第二章 感應電動機特性實驗 實驗一 三相感應電動機之預備實驗 實驗二 三相感應電動機之無戴與堵住實驗 實驗三 三相感應電動機之負載特性實驗

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1 第二章 感應電動機特性實驗 實驗一 三相感應電動機之預備實驗 實驗二 三相感應電動機之無戴與堵住實驗 實驗三 三相感應電動機之負載特性實驗
實驗一 三相感應電動機之預備實驗 實驗二 三相感應電動機之無戴與堵住實驗 實驗三 三相感應電動機之負載特性實驗 實驗四 三相感應電動機之速率控制 實驗五 單相感應電動機之特性實驗 實驗六 單相感應電壓調整器之特性實驗 back

2 實驗一 三相感應電動機之預備實驗 一 實驗目的 二 實驗原理 三 所需設備及儀器 四 接線圖 五 注意事項 六 實驗結果 七 討 論
一 實驗目的 二 實驗原理 三 所需設備及儀器 四 接線圖 五 注意事項 六 實驗結果 七 討　論 Back

3 一 實驗目的 瞭解三相感應電動機之構造 檢測三相感應電動機之各項規格 測量繞組電阻。 4. 測量絕緣電阻。 Back

4 二 實驗原理 (一) 三相感相電動機之構造 (二) 繞組電阻的測量 (三) 絕緣電阻的測量 Back

5 (一) 三相感相電動機之構造 　三相感應電動機是一種非同步轉速運轉的旋轉電機。其定子和同步機一樣使用三相繞組平均分佈於槽內，每一相繞組在空間上互成 的電氣角，並通以各差 的交流三相平衡電流，因此可產生旋轉磁場。定子上產生的旋轉磁場，經鐵心和氣隙在轉子上感應電勢，將轉子短路後產生電流，轉子上帶電流的導體和旋轉磁場作用後產生運轉轉矩。典型的三相感應電動機，其定子之構造為平衡三相繞組，其接線可分 接和 接依運轉電壓而定。轉子之構造可分鼠籠型和繞線型。鼠籠型的轉子，其結構是柱體的疊積鐵心槽內灌入熔解的鋁液，同時把槽導體，短路環和散熱葉片鑄出，由於其構造相當簡單，故廣泛應用於工業界。繞線型轉子，其結構是在剛好一極距的槽中放置繞組線圈，且通常連接成星形的三相繞組，每相繞組的一端接至滑環 (slip ring) 上，滑環可透過電刷和外界三相可變電阻連接，以達到改變電動機運轉特性之目的。 Back

6 (二) 繞組電阻的測量 　　測量繞組的參數，其目的在繪製感應電動機的等效電路，當等效電路繪製完成後，感應電動機的各項特性如效率，最大輸出轉矩，功率因數等即可經由計算或繪製圓線圖求出。 　　一般感應電動機繞組電阻之測量其目的在先求出定子繞組之交流電阻以供作等效電路之計算。定子繞組之接線可分為 接、 接或三組獨立繞組以提供 變換者，因此，測量時須按其接法採取不同的計算方式。 1. Y 接時 2. △ 接時 3. 三組獨立繞組時 Back

7 1. Y 接時 定子繞組為 接時，其直流等效電路如圖2-1所示，端線之標註為x、y、z，此時可利用低電阻數字型電表測得端電阻為 (2-1) (2-2) (2-3) 圖2-1Y接定子等效直流電路 Down Back

8 解上式聯立方程式可得各相繞組電阻值為 (2-4) (2-5) (2-6) 若三相繞組為平衡，則 Back

9 2. 接時 Down Back 定子繞組為 接時，其直流等效電電路如圖2-2所示，此時低電阻數字型電表測得之端電阻值為
接時 定子繞組為 接時，其直流等效電電路如圖2-2所示，此時低電阻數字型電表測得之端電阻值為 (2-7) (2-8) (2-9) 在一平衡三相繞組中， ，的電阻值應相等 則 (2-10) Down Back

10 圖2-2  接定子等效直流電路 Back

11 3. 三組獨立繞組時 Down Back 若三相繞組獨立時，其直流等效電路如圖2-3所示，此時各繞組可分別利用數字型低電阻計測量。
3. 三組獨立繞組時 若三相繞組獨立時，其直流等效電路如圖2-3所示，此時各繞組可分別利用數字型低電阻計測量。 圖2-3　定子為三組獨立繞組時之等效直流電路 Down Back

12 　　由於導體之電阻值會隨溫度變化，故在常溫下測量之電阻值，需換算至感應電動機正常使用時 ( 溫度約為 ) 之電阻值。故電阻可換算成
(2-11) 其中 ：為 時的電阻值 ：為 時的電阻值 ：為測量時的室溫 Down Back

