IEEE馬達特性量測法簡介 @ 路昌工業股份有限公司

IEEE馬達特性量測法簡介

電機電子工程師學會(IEEE)於西元1960年，將當時的馬達相關知識及技術統合，而建立了馬達性能量測標準規範，將各類型之馬達訂定統一的量測方式與測試條件，亦隨科技能力演進而持續更新，確保馬達轉換特性與產品品質。

於IEEE的標準規範中，共有四種量測馬達特性方式，即為量測輸入法(Measured_Output)、加速度法(Acceleration)、輸入法(Input)及直接量測法(Direct_Measurement)。

1. 量測輸入法(Measured_Output)

量測輸入法是將一個已知損失的發電機與待測馬達耦合在一起，如同圖1中所示；待測馬達運轉時會帶動發電機旋轉，則發電機會輸出電能，配合電子負載則可量測到發電機的輸出電能。故待測馬達的輸出功率即為發電機所輸出的功率再加上發電機本體已知的損失部份，如式(1)所示

(1)

圖1 待測馬達與直流發電機耦合圖

其中為T馬達轉矩、P_GO為發電機輸出功率、P_GL為發電機損失、ω為馬達轉速。其完整系統架構需包含一台電力分析儀、一組轉速計、一台發電機、電子式負載及一個連軸器；且需藉由發電機之輸出電壓與電流資訊求得發電機輸出功率，再與轉速一同計算求得馬達轉矩。

2. 加速度法(Acceleration)

加速度法則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最高速的穩態轉速，再藉由加速度資訊與已知的馬達轉子慣量計算獲得馬達轉矩，如下式

(2)

其中為J馬達轉子慣量、α為加速度；其式為基本牛頓運動定律，僅將其線性運動轉換為旋轉運動而已。此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，故仍需要一台電力分析儀。

3. 輸入法(Input)

輸入法之馬達轉矩是經由計算馬達輸入功率扣除馬達本體的損失，包括銅損、鐵損等而得，如式(3)

(3)

其中為P_in輸入功率、P_tl為馬達的總損失、T_fw為機械結構所產生的雜散損失，如風損及磨擦損等。此一方法需具備一台可調變負載機構、電力分析儀、轉速計及一個連軸器，獲得輸入電壓、電流及馬達轉速資訊，以計算馬達轉矩。

4.直接量測法(Direct_Measurement)

直接量測法係將馬達直接與扭力計耦合，並加入一可調變負載機構，如伺服馬達或磁滯煞車器，如圖2所示；可直接將馬達輸出轉矩直接量測出來，不需經過任何計算公式。整體系統架構包括一台電力分析儀、可調變負載、扭力計、轉速計及兩個連軸器，藉由儀器直接獲得輸入電壓、電流、轉速及轉矩資訊。

圖2 直接量測法系統實體圖

IEEE標準規範所設的四種方法，各有其優缺點及限制條件，表1為此四種方法進行詳細的比較。

表1 IEEE馬達特性量測標準方法比較