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TWI439041B - 永磁同步馬達驅動方法與裝置 - Google Patents

永磁同步馬達驅動方法與裝置 Download PDF

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Publication number
TWI439041B
TWI439041B TW100147162A TW100147162A TWI439041B TW I439041 B TWI439041 B TW I439041B TW 100147162 A TW100147162 A TW 100147162A TW 100147162 A TW100147162 A TW 100147162A TW I439041 B TWI439041 B TW I439041B
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TW
Taiwan
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signal
unit
generate
angular velocity
permanent magnet
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Application number
TW100147162A
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English (en)
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TW201328165A (zh
Inventor
Tsai Wang Hung
Hsin Ming Su
Original Assignee
Ind Tech Res Inst
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ind Tech Res Inst filed Critical Ind Tech Res Inst
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Priority to US13/477,248 priority patent/US8618756B2/en
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Application granted granted Critical
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02P6/16Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/181Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using different methods depending on the speed
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • HELECTRICITY
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    • H02P21/24Vector control not involving the use of rotor position or rotor speed sensors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

永磁同步馬達驅動方法與裝置
一種馬達運作控制,特別有關於一種永磁同步馬達驅動方法與裝置。
電動機驅動與控制產業在工業界中,一直扮演相當重要角色,其原因在於電動機使人類現代化生活更方便,使各式生產快速。近年來,成熟的馬達變頻器大部分使用開迴路電壓/頻率控制技術來控制感應馬達運轉。但是,由於感應馬達的運轉效率比永磁馬達低,且因產業開始採用低耗能的產品,因此逐漸有一些研究提出針對以電壓/頻率控制為基礎的永磁馬達驅動器,以取代感應馬達。
在馬達驅動產業裡,能源效率較高之永磁馬達的使用逐漸受產業界的重視,且近年來永磁馬達的製造成本逐漸降低,功率規格又逐漸提高,更促進發展永磁馬達的開發。若開發永磁馬達驅動器成本、價格、轉速範圍與功率額定與傳統感應馬達驅動器接近時,產業界將會採用較高效率的永磁馬達驅動器,以符合業界對節能減碳的需求。
雖然,控制感應馬達變頻器的開迴路電壓/頻率控制方法已相當成熟,但永磁同步馬達的運轉控制卻很少直接採開迴路控制法,其原因是永磁同步馬達的轉子磁場與定子磁場之間有相對小的阻尼,僅利用開迴路的控制很容易使馬達的運轉產生不穩定振盪。因此,永磁同步馬達的運作控制仍有改善的空間。
