臺灣博碩士論文加值系統

由於工業的發達，使得馬達普及率大幅地提升，而近年來馬達的用電量也幾乎占了全國百分之七十以上。夏天的民生用電量中，冷凍空調系統用電量占最大部分。伴隨著經濟成長，國民生活水準提升，對於冷凍空調系統的需求也成長快速，但環保意識抬頭，要每年大量擴充發電設備以因應用電量的快速成長是非常不容易的。因此，開發高效率冷凍空調系統即是改善台灣目前用電需求的首要課題。
本文選用冷凍系統中之冰箱作為研究對象，並搭配田口方法來控制變頻壓縮機運轉及調整風門大小以達到恆溫效果。其中，冰箱系統主要包含壓縮機、冷凍室風扇、風道閥門、溫度，配合田口方法進行實驗分析與系統參數設計，本實驗設計田口方法之控制因子為冷凍室風扇、風道閥門、溫度感測器擺放位置及冷藏室開啟時間，利用變頻控制壓縮機馬達運轉，且控制冷藏室風扇轉速及風道閥門調節冷氣流量，並測試溫度感測器擺放位置及冰箱冷藏室開啟時間長短對系統的影響，依照所採用直交表中各因子之不同水準進行實驗，並依實驗結果統計分析各因子對於冷卻效果之影響，以作為日後變頻冰箱恆溫控制之參數設計依據，進而達到恆溫控制之目的。
本文係利用冰箱系統進行田口方法實驗參數設計，可減少實驗次數及找出各因子對於系統之影響，並藉由參數分析來設計適當的控制系統。

As a result of industry developed, causes the motor popular rate to promote largely. The recent years motor's power consumption of the motor has nearly occupied the whole country power consumption above 70%.The electricity power used for the refrigerators and air-condition systems occupied the most major part in the summer livelihood of the people uses electricity power. As the economic enlarging and the national living standard improving, the requirement of the refrigerators and air-condition devices are increasing quickly. However, it is not easy to expand the power station every year because the environmental consciousness is been noticed. Therefore, the primary topic of improving the power factor to reduce the power consumption demand is to develop a high-efficiency frozen air-condition system.
This article selects the refrigerator as the test experiment. Our research project is the refrigerator of the air-condition system. We use the Taguchi Method to control the inverter compressor and damper to form the stable-temperature control system. The refrigerator system mainly contains the compressor, the refrigerating room ventilator, the damper, and the temperature sensor. We used the Taguchi methods to test the system and to analyze system characteristics and to design the control parameters by the experiment result. The speed of cooling room fans, the opening rate of damper, the temperature sensor position and the cold room opening time are chosen as the control factors. We used different rotating speed to operate the compressor motor and cooling room fan and controlled the cool airflow by the damper opening rate as shown in the orthogonal arrays to find the influences of these factors by the time for the system reaching a stable-temperature result.
This article is carries on the Taguchi method to design the experiment for the refrigerator system. It shown the testing sequence would be reduced, the influences of different factors were also been found and we could design the control system by the system parametric analysis.

目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 V
圖目錄 V
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
第二章 變頻冰箱系統元件介紹 3
2.1 壓縮機及變頻控制器 3
2.1.1 直流無刷馬達基本架構 3
2.1.2 直流無刷馬達的控制迴路架構 6
2.1.3 座標轉換 7
2.1.4 馬達動態方程式 10
2.2 風道DAMPER 14
2.3 溫度感測器 14
2.4 冷凍室風扇 16
第三章 田口方法理論 17
3.1實驗計劃法介紹 17
3.1.1 試誤法 17
3.1.2 最佳猜測途徑 17
3.1.3 「一次一因子」實驗法 18
3.1.4 「全因子」實驗法 18
3.1.5 田口式直交表實驗法 19
3.2 田口方法 19
3.2.1 實驗規劃 19
3.2.2 直交表 21
3.2.3 交互作用及因子效應的可疊加性 27
3.2.4 品質計量法 29
3.2.5 穩健品質設計 31
第四章 系統控制與實驗硬體介紹 37
4.1 壓縮機之直流無刷馬達控制 37
4.1.1 直流無刷馬達驅動硬體介紹 42
4.2 風道DAMPER控制與硬體 49
4.3 溫度感測器 50
4.3.1 溫度資料擷取 52
4.4 冷凍室風扇 52
4.5 實驗規劃設計 53
第五章 實驗結果分析 56
5.1 感測器擺放位置 56
5.2 實驗數據 59
第六章 結論與未來展望 64
6.1 結論 64
6.2 未來展望 64
參考文獻 65

