馬達小教室:功率 ( II )

2022/06/28閱讀時間約 3 分鐘
本文將會針對馬達輸入功率(Input Power,W)作說明。
上一篇可知在馬達輸入功率(Pin,W)中,缺乏了時間資訊,因此在用電量的計算時,必須再加上時間,就變成了,其定義為千瓦小時(kW‧hr),也就是1千瓦的電使用一小時,代表一度電。
馬達輸入功率方程式
而千瓦這規格,其實由前一篇的介紹可以,一馬力是定義為750W,也代表千瓦其實是蠻大的規格。台灣常用的電壓值為110V,一般延長線會標示電流可耐到15A,相乘後可得,110*15 = 1650W = 1.65KW,這代表電線的承載能力。而家中常用的家電耗電,傳統電風扇平均來說是60W,這代表電風扇要開足16.7小時,才花了一度電。另外,雖然冷氣機較為耗電,我們以1KW直接計算,一度電費為5塊錢的情況下,代表省喝一杯30塊的飲料,就可以吹6小時的冷氣。因此窩在加中吹冷氣,比起太熱去買飲料來喝,划算得多
家電耗電統計
由上述可知,傳統家庭內的用電量其實不高。但目前大家比較熟悉的電動機車馬達至少3KW起跳,電動車馬達至少150KW起跳。而且這都是輸出功率(Pout),而非輸入功率(Pin),代表耗電只會更兇。若我們純以書面規格來計算耗電費用,則3KW代表騎一小時就要花到15塊的電費;150KW則是一小時要花到750塊。但實際騎乘時,並沒有這麼誇張的耗損,代表不應該直接使用標示功率來計算電費,無論是輸入或是輸出功率。
假設馬達效率為90%,則3KW輸出功率(Pout),會對應到3.34KW的輸入功率(Pin)。若以gogoro電池規格為電壓43.2V,這代表電流上限應該會鎖在3340W / 43.2V = 77.3A。但由下圖的馬達特性曲線來看,若吃到這麼高電流時,往往是對應到一個高轉矩低轉速的狀態,類似爬坡時的低速情況,才會達到如此高的耗電。反而在高速時,需要耗的電流其實並不大,假設維持時速在70公里時,耗電流可能降至20A,那真正的耗電功率為 43.2*20 =864W,而非3.34KW。這也就是為什麼實際騎乘時,耗電沒那麼誇張的原因。不過,若是全程載重或是爬坡時,就有可能達到高的耗電量。若以騎乘或開車的狀態來描述,就是當油門全開時,但速度仍然很慢,那就是處於最耗電的狀態。
馬達特性曲線圖
若光看馬達特性曲線圖,還會有個錯誤認知,就是低轉速時是大電流耗電,高轉速時就低電流省電,最高效率點也位在高轉速區域,這難到代表慢慢騎車或開車,就不省電嗎?
在馬達的規格中,輸入的功率應該有電壓(V)及電流(i)兩個資訊,但由於電壓值一般是固定值,所以在特性曲線圖中會省略標示。慢慢騎車或開車不省電這誤會,就是少了電壓項的評估。假設在一併認為低速時,電流會吃到77A,這是剛剛計算的電流上限值。則在電壓全開的情況下,輸入功率為 43.2 77 = 3326.4W。但當我們油門沒有全開,只開了三分之一,此時騎乘的速度慢,電流仍維持在77A,但由於油門正比於電壓值,此時的工作電壓為降為43.2 / 3 = 14.4V,代表則其輸入功率為14.4 * 77 = 1101.1W,這表示了慢慢騎車仍然是省電的。
重點整理:
  1. 實際給定的電壓值,可能經過電控後有變化。
  2. 在相同電壓值下,高速比低速省電。
  3. 馬達設計時,若是要拉高馬達功率,提升工作電壓是比較輕鬆的作法。
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