鑒於以上的問題,本發明在於提供一種永磁同步馬達驅動方法與裝置,藉以使馬達可以最小銅損的效率進行運作,以增加馬達的運作效率。
本發明提出一種永磁同步馬達驅動方法,包括下列步驟。接收線電流訊號,並對線電流訊號進行類比數位轉換,以產生數位線電流訊號。依據數位線電流訊號與數位線電壓訊號,以產生實功率訊號與第一虛功率訊號。接收預設角速度訊號。依據預設角速度訊號與實功率訊號,以產生相位訊號。依據預設角速度訊號、實功率訊號與第一虛功率訊號,以產生電壓訊號。依據電壓訊號與相位訊號,以產生三相電壓訊號。
本發明提出一種永磁同步馬達驅動裝置,包括類比數位轉換單元、功率計算單元、速度設定單元、相位計算單元、電壓計算單元與驅動訊號產生單元。類比數位轉換單元用以接收線電流訊號,並對線電流訊號進行類比數位轉換,以產生數位線電流訊號。功率計算單元耦接類比數位轉換單元,用以接收數位線電流訊號,並依據數位線電流訊號與數位線電壓訊號,以產生實功率訊號與第一虛功率訊號。速度設定單元用以產生預設角速度訊號。
相位計算單元耦接速度設定單元與功率計算單元,用以接收並依據預設角速度訊號與實功率訊號,以產生相位訊號。電壓計算單元耦接速度設定單元與功率計算單元,用以接收並依據預設角速度訊號、實功率訊號與第一虛功率訊號,以產生電壓訊號。驅動訊號產生單元耦接該電壓計算單元、相位計算單元與功率計算單元,用以接收並依據電壓訊號與相位訊號,以產生三相電壓訊號,並產生數位線電壓訊號。
本發明之永磁同步馬達驅動方法與裝置,藉由取得線電流訊號(馬達的線電流),以計算出實功率訊號與虛功率訊號。接著,依據預設角速度訊號與實功率訊號,以取得相位訊號,並依據預設角速度訊號、實功率訊號與虛功率訊號,以取得電壓訊號。之後,藉由相位訊號與電壓訊號,以產生馬達的驅動訊號來驅動馬達運作。如此一來,使馬達可以最小銅損的效率進行運轉,以增加馬達的運作效率。
有關本發明的特徵與實作,茲配合圖式作實施例詳細說明如下。
請參考「第1圖」所示,其係為馬達驅動系統的方塊圖。馬達驅動系統100包括本發明之永磁同步馬達驅動裝置110、電流感測單元120、供電單元130、驅動單元140與馬達150。永磁同步馬達驅動裝置110包括類比數位轉換單元111、第一功率計算單元112、速度設定單元113、相位計算單元114、電壓計算單元115與驅動訊號產生單元116。
類比數位轉換單元111用以接收線電流訊號,並對線電流訊號進行類比數位轉換,以產生數位線電流訊號。其中,線電流訊號可由電流感測單元120感測馬達150的線電流而產生,以作後續的計算與操作。第一功率計算單元112耦接類比數位轉換單元111,用以接收數位線電流訊號,並依據數位線電流訊號與數位線電壓訊號,以產生實功率訊號p與第一虛功率訊號q。
在本實施例中,實功率訊號p與第一虛功率訊號q可藉由式(1)與式(2)求得,而式(1)與式(2)如下所示:
其中,Vds 為直軸電壓,Vqs 為交軸電壓,ids 為直軸電流,iqs 為交軸電流。並且,可進一步利用三軸對二軸轉換式,如式(3)與式(4)所示,將前述數位線電流訊號與數位線電壓訊號轉換成直軸電壓Vds 、交軸電壓Vqs 、直軸電流ids 與交軸電流iqs ,以求得實功率訊號p與第一虛功率訊號q。而式(3)與式(4)如下所示:
其中,f ds f qs 可表示二軸的電壓或電流,f A f B f C 可表示三軸的電壓或電流。
速度設定單元113用以產生預設角速度訊號ω e 。在本實施例中,前述預設角速度訊號ω e 可由使用者視其需求而自行調整。
相位計算單元114耦接速度設定單元113與第一功率計算單元112,用以接收並依據預設角速度訊號ω e 與實功率訊號p,以產生相位訊號θ e 。電壓計算單元115耦接速度設定單元113與第一功率計算單元112,用以接收並依據預設角速度訊號ω e 、實功率訊號p與第一虛功率訊號q,以產生電壓訊號Vm
驅動訊號產生單元116,耦接電壓計算單元115、相位計算單元114與第一功率計算單元112,用以接收並依據電壓訊號Vm 與相位訊號θ e ,以產生三相電壓訊號(例如VA 、VB 、VC ),並產生數位線電壓訊號給第一功率計算單元112。其中,三相電壓訊號可傳送至驅動單元140,藉以產生馬達驅動訊號來驅動馬達150,使馬達150可以在最小銅損之效能下運轉。
請參考「第2圖」所示,其係為本發明之相位計算單元114的示意圖。相位計算單元114包括高通濾波單元210、控制單元220、減法單元230與積分單元240。高通濾波單元210用以接收實功率訊號p,並對實功率訊號p進行高通濾波,以產生高通濾波後的實功率訊號p’。
控制單元220耦接高通濾波單元210,用以接收高通濾波後的實功率訊號p’,並對高通濾波後的實功率訊號p’進行控制運算,以產生比例訊號d ω e 。其中,控制單元220可為比例控制器。減法單元230耦接控制單元220,用以接收預設角速度訊號ω e 與比例訊號d ω e ,並將預設角速度訊號ω e 與比例訊號d ω e 進行減法運算,以產生角速度訊號。積分單元240耦接減法單元230,用以接收角速度訊號,並對角速度訊號進行積分運算,以產生相位訊號θ e
