民國115年 高考三級 汽車工程 汽車電機與電控學
第3題
關於直流無刷馬達之特性，請回答下列問題： 直流無刷馬達之工作原理為何？請說明之。（7 分） 請列出至少3 種直流無刷馬達之優點，並說明之。（8 分） 若想控制直…
題目
關於直流無刷馬達之特性，請回答下列問題： 直流無刷馬達之工作原理為何？請說明之。（7 分） 請列出至少3 種直流無刷馬達之優點，並說明之。（8 分） 若想控制直流無刷馬達轉速，主要可透過那些方式來完成？請分別說 明之。（10 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、工作原理：直流無刷馬達（Brushless DC Motor, BLDC）採永磁轉子（表面貼磁式或內置式）與三相定子繞組，取消傳統機械換向器與電刷，改以電子換向。控制器依霍爾感測器（Hall sensor）或無感測方式偵測反電動勢（back-EMF）過零點，判斷轉子磁極位置，再依六步換向順序對三相繞組輪流導通 120° 電角度之方波電流，使定子合成磁場與轉子磁場維持約 90° 電角度，產生最大且近似恒定之轉矩。
- 二、優點之一為效率高、功率密度大：轉子無繞組，無銅損與電刷接觸電阻損耗，發熱主要集中於定子而易於散熱，故相同體積下輸出轉矩較大、效率較高。優點之二為免維護、壽命長：無電刷磨耗與換向火花，不產生碳粉污染，亦降低電磁干擾（EMI），適合長時間連續運轉。優點之三為調速範圍廣、響應快、低速轉矩大且可控性佳：藉電子換向可精確控制轉速與轉矩，配合閉迴路控制可勝任車輛驅動、泵浦、風扇與線控系統等場合。
- 三、轉速控制方式之一為 PWM 電壓控制：以脈波寬度調變（Pulse Width Modulation）改變加於繞組之平均電壓，因轉速近似與電樞電壓成正比（n ≈（V−IaRa）／KΦ），故調整占空比（duty ratio）即可無段調速，此法成本低、效率佳，惟低速時轉矩漣波較明顯。
- 四、轉速控制方式之二為換向策略與磁場導向控制（Field Oriented Control, FOC）：以 Clarke／Park 轉換將三相電流分解為 d 軸（磁場）與 q 軸（轉矩）分量，分別以 PI 控制器閉迴路控制，使轉矩平順、效率提升並降低噪音；六步方波換向則適用於成本導向之簡單應用。
- 五、轉速控制方式之三為閉迴路速度控制與弱磁控制：以編碼器或霍爾訊號取得實際轉速，與速度命令比較後經 PI 控制器輸出電流命令，形成速度外環、電流內環之雙迴路架構，可抑制負載擾動、提升穩態精度；當轉速高於額定基速時，則藉弱磁（field weakening）降低 d 軸磁通以延伸轉速範圍。此外亦可改變直流鏈電壓或採串聯電阻降壓等較傳統方式。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。