馬達控制重要圖表 說明

這是個人收集的資料之一，最終版權仍屬當初放在網路的公司或個人

個人認為展現"馬達控制"的最佳動畫，它代表的意涵太多太多了，請一定要把它另存新檔。

文字上很難敘述，看了動畫就一目了然。看TI德州儀器的影片一個多小時還似懂非懂的，無意中從網路上找到此動畫，原來就是如此...

請先看上圖。當我們要讓三相的馬達CCW(逆時鐘)轉動的時候，就在三相線圈(各差120度)上加三組相差120度的弦波電流，其代表顏色分別是紅R綠G藍B，經過向量相加後就變成黑色的總電流值。只要我們這樣持續地送，馬達的轉子就順順地往CCW方向轉動。

用弦波的方式帶動時，轉子會最為平順而且噪音最小。在控制上要再做分析會比較困難，最常見的是先轉成兩相的電流後會比較容易理解，這就是很有名的Clake轉換。它把Ia,Ib,Ic轉成Ialpha和Ibeta，基本上這兩組電流信號仍是弦波的。這就是中間的圖表要表現的。

到這裡各位應該覺得不難吧! 可是Ialpha和Ibeta還是跟角度有關係，我們要想辦法把角度拿掉，這樣會更好做計算與控制。我們的舊觀念在此一直碰壁了，後來在Youtube看到TI德州儀器的解說，終於理解了其中的奧妙。TI的資深工程師是拿遊樂場的旋轉木馬來做說明舉例。

您有玩過遊樂場的旋轉木馬或旋轉咖啡杯嗎? 旋轉木馬除了本身會旋轉外，他還會繞著整個轉盤旋轉，如果你站在外頭看整個旋轉木馬轉動，而且特別地針對單一隻旋轉木馬的動作，肯定雙眼會看到頭昏眼花的。因為旋轉木馬在轉動，整個轉盤也在轉動!! 而這就是第二張圖所顯示的。

可是如果你換個位置，不要站在遊樂場的旋轉木馬的外面，改站在整個旋轉木馬圓盤的軸心處，當遊戲開始時，這時的目光放在某單一個旋轉木馬上，你將不會感覺自己也在旋轉，而是只覺得這單一個旋轉木馬在自旋而已，稍稍留意一下，你可以感覺出旋轉木馬的轉動速度，再看一下外頭，還可以測出自己旋轉速度，而且而且這兩個旋轉速度值幾乎是恆定的。

下圖就是轉換出來的圖示，得到馬達的電流值為Id和Iq，這也是很有名的Park公式轉換，由圖面的動畫可以看出，Id和Iq是恆定的

以上談的都有一個假設前提，那就是Ia,Ib和Ic送出的是相差120度的漂亮弦波。真實的無刷馬達控制場面就不是這樣的，測出的波形都是很難看的弦波了，不過還算是弦波。

馬達控制的研究課程 開講了

馬達控制與應用 絕對好玩

各位好，我們馬達的控制課程終於要開課了。

在此先恭喜各位成功看到這檔案的讀者，你們都是首發的用功讀者。我們打算用50個文章單元，從頭到尾來介紹無刷馬達FOC的應用，也就是說本課程大約要執行一年的時間才整個完成。

我們把上課的人員細分成三大組，第一組是相關企業組，這是針對公司正在研究馬達控制這一方面的人士，由於您有接觸到公司相關機密資料，任何發文時請勿將目前公司的機密問題也帶出來發問，這是有法律問題的。第二組是在校學生組，您在學校的專題或論文剛好有碰到馬達類似的研究與應用，這一方面我們會儘量幫助你，但是您是否能?順利畢業，跟我們沒有任何關係。第3組就是所謂的入門組，只要您對馬達的應用與控制有興趣。您都可以發問，我們不會直接給你答案，但是我們會給方向。

由於我們講解的範圍包括馬達與馬達的控制，絕對會有一些危險性，在此我們要做一些基本的危害告知，請您特別要注意，我們把它統稱為"The Dos and Donts"

The DOs

1 做任何實驗請收集好相關的資料與檔案
2 您的量測工具越充足對實驗越有幫助
3 做馬達控制實驗時，建議至少要有兩個人在實驗桌旁，當危險發生時可以就近支援
4 如果可以的話，請在電路裡面加入FUSE，保護瞬間的電流過大
5 所有的控制背後都有一些理論基礎，遇到問題時，可以再去找相關的資料補強
6 請保持實驗桌面的絕對乾淨
7 當實驗發生錯誤時，如果沒有把握，請先關閉輸出電源
8 對任何事情請保持足夠的好奇心
9 所有的實驗都是以安全為第一考量

