交流伺服馬達驅動器之製作

1. 交流伺服馬達驅動器之製作 指導老師：林志鴻 博士 班 級： 四技電四甲 學生姓名： 葉信宏（9221118） 　　　　　 林展如（9221116） 日 期: 九十六年五月

2. 一、摘要 • 本專題研究目的是製作交流伺服馬達的驅動系統。首先以IsSpice軟體先行模擬交流伺服馬達完整之控制驅動電路，以方便瞭解在各個電路上的輸出模擬結果，然後再以實際電路板製作出完整的控制驅動電路，最後將實作部份的輸出結果是否與模擬的結果有互相匹配，以確認接上交流同步馬達可以操作在一般之運轉情形，並提供一般同步伺服馬達的長範圍速度控制之持續運轉能力。

3. 二、研究目的: • 由於永磁同步馬達因為轉子為磁性材料，轉動慣量較感應馬達來的低，所以相同的負載下其響應速度較快；又因為永磁同步馬達轉子不需要激磁電流，無轉子損失，所以永磁同步馬達具有高較高效率、沒有溫升問題、具有強健性、價格低、高速持續運轉能力及控制較感應馬達容易等優點；同步伺服馬達已成為自動化工業伺服驅動的主流，所以我們選擇同步伺服馬達作為專題研究學習的主題。

4. 圖1 永磁式交流伺服馬達控制方塊圖

5. 三、同步伺服馬達驅動系統之硬體架構與電路 圖2 交流伺服馬達驅動系統架構

6. 圖3 驅動電路實體圖

7. 四、正弦波脈寬調變PWM • 正弦波PWM是目前工業界較常用的一種PWM技術。利用正弦控制波與三角波(carrier wave)互相比較，以兩波形相交的點決定電力開關切換的時機。三角波的頻率稱載波頻率fs；正弦控制波的頻率f1是用來調變切換工作比(switching duty ratio)，所以也稱為調變頻率。

8. 圖4 PWM驅動電路圖(含PI控制電路、三角波產生器及比較器)

9. 圖5 正弦波調變方式

10. 圖6 三相PWM 所產生之不等寬脈波

11. 圖7 A相PWM波形

12. 五、互鎖電路 • 如圖8互鎖電路的作用在於功率晶體切換的過程中，在觸發信號插入緩衝時間，以免在切換時發生短路的現象。閘極驅動器依開關觸發信號提供適當電位驅動功率晶體的閘極。

13. 圖8互鎖電路圖

14. 圖9 互鎖電路之TA+及TA-波形

15. 六、過電流保護電路 • 除了IGBT的耐電流性能提昇之外，其過電保護電路更是關鍵，因我們無法擔保使用者不會有人為疏失、或因元件的老化所造成誤動作，且過電流保護電路需能與IGBT的耐電流特性匹配，應耐電流響應需比IGBT的短路承受電流快，才能達到保護之目的 。

16. 圖10 過電流保護電路圖

17. 七、霍爾感測電路 • 以霍爾效應為基礎的感應器，可提供一個與磁通量密度成正比的電壓。 圖11 霍爾感測器電路

18. 八、隔離驅動電路 圖12 隔離驅動電路

19. 圖13 量測隔離電路產生驅動IGBT之輸出波形

20. 九、實測波形 圖14 量測馬達端輸出之電壓波形

21. 十、交流伺服馬達 圖15 交流伺服馬達實體照片圖

22. 十一、量測設備 圖16 量測儀器及控制電腦照片圖