驅動器的主副板

主板：DSP 板

副板: 絕緣柵雙極電晶體(IGBT or Insulated Gate Bipolar Transistor)結合了金氧半場 效電晶體(MOSFET or Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)與功率電 晶體(GTR or Giant Transistor)的優點。電壓/電流達到 6500V/2400A，開關切換時間 40ns，工作頻率 40kHz。為大功率電力電子裝置的理想功率裝置，應用於馬達驅動 器。

36

B A

C Vdc

ib

a

b c

ic

ia

C A

B

a’

b’ c’

(b) (a)

上臂開關

下臂開關

圖 16. 變頻器電路示意圖

由六個固態開關裝置架構而成，共分為三組三個路徑，一個路徑為一相，而上面三 個開關統稱為上臂開關，下面三個開關則稱為下臂開關，由電路左邊輸入穩定的直 流電源。[101-109]

注意，因為這樣的電路架構，單一相上的上臂開關與下臂開關不可以同時導通，否 則必將導致電源短路，而造成電路嚴重破壞。上下臂開關的動作若不是同時開路，

就是以一個導通一個開路的互補方式進行切換。經由規劃這些開關適當地做連續的 切換動作，可由圖 16 (a)中 A、B、C 三處輸出正負電壓交替變化的三相交流電源。

在馬達控制的應用中，通常會將 A、導通與截止，半導體裝置是需要經過一段載子 回復的延遲時間，才能從導通狀態完全進入截止狀態，此時的開關元件才稱得上是 完全開路，所以在規劃變頻器開關的切換時，必頇將此段載子回復時間考慮進去，

在上下臂開關動作的時序上，加入適當的延遲時間，以避免上臂或下臂開關尚未完 全開路時，則另一個開關就進行導通，於是造成上下臂開關同時導通，導致變頻器 短路燒毀。開關動作的時序上，應當加入多久的延遲時間，則視所使用的半導體元 件特性而定，通常會稱呼此延遲時間為死帶時間(Dead Time)。

變頻器電路加以適當的對開關做連續切換，就能產生正負電壓交替變換的三相交流 輸出，一組變頻器上共排列六個開關元件，依據上下臂互補切換的原則，總共可以 排出八種開關的切換組合，為了便於分析控制，將變頻器各臂命名，並定義其個別 的開關變數。

如圖 16，將變頻器電路的每一相依所連接的各相定子繞組，編為 A 臂、B 臂及 C 臂，每一相個別設定一個開關變數，依序為 SA、SB 與 SC，用以表示開關的狀態，

將其定義為，上臂開關導通狀態為 1 (下臂開關呈開路狀態)，而上臂開關開路狀態

37

為 0 (下臂開關應導通狀態)，整理可得八種開關組合方式，即，{[SC, SB, SA]} = {[0,0,0], [0,0,1], [0,1,0], [0,1,1], [1,0,0], [1,0,1], [1,1,0], [1,1,1]}。其中第一種開關組合[0,0,0]為 上臂開關全部開路，下臂開關全部導通，形成輸出開路，第八種開關組合[1,1,1]為 上臂開關全部導通，下臂開關全部開路，亦形成輸出開路。第一種與第八種開關的 組合具有相同之效果，也就是將變頻器的電源完全切離三相繞組，馬達將停止驅動。

其他六種開關組合各有其不同的效果，即，{[SC, SB, SA]} = {[0,0,1], [0,1,0], [0,1,1], [1,0,0], [1,0,1], [1,1,0]}，將使定子三相繞組產生六種不同的效應，表示這六種開關 組合，分別作用於定子三相繞組上之情況。表 14 及圖 17 定義永磁馬達的六相，表 示這六種開關組合，分別作用於定子三相繞組上之情況。

表 14. 永磁馬達的六相 向量 SC SB SA 向量 1 0 0 1 向量 2 0 1 1 向量 3 0 1 0 向量 4 1 1 0 向量 5 1 0 0 向量 6 1 0 1

38

39

定義為電壓向量 1 (Voltage Vector 1，V1)至電壓向量 6（V6）等六個電壓向量，由 於這些電壓向量正好將帄面空間區分為六個相同等份的區域，故又稱電壓向量為空 間向量。

如下圖，電壓向量所在的位置，可以將 360 度的帄面空間規劃成空間區段一至空間 區段六等六個空間區段(Space Sector)。以往交流馬達以脈波寬度調變(PWM or Pulse Width Modulation)來調整驅動電源脈波寬度，來調整電壓有效值與頻率(V/F)之間的 關係。現在改用電壓空間脈波寬度調變(SVPWM or Space Vector PWM)這種空間向量 定子三向旋轉磁場來控制馬達旋轉速度。

1 V2

[SC, SB, SA]

=[0, 1, 1]

2

V5

[SC, SB, SA]

=[1, 0, 0]

5

V6

[SC, SB, SA]

=[1, 0, 1]

6 V4

[SC, SB, SA]

=[1, 1, 0]