提高電機設計能效的新方法

隨著節(jié)能成為全球范圍關注的焦點，電機設計的能效也成為一個引人關注的問題。由于各國政府相繼出臺各種法規(guī)來要求提高能效，為了應對能效挑戰(zhàn)，電機驅動電路變得越來越復雜。本文討論電機驅動電路的產品和行業(yè)趨勢，并提供有助于設計人員降低能耗、提高可靠性、減少元件數量、實現環(huán)保的解決方案。

工業(yè)領域的電機種類

近100年來，電器產品主要使用感應電機，即使是變頻驅動型電器，也是采用感應電機?，F在某些新型電器開始采用效率更高、尺寸更緊湊、重量更輕的電機。這些新型電機可分為兩大類，即無刷直流電機和開關磁阻電機。

許多常見的家用電器都采用帶變頻驅動的無刷直流電機。這類高效的通用電機具有很高的轉矩密度。隨著能源價格飆升，業(yè)界重新燃起了對無刷直流電機的興趣。但一直以來，成本以及驅動設計的整體復雜性阻礙了這種電機的廣泛采用。

開關磁阻電機則多用于吸塵器和手持電動工具這類不關注電機噪聲和轉矩波動的電器中。開關磁阻電機的特點是轉矩大、轉速高，但價位非常具有競爭力。

無刷直流電機和開關磁阻電機都要利用一個微控制器或DSP來進行波形調節(jié)，然后用功率開關(功率MOSFET或IGBT) 放大這些調節(jié)后的波形。

驅動電路

設計變頻驅動電路可有以許多不同的方式。在典型的三相電機中，最流行的低頻驅動方案是梯形波驅動電路，如圖1所示。圖2給出了梯形波驅動電路的實際測試波形。

圖1：最流行的低頻驅動方案――梯形波驅動電路。

圖2：梯形波控制方法及實際測試波形。

如果需要更高的頻率和性能，可采用PWM方法來產生正弦波。若要再進一步提高效率，便可采用空間矢量調制 (Space Vector Modulation) 法。

永磁三相同步電機有兩個流行的類型，即正弦永磁同步電機和梯形波無刷直流電機。正弦永磁同步電機與梯形波無刷直流電機(電氣性能)非常相似，它們的區(qū)別主要體現在以下兩個方面：(1)電機構造或者說反電動勢(BEMF)的波形不同，一個是感應電壓正弦永磁同步電機，另一個是梯形波無刷直流電機；(2)控制電壓的波形不同，一個采用三相正弦(所有三個相位同時有電流流過)，一個采用矩形六步換流。