馬達設計小工具：永磁馬達更改工作電壓後的輸出特性 ( I )

本計算工具是建立在已有一份永磁馬達特性數據後，忽然想要知道更換工作電壓值後，馬達的輸出特性會有甚麼變化。原始檔案範例為24V的直流永磁馬達，想要使用18V的行動電池供電，需要了解馬達特性會有怎樣的改變。

首先可以預先判斷，由於永磁馬達的電壓與轉速成正比關係，因此本案例中的調降工作電壓勢必造成馬達轉速下降的情況。由於輸入電壓降低，也代表馬達輸入功率降低；而馬達轉速的下降，亦代表者輸出功率的降低，以上皆是可以預期的現象。反之，若工作電壓增加，則馬達的轉速與功率都會增加，但實務上要擔心馬達過熱燒毀的風險。

其次需要注意的是馬達電阻限制，從簡單的歐姆定律可以知道電阻會限制最大電流的極限。由於馬達並未作任何更動，僅調整了輸入電壓，馬達電阻並未改變，故可以研判當電壓調降時，此顆馬達的最大電流上限也會降低；而馬達電流會正比於馬達輸出轉矩，因此馬達的最大輸出轉矩值也跟著降低，進而導致馬達功率下降。反之，當馬達的輸入電壓上升時，電流、轉矩、功率也都會隨之提升，如下圖所示，就是同一顆馬達在不同電壓值的輸出功率變化。

有了上述的基本條件及觀念，就可以利用數學運算的方式，來求得永磁馬達更改工作電壓後的馬達輸出特性。檔案連結如下，請自行取用：

永磁馬達更改工作電壓後的輸出特性

首先，使用者於excel內的左上角輸入原本已量測取得馬達數據資料共五組，分別為不同負載點的馬達電壓、電流、轉矩及轉速值；其中工作電壓應該都相同，因此填入同一數值就可以。如下圖所示，填入5組馬達數據資料後，就會跑出原工作電壓的馬達數據表；若想知道如何利用5組馬達數據，獲得馬達特性數據表及圖，可參考過往文章"永磁馬達特性圖及數據表產生器"。

之後於5組數據資料表的下方，有一欄為"輸入更改後電壓值"，於此處填入要更改的電壓值，如下圖所示。此時程式會從原工作電壓的數據表中，計算出此顆永磁馬達的電阻值，再次利用歐姆定律及改過後的電壓值，就可求得使此時的最大電流上限；有了電流資訊後，再利用原始數據中的馬達轉矩常數即可求轉換為轉矩數據。最後再利用電壓的比例差，計算求得更改輸入電壓後的馬達轉速。

藉由上述的計算，此刻已然獲得新輸入電壓條件下的電壓、電流、轉矩及轉速數據，再將其整理為表格並繪製比較圖，就可以明顯查閱到電壓變化後的馬達特性差異。強調說明一下，第二組新工作電壓的馬達特性數據計算方式更為簡化，運算方式有所差異，僅是採用兩點畫線的原理演算，主要是因為有了原始量測數據為依據，不需要擔心計算失真的影響。

檔案連結如下，請自行取用：

永磁馬達更改工作電壓後的輸出特性

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