全球大约一半的电力被电机驱动器消耗，工业电机驱动如何提高能效？

• 工业电机驱动器是当今全球工业的支柱，其能耗约占所有工业应用能耗的近三分之二。

• 相关法规越来越严格，市场对大幅降低工业电机驱动器能耗的需求变得愈加迫切。交流电机通常可直接由交流电源驱动。然而，为了提高能效和加强控制，通常需要采用变频驱动。

• 相较于传统的节流控制， 采用变频驱动 (VFD) 的工业驱动系统能效更高。安森美 (onsemi)提供各种各样的 VFD 产品，包括 MOSFET、 IGBT、 二极管、 功率集成模块 (PIM) 和智能功率模块 (IPM)。

• 子系统中使用的其他器件和技术包括：栅极驱动器、运算放大器、 位置传感器、 温度传感器， 以及其他用于控制和感知的器件。

• 借助现代半导体和新型电机架构，电机驱动器的能效和寿命可得到提升。

• 工业驱动器应用于众多工业领域，包括过程自动化、 风扇控制、 液体和气体泵、 机器人、 物料搬运、 机床、 石油和天然气工业等。

以前广泛使用的直流电机采用机械电刷在定子和转子之间换向，这种设计导致噪声高、 维护需求大、 能效低且散热性能差。相比之下，无刷电机采用电子换向， 因此能效更高、 更安静， 几乎不需要维护，使用寿命更长。然而， 无刷电机的控制更加复杂。交流电机主要有三种类型：交流感应电机 (ACIM)、 永磁同步电机 (PMSM) 和无刷直流 (BLDC) 电机。

永磁同步电机 (PMSM) 和无刷直流 (BLDC) 电机所采用的定子与 ACIM 相同， 但转子中包含永磁体。这种设计不需要感应电流，因此能效更高 在这类电机中，转子速度等于定子电磁场的速度，也就是同步运行。PMSM 和 BLDC 的区别在于控制方式和反电动势 (BEMF) 响应。BLDC 的 BEMF 响应是梯形的， 而 PMSM 的响应是正弦的。

ACIM 和 PMSM/BLDC 非常适合连续运行且需要精确的速度和扭矩控制的场景， 通常用于传送带、物料搬运系统、 泵和压缩机等重型应用。因包含永磁体， 这些电机的成本较高。

步进电机和伺服系统用于精确定位和受控运动场景，广泛用于驱动机械臂、 装配线、 升降辅助设备和其他需要保持和定位的类似应用。此类系统的特点是高准确性和良好的可重复性。

步进电机的转子通常包含永磁体和多个小齿，而齿数决定了步数。定子也有小齿， 但数量少于转子。就分布方式而言，有些与转子上的小齿对齐，有些则反之。定子线圈分为两组独立线圈。通电后， 线圈产生的磁场使齿部对齐， 从而使转子精确地转动一步。通过反复给两组线圈通电， 无需任何反馈即可实现非常精确的运动， 这种方式称为开环控制。

步进电机驱动器可以是单极的，也可以是双极的。双极步进电机的电流在两个方向上流动， 并且需要全桥逆变器来驱动两组绕组中的每一组。相比之下， 单极步进电机只需要电流单向流动，控制更加简单。此类电机可通过简单的高侧或低侧开关进行控制， 成本效益更佳。

伺服电机在闭环控制系统内运行。系统采用编码器的反馈来比较电机的实际位置与所需值。闭环可保障准确控制位置。伺服电机系统主要由三部分组成：电机、 反馈装置和控制电路。电机产生机械动力，可以是有刷直流电机、BLDC 电机、 PMSM 电机或 ACIM 电机。反馈装置提供有关电机位置、 扭矩和速度的信息。控制电路负责比较所需位置与实际位置，并调整输出以纠正存在的任何差异。

👉电机控制技术
梯形控制算法又称六步控制法，是较简单的控制算法，通过让电流同时流过两相， 第三相悬空， 使得电机有六种离散状态。此方法可产生高扭矩， 但与其他更先进的算法相比， 噪声和振动较大。

在正弦控制中，施加于电机绕组的电流波形是正弦波形，这种方法可降低扭矩纹波。但需要精确同步和识别转子位置，因此实现起来更加复杂。

与正弦控制相比， 磁场定向控制 (FOC) 在高速下可提供更高能效， 在动态负载下的性能也比上述技术更优异。在整个换向过程中， FOC 让定子和转子保持九十度对齐来优化电机扭矩， 从而降低扭矩纹波， 让旋转过程更平稳、 更静音。

间隔分布。

未完待续，下期将主要介绍方案概述，帮助您全面了解工业电机驱动设计要点。