請參考「第3圖」所示,其係為本發明之電壓計算單元115的示意圖。電壓計算單元115包括基準電壓計算單元310、補償電壓計算單元320與加法單元330。基準電壓計算單元310,用以接收預設角速度訊號ω e ,並依據預設角速度訊號ω e 、線電流訊號I S 、馬達相繞組電阻R S 與永久磁鐵磁通量λ PM 且利用開回路電壓/頻率方法進行計算,以產生基準電壓訊號。在本實施例中,基準電壓計算單元310進一步包括乘法單元311、312與加法單元313。乘法單元311接收預設角速度訊號ω e 與永久磁鐵磁通量λ PM ,並對預設角速度訊號ω e 與永久磁鐵磁通量λ PM 進行乘法運算,以產生第一訊號,例如ω e λ PM
乘法單元312接收線電流訊號I S 與馬達相繞組電阻R S ,並對線電流訊號I S 與馬達相繞組電阻R S 進行乘法運算,以產生第二訊號。其中,線電流訊號I S 可以為線電流訊號的最大值I S max ,故第二訊號例如為I S max R S 。加法單元313耦接乘法單元311與312,用以接收第一訊號ω e λ PM 與第二訊號I S max R S ,並對第一訊號ω e λ PM 與第二訊號I S max R S 進行加法運算,以產生基準電壓訊號,例如
補償電壓計算單元320用以接收並依據預設角速度訊號ω e 、實功率訊號p與第一虛功率訊號q,以產生補償電壓訊號。而補償電壓計算單元320可進一步包括低通濾波單元321、322、轉矩計算單元323、電流計算單元324、第二功率計算單元325、減 法單元326與控制單元327。低通濾波單元321用以接收實功率訊號p,並對實功率訊號p進行低通濾波,以產生低通濾波後的實功率訊號p”。
轉矩計算單元323耦接低通濾波單元321,用以接收並依據預設角速度訊號ω e 與低通濾波後的實功率訊號p”,以產生轉矩訊號T e 。電流計算單元324耦接轉矩計算單元323,用以接收並依據轉矩訊號T e ,以產生直軸電流訊號i ds 與交軸電流訊號i qs 。其中,直軸電流訊號i ds 與交軸電流訊號i qs 可為馬達最小銅損運轉時的直軸電流與交軸電流。
根據永磁馬達電氣理論,本實施例可依據轉矩訊號T e ,並利用式(5)與式(6),以計算出直軸電流訊號i ds 與交軸電流訊號i qs 。而式(5)與式(6)如下所示:
其中,P為馬達磁極數,L d L q 分別為馬達的直軸電感值與交軸電感值。
第二功率計算單元325耦接電流計算單元324,用以接收並依據直軸電流訊號i ds 與交軸電流訊號i qs ,以產生第二虛功率訊號。其中,第二虛功率訊號亦可為馬達最小銅損運轉時的虛功率,且第二虛功率訊號可藉由式(7)求得,而式(7)如下所示:
接著,低通濾波單元322用以接收第一虛功率訊號q,並對第一虛功率訊號q進行低通濾波,以產生濾波後的第一虛功率訊號q’。減法單元326耦接第二功率計算單元325與低通濾波單元322,用以接收第二虛功率訊號與濾波後的第一虛功率訊號q’,並對第二虛功率訊號與濾波後的第一虛功率訊號q’進行減法運算,以產生減法訊號。控制單元327耦接減法單元326,用以接收減法訊號,並對減法訊號進行控制運算,以產生補償電壓訊號。其中,控制單元327可為比例積分控制器。
加法單元330耦接基準電壓計算單元310與補償電壓計算單元320,用以接收基準電壓訊號與補償電壓訊號,並將基準電壓訊號與補償電壓訊號進行加法運算,以產生電壓訊號Vm
前述實施例是以直軸電感值L d 與交軸電感值L q 不相等的情況下,計算出直軸電流訊號i ds 交軸電流訊號i qs 與第二虛功率訊號。在另一實施例中,假設馬達的直軸電感值L d 與交軸電感值L q 相同,並代入式(5)及式(6),可分別計算出直軸電流訊號i ds 與交軸電流訊號i qs ,如式(8)及式(9)所示:
i ds =0 (8)
接著,藉由式(10)可計算出第二虛功率訊號,而式(10)如下所式:
綜合以上所述,在本實施例中,馬達150可以是內嵌式永磁同步馬達(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor,IPMSM)或表面黏著式永磁同步馬達(Surface-mounted Permanent Magnet Synchronous Motor,SPMSM)。其中,內嵌式永磁同步馬達是由其轉子部與定子部組成,轉子部是將永久磁鐵嵌入轉子鐵心內部而形成,所以其電氣等效參數裡的直軸電感值L d 與交軸電感值L q 不相等。定子部是由三相繞組於定子鐵心繞製而形成。因此,當驅動的馬達150為內嵌式永磁同步馬達時,永磁同步馬達驅動裝置110可利用式(5)、式(6)、式(7),求得直軸電流訊號i ds 、交軸電流訊號i qs 與第二虛功率訊號
