工业电机

工业电机驱动的整个市场趋势是对更高效率以及可靠性和稳定性的要求不断提高，功率半导体器件制造商不断在导通损耗和开关时间上寻求突破。有关增加绝缘栅极双极性晶体管(IGBT)导通损耗的一些权衡取舍是：更高的短路电流电平、更小的芯片尺寸，以及更低的热容量和短路耐受时间。这凸显了栅极驱动器电路以及过流检测和保护功能的重要性。

今天我们会讨论现代工业电机驱动中成功可靠地实现短路保护的问题，同时提供三相电机控制应用中隔离式栅极驱动器的实验性示例。

<strong>工业环境中的短路</strong>

工业电机驱动器的工作环境相对恶劣，可能出现高温、交流线路瞬变、机械过载、接线错误以及其它突发情况。其中有些事件可能会导致较大的过流流入电机驱动器的功率电路中。图1显示了三种典型的短路事件。

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。