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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:李明憲
研究生(外文):Ming-Shian Li
論文名稱:無刷馬達吊扇驅動控制之研製
論文名稱(外文):Design of Drive System for Ceiling Fan with Brushless DC Motor
指導教授:劉傳聖
指導教授(外文):Chuan-Sheng Liu
學位類別:碩士
校院名稱:國立虎尾科技大學
系所名稱:飛機工程系航空與電子科技碩士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:70
中文關鍵詞:無刷直流馬達返馳式轉換器弦波脈波寬度調變吊扇驅動器
外文關鍵詞:BLDC MotorFlyback ConverterSPWMMotor Driver
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  本文旨在研究無刷馬達吊扇驅動系統,包括返馳式轉換器設計與無刷馬達吊扇驅動控制研究兩大部分。所研製返馳式轉換器採用峰值電流控制模式控制,分析與設計補償器,供應吊扇馬達24V與驅動電路5V電源。

  吊扇驅動控制使用數位型霍爾感測元件回授馬達轉子位置,搭配六步方波與弦波脈波寬度調變驅動,使吊扇能夠平順啟動與穩定運轉。亦提出相位超前控制,將相電壓角度超前,使輸出相電流與感應電動勢電壓相位相近,獲得較大的輸出轉矩與電流比,使輸出相電流峰值平均減少約40%。

  吊扇系統整體效率約72%,與傳統線性式調節器電源相比,效率提升18%。運轉噪音與傳統吊扇相比,減少約17.8dB。實現吊扇多功能運轉,並符合低成本需求、提升吊扇運轉效率與降低吊扇運轉噪音之吊扇驅動器。

  The purpose of the thesis, contain the AC-DC converter and the driver of the blushless motor, is to develop a driver system of brushless dc motor for ceiling fan.

  The AC-DC converter by the flyback topology is used more widely with the ceiling fan driven by the blushless motor. The flyback converter is more efficient than the voltage regulator. The flyback converter employs a UC3842 controller to achieve the peak current mode control. Feedback controller analysis and design for the flyback converter.

  The fan controller use digital hall sensor to detect 6-vector intervals of the rotors. The 16-pole brushless DC motor with the sinusoidal back EMF can deliver stable torque at the sin wave voltage with PI control input by the fan controller. Thus, the noise of the motor is reduced about 17.8dB. The fan controller has smooth operation when driven with six-step wave at BLDC motor started. This paper proposes a method of advancing phase in order to increase the torque-to-current ratio of the ceiling fan motor. The ceiling fan system’s total efficiency is about 72%, which is better than that of voltage regulator, efficiency savings about 18%. The ceiling can operate in reverse direction and variable speed control by infrared remote control. The results indicate this ceiling fan system improves motor noise greatly and obtain less energy consumption.


摘要 ........................................................................................................................ i
Abstract ................................................................................................................ ii
誌謝 ...................................................................................................................... iii
目錄 ...................................................................................................................... iv
表目錄 .................................................................................................................. vi
圖目錄 ................................................................................................................. vii
第一章 緒論 ......................................................................................................... 1
1.1 前言 .......................................................................................................... 1
1.2 吊扇系統架構 .......................................................................................... 1
1.3 本文大綱 .................................................................................................. 2
第二章 吊扇電源系統 ......................................................................................... 4
2.1 吊扇電源介紹 .......................................................................................... 4
2.1.1 吊扇電源操作原理 ........................................................................ 5
2.2.2 連續模式(CCM) ............................................................................ 5
2.2.3 非連續模式(DCM) ........................................................................ 8
2.2.4 連續模式與非連續模式比較 ....................................................... 9
2.2 吊扇電源控制 .......................................................................................... 9
2.3 吊扇電源電路設計 ................................................................................ 10
2.2.1 設計規格 ...................................................................................... 10
2.2.2 電路穩定性判斷準則 .................................................................. 12
2.2.3 控制器設計 .................................................................................. 14
2.4 結語 ........................................................................................................ 16
第三章 吊扇驅動系統 ....................................................................................... 17
3.1 吊扇馬達介紹 ........................................................................................ 17
3.1.1 吊扇馬達結構 .............................................................................. 17
3.1.2 吊扇馬達數學模型 ...................................................................... 18
3.1.3 吊扇馬達感應電動式 .................................................................. 21
3.2 吊扇馬達驅動控制 ................................................................................ 23
3.2.1 數位型霍爾感測器 ...................................................................... 23
3.2.2 六步方波驅動 .............................................................................. 24
3.2.3 弦波脈波寬度調變驅動 .............................................................. 26
3.3 速度閉迴路控制 .................................................................................... 27
3.4 吊扇啟動與轉向切換程序 .................................................................... 28
3.5 相位超前控制 ........................................................................................ 29
3.6 結語 ........................................................................................................ 30
第四章 實體製作與實測 ................................................................................... 31
v
4.1 硬體電路 ................................................................................................ 31
4.1.1 吊扇電源與驅動電路 .................................................................. 31
4.1.2 數位訊號處理器介面電路 .......................................................... 32
4.2 吊扇驅動軟體規劃 ................................................................................ 34
4.3 吊扇電源實測 ........................................................................................ 37
4.3.1 導通波形圖 .................................................................................. 37
4.3 2 動態響應 ...................................................................................... 37
4.3.3 吊扇電源效率實測 ...................................................................... 37
4.4 吊扇運轉實測 ........................................................................................ 41
4.4.1 霍爾感測與數位訊號處理器角度計算 ...................................... 41
4.4.2 六步方波實測 .............................................................................. 43
4.4.3 弦波脈波寬度調變實測 ............................................................. 45
4.4.4 吊扇功能實測 .............................................................................. 47
4.4.5 吊扇運轉噪音 .............................................................................. 50
4.5 吊扇系統效率實測 ................................................................................ 52
4.6 結語 ........................................................................................................ 52
第五章 結論與未來研究方向 ........................................................................... 53
5.1 結論 ................................................................................................. 53
5.2 未來研究方向 ................................................................................. 53
參考文獻 ............................................................................................................. 54
附錄一 步階響應模擬 ....................................................................................... 56
附錄二 相位領前模擬 ....................................................................................... 57
附錄三 噪音計與量測方式 ............................................................................... 59
附錄四 紅外線遙控電路 ................................................................................... 60
附錄五 電流感測 ............................................................................................... 62
附錄六 數位型霍爾感測器電路 ....................................................................... 63
Extended Abstract ............................................................................................... 64
作者簡歷 ............................................................................................................. 70

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