The DONTs

1 大或小馬達都是會旋轉的，所以啟動之後請不要去碰觸它的旋轉軸
2 馬達旋轉的時候，它會把一些異物捲入，如果你的頭髮過長，請特別注意
3 電力的供應請先用電源供應器去做實驗，不建議一開始就用鉛酸電池或鋰電池供電
4 請務必小心供電後，某些地方會產生高壓電與熱的問題
5 請小心驅動板上的某些控制點是無法直接量測的，只要你一點下去肯定會有災難發生的
6 不要用你寶貴的手去當感溫元件
7 通電時不要讓你的臉太靠近馬達控制板
8 馬達通電測試時一定要在實驗桌旁，因為你無法得知下一秒鐘會發生什麼事情
9 請保持必要警戒心，實驗時有奇怪的聲音，有奇怪的味道或是突然有熱熱的感覺時，請先關閉實驗的電源

每個章節結束，我們都會列出兩篇馬達相關的參考文獻資料，一篇是入門的，另一篇是進階的。您可以在看完之後，發表一些相對應的心得或是問題，如果時間允許的話，我們也會積極的回應您的問題，這還是要看看問題涵蓋面的大小而定

所以，各位下周再見了

實驗桌上要亂中有序，最重要的是桌面上不能有金屬粉削

電源供應器、示波器和電表示最常用到的量測工具，還有工程用計算機也是必要的工具

示波器的選用是很重要的一環

距離電動割草機開發完成日 還有30天

Size does matter !! 尺寸真的很重要!! 
電動割草機是使用電池供電，所以我們特別注意割草的工具。
因為選錯了割草的工具將大大地影響整個割草的總時間。

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我每天都在寫報告，順便就把這裡當成報告的輸出地點了，
歡迎大家前來看看工程師是如何把一項新產品，從無到有開發出來的。

由於部分內容牽涉到公司的商業機密，部分開發的內容將會進行改寫或保留，但故事的整體性與完整性是不變的。
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常常聽到割草達人講:使用牛筋繩割草最耗油!!
可是究竟多耗油，這就不得而知了。可是如果改用電動割草機時，我們可以藉由儀器或電流勾表的檢測，得知整體的耗電情況。

在進行耗電檢測之前，我們要先調整一下馬達驅動板的硬體
(1) 把控制板的最大電流點放寬到30A以上，供電36V又輸出30A時，整體的輸出已經快要到1KW了
(2) 把控制板的最高轉速點放寬到8000RPM左右
(3) 確定不加任何割草工具下，馬達轉速可達7500RPM以上

測試時，我們分別在3000-6000RPM下，每隔500RPM取一個穩定的電流值，供應電壓則是穩定的36.00V
為了簡單解釋起見，我們只摘錄了最高轉速下的電流值，供各位參考

a 圓形牛筋繩，有效長度22cm，16.79A (6000RPM)

b 正方形牛筋繩(兩面加工鋸齒狀)，有效長度22cm，16.52A (6000RPM)

c 正方形牛筋繩(兩面加工鋸齒狀)，有效長度19cm，10.02A (6000RPM)

d 粉紅色正方形牛筋繩(四面皆加工鋸齒狀)，有效長度19cm，9.68A (6000RPM)

e 灰色正方形牛筋繩(四面皆加工鋸齒狀)，有效長度24cm，22.15A (6000RPM)

f 金屬刀片，尺寸 9 x 30.5cm，3.02A (6000RPM)

g 金屬刀片，尺寸 9 x 25.5cm，2.84A (6000RPM)

h 金屬三叉刀片，有效半徑12.5cm，2.74A (6000RPM)





下圖是最耗電的割法之一，在6000RPM下，竟然要耗掉16.79A的電力。再加上碰到草或是小樹幹時，電流有可能飆升到25A以上

測試件b和c都是同款的牛筋繩，但是長度只少了3公分後，電流降到只有10A的等級 !! 
測試件e更離譜了，長度到達24cm，耗電竟然超過22A。建議把長度修剪到20-18cm以下，這才不會一下子就沒電了!!


結論來了，
當使用牛筋繩割草時，不是越長就越好。過長時絕對會降低割草的總時間，而且會非常明顯，同時這對控制器也是一種慢性傷害。最好的長度應該在19cm以下，請切記

當割草時，一發現割草機震動過大時，通常都是牛筋繩一邊斷裂造成的，此時一定要立即停機並更換新的牛筋繩，或是保持兩條牛筋繩的長度幾乎相等。
如果要長時間割草的話，選用類似鋼刀刀片式的割法才會最為省電，但是要小心不要碰到石塊或是尖銳的硬物。

意外 總是發生在意料之外

壽命試驗是必要的，
但是稍不注意時，可能會引起火災，
有可能把整個廠房都燒毀的

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我每天都在寫報告，順便就把這裡當成報告的輸出地點了，
歡迎大家前來看看工程師是如何把一項新產品，從無到有開發出來的。

