第五章 系統研製
6.2 實測結果
本計畫實測時的相關環境說明如下：在功因校正部份，以積體電路 UC3854N 達成控制效果，其相關規格為：輸入交流電壓有效值 110 伏 特，輸出直流電壓 170 伏特，可輸出最大功率 850 瓦特，開關切換頻率 為 66.67kHz。在電動機部分，功率轉換器輸入電壓為 170V，電流取樣 時間為 0.1 毫秒，速度取樣時間為 1 毫秒。在具編碼器時，閉迴路控速 系統的最低控速為 30 rpm，最高控速為 3000 rpm，達到 1:100 的寬廣控 速範圍。而無轉軸偵測元件系統中，最低控速為 150rpm，最高控速目 前到達 1200 rpm，其中的差別在於當無轉軸偵測元件系統於低轉速，
其轉軸估測角度的解析度不夠，導致低速無法控制，在 150 rpm 以上才 能順利控速，而高速方面，1200 rpm 以上，在轉軸估測角度方面，無 法正確解析換相角度，使得目前高速只能到達 1200 rpm。以下針對實 測結果加以說明。
圖 6.1 至圖 6.8 為功因校正電路相關實測波形。圖 6.1 為控制升壓 電 路 開 關 的 閘 極 訊 號 ， 由 圖 可 得 知 功 因 校 正 電 路 的 工 作 頻 率 為 66.67kHz。圖 6.2 至圖 6.3 為加入功因校正電路下，1/5 倍額定負載與額 定負載下輸入側實測圖，由圖中得知，加入功因校正電路後，輸入側電 流與輸入側電壓為正弦波且呈同相位，說明本計畫所研製之功因校正電 路確實有效改善輸入側功因。圖 6.4 為加入功因校正電路下，針對不同 負載進行測試所得之功因及效率圖，由圖可知，功因最少維持在 0.96 以上，且隨負載電流增加而遞增；在效率方面，由於損失會隨著負載電 流增加而遞增，但最少均維持在 0.9 以上。圖 6.5 至圖 6.6 為未加入功 因校正電路下，無轉軸偵測元件洗衣機驅動系統於轉速命令 150rpm 及 500rpm 下電源輸入端實測波形，由圖中可知電流波形為不連續且呈尖
銳狀，此將造成輸入電源側功因不佳。圖 6.7 至圖 6.8 為加入功因校正 電路下，無轉軸偵測元件洗衣機驅動系統於轉速命令 150rpm 及 500rpm 下電源輸入端實測波形，由圖中可知，洗衣機驅動系統結合功因校正電 路後確實達成功因校正之目的。
圖 6.9 至圖 6.14 為使用編碼器時，洗衣機驅動系統在各不同轉速下 的暫態響應圖。圖 6.9 為轉速命令 30 rpm 暫態響應圖，圖 6.10 為轉速 命令 500 rpm 暫態響應圖，圖 6.11 為轉速命令 3000 rpm 暫態響應圖。
正反轉部份，圖 6.12 為轉速命令正負 500 rpm 暫態響應圖。性能部份，
圖 6.13 為轉速命令 500rpm 下，模擬 B 相開路轉速及電流實測圖，圖 6.14 為轉速命令 800rpm 下，模擬 B 相開路轉速及電流實測圖，由圖中 得知當系統一相發生故障時，系統依然可持續運轉。加載部份，圖 6.15 為轉速命令 500 rpm 穩態條件下，放入 3 公斤衣物的暫態響應圖，由圖 中得知驅動系統有良好的干擾拒斥能力。圖 6.16 為典型洗衣機轉速實 測圖，該曲線係參考目前商品化洗衣機的運轉曲線，並在本計畫所研製 系統實測。
無轉軸偵測元件系統中，相關實測結果說明如下，圖 6.17 至圖 6.19 為洗衣機驅動系統在正轉不同轉速下的暫態響應圖。圖 6.17 為轉速命 令 150 rpm 暫態響應圖，此為無轉軸偵測元件系統所能控制的最低轉 速。圖 6.18 為轉速命令 500 rpm 暫態響應圖，圖 6.19 為轉速命令 1200rpm 暫態響應圖，此為無轉軸偵測元件系統所能控制的最高轉速。加載部 份，圖 6.20 為轉速命令 500 rpm 穩態條件下，放入 1.5 公斤衣物的暫態 響應圖，相較於圖 6.15 中的 3 公斤衣物，由於無轉軸偵測元件系統較 具編碼器系統干擾拒斥能力較差的缺點，因此選定 1.5 公斤作為加載 量，藉此測試無轉軸偵測元件系統的加載能力。圖 6.21 為轉速命令為
