许多家用电器都包括一个或多个对其功用至关重要的电机。在不断进步市场份额的奋斗中，新产品规划力求使其产品在竞赛中锋芒毕露。本文将讨论五个首要趋势，这些趋势刻画了电器电机操控的未来，电器电机操控适用于从HVAC体系到食物加工的一切范畴。
能效
最大极限地下降电机和压缩机的功耗依然是电器规划的大趋势之一。在很大程度上，美国环境保护局（EPA）家用电器动力之星方案推进着这一进程。这项方案会对产品进行评级并供给相应的标签，显现作业该设备所需的全年电量（kWh）。更高效的产品将取得动力之星评级，而这是许多顾客眼中的必备家电特点。许多其他国家/区域的政府供给相似的评级体系。
低端设备一般运用沟通感应电机（ACIM）。运用变频驱动器（VFD）能够相对简略地操控这些电机。在这种技能中，三相正弦波形为电动机的绕组供电。电机的操控经过改动脉宽调制（PWM）占空比来完成，PWM占空比经过其改动率来设置电压和频率。
关于VFD，只需负载不变，即可经过使电压与频率之比坚持稳定来供给稳定的转矩。惋惜的是，配备有VFD的ACIM对改动的负载或速度恳求的反响缓慢，这下降了它的功率。例如，洗衣机一般运用ACIM，而且ACIM对可变负载的改动反响欠安。当湿衣服在滚筒内翻转，或许在拌和期间滚筒旋转发生改动时，就会发生这种状况。
进步功率的最直接办法是改动作业设备的电机类型。高端设备现已开端选用一种新式电机，称为永磁同步电机（PMSM）。由于规划原因，这种电机供给了更好的操控，但制作本钱也更高。
PMSM的功率更高，由于它们在转子中运用永磁体，而感应电机转子运用的绕线线圈需求额定的能量来坚持磁场。PMSM规划的长处是能够运用一种称为磁场定向操控（FOC）的改善操控算法，这种算法能够在更宽的负载或速度规模内非常精确地操控电机运用的能量。运用数字信号操控器（DSC）来操控PMSM（例如Microchip的dsPIC33EV系列），能够协助进步这些电机的能效并完成无噪声作业。
此外，运用具有FOC的PMSM能够节约很多动力。例如，冰箱的压缩机是一种专门规划的电机，经过将操控规模扩展到非常低的速度（如800 rpm），在冷却体系中泵送冷却液。因而，运用的功率下降了约30%。这能够明显进步设备的动力星级。其他研讨标明，PMSM在将电能转化成转矩方面能够到达90%的功率。
更高速
反过来看，比如电钻、HVAC和排气扇等电器需求非常高的速度。磁场削弱（也称磁通削弱）是一种操控技能，能够以快于FOC技能的速度旋转电机。为此，转子磁体之后遇到的定子绕组中的电压场以抵消转子磁体中某些磁场（称为磁通）的方法进行充电。当转子的磁铁与绕组对齐时，这会下降电机滚动的阻力作用。这种阻力称为反向电磁力（BEMF）。经过磁场削弱下降BEMF，能够将电机的最高速度从25%进步到100%，只需该时刻点所需的转矩较低即可。由于大多数电器在较高作业速度下不需求满载转矩，因而磁场削弱能够有效地进步它们的最高速度，然后进步作业功率。
最大程度下降噪声
电器电机操控的第三大趋势是最大程度下降噪声。您是否厌恶了厨房电器的嗡鸣声？很多人不想在家里听到电器作业的声响。静音非常重要，顾客乐意为此付出更高的费用！
图1：运用ACIM和PMSM电机的常见家用电器
电器电机噪声的发生有多种原因。电源线中电源电压的忽然下降，以及负载或转矩需求的忽然改动，都或许导致转子方位估计值稍微违背。此外，PWM操控信号的时序或许与转子方位不完全共同。这些状况中的任何一种都或许导致转子细微颤动并发生可听到的噪声。