13 　　另外要注意的是電阻計測量時所使用之電源為直流電源，而三相感應電動機須使用交流電源運轉，因此所測量之直流電阻值須乘上一比例係數，以反應交流電所形成之集膚效應，其換算式如下：
(2-12) 其中 ：為交流電阻值 ：為直流電阻 ：為比例係數， (一般採用1.5) 　繞組電阻值之測量除可求得定子繞組之電阻值外，亦可藉此測量判斷定子繞組之好壞，通常在三相平衡時，三繞組之電阻值應相差不大，否則可能是測量過程有誤，繞組間短路或其他不正常現象。 Back

14 (三) 絕緣電阻的測量 　　絕緣電阻測量之目的在判斷電機內部絕緣材料之絕緣能力。絕緣電阻值可利用高阻計測量。電動機額定電壓在 下者，用 的高阻計即可； 以上時，則使用 的高阻計測量。依規定在 左右之絕緣電阻： 依JEC-114之規定 　　　 (2-13) 依CNS-2901之規定 　　 (2-14) 　　絕緣電阻值測定之部位包括定子、轉子和外殼之間，若每相繞組各自獨立，則尚須測量各相繞組間之絕緣電阻，另外，若馬達為鼠籠型轉子，則因轉子無出線端，故只須測量定子和外殼之絕緣電阻即可。其測量方法如下： Down Back

15 1. 定子與外殼之間 2. 定子與轉子之間 3. 轉子與外殼之間 4. 獨立繞組之間 Back
1. 定子與外殼之間 將定子三組線端短路標為UVW1，再將外殼端標為G，測量UVW1和G之間的絕緣電阻。 2. 定子與轉子之間 將定子三組線端互相短路標為UVW1，而轉子繞組由滑環拉出並互相短路標為UVW2，測量UVW1及UVW2之間的絕緣電阻。 3. 轉子與外殼之間 由於轉子之運轉電壓較低，相當於變壓器的低壓側，因此轉子與外殼之間的絕緣電阻值較低。測量時由滑環拉出之三組線端短路標為UVW2，外殼端標為G，測量UVW2和G之間的絕緣電阻值。 4. 獨立繞組之間 若定子繞組己接成 或 ，則此部份實驗省略。其測量方式是採每相對另外二相較 ( 二繞組短路 ) 之間相互測試。即分別測量U-VW，V-UW和W-UV之間的絕緣電阻。 Back

16 三 所需設備及儀器 1 部 2 台 3 4 三相感應電動機 高阻計 數字型低電阻計 三用電表 編號 名 稱 規 格 備 註 Back 單位
三 所需設備及儀器 編號 名　　　　稱 規　　格 單位 數量 備　　註 1 部 2 台 3 4 三相感應電動機 高阻計 數字型低電阻計 三用電表 Back

17 四 接線圖 圖2-4　三相感應電動機預備實驗流程 Back

18 五 注意事項 1. 高阻計在測量時兩端電壓為 以上，應注意避免觸電。 2. 測量絕緣電阻時，應注意防止漏洩電流對測量結果的影響。 Back

19 六 實驗結果 1. 電動機銘牌額定 2. 定子繞組電阻 Back Down 額定容量 電壓 電流 頻率 極數 轉速 轉子型式 備註 HP W
六 實驗結果 1. 電動機銘牌額定 額定容量 電壓 電流 頻率 極數 轉速 轉子型式 備註 HP W V A Hz P rpm 鼠籠型 繞線型 2. 定子繞組電阻 測量值 計算值 平均電阻值 室溫 換算 時交流電阻值 Back Down

20 Back 3. 轉子繞組電阻 ( 鼠籠型轉子免填 ) 4. 絕緣電阻 滑環間電阻 計算值 平均電阻值 換算至 交流電阻值 室溫 定子與外殼
3. 轉子繞組電阻 ( 鼠籠型轉子免填 ) 滑環間電阻 計算值 平均電阻值 換算至 交流電阻值 室溫 4. 絕緣電阻 定子與外殼 定子與轉子 轉子與外殼 獨立繞組之間 備 註 UVW1-G UVW1-UVW2 UVW2-G U-VW V-UW W-UV Back

21 七 討 論 1. 如何判斷定子接線為 接或 接。 2. 所測量之絕緣電阻值是否合規定。
七 討　論 1. 如何判斷定子接線為 接或 接。 2. 所測量之絕緣電阻值是否合規定。 3. 若定子繞組出線端有六條線，試比較 接和 接時馬達之各種特性 如額定電壓、電流、轉速、轉矩和旋轉方向等。 Back

22 實驗二 三相感應電動機之無載 與堵住實驗 一 實驗目的 二 實驗原理 三 所需設備及儀器 四 接線圖 五 實驗流程 六 重點提示
一 實驗目的 二 實驗原理 三 所需設備及儀器 四 接線圖 五 實驗流程 六 重點提示 七 實驗結果 八 討論問題 Back

