馬達小教室:特性曲線圖 ( II )

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本文的目的在教導如何產生馬達特性曲線圖。

實際上,在馬達特性量測的設備上,僅有電力分析儀來獲得電壓(V)及電流(i)兩項電力資訊,再使用轉矩計來獲得轉矩(T)及轉速(N、RPM),總共四項資訊是量測而來的,其它都是後續透過軟體演算而得。

首先將轉矩(T)及轉速(N)的量測結果,繪製為曲線圖,即為表示馬達輸出特性最為重要的TN曲線圖。當有此曲線後,將馬達接上負載後,觀察其轉速,就可對照出此負載的轉矩值。其中轉矩最大處,其轉速會為0,因此稱為堵轉轉矩;而最高轉速處,其轉矩值為0,因此稱為無載轉速。

TN曲線圖

TN曲線圖

之後會使用轉矩及轉速資訊,進行相乘後,就可得到輸出功率(Pout、W)。但要注意,計算輸出功率,是使用轉矩及角速度,需將轉速(N、RPM)轉為角速度(ω、rad/s),詳細計算式可參考功率篇

輸出功率

輸出功率

將計算所得的輸出功率,再對應轉速,繪製出完整的輸出功率與轉速曲線圖。同樣的,透過此圖,再量測馬達工作轉速,就可獲得對應的輸出功率值。但比較特別要注意的,除了會有一個最大輸出功率值之外,其它的輸出功率值,都會對應到兩個轉速。以輸出功率值為0時,其實就會對應到TN曲線圖的兩端,也就是馬達無載轉速及堵轉轉矩處。

輸出功率與轉速曲線圖

輸出功率與轉速曲線圖

由於輸入電壓(V)為固定值,就不特別標示繪圖。將電流與轉速繪製為電流與轉速曲線圖;對應到TN曲線圖,同樣的將轉速值為0的位置,標為堵轉電流,最大轉速處,稱為無載電流。

電流與轉速曲線圖

電流與轉速曲線圖

使用電壓及電流資訊,進行相乘後,就可得到輸入功率(Pin、W)。

輸入功率

輸入功率

將計算所得的輸出功率,再對應轉速,繪製出完整的輸入功率與轉速曲線圖。有了此圖後,量測馬達工作轉速,就可獲得對應的輸入功率值。但與輸出功率不同的,一個轉速僅對應到一個輸入功率。

輸入功率與轉速曲線圖

輸入功率與轉速曲線圖

有了輸入功率及輸出功率後,將兩者相除,即可得到效率值。

效率

效率

將計算所得的效率,再對應轉速,就可繪製出完整的效率與轉速曲線圖。

效率與轉速曲線圖

效率與轉速曲線圖

由上述可知,一共會獲得5條曲線圖,分別如下
1.TN曲線圖
2.輸出功率與轉速曲線圖
3.電流與轉速曲線圖
4.輸入功率與轉速曲線圖
5.效率與轉速曲線圖

但要注意,有的馬達特性曲線讀,不是以轉速作為統一的對比軸,也有以轉矩作為對比軸的曲線圖。

重點整理:
其實只有電壓、電流、轉矩及轉速是量測值。

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