在馬達設計中提升更高的效率

近些年來(lái)，家用電器對節能的要求變得越來(lái)越強烈。這是很顯然的，僅電冰箱所消耗的能量就超過(guò)家庭用電量的10％。由于電冰箱的馬達主要在低速運轉，就有非常大的節能潛力，通過(guò)在低速驅動(dòng)器中簡(jiǎn)單改進(jìn)馬達的驅動(dòng)效率就能實(shí)現。

同樣，據估計工業(yè)用電的65％被電驅動(dòng)馬達所消耗，毫無(wú)疑問(wèn)，商家正逐漸意識到節能將成為改善收益率和競爭能力的關(guān)鍵。在電驅動(dòng)馬達中降低能量消耗有兩種主要的方式：改善馬達本身的效率和使用可調速驅動(dòng)器來(lái)有效地控制其工作速度。下面將介紹這兩種方法。

變頻驅動(dòng)器
馬達的應用已經(jīng)接近100年了，目前較新的應用使用了更加高效、簡(jiǎn)捷和輕便的馬達，包括無(wú)刷直流馬達系列和磁阻切換馬達系列。無(wú)刷直流馬達和磁阻切換馬達都使用一個(gè)MCU或DSP來(lái)合成驅動(dòng)信號，然后使用MOSFET或IGBT器件作為功率開(kāi)關(guān)進(jìn)行放大。

能耗成本的增加正促使人們重新對采用變頻驅動(dòng)的無(wú)刷直流馬達產(chǎn)生了興趣。這些高效而通用的馬達有很高的扭矩重量比，但是阻礙它們廣泛應用的主要因素是驅動(dòng)電路的高成本和高復雜性。

設計變頻驅動(dòng)器有幾種不同的方法。常規三相馬達的最流行低頻驅動(dòng)方法是梯形波驅動(dòng)（見(jiàn)圖1）。

圖1 梯形波控制和實(shí)測波形

如果需要更高的效率和性能，就必須通過(guò)脈寬調制（PWM）方法來(lái)產(chǎn)生正弦波。為了更進(jìn)一步的改進(jìn)效率，還可以使用空間向量調制方法。

具有永磁體的三相同步馬達有兩種主要的類(lèi)型：正弦脈沖調制（PM）同步馬達和梯形無(wú)刷直流馬達。二者在許多方面是相同的（例如，二者都是電子換向的），但也有兩個(gè)主要的差別。

● 馬達的結構
正弦控制波形馬達與梯形控制波形馬達的BEMF感生電壓的形狀不同。

● 控制方式
控制電壓波形不同，分別是三相正弦波形（所有三個(gè)相位同時(shí)接通）與矩形六步換向（任何時(shí)候都有一個(gè)相位不接通）。

正弦脈沖調制（PM）同步馬達日益流行，在非常多的應用中替代了有刷直流常規馬達和其他類(lèi)型的馬達。主要的原因是它可以提供更好的可靠性而不需要電刷，以及有更高的效率、更低的噪聲和其他優(yōu)點(diǎn)（如圖2所示）。

圖2 內置永磁同步馬達（IPMSM）向量控制系統框圖