23 一 實驗目的 1.瞭解三相感應電動機的等效電路。 2. 練習測量及計算三相感應電動機之等效電路參數。 3.測量三相感應電動機之無載損。
一 實驗目的 1.瞭解三相感應電動機的等效電路。 2. 練習測量及計算三相感應電動機之等效電路參數。 3.測量三相感應電動機之無載損。 4.測量三相感應電動機之銅損。 Back

24 二 實驗原理 (一) 三相感應電動機等效電路 Down Back
二 實驗原理 (一) 三相感應電動機等效電路 　感應電動機的運轉是根據定子電路 ( 變壓器作用 ) 感應在轉子電路上的電壓和電流產生。因此，其等效電路大致和變壓器相同，圖2-5為三相感應電動機每相之等效電路，圖中 為 相電壓，為 定子電流， 為定子每相電阻， 為定子每相漏電抗，定子電流可分為兩個分量，一個是負載電流分量 ；另一個為激磁電流分 ， 和 為轉子換算至定子側之等效電阻和電抗，s則為轉差率。 圖2-5　三相感應電動機每相之等效電路 Down Back

25 Down Back 等效電路中轉差率 須視三相感應電動機轉速而定，其定義如下： 其中 ：為同步轉速 (r.p.m)
　等效電路中轉差率 須視三相感應電動機轉速而定，其定義如下： (2-15) 其中 ：為同步轉速 (r.p.m) ：轉子實際轉速 (r.p.m) 　　由上式得知，轉子靜止時 ，轉子在同步轉速時 。一般正常運轉時 。由於感應電動機其他參數在電機製造完成時已成定值，因此可利用 ( 轉子堵住時 ) 和 ( 無載時 ) 兩種狀況求取等效電路之參數。 Down Back

26 (二) 無載實驗 　　無載實驗時，電動機須接上額定電壓並保持空轉，其目的是測量無載損和並聯參數。此時電動機轉速接近同步轉速 ( 典型的實驗室1/2 HP 4極感應馬達可達 )，故轉差率 感應馬達二次電路可視為開路，則其等效電路如圖2-6所示。其中 故 ， 可分成兩個分量 　 分別是 ( 鐵損電流 ) 和 ( 磁化電流 )。由於 的值遠小於 之值，故為方便計算起見，一般可忽略在 上之壓降及上 之銅損。在無載時感應電動機之損失包括鐵損及旋轉損，鐵損可分為磁滯損和渦流損；旋轉損包括摩擦損，風損和雜散損。為了簡化計算，通常將旋轉損併入鐵損計算。若無載時輸入之總功率為 ( 無載損 )，相電壓為 ，相電流為 ，則每相激磁回路之參數為： Down Back

27 每相激磁回路之參數為： (2-16) (2-17) (2-18) (2-19) Down Back

28 圖2-6　感應電動機無載時之等效電路 Down Back

29 (三) 堵住實驗 　　堵住實驗時，須使感應電動機之轉子靜止不動並加入額定電流。堵住轉子之方法可用鋼架或在耦合器上鎖住，一馬力以下者則可直接用布手套或空手壓住即可。堵住實驗時應注意，須先堵住住再加電流。此時，因轉子靜上不動其轉差率 ，二次側處於低阻抗狀態，激磁回路可省略，則等效電路如圖2-7所示。則堵住時輸入之總功率 可視為銅損。 圖2-7　感應電動機堵住時之等效電路 Down 　若此時之相電流為 ，相電壓為 ，則參數之計算如下： Back

30 Down Back 和 之分離則依表2-1之經驗法則分離。 (2-20) (2-21) (2-22) (2-23) (2-24)
(2-25) 和 之分離則依表2-1之經驗法則分離。 Down Back

31 表2-1　分離定子和轉子電抗值之經驗法則 以 為函數之 和 轉子型式 A級 B級 C級 D級 繞線型 Back

32 三 所需設備及儀器 三相感應電動機 三相電壓調整器 AC安培表 AC伏特表 AC瓦特表 轉速表 轉軸堵住裝置 Back 編號 名 稱 1 部
三 所需設備及儀器 編號 名　　　　稱 單位 數量 備　　註 1 三相感應電動機 部 2 三相電壓調整器 3 AC安培表 個 4 AC伏特表 5 AC瓦特表 6 轉速表 7 轉軸堵住裝置 組 Back

33 四 接線圖 圖2-8　三相感應電動機無載和堵住實驗之路線 Back

34 五 實驗流程 圖2-9 　三 相 感 應 電 動 機 無載和堵住實驗流程 Back

35 六 重點提示 無載實驗時，功率因數甚低，瓦特表可能有一只指針會逆轉，此時可將其電流線圈反接，則功率 。
六 重點提示 無載實驗時，功率因數甚低，瓦特表可能有一只指針會逆轉，此時可將其電流線圈反接，則功率 。 轉子位置不同時，激磁路徑略有差異，故堵住實驗時須多取幾個位置測試，並取其平均值。 3. 繞線式轉子在實驗時，應先將轉子繞組短路。 Back