表目錄
表5.1 冰箱內無放置東西分析表 57
表5.2 冰箱內放置東西(擺法一) 57
表5.3 冰箱內放置東西(擺法二) 58
表5.4 擺設一與擺設二之平均值 58
表5.5 實驗計劃及實驗數據 60
表5.6 各組實驗之S/N比 62
表5.7 確認實驗數據 63

圖目錄
圖2.1 直流無刷馬達結構 4
圖2.2 變頻器驅動馬達電路圖 5
圖2.3 (a)120°導通情形 (b)180°導通情形 6
圖2.4 直流無刷馬達系統方塊圖 7
圖2.5 座標轉換 8
圖2.6 直流馬達等效電路圖 10
圖2.7 直流無刷馬達系統方塊圖 13
圖2.8 簡化後直流無刷馬達系統方塊圖 13
圖2.9 冰箱溫度感測器示意圖 15
圖2.10 冷凍室風扇（蒸發器風扇） 16
圖2.11 蒸發器之排管 16
圖3.1 因子A與因子B之交互作用 18
圖3.2 實驗的規劃流程圖 21
圖3.3 L8（27）直交表 22
圖3.4 田口式直交表實驗例子之實驗計劃及實驗數據 22
圖3.5 田口式直交表實驗例子之因子反應表 23
圖3.6 因子反應圖 23
圖3.7 因子及交互作用之配置例子 25
圖3.8 L4(23)、L8(27)、L16(215)、L32(231) 的交互作用表 26
圖3.9 L8(27)的點線圖 27
圖3.10 L8(27)的點線圖 27
圖3.11 舉重實驗數據 28
圖3.12 舉重實驗中A和B的交互作用圖 28
圖3.13 舉重實驗中A和B無交互作用時的圖示 29
圖3.14 最常見的四種品質特性 30
圖3.15 產品/製造系統之輸入輸出示意圖 31
圖3.16 干擾因子的分類 32
圖3.17 適當及不適當的品質特性例子 33
圖3.18 因子對S/N比的反應表及反應圖 33
圖3.19 因子對品質特性的反應表及反應圖 34
圖3.20 磁磚製程設計實例中控制因子的分類 34
圖3.21 「兩階段最佳化」示意圖 35
圖3.22 例中確認實驗與預測值的比較 36
圖4.1 PWM off時電流流動圖 37
圖4.2 端電壓與反電動勢關係圖 38
圖4.3 理想反電動勢與換相訊號波形 39
圖4.4 直流無刷馬達變頻器與定子線圈接線圖 39
圖4.5 三相電壓與換相訊號的關係 41
圖4.6 變頻器內部開關切換時序圖 42
圖4.7 東元所生產之R6000VXGL型變頻冰箱（圖片出處：東元網站） 43
圖4.8 R6000VXGL型變頻冰箱內部壓縮機 43
圖4.9 直流無刷馬達驅動硬體 44
圖4.10 TMS320F24X系列內部CPU運作結構圖 45
圖4.11 TMS320F/C2407記憶體bus及週邊和其對外接腳方塊結構圖 46
圖4.12 驅動訊號轉換電路圖 47
圖4.13 無感測電路圖 48
圖4.14 過電流保護電路圖 48
圖4.15 Damper外型實體圖與其內部齒輪組 49
圖4.16 A3983步進馬達驅動電路 49
圖4.17 Damper開大關小驅動順序圖 50
圖4.18 PT100溫度對電阻的特性 50
圖4.19 PT100溫度感測電路圖 51
圖4.20 PT100與感測電路板 51
圖4.21 溫度擷取介面 52
圖4.22 自耦變壓器 52
圖4.23 實驗設計直交表 54
圖5.1 冰箱內9個sensor的實際位置圖 56
圖5.2 擺法一與擺法二實體圖 56
圖5.3 品質特性的因子反應圖 61
圖5.4 標準偏差的因子反應圖 61
圖5.5 S/N比的因子反應圖 63

