臺灣博碩士論文加值系統

本文主要目的為發展永磁同步馬達變頻驅動器之技術，首先分析馬達的數學模型，並基於脈波寬度調變技術發展弱磁控制技術，以充分利用DC-Bus電壓與變頻器可輸出之電流，達到最大轉矩與功率。
本文利用德州儀器公司所生產的數位訊號處理器TMS320F28035為控制平台，驗證具有弱磁控制之內崁式永磁同步馬達變頻驅動器的實作及設計分析的正確性。所使用的內崁式永磁同步馬達詳細規格為額定功率750 W、額定轉矩2.4 Nt-m、額定轉速3000 rpm、最高轉速4500 rpm、極數4極、額定電壓194V。由實驗結果可知此系統之動態響應和暫態響應皆符合規格要求，驗證所研製之永磁同步馬達變頻驅動器的可行性。

This objective of this thesis is to develop the techniques for inverter-controlled permanent magnet synchronous motor driver. First, the mathematical model of IPMSM is analyzed. Vector-controlled IPMSM drives with proposed flux weakening control technique to achieve fully utilization of DC-bus voltage is implemented based on pulse-width modulation technique.
In the thesis, Texas Instruments produced Digital Signal Processors (DSP) TMS320F28035 is used as the control platform. It is confirmed that flux weakening control will successfully accomplish the developed technique required for the design and implementation of IPMSM drives. The used interior permanent magnet synchronous motor is with specifications of rated power 750W, rated speed 3000 rpm, maximum speed 4500 rpm, number. of poles 4, rated voltage 194V, rated current 4A. Experimental results show satisfied results for both dynamic response and steady state response. These results confirm the design and implementation of the vector-controlled IPMSM drives.

中文摘要 i
ABSTRACT ii
致謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
符號命名法 ix
符號彙編 x
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 內容簡介 3
第二章 永磁同步馬達等效模型 4
2.1座標轉換原理 4
2.1.1 三相系統與靜止座標系統之轉換 4
2.1.2 靜止與同步座標系統之轉換 6
2.1.3 座標轉換之表示式 7
2.2永磁同步馬達之數學模型 8
2.3向量控制 13
第三章 參數量測與控制器設計 15
3.1系統參數量測 15
3.1.1 定子繞組電阻的量測 15
3.1.2 轉子等效磁通鏈的量測 16
3.1.3 交/直軸等效電感的量測 17
3.1.4 機械參數量測 21
3.2控制器設計 22
3.2.1 同步q軸電流控制器設計 23
3.2.2 同步d軸電流控制器設計 24
3.2.3 速度迴路控制器設計 26
第四章 驅動器控制策略 28
4.1空間向量調變 28
4.2最大轉矩/安培比之控制策略 32
4.3弱磁控制 33
第五章 實驗結果 35
5.1實驗硬體介紹 35
5.1.1 馬達規格 35
5.1.2 功率級板 35
5.1.3 微控制器 36
5.2實驗系統 39
5.2.1 硬體電路規劃 39
5.2.2 軟體程式流程 40
5.3實驗結果 41
第六章 結論與未來工作方向 49
6.1結論 49
6.2未來工作方向 49
參考文獻 50
附錄 52
實驗系統實體圖 52

[1].台灣電力公司網頁 http://www.taipower.com.tw/, 2013
[2].經濟部能源局，「2012年能源產業技術白皮書」， 2012年五月。
[3].經濟部能源局，「2010年能源產業技術白皮書」， 2010年四月。
[4].賴炎生，「變頻器驅動感應馬達向量控制」，電機月刊第十四卷第三期，pp.212-221，2004年三月號。
[5].R. F. Schiferl and T. A. Lipo, “Power capability of salient pole permanent magnet synchronous motors in variable speed drive applications,” IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 26, No. 1, pp. 115-123, Jan./Feb. 1990.
[6].S. Morimoto, Y. Takeda, T. Hirasa and K. Taniguchi, “Expansion of operating limits for permanent magnet motor by current vector control considering inverter capacity,” IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 26, No. 5, pp. 866-871, Sept./Oct. 1990.
[7].P. Y. Lin and Y. S. Lai, “Voltage control technique for the extension of DC-link voltage utilization of finite speed SPMSM drives,” IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 59, No. 9, pp. 3392-3402, 2012.
[8].P. Y. Lin and Y. S. Lai, “Voltage control of interior permanent magnet synchronous motor drives to extend DC-link voltage utilization for flux weakening operation,” presented in IEEE IECON, 2010.
[9].J-M Kim and S-K Sul, “Speed control of interior permanent magnet synchronous motor drive for the flux weakening operation,” IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 33, No. 1, pp. 43-48, Jan./Feb. 1997.
[10].B-H Bae, N. Patel, S. Schulz and S-K Sul, “New field weakening for high saliency interior permanent magnet motor,” in Proc. IEEE IAS, Vol. 2, pp. 898-905, Oct., 2003.
[11].L. Qinghua, A. M. Khambadkone, A. Tripathi and M. A. Jabbar, “Torque control of IPMSM drives using direct flux control for wide speed operation,” in Proc. IEEE IEMDC, Vol.1, pp. 188-193, 2003.
[12].L. Qinghua, A. M. Khambadkone and M. A. Jabbar, “Direct flux control of interior permanent magnet synchronous motor drives for wide speed operation,” in Proc. IEEE PEDS, Vol. 2, pp. 1680-1685, 2003.
[13].G. Pellegrino, E. Armando and P. Guglielmi, “Direct flux field-oriented control of IPM drives with variable DC link in the field-weakening region,” IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 45, No. 5, pp. 1619-1627, Sept./Oct. 2009.
[14].賴炎生，「向量控制的座標轉換基本原理」，電機月刊第十四卷第一期，pp. 216-222，2004年元月。
[15].梁朝涵，「以微控器為基礎之無轉軸偵測永磁同步馬達驅動器的研製」，碩士學位論文，國立臺北科技大學電機所，民國99年。
[16].李毓彥，「以微控器研製永磁同步馬達的向量控制驅動器」，碩士學位論文，國立臺北科技大學電機所，民國98年。
[17].林金亨，「變速系統之永磁同步馬達控制器的研究」，碩士學位論文，國立臺北科技大學電機工程所，民國97年。
[18].林政良，「具單一組線圈之永磁同步自軸承馬達研製」，碩士學位論文，私立淡江大學機械與機電工程學系碩士班，民國96年。
[19].M. A. Jabbar, J. Dong and Z. Liu, “Determination of parameters for internal permanent magnet synchronous motors,” IEEE IEMDC, pp. 149-156, May 2005.
[20].M. Kazerooni and N. C. Kar, “Methods for determining the parameters and characteristics of PMSM,” IEEE IEMDC, pp. 955-960, May 2011.
[21].R. W. Erickson and D. Marksimović, Fundamentals of Power Electronics, 2nd ed. Boston, MA: Kluwer, 2001.
[22].賴炎生，「變頻器之空間向量脈波寬度調變控制技術」，電機月刊第十四卷第一期，pp. 109-118，2004年元月號。
[23].Texas Instruments Corp., http://www.ti.com/,2013
[24].TMS320F28035, Datasheet, TI, 2013.