图1  现代化的驱动技术主要涉及到的是机械系统。就像IndraSize公司的产品那样，这些电机调速器、电动机和机械传动装置有着理想的外形尺寸

在现代化的驱动技术中，三相异步电动机和三相同步电动机都是不可或缺的。由控制软件控制的变频器，工作时转速可调且具有很高的工作效率。今天，电气技术与机械技术的结合形成了一个新的技术领域，产生了“机电一体化”产品。

三相桥驱动技术是一种故障率很低的成熟技术。此技术设备由一套控制系统和（变速）驱动电机组成，其中电动机是直接把电功率转换成与负载匹配经变速器输出扭矩的装置。在实际应用中，动力驱动系统的主要任务是传递运动动力和定位。在完成这两项任务时，使用的主要是转速可调的三相电动机。直流电动机的应用领域主要局限在小功率（功率小于5kW）、低扭矩（扭矩小于10Nm）以及其他特殊工况。即使这项技术已经十分成熟，不再像以前一样能够吸引人们的眼球，但是其还一直是用户的首选方案。

三相电动机的效率极高，但维护保养费用极低。利用控制软件控制电动机，可以实现多种多样的功能，如从同步运动到周期性的节拍运动等。在现代化的驱动技术中，这种运动控制功能被划归为“机电一体化”的解决方案中。

无磨损三相电动机推动技术进步

毫无疑问，由同步电动机和异步电动机构成的三相电动机驱动系统是全球范围内现代化驱动技术的主力军。半导体开关的问世（1980年），使人们有可能经济的、大批量的向市场投放小功率（小于7.5kW）变频器。为了能够使这些变频器高效工作，电动机必须能够进行低损耗的变速运行。由于电动机的功率是通过无接触的转子和定子之间的电场来传递的，因此其维护保养工作量比使用电刷的直流电动机要少的多。这是在自动化技术、建筑技术和加工技术领域中的一大进步。

如今，电动机研发的重点都集中在降低全寿命周期费用LCC以及总拥有成本TCO方面；另外，节能也得到了越来越多的关注。当人们了解到在欧洲有60％的能源用于电力驱动系统，而其中又有60％是用于流程泵和通风设备的驱动时，人们的节能意识自然会有所提高。在今天的驱动技术中，电气技术和机械技术逐步的合二为一，出现了新的机电一体化装置。

变频器、电动机和传动装置构成机电一体化系统

目前，在功率为100W~10MW的大功率范围内，使用的几乎都是带有中间调节控制电路的变频器，即图2所示的U形变频器驱动系统。变频器的结构非常简单，其组成部件分为硬件和软件两大部分，硬件部分是指电流从电网至电动机的整个电路，而软件部分的工作则是实现电动机的控制、调节和数据通信。

图2  变频驱动系统各组成部分示意图，A、B和C表示的是各个组成部分之间相互连接的结点

在U形变频器中，中间电容C往往通过不受控制的整流器充、放电。电机逆变器则通过自己的正弦波整流器对中间电路的直流电压的波形进行整流，以便半导体开关在频率和电压变化的三相电压系统中更好地工作（图2）。根据系统工作时的电流强度，可确定传送电流时电缆、半导体开关以及滤波器等电气元器件的规格。该系统中最大的热源是电机逆变器，它所产生的热量可通过对流冷却或液体冷却的方式进行降温，从而使变频器的工作效率超过97％。中间电容器C的电容量能够有效补偿短时间的电力中断，并可通过外部控制装置予以扩展。若设备在短时间制动时产生“发电机效应”的负载，这些制动能量将转换成热能。当制动时间较长时，这些能量将反馈给电网。

软件确定的驱动特性和变频器的功能

驱动系统的软件不仅能够控制硬件系统，而且还能与周围设备进行数据交换，具有通讯功能。合理的参数赋值能够优化变频器与电动机启动时的工作协调度，并最终使二者达到最佳匹配，实现机-电一体化。

一个现代化的驱动系统与周围环境的连接是通过三个主要接口进行的，分别是连接生产设备的“机械接口A”、连接供电电网或向电网馈电的“电气接口B”以及用于数据交换和通讯的“通讯接口C”。

变频器内部的控制软件对提高变频器驱动装置的性能和增加其功能有着重要作用。控制软件的应用包括简单驱动（例如流程泵和通风机等）、要求较低的驱动、要求较高的驱动以及高要求的伺服驱动。

选用合适的变频驱动系统，能够实现多种驱动方式的驱动，而使用数字式传感器之后，还可实现精确的导轨运动和定位运动控制。

在控制软件的设计中，人们将其结构分为三个不同等级。其基本等级的软件版本与变频器的工作系统相适应，是适合变频器基本使用要求的“标准版本”。对于使用要求较高或者要求很高的变频器，则还有建立在标准版本基础之上的两个功能扩展了的版本，即带有运动控制功能和工艺技术分析功能的中级版本和集成了SPS可编程控制功能的最高级版本。

机电一体化的驱动装置加上合适的控制软件可以划分为四大类十二种不同的组别，如表1所示。大量的数值计算程序使得驱动系统的尺寸设计变得更加方便。另外，许多生产厂家还在互联网上上传了无偿使用的计算程序。生产厂专用的软件工具也进一步方便了驱动系统的设计和调试。

作为能量转换装置的三相电动机

可将电能转换为机械能的三相电动机的种类繁多，有铝线或者铜线绕组的异步电动机、永磁绕组的同步电动机，也被称之为“力矩电机”或者直线电机，和完全没有绕组的磁阻电机。

所有这些电动机都可由变频器供电驱动，组成变速运动的驱动系统。对于电动机来讲，由于物理上的磁饱和以及热阻发热，其传递的扭矩和力都会受到限制。

当传递大扭矩时，则必须在电动机之后连接一个变速器，例如齿轮变速器或行星齿轮变速器等。在特定的工作条件下，还可使用直推动力矩电动机，利用其较大的输出轴直径传递大的扭矩。当需要的定位精度较高且没有要求反向空回时，又或者在要求很高的直线运动速度时，通常都可以利用直线电机来实现。

图3  变速驱动系统组成部分的示意图：框图勾勒出了电动机、变速器和变频器等机械驱动系统的组成

对其他驱动方式的选择有重要影响的因素

现代化的变频器允许通过集成安全控制功能方便的实现“安全控制方案”，例如实现“安全停”、“可靠限速”或者“可靠电机制动”等功能。

随着使用变频器的驱动系统方案的增加，“向电网馈电”经常存在不合理的作用，尤其是在居民区中出现向电网馈电时。因此，电网阻抗器（Netzdrosse）和电网滤波器的使用成为一种标准的配置方式，另外也可采取在变频器电网输入端接入电网电流整流器的措施，从而得到纯正弦波形的电流，并可在驱动装置出现发电机效应时向电网馈电。

电费的不断提高和法律法规的调节作用“强制”人们在长时间的驱动过程中使用高效电动机（Effi）。使用这种高效电机的投资回收期通常都低于一年。由于PM同步电动机或者磁阻电动机在长时间工作时具有很高的效率，因此成为人们在持续工作条件下的首选电动机。

机电一体化的驱动设备是进行新项目设计时可选的驱动方式。在确定这类驱动设备的尺寸时，各大型供应商放在网络上的计算软件会为设计者带来极大的帮助。而相应的硬件也在逐步的改进和趋于小型化。驱动系统的主要研发重点是软件，因为软件工具能够简化设计和调试的工作量，大幅降低费用。