馬達小教室:電流 ( II )

本文要來說明馬達與電流的愛恨情仇。

基本上從馬達設計者對於電流的態度,大概可以了解是初學者還是老手。如同阿基米德的槓桿原理一般,給我一個對的支點和一根足夠長的桿子,就可以翹起地球;對照馬達的世界就會變成,給我足夠的電流,馬達可以帶動整個地球旋轉。由馬達的機械方程式中,可以簡單的察覺到,馬達轉矩主要來自於電流,且為正比關係,因此初學者很容易依賴電流,對於電流只有滿滿的愛意;然而這當中存在非常多的風險。

馬達小教室:電流 ( II )
馬達機械方程式


筆者曾經聽過一個想要用12V電壓設計電動車馬達,這對筆者來說,實在是太瘋狂,而這還是國內最主要的法人研究單位所提的案子,真不太確定是有黑科技還是...,但終究是沒有產出。

目前已知,基本電動車馬達需達到150KW的規格,對應12V的工作電壓,代表輸入電流會達到驚人的12.5KA。這12.5KA的電流在馬達設計中,若有良好的水冷裝置的情況下,需設計線圈的電流密度達到10~15(A/mm^2),以避免馬達線圈過熱燒毀(銅損),對應此電流密度代表線徑需到32~40mm。比對一下家中的馬達所使用的線圈直徑,大多是在0.5mm以內;使用過粗的線徑設計,會提高生產難度,降低量產規模。若線材直徑達到3mm以上,需採用銅柱的生產模式;且為方便生產,其體積都會刻意加大。銅的密度比鐵還要高,過度粗的線徑設計也會導致馬達整體重量增加。當馬達設計採用12V的工作電壓,僅依靠電流撐高馬達功率時,會得到一個需要超高放電能力之電池或電源,且體積大、重量重、溫度高、不易生產的馬達。
馬達小教室:電流 ( II )
金屬密度
馬達小教室:電流 ( II )
銅損


而一個有經驗的馬達實務設計,可參考TOYOTA的Hybrid系統,就將馬達的工作電源昇壓到650V以上,降低了電流所產生的困擾。當昇壓到650V時,150KW對應的電流降為230A左右。

此外在電力輸送時,低壓大電流通常會導致電纜線需加粗,且傳輸的損失較大,因而在遠距離的電力輸送,都會採用昇壓的方式,台灣目前最高會昇到34.5萬伏特的電壓,來做輸送。


馬達小教室:電流 ( II )
台電供電系統簡介

由上述例子來看,想要使用大量的電流,需注意的事項蠻多的,包括生產能力,整體重量,體積空機,電源能力,散熱設計等等。對馬達設計的老手而言,基本上是非到不得以才採用大電流壓榨馬達能力,但在壓榨的同時,還是要把配套措施跟可能性都評估完整,才是一個合格的設計者。馬達設計老手對於電流,只能說是又愛又怕。

重點整理:
電流,要先了解後,才能妥善使用。
電流基本上是最後一招。

https://vocus.cc/user/@rexwumotor
2022-07-06 23:42 發佈
好文章,請繼續後面的文章,結束的時候我會全部備份起來,感謝
御劍梧 wrote:
本文要來說明馬達與電(恕刪)

高電壓 低電流
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