在馬達(dá)設(shè)計(jì)中提升更高的效率

近些年來(lái)，家用電器對(duì)節(jié)能的要求變得越來(lái)越強(qiáng)烈。這是很顯然的，僅電冰箱所消耗的能量就超過家庭用電量的10％。由于電冰箱的馬達(dá)主要在低速運(yùn)轉(zhuǎn)，就有非常大的節(jié)能潛力，通過在低速驅(qū)動(dòng)器中簡(jiǎn)單改進(jìn)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)效率就能實(shí)現(xiàn)。

同樣，據(jù)估計(jì)工業(yè)用電的65％被電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)所消耗，毫無(wú)疑問，商家正逐漸意識(shí)到節(jié)能將成為改善收益率和競(jìng)爭(zhēng)能力的關(guān)鍵。在電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)中降低能量消耗有兩種主要的方式：改善馬達(dá)本身的效率和使用可調(diào)速驅(qū)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(qū)動(dòng)器
馬達(dá)的應(yīng)用已經(jīng)接近100年了，目前較新的應(yīng)用使用了更加高效、簡(jiǎn)捷和輕便的馬達(dá)，包括無(wú)刷直流馬達(dá)系列和磁阻切換馬達(dá)系列。無(wú)刷直流馬達(dá)和磁阻切換馬達(dá)都使用一個(gè)MCU或DSP來(lái)合成驅(qū)動(dòng)信號(hào)，然后使用MOSFET或IGBT器件作為功率開關(guān)進(jìn)行放大。

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

設(shè)計(jì)變頻驅(qū)動(dòng)器有幾種不同的方法。常規(guī)三相馬達(dá)的最流行低頻驅(qū)動(dòng)方法是梯形波驅(qū)動(dòng)（見圖1）。

圖1 梯形波控制和實(shí)測(cè)波形

如果需要更高的效率和性能，就必須通過脈寬調(diào)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(diào)制方法。

具有永磁體的三相同步馬達(dá)有兩種主要的類型：正弦脈沖調(diào)制（PM）同步馬達(dá)和梯形無(wú)刷直流馬達(dá)。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(dá)的結(jié)構(gòu)
正弦控制波形馬達(dá)與梯形控制波形馬達(dá)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(diào)制（PM）同步馬達(dá)日益流行，在非常多的應(yīng)用中替代了有刷直流常規(guī)馬達(dá)和其他類型的馬達(dá)。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(nèi)置永磁同步馬達(dá)（IPMSM）向量控制系統(tǒng)框圖