電機逆變器：降低電器功耗

選擇類型的電機來驅(qū)動家用電器
像大多數(shù)工程設(shè)計決策一樣，選擇用于驅(qū)動家用電器機構(gòu)的電動機類型是確定應(yīng)用要求與實際解決方案所能提供的折衷方案的問題。對于需要電機的家用電器——洗衣機、冰箱、空調(diào)和洗碗機等無處不在的產(chǎn)品——使用逆變電路來驅(qū)動無刷直流電機或感應(yīng)電機是節(jié)省大量電力的方式，因此減輕公用事業(yè)電網(wǎng)的負載并降低設(shè)備的運行成本。
選擇一種類型而不是另一種類型的電機的設(shè)計過程必須考慮每種類型的工作原理以及其操作和性能特征以及成本與特定應(yīng)用的要求的匹配程度。其他因素可能也很重要。本文首先介紹直流電機，然后討論感應(yīng)電機。
有刷和無刷直流電機的比較
有刷和無刷這兩種類型的直流電機有著本質(zhì)上的不同。一個多世紀以來，人們所熟悉的有刷直流電機一直被用作扭矩產(chǎn)生器。如今，它們?nèi)匀或?qū)動著許多電動產(chǎn)品。相比之下，無刷直流電機是一項相對較新的技術(shù)發(fā)展。由于各種原因，在新設(shè)計中，尤其是家用電器產(chǎn)品，它們比拉絲類型越來越受到青睞。對其基本工作原理的回顧揭示了這些類型的直流電機的不同之處。
在有刷直流電機中，轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)動的部分）包含電磁鐵，因此被稱為電機的。定子（保持靜止的部分）包含永磁體。直流電（通常來自整流交流電）提供給電刷，電刷與固定在轉(zhuǎn)子軸上的換向器上的分段觸點（電極）進行物理摩擦（見圖 6）。
當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，固定電刷將它們的連接從一組換向器片轉(zhuǎn)移到另一組換向器片，以這樣的方式切換它，然后電流通過轉(zhuǎn)子的電磁體來回流動。這會產(chǎn)生交替的磁極性，與定子中的永磁體相互作用，產(chǎn)生導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的扭矩力。

有刷直流電機的結(jié)構(gòu)和工作原理。電機的軸由于轉(zhuǎn)子中的電磁體與定子中的永磁體之間的吸引力和排斥力產(chǎn)生的扭矩而旋轉(zhuǎn)。電刷接觸換向器的各個部分，從而切換電流，導(dǎo)致定子電磁體在適當?shù)妮S位置發(fā)生極性反轉(zhuǎn)。
相比之下，無刷直流電機的轉(zhuǎn)子包含永磁體，無論是表面型還是內(nèi)部型，而定子包含電磁體（因此被稱為電機的）。電磁鐵以 Y 形或三角形排列（見圖 7）。

無刷直流電機的結(jié)構(gòu)和工作原理。定子內(nèi)置有固定電磁體，而轉(zhuǎn)子則包含表面永磁體。電流必須以正確的方向順序和時序饋送到電磁體的線圈，以便正確地為它們通電以產(chǎn)生軸旋轉(zhuǎn)。需要逆變器來控制排序過程。
為了驅(qū)動和控制無刷直流電機，需要逆變器將提供的直流電或 50/60 周期交流電轉(zhuǎn)換為具有所需電壓和頻率的交流電。直到可靠、低成本的電子逆變器電路出現(xiàn)后，無刷直流電機才變得實用。
為了運行無刷直流電機，來自逆變器的交流電流流向定子中的電磁體。該電流在固定電磁體中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，該磁場與轉(zhuǎn)子中的永磁體相互作用，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。
逆變器對于電機的運行至關(guān)重要，因為它提供必要的交流驅(qū)動并實現(xiàn)速度和扭矩控制功能。