臺灣博碩士論文加值系統

本論文的目的是研製以數位信號處理器TMS320C240為控制核心之永磁同步馬達驅動器，配合渦卷式冷媒壓縮機，發展省能源、高效率之小型空調系統。
由於永磁式同步馬達在冷媒壓縮機上的應用，並不需要很高的動態響應，為了成本考量，本論文採用簡單的純量控制法來控制永磁式同步馬達運轉，而功率開關的控制訊號則採用注入諧波之弦波調變法(SPWM)來實現，此方法的實現非常簡單，但效果與複雜的空間向量調變法(SVPWM)類似。
最後配合渦卷式冷媒壓縮機作整體實際測試，實驗結果顯示，本文所研製的空調系統不論在馬達電流、整體效率上皆比傳統的空調機有明顯的改善。

The purpose of this thesis is to develop a PMSM driver based on TMS320C240. This driver is applied to scroll air-compressors for <a href="http://www.ntsearch.com/search.php?q=energy&v=56">energy</a> saving and higher efficiency air conditioner. The application of PMSM on air-compressors does not require high dynamic response, thus, this thesis uses simple V/F control method for PMSM control to simplify the controller circuit as well as reduce the cost. SPWM with harmonic ejection method is applied on the power switch controller in order to achieve similar effect as a more complex method, SVPWM. The proposed method is tested with a real scroll air-compressor. The results show that the efficiency and current of the proposed SPWM with harmonic control method performs better than traditional control method.

中文摘要 ...................................................I
英文摘要 ..................................................II
誌謝 .................................................III
目錄 ..................................................Ⅳ
圖目錄 ..................................................Ⅵ
表目錄 ..................................................Ⅷ
第一章: 簡介................................................1
第二章: 永磁式同步馬達及空調壓縮機模型......................4
2-1.1 前言.........................................4
2-1.2 PM馬達的分類 .................................5
2-2 壓縮機馬達.....................................7
2-3 永磁式同步馬達數學模型的建立..................11
2.3-1永磁式同步馬達...............................11
2-3-2永磁式同步馬達數學模型的建立與推導...........13
2-4空調壓縮機.....................................17
1.往復式壓縮機...........................17
2.螺旋式壓縮機...........................19
3.迴轉式壓縮機...........................21
4.離心式壓縮機...........................22
5.渦卷式壓縮機...........................23
2-4.1 空調系統基本運作............................25
2-4.2 省能變頻空調的研發..........................28
第三章: 變頻器之控制原理...................................29
3-1 純量控制法則的原理............................29
3-2 V/F曲線之設計 ................................32
3-3 脈波寬度調變法(PWM)...........................33
3-3.1 弦波調變法(SPWM)............................34
3-3.2.三次諧波注入法..............................36
第四章: 硬體電路及DSP 控制程式.............................39
4-1.1 系統架構圖及說明............................39
4.1.1驅動馬達之反流器電路架構.....................40
4-2 DSP控制單元...................................42
4-2.l 數位訊號處理器..............................42
4-2.2 數位訊號處理器應用..........................45
4-3軟體控制程式設計...............................46
1﹒控制程式(DSP)的建立...................46
2．常數及MACRO(.H)的建立.................46
3．組譯及連結(.bat)的建立................46
4-4功率驅動單元...................................47
4-4.1脈波寬度調變電路.............................47
l﹒開關切換的特性........................49
2﹒IGBT選用..............................50
3．DSP的Dead Time特性....................51
4-4.2換流器與閘驅動電路...........................52
4-4.3電源供應電路.................................53
第五章: 實驗結果...........................................55
5-1 實驗設備......................................55
5-2 變頻空調壓縮機實驗結果........................58
第六章: 結論及未來研究方向.................................68
參考文獻 ..................................................70
作者簡歷 ..................................................73
圖目錄
圖1 PM馬達的構造圖 ..............................7
圖2馬達構造的比較 .............................10
圖3線圈未端的比較 .............................10
圖4三相系統和轉子旋轉座標轉換關係圖 .......... 16
圖5往復式冷媒壓縮運作圖 ....................18
圖6往復式冷媒壓縮解剖圖 ....................18
圖7螺旋式冷媒壓縮解剖圖 ....................19
圖8螺旋式冷媒壓縮運作圖 ....................20
圖9迴轉式冷媒壓縮運作圖 ....................21
圖10離心式冷媒壓縮運作圖 ....................22
圖11渦卷式冷媒壓縮運 ....................23
圖12渦卷式冷媒壓縮解剖 ....................24
圖13冷媒特性曲線圖 .............................25
圖14莫利爾線圖與冷凍循環中冷媒狀態變化 .26
圖15冷凍空調系統中的莫利爾線圖 ..........27
圖16電壓 / 頻率曲線比 ...................32
圖17三相電壓源脈波寬度調變變頻器的基本架構 .34
圖18一個三角波週期內電壓命令訊號與上 ..........35
圖19變頻空調壓縮機驅動器系統架構圖 ..........39
圖20為整體實驗系統之電路架構 ..........40
圖21馬達之換流器電路架構 ...................41
圖22 F240 控制板的輸出電壓與比較值的關係圖 .45
圖23 PWM電壓源變頻器 ...................48
圖24開關切換的特性 ............................49
圖25閘極驅動電路 ............................52
圖26 DSP控制器加馬達驅動器 ...................56
圖27 實驗空調系統 ............................57
圖28 電流波形，頻率為30Hz、載波頻率使用4K Hz、DEAD TIME
=4μs、端電壓=33V 峄值電流=1.34A 本實驗結果.. 59
圖29 電流波形，頻率為40Hz、載波頻率使用4K Hz、DEAD TIME
=4μs、端電壓=44V 峄值電流=1.80A 本實驗結果 60
圖30 電流波形，頻率為50Hz、載波頻率使用4K Hz、DEAD TIME
=4μs、端電壓=55V 峄值電流=2.12A 本實驗結果 60
圖31 電流波形，頻率為60Hz、載波頻率使用4K Hz、DEAD TIME
=4μs、端電壓=66V 峄值電流=2.40A 本實驗結果 61
圖32 電流波形，頻率為60Hz、端電壓=66V 峄值電流=2.93A
原廠空調系統實驗結果 ..................61
圖33 電流波形，頻率為70Hz、載波頻率使用4K Hz、DEAD TIME
=4μs、端電壓=77V 峄值電流=2.76A 本實驗結果 62
圖34 電流波形，頻率為70Hz、端電壓=77V 峄值電流=3.43A
原廠空調系統實驗結果 ..................62
圖35 電流波形，頻率為80Hz、載波頻率使用4K Hz、DEAD TIME
=4μs、端電壓=88V 峄值電流=2.97A 本實驗結果 63
圖36 電流波形，頻率為80Hz、端電壓=88V 峄值電流=2.86A
原廠空調系統實驗結果 ..................63
圖37 電流波形，頻率為90Hz、載波頻率使用4K Hz、DEAD TIME=4μs、端電壓=100V 峄值電流=3.11A 本實驗結果 .....................................64
圖38 電流波形，頻率為90Hz、端電壓=100V 峄值電流=3.38A
原廠空調系統實驗結果 ...................64



表目錄
表 1 PM馬達的分類與特點 .....................6
表2 日本主要小型空調機製造廠的壓縮機馬達最新技術發展
現況 ..............................8
表3 Toshiba MP6752 IGBT DATASHEET ...........51
表4 本實驗所用的永磁同步馬達(變頻)加渦卷式壓縮機再加R-410A冷媒所測試結果 ....................66
表5 傳統感應馬達壓縮機加R-22冷媒所測試結果 .67

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