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結合主動式濾波器及三相單開關升壓切換式整流器供電之開關式磁阻馬達驅動系統

摘要"

本文旨在開發一由主動式濾波器輔助三相單開關不連續電流升壓型切換式整流器供電之開關式磁阻馬達驅動系統。於相同之開關式磁阻馬達雙向操控功能下,所開發切換式整流器(Switch-mode rectifier, SMR)前級所用之功率開關額定比標準全橋切換式整流器者小。於所開發之切換式整流器前級組成中,三相單開關不連續電流升壓型切換式整流器之低入電電力品質與單向功率潮流限制,由並接之主動式濾波器彌補之。所建開關式磁阻馬達驅動系統,除具功因改善與再生煞車能力外,可升壓及調控良好之直流鏈電壓,於高速與高載下獲得良好之馬達驅控特性。

關鍵詞:開關式磁阻馬達、切換式整流器、主動式電力濾波器、功因校正、再生煞車、換相移位

簡介

開關式磁阻馬達(Switched-reluctance motor, SRM) [1,2] 之定子繞組為單激勵集中繞,轉子不具永久磁鐵與線圈。簡單堅實之結構使其適用於高速、高溫與高濕之嚴苛環境。此外高轉矩產生能力與無頓矩,更使得開關式磁阻馬達具有高發展及應用潛力。
然而開關式磁阻馬達也有些缺點,如:(1)雙凸極結構,使其具較大之轉矩漣波與機械振動;(2)馬達之反電動勢效應與非線性線圈電感特性,使得驅控較為不易;及(3)市售馬達及轉換器功率模組較不易取得。為建立一高性能之SRM驅動系統,需先選用適當之轉換器 [1,2]。於所建構之開關式磁阻馬達驅動系統,為得較佳之驅控與再生煞車操控特性,採用彈性最大之標準非對稱橋式轉換器。 
影響開關式磁阻馬達驅動系統驅控性能之關鍵因素有:(1)線圈電流控制 [3,6];(2)速度控制 [7,10];(3)換相時刻之設定及適當移位 [11-14]:換相時刻前移具等值弱磁效應,可增進電流響應;(4) 升壓控制 [15]:於較高速與高載下,換相時刻之等值弱磁功效有限,需藉升壓進一步降低馬達反電動勢之影響。開關式磁阻馬達可將激磁時機移至線圈電感之負斜率區以操作於發電機模式而行再生煞車 [15]。然而,為成功達成再生煞車能量回送電網,後級馬達驅動器與前級交流/直流轉換器均需適當設定及控制。
對以市電供電之馬達驅動系統,為同時達到良好入電電力品質及馬達驅動性能,其前級交流/直流轉換器可採切換式整流器。而欲行再生煞車,需採雙向功率潮流之切換式整流器。常用三相切換式整流器可參考資料[16-19],其中三相單開關(Three-phase single-switch, 3P1SW)不連續電流升壓型切換式整流器最簡單,但其電力品質調控能力較差且僅具單向功率潮流。所建之馬達驅動系統,三相單開關SMR輔以一主動式電力濾波器 [20,21],以解決上述問題。所採用之主動式電力濾波器輔助3P1SW SMR,相較於標準三相六開關全橋式切換式整流器,於保有相同功能下,採用之功率半導體元件額定較小。
本文開發一由主動式濾波器輔助三相單開關不連續電流升壓型切換式整流器供電之開關式磁阻馬達驅動系統。具良好之馬達驅控特性,含正反轉與再生煞車。同時保有功因校正功能,而所建升壓之直流鏈,可提升開關式磁阻馬達操作於高速高載下之性能。...更多內容,請見《機謝新刊》雜誌

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