無刷直流馬達驅動波形

為了在相同的硬體需求下，同時實現 PWM/PAM 之控制策略，本文之實驗平採用 一具梯形波反抗電動勢之永磁無刷馬達進行實驗，其電流回授採用直流鏈電流回授，

其操作原理與控制策略已在第三章討論。當系統操作在定速度控制時，即使馬達扭力 負載變動，仍可維持固定速度持續運轉。

透過本文提出之電流同步取樣，可僅回授直流鏈電流進行電流閉迴路控制，節省 多餘回授電流電路成本，並簡化控制迴路之設計。圖 5.17 及圖 5.18 所示為無刷直流馬 達在不同扭力負載下，穩定操作在 500 rpm 之定轉速下之波形，其中觀測馬達之相電 流波形，其電流具有快速的響應，並與電流命令一致，可讓馬達達到最佳工作效率，

圖中上面兩個波形為變頻器單相之上下臂開關訊號，為了減少電流流經下臂二極體之 時間，造成較高之導通損耗，下臂開關會與上臂開關同步切換。

-0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

-5 0 5 10 15

-0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

-5 0 5 10 15

-0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

-0.2 0 0.2 0.4 0.6

-0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2

i

i

S

S

圖 5.17 定速度控制之無刷直流馬達驅動波形，此時負載扭矩為1 ，馬達轉速為 500 rpm，圖中之波形由上至下分別為 S1及S2開關訊號、直流鏈電流(取樣後)及馬達a

相之相電流

m N⋅

-0.05-5 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0

5 10 15

-0.05-5 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

0 5 10 15

-0.050 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

-0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

-0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4

i

i

S

S

圖 5.18 定速度控制之無刷直流馬達驅動波形，此時負載扭矩為2 ，馬達轉速為 維持500 rpm，圖中之波形由上至下分別為 S1及S2開關訊號、直流鏈電流(取樣後)及馬

達a相之相電流

m N⋅

當馬達操作在 PWM 工作模式時，其馬達具有較快的暫態響應，可以反應負載扭 矩變化時之速度迴路控制。但為了提高變頻器之工作效率，在不同的轉速命令時，令 VOPFC 輸出相對應的直流鏈電壓。在相同的電感電流漣波規範下，可讓變頻器降低開 關操作頻率，以降低開關切換損失，達到效率最佳化的目的。圖 5.19 為變頻器系統在 馬達定速控制下，將其開關切換頻率由 20 kHz 降為 10 kHz，透過數位控制器之設計，

可讓馬達在不同開關切換頻率操作下，仍維持定速度旋轉，不受干擾。在開關操作頻 率降低的同時，其馬達相電流漣波亦會上升，但此時透過改變 VOPFC 之電壓命令，可 修正馬達相電流漣波，達到提高效率的目的。圖 5.20 為無刷直流馬達變頻操作時實驗 波形，由此可驗證此馬達數位控制器可進行變頻控制並維持馬達定速度運轉。

960.00 980.00 1000.00 1020.00 1040.00

speed_ref speed

kHz

320.00 330.00 340.00 350.00 360.00 370.00 Time (ms)

0.50K0.0K 1.00K

320.00 330.00 340.00 350.00 360.00 370.00 Time (ms)

0.50K0.0K 1.00K kHz變為10 kHz，圖中波形分別為瑪達轉速、馬達a及b相電流、變頻器直流鏈電流，及

PWM開關週期

6 Speed=1000rpm Speed=constant I_a

6 Speed=1000rpm Speed=constant I_a

K_d

20KHz 10KHz

i1

Δ Δi₂

圖 5.20 在馬達定速度操作下，開關頻率變頻控制之實驗波型，其開關切換頻率由20 kHz變為10 kHz，圖中波形為馬達a相電流及變頻控制訊號