总耗电量的57.3% 来自电机—电机控制技术是节电的关键

电机的原型发明于19世纪前半叶。1821年，迈克尔·法拉第（Michael Faraday，英国）发明了最初的电机—法拉第电机（Faraday Motors）。实用型换向器式直流电机是英国科学家William Sturgeon在1832年发明的。接着，美国的托马斯·达文波特开发了可商用的换向器式直流电机，并在1837年获得了专利权。拥有近200年历史的电机技术，与只有40余年历史的微控制器技术及新近的互联网技术相比，可以称得上是古典技术。计算机及网络相关的技术取得快速进步而受到关注，电机技术就显得不太引人注意了。但是，电机技术至今仍在不断改良，作为支撑人们生活和生产的重要技术，占据着重要地位

围绕核能发电的是非，舆论一分为二，节电成了一项大的社会性问题。

图1

图1为按照用电设备统计的耗电量。这是来自日本的一项统计，电机耗电量占日本国内总耗电量99.96×1010kW·h的57.3%。

图2

图2是按领域统计的日本国内的耗电量情况。其中，电机耗电量的占比如下。

·工业领域 29.49×1010kW·h 69.0%

·商业领域 16.43×1010kW·h 56.6%

·家庭领域 11.40×1010kW·h 40.4%

照明领域已经致力于将白炽灯和日光灯替换成LED。但是，最有成效的节能，是电机的节电，这一点很明确。调高空调的设置温度，通过洒水及搭丝瓜遮阳棚、摇扇来抵御暑热，对节电很重要，但是有限度。通过提高电机效率来节电成了技术人员的课题。

无刷直流电机矢量控制技术的引入如图2（c）所示，在家庭领域，空调、冰箱的耗电量占比很大。1990年以前，空调、冰箱、洗衣机、吸尘器等家用电器使用的基本上都是感应电机。但是1990年以后，以空调、冰箱、滚筒式洗衣机为中心，无刷直流电机的矢量控制技术得到了快速引入。在日本国内，“变频空调”并不是什么新鲜词汇。20世纪80年代的变频空调采用的是感应电机，90年代以后采用的是无刷直流电机，变频控制技术发生了很大的变化。

在家电大卖场的冰箱展厅，就没有感到疑惑的事情吗？并排放着同样大小的冰箱，显示的年耗电量却相差2倍以上。冰箱的隔热及压缩机会有不同，但最大的区别在于压缩机电机的效率。

从感应电机到无刷直流电机的矢量控制什么变了？首先是从感应电机到无刷直流电机的变化。无刷直流电机也称为BL直流电机（Brushless Direct Current Motor）。以前的有刷直流电机的碳刷没有了，就变成了无刷直流电机。

起初一般都是方波驱动。之后，为了抑制振动，采用正弦波驱动；为了进行位置检测，采用无霍尔元件的无传感器驱动。现在，又出现了将流入线圈的电流最大限度地转化为转矩的矢量控制技术。

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