不同V/f控制架構之評比

經由上面的分析可以知道永磁馬達在風扇應用可以免去穩定控制迴路，在介紹本 文提出的高效率控制架構前，將針對目前既有的不同V/f控制架構作一評比，並說明本 文架構選擇上的之優劣。表3.1為不同V/f控制架構實現穩定控制迴路、高效率控制迴路 之方法以及所需要的回授量和回授電路比較表，大至上可以分成六種類型，其相對應 之參考文獻也在表中，而圖3.12則是六種類型不同V/f控制架構之功能方塊圖，上有標 示文獻年份及標題。

從表中可以看出較早文獻Type(1)已提出只回授DC-link電流實現穩定控制和高效率 控制迴路，因此只需要一個低通濾波器獲得電流波形輪廓和一個高通濾波器來獲得電 流擾動，但對於高效率控制迴路並無清楚描述，或像[16]用DC-link電流波形輪廓可能 較難輕易實現。接著Type(2)利用回授兩相電流計算出功率擾動實現穩定控制，因此需 要兩個低通濾波器回授相電流並經過計算得到功率經過一個高通濾波器獲得功率擾 動，不僅需要多一個低通濾波器還需要計算功率增加運算量，且[17]架構中並無使用高 效率控制器，[18]中雖然只有模擬結果，但說明在[17]架構下還需要高效率控制器才能 確保效率最佳化，只是文獻中仍然無詳細介紹設計過程。Type(3)算是較早將穩定控制 和高效率控制均詳細介紹和實現的架構，但其使用δ 軸電流來修正轉速命令達到穩定 控制再配合上γ 軸電流來修正電壓命令達到效率最佳化控制，因此必然要將回授之兩 相電流經過座標軸轉換才能得到γ −δ 軸訊號，不僅需要兩個低通濾波器也需要額外的 計算量實現座標軸轉換。Type(4)中提出僅需要回授DC-link電流實現兩個控制迴路，且 電流回授採用同步取樣並反推三相電流，因此不需要額外濾波器，利用三相電流可計 算出相電壓與相電流相角差ϕ並實現高效率控制迴路，再利用ϕ^{角推倒負載角度}δ ^實現 穩定控制迴路，只是文中對於ϕ^與δ 之間的計算過於複雜因此不容易實現。到了Type(5) 則提出回授DC-link電流峰值即可實現兩個控制迴路，電流峰值回授一樣用同步取樣故 不需要高通濾波器來獲得電流擾動實現穩定控制，但需要一個低通濾波器計算高效率 控制迴路命令，但對於高效率控制器介紹的較少。

從以上的分析，可以看出最早Type(1)提出的架構即希望僅回授DC-link電流實現兩 個控制迴路，只是當時的設計過程並不清楚。接著提出不同回授量來實現兩個控制迴 路，但Type(3)、(4)使用的架構則需要額外的計算增加整體複雜度。到了Type(5)則回到

僅回授DC-link電流實現兩個控制迴路，再配合同步取樣可以減少濾波器數量。總結而

Control Loop

High Efficiency Control Loop

[15] not mention [16] use dc-link current profile to correct V*

[17] not mention [18] use Id to correct V*

Feedback Signal and Circuit

HPF X1 =>

LPF X1 => dc current profile

HPF X1 =>

⇒Torque angle LPF X1=> LPF X2 =>

=>

Command

(1)High efficiency control method is not clear

(1)High efficiency control method is not clear (2)Calculating increase system cost

(1) Coordinate transformation increase system cost

(1) The calculation between , is complicate

(1)High efficiency control method is not clear

(1)The can

Use reactive power to correct V*

Use phase difference to correct V*

Use dc current peak value to difference to correct V*

Type1.(1998) An Efficiency-Optimizing permanent-magnet synchronous motor drive

Type2.(2003) A sensorless, stable V/f control method for permanent-magnet synchronous motor drives

(a) (b)

Type3.(2002) High performance V/f control method for PM motor Type4.(2009) Stabilization control of sensorless sinusoidal wave drive for control of power factor of PM motor

(c) (d)

Type5.(2010) V/f control of permanent magnet synchronous motor suitable for home appliances by dc-link peak current control method

Type6. The proposed V/f control method

S5 S2

S1 S3S4 S6

∆V

*

Vm

ω*

θe

V*

Cd

PWM Inverter

Vdc

High Ef f iciency Controller

)

*sin(

e

Vm θ

Speed Ref erence

V/f Curve

s 1 Sampling

Circuit Shunt Resistor

(e) (f) 圖3.12 不同V/f控制架構功能方塊圖