另一方面,表面黏著式永磁同步馬達是由轉子部與定子部組成,轉子部是將永久磁鐵黏貼固定於轉子鐵心表面而形成,所以其電氣等效參數裡的直軸電感值L d 與交軸電感值L q 相等。定子部是由三相繞組於定子鐵心繞製而形成。因此,當驅動的馬達150為表面黏著式永磁同步馬達時,可利用式(8)、式(9)、式(10),求得直軸電流訊號i ds 、交軸電流訊號i qs 與第二虛功率訊號
電流感測單元120用以感測馬達150的線電流,以產生線電流訊號,以提供給類比數位轉換單元111,以作後續的計算與操作,進而使得馬達150可以最小銅損的效率運轉。供電單元130用以提供直流電源。在本實施例中,供電單元130可為直流鏈電源。
驅動單元140耦接供電單元130與驅動訊號產生單元116,用以接收並依據直流電源與三相電壓訊號,以產生驅動訊號。在本實施例中,驅動單元140可由驅動介面元件與三相全橋反流器組成。其中,驅動介面元件接收並依據驅動訊號產生單元116的三相電壓訊號,以產生控制訊號。接著,以前述控制訊號控制三相全橋反流器之功率電晶體開關的導通與截止,以將供電單元130提供的直流電源轉化成馬達150的驅動訊號,以驅動馬達150進行運作。而前述驅動介面元件可為各式專用積體電路組成。
以下,將以固定電壓頻率法以及藉由永磁同步馬達驅動裝置110的兩種控制方式,對馬達150的運作進行測試,以進一步說明藉由本實施例之永磁同步馬達驅動裝置110的控制可使馬達150以最小銅損的效率進行運作。假設馬達150的轉速設定在3600rpm運轉,並在測試過程中對馬達150分段加載與卸載,以對馬達150進行不同負載的測試。也就是說,馬達150的負載調整順序是為馬達150輕載運轉達穩態後,依序加載成中載,加載成重載,載卸成中載。
請參考「第4圖」所示,其係為以固定電壓/頻率控制法控制馬達變換負載時之電壓、電流與虛功率的波形圖。請參考「第5圖」所示,其係為以本發明之永磁同步馬達驅動裝置控制馬達變換負載時之電壓、電流與虛功率的波形圖。其中,在「第4圖」中,曲線S1表示驅動電壓,曲線S2表示馬達以最小銅損運轉下應有的虛功率,曲線S3表示運轉中馬達的虛功率,曲線S4表示線電流。在「第5圖」中,曲線S5表示驅動電壓,曲線S6表示馬達以最小銅損下運轉的虛功率,曲線S7表示運轉中馬達的虛功率,曲線S8表示線電流。
由「第4圖」可以看出,在不同的負載運作下,曲線S1(驅動電壓)仍維持固定,而曲線S3(運轉中馬達的虛功率)並無追隨曲線S2(馬達以最小銅損運轉下的虛功率)的效果,而曲線S3只是隨負載變動任意變化,曲線S4(線電流)隨負載增減而增減。
由「第5圖」可以看出,在不同的負載運作下,曲線S5(驅動電壓)隨負載增減而增減,而曲線S7(馬達的虛功率)已達到追隨曲線S6(馬達以最小銅損運轉下的虛功率)的效果,曲線S8(線電流)也隨負載增減而增減。並且,由「第4圖」與「第5圖」中,可以看出曲線S8的穩態電流比曲線S4明顯減少。由此可知,藉由本實施例之永磁同步馬達驅動裝置110的驅動下,馬達於不同負載皆能以最小銅損的效率下進行運作。
由前述實施例的說明,可以歸納出一種永磁同步馬達驅動方法。請參考「第6圖」,其係為本發明之永磁同步馬達驅動方法的流程圖。本實施例之永磁同步馬達驅動方法適於驅動內嵌式永磁同步馬達或表面黏著式永磁同步馬達。
在步驟S610中,接收線電流訊號,並對線電流訊號進行類比數位轉換,以產生數位線電流訊號。在步驟S620中,依據數位線電流訊號與數位線電壓訊號,以產生實功率訊號與第一虛功率訊號。在步驟S630中,接收預設角速度訊號。
在步驟S640中,依據預設角速度訊號與實功率訊號,以產生相位訊號。在步驟S650中,依據預設角速度訊號、實功率訊號與第一虛功率訊號,以產生電壓訊號。在步驟S660中,依據電壓訊號與相位訊號,以產生三相電壓訊號。
請參考「第7圖」,其係為「第6圖」之步驟S640的子步驟流程圖。在步驟S710中,對實功率訊號進行高通濾波,以產生高通濾波後的實功率訊號。在步驟S720中,對高通濾波後的實功率訊號進行控制運算,以產生比例訊號。在步驟S730中,將預設角速度訊號與比例訊號進行減法運算,以產生角速度訊號。在步驟S740中,對角速度訊號進行積分運算,以產生相位訊號。
請參考「第8圖」所示,其係為「第6圖」之步驟S650的子步驟流程圖。在步驟S610中,依據預設角速度訊號、線電流訊號、馬達相繞組電阻與永久磁鐵磁通量,以產生基準電壓訊號。在步驟S620中,依據預設角速度訊號、實功率訊號與第一虛功率訊號,以產生補償電壓訊號。在步驟S630中,將基準電壓訊號與補償電壓訊號進行加法運算,以產生電壓訊號。
請參考「第9圖」所示,其係為「第8圖」之步驟S810的子步驟流程圖。在步驟S910中,對線電流訊號與馬達相繞組電阻進行乘法運算,以產生第一訊號。在步驟S920中,對預設角速度訊號與永久磁鐵磁通量進行乘法運算,以產生第二訊號。在步驟S930 中,對第一訊號與第二訊號進行加法運算,以產生基準電壓訊號。