36 七 實驗結果 (一) 無載實驗 1. 測量值 備註 2. 計算值 ( 以每相電壓，電流和功率計算 ) 備註 Down Back

37 (二) 堵住實驗 1. 測量值 項目 備註 1 2 3 4 平均 轉子位置 2. 計算值 ( 以每相電壓，電流和功率計算 ) Back

38 八 討論問題 無載實驗時，若轉差率以實際值換算，則等效電路之誤差約為多少？ 以等效電路計算之起動電流和實際值差多少？
八 討論問題 無載實驗時，若轉差率以實際值換算，則等效電路之誤差約為多少？ 以等效電路計算之起動電流和實際值差多少？ 3. 比較感應電動機無載時之功因和計算值差多少？ Back

39 實驗三 三相感應電動機之負載特性實驗 一 實驗目的 二 實驗原理 三 所需設備及儀器 四 接線圖 五 實驗流程 六 實驗結果 七 重點提示
一 實驗目的 二 實驗原理 三 所需設備及儀器 四 接線圖 五 實驗流程 六 實驗結果 七 重點提示 八 討論問題 Back

40 一 實驗目的 瞭解三相感應電動機之負載特性。 2. 用實際加載方式求出三相感應電動機之效率，功率因數和轉差率等之變化情形。 Back

41 二 實驗原理 一般電動機帶動的負載轉矩可由下式表示： 其中 ：負載轉矩 ：慣性常數 (2-26) ：阻尼係數 ：角速度 Down Back

42 當三相感應電動機接上負載時，其轉差率、轉矩、功率因數及效率將隨之改變。圖2-10為負載改變時，各種參數改變的情形。各參數之計算式如下：
(2-27) (2-28) (2-29) (2-30) Down Back

43 Down Back 要計算上述之參數，須用轉速計、電壓表、電流表及動力計測量，其中輸出功率及轉矩之測量可採用下列二種方法：
　　要計算上述之參數，須用轉速計、電壓表、電流表及動力計測量，其中輸出功率及轉矩之測量可採用下列二種方法： 1. 利用動力計測定輸出功率 (2-31) ：每分鐘轉速 ：動力計測定之轉矩 2. 利用實測法求電動機之輸出功率 (1)測量每一相定子繞組之平均電阻 (2)無載實驗求得平均每相無載電流 ，無載損 。 (3)加入負載時之輸出功率為 (2-32) 式中 ：轉差率 ：輸入功率 ：定子平均每相電流 ：每相定子繞組之電阻 Down Back

44 圖2-10　負載改變時各種參數改變的情形 Back

45 三 所需設備及儀器 名 稱 規 格 M-G set 編號 單位 數量 備 註 1 動力計 渦流式動力計 部 2 瓦特表 只 3 電壓表
三 所需設備及儀器 編號 名　　　　稱 規　　格 單位 數量 備　　註 1 動力計 渦流式動力計 部 2 瓦特表 只 3 電壓表 AC V 4 電流表 AC 0-10 A 5 轉速計 光電型 6 負載電阻 套 7 M-G set IM-DCG 8 DC 0-30 A 9 DC V Back

46 四 接線圖 圖2-11　為負載特性之接線圖 Back

47 五 實驗流程 圖2-12　三相感應電動機負載實驗流程 Back

48 六 實驗結果 rpm ∴　 Back

49 七 重點提示 馬達啟動時電流相當大，電流表及瓦特表之電流線圈最好先予短路。
七 重點提示 馬達啟動時電流相當大，電流表及瓦特表之電流線圈最好先予短路。 2. 三相感應機輕轉時功因相當低，此時一只瓦特表可能會逆轉。可將其電流線圈對調以得到讀值，但計算時應計為 。 Back

50 八 討論問題 效率對負載之變化如何？由實驗結果討論之。 2. 轉差率對負載之變化如何？由實驗結果討論之。 Back

51 實驗四 三相感應電動機之速率控制 一 實驗目的 二 實驗原理 三 所需設備及儀器 四 接線圖 五 實驗步驟 六 實驗結果 七 重點提示
一 實驗目的 二 實驗原理 三 所需設備及儀器 四 接線圖 五 實驗步驟 六 實驗結果 七 重點提示 八 討論問題 Back

52 一 實驗目的 瞭解各種三相感應電動機速率控制之原理。 學習利用變頻器做感應電動機之速率控制。
一 實驗目的 瞭解各種三相感應電動機速率控制之原理。 學習利用變頻器做感應電動機之速率控制。 3. 學習利用改變轉電阻做繞線式感應電動機之速率控制。 Back

