想討論交流馬達的向量控制,可以藉由串激式直流馬達控制來說明。
詳細串激式直流馬達控制可以參考 https://www.sphs.hc.edu.tw/ischool/public/resource_view/open.php?file=c65119b4fcd8c3f99a5b5fd9f479998d.pdf
如下圖
該馬達所產生的:
電磁轉矩是與電梳電流I成正比
馬達轉速與反電動式成正比
改變輸入電壓大小,可以改變電梳電流大小,進而控制馬達轉矩或轉速。
所以直流馬達的控制算是相當簡單。
與直流馬達相比,交流馬達的轉速控制就難許多。
以感應馬達為例,欲控制轉速,可以改變電源的頻率,但是若未經適當的控制,無法達到馬達所產生的轉矩與定子電流大小成正比,
因此交流馬達控制必須借助更深入的數學和控制技巧。
變數 | 直流馬達 | 交流馬達 |
輸入 | 直流電壓(只需改變其大小) | 三相交流電壓(需改變其大小和頻率) |
轉矩 |
轉矩和電梳電流成正比 控制輸入電壓大小,就可以改變電疏電流大小,且轉矩和電流正比關係 |
轉矩是三相電流的函數,無正比關係。故改變輸入電壓大小,雖可改變電流大小,但轉矩和電流無正比關係 |
如果要使交流馬達轉矩與定子電流有線性比例關係,只能把三相系統的座標轉到兩相系統座標討論。(物理上就是把三相線圈改成兩相正交的線圈來討論)
就是我們俗稱的Park、Clake轉換
現在考慮三相感應馬達轉動的原理;輸入到三相定子測的電壓可以合成一個等效的合成電壓向量,
它的旋轉角速度等於輸入電源的角頻率,此時透過座標轉換的技巧,可以將電流向量映射到兩軸旋轉座標中,
如果此時兩軸座標也同樣的角速度旋轉,則在此的座標中電流向量可視為是靜止的;換言之,電流向量在此座標中是直流量。
既然在旋轉的兩軸中電流是直流量,則馬達轉矩是否會與電流成正比關係??
沒錯,在旋轉的兩軸中馬達轉矩會與電流成正比,但是需要滿足一下條件
一. 馬達的轉子磁通必須與d軸重合
二. 而且電流向量的d軸必須為定值(感應馬達d軸為定值,永磁同步為0)