在马达设计中提升更高的效率

近些年来，家用电器对节能的要求变得越来越强烈。这是很显然的，仅电冰箱所消耗的能量就超过家庭用电量的10％。由于电冰箱的马达主要在低速运转，就有非常大的节能潜力，通过在低速驱动器中简单改进马达的驱动效率就能实现。

同样，据估计工业用电的65％被电驱动马达所消耗，毫无疑问，商家正逐渐意识到节能将成为改善收益率和竞争能力的关键。在电驱动马达中降低能量消耗有两种主要的方式：改善马达本身的效率和使用可调速驱动器来有效地控制其工作速度。下面将介绍这两种方法。

变频驱动器
马达的应用已经接近100年了，目前较新的应用使用了更加高效、简捷和轻便的马达，包括无刷直流马达系列和磁阻切换马达系列。无刷直流马达和磁阻切换马达都使用一个MCU或DSP来合成驱动信号，然后使用MOSFET或IGBT器件作为功率开关进行放大。

能耗成本的增加正促使人们重新对采用变频驱动的无刷直流马达产生了兴趣。这些高效而通用的马达有很高的扭矩重量比，但是阻碍它们广泛应用的主要因素是驱动电路的高成本和高复杂性。

设计变频驱动器有几种不同的方法。常规三相马达的最流行低频驱动方法是梯形波驱动（见图1）。

图1 梯形波控制和实测波形

如果需要更高的效率和性能，就必须通过脉宽调制（PWM）方法来产生正弦波。为了更进一步的改进效率，还可以使用空间向量调制方法。

具有永磁体的三相同步马达有两种主要的类型：正弦脉冲调制（PM）同步马达和梯形无刷直流马达。二者在许多方面是相同的（例如，二者都是电子换向的），但也有两个主要的差别。

● 马达的结构
正弦控制波形马达与梯形控制波形马达的BEMF感生电压的形状不同。

● 控制方式
控制电压波形不同，分别是三相正弦波形（所有三个相位同时接通）与矩形六步换向（任何时候都有一个相位不接通）。

正弦脉冲调制（PM）同步马达日益流行，在非常多的应用中替代了有刷直流常规马达和其他类型的马达。主要的原因是它可以提供更好的可靠性而不需要电刷，以及有更高的效率、更低的噪声和其他优点（如图2所示）。

图2 内置永磁同步马达（IPMSM）向量控制系统框图