53 二 實驗原理 (一) 三相感應電動機速度控制之方法 (二) 改變外加電壓之速率控制 (三) 改變外加頻率之速率控制
二 實驗原理 (一) 三相感應電動機速度控制之方法 (二) 改變外加電壓之速率控制 (三) 改變外加頻率之速率控制 (四) 改變極數的速率控制 (五) 轉子外加電阻的速率控制 (六) 轉子外加電壓之速率控制 (七) 兩電動機作串接運用之速率控制 Back

54 (一) 三相感應電動機速度控制之方法 　　固態驅動器發明之前，感應電動機在需要大範圍速度控制的應用上並不適用。典型感應電動機的正常運轉範圍限制在 的轉差率內，在此範圍內的速度變化和負載成比例關係。目前控制感應電動機的速率可由定子和轉子兩方面考慮，就定子方面而言，可以採用下列三種方法： (1) 改變外加電壓 (2) 改變外加頻率 (3) 改變極數 就轉子方面而言，亦有三種控制方法： (1) 改變轉子外加電阻( 限繞線式感應電動機 ) (2) 兩電動機作串接運用 (3) 轉子外加電壓 Back

55 (二) 改變外加電壓之速率控制 三相感應電動機的轉矩約略外加電壓平方成正比，其關係式如下：
(二) 改變外加電壓之速率控制 三相感應電動機的轉矩約略外加電壓平方成正比，其關係式如下： (2-33) 利用此法所能改變的電動機的速率範圍有限，且低速時，因電流過大，故僅適用於小型電動機之控速。 Back

56 (三) 改變外加頻率之速率控制 如果改變加到感應電動機定子上的電頻率，則依公式
(三) 改變外加頻率之速率控制 如果改變加到感應電動機定子上的電頻率，則依公式 (2-34) 　　得知，磁場的旋轉速率，將隨電源頻率成正比，則轉子之速率亦將改變。利用變頻控制，我們可以調整電動機的速率大於或小於基準速度，經過適當設計的變頻感應電動機驅動器彈性很大，它可控制的速率範圍相當大，可小至基準轉速的 ，大至基準速率的兩倍。 Back

57 圖2-13 定子繞組變更極數的原理 (a) 兩極之接法；(b) 四極之接法
(四) 改變極數的速率控制 　由 (2-34) 式得知，感應電動機的同步速率和極數成反比，故改變極數可改變同步速率，進而改變感應機旋轉速率，利用這種方式控制速率多應用於鼠籠式轉子的電動機，因為其轉子繞組可視為任何偶數之極數；另外，定子每相必須含有兩個完全獨立相同之繞組，利用開關改變其中一繞組之激磁電流方向，或利用不同之接線，可使極數增倍或減半，因此可得雙速之控制。 (a) (b) Down Back 圖2-13　定子繞組變更極數的原理 (a) 兩極之接法；(b) 四極之接法

58 利用改變極數的速率控制方式可得到下列三種轉矩一速率特性：
　利用改變極數的速率控制方式可得到下列三種轉矩一速率特性： 固定轉矩連接法：在高速與低速連接中，電動機轉矩大約維持固定。 固定馬力連接法：在高速與低速連接中，電動機功率大約維持固定。 3. 可變轉矩連接法：電動機的轉矩隨速率而變，例如風扇型的負載。 Down Back

59 Back 圖2-14 變極速控之定子線圈連接法 圖2-14 變極速控之定子線圈連接法 (續) (a) 固定轉矩連接法 (b) 固定功率連接法
圖2-14　變極速控之定子線圈連接法 (c) 可變轉矩 (d) 產生之轉矩－速率特性曲線 Back 圖2-14　變極速控之定子線圈連接法 (續)

60 (五) 轉子外加電阻的速率控制 在繞線式轉子的感應電動機中，我們可以在電動機轉子電路插入外加電阻以改變轉矩－速率曲線之特性，其產生之變化如圖2-15所示。圖中顯示當外加電阻改變時，負載轉速亦會改變，但是，在感應電動機轉子電路中插入電阻將嚴重地降低電動機的效率，故這種控制速率的方法通常只能短時間使用。圖2-15中顯示轉子電阻越大，其轉速對負載之變動越大，如圖中 可印證之。 圖2-15　加轉子電阻之速度控制 Back

61 (六) 轉子外加電壓之速率控制 在轉子繞組上加入頻率為 sf 的電壓，其效果和改變轉子繞組之效果相同，當加入電壓和轉子感應電壓同相時，其結果和減低電阻相同，使電機轉速增快，甚至超過同步速率，當加入電壓和轉子感應電壓反相時，其結果相當於增加轉子電阻，使電動機速度減慢。利用這種方法控制速度，可得到大於或小於同步轉速的控制範圍，且無功率損耗，故不致降低效率。 Back

