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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:許肇維
研究生(外文):Xu,Zhao-Wei
論文名稱:永磁同步馬達驅動器研製與控制
論文名稱(外文):Development and Control of Permanent-Magnet Synchronous Motor Drive
指導教授:莊子賢莊子賢引用關係
指導教授(外文):Chuang,Tzu-Shien
口試委員:謝閔甫林志銘
口試委員(外文):Hsieh.Min-FuLin,Chih-Ming
口試日期:2014-07-22
學位類別:碩士
校院名稱:明志科技大學
系所名稱:電機工程系碩士班
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:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:66
中文關鍵詞:永磁同步馬達可程式系統晶片電流場導驅動控制
外文關鍵詞:Permanent-Magnet Synchronous MotorProgrammable System On Chip(PSOC)third harmonic current vector control method
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本論文以「永磁同步馬達」作為控制標的,採用「電流場導驅動控制」與「電流相角前移法」,除改善馬達的轉矩漣波和噪音外,馬達之電抗功率也有效被降低,提升了馬達之位移功因,使驅動器系統之整體效率及馬達轉矩更高,優化了馬達的動態速率響應。
為了降低驅動器的製造成本與體積,本文也採用了可程式系統晶片作為控制核心,並搭配周邊元件用以完成實現「高效能的永磁同步馬達驅動器」。其對於未來自動化產業之節能應用將具有相當的助益。

This thesis using the highly efficient Permanent-Magnet Synchronous Motor, third harmonic current injection and current-phase advancing technologies are incorporated to effectively reduce the motor’s reactive power, improve motor’s torque and acoustic noise, directly increase its power factor, and indirectly increase its electromagnetic torque, optimize the dynamic response of the motor speed.
To reduce drive cost and volume, in this thesis implementation of Programmable System-On-Chip(PSOC) as the control core with surrounding components based on a Permanent-Magnet Synchronous Motor to verify the effectiveness of the proposed control method。Its energy conservation for the future application of automation industry will have considerable benefit.

目錄
明志科技大學碩士學位論文指導教授推薦書...........i
明志科技大學碩士學位論文口試委員會審定書.........ii
明志科技大學學位論文授權書....................iii
誌 謝.....................................iv
中文摘要...................................v
英文摘要...................................vi
目錄......................................vii
表目錄....................................ix
圖目錄....................................x
第一章 緒論........................1
1.1研究背景..................1
1.2研究動機與目的.............3
1.3論文大綱..................4
第二章 永磁同步馬達 .................5
2.1 簡介....................5
2.2 結構與特性...............5
2.3 磁場導向控制.............7
2.3.1 參考座標..............7
2.3.2 座標轉換原理 ...........9
2.4 永磁同步馬達磁場導向......15
第三章 驅動電路系統規劃..............18
3.1 系統架構................18
3.1.1 電流迴授電路設計.......20
3.1.2 相電流誤差放大電路設計 ..21
3.1.3 延遲與保護電路設計......21
3.1.4 頻率轉電壓電路設計......23
3.2 PSoc5系統介紹..........24
3.2.1 開發環境介紹 ...........25
3.2.2 三相定子電流訊號設計.....28
3.2.3 三角載波訊號設計........28
3.2.4 PSoC5整體程式與系統動作流程....29
第四章 驅動電路實現 ..................31
4.1 簡介....................31
4.2 電流迴授電路.............31
4.3 電流誤差放大電路..........32
4.4 延遲保護電路.............33
4.5 速率迴授電路.............36
4.6 光耦合隔離電路...........36
4.7 變頻器電路..............37
4.8 PSoC5實現三相定子電流訊號.......38
4.9 PSoC5實現三角載波訊號..........39
4.10 相電流誤差調變.................40
第五章 實驗結果.....................41
5.1 實驗平台架設與介紹..............41
5.2 實驗結果......................44
第六章 結論與未來研究方向............49
6.1 結論.........................49
6.2 未來研究方向...................50
參考文獻..........................51
表目錄
表4.1 74LS245之真值表.............34
表5.1永磁同步馬達之規格.............42
圖目錄
圖2.1三相6/4極凸極式磁阻馬達定轉子結構圖.......6
圖2.2三相6/4極永磁同步馬達定轉子結構圖.........6
圖2.3當 時之切換磁通向量....................6
圖2.4當 時之切換磁通向量....................7
圖2.5 a-b-c軸與d-q軸向量關係圖..............8
圖2.6 Clarke轉換在向量空間之表示圖...........10
圖2.7 Clarke轉換之示意圖...................11
圖2.8 Clarke逆轉換之示意圖.................11
圖2.9 Park轉換之向量空間表示圖..............13
圖2.10 Park轉換之示意圖....................14
圖2.11 Park逆轉換之示意圖..................14
圖3.1系統架構圖.....................19
圖3.2霍爾電流感測元件電路圖...........20
圖3.3相電流誤差調變方塊圖.............21
圖3.4延遲電路之時序圖................22
圖3.5保護電路動作方塊圖...............22
圖3.6頻率轉電壓之方塊圖...............23
圖3.7 PSoC5(CY8C5588AXI-060ES1)系統內部架構圖.......25
圖3.8 PSoC Creator環境介面圖.......................26
圖3.9 PSoC5 I/O腳位編輯規劃介面圖....................26
圖3.10 PSoC5時脈編輯規劃介面圖.......................27
圖3.11命令電流訊號產生說明圖 .........................28
圖3.12三角載波訊號產生說明圖 .........................29
圖3.13程式動作流程圖................................29
圖3.14系統動作流程圖................................30
圖4.1三相電流迴授電路...............................31
圖4.2運算放大器電路.................................32
圖4.3三相相電流回授電路圖............................32
圖4.4延遲保護電路..................................33
圖4.5過電流保護電路IC..............................34
圖4.6煞車與過壓保護電路.............................34
圖4.7栓鎖保護電路..................................35
圖4.8頻率轉電壓電路圖...............................36
圖4.9光耦合隔離電路.................................36
圖4.10三相變頻器電路................................37
圖4.11 PSoC5內部三相電流命令訊號架構圖................38
圖4.12 PSoC5產生三相命令正弦波訊號波形圖..............39
圖4.13 PSoC5內部產生7.8KHz三角載波訊號架構圖..........39
圖4.14 PSoC5內部產生7.8KHz三角載波訊號波形圖..........40
圖4.14 PSoC5內部相電流誤差調變架構圖.................40
圖5.1電力設備影像圖................................41
圖5.2三相6/4極永磁同步馬達實體圖.....................42
圖5.3驅動控制器成品圖...............................43
圖5.4負載1.5Nm下,運轉於1000rpm之實際相電流、實際相電壓、轉速、轉矩........44
圖5.5負載1.5Nm下,運轉於2000rpm之實際相電流、實際相電壓、轉速 轉矩.........45
圖5.6負載1.5Nm下,200rpm提升至2000rpm之實際相電流、實際相電壓、轉速、轉矩...46
圖5.7負載1.5Nm下, 2000rpm降低至200rpm之實際相電流、實際相電壓、轉速、轉矩..46
圖5.8運轉於1000rpm時,負載干擾下的速率響應性能...........................47
圖5.9 U相命令電流、U相實際電流、Encoder零點訊號波形之關係圖................47
圖5.10負載1.5Nm時,不同轉速之效率曲線圖.................................48
圖5.11負載1.5Nm時,相電流相角前移15度,不同轉速之效率曲線圖.................48

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