馬達小教室：額定規格 ( I )

之前有討論到馬達特性曲線的可信度，因此本篇做深度討論。

筆者對於馬達特性曲線不滿意的點，主要在輸出功率的定義，但這也僅是因為筆者有機械力學的背景，對能量的存在型態，會分為動能及位能兩種，而馬達輸出功率的部份，就只使用了動能的部份。當馬達不轉動時，會被定義為零輸出，因此輸出功率即為零。而筆者常用的比喻就是舉啞鈴，當我們把啞鈴舉起後，支撐不動，則在馬達的觀點，是沒有輸出能量的，但實際上我們反而要付出很多的力氣，才能真的維持不動。而在馬達的實務應用中，伺服馬達停在原地不動，確實也會需要穩定輸出轉矩；但因沒有轉速，而被視為沒有能量輸出，這點讓筆者覺得有討論的空間。

而對於一般使用者來說，最大的疑惑，更類似規格不符合，馬達標示的輸出能力與使用者實際使用的狀態不同。而這裡面其實不僅是馬達要背鍋，在電力系統中也有各自應背負的責任歸屬，我們來一一討論。

電源： 由馬達的轉矩方程式，其中T為轉矩、kt為轉矩常數、i為電流；此為最簡化的馬達轉矩方程式，主要是方便電控人員作為參考。因此可看到伺服馬達廠商都會提供轉矩常數kt，讓使用者利用輸入電流i，判斷目前輸出的轉矩值T。因此可以知道馬達的力量基本上依賴輸入電流i，但我們是否能提供足夠的電流? 首先要看電源端是否能提供。

由下方的馬達特性表來看，馬達最大的輸出功率為557W，但需要在輸入電流達到30A的條件下。此時可以看看我們常買的延長線，大多標示耐電流為12或是15A而已，也就代表我們給不了那麼大的電流值，則此顆馬達在15A的情況下，僅剩412W的輸出。這就造成了實際使用效果不如預期的現象。

因此，要確認馬達是否能達到輸出規格，首先要先確認電源端的限制條件。如使電池的話，就是放電能力，且電池還有使用後的電壓降問題，都會直接影響馬達的輸出規格。若是採用市電，就要看電流上限。若是採用電源供應器，則是電流及功率都有可能受到限制。

電控： 在選購伺服馬達時，會發現伺服馬達提供的TN特性曲線圖，並非斜直線，而是下圖中的紅色線條。看起來就像是轉矩及轉速，各自少了一截。轉矩仍然是被電流所限制的，主要是電子元件對於電壓、電流甚至是功率，都有其上限值，一但超過了，這些電子元件會受損，甚至燒毀。而轉速限制主要是因為伺服馬達目前大多使用數位編碼器(Encoder)，高轉速時，編碼器所產出的訊號量太多，會導致控制器來不及處理；這也衍生了相關的倍頻及除頻的技術，來解決這問題。未來應該是直接改用類比訊號，才能一勞永逸。

電控的限制，主要來自於成本的選擇，更高規格的電子元件是一定有的，但費用上十分驚人，因此不會無限制的上綱，也就緊縮了馬達的使用範圍。

馬達： 實際上，馬達本體也會有物理特性的限制條件，主要是過熱燒毀。可以看到，當輸入電流為30A時，雖然可以得到馬達最大輸出功率557W，但此時輸入功率為1109W，代表有(1109-557=552W)的熱會產生，經過長時間的累積後，若溫度達到馬達能承受的極限，就會導致馬達燒燬。因此馬達往往會標示一個額定規格是代表在此條件下工作，可以確保馬達不會燒壞；若要超過此規格，則短時間是沒問題的，長時間的話，溫度一但上升，則會有個溫度保護機制，使馬達降載或是停止工作。

馬達本體主要的限制條件在於溫度，做好散熱，會讓馬達的可穩定的工作區間增加。但短時間的超載使用，其實來不及生成熱影響，因此要注意馬達標示中，會有最大與額定的差異，就在於可操作時間；最大可能就是幾秒或幾分鐘，額定通常指24小時不間斷的使用都沒問題。

重點整理： 馬達特性規格表，是最大可能的操作範圍。 真正的輸出能力會受到電源、電控及馬達本體散熱能力所限制。

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