請參考「第10圖」所示,其係為「第8圖」之步驟S820的子步驟流程圖。在步驟S1010中,對實功率訊號進行低通濾波,以產生低通濾波後的實功率訊號。在步驟S1020中,依據預設角速度訊號與低通濾波後的實功率訊號,以產生轉矩訊號。在步驟S1030中,依據轉矩訊號,以產生直軸電流訊號與交軸電流訊號。
在步驟S1040中,依據直軸電流訊號與交軸電流訊號,以產生第二虛功率訊號。在步驟S1050中,對第一虛功率訊號進行低通濾波,以產生濾波後的第一虛功率訊號。在步驟S1060中,對第二虛功率訊號與濾波後的第一虛功率訊號進行減法運算,以產生減法訊號。在步驟S1070中,對減法訊號進行控制運算,以產生補償電壓訊號。
請參考「第11圖」所示,其係為本發明之另一永磁同步馬達驅動方法的流程圖。本實施例之永磁同步馬達驅動方法適於驅動內嵌式永磁同步馬達或表面黏著式永磁同步馬達。在步驟S1110中,感測馬達的線電流,以產生線電流訊號。在步驟S1120中,接收線電流訊號,並對線電流訊號進行類比數位轉換,以產生數位線電流訊號。在步驟S1130中,依據數位線電流訊號與數位線電壓訊號,以產生實功率訊號與第一虛功率訊號。
在步驟S1140中,接收預設角速度訊號。在步驟S1150中,依據預設角速度訊號與實功率訊號,以產生相位訊號。在步驟S1160中,依據預設角速度訊號、實功率訊號與第一虛功率訊號,以產生電壓訊號。在步驟S1170中,依據電壓訊號與相位訊號,以產生三相電壓訊號。在步驟S1180中,提供直流電源。在步驟S1190中,依據直流電源與三相電壓訊號,以產生馬達驅動訊號。藉此,可使馬達可以最小銅損之效能進行運轉。
本發明之實施例的永磁同步馬達驅動方法與裝置,藉由取得線電流訊號(馬達的線電流),以計算出實功率訊號與虛功率訊號。接著,依據預設角速度訊號與實功率訊號,以取得相位訊號,並依據預設角速度訊號、實功率訊號與虛功率訊號,以取得電壓訊號。之後,藉由相位訊號與電壓訊號,以產生馬達的驅動訊號來驅動馬達運作。如此一來,使馬達可以最小銅損的效率進行運轉,以增加馬達的運作效率。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習相像技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
100...馬達驅動系統
110...永磁同步馬達驅動裝置
111...類比數位轉換單元
112...第一功率計算單元
113...速度設定單元
114...相位計算單元
115...電壓計算單元
116...驅動訊號產生單元
120...電流感測單元
130...供電單元
140...驅動單元
150...馬達
210...高通濾波單元
220、327...控制單元
230、326‧‧‧減法單元
240‧‧‧積分單元
310‧‧‧基準電壓計算單元
311、312‧‧‧乘法單元
313、330‧‧‧加法單元
320‧‧‧補償電壓計算單元
321、322‧‧‧低通濾波單元
323‧‧‧轉矩計算單元
324‧‧‧電流計算單元
325‧‧‧第二功率計算單元
S1~S8‧‧‧曲線
P‧‧‧實功率訊號
q‧‧‧第一虛功率訊號
‧‧‧第二虛功率訊號
ω e ‧‧‧預設角速度訊號
θ e ‧‧‧相位訊號
Vm ‧‧‧電壓訊號
p’‧‧‧高通濾波後的實功率訊號
d ω e ‧‧‧比例訊號
‧‧‧角速度訊號
I S ‧‧‧線電流訊號
R S ‧‧‧馬達相繞組電阻
λ PM ‧‧‧永久磁鐵磁通量
‧‧‧基準電壓訊號
p”‧‧‧低通濾波後的實功率訊號
q’‧‧‧濾波後的第一虛功率訊號
‧‧‧補償電壓訊號
第1圖係為本發明之馬達驅動系統的方塊圖。
第2圖係為本發明之相位計算單元的示意圖。
第3圖係為本發明之電壓計算單元的示意圖。
第4圖係為以固定電壓/頻率控制法控制馬達變換負載時之電壓、電流與虛功率的波形圖。
第5圖係為以本發明之永磁同步馬達驅動裝置控制馬達變換負載時之電壓、電流與虛功率的波形圖。
第6圖係為本發明之永磁同步馬達驅動方法的流程圖。
第7圖係為第6圖之步驟S640的子步驟流程圖。
第8圖係為第6圖之步驟S650的子步驟流程圖。
第9圖係為第8圖之步驟S810的子步驟流程圖。
第10圖係為第8圖之步驟S820的子步驟流程圖。
第11圖係為本發明之另一永磁同步馬達驅動方法的流程圖。

Claims (13)

  1. 一種永磁同步馬達驅動方法,其包含下列步驟:接收一線電流訊號,並對該線電流訊號進行類比數位轉換,藉以產生一數位線電流訊號;依據該數位線電流訊號與一數位線電壓訊號,藉以產生一實功率訊號與一第一虛功率訊號;接收一預設角速度訊號;依據該預設角速度訊號與該實功率訊號,藉以產生一相位訊號;依據該預設角速度訊號、該實功率訊號與該第一虛功率訊號,藉以產生一電壓訊號;以及依據該電壓訊號與該相位訊號,藉以產生一三相電壓訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之永磁同步馬達驅動方法,其中,依據該預設角速度訊號與該實功率訊號,藉以產生該相位訊號的步驟包含有:對該實功率訊號進行高通濾波,藉以產生高通濾波後的該實功率訊號;對高通濾波後的該實功率訊號進行控制運算,藉以產生一比例訊號;將該預設角速度訊號與該比例訊號進行減法運算,藉以產生一角速度訊號;以及 