磁場導向感應馬達的 純量與向量控制
1
目錄
• 感應馬達控制方法的分類
• 純量控制
• 向量控制
2
感應馬達控制方法的分類
• 感應馬達之控制方法可歸納為:
1.純量控制(Scalar Control)
2.向量控制(Vector Control)
又稱為磁場導向控制(Field Oriented Control, FOC)
a.直接磁場導向控制(Direct FOC, DFOC)
b.間接磁場導向控制(Indirect FOC, IFOC)
3
純量控制
• 純量控制即電壓/頻率控制(v/f control ) ，也稱變壓 變頻(VVVF control)控制
• 純量控制只控制變數之大小，而不控制變數之相 位， 所以只能用在較緩慢的系統。
4
純量控制
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e
P
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( 2 ) ) (
3 )
1 (
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s
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V
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boost voltage
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2
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5
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V E
純量控制(續)
em e T T
rated , e
e
s v
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,
Vs
rated ,
e
定子壓降
V
s Vs Em6
r
rT
e
sl
v
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v
as
v
bs
v
cs
e
r 3
3
7
向量控制(磁場導向控制)
I a
T
f
a a
I K
T
如果 固定則
3Φ IM
* e
i
ds* e
i
qs FOC&
Inverter
e
i qs e
i ds
r
d e
q e
e
e
i qs
T
e qs r i K
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如果 固定則
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L L
L L
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L L L
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L L
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1
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e
ds e qs
v v L
L
0 0
0 0
0 1 1 0
在同步座標系下的鼠籠式感應馬達電氣方程式：
12
e dr e qr e ds
e qs
r r
e r
m
r e
r r
m
e dr e
qr i
L i
0 1
0 1
L
電氣方程式：
e qs r e m
dr sl e
qr r e
qr
L i
1
e ds r e m
qr sl e
dr r e
dr
L i
1
◆
r r
r
R
L
◆
sl
e
r轉子時間常數 滑差
(1) (2)
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2
3 e
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qs e dr r
m
e
i i
L L
T
P
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r m m
r
T T
J P J
B
(3)(4)
13
FOC
Indirect FOC Direct FOC
轉子磁通位置
t
t
e e
*
*
sin cos
* *sl r
e
t t
e e
*
*
sin cos
由 間接得到
由量測或估測的磁通直接得到 IFOC
DFOC
q
ede
q
sds
r
e
e e
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e
dr eqr
0 0
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qr
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qe
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qr
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e qs r m r
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i i L
L
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L i s
s s
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m r
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r r
e ds r m r
r r
(6) 解耦合控制
e qs r e m
dr sl e
qr r
e
qr L i
1
e ds r e m
qr sl e
dr r
e
dr L i
1
(1)
(2)
Laplace transform
15
e qs r r m
e i
L L
T P
2 2
3
(7)e
i ds
e
i qs
1 s L
r
mr m
L L P
2 2 3m
m
s B
J 1
2
P
T e
T L
r
r達到完美的FOC後，感應馬達二階線性系統 ) (4)
2 ( 2
3 e
ds e qr e
qs e dr r
m
e
i i
L L
T
P
) 1 (
)
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s
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r m
r
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r m m
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B
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e
e q
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s
s q
d
s
s q
d
e
e q
d
Kt
1 1
rs
m ms B J
1
2 P
Lm
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*
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*
r* e
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* e
i
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i
qs* s
i
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*
i
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i
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ids
Te
TL
r
*
r
r
r*
sl
e*sl
e在估測轉子磁場參考 座標下之控制器
在實際轉子磁場參考 座標下之IM model
*
* *
*
* *
*
*
*
(5) '
/ (6) '
(7) '
e
e r sl
m e
sl qs
r r e
ds r m
e e
qs
t r
L i
i L
i T
K
( 7 )
) 6 (
) 5 (
e qs r t e
e ds m r
e ds m r
r r
e qs r r
m sl
sl r
e
i K T
i L i
L L i
穩態時
間接磁場導向控制(Indirect FOC): 是由
轉子速度 加上估測滑差速度 間接去得到
r sl
e
e
sl
r
間接磁場導向控制
q
ed
eq
sd
s
e
ee
e
rq
ed
eq s
d
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e
e
e
ee
dre
qr未達到的FOC 達到FOC
*
*
*
*
*
) (
sl r
sl r
r sl e e
dt dt
dt dt
sl r
sl r
sl r
e e
e
dt dt
dt t dt
)
(
• 磁場導向控制可分為兩種:
1.直接磁場導向控制(Direct FOC): 是 由量測的或估測的磁通(由 , , 去估 測)直接求得
e
v s i s
r
2.間接磁場導向控制(Indirect FOC): 是由 轉子速度 加上估測的滑差速度 間 接去得到： e r sl
e
sl
r
21
Direct FOC (1) 磁通量測法
e
e
q
d
s
s
q
d
s
s
q
d
c b a
2
2 ( )
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ms
qm s
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T
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qs* s
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ds* s
i
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i
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i
bs*
i
cst t
e m
s qm
e m
s dm
sin cos
22 s
ds r s m
qr r s
dr r s
dr
s qs r s m
dr r s
qr r s
qr
L i dt
d
L i dt
d
1 1
r
L
m
r
L
m
s 1
r 1
s 1
r 1
s
i qs
s
i ds
rs
qr
s
dr
s
dr s
qrs
qr
s
dr
轉子磁通估測器
