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系統識別號 U0002-2407200610175400
中文論文名稱 軸流式開關磁阻馬達泵之無轉軸位置感測器控制
英文論文名稱 Sensorless Control of a Switched Reluctance Motor-Pump
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 94
學期 2
出版年 95
研究生中文姓名 陳智豪
研究生英文姓名 Chih-hao Chen
學號 693340597
學位類別 碩士
語文別 中文
第二語文別 英文
口試日期 2006-07-20
論文頁數 79頁
口試委員 指導教授-楊勝明
委員-謝劍書
委員-黃明熙
中文關鍵字 開關式磁阻馬達  軸流式泵  無位置感測器控制 
英文關鍵字 Switched reluctance motor  Axial flow pump  Position Sensorless control 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 因為開關式磁阻馬達之轉子為凸極結構,若將轉子扭轉一角度則其形狀會與軸流式泵之葉片形狀極為接近,因此本文的目的即在探討此馬達與泵結合之構想的可行性。為了維持原開關式磁阻馬達的功能,定子與轉子極必需扭轉相同角度,此角度經計算以達到所需的流量,轉子形狀亦經特別設計以增加流體可通過的空間。又因流體需流經轉子,所以馬達轉軸不能有位置感測器,因此必須使用無位置感測器控制使馬達轉動。除了理論與模擬分析外,本文亦提供實驗結果以驗證馬達泵及控制系統的性能。
英文摘要 Due to its salient rotor structure, switched reluctance motor resembles axial flow pump when the rotor poles are skewed. The purpose of this research is to investigate the feasibility of such a switched reluctance motor-pump. In order to preserve the functions of a switched reluctance motor, both the stator and the rotor poles are skewed with the same angle, and the angle is determined from the desired flow-rate. Also, the shape of the rotor is redesigned in order for larger fluid flow. Since the fluid must pass through the rotor, the motor can not have any shaft position sensor. Therefore, a shaft position sensorless control strategy must be used for motor control. In addition to the theoretical and simulation analysis, experiments were also performed to verify the proposed motor-pump and the control strategy.
論文目次 目錄
中文摘要………………………………………………………………………..I
英文摘要………………………………………………………………………II
目錄…………………………………………………………………………...III
圖目錄…………………………………………………………………………V
表目錄………………………………………………………………………Ⅸ
符號說明…………………………………………………………………....Ⅹ
第一章 緒論…………………………………………………………………...1
1.1 研究背景與目的………………………………………………………...1
1.2文獻回顧………………………………………………………………...4
1.3 論文大綱……………………………………………………………….11
第二章 開關式磁阻馬達設計……….....……………………………………12
2.1 軸流泵參數設計……………………………………………………….13
2.2 開關式磁阻馬達設計………………………………………………….17
2.3 性能分析……………………………………………………………….24
2.4 轉子形狀設計………………………………………………………….27
第三章 驅動系統與馬達製作………………………………………………33
3.1 驅動器電路設計………………………………………………………33
3.2 控制系統……………………………………………………………….35
3.3 馬達製作……………………………………………………………….38
3.4 馬達參數量測………………………………………………………….42
第四章 無轉軸位置感測器控制…………………………………………….45
4.1 主要無感測器控制法則介紹………………………………………….45
4.2 無轉軸位置感測器控制……………………………………………….49
4.3 速度估測……………………………………………………………….52
4.4啟動方法……………………………………………………………….53
第五章 實驗結果與分析………….…………………………………………55
5.1 實驗系統介紹………………………………………………………….55
5.2 有位置感測器之實驗結果…………………………………………….58
5.3無位置感測器之實驗結果…………………………………………….60
5.4 流量實驗……………………………………………………………….67
第六章 結論與未來展望…………………………………………………...70
6.1 結論…………………………………………………………………...70
6.2 未來工作……………………………………………………………...71
參考文獻…………………………………………………………………….72
附錄一 比速率與扇穀比圖………………………………..………...………76
附錄二 比速率與Ku線圖……………….……………………...……….…...77
附錄三 N.C.A.A翼型性能圖…………….………………...……………......78
作者簡介……………………………………………………………………79

圖目錄
圖1.1 典型的軸流式泵結構........................................……………………...2
圖1.2 典型的6/4三相開關式磁阻馬達結構圖..……………….…………5
圖1.3 定子、轉子角度與電感之關係圖(a)轉子與定子的角度關係圖,(b)轉子角度與電感變化圖…………..….…………….…………..8
圖1.4 典型6/4極開關式磁阻馬達之電感、電流與轉矩關係圖(a)電感與轉子位置關係圖,(b)產生正轉矩之三相激磁電流,(c)三相轉矩………………………….…………………………..……………9
