，即电机处于长时间的过载状态，此时电机的转差率超过最大负载条件下对应的值，但不会达到1。当电机运行中出现严重超载，此时电机的输入电压会降低，导致电机电磁转矩严重下降，并迫使电机停下来。实际运行中，对于电机运行的电压进行了具体规定，最高电压不应超过额定电压的10%，电压下偏不能超过5%，这样可以满足电机正常的工作条件。
当电网电压过高时，电机的磁路处于饱和状态，对应的损耗会增加，长期运行会导致发热问题;而当电网电压过低时，电机因拖动额定负载，出现转速下降但电流增加问题，如果工作电流长期超过额定电机，同样会造成绕组发热烧毁问题。
综合以上分析，电机在稳定的工作区间，即负载变化时，电机转速会有小范围的变化，这也是异步电机的过载能力体现;但是，当电源电压不足，或是电机处于长期的过载状态，会导致电机发热烧毁问题。为了保证电机的可靠性，要保证电机稳定工作的条件，但对于风机类负载，可以在非稳定区间进行工作，关于这方面的内容我们会另择版与大家交流。
光伏组件“报废潮”来袭，回收标准亟待确立
以光伏组件20年的使用寿命计算，上世纪90年代末期和本世纪初期所实施的光伏项目组件即将面临“退役”。和其他垃圾不同，光伏组件含氟，如不进行专业处理，有毒气体不仅危害工作人员，还将对周围地区造成二次污染。在此背景下，组件回收再利用及无害化处理开始受到市场的关注。
“近段时间以来，国家已经开始重视光伏组件的回收处理问题，有关部门正在委托相关机构开展组件回收处理的行业研究工作。”近日，在由中国光伏行业协会发起的“废弃光伏组件线上研讨会”上，协会副秘书长王世江透露。
光伏组件
光伏组件“报废潮”来袭
中国光伏行业协会副秘书长王亮告诉记者：“2013年开始，我国光伏发电装机规模明显扩大且持续提升，以组件20年的寿命来计算，预计2030年后才将迎来一次规模比较大的组件报废潮。”
自2013年，我国光伏发电新增装机规模成倍数增长，2017年甚至一度达到53吉瓦。截至今年6月底，我国光伏发电累计装机达到216吉瓦。以每片300瓦组件重量约18公斤计算，一旦组件“扎堆退役”，如何处理这些成千上万吨的“大块头”将成为产业迫切需要解决的问题。
但值得注意的是，早些年建成投运的一些光伏项目组件近几年来已经出现更换需求。另外，行业分析机构集邦咨询提醒，考虑到人为运维不到位或自然环境造成的损毁与组件本身发电过程中产生的变质、蜗牛纹等问题，光伏项目投运后5年开始出现部分组件淘汰、更换，这或将导致组件报废高潮提前到来。
据了解，组件主要由玻璃、铝、塑料、半导体材料等组成，其中九成以上的材料都可以回收再利用。经过无害化处理和资源回收再利用，将有效避免组件有毒气体的产生，合理进行废气、废液和废物的收集与处理。
王世江表示：“对废弃组件进行回收再利用，不仅可以保护生态环境，还将利于产业循环发展，节约资源。”
国际光伏组件回收非盈利组织PVCycle研究显示，在实验室或小规模回收处理后，组件回收率最高可达96%，平均回收率也有70%，高于其他行业的回收率。
相关国家标准缺位
面对报废组件挑战，产业内企业正投身于相关研究之中。例如，黄河上游水电开发有限责任公司正在开展“晶硅光伏组件回收材料分选关键技术研究”“晶硅光伏组件回收硅材料提纯技术研究”“晶硅光伏组件可产业化选择性剥离技术研究”等。
英利集团首席技术官宋登元表示，开展废弃组件回收工作不仅能有效应对大规模组件退役废弃带来的二次污染、降低光伏全产业链资源消耗，还能形成新兴产业、催生新的经济增长点。
前景可期，但据记者了解，目前我国还未形成组件回收处理的国家标准和政策机制。
中国电子技术标准化研究院裴会川介绍：“2017年，中国光伏行业协会发布过一项团体标准《晶体硅光伏组件回收再利用通用技术要求》，其中主要规定了组件回收再利用的术语与定义，收集运输和贮存、拆解、处理、再生利用的基本要求。”
但有业内人士认为，上述标准仅仅是一个通用性、指南性的技术文件，说明了组件回收再利用行业的一些基础性问题，并不能作为可强制实施的文件。
近几年，随着国家开始重视光伏组件的回收处理问题，组件回收处理国家标准《光伏组件回收再利用通用技术要求》《建筑用薄膜太阳能电池组件回收再利用通用技术要求》正在研制。此外，中国光伏行业协会标准化技术委员会特别成立了光伏组件回收与再利用标准工作组，力图联合行业各方，促进产业发展。
欧洲经验值得借鉴
在采访中，记者了解到，目前我国主要光伏企业仍将大部分精力聚焦在降本增效上，对组件回收和再利用工作的精力投入较为有限。当前组件回收再利用的参与方以中小企业为主，且集中在江苏、浙江等南方地区。
记者随机采访了6家组件回收再利用企业，得到了两种不同的回收标准。一种是以瓦计算，“现在回收价格大概为0.5—0.6元/瓦，具体还要看组件的情况再确定。之前的话，这价格能在1元/瓦左右，这两年降下来了。”江苏泰州某光伏组件回收公司张经理说。第二种是以片计算，295瓦的组件回收价格大概在160—200元/片。若以瓦计算，则回收价格在0.5元—0.7元/瓦之间。
相比之下，我国组件回收价格偏高。据了解，PVCycle的组件回收价格仅约0.2元/瓦。如果报废组件回收价格定得太高，则会影响回收企业的利润。
由于欧洲光伏产业发展早于中国，其已经开始面临一定规模的组件报废挑战。PVCycle作为欧洲较为成熟的组件回收组织，在欧洲范围内有上百个回收站点，建立了经济可行的回收网络，成功回收了上万吨的老旧组件。
据介绍，为促进我国组件回收和再利用产业的发展，中国光伏行业协会正在追踪PVCycle工作模式等。同时，我国光伏企业英利和苏美达也加入了该组织，在欧洲范围内，其组件报废后，将由PVCycle履行回收废弃组件的义务。
在苏美达看来，单个企业研发组件回收技术难度较大，处理成本高，而以PVCycle为代表的组件回收模式对管理数量较大的组件回收市场有借鉴意义。