對該角速度訊號進行積分運算,藉以產生該相位訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之永磁同步馬達驅動方法,其中,依據該預設角速度訊號、該實功率訊號與該第一虛功率訊號,藉以產生該電壓訊號的步驟包含有:依據該預設角速度訊號、該線電流訊號、一馬達相繞組電阻與一永久磁鐵磁通量,藉以產生一基準電壓訊號;依據該預設角速度訊號、該實功率訊號與該第一虛功率訊號,藉以產生一補償電壓訊號;以及將該基準電壓訊號與該補償電壓訊號進行加法運算,藉以產生該電壓訊號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之永磁同步馬達驅動方法,其中,依據該預設角速度訊號、該線電流訊號、該馬達相繞組電阻與該永久磁鐵磁通量,藉以產生該基準電壓訊號的步驟包含有:對該線電流訊號與該馬達相繞組電阻進行乘法運算,藉以產生一第一訊號;對該預設角速度訊號與該永久磁鐵磁通量進行乘法運算,藉以產生一第二訊號;以及對該第一訊號與該第二訊號進行加法運算,藉以產生該基準電壓訊號。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之永磁同步馬達驅動方法,其中,依據該預設角速度訊號、該實功率訊號與該第一虛功率訊號,藉以產生該補償電壓訊號的步驟包含有:對該實功率訊號進行低通濾波,藉以產生低通濾波後的該實功率訊號;依據該預設角速度訊號與低通濾波後的該實功率訊號,藉以產生一轉矩訊號;依據該轉矩訊號,藉以產生一直軸電流訊號與一交軸電流訊號;依據該直軸電流訊號與該交軸電流訊號,藉以產生一第二虛功率訊號;對該第一虛功率訊號進行低通濾波,藉以產生濾波後的該第一虛功率訊號;對該第二虛功率訊號與濾波後的該第一虛功率訊號進行減法運算,藉以產生一減法訊號;以及對該減法訊號進行控制運算,以產生該補償電壓訊號。
  6. 如申請專利範圍第1、2、3、4或5項所述之永磁同步馬達驅動方法,其更包含有下列步驟:感測一馬達的一線電流,藉以產生該線電流訊號;提供一直流電源;以及依據該直流電源與該三相電壓訊號,藉以產生一馬達驅動訊號。
  7. 一種永磁同步馬達驅動裝置,其包含有:一類比數位轉換單元,用以接收一線電流訊號,並對該線電流訊號進行一類比數位轉換,藉以產生一數位線電流訊號;一第一功率計算單元,耦接該類比數位轉換單元,用以接收該數位線電流訊號,並依據該數位線電流訊號與一數位線電壓訊號,藉以產生一實功率訊號與一第一虛功率訊號;一速度設定單元,用以產生一預設角速度訊號;一相位計算單元,耦接該速度設定單元與該第一功率計算單元,用以接收並依據該預設角速度訊號與該實功率訊號,藉以產生一相位訊號;一電壓計算單元,耦接該速度設定單元與該第一功率計算單元,用以接收並依據該預設角速度訊號、該實功率訊號與該第一虛功率訊號,藉以產生一電壓訊號;以及一驅動訊號產生單元,耦接該電壓計算單元、該相位計算單元與該第一功率計算單元,用以接收並依據該電壓訊號與該相位訊號,藉以產生一三相電壓訊號,並產生該數位線電壓訊號。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之永磁同步馬達驅動裝置,其中,該相位計算單元包含有:一高通濾波單元,用以接收該實功率訊號,並對該實功率訊號進行高通濾波,藉以產生高通濾波後的該實功率訊號;一第一控制單元,耦接該高通濾波單元,用以接收高通濾波後的該實功率訊號,並對高通濾波後的該實功率訊號進行控制運算,藉以產生一比例訊號;一第一減法單元,耦接該第一控制單元,用以接收該預設角速度訊號與該比例訊號,並將該預設角速度訊號與該比例訊號進行減法運算,藉以產生一角速度訊號;以及一積分單元,耦接該第一減法單元,用以接收該角速度訊號,並對該角速度訊號進行積分運算,藉以產生該相位訊號。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之永磁同步馬達驅動裝置,其中,該電壓計算單元包含有:一基準電壓計算單元,用以接收該預設角速度訊號,並依據該預設角速度訊號、該線電流訊號、一馬達相繞組電阻與一永久磁鐵磁通量,藉以產生一基準電壓訊號;一補償電壓計算單元,用以接收並依據該預設角速度訊號、該實功率訊號與該第一虛功率訊號,藉以產生一補償電壓訊號;以及一第一加法單元,耦接該基準電壓計算單元與該補償電壓計算單元,用以接收該基準電壓訊號與該補償電壓訊號,並將該基準電壓訊號與該補償電壓訊號進行加法運算,藉以產生該電壓訊號。