馬達介紹:單相感應馬達 ( I )

2022/08/18閱讀時間約 3 分鐘
感應馬達的基本原理,在之前都介紹過了,這期來講講其分支單相感應馬達的故事。
感應馬達目前主要剩三種,分別為三相感應馬達,單相感應馬達及蔽極馬達。由於家庭用電,主要採用單相交流電,因此單相感應馬達及蔽極馬達比較偏屬於民生用的馬達,而三相交流電主要是工業用電,因此三相感應馬達屬於工業應用產品。這當中有點要注意的是,由於單相感應馬達及蔽極馬達實際上都使用單相交流電,但卻不使用相同的名稱,其中的差異處,就是是否有使用電容。單相感應馬達是指有使電容的,而蔽極馬達則不需要使用電容。
單相感應馬達
但若您去查詢舊一點的文獻,其實應該是單相感應馬達底下會有多個分類,包括電容啟動型、電容運轉型及蔽極式,更古早還有一種分相式;蔽極是單相感應馬達的一種。但現今僅存電容運轉及蔽極式,而蔽極這名稱太特殊了,才導致目前單相感應馬達就是指使用電容運轉的形式,而蔽極馬達被獨立出來。
一般最常接觸的單相感應馬達,就是電風扇、吊扇、排風扇、抽水馬達等這類產品。若您發現馬達附近有一顆電容,那就一定是單相感應馬達。但由於有了這個電容,單相感應馬達也就有了明確的壽命限制,電容會壞,因此以前在做家庭馬達維修的,大部份是更換電容就好了。至於想檢查是否電容壞了,其實很簡單,若外觀沒有燒焦,沒有異味,代表不是燒壞;則於開啟電源後,用外力帶動馬達後,馬達開始正常運轉,這就代表電容壞了。
由上述可知,電容最主要的工作,是協助單相感應馬達啟動,因此那顆電容也常被稱為啟動電容。在單相感應馬達當中,會設計兩組線圈,如下圖所示,主線圈為藍色的,輔線圈為紅色的,會在輔線圈上串接一組電容。此時交流電會有兩條路徑,一條就是直直穿過主線圈;第二條就是穿過輔線圈及電容。
主輔線圈
實際通電運轉後,由示波器觀察其電源可以發現,主線圈與輔線圈的電源相位是有差異的,若用電氣角來說,它們剛好差了180度。若以容易理解的說明,下圖中的1為主線圈,當它在最高處時,代表力量最大,而在最低點時,代表力量最小;而2的輔線圈,剛剛好在1的主線圈力量最弱時,產生最大力量,幫忙撐了一下,使馬達的力量能承接傳遞,起了很好的輔助作用。註明一下這段是為了方便理解,真實的作用模式並非如此,僅意思是類似的。
主輔線圈電源差異
而在上述中,如何使2輔線圈剛好在1主線圈最弱的時間點,去補助主線圈,這就是電容的功用了。電容具有一種稱為相位超前的功用,可以來作調整;因此電容不僅是要裝,規格還要對,才能剛好在180度時補上,效果才會最好。至於為何這樣作,能協助感應馬達啟動,主要是剛啟動時,交流電的頻率太快,若僅有主線圈,這電場變化的間距太遙遠,使得冷次定律的渦電流還來不及生成足夠強的感應磁場,就換位置了;而輔線圈則是縮短了電場變化的距離,使渦電流能順利生成並誘發夠強的感應磁場,使轉子開始運轉。
能做這種電源相位調整的,不僅僅是電容,電感同樣可以作調整。而馬達中的線圈,其實就具備電感的存在,因此在單相感應馬達當中,主輔線圈的調整,是一門藝術,調得好的,電容配的規格就比較小,電容體積就會縮小;配得不好的,電容就會超大一顆,擺在那都尷尬。
基本上,目前只有日系廠商會在此處花心思,而大部份的單相感應馬達,都沒著重在主輔線圈的電感設計,單純靠電容去調配,因此電容都很大一顆。然而在生產管理上,是可以理解的,若要使電感差異大,主輔線圈的圈數落差要大,則可能導致輔線圈的線徑要改變,增加生產複雜性及工時;換電容是相對輕鬆且低成本的選擇。
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