,avg dc dc
m e e
em in out
I V
T P
P P P
⋅
= ⋅
=
= ω
η (5-29)
其中輸入功率為DC直流源提供之功率，其值為DC電壓與DC平均電流之乘積，永磁馬 達中提供給功率級電路之DC電壓為一定值，量測DC平均電流即可計算出輸入功率。輸 出功率可參考(2-13)，由於馬達操作中必然會產生轉矩漣波故較難以定值表示，但若將 上式配合機械方程式(2-17)和(2-18)可以將輸出功率表示成只與轉速有關之函數，因此 可以得到轉速相同時必然有相同輸出功率之結論。
利用上述之結論，本文比較不同控制架構之效率，只需要比較相同轉速下不同控 制架構之輸入電流平均值，即可知道效率之改善。利用圖5.26以及圖5.27之數據，可以 知道本文提出之架構其DC電流平均值比原控制器至少改善17%以上而比零交越點無感 測至少改善13%以上，也就是效率比原控制器至少改善17%以上而比零交越點無感測至 少改善13%以上。
C
dPWM Inverter
Three-Phase PM Fan Motor Vdc
P
in= P
eP
out= P
em圖5.31 馬達效率計算示意圖
5.5.4 三相風扇高效率無感測V/f控制暫態實驗結果分析
圖5.32為三相風扇在150RPM下經過控制器補償前後加入一步階擾動之波形，可看 到經過控制器補償後轉速以及功率因數角度之震盪情況皆有明顯改善。圖5.33為三相風 扇在600RPM時經過控制器補償前後加入一步階擾動之波形，從圖5.33可以看到震盪次 數減少一半以上，功率因數角度最大超越量也從32度降低至15度。圖5.34為三相風扇在 975RPM時經過控制器補償前後加入一步階擾動之波形，可以看到震盪次數減少一半以 上，轉速最大超越量從20RPM降至10RPM而功率因數角度最大超越量也從27度降低至 20度。本文設計之控制器在以上三個轉速範圍均可達到良好的改善效果。
圖5.35是從600RPM加速至750RPM之暫態響應，可以看到圖5.35(a)開迴路V/f控制 下加速時間非常長，而在加上電壓命令補償後圖5.35(b)之加速時間大幅縮短，但此時 尚未加入高效率控制器故可看到加速後功率因數角度還會震盪約5次才進入穩定，安定 時間幾乎快大於加速時間，圖5.35(c)則是閉迴路V/f控制加上電壓補償，可看到此時加 速時間短暫且系統幾乎不震盪。比較圖5.35(d)零交越點無感測控制架構，可看到本文 提出的架構在加速時間可達到相似或更佳的響應，且轉速漣波較小。圖5.36為啟動至額 定轉速響應，圖5.36(a)為本文使用之啟動，前面需要先經過定位再加上約1.6秒的開迴 路啟動，等到偵測到正確之功率因數角度後即切入閉迴路控制，從最低轉速至最高轉 速需要4.4秒。圖5.36(b)為使用零交越點無感測控制架構之啟動，需要4.5秒的時間從最 低至最高轉速。圖5.36(c)市售節能風扇之啟動，前面需要2秒之啟動，再經過5秒加速 至最高轉速。可看到本文提出的架構可以達到與另外兩種架構相似的啟動時間，且在 穩態下有更佳的效率。
Speed
Phi
V_com
W=150RPM
W=157RPM
45
Speed
Phi
W=150RPM
W=157RPM
40
(a) (b)
圖5.32 150RPM下步階擾動響應 (a)開迴路控制 (b)閉迴路控制
W=600RPM
W=607RPM
W_com
Phi
1.7Hz 32
W=600RPM
W=607RPM
W_com
Phi
1.7Hz 15
(a) (b)
圖5.33 600RPM下步階擾動響應 (a)開迴路控制 (b)閉迴路控制
Speed
Phi
V_com
W=975RPM
W=990RPM
20RPM
27
W=975RPM
W=990RPM
10RPM
Speed
Phi
20
(a) (b)
圖5.34 975RPM下步階擾動響應 (a)開迴路控制 (b)閉迴路控制
Phi V_com
W W=750RPM
W=600RPM
1.5s
6.25s 6.25s
Phi V_com
W
W=750RPM
W=600RPM
9.2s
2s 2s
(a) (b)
3.75s
W=750RPM
W=600RPM
1.875s
0 A 0.5 A 1 A
Phi V_com
W W=750RPM
W=600RPM
0.8s
1.25s 1.25s
(c) (d)
圖5.35 600RPM至750RPM之加速響應 (a)開迴路V/f控制 (b)開迴路V/f控制加電壓補償 (c)閉迴路V/f加電壓補償 (d)零交越點偵測無感測
W=975RPM
4.4s
0.84s
1s
0 0.5A 1A