马达设计的艺术

Stephan Chmielus博士

布局约束因素

现今的可调速驱动电路都采用变频器来调整输出电流，以满足三相马达的要求。变频器的形状大小通常会受到应用的限制。在许多情况下，电路板与马达靠得很近，而马达构造的高度也会受限。另外，所用高功率半导体器件的物理性质和所选封装的形状，也要求电路板上有足够的位置空间。功率半导体开关工作期间产生的电压、电流交叠会造成损耗，必须将其消除。虽然功率耗散问题可以通过加设散热片而得到改善，但这也会限制半导体器件在电路板上的布局安排。

变频器是达到EcoDesign节能要求的关键技术。美国电力科学研究院(Electric Power Research Institute)的研究表明，采用变频器的马达比无变频器的马达节能多达40％。无论是感应马达、永磁同步马达，还是无刷直流马达，都可由变频器为其产生正弦电流。为此，开关频率必须比变频器的可调输出频率高几个数量级。而经脉冲宽度调制的输出电压则会施加在电感性负载上。因此，输出电流与电压的平均值成正比。开关频率越高，对变频器越有和；而驱动的扭矩波动越小，动态响应性能便更高，噪声也会变得更低。这就要求开关速率快，而开关速率快意味着di／dt和dv／dt的变化率通常都很高。因此，电路寄生就成为一个大问题，设计人员必须努力解决这个问题，才能满足目前和未来的EMC标准要求。

成本是电路布局必须考虑的另一个约束因素。许多情况下，都采用双面电路板。而电路板上的不同区域常常只能使用一种焊接工艺。……