工业电机驱动中的栅极驱动和电流反馈信号隔离

二十多年来，电机电能效率一直是全球能源监管机构关注的重点。这是全球共同努力的一部分，旨在通过增加电能利用率以及 使用可再生源发电，达到最大程度减少碳排放的目的。早期的电机效率法规是自愿的，但很快这些法规就变成强制性的了，并 且每 5 至 10 年就会提高最低能效水平要求。鼠笼式感应电机(SQIM)自人类普及用电之后便一直是工业的主力军，因为它在直 接连接三相交流电源后便可开始工作。当前的 IEC 标准依据功率额定值将这些电机的效率分为各种等级，范围从标准效率 (IE1)到超顶级效率(IE4)。今天，IE3 顶级效率在世界上最大的工业区内是强制标准，这些地区包括欧盟、美国、中国和日 本。厂商并没有抗拒这一变化，因为在电机的寿命期间，电机的资本投入只是电费的一小部分。哪怕将顶级效率电机替换为 15 kW 超顶级效率 IE4 电机，其额外的成本也会在两年内通过节约的电费收回。电机效率要求的这种趋势迫使很多设备制造 商抛弃直接离线电机，转而使用基于逆变器的解决方案。这些解决方案的各种架构以及驱动和信号隔离要求是本文所要讨论的 主题。 SQIM 制造商目前为止一直将更为严格的法规视为市场机遇。顶级效率和超顶级效率电机的材料、设计、制造成本相比标准效 率电机更高，但市场售价也更高。然而，最新的效率分类等级 IE5 和 IE6 将对电机制造商造成不少困扰。电机专家相信，要设 计线路连接式的 SQIM 来满足高于 IE4 的效率等级——尤其是较低功率范围(de Almeida)——将会是十分困难且成本高昂的。 极有可能只有逆变器连接式电机才能满足 IE5 或更高的效率等级。永磁同步电机(PMSM)通常用于超高效率应用，但稀土转子 磁体的成本和获取性是个问题。最新的轴向电机设计中使用铁氧体磁珠或新的磁体材料，这些材料是为满足不断增长的电动汽 车市场而开发，可缓解这些问题。此外，人们正在考虑针对 IE5 效率等级驱动(ABB)采用同步磁阻电机(SRM)。SRM 既没有 转子绕组也没有磁体，能以较低的成本实现高效率，框架尺寸与同等功率额定值的 SQIM 相当。