1.1 研究動機
在環保意識高漲與石油逐漸短缺的今日，電動機成為利用電能的最 佳動力。目前電動機可概分為直流電動機及交流電動機兩種。直流電動 機因具有線性模式，控制器設計較容易，在 1980 年以前，被大量應用 在自動化工業中。直流電動機具有碳刷及換向片，而碳刷及換向片間的 機械接觸，易產生火花，因此不適合用於易爆場所。此外，碳刷有壽命 限制，需要定期更換維護，使得直流電動機的發展受到限制，而在工業 的應用上逐漸被交流電動機所取代[1]。
交流電動機具有結構堅固、製造容易、轉動慣量小以及壽命長的優 點，近年來隨著電力電子元件、微處理器以及控制技術的快速進步，使 得交流電動機驅動系統已成為工業應用中驅動器的主流。交流電動機包 括感應電動機、永磁式同步電動機及磁阻電動機等三大類[2]。其中感 應電動機成本較低，具有定子銅損、轉子銅損及鐵損，效率較低，散熱 亦較困難。此外，感應電動機具有滑差的問題，導致磁軸估測不易，只 能仰賴轉子的電阻及電感值進行估測，轉子電阻及電感易受溫度影響，
造成滑差估測的困難[3]。永磁式電動機其轉子為永久磁鐵，無轉子銅 損故效率較高，轉子的旋轉速度與定子的旋轉磁場同步，無滑差的問 題。然而，永磁式同步電動機需要磁性材料，良好的磁性材料產量稀少，
價格昂貴，故永磁式同步電動機造價昂貴，通常應用在高精度、高性能 的產品[4]。磁阻電動機，沒有滑差問題，轉子不需磁性材料，具有成 本低廉及結構堅固的特色。但磁阻電動機因為結構關係，易產生較大的
精度要求不高的場合[5]。近年來隨著電力電子、功率半導體、微處理 器及控制技術的快速發展[6]-[7]，使得開關式磁阻電動機的設計與控制 引起學界與業界的重視。本計畫將針對開關式磁阻電動機的洗衣機驅動 系統，完成無轉軸偵測元件的方法，並達到閉迴路的驅動系統。
另ㄧ方面，隨著大功率電力電子設備使用率增加，導致功率因數與 諧波問題日益嚴重，其中，功率因數低落造成用電器具利用率下降，而 諧波太大則會導致電力品質下降。目前已有許多國際法規針對各類電子 電機產品電源側功率因數及所產生的諧波加以嚴格規範，以期提高輸入 側之電力品質。為了滿足這些需求，計畫中採用德州儀器(TI)之積體電 路(IC UC3854N)，設計一價格低廉、電路簡單的功因校正電路，使得電 源側能達到改善功因及抑制諧波的目的。
1.2 目的
本計畫主要探討具高功因開關式磁阻電動機之無轉軸偵測元件洗 衣機驅動系統。計畫中提出一種簡單的轉軸角度估測方法，預先量測定 子自感、激磁電流與角度位置關係的自感曲線，藉由量測激磁相電流，
得到電流斜率，進而估測定子自感值，進一步根據自感曲線的參數，估 測出轉軸角度位置。在功率因數改善方面，提出一價格低廉、電路簡單 之功因校正電路，使其達到功因改善及諧波抑制的目的。本計畫所提出 的轉軸角度估測法則，不需要複雜的電路設計和程式運算，改善了傳統 估測法則可能帶來的負轉矩輸出、電路複雜及精確度低的缺點。此外，
本計畫成功地將所提的轉軸角度估測方法應用在洗衣機，並完成洗衣機 閉迴路系統的研製。為了實際驗證所提方法的可行性，計畫中將所提方 法實際在洗衣機進行測試，與過去傳統的單相感應電動機驅動式洗衣機
比較，本計畫所提的洗衣機系統具有扭力大、可靠度高等優點[6]-[8]。
就筆者所知，此為首次將具高功因無轉軸偵測元件開關式磁阻電動機應 用在洗衣機的研究，相關的研究成果，可供相關人員的參考。
1.3 大綱
本計畫共分七章：第一章為緒論，第二章針對開關式磁阻電動機的 結構、數學模式、驅動原理及驅動系統來做介紹。第三章探討無轉軸偵 測元件驅動系統，主要說明本文所提出之轉軸角度估測方法、原理及實 作方法，並完成無轉軸偵測元件閉迴路控制系統。第四章為電源側功因 改善，介紹功因校正原理及電路架構。第五章為系統研製，包含洗衣機 簡介、功率轉換器、回授及偵測電路、功因校正電路、數位信號處理器 簡介與軟體程式設計。第六章為實測結果。第七章對本計畫做一總結，
並提出未來研究方向。最後附上相關參考文獻。