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之永磁同步馬達驅動裝置,其中,該基準電壓計算單元包含有:一第一乘法單元,用以接收該線電流訊號與該馬達繞組電阻,並對該線電流訊號與馬達相繞組電阻進行乘法運算,藉以產生一第一訊號;一第二乘法單元,用以接收該預設角速度訊號與該永久磁鐵磁通量,並對該預設角速度訊號與該永久磁鐵磁通量進行乘法運算,藉以產生一第二訊號;以及一第二加法單元,耦接該第一乘法單元與該第二乘法單元,用以接收該第一訊號與該第二訊號,並對該第一訊號與該第二訊號進行加法運算,藉以產生該基準電壓訊號。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之永磁同步馬達驅動裝置,其中,該補償電壓計算單元包含有:一第一低通濾波單元,用以接收該實功率訊號,並對該實功率訊號進行低通濾波,藉以產生低通濾波後的該實功率訊號;一轉矩計算單元,耦接該第一低通濾波單元,用以接收並依據該預設角速度訊號與低通濾波後的該實功率訊號,藉以產生一轉矩訊號;一電流計算單元,耦接該轉矩計算單元,用以接收並依據該轉矩訊號,藉以產生一直軸電流訊號與一交軸電流訊號;一第二功率計算單元,耦接該電流計算單元,用以接收並依據該直軸電流訊號與該交軸電流訊號,藉以產生一第二虛功率訊號;一第二低通濾波單元,用以接收該第一虛功率訊號,並對該第一虛功率訊號進行低通濾波,藉以產生濾波後的該第一虛功率訊號;一減法單元,耦接該第二功率計算單元與該第二低通濾波單元,用以接收該第二虛功率訊號與濾波後的該第一虛功率訊號,並對該第二虛功率訊號與濾波後的該第一虛功率訊號進行減法運算,藉以產生一減法訊號;以及一第二控制單元,耦接該減法單元,用以接收該減法訊號,並對該減法訊號進行控制運算,藉以產生該補償電壓訊號。
  12. 如申請專利範圍第7、8、9、10或11項所述之永磁同步馬達驅動裝置,其更包含有:一電流感測單元,用以感測一馬達的一線電流,以產生該線電流訊號;一供電單元,用以提供一直流電源;以及一驅動單元,耦接該供電單元與該驅動單元,用以接收該直流電源與該三相電壓訊號,藉以產生一馬達驅動訊號。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之永磁同步馬達驅動裝置,其中,該馬達包含有一內嵌式永磁同步馬達或一表面黏著式永磁同步馬達。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9000699B2 (en) * 2011-11-10 2015-04-07 Whirlpool Corporation Determination of magnetic flux and temperature of permanent magnets in washing machine motor
GB201315497D0 (en) * 2013-08-30 2013-10-16 Microgen Engine Corp Holding Bv Regulation of electrical generator output
GB2530293B (en) * 2014-09-17 2017-08-02 Nidec Control Techniques Ltd Method of controlling a power output of an inverter drive
US9780711B2 (en) 2015-02-03 2017-10-03 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. Method and system for controlling an angualr speed of an induction motor
US9985563B2 (en) 2016-01-11 2018-05-29 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. Method and system for controlling angular speeds of motors in speed sensorless induction motors
US10840825B2 (en) 2017-10-26 2020-11-17 Industrial Technology Research Institute Voltage balance control method and device for three-phase DC-AC inverter
CN110768601B (zh) * 2019-10-28 2021-04-06 中山大洋电机股份有限公司 基于mtpa无参数无位置传感的永磁同步电机控制方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3746334B2 (ja) * 1996-08-22 2006-02-15 トヨタ自動車株式会社 永久磁石型同期モータの駆動制御装置及び方法
US6462491B1 (en) * 1999-01-27 2002-10-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Position sensorless motor control apparatus
