在馬達設計中提升更高的效率

近些年來，家用電器對節能的要求變得越來越強烈。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％。由于電冰箱的馬達主要在低速運轉，就有非常大的節能潛力，通過在低速驅動器中簡單改進馬達的驅動效率就能實現。

同樣，據估計工業用電的65％被電驅動馬達所消耗，毫無疑問，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鍵。在電驅動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器來有效地控制其工作速度。下面將介紹這兩種方法。

變頻驅動器
馬達的應用已經接近100年了，目前較新的應用使用了更加高效、簡捷和輕便的馬達，包括無刷直流馬達系列和磁阻切換馬達系列。無刷直流馬達和磁阻切換馬達都使用一個MCU或DSP來合成驅動信號，然后使用MOSFET或IGBT器件作為功率開關進行放大。

能耗成本的增加正促使人們重新對采用變頻驅動的無刷直流馬達產生了興趣。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電路的高成本和高復雜性。

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

圖1 梯形波控制和實測波形

如果需要更高的效率和性能，就必須通過脈寬調制（PWM）方法來產生正弦波。為了更進一步的改進效率，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型：正弦脈沖調制（PM）同步馬達和梯形無刷直流馬達。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（所有三個相位同時接通）與矩形六步換向（任何時候都有一個相位不接通）。

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點（如圖2所示）。

圖2 內置永磁同步馬達（IPMSM）向量控制系統框圖