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捷運技術半年刊 第 35 期 95 年 8 月 27

之限制，理論上可獨力完成 100%之煞車功能，無須借助於摩擦煞車。而電力電子元件技術之
進步，其耐電壓與耐電流的特性越來越好，切換頻率也越來越高，同時降低高功率交流馬達
換流器之成本並提升效能，另微處理機技術之進步，尤其是運算速度提高，使交流馬達許多
相當複雜之控制策略得以實現。
(二) 換流器及電力電子開關之相關控制：

DM1 T M2 M2 T DM1

駕駛室馬達車 無動力車 馬達車 馬達車 無動力車 駕駛室馬達車

圖 2 高運量電聯車列車編組

高運量電聯車列車編組詳圖 2，DM1（駕駛室馬達車）及 M2（馬達車）各有兩套各自獨
立之變頻變壓 VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）換流器（如圖 3），每個換流器控
制兩個交流馬達，經由換流器內之電力電子開關之高頻切換，可將第三軌提供之 750V 直流
電轉換成可變電壓可變頻率之交流電，以供應交流馬達，其電力電子開關為 GTO（Gate
Turn-Off）或 IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）。
台北捷運包括中運量（MCT）木柵線及
高運量（MRT）之淡水、新店、南港、中和
等各線電聯車，均採用 GTO 為其換流器內之
電子電力開關，由於 IGBT 製造技術進步，
耐電流、耐電壓的特性越來越好，切換頻率
也越來越高，成為電力電子開關穩定性相當
高的元件之一，自土城線電聯車開始，包括
新莊線、蘆洲線及內湖線電聯車，改採 IGBT
為其電子電力開關，其主要優點包括電路簡
化、無緩衝電路之設計、電路短路自我保護
功能、能達較高切換頻率、較低噪音、體積
小型化重量輕量化…等。 圖 3 變頻變壓換流器
換流器內主要由 6 組電力電子開關構成，輸入三項電源分別由各兩組電力電子開關輪流
切換，其控制方式採變頻變壓方式，根據交流電動機運轉特性，從一啟動即會保持定轉矩運
轉，低速區可以同時變化電壓與頻率以保持定轉矩運轉，直到電壓增加到其最大值，不能再
增加電壓來加速，只能增加其頻率，此時轉矩隨速度、頻率增加而降低，且其輸出功率正比
於速度乘以轉矩，所以在高速區，保持電壓變化頻率以定功率運轉。以下即依電源及電力電
子開關頻率範圍，分述其控制方式：
1. 低頻低速區：

此區域馬達電源頻率於低頻區，亦為馬達轉速之低速區，馬達低頻轉速易產生運轉
脈動及諧波干擾，而克服上述缺失唯有使輸入馬達的交流波形接近理想正弦波，高頻電
力電子開關切換頻率即是使換流器輸出接近理想正弦波之方法；越低頻之馬達電源具越
長之電源週期，亦即單一電源週期內越可能進行多次之電力電子開關切換，因此，低頻
區段之高頻次電力電子開關切換，恰可克服低頻轉速易產生運轉脈動及諧波干擾之缺失。
馬達電壓採PWM（Pulse Width Modulation）脈衝寬度調變方式控制，電壓大小即為
馬達交流波形之振幅，三相電力電子開關分別在每個周期內做切換，由PWM控制其切換