馬達小教室:電流 ( I )

2022/06/24閱讀時間約 3 分鐘
本文將以馬達的角度,介紹電流(Current,A)。
筆者深深覺得,電流這命名實在非常厲害,基本上將電流與水流做一個類比;水由高處流向低處,電則是從高電位流向低電位。水管粗,阻力小,流量就大;電線粗,則電阻小,電流也就大。兩者有需多相似之處,因此同用一個流字,實在非常巧妙。
基本的電流定義,可輕易的查到,就算在馬達領域當中,此定義仍是非常嚴謹,毫無缺失,也就不需要特別深究。但馬達對於電流的依賴性,與電子產業是截然相反的。由下列的轉矩方程式中可得知,馬達需要電流來產生轉矩力量;而電子產品當中,電流只是產生能耗、熱、雜訊及電磁波,且延遲了訊號傳遞時間的負面存在,如何降低電流值,甚至讓電流消失,僅使用電位訊號,才是最理想的狀態。這往往也是電子業踏入馬達產業犯的第一個錯誤,忽略了電流資訊,僅使用電壓資訊。
轉矩方程式
電壓與電流間,會有一誤差量,在電力系統中,以功率因素(Power Factor,PF)來定義誤差量;口語的說法簡稱為功因,用來定義電力品質是否良好的基準,實際上就是電壓與電流間的狀態不匹配造成的誤差。同樣可以用水流來類比說明,當我們要澆花時,使用一長水管接上水龍頭,開啟水龍頭時,需要等待一段時間才會從水管的末端流出水來;開水龍頭就是給電壓,水管就是導電體,水流就是電流,從開水到流出來使用,中間的等待時間即為功因。另外,假設水管有破損漏水,則我們開的水龍頭與從水管末端流出來的水量不相同,也是功因誤差的一種。
由上述可知,電壓似乎是個相對單純且容易掌握的參數,而電流則會受到許多的干擾,產生非理想的狀況,包括已經介紹過的電阻及溫度對電流的影響,另外電磁的干擾也是其一。會特別提到電磁干擾主要是這法則的主人翁安培,一個成就卓越,而將電流的單位以他命名的科學家,他還有另一個電磁法則稱為安培右手定則(Ampère's circuital law)。其基本概念為,當電流(I)流經一導體時,會在周圍產生一磁場(B);單就此論述實在與干擾扯不上邊,然而可怕的是,這為一可逆的反應,電會生磁,磁會生電,這一來問題就產生了。當單一導體時,產生的磁場對電流一點影響都沒有,但若周遭有其它導體時,這時就要考慮對方所產生的磁場,是否同方向;若不同,即會誘發反向電流,對本身造成阻礙,導致訊號電位異常。這也是電子產品為何會擔心電磁波干擾的原因之一。
André-Marie Ampère
安培右手定則
然而,這種電生磁,磁生電的特殊循環迴圈,也產生一種特殊的馬達類型,也就是感應馬達
此外,對馬達或電子科技有涉略的朋友,請記得安培不僅僅是電流的單位,他的右手定則,對於馬達設計及電磁波干擾,甚至是IC設計與Wifi都有關係;這很有可能解決您目前遇到的設計瓶頸。
重點整理:
電流是馬達重要的動力來源。
電流會產生磁場。
提醒的部份:
擔心電磁波,除了要遠離高壓電塔及基地台,還可能不要用電。
擔心電磁波,麻煩也不要把磁鐵戴在身上。
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