時的轉軸角度估測誤差約在±2 度機械角以內。圖 6.22 至圖 6.24 為洗 衣機驅動系統在反轉不同轉速下的暫態響應圖，其轉速命令相對於正轉 而設定。圖 6.22 為轉速命令-150 rpm 暫態響應圖，圖 6.23 為轉速命令 -500 rpm 暫態響應圖，圖 6.24 為轉速命令-1200 rpm 暫態響應圖。圖 6.25 至圖 6.27 探討在不同轉速時電動機 a 相的電壓及電流波形。圖 6.25 為 轉速命令 150 rpm 暫態響應圖，a 相實測電壓及電流波形，圖 6.26 為轉 速命令 500 rpm 暫態響應圖，a 相實測電壓及電流波形，圖 6.27 為轉速 命令 1200 rpm 暫態響應圖，a 相實測電壓及電流波形，由圖中我們可 以觀察到電流諧波的問題，此為產生噪音的來源，目前洗衣機在運轉時 所產生的噪音雖在接受範圍內，但未來也可以經由對電流諧波的問題改 善而降低其噪音。圖 6.28 至圖 6.30 探討在不同轉速時，輸入側的電壓 波形。圖 6.28 命令 150 rpm 暫態響應圖，輸入側的電壓波形，圖 6.29 為轉速命令 500 rpm 暫態響應圖，輸入側的電壓波形，圖 6.30 為轉速 命令 1200 rpm 暫態響應圖，輸入側的電壓波形。由圖中可得知經由功 因校正電路輸出至電動機側電壓確實穩於 170 伏特。對於更高的轉速控 制，將於未來加以探討。
( )µs
圖 6.1 功因校正電路閘極驅動信號。
(a)
(b)
圖 6.2 加入功因校正電路，1/5 倍額定負載下電源側輸入波形：
(a)電壓；(b)電流。
(a)
(b)
圖 6.3 加入功因校正電路，額定負載下電源側輸入波形：
(a)電壓；(b)電流。
I
d c(a)
I
d c(b)
圖 6.4 加入功因校正電路，不同負載下功因及效率實測圖：
(a)功因；(b)效率。
(a)
(b)
圖 6.5 未加入功因校正電路，無轉軸偵測元件，轉速命令 150 rpm 下，
電源側輸入波形：(a)電壓；(b)電流。
(a)
(b)
圖 6.6 未加入功因校正電路，無轉軸偵測元件，轉速命令 500 rpm 下 電源側輸入波形：(a)電壓；(b)電流。
(a)
(b)
圖 6.7 加入功因校正電路，無轉軸偵測元件，轉速命令 150 rpm 下電 源側輸入波形：(a)電壓；(b)電流。
(a)
(b)
圖 6.8 加入功因校正電路，無轉軸偵測元件，轉速命令 500 rpm 下 電源側輸入波形：(a)電壓；(b)電流。
圖 6.9 具編碼器，洗衣機驅動系統在轉速 30 rpm 暫態響應。
圖 6.10 具編碼器，洗衣機驅動系統在轉速 500 rpm 暫態響應。
圖 6.11 具編碼器，洗衣機驅動系統在轉速 3000 rpm 暫態響應。
0 1 2 3 4 5 6 7 8
-600 -400 -200 0 200 400 600
圖 6.12 具編碼器，洗衣機驅動系統在正反轉 500 rpm 暫態響應圖。
(a)
(b)
圖 6.13 具編碼器，洗衣機驅動系統在轉速 500 rpm 下，於 2 秒時 B 相開路實測圖：(a)轉速暫態響應圖。(b)電流。
(a)
(b)
圖 6.14 具編碼器，洗衣機驅動系統在轉速 800 rpm 下，於 3 秒時 B 相開路實測圖：(a)轉速暫態響應圖。(b)電流。
0 1 2 3 4 5 6 7 350
400 450 500 550 600 650 700
3kg
Time(sec) Speed(rpm)
圖 6.15 具編碼器，洗衣機驅動系統在轉速 500 rpm 下，
瞬間加載 3 公斤衣物暫態響應實測圖。
圖 6.16 典型洗衣機轉速實測圖。
圖 6.17 無轉軸偵測元件，轉速 150 rpm 暫態響應圖。
圖 6.18 無轉軸偵測元件，轉速 500 rpm 暫態響應圖。
圖 6.19 無轉軸偵測元件，轉速 1200 rpm 暫態響應圖。
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 100 200 300 400 500 600
Time(sec) Speed(rpm)
1.5kg
圖 6.20 無轉軸偵測元件，轉速命令 500 rpm 下，
瞬間加載 1.5 公斤衣物暫態響應圖。
圖 6.21 無轉軸偵測元件，轉速命令 500 rpm，
換相角度信號與估測誤差關係圖：
(a)電流波形；(b)換相信號；(c)轉軸角度估測誤差。
圖 6.22 無轉軸偵測元件，轉速-150 rpm 暫態響應圖。
圖 6.23 無轉軸偵測元件，轉速-500rpm 暫態響應圖。
圖 6.24 無轉軸偵測元件，轉速-500rpm 暫態響應圖。
(a)
(b)
圖 6.25 無轉軸偵測元件，轉速命令 150 rpm，
a 相實測電壓及電流波形：(a)電壓波形；(b)電流波形。
(a)
(b)
圖 6.26 無轉軸偵測元件，轉速命令 500 rpm，
a 相實測電壓及電流波形：(a)電壓波形；(b)電流波形。
(a)
(b)
圖 6.27 無轉軸偵測元件，轉速命令 1200 rpm，
a 相實測電壓及電流波形：(a)電壓波形；(b)電流波形。
圖 6.28 無轉軸偵測元件，轉速命令 150 rpm，輸入側電壓波形。
圖 6.29 無轉軸偵測元件，轉速命令 500 rpm，輸入側電壓波形。
圖 6.30 無轉軸偵測元件，轉速命令 1200 rpm，輸入側電壓波形。