62 (七) 兩電動機作串接運用之速率控制 Down Back
(七) 兩電動機作串接運用之速率控制 　　此法需用兩部不同極數之感應電動機，其連接如圖2-16所示，圖中A機需為繞線型，B機則可為繞線型或鼠籠型均可，若B機為繞線型，則其轉部 可進一步控制。兩機的軸以機械方式耦合，若A機之極數為 ，其同步轉速為 ，B機之極數為 ，同步速率為 ，則兩機組合後，可得到下列四種同步速率： 1. 單獨使用A電動機時： (2-35) 2. 單獨使用B電動機時： (2-36) 3. 兩機串聯運用，定子旋轉方向相同時，稱串級相助，其同步轉速為 (2-37) 4. 兩機串聯運用，定子旋轉磁場方向相反，稱串級相消，其同步轉速為 (2-38) Down Back

63 圖2-16　兩機串級運用 Back

64 三 所需設備及儀器 Back 編號 名 稱 規 格 單位 備 註 1 電動發電機組 一套 含三相感應電動機一台 2 調速用電阻箱 一組 3
三 所需設備及儀器 編號 名　　　　稱 規　　格 單位 備　　註 1 電動發電機組 一套 含三相感應電動機一台 2 調速用電阻箱 一組 3 變頻速度控制器 4 負載箱 5 AC伏特表 0～300V 一只 6 AC安培表 0～20A 7 DC伏特表 0～200V 8 DC安培表 9 0～2A或0～5A 10 可調電阻器 0～200 11 轉速計 12 頻率A計 13 電阻計 Back

65 四 接線圖 1. 改變外加電源頻率控制轉速 圖2-17　利用變頻器控速之接線 Down Back

66 2. 將電阻加於轉線路的速率控制 圖2-18　利用轉子外加電阻之控速 Back

67 五 實驗步驟 改變外加電源頻率 控制感應電動機速率 圖2-19 　改變外加電源頻率之速度控制實驗流程 Down Back

68 2. 改變繞線式轉子外加電阻 控制感應電動機速率 圖2-20 　改變轉子外加電源之速度控制流程 Back

69 六 實驗結果 1. 改變外加電源頻率控制感應電動機轉速 項目 1 2 3 4 5 頻率 Down Back

70 2. 將電阻加於轉子線路中控制感應電動機轉速 項目 1 2 3 4 5 頻率 Back

71 七 重點提示 感應電動機的負載也可以直接以動力計代替，如此可直接讀取轉速和轉矩值。 若設備許可，讀者亦可作其他速度控制方式的驗証。
七 重點提示 感應電動機的負載也可以直接以動力計代替，如此可直接讀取轉速和轉矩值。 若設備許可，讀者亦可作其他速度控制方式的驗証。 若感應電動機須應用於 轉速的場合時，本實驗所介紹的各種控速方法並不適合，宜採用機械耦合器減速。 4. 繞線式電動機轉子外加電阻，在啟動時須調大一點以降低啟動電流。 Back

72 八 討論問題 為何在變頻控時須保持 值為定值？ 試以示波器觀察變頻器轉出之波形？ 3. 參考電機機械相同文獻，討論各種速率控制之優 缺點。
八 討論問題 為何在變頻控時須保持 值為定值？ 試以示波器觀察變頻器轉出之波形？ 3. 參考電機機械相同文獻，討論各種速率控制之優 缺點。 Back

73 實驗五 單相感應電動機 之特性實驗 一 實驗目的 二 實驗原理 三 所需設備及儀器 四 接線圖 五 實驗流程 六 重點提示 七 實驗結果
一 實驗目的 二 實驗原理 三 所需設備及儀器 四 接線圖 五 實驗流程 六 重點提示 七 實驗結果 八 討論問題 Back

74 一 實驗目的 瞭解各種單相感應電動機的運轉原理及構造。 2. 瞭解各種單相感應電動機之起動方法及負載特性。 Back

75 二 實驗原理 (一) 單相感應電動機之種類 (二) 分相式電動機 (split-phase motor)
二 實驗原理 (一) 單相感應電動機之種類 (二) 分相式電動機 (split-phase motor) (三) 電容啟動式電動機 (capacitor-start motor) (四) 永久分相電容式電動機 (permanent-split capacitor motor) (五) 雙值電容式電動機 (two-value-capacitor motor) (六) 蔽極式電動機(shaded-pole motor) Back

76 (一) 單相感應電動機之種類 　由於一般家庭用電多為單相交流電源，故一些家電產品如冰箱，冷氣機，洗衣機、電扇、抽水機和吸塵器等，多以單相電動機帶動；另外一些工廠內的小型電力設備亦使用分數馬力的單相電動機。 　　單相感應電動機最大的問題是，單相電源無法利用定子繞組自行產生旋轉磁場，故須藉助其他方法幫助啟動才能運轉。典型的單相電動機若以啟動方式可分為： (1) 分相式 (2) 電容啟動式 (3) 永久 ( 分相 ) 電容式 (4) 雙值電容式 (5) 蔽極式 Back