由於部分內容牽涉到公司的商業機密，部分開發的內容將會進行改寫或保留，
但故事的整體性與完整性是不變的。
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旗威科技做馬達控制器到了最後階段，一定都會碰到壽命試驗(Life Test)。
正式實驗時，通常是把負載加到額定值，然後連續不停止地運轉，一直測到機器發生故障為止。
接著開箱檢查哪個或哪些零件損壞，然後探討其損壞的主要原因與順序。其中不少問題是因為溫升引起的，也有機械磨耗後衍生的後遺症。

許多公司都會做機器的壽命試驗，但是工廠的測試方式卻和我們所想的不一樣?
"當有人在現場的時候，才能做壽命試驗 !!"
我問了三家工廠的負責人，都得到相同的回答。

個人的想法很單純，打算用PLC做一個測試平台，掌握所有的測試參數，當數據一有異常時，立即停機並發出警告聲響。當然，機器過電流這方面還是有NFB做對應的保護。測試的環境還是要保持淨空，遠離所有的易燃物質。這樣應該可以了吧!

可是，真正的事實往往超過我們的想像!!

事例一
某公司正在對設備進行壽命試驗，進行到第三天晚上。突然齒輪箱開始過熱，高溫的齒輪油隨之噴出，引燃附近的記錄用紙張。所幸守夜的保全人員巡廠時看到火光即時進行滅火，這才避免整個廠房燒了起來。

事例二
某公司正在對機器進行壽命試驗，由於測試極限約在1800W-2000W左右。長時間的測試已經讓供電的電源線無法負荷，此時的無熔絲開關尚未啟動。當待測物突然有一個較大電流的需求時，供電的電源線開始燃燒了，同時往電源插座方向燒了過去...

事例三
某公司正在對設備進行壽命試驗，工程師知道待測物會發熱，所以準備了2-3台工業風扇，對著測試物件一直吹。但他們忘記了這些風扇已經使用好幾年了，剛開始時一切順利。
直到有一天某一台風扇軸心開始卡卡的，卡到最後風扇不動了。風扇不動就沒風了，繼續通電給風扇的線圈，最後線圈過熱，線圈絕緣層被破壞掉後，整隻風扇開始冒煙悶燒了，一下子整個實驗室都是煙，然後這些煙順著通氣口到其他地方，終於引發火災警報器，可是現在是午夜時刻，根本沒有人理會。直到突然有路人甲經過看到，馬上打電話給消防隊。結果很慘，先是破壞捲門，然後開始灌水...

所有的RD實驗時，請引以為戒

距離電動割草機開發完成日 還有39天

心情不好的人，叫他來割草就對了!!
保證今夜好好睡

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我每天都在寫報告，順便就把這裡當成報告的輸出地點了，
歡迎大家前來看看工程師是如何把一項新產品，從無到有開發出來的。

由於部分內容牽涉到公司的商業機密，部分開發的內容將會進行改寫或保留，但故事的整體性與完整性是不變的。
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由於喜歡電動割草機的人越來越多，這次我們又訂做了8台割草機的樣機，準備供應給第一批的訂購者。您有在名單內嗎?

割草機除了整體的機構外，電路板和控制程式也快完工了。

今天我們把公司人馬拉到嘉義，總共支援兩台割草機(牛筋繩+鋼片)，來進行第二次的"秘密"公測，順便也展示一下這個月的程式修改成果。
我們把幾個重要的參數都打開了。所以割草時的電壓、電流與轉速都可以隨時觀看，方便使用者參考。首先，使用者就發現"牛筋繩"的割草方式是最耗電的，而且越長越耗電。

不出所料在割了20分鐘後，使用牛筋繩的割草機"被熱保"了!! 這是因為長時間持續的大電流輸出，馬達和控制器都受不了，雙雙過熱罷工。




烈日下一個人示範割草，馬上引起路人圍觀。旁邊共有三組人分別在拍照和錄影
歐! 電動的割草機，真的沒有噪音和油汙味道
這裡只有高速的鋼刀與草類碰撞的聲音
連砂石車司機大哥也好奇停下來觀看


這裡是某人的秘密基地，專供電動割草機除草用



接著改用鋼刀式的割法了，先操10分鐘再說，馬達幾乎沒有溫升。這種割草法才是正確的，割下去的力道夠，且不傷控制器和無刷馬達。




這位試用者太大膽了，直接砍下直徑 5cm 左右的灌木，其實只要轉速夠快的話，直接達標!!




老板也下海割草了，體驗一下割草的人生。
標準的安全帽和手套是一定要的。
有人喊著說:請割到鋰鐵電池沒電!!

那就要割超過3-4小時了

故意去碰水泥塊，結果是割草機沒怎樣，
但是車上的玻璃多了一個類似"彈孔"的傷痕

割草時請千萬不要站在割草者的左手邊，以免被異物擊中




準備要賣割草機的業務達人也跟著下海了!!



