臺灣博碩士論文加值系統

本論文針對無位置感測器的永磁同步馬達提出一種電流控制方法，達成馬達驅動器的實現。
首先，導出永磁同步馬達的模型，用以將定子磁通與電磁轉矩的定子電流成份加以解耦。一些座標轉換與脈波寬度調變的原理也被介紹；最後，實際實現永磁同步馬達使用的電流控制也被說明。ㄧ只300瓦的三相永磁同步馬達，經採用本文提議的控制方法後，實際量測的結果印證：在額定負載下馬達的穩態速率誤差可以控制在0.1﹪以內。而且快速追蹤的特性也被呈現。此事實說明本文提議的電流控制法是值得引進產業界。

In this thesis, current control of a sensorless three-phase permanent magnet synchronous motor (PMSM) without position sensors is proposed. The implementation of the motor drive is accomplished as well.
First of all, the model of the PMSM is derived to decouple the current components aligned with the stator flux and the one with the electromagnetic torque. Some coordinate transformations and principles about pulse width modulations are introduced. Finally, the implementation of the current control for a PMSM are illustrated. After the proposed current control scheme was applied to a 300 W 3-phase PMSM, the experimental results show a steady-state speed error below 0.1﹪when the motor is operated below base speed under the rated load. In addition, the fast tracking characteristic of the motor system is demonstrated. These facts show that the current control method proposed in this thesis merits applications in the industry.

目錄
第一章 前言1
1.1研究動機1
1.2研究目的2
1.3內容大綱3
第二章 交流電動機的場導控制5
2.1 前言5
2.2 參考座標的定義6
2.3 座標轉換之原理8
2.3.1 Clarke轉換與Inverse Clarke轉換8
2.3.2 Park轉換與Inverse Park轉換11
2.4 永磁同步馬達控制原理14
2.5 場導控制法的原理17
2.6 空間向量脈波寬度調變19
2.6.1 空間向量PWM技術19
2.6.2 空間向量的合成22
2.6.3 SVPWM的實現23
第三章 硬體電路架構27
3.1 系統架構27
3.2 三相定子電流波形28
3.3 電流感測器30
3.4 相電流誤差調變器31
3.5 延遲及保護電路32
3.6 光耦合隔離器34
3.7 Is調節法34
第四章 控制電路實現與實驗數據35
4.1 實驗平台介紹35
4.2 三相弦波電流產生器36
4.3 電流感測電路38
4.4 脈波寬度調變電路39
4.5 光耦合隔離電路及變頻器41
4.6 Is調節器43
4.7 實驗44
第五章 結論建議46
參考文獻47
附錄 變頻器電路圖49

表目錄
表2.1 三相變頻器的切換形式與輸出電壓表20
表2.2 對應d-q軸電壓的八種切換狀態21
表2.3 正規化和解耦合的矩陣和Sector之比較25
表2.4 N 和 Sector 之比較26

圖目錄
圖2.1 a-b-c軸與d-q軸之向量關係圖6
圖2.2 Clarke轉換在向量空間之表示圖9
圖2.3 Clarke轉換之示意圖10
圖2.4 Clarke逆轉換之示意圖10
圖2.5 Park轉換之向量空間表示圖12
圖2.6 Park轉換之示意圖13
圖2.7 Park逆轉換之示意圖13
圖2.8 永磁同步馬達剖面示意圖15
圖2.9 場導控制之系統架構圖17
圖2.10 應用於永磁同步馬達的三相變頻器(DIP IPM)20
圖2.11 空間向量表示圖22
圖2.12 對稱型空間向量PWM切換圖23
圖2.13 對稱型空間向量PWM切換圖24
圖3.1 靜止三軸座標a-b-c下之解耦電流控制方塊圖27
圖3.2 系統架構圖28
圖3.3 弦波式三相命令電流29
圖3.4 弦波式三相命令電流訊號產生器電路29
圖3.5 電流感測器電路30
圖3.6 霍爾電流感測元件電路圖31
圖3.7 相電流誤差調變器電路32
圖3.8 延遲電路33
圖3.9 保護電路33
圖3.10 光耦合隔離電路34
圖4.1 實驗平台影像圖35
圖4.2 電力設備影像圖36
圖4.3 三相弦波命令電流產生器影像圖37
圖4.4 三相弦波電流37
圖4.5 電流感測器影像圖38
圖4.6 運算放大器電路38
圖4.7 脈波寬度調變電路影像圖39
圖4.8 誤差訊號與三角波比較模擬圖40
圖4.9 延遲電路模擬實驗波形40
圖4.10 光耦合隔離電路影像圖41
圖4.11 變頻器影像圖42
圖4.12 U相上臂開關之PWM輸出訊號42
圖4.13 U相下臂開關之PWM輸出訊號43
圖4.14 負載轉矩為20kg-cm下，馬達轉速由22rpm加速至868rpm之信號波形44
圖4.15 負載轉矩為20kg-cm，馬達轉速為868rpm下之命令電流、實際電流、定子線電流及定子線電壓之波形45
圖4.16 負載轉矩為20kg-cm，馬達轉速為868rpm下之命令電流、實際電流、定子線電流及定子線電壓之波形45

參考文獻
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