第五章 實作電路與結果
5.3 實作數據及比較
5.3.1 功率轉換比較
在模擬中，我們可精確的計算出三相電流控制的開關數目並加以比較，但在實作當 中我們採用功率量測的方式來比較三種三相電流控制在開關切換次數上的差異。下圖 5.19 為功率量測的架構圖，在直流鏈電壓側加上一組單相功率計(POWER METER)，反 流器輸出及負載電阻各加上一組三相功率計(Three Phase POWER METER)。在此定義反 流器輸出所量測到之功率PM除上直流鏈電壓側所量測到的功率P 便是三相反流器轉dc
換效率inverter，轉換效率inverter的高低代表著開關切換次數的不同。三相反流器轉換效
率越高代表損失在三相反流器上的能量就越小，意即開關切換次數越少，反之若轉換效 率越低則代表開關次數切換越高。而發電端馬達所量測到的功率P 除以G PM定義為馬達 轉換效率MG，其代表的意義為三相反流器至發電端馬達負載電阻的轉換效率，而最後 我們有個總功率轉換並定義為P 除於G P 。我們在功率轉換效率dc inverter、MG與的 量測上分為六個轉速兩種負載，並依照量測數據建立表格，如下表5.2 表、5.3 及表 5.4。
ia ic
a
T Tb Tc
a
T Tb Tc a
b c
Vdc
2 Vdc
2 Vdc
ib
RL
RL
RL
Pdc
measure
PM
measure
PG
measure
表5.2 三相電流控制實作轉換效率inveter比較表
inveter
(RL 100) inveter (RL 50)
PI-SPWM PI-MDFQM MDFQCC PI-SPWM PI-MDFQM MDFQCC
500rpm 90.0 91.1 90.9 92.0 93.3 93.0 1000rpm 91.1 92.2 92.0 92.2 94.4 94.1 1500rpm 91.8 92.9 92.7 92.7 95.1 94.8 2000rpm 93.3 94.4 94.2 95.4 96.6 96.3 2500rpm 94.4 95.7 95.5 96.2 97.7 97.4 3000rpm 95.6 96.5 96.3 97.5 98.7 98.4
表5.3 三相電流控制實作轉換效率MG比較表
MG(RL 100) MG (RL 50)
PI-SPWM PI-MDFQM MDFQCC PI-SPWM PI-MDFQM MDFQCC
500rpm 92.7 93.1 98.7 92.6 92.5 98.4 1000rpm 92.4 92.8 98.2 92.1 92.4 98.1 1500rpm 92.1 92.4 97.9 91.5 91.8 97.7 2000rpm 91.8 91.9 97.4 90.9 91.1 96.8 2500rpm 91.6 91.5 97.2 90.2 90.7 95.3 3000rpm 90.7 91.2 96.9 89.7 90.2 94.9
Current Control speed
Current Control speed
表5.4 三相電流控制實作轉換效率比較表
(RL 100) (RL 50)
PI-SPWM PI-MDFQM MDFQCC PI-SPWM PI-MDFQM MDFQCC
500rpm 83.4 84.8 89.7 85.2 86.3 91.5 1000rpm 84.1 85.6 90.3 84.9 87.2 92.3 1500rpm 84.5 85.8 90.8 84.8 87.3 92.6 2000rpm 85.6 86.8 91.8 86.7 88.0 93.2 2500rpm 86.4 87.6 92.8 86.8 88.6 92.8 3000rpm 86.7 88.0 93.3 87.5 89.0 93.4
下圖 5.20、圖 5.21 及圖 5.22 為轉換效率比較表整理出的曲線圖，依照轉換效率
inverter
比較表我們可以發現，MDFQM 與 MDFQQC 在三相反流器轉換效率上差異並不 大，而 SPWM 所用的開關切換次數最多因而造成轉換效率最低。這樣的結果驗證了本 文所提的MDFQM 與 MDFQCC 在開關次數上有較少的量值，因而減少了開關切換損失 增加轉換效率的優點。
在大功率系統中，因為系統上的開關所可承受的切換損功率有限，因此大部分的電 流控制方式採用開關次數切換較少的方波切換。而方波切換所產生出的電流波形包含了 許多諧波成分且諧波成分量值均有一定比例的大小。故若在大功率系統中三相反流器可 容許的開關切換損內，採用MDFQM 或者 MDFQCC 將會是一個可行的選擇。
接著我們也可從MDFQCC 在各轉速下電流基本波的大小觀點來看，在各種轉速下 MDFQCC 有著最小的基本波，而基本波產生的能量為主要功率輸出，因而使得 MDFQCC 輸出功率為三種電流控制中最低。而圖2.21 曲線圖顯示出 MDFQCC 因為有最高的轉換 效率MG。這意味著在同樣轉速下，發電端馬達所需功率相同，而 MDFQCC 從三相反 流器只需輸出較小的的功率即可使得馬達運轉於穩定轉速，與電流基本波大小之差異現
Current Control speed
總結前兩段的分析，在開關切換的損耗上以SPWM 最高，MDFQCC 次之，MDFQM 最少。而轉換效率MG以MDFQCC 最大，MDFQM 與 SPWM 因相位追隨較差因此並列 第二。至於總轉換效率以MDFQCC 最高，MDFQM 次之，SPWM 最小。
inverter
(%)
MDFQCC MDFQM
-PI
SPWM
-PI
rpm
500 1000rpm 1500rpm 2000rpm 2500rpm 3000rpm 80
88 86 84 82 90 92 94 98 100
96
(a)
rpm
500 1000rpm 1500rpm 2000rpm 2500rpm 3000rpm 80
88 86 84 82 90 92 94 98 100
96
MDFQCC MDFQM
-PI
SPWM
-PI
inverter
(%)
圖5.20 實作轉換效率inverter曲線圖(a) RL 100 (b) RL 50
rpm
500 1000rpm 1500rpm 2000rpm 2500rpm 3000rpm
(a)
90 94 93 92 91 95 96 97 99 98
MG
(%)
MDFQCC
MDFQM
-PI
SPWM
-PI
rpm
500 1000rpm 1500rpm 2000rpm 2500rpm (b)
90 94 93 92 91 95 96 97 99 98
89
MG
(%)
MDFQCC
MDFQM
-PI
SPWM
-PI
圖5.21 實作轉換效率MG曲線圖(a) RL 100 (b) RL 50
MDFQCC
MDFQM
-PI
SPWM
-PI
MG inverter
(%)
rpm
500 1000rpm 1500rpm 2000rpm 2500rpm 3000rpm 80
88 86 84 82 90 92 94 98 100
96
(a)
MDFQCC
MDFQM
-PI
SPWM
-PI
rpm
500 1000rpm 1500rpm 2000rpm 2500rpm 3000rpm 80
88 86 84 82 90 92 94 98 100
96
(b)
MG inverter
(%)
圖5.22 實作總轉換效率曲線圖(a) RL 100 (b) RL 50