US6307275B1 (en) 2000-01-31 2001-10-23 Ford Global Technologies, Inc. Method and apparatus for controlling a high-speed AC permanent magnet synchronous motor coupled to an industrial turbo engine
ATE332038T1 (de) 2002-01-17 2006-07-15 Inst Of Electronics And Comp S Verfahren und gerät zur aliasunterdrückenden digitalisierung von hochfrequenzanalogsignalen
US6703809B2 (en) 2002-03-05 2004-03-09 Rockwell Automation Technologies, Inc. Flux position identifier using high frequency injection with the presence of a rich harmonic spectrum in a responding signal
JP3972124B2 (ja) 2002-07-10 2007-09-05 株式会社日立製作所 同期電動機の速度制御装置
JP3928575B2 (ja) 2003-04-07 2007-06-13 日産自動車株式会社 モーター制御装置
US7304452B2 (en) * 2005-03-11 2007-12-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Motor control device
JP4674516B2 (ja) 2005-09-27 2011-04-20 株式会社デンソー 同期モータの磁極位置推定方法
TWI315602B (en) 2006-04-07 2009-10-01 Ming Tsan Lin A current controlled inverter switching method for three phase ac permanent magnet synchronous motors and synchronous reluctance motors
TW200631300A (en) 2006-05-12 2006-09-01 Univ Lunghwa Sci & Technology Control method for senseless permanent magnet synchronous motor
JP5034888B2 (ja) 2007-11-15 2012-09-26 株式会社明電舎 同期電動機のV/f制御装置
JP2009124871A (ja) 2007-11-15 2009-06-04 Meidensha Corp 同期電動機のV/f制御装置
JP5130876B2 (ja) 2007-11-15 2013-01-30 株式会社明電舎 永久磁石同期電動機のV/f制御装置
JP2009124869A (ja) 2007-11-15 2009-06-04 Meidensha Corp 同期電動機のV/f制御装置
DE102008062515A1 (de) * 2007-12-21 2009-06-25 Denso Corporation, Kariya Vorrichtung zum Steuern eines Drehmoments einer elektrischen Drehmaschine
US8030788B2 (en) 2008-12-31 2011-10-04 General Electric Company Method and systems for an engine starter/generator
JP5471255B2 (ja) * 2009-09-30 2014-04-16 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 電動機駆動装置の制御装置
JP2011188633A (ja) 2010-03-09 2011-09-22 Denso Corp モータ制御方法、モータ制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置

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US8618756B2 (en) 2013-12-31
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