77 (二) 分相式電動機 (split-phase motor)
　　分相式電機的結構如圖2-21所示，其轉子構造和三相鼠籠式轉子一樣，而其定子則分兩二繞組，一為主繞組；一為輔助繞組，在空間上互差 。為產生旋轉部場，兩繞組的電阻和電抗比值不同，以使流入之電流產生相角差。通常主繞組 ( 匝數多線徑粗 ) 之電阻低，電抗高；而輔助繞組 ( 匝數少，線徑細 ) 之電阻高，電抗低，如此所形成的電壓電流相量圖如圖2-21(b)所示。圖中 超前 在定子上形成了不平衡的兩相電流，對應兩繞組在空間上互差 ，可形成旋轉磁場幫助啟動，當轉子開始旋轉，並達到大約同步速率 時，離心開關 跳脫，電動機定子僅剩主繞組繼續維持轉子旋轉。 Down Back

78 Back 圖2-21 分相式電動機的結構圖 圖2-21 分相式電動機的結構圖 (續) (b) 相量圖 (a) 接線圖
圖2-21　分相式電動機的結構圖 (b) 相量圖 (a) 接線圖 (c) 轉矩-轉速特性曲線 Back 圖2-21　分相式電動機的結構圖 (續)

79 (三) 電容啟動式電動機 (capacitor-start motor)
　電容啟動式電動機的原理和分相式電動機相同，但其輔助繞組串聯一電容，以形成兩個電容之間的相角差，適當選擇啟動電容值，可以使主繞組電流和輔助繞組電流接近 ，此時可形成和兩相電動機一致之旋轉磁場。故其啟動轉矩較分相式電動機大。當轉子旋轉至接近同步速率 時離心開關跳脫，使輔助繞組切離電源，減少功率損失。其結構圖如圖2-22所示。 (a) 接線圖 (b) 向量圖 Down Back 圖2-22　電容啟動式電動機結構圖

80 (c) 轉矩－轉速特性曲線 圖2-22　電容啟動式電動機結構圖 (續) Back

81 (四) 永久分相電容式電動機 (permanent-split-capacitor motor)
　永久分相電容式電動機和電容啟動式電動機最大的差異在於啟動後，仍然保持電容和輔助繞組在電路上；故可節省離心開關，且功率因數，效率和轉矩之脈動等都可改善。經由適當的設計可使其近乎兩相電動機之運轉特性，唯為考量電容器在最佳啟動和運轉值之間作一折衷，會使啟動轉矩減少。其電路圖和特性曲線如圖2-23所示。 Down Back

82 (a) 接線圖 (b) 轉矩-轉速特性曲線 圖2-23　永久分相電容啟動式電動機 Back

83 (五) 雙值電容式電動機 (two-value-capacitor motor)
雙值電容式電動機是結合上述兩種電容式電動機之優點，其接線如圖2-24(a) 所示，一端串聯一低容量油浸式電容，使其具良好之運轉特性，同時離心開關串聯一較高容量之電解電容使其具良好啟動特性，啟動後當運轉速率達同步速率 時，離心開關跳脫將電解值電容切離電源，其特性如圖2-24(b) 所示。 Down Back

84 (a) 接線圖 (b) 轉矩－轉速特性曲線 圖2-24　雙值電容式電動機結構圖 Back

85 (六) 蔽極式電動機(shaded-pole motor)
Down Back

86 (a) 接線圖 (b) 轉矩-轉速特性曲線 圖2-25　蔽極式電動機結構圖 Back

87 三 所需設備及儀器 Back 1 內含單相感應電動機一台 2 轉速表 數字型 3 負載箱 4 直流伏特表 DC300V 5 直流安培表
三 所需設備及儀器 編號 名　　　　稱 規　　格 單位 備　　註 1 電動-發電機組 內含單相感應電動機一台 一套 2 轉速表 數字型 一台 3 負載箱 4 直流伏特表 DC300V 一個 5 直流安培表 DC5A，DC20A各一個 二個 20A測電樞電流 5A測磁場電流 6 交流伏特表 AC300V 7 交流安培表 AC20A 8 交流瓦特表 220V/10A 9 可調電阻器 0~220 Back

88 四 接線圖 圖2-26　單相感應機負載實驗之接線 Back

89 五 實驗流程 圖2-27　單相感應機負載實驗流程 Back

90 六 重點提示 單相感應電動機啟動電流時，電流表和瓦特表電流線圈宜先短路保護。 單相感應電動機之負載，亦可使用動力計取代發電機及負載箱。
六 重點提示 單相感應電動機啟動電流時，電流表和瓦特表電流線圈宜先短路保護。 單相感應電動機之負載，亦可使用動力計取代發電機及負載箱。 若實驗室還有其他種類電動機，亦可依實驗流程進行實驗。 4. 接線時務必將主繞組和輔助繞組分辦清楚。 Back

