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研究生:謝辰昀
研究生(外文):Chen-yun Hsieh
論文名稱:具轉速發電機之轉速及位置偵測裝置的永磁式同步電動機驅動系統研製
論文名稱(外文):Development of Permanent-Magnet Synchronous Motor Drives With Speed Generator Sensor
指導教授:黃仲欽
指導教授(外文):Jonq-Chin Hwang
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:電機工程系
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:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:84
中文關鍵詞:轉速發電機電壓空間向量脈波寬度調變
外文關鍵詞:speed generatorvoltage space vector pulse-width modulation
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本文旨在研製具轉速發電機之轉速及位置偵測裝置的永磁式同步電動機驅動系統。文中之三相變頻器採用電壓空間向量脈波寬度調變技術,以提高電壓使用率,且重新計算零電壓向量導通時間,導出二種新的開關切換狀態,並隨機選用三種不同的切換模式,以達到降低切換損失及電壓諧波的目的,模擬驗證理論的正確性。
在轉速及角位置偵測方面,本系統以轉速發電機取代編碼器或分解器,改善因環境或硬體所造成的限制。而控制策略上,在靜止或低速時,使用轉速開迴路及電流閉迴路控制,高速時使用轉速及電流閉迴路控制,改善轉速發電機在靜止及低速時,無法回授端電壓之缺點。另外,本文結合個人電腦之人機介面,藉由控制區域網路與永磁式同步電動機作雙向通信,可即時線上操作永磁式同步電動機。
本文採用數位信號處理器TMS320F2812為控制核心,以C語言作控制軟體,完成具轉速發電機之轉速及位置偵測裝置的永磁式同步電動機系統驅動器,並由實測驗證本文提出方法之可行性。
This thesis proposes the design and development of three-phase permanent-magnet synchronous motor drivers with speed generator sensor. The three-phase inverter adopts voltage space vector pulse-width modulation to raise the utilization factor of dc-link voltage, and re-calculate the transistor conduction time of zero-voltage state to derive the other two kinds of new transistor conduction time. Then by randomly using the three switching models, switching loss of power transistors and voltage harmonics are reduced, and thereby verifies the correctness of the method.
The purpose of speed generator is to replace encoder or resolver. Limitations caused by environment or the hardware can be improved. At static and low speed, it uses open-loop speed control and closed-loop current control, while at high speed, it uses the speed and current closed-loop controls. This control strategy overcomes the difficulty of voltage feedback at static and low speed. In addition, the operating status of the permanent-magnet synchronous motor driver can be real-time operating and monitored by means of the two-way communication controller area network and user interface of personal computer.
The digital signal processor TMS320F2812 is used as the control core. Besides, C language is used for the software of the control system. Implementation of permanent-magnet synchronous motor drives with speed generator sensor is conducted. Experimental evaluations are given to verify the proposed system performance.
中文摘要 ………………………………………………………. I
英文摘要 ………………………………………………………. II
誌 謝 ………………………………………………………. III
目 錄 ………………………………………………………. IV
符號索引 ………………………………………………………. VII
圖表索引 ………………………………………………………. X
第一章 緒論…………………………………………………. 1
1.1 研究動機及目的……………………………………. 1
1.2 文獻探討……………………………………………. 1
1.3 系統架構及本文特色………………………………. 2
1.4 本文大綱……………………………………………. 3
第二章 交流永磁式同步電動機之數學模式及控制………. 4
2.1 前言…………………………………………………. 4
2.2 永磁式同步電動機之三相系統數學模式…………. 4
2.3 轉子旋轉座標系統下之永磁式同步電動機數學模
式……………………………………………………. 6
2.4 三相永磁式同步電動機之參數量測………………. 11
2.5 三相永磁式同步電動機之轉速及電流閉迴路控制. 13
2.6 結語…………………………………………………. 15
第三章 三相變頻器之電壓空間向量脈波寬度調變控制策
略……………………………………………………. 16
3.1 前言…………………………………………………. 16
3.2 三相變頻器之分析…………………………………. 16
3.3 電壓空間向量脈波寬度調變控制策略……………. 19
3.4 選用零電壓之電壓空間向量脈波寬度調變控制策
略……………………………………………………. 24
3.5 隨機選用零電壓之電壓空間向量脈波寬度調變控
制策略………………………………………………. 30
3.6 電壓空間向量脈波寬度調變控制之模擬…………. 31
3.7 結語…………………………………………………. 38
第四章 永磁式同步電動機之轉速及位置偵測器…………. 39
4.1 前言…………………………………………………. 39
4.2 編碼器之轉速及位置偵測…………………………. 39
4.3 分解器之轉速及位置偵測…………………………. 41
4.4 轉速發電機之轉速及位置偵測……………………. 45
4.5 轉速發電機轉速及位置偵測之轉速及電流閉迴路
控制…………………………………………………. 48
4.6 結語…………………………………………………. 50
第五章 實體製作及測試…………………………………… 51
5.1 前言…………………………………………………. 51
5.2 硬體架構……………………………………………. 51
5.2.1 數位信號處理器之介面電路………………………. 51
5.2.2 電壓及電流及轉速發電機端電壓回授電路………. 52
5.2.3 功率級電晶體模組及閘極驅動電路………………. 55
5.2.4 通信介面電路………………………………………. 56
5.3 軟體規劃……………………………………………. 57
5.3.1 主程式規劃…………………………………………. 57
5.3.2 轉速及絕對位置的偵測程式規劃…………………. 59
5.3.3 永磁式同步電動機之轉速開迴路及電流閉迴路控
制程式規劃…………………………………………. 60
5.3.4 永磁式同步電動機之轉速及電流閉迴路控制程式
規劃…………………………………………………. 62
5.4 實測結果……………………………………………. 64
5.5 結語…………………………………………………. 74
第六章 結論與建議…………………………………………. 75
6.1 結論…………………………………………………. 75
6.2 建議…………………………………………………. 76


參考文獻…………………………………………………………. 77
附錄A 隨機選用零電壓之電壓空間向量調變控制模擬……. 79
附錄B 轉速發電機結構圖……………………………………. 82
附錄C 永磁式同步電動機參數………………………………. 83
作者簡介……………………………………………………….. 84
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