馬達量測：IEEE規範 ( I )

本文在討論符合電機電子工程師學會(Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE)規範的馬達量測方式。

IEEE於1960年代開始，即將當時的馬達相關技術與知識統合整理，建立了一套完整的馬達性能量測標準規範，針對不同類型之馬達訂定統一的量測方法與測試條件，亦隨科技演進而持續更新，以確保馬達設計與生產之特性與品質。IEEE的標準檢測規範中，共提出了四種量測馬達特性方式，分別為量測輸入法(Measured Output)、加速度法(Acceleration)、輸入法(Input)以及直接量測法(Direct Measurement)；以下將各別介紹之。

量測輸入法： 係將一個已知損失之發電機與待測馬達耦合連接，如下圖所示。其完整量測系統硬體尚需包括一台電力分析儀、一組轉速計、一台已知損失之發電機、一台電子式負載器及一個連軸器；需藉由發電機之輸出電壓與電流資訊求得發電機輸入功率，再與轉速值一同計算求得待測馬達轉矩。

待測馬達的輸出功率為直流發電機所輸出的功率扣掉發電機本體的損失，在待測馬達轉矩計算式如下，其中T為馬達轉矩、 PGO為發電機輸出功率、PGL為發電機損失、 ω為馬達角速度，則可求得待測馬達轉矩值；之後可搭配轉速值，計算出待測馬達完整的特性曲線。

此一辦法，有一個讓筆者覺得詭異的特點，我們要怎麼知道發電機的損失? 這損失會一個固定值? 還是一個變數? 而且使用到的儀器數量更多且更為昂貴；電力分析儀及電子式負載器，基本上都是學術單位才會採用的裝置，並不便民。

基於以上描述的缺點，量測輸入法作為馬達特性量測的手法之一，目前已無人採用了。但量測輸入法卻轉換為馬達品管方式存活在馬達廠內；將一固定規格的負載裝於馬達上，確認每一顆馬達在相同負載時，其工作電流及轉速相同，則代表馬達規格相同。口語一點的說法，就是幫馬達裝上同一個風扇，看看轉速及電流是否相同，若相同就代表馬達規格一致。

加速度法： 是於馬達無加裝任何負載的情況下，將其由靜止狀態啟動至穩態轉速，再藉由加速度與已知的馬達轉子慣量計算獲得馬達轉矩，如計算式如下。基本上就是使用了牛頓第二運動定律，來求得馬達轉矩值。

其中J為馬達轉子慣量、 為α加速度。本系統僅需加入一組轉速計，以獲得加速度與速度資訊即可使用；而完整的馬達特性計算，仍然需要馬達輸入電壓及電流資訊。

加速度法，目前仍有部份的廠商在使用，主要省了很多的機構件，在量測時會很輕鬆；但無法成為主流的原因，是其校正的方式不夠直觀，若慣量值有偏差時，數據就會失真，讓使用者容易質疑其數據的準確性。

但加速度法用最多的地方，反而是伺服馬達內的參數調整；利用加速度的差異來評估目前負載型式及值，再調整馬達內部的控制參數，以達到控制目標。

重點整理： 隨著知識進步，有些技術雖然表面被淘汰，但實際上可成換一種型式長存。

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