91 七 實驗結果 A起動方法 1 2 3 4 5 B起動方法 備註 項目 次數 Back

92 八 討論問題 請探討目前各種家電產品所使用的單相電動機之種類。 欲使單相感應電動機反轉時，應如何改變接線？
八 討論問題 請探討目前各種家電產品所使用的單相電動機之種類。 欲使單相感應電動機反轉時，應如何改變接線？ 3. 試比較三相和單相感應電動機之優缺點。 Back

93 實驗六 單相感應電壓調整器 之特性實驗 一 實驗目的 二 實驗原理 三 接線圖 四 所需設備及儀器 五 實驗流程 六 實驗結果 七 討論問題
一 實驗目的 二 實驗原理 三 接線圖 四 所需設備及儀器 五 實驗流程 六 實驗結果 七 討論問題 Back

94 一 實驗目的 　驗證單相感應電壓調整器之原理。 Back

95 二 實驗原理 (一) 使用目的及構造 　配電系統的電壓會受負載變動而升降，若升降範圍超過設定之標準必須啟動電壓調整器，以維持電壓的穩定。一般電壓調整器可分為步級電壓調整器和感應電壓調整器兩種。步級電壓調整器常裝設在配電線路上，以補償線路之壓降，而感應電壓調整器則常裝設於二次變電所饋線出口處，以維持電壓之穩定。 　　感應電壓調整器之構造類似感應電動機，但運轉原理和變壓器相同。電壓調整器可分為三相和單相兩種，單相感應電壓調整器之結構和接線圖如圖2-28所示。 Down Back

96 　各部份功能說明如下： 一次繞組 (P)：繞於轉子槽內，匝數多，導線細，經由滑環、電刷並聯於配電線路上受電。 二次繞組 (S)：繞於定子上且與負載串聯，導線粗且匝數少。 3. 短路繞組 (T)：繞於轉子槽內，位置與一次繞組垂直 。短路線圈對電壓調整範圍無關，其目的在使防止二次繞組 (S) 和一次繞組成 時形成抗流線圈。 Down Back

97 (二) 電壓調整之原理 電壓調整器的輸出電壓和一、二次繞組間之角度有 關，其電壓輸出狀況如下： Down Back
(二) 電壓調整之原理 　電壓調整器的輸出電壓和一、二次繞組間之角度有 關，其電壓輸出狀況如下： (a) 單相感應電壓調整器之結構圖 (b) 單相感應電壓調整之接線圖 圖2-28　單相電壓調整器之結構圖 Down Back

98 1. 當一次繞組 (P) 與二次繞組 (S) 平行時 ( 即 )。設一次繞組的匝數為 ，二次繞組的匝數為 ，則感應電壓調整器之匝數比 。 則輸入電壓 和輸出電 之關係為：
(2-39) 2.當一次繞組 (P) 轉動 ，一次和二次繞組相垂直時 ( 即 ) 因兩組互相垂直，故二者之間無磁交鏈，故二次繞組感應電勢為0，即 。 3. 當一次繞組 (P ) 轉動 時，一次和二次繞組成反向平行時 ( 即 ) 。此時一次和二次繞組極性相反，二次繞組感應電勢為負的最大則輸入電壓 ( ) 和輸出電壓 ( ) 之關係 (2-40) Down Back

99 4. 當一次繞組 (P) 動任意 角時 ( 即 ) 此時二次繞組感應電勢 ，故輸出電壓 可由下式表示：
(2-41) 　　上式為感應電壓調整器之一般式。 Back

100 三 接線圖 圖2-29　為單相感應電壓調整器之特性實驗 Back

101 四 所需設備及儀器 1 單相感應電壓調整器 單相 1台 2 負載箱 1組 3 AC伏特表 0～300V 2只 4 AC安培表 0～20A 5
四 所需設備及儀器 編號 名　　　　稱 規　　格 數量 備註 1 單相感應電壓調整器 單相 1台 2 負載箱 1組 3 AC伏特表 0～300V 2只 4 AC安培表 0～20A 5 AC瓦特表 10A，220V Back

102 五 實驗流程 圖2-30　電壓調整器實驗流程 Back

103 六 實驗結果 1. 無載電壓與位置關係 位置項目 ( 計算值 ) 備註 Down Back

104 2. 負載試驗 項目 一次側 二次測 備註 1 2 3 4 5 次數 Back

105 七 討論問題 比較感應機和感應電壓調整器之異同。 2. 比較自耦和感應電壓調整器之異同。 Back