馬達小教室：功率 ( II )

作者：御劍梧│2022-06-28 15:57:07│巴幣：2│人氣：224

本文將會針對馬達輸入功率(Input Power，W)作說明。

由上一篇可知在馬達輸入功率(Pin，W)中，缺乏了時間資訊，因此在用電量的計算時，必須再加上時間，就變成了度，其定義為千瓦小時(kW‧hr)，也就是1千瓦的電使用一小時，代表一度電。

馬達輸入功率方程式

而千瓦這規格，其實由前一篇的介紹可以，一馬力是定義為750W，也代表千瓦其實是蠻大的規格。台灣常用的電壓值為110V，一般延長線會標示電流可耐到15A，相乘後可得，110*15 = 1650W = 1.65KW，這代表電線的承載能力。而家中常用的家電耗電，傳統電風扇平均來說是60W，這代表電風扇要開足16.7小時，才花了一度電。另外，雖然冷氣機較為耗電，我們以1KW直接計算，一度電費為5塊錢的情況下，代表省喝一杯30塊的飲料，就可以吹6小時的冷氣。因此窩在加中吹冷氣，比起太熱去買飲料來喝，划算得多

家電耗電統計

由上述可知，傳統家庭內的用電量其實不高。但目前大家比較熟悉的電動機車馬達至少3KW起跳，電動車馬達至少150KW起跳。而且這都是輸出功率(Pout)，而非輸入功率(Pin)，代表耗電只會更兇。若我們純以書面規格來計算耗電費用，則3KW代表騎一小時就要花到15塊的電費；150KW則是一小時要花到750塊。但實際騎乘時，並沒有這麼誇張的耗損，代表不應該直接使用標示功率來計算電費，無論是輸入或是輸出功率。

假設馬達效率為90%，則3KW輸出功率(Pout)，會對應到3.34KW的輸入功率(Pin)。若以gogoro電池規格為電壓43.2V，這代表電流上限應該會鎖在3340W / 43.2V = 77.3A。但由下圖的馬達特性曲線來看，若吃到這麼高電流時，往往是對應到一個高轉矩低轉速的狀態，類似爬坡時的低速情況，才會達到如此高的耗電。反而在高速時，需要耗的電流其實並不大，假設維持時速在70公里時，耗電流可能降至20A，那真正的耗電功率為 43.2*20 =864W，而非3.34KW。這也就是為什麼實際騎乘時，耗電沒那麼誇張的原因。不過，若是全程載重或是爬坡時，就有可能達到高的耗電量。若以騎乘或開車的狀態來描述，就是當油門全開時，但速度仍然很慢，那就是處於最耗電的狀態。

馬達特性曲線圖

若光看馬達特性曲線圖，還會有個錯誤認知，就是低轉速時是大電流耗電，高轉速時就低電流省電，最高效率點也位在高轉速區域，這難到代表慢慢騎車或開車，就不省電嗎?

在馬達的規格中，輸入的功率應該有電壓(V)及電流(i)兩個資訊，但由於電壓值一般是固定值，所以在特性曲線圖中會省略標示。慢慢騎車或開車不省電這誤會，就是少了電壓項的評估。假設在一併認為低速時，電流會吃到77A，這是剛剛計算的電流上限值。則在電壓全開的情況下，輸入功率為 43.2 77 = 3326.4W。但當我們油門沒有全開，只開了三分之一，此時騎乘的速度慢，電流仍維持在77A，但由於油門正比於電壓值，此時的工作電壓為降為43.2 / 3 = 14.4V，代表則其輸入功率為14.4 * 77 = 1101.1W，這表示了慢慢騎車仍然是省電的。

重點整理：
實際給定的電壓值，可能經過電控後有變化。
在相同電壓值下，高速比低速省電。
馬達設計時，若是要拉高馬達功率，提升工作電壓是比較輕鬆的作法。

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我把所有的知識都放在那裡了。

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