圖1.5 文獻[14]提出之軸流式泵結構………………..……………………10
圖1.6 文獻[15]提出之齒輪泵結構……………………………..…………11
圖2.1 軸流式泵設計流程………………..…………..…………………….15
圖2.2 6/4極開關式磁阻馬達結構參數之定義(a)定子,(b)轉子…..19
圖2.3 開關式磁阻馬達設計流程圖……………………………………….21
圖2.4 電感與轉角之間的關係…………………..………………………...24
圖2.5 轉速為6000rpm,電流3A時的動態模擬結果(a)電流,(b)轉矩…………………………………………………………………….25
圖2.6 電流為3A時(a)效率與轉速,(b)轉矩與轉速關係圖……………26
圖2.7 修改前及已修改後之轉子形狀(a)原馬達轉子,(b)修改後之轉子…………………………………………………………………….27
圖2.8 轉子葉片改良流程圖……………………………………………….28
圖2.9 轉子凸極不削薄磁通密度圖……………………………………….29
圖2.10 轉子凸極削薄3度磁通密度圖……..…………...………………….29
圖2.11 轉子凸極削薄6度磁通密度圖..……………...…………………….29
圖2.12 轉子凸極削薄9度磁通密度圖……………………………………30
圖2.13 轉子凸極削薄12度磁通密度圖……………………………………30圖2.14 轉子凸極削薄15度磁通密度圖……………………………………30
圖2.15 轉子凸極削薄18度磁通密度圖……………………………………31圖2.16 轉子凸極削薄21度磁通密度圖……………………………………31
圖2.17 最後設計之轉子尺寸圖……………….……………………………32
圖2.18 最後設計的馬達之電感圖與轉角關係圖….………………………32
圖3.1 非對稱式半橋式電壓轉換器……………………………………….33
圖3.2 電壓轉換器切換模式(a)激磁模式,(b)零電壓模式,(c)去磁模式………………………………………………………………….35
圖3.3 電流控制驅動時開關式磁阻馬達控制系統的方塊圖…………….36
圖3.4 磁滯型電流控制驅動方塊圖………………………….……………37
圖3.5 磁滯型電流控制上下限…………………………………………...37
圖3.6 馬達泵各部主要尺寸圖…………………………..………………...38
圖3.7 馬達泵定子疊片(a)正常定子疊片,(b)凸極旋轉0.5°定子疊片……………………………………………………………………40
圖3.8 馬達泵定子未含線圈照片…………………..……………………...40
圖3.9 轉子照片…………………………………..………………………...41
圖3.10 實際測量之電感值……………………......………………………...43
圖3.11 馬達轉矩量測示意圖…………………….…………………………43
圖3.12 開關式磁阻馬達電流為3A時轉矩與速度之關係曲線……...……44
圖4.1 量測電流上升時間示意圖[28]…………………………………….46
圖4.2 量測感應電壓方塊圖[29]………………………………………….47
圖4.3 狀態觀測器示意圖[30]……………………………………………47
圖4.4 調頻轉換器量測示意圖[31]……………….………………………48
圖4.5 使用鎖相迴路偵測示意圖[33]……………………………………49
圖4.6 無轉軸位置感測器控制時之電壓與電流示意圖(a)電感,(b)激磁電壓與搜尋電壓,(c)電流……………………………………….50
圖4.7 單一搜尋電壓與搜尋電流示意圖….………………………………51
圖4.8 換相訊號示意圖…………………………………………………….52
圖4.9 啟動程式流程圖…………………………………………………….54
圖5.1 系統硬體連接示意圖……………………………………………….55
圖5.2 驅動電路照片.………………………………………………………56
圖5.3 整體機構照片……………………………………………………….56
圖5.4 程式流程圖………………………………………………………….57
圖5.5 轉速為8000rpm時有位置回授之無載運轉波形………………….58
圖5.6 由0加速至8000rpm有位置回授之無載運轉速度命令、編碼器速度與A、B兩相電流波形………..………………………………….59
圖5.7 6000rpm時有位置回授之全載運轉電流波形
圖………………………………………………………...…………..59
圖5.8 無位置感測器開迴路運轉於300rpm等速區時之速度命令、估測速度與電流命令波形圖………………………………………………61
圖5.9 無位置回授轉速由0加速到500rpm速度命令、估測速度、電流命令及A相電流波形圖……………………………………………….61
圖5.10 無位置感測器控制,無載下,1000rpm運轉時3相之電流波形圖…………………………………………………………………….63
圖5.11 無位置感測器控制,無載, 1000rpm運轉時之估測位置、編碼器位置及A、B兩相之電流波形…………………………………….63
圖5.12 位置補償角與轉速之關係圖……………………………………….64
圖5.13 位置角度已補償之無位置感測器控制,無載,1000rpm運轉時之估測位置、編碼器位置及A、B兩相之電流波形….……………….64
圖5.14 無位置感測器,無載,1000rpm運轉時之速度命令、估測速度、編碼器速度與A相電流波形………………………………….65
圖5.15 無位置感測器,無載,2000rpm運轉時之速度命令、編碼器速度、估測速度與A相電流波形….……………………………...……….66
圖5.16 估測速度錯誤波形圖……………………………………………….67
圖5.17 馬達泵實驗系統照片……………………………………………….68
圖5.18 轉速為2000rpm時,馬達泵之三相電流………………………….68
圖5.19 流量與轉速關係圖………………………………………………….69
圖5.20 揚程與轉速關係圖………………………………………………….69

表目錄
表2.1 軸流泵設計目標...........…........………………………………....…..12
表2.2 軸流泵輸出性能參數表…….…..…………………….…………..17
表2.3 馬達基本規格表…………….…..…………………….…………..17
表2.4 馬達結構參數表…………………..…………………….…………..20表2.5 馬達設計結果參數表……….…..…………………….…………..23
表3.1 凡立水性質…………….…………….……………………………39
表3.2 量測之電阻………….……………………………………………42
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論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2006-07-31公開。
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