兩相永磁同步馬達磁路分析及驅動應用於磁浮血液泵

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石宇軒(SHI,YU-XUAN) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

兩相永磁同步馬達磁路分析及驅動應用於磁浮血液泵

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摘要(中)

本論文之受控體為血液泵，而血液泵內含有磁浮與馬達兩大系統。本論文主要對於血液泵內的兩相永磁同步馬達進行有限元素分析，運用Maxwell對於馬達進行二維與三維之磁路分析，得出二維與三維分析的感應電動勢，再與實際量測之感應電動勢進行比較，驗證模擬的準確性。
在另一方面為兩相馬達驅動，本論文採用電流放大器作為電源，由於電流放大器只能對線圈輸出單相電流，故搭配自行設計之換相板進行換相，且加入磁場導向控制，使血液泵能成功運轉。

摘要(英)

The controlled body of this paper is a blood pump, and it contains two systems, “Magnetic Bearing System” and “Motor System”. In this thesis, the finite element analysis of the two-phase permanent magnet synchronous motor in the blood pump is carried out. Using the software, ANSYS Maxwell, to finish the magnetic circuit analysis of the motor on two dimension and three dimension. And then the induced electromotive force is obtained on each 2-D and 3-D analysis. It is compared with that by the actual measurement to verify the accuracy of the simulation.
In this thesis, a current amplifier is used as the power supply for a two-phase motor drive system. Since the current amplifier can only output a single-phase current to the coil, it changes phase by adding a self-designed phase converter board. The field-oriented control can make the blood pump run successfully.

關鍵字(中)

★ Maxwell
★ 兩相永磁同步馬達

關鍵字(英)

★ Maxwell
★ Two-phase permanent magnet synchronous motor

論文目次

目錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
目錄 iii
圖目錄 vii
表目錄 xiii
符號說明 xiv
第一章緒論 1
1-1 研究背景與動機 1
1-2 文獻回顧 2
1-3 論文大綱 3
第二章血液泵機構及周邊硬體介紹 4
2-1 兩相永磁同步馬達系統之硬體架構概述 4
2-2 血液泵機構系統介紹 5
2-3 馬達控制系統之硬體電路及元件介紹 6
2-4 馬達驅動系統之硬體電路及元件介紹 7
2-4-1 馬達驅動器模組 8
2-4-2 電流感測器 8
2-4-3 光耦合器 9
2-4-4 硬體架構圖 10
2-5 馬達驅動系統換相板之硬體電路及元件介紹 12
2-5-1 電流放大器 13
2-5-2 半橋電路 14
2-5-3 MOSFET 15
2-5-4 硬體架構圖 15
第三章永磁同步馬達控制 17
3-1 永磁同步馬達簡介 17
3-2 座標轉換 18
3-3 控制器設計 20
3-3-1 比例積分控制 20
3-3-2速度迴路 21
3-4 控制架構圖 23
第四章模擬方法與模型建立 24
4-1 模擬說明 24
4-1-1 馬達型號及參數 24
4-1-2 整體流程 25
4-2 ANSYS Maxwell二維磁路模擬分析流程 25
4-2-2 二維暫態分析設定 34
4-3 ANSYS Maxwell三維磁路模擬分析流程 38
4-3-1三維靜磁分析設定 38
4-3-2 三維暫態分析設定 44
第五章模擬與實驗結果 50
5-1 Maxwell 2D暫態分析結果 50
5-1-1 二維分析運轉於1000rpm感應電動勢波形 50
5-1-2 二維分析運轉於2000rpm感應電動勢波形 50
5-1-3 二維分析運轉於3000rpm感應電動勢波形 51
5-1-4 二維分析運轉於4000rpm感應電動勢波形 51
5-1-5 二維分析運轉於5000rpm感應電動勢波形 52
5-1-6 二維分析Cogging Torque波形 52
5-2 Maxwell 3D暫態分析結果 53
5-2-1 三維分析運轉於1000rpm感應電動勢波形 53
5-2-2 三維分析運轉於2000rpm感應電動勢波形 53
5-2-3 三維分析運轉於3000rpm感應電動勢波形 54
5-2-4 三維分析運轉於4000rpm感應電動勢波形 54
5-2-5 三維分析運轉於5000rpm感應電動勢波形 55
5-3 實際量測結果與模擬比較 56
5-3-1實際運轉於1000rpm感應電動勢波形 56
5-3-2 實際運轉於3000rpm感應電動勢波形 56
5-4 數位訊號處理器之程式流程規劃 58
5-5實驗結果 60
5-5-1 實際運轉於500rpm 61
5-5-2 實際運轉於1000rpm 61
5-5-3 實際運轉於1500rpm 62
5-5-4 實際運轉於2000rpm 62
5-5-5 實際運轉於2500rpm 63
5-5-6 實際運轉於3000rpm 63
5-5-7 實際運轉於3500rpm 64
5-5-8 實際各轉速之頻譜分析 64
第六章結論與未來展望 66
6-1 結論 66
6-2 未來展望 66
參考文獻 67

參考文獻

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[11] 張佑毓，“初始位置估測與高頻注入法啟動應用於內藏式永磁同步馬達無感測器驅動”，國立中央大學，碩士論文，民國105年。
[12] 廖奕鈞，”以反電動勢估測法應用於表面貼磁式永磁同步馬達無感測器驅動” ，國立中央大學，碩士論文，民國105年。

指導教授

董必正(Tung, Pi-Cheng)

審核日期

2018-8-22

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