馬達｜基礎篇

三相無刷馬達 三相全波無刷馬達的驅動：超前角控制

2025.02.07

重點

・在三相全波無刷馬達的驅動的超前角控制中，當磁鐵磁場的相位比線圈磁場的相位滯後90 度時，可以獲得馬達的最大轉矩。

・在三相全波無刷馬達的驅動的超前角控制中，當相感應電壓的相位與相電流的相位相同時，即滿足上述條件，從而可獲得最大轉矩。

・在三相全波無刷馬達的驅動的超前角控制中，如果在與相感應電壓相同的相位外加電壓，則相電流會出現相位滯後並產生負轉矩。

・三相全波無刷馬達的驅動的超前角控制，是一種透過使相外加電壓的相位超前，以使相電流的相位與相感應電壓的相位匹配的方法。

在上一篇“三相全波無刷馬達的正弦波通電PWM驅動”的介紹中，提到了“超前角控制”這個概念。本文將介紹“超前角控制”具體在三相全波無刷馬達中是指怎樣的控制。

三相全波無刷馬達的驅動：超前角控制

當磁鐵（轉子）磁場的相位比線圈（繞組）磁場的相位滯後90 度時，可以獲得馬達的最大轉矩。由於相感應電壓的相位相對於磁鐵（轉子）磁場超前90度，相電流與線圈磁場相位相同，因此在相感應電壓與相電流的相位相同的條件下，可以獲得最大轉矩。

然而，如下圖所示，當按照與相感應電壓相同的相位施加電壓（紅色），以期相電流（黃色）與相感應電壓（藍色）的相位相同時，受繞組的電感分量影響，相電流（黃色）會產生相位滯後（紅色箭頭）。相轉矩是相感應電壓和相電流之積，但相乘後的值會有負值部分（下圖左側波形中灰色帶所示期間），在這種負值期間會變為負轉矩，效率會下降。

無超前角單相波形,有超前角單相波形

為了改善這種問題並提高效率，可以採取一些校正方法，比如透過使相施加電壓的相位超前來使相電流的相位超前，透過使相感應電壓的相位與相電流的相位匹配（上圖右側綠色箭頭），來消除負轉矩期間。這就是“超前角控制”，這種相施加電壓的相位超前角度稱為“超前角值”。

理想的超前角值會因馬達的特性、轉速和負載轉矩（電流值）而變化，因此需要根據使用狀態來設置為適當的值。使用馬達驅動器進行超前角控制的主要方法如下：

  • ・固定
  • ・檢測相電流的相位，並與轉子位置訊號的相位進行比較並使之匹配
  • ・根據轉速變化
  • ・根據轉矩指令值變化

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三相全波無刷馬達的驅動：超前角控制
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