電動車馬達使用了能夠對應轉速由低速到高速高效率控制的高階正弦波控制技術，這正是能夠兼具低油耗與長行走性能的技術。

本應用案例中，不單單介紹電動車馬達；也介紹在被廣泛運用在工業中被稱作高效率馬達的永久磁鐵同步馬達(PMSM)中，對於電動馬達進行向量控制(磁場導向控制)時非常重要的馬達參數測量方法。

透過使用HIOKI的功率計和馬達參數測量的PC軟體，即可準確且高效率的收集帶有驅動條件的馬達參數。

 

q軸電感與電感與ｄ軸電感的不同

馬達的轉子（rotor）與d軸、q軸的關係

 

Ld，Lq 的參數是甚麼?

馬達參數Ld與Lq，分別指的是與馬達旋轉磁場相關的d軸與q軸電感。這是進行永久磁鐵同步馬達(PMSM)或同步磁阻馬達(SynRM)向量控制時所需要的重要參數。

• d軸電感（Ld）：d軸與永久磁鐵的方向相同。Ld表示沿著指向磁鐵極中心軸線的馬達電感。
• p軸電感（Lq）：q軸則與d軸垂直。Lq表示是與產生扭力相關的電流成分方向上的馬達電感。

Ld與Lq基本差異受到永久磁鐵的配置與馬達構造的影響。並且，Ld與Lq會因為驅動電流增加，而造成電感值下降的電流依賴性。對於PMSM與其控制系統的開發者而言，正確且有效率的馬達控制是非常重要的目標。所以了解Ld與Lq兩個參數的電流依賴性也是不可或缺的步驟。

具有電流依賴性的d軸與q軸之電感範例

功率計適合測量Ld，Lq的理由

功率計不但能測量功率，還具備Ld與Lq測量所需的高精度感測與演算能力，比起其他測量手法可以更有效率地進行測量。

 

 

功率計 PW8001

 

使用功率計分析Ld、Lq時，需要正確感測驅動電流的大小與相位，並進行數值演算。為了能夠正確的測量，測量儀器須具備兩項重要的條件。

• 可以高精度且正確測量電壓與電流的振幅與相位
• 可以測出轉子的迴轉角度，並以d軸為基準的電流計算

Ld、Lq的測量中，由於PWM控制會產生高度失真的電壓波形和因其而產生的電流波形，所以需要根據這些波形，準確測量其基波成分中的有效值與相位。
為了實現這一點，不能只使用示波器等波形紀錄裝置，而需要具備高解析度、高精度的波形演算能力，以及專用於高次諧波分析功能的儀器。因此推薦用戶使用功率計來進行測量。

功率計 PW8001 可以正確測量PWM變頻器的電壓與電流、馬達功率等參數

馬達控制工程師需要透過Ld，Lq的測試結果運用於控制程序並驗證其數據是否有助於提升馬達特性。而功率計可以同時檢測並根據馬達轉速與扭力變化而得出功率測量結果，與馬達參數 Ld 與 Lq 的測量結果，就能從一次資料擷取中進行全面性的評估。

Ld，Lq的測量

由Ld與Lq電感、d軸與q軸電壓、電流中演算

在取得Ld與Lq的數據前，需要先測量出Ld與Lq的演算所必需的兩個常數（R與Ke）。以下步驟1～3顯示了測量步驟。

1. 電樞電阻(R)的測量

使用HIOKI的RM3548等高精度的電阻計，可以測量馬達三相繞線的電阻值。將三相的電阻值平均後，可以計算出電樞電阻R。

使用電阻計RM3548進行電樞電阻的測量

2. 連接儀器

將電流感測器與電壓線纜連接到三相馬達的驅動配線上，可以檢出馬達的驅動電流、電壓與轉子旋轉角度。因為需要進行相位調零，所以要使用負載馬達來驅動DUT馬達，以測量馬達感應電壓。
 

馬達評價系統的構成

3. 相位調零與感應電壓定數的測量

使用功率計 PW8001的Ld、Lq測量用PC軟體，使用者只需依照Ld與Lq測量步驟設定，即可在軟體上完成所有測量程序。

PW8001 Ld，Lq Analyzer

• 相位調零：透過即時繪圖功能，可以直觀的察看是否已經完成相位調零。當圖表上0 deg穩定顯示十，表示已經完成調零。
• 感應電壓常數Ke的測量：即時Ke值的穩定性，有助於準確決定用於Ld或Lq計算所需的常數參數Ke，保證其測量的正確性。

 

PW8001 Ld，Lq Analyzer的相位調零與Ke的測量畫面

 

4. Ld，Lq的測量

軟體 PW8001 Ld，Lq Analyzer下載
自動執行所有測量數據的收集與測量參數的演算。為了可以更加詳細的把握其特性，從X-Y軸圖表到Ld、Lq值的即時圖表製作與分析都可以透過PC軟體進行。

• Ld，Lq的即時圖表
• Ld-Id、 Lq-Iq的X-Y軸圖表
• 基本功率數據與馬達功率最多六種參數的即時圖表 

Ld，Lq的即時圖表

功率數據與馬達功率的即時圖表
 

藉由以上的測試結果，可以使用功率計 PW8001取得馬達的Ld與Lq數據。

總結

本文介紹了以下兩點重要的概念。希望有助於使用者了解馬達特性與其參數。

• 為何馬達的Ld、Lq的正確性如此重要？
• 要如何測量馬達的Ld與Lq數值？

 

馬達的高階向量控制（磁場導向控制)是透過各種運轉條件下正確分辨Ld、Lq，並檢測其對馬達性能提升的效果。

HIOKI的功率計 PW8001不只具備は高精度的功率測量，還可以進行馬達參數的測量。
除了硬體本身外，設定作業與數據的收集都非常輕鬆容易，提供能夠直觀分析的專用軟體，有效減少評估時所需的工作步驟與時間，進而加速馬達開發。

軟體 PW8001 Ld，Lq Analyzer下載

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