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█    開關式磁阻馬達之運轉原理及Simulink動態模擬
[ 本篇摘要 ]

開關式磁阻馬達之轉子及定子由矽鋼片構成,結構簡單;定子為集中式繞線,相較於感應馬達或永磁馬達其製造成本較低。馬達在換相時無需使用換相片及碳刷,故無火花產生爆炸問題,又因為未使用永磁材料、結構堅固,可承受高溫及高速運轉。此外,開關式磁阻馬達另一優點為單相線圈故障時仍能運轉,在操作安全性(Fail-Safe)方面相當高。綜合上述,開關式磁阻馬達具有低製造成本、高轉速、可在惡劣環境下運轉的優點。然而其雙凸極結構所造成的轉矩漣波使運轉時產生振動與噪音,這也是此馬達在產業運用上最大的阻礙[1-2]。

開關式磁阻馬達是利用磁阻變化以產生轉矩,所以轉子並無銅損,因此若激磁角度適當,其效率和同樣功率的無刷直流馬達(Brushless DC motor)相當接近。轉矩漣波可透過激磁角度調變或相重疊激磁(Phase overlap)方法來降低,不過,僅利用激磁角度控制並無法同時維持高效率及低轉矩漣波運轉,必需加入電流控制才行。因為馬達運轉時是依旋轉方向採各相之順序激磁,每相導通的時間有限,因此在高速時,除非調高電流控制之頻率否則必須轉為單脈波電壓控制。整體而言,欲降低轉矩漣波並維持高效率運轉,必需結合激磁角度調整、電流控制、相重疊激磁等方法才能達成[3]。本論文介紹開關式磁阻馬達的運轉原理,並說明建立Matlab/Simulink模擬控制系統的方法,讓使用者可以迅速得知馬達驅動系統的暫態及動態響應與激磁角度之間的關係。

二、運轉原理

圖1為一個典型6/4三相開關式磁阻馬達的結構,亦即定子6極、轉子4極,每個定子極有1組線圈,兩個面對面的定子極構成一相繞組。開關式磁阻馬達有很大的凸極效應,所以磁阻隨著轉子位置而有很大的變化,故有時亦稱為雙凸極馬達(Doubly saliency motor)或可變磁阻馬達(Variable reluctance motor)。馬達的結構和步進馬達(Stepper motor)類似,只不過極數較少,然而控制方法和步進馬達的控制方法卻有相當大的差異。步進馬達一般以開迴路運作,但開關式磁阻馬達運轉時,則需要轉子位置訊號回授以作換相(Commutation)動作。由於有位置回授,故不論在何轉速馬達產生的轉矩總是可以依負載的大小而調整,所以動態性能較易控制,也較步進馬達穩定。












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