可是，形成电机噪声的首要原因是导通和关断金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）或绝缘栅双极晶体管（IGBT），IGBT是一种将功率传输到电机绕组的大晶体管。每次翻开或封闭这些晶体管时，绕组中电流的忽然冲击会推进周围的空气（与扬声器的作业方法相同），发生能够听见的声响或咔嗒声。把这个声响乘以三倍（三个电机绕组），每秒钟重复数千次，便会发生刚好处于人类均匀听力规模内（20至20 kHz）的电机嗡鸣声。
走运的是，咱们有下降噪声的解决方案。这一切都归结于本钱，但两个要害的解决方案是以更高的频率切换MOSFET并拓展PWM。
尽管一切的电机操控算法都能够运用20 kHz或更高的PWM频率将噪声坚持在人耳的听觉规模之外，可是许多家用电器依然以更低的频率（一般在5至8 kHz规模内）来关断和导通它们的电机操控MOSFET。 这是由于，在较慢的速度下，能够低得多的价格购买集成电源模块（IPM）（一种包括MOSFET的封装）。
扩频是另一种技能，一些规划正在运用这项技能来进一步下降噪声。为此，运用随机数发生器来改动PWM频率。这会使PWM频率时高时低，但均匀PWM频率将坚持不变。经过将这种颤动添加到PWM频率中，噪声信号的起伏减小，并可完成明显的降噪作用。
先进的操控技能
有一种技能在各种家电的电机运用中都非常有用，它涉及到在发动前和极低的转速下把握电机转子相关于定子的方位。这有两个首要原因。第一个原因是，一些电器不能反向作业（例如空调机组中的泵和压缩机）。假如电机在发动时转向过错，即便是细小的滚动，也或许终究损坏泵并导致其开裂。第二个原因是，像钻孔机、食物加工器、洗衣机和电扇这样的电器需求从发动时就取得满载转矩，以便更快地到达全速作业。
惋惜的是，与FOC一同运用的反应电路（称为估测器或观测器）不能在零速或低速下作业。FOC称为无传感器技能。这意味着，将没有霍尔传感器、磁方位传感器或光轴编码器来供给转子方位。为了发挥作用，FOC算法从三个电机绕组取得电流反应。当电机初次发动时，速度过低，反应电路无法取得杰出的读数，电机以开环方法作业。在电机到达满足的转速（如50 rpm），而且取得杰出的电流反应后，操控回路闭合，进行正常的FOC。
为了能够在电机发动或低速作业时检测转子方位，开发了一种运用高频注入（HFI）的技能。在这种技能中，转子中的三个绕组经过高频PWM信号逐个通电，并丈量电流反应信号。经过比较这三个丈量值，能够确认转子的精确方位，并运用正确的PWM信号以正确的方向发动泵和压缩机的转子。这样做也能更快地加快电机。
另一项新技能称为“风转”。经过风转，能够重新发动处于滑行状况的电机，以匹配当时电机的方位和速度，然后完成平稳而不晃动的重启。这样既有助于下降噪声，又能进步电机耐用性。
此外，也能够经过运用FOC最大程度地进步转矩的方法来操控电机。这种技能称为每安培最大转矩（MTPA），它答应电机在稳定转矩阶段的闭环转化后加快旋转。运用这种技能，洗衣机能够完成高速旋转，从衣物中排出更多的水，无人机的电机也能够在不到300 ms内从0 rpm加快到30,000 rpm，然后完成更快的起飞。
进步安全性
终究一个趋势至关重要。职业界发起了一项进步产品功用安全性的运动。这意味着电气元件——即操控电器电机的单片机（MCU）或数字信号操控器（DSC）需求具有契合职业标准的内置安全特性。例如，IEC 60730 B类安全标准要求在发动时封闭MCU或DSC的PWM信号的默许状况，以避免任何或许导致电机滚动的瞬态尖峰电压。未来，职业将为电机操控规划工程师编制一本功用安全手册，以协助他们更好地了解怎么运用MCU或DSC电机操控器材中内置的一切安全功用。这种趋势将使电机驱动的家用电器变得愈加安全，终究让一切人获益。