參考文獻
[1]沈國俊，“家用電冰箱最佳化設計之研究”， 國立台北科技大學，2000
[2]Ö. Comakli, C. Çelik, and, S. Erdoğan, “Determination of optimum working conditions in heat-pumps using nonazeotropic refrigerant mixtures,” Energy conversion and Management, Vol.40, No.2, pp.193-203, 1999.
[3]S. Sanaye and H. R. Malekmohammadi, “Thermal and economical optimization of air conditioning units with vapor compression refrigeration system,” Applied Thermal Engineering, Vol. 24, Issue 13, pp. 1807-1825, Sept. 2004
[4]吳文榮，“變頻器控制空調冰水主機一次側冰水流量之研究”，國立台北科技大學，2004
[5]張魁麟, “田口方法在筆記型電腦CPU過熱改善之研究”， 國立台北科技大學，2003
[6]高嘉良，“田口法應用於桌上型電腦CPU散熱模組之研究”， 國立高雄應用科技大學，2007
[7]盧峻德，“運用Flotherm 配合田口法於伺服器之散熱管理”， 大同大學，2003
[8]陳律安，“電腦水冷散熱系統之效益研究”， 國立成功大學，2005
[9]游立宗，“變頻器散熱片之散熱效能最佳化” 淡江大學，2003
[10]陳俊龍，“PBGA錫球幾何外型對疲勞壽命之影響與探討”，中原大學，2000
[11]江孟龍，“多響應系統之製程配方最佳化”，中原大學，2002
[12]G. J. Su and John W. McKeever, “Low-cost sensorless control of brushless DC motors with improved speed range,” IEEE Trans. Power Electronics, Vol.19, No.2, pp.296-302, 2004.
[13]J. Shao, D. Nolan, M. Teissier, and, D. Swanson, “A novel microcontroller-based sensorless brushless DC (BLDC) motor drive for automotive fuel pumps,” IEEE Trans. Industry Application, Vol.39, No.6 pp.1734-1740, 2003.
[14]J. Shao, D. Nolan, T. Hopkins, and, D. Swanson, “A novel direct back EMF detection for sensorless brushless DC (BLDC) motor drives,” IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2002, Vol.1 pp.33-37, 2002.
[15]J. C. Moreira, “Indirect sensing for rotor flux position of permanent magnet AC motors operating in a wide speed range,” IEEE Trans. Ind. Applicat., Vol.32, No.6, pp.1394-1401, 1994.
[16]S. Ogasawara and, H. Akagi, “An approach to position sensorless drive for brushless DC motor,” IEEE IAS Annual Meeting Conf. Rec., Vol.27, pp.443-447, 1990.
[17]N. Matsui and T. Takeshita, “A novel starting method of sensorless salient-pole brushless motor,” IEEE IAS Annual Meeting Conf. Rec.,Vol.1, pp.386-392, 1994.
[18]J. S. Kim and, S. K. Sul, “New stand-still position detection strategy for PMSM drive without rotational transducers,” IEEE APEC’94, Vol.1, pp.363-396, 1994.
[19]D. W. Chung, J. K. Kang, and, S. K. Sul, “Initial rotor position detection of PMSM at standstill without rotational transducer,” Electric Machines and Drives, IEMD’99, pp.785-787, 1999.
[20]V. Maurisso, Patrick C. K. Luk, and, T. Alukaiday, “Sensorless control of a brushless DC motor (BLDCM) on the ADMC330 DSP,” IEE Colloquium on 25 Sept. 1997.
[21]N. Matsui and H. Ohashi, “DSP-based adaptive control of a brushless motor,” IEEE Trans. Ind. Appl., Vol.28, pp.448-454, 1992.
[22]吳南億，“以數位信號處理器為基礎之電動機車無刷馬達驅動器，國立中山大學碩士論文”，2001。
[23]陳祖暉，“以TMS320C32單板電腦為基礎之永磁同步馬達控制器參數自調系統”，中原大學碩士論文，2002。
[24]Terrence R. DuMoulin and Douglas A. Collings, “Higher efficiencies by means of variable-speed technology in a domestic refrigeration application,” ASHRAE Transactions, Vol.104, No.2, pp. 652-657, 1998.
[25]魏道炎，“直流無刷馬達驅動技術之研究”，國立台灣大學碩士論文，2002。
[26]F. Blaschke, “Principle of filed orientation as applied to the new transvektor closed-loop control system for rotating-filed machines,” Siemens Review, Vol.39, No.5, pp.217-220, 1972.
[27]丁志華，戴寶通，“田口實驗計畫法簡介（I）”，毫微米通訊，第八卷，第三期，2001 年8 月。
[28]李輝煌，“田口方法-品質設計的原理與實務”，高立圖書有限公司，2005 年二版二刷。
[29]陳耀茂譯，“田口實驗計畫法”，滄海書局，臺北1997。
[30]周育俊，“直流無刷馬達無感測驅動及可調變數位濾波器之研究”，中原大學，2005。
[31]吳嘉霖，“直流無刷馬達無感測驅動電路設計及研製”，中原大學，2005。