今日最經典的一句話:
心情不好的人，叫他來割草就對了!!

割個十來分鐘後，全身大汗，通體絕對舒暢，也聞到天然的花草香味，今晚肯定是好睡的


我們說過，電動割草機對每天壓力大的工程師而言，絕對有正面療癒的效果。
您肯定要試試看




下次割草公測瞄準雲林和台中，敬請期待了

距離電動割草機開發完成日 還有49天

全身毛細孔同時在出汗的感覺很好，
而這不就是幸福的感受!!

果然今天很熱!!
所以，一大早天一亮就出發去割草了。

趕在太陽上未發威前，就處理好割草事宜。
沿路仔細地觀察一下，其實真正的農民已經在做事了。

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我每天都在寫報告，順便就把這裡當成報告的輸出地點了，
歡迎大家前來看看工程師是如何把一項新產品，從無到有開發出來的。

由於部分內容牽涉到公司的商業機密，部分開發的內容將會進行改寫或保留，但故事的整體性與完整性是不變的。
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天啊!草長高的速度約是你預期的兩倍!! 下完雨後，長的速度更快


上個月剛剛除完草，這個月又長出來了


這裡，以前還放過蜂箱，現在連路徑都沒了


右側的荔枝樹已經是老欉了，今年的結果率為0


今天出動兩台電動割草機來割草。牛筋繩的處理馬路邊的雜草，鋼片的則處理園區內的各種雜草。據說後者割起草來比較有成就感。

牛筋繩的割草方式比較安全，但是每隔十來分鐘就要換補新的牛筋繩，這真的有點不方便。
所以，每隔數分鐘後，就要停機檢查牛筋繩的長度!?

圖中的牛筋繩已經消耗殆盡了，再不更換只會出虛功


這一部分割完了，不瞞您說，又打到(誤擊)上次提到的鋼筋。不過沒事，沒事就好



法拉利紅(RED)的割草機轉速限制在6000RPM左右，今天第二次出任務，連續1.5小時的輸出，感覺真的不錯!!



馬路邊的雜草由高鐵純情橙(Orange)的割草機負責也處理好了，她的限制是電流保持在14Arms以下，只是操作起來比較沒成就感。光是牛筋繩就更換了3-4次。


農莊的內外都割完草了，時間不到早上九點

中場休息片刻。這次有顆電池是用背的，感覺好像不會太重。
今天在馬路邊割草的人員有穿反光警示衣和安全鞋，這樣穿著就對了。

順便幫隔壁的阿婆除些草，做一下公關任務


阿婆這邊種很多蔬果類植物，割草時一定要小心


有人一不小心，砍了十數棵黑甘蔗，趕緊危機處理一下下

麻竹筍邊的雜草順便整理一下，感覺還是鋼片的割草方式比較合適?



割草的當下，也有聽到引擎式割草機的吵雜聲響。
我帶著我們的電動割草機來和隔壁的農民認識social一下。好感動歐，吃到今年的第一顆軟枝的荔枝!!



試割任務圓滿達成。試割的三小時內電池、控制器與割草機構都沒有任何異狀，不小心打到鋼筋的鋼刀片也沒有任何裂痕。



回程特地繞道到里港附近，吃了滇緬地區的退火冰品。

然後回到高雄，馬上進行電動割草機的裝備保養，先把所有的雜草屑用水沖走，然後把割草機前端清理乾淨，機構各個重要關節上油保養，積極等待下次的割草任務。

這時感覺到"休假的雜事"好像比每天的上班還累!!

但是，今天割草時，全身毛細孔都同時在出汗的感覺真的很好!!
真的很好!!

距離電動割草機開發完成日 還有50天

明天大晴天又是割草天!!
身體將再次體驗毛細孔全開的感覺!!

除了試驗控制器的操控性外，當然也要考驗電池的輸出能力
兩個電池都有點重，我們打算不用肩背就放在草地上

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我每天都在寫報告，順便就把這裡當成報告的輸出地點了，
歡迎大家前來看看工程師是如何把一項新產品，從無到有開發出來的。

由於部分內容牽涉到公司的商業機密，部分開發的內容將會進行改寫或保留，但故事的整體性與完整性是不變的。
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割草的安全裝備都準備好了:安全帽、護目鏡、安全警示背心還有標準的安全鞋



電池都已經充飽電了，而且也Double Check



牛筋繩和鋼刀的割法都有，但是個人偏好後者


出發前的動作確認是免不了的。順便也調整一下整支割草機的重心



控制器的顏色把割草的嚴肅性降了許多，但是安全還是最重要的課題!!

在烈日下，

除了聞到陣陣的草香外，

還可以體會全身所有毛細孔幾乎全開的感覺，

真是爽快啊 !!