第 8 章　直流電機的損失與效率 學習重點 1.瞭解直流電機的能量轉換。 2.瞭解直流電機的損失。 3.瞭解直流電機的效率。

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1 第 8 章　直流電機的損失與效率 學習重點 1.瞭解直流電機的能量轉換。 2.瞭解直流電機的損失。 3.瞭解直流電機的效率。

2 8-1 直流電機的能量轉換 8-2 直流電機的損失 8-3 直流電機效率 本章彙總

3 8-1 直流電機的能量轉換 任何能量轉換系統都無法將輸入能量全部轉換為有用的輸出能量，其中必有部分能量耗損於能量轉換系統內，並轉變為損耗的熱能損失，這些耗損一般稱之為損失（Loss）。 節目次

4 1.直流發電機 動能（機械能）　→　電能

5 2.直流電動機 電能　→　動能（機械能） 節目次

6 8-2 直流電機的損失 直流電機在能量轉換過程中的損失，可歸納為旋轉損（Rotational losses）、電機銅損（Electrical losses）、雜散負載損（Stray load losses）三大類，分別說明如下。 節目次

7 8-2.1 旋轉損 1.機械損 可分為軸承摩擦損、電刷摩擦損及風阻損三種，該損失與轉速快慢成正比。 直流電機的損失 影響因素
8-2.1　旋轉損 直流電機的損失 影響因素 損失大小決定方法 旋 轉 損 機械損 軸承摩擦損 轉速 由實驗決定。 電刷摩擦損 風阻損 電樞鐵心損 磁滯損 轉速與磁通密度 Ph＝KhBm2 f 渦流損 Pe＝KeBm2 f 2t2 1.機械損 可分為軸承摩擦損、電刷摩擦損及風阻損三種，該損失與轉速快慢成正比。

8 2.電樞鐵心損 電樞鐵心因磁通變化所形成的損失，又稱為鐵損，可分為磁滯損及渦流損兩種。
(1)磁滯損 Ph：電樞鐵心因磁滯現象所引起的損失，即： (2)渦流損 Pe：鐵心因渦流作用所引起的功率損耗，即：

9 3.公式中的代號意義 代號 Ph Kh Bm f 意義 磁滯損 磁滯係數 最大磁通密度 每秒轉速 Pe Ke t 渦流損 渦流係數 每片鐵心厚度 4.結論 為了抑制渦流損，應採用疊片製成的鐵心；為了減少磁滯損，必須採用磁阻低的矽鋼板為鐵心。綜合以上說明，電樞鐵心應採用薄矽鋼片層層疊製而成較為理想。

10 　　　1 有一電機於每極有 2×106 線磁通時，每分鐘轉速為 800 轉，其渦流損為 600 瓦特。若磁通增加到每極有 3×106 線，轉速提高到每分鐘 1200 轉，則渦流損為若干？ 　 ∵ 1＝2×106，n1＝800 轉／分，Pe1＝600 瓦特， 2＝3×106，n2＝1200 轉／分， 渦流損 Pe＝KeBm2 f 2t2 　 ∴ Pe2＝ 　　　 ＝3037.5（瓦特）

11 8-2.2 電機銅損 係指電機內各繞組因電流流過所造成的 I 2R 損失，可分為變值損與定值損兩種。 直流電機的損失 影響因素
8-2.2　電機銅損 係指電機內各繞組因電流流過所造成的 I 2R 損失，可分為變值損與定值損兩種。 直流電機的損失 影響因素 損失大小決定方法 電 機 銅 損 變值損 電樞繞組銅損 負載 PRa＝Ia2Ra 串激場繞組銅損 PRs＝Is2Rs 中間極繞組銅損 PRce＝Ia2Rce 補償繞組銅損 PRc＝Ia2Rc 電刷接觸銅損 Pb＝VbIa 定值損 分激場繞組銅損 分激場端電壓 PRf＝

12 8-2.3 雜散負載損 雜散負載損的發生原因包括以下幾點： 1.電樞導體及換向片因集膚作用所引起的損失。
8-2.3　雜散負載損 直流電機的損失 影響因素 損失大小決定方法 雜散負載損 電樞反應 1.美國：1% 額定輸出。 2.日本、德國： 有補償繞組時：0.5% 額定輸出。 無補償繞組時：1% 額定輸出。 換向環流 極面損失 雜散負載損的發生原因包括以下幾點： 1.電樞導體及換向片因集膚作用所引起的損失。 2.電樞反應引起磁通變形所增加的鐵損。 3.電樞線圈換向時，短路電流所增加的銅損。 4.主磁極表面所產生的極面損失。 5.每條路徑因電壓不等，在電樞繞組內引起環流時所增加的銅損。 節目次

13 8-3 直流電機效率 1.實測效率 直流電機的效率（Efficiency）有實測效率及公定效率之分。若以實際測量所得的電機輸出及輸入功率來計算，即稱為實測效率，以  表示，通常會加上百分比，即： 節目次

14 2.公定效率 由於發電機或電動機的機械功率均難以精確測得，因此通常會先計算各項損失，再求其效率，而以這種方法求得的效率，稱為公定效率（Conventional efficiency，又稱慣用效率），即： 【註】Po 為輸出功率， Pin 為輸入功率，Ploss 為損失功率。

15 3.全日效率 一般而言，直流電機經常是全天運轉，而負載則是變動不定，因此必須以全日效率來決定其運轉特性。所謂全日效率（All day efficiency）就是指一天 24 小時輸出總能量與輸入總能量的百分率比值，即：

16 2 有一 10 馬力的直流電動機，接於 100 伏特的直流電源，滿載時取用電流為 84 安培，試求該電動機的效率？
　　　2 有一 10 馬力的直流電動機，接於 100 伏特的直流電源，滿載時取用電流為 84 安培，試求該電動機的效率？ 　 ∵ Po＝10 馬力＝10×746＝7460 瓦特，n1＝800 轉／分，Vt＝100 伏特，IL＝84 安培 　 ∴ 電動機效率 M＝ 　　　　　　　　　＝88.8%

17 3 有一額定為 4500 瓦特的直流發電機，滿載時總損失為 500 瓦特，則該發電機滿載效率 G 為若干？
　　　3 有一額定為 4500 瓦特的直流發電機，滿載時總損失為 500 瓦特，則該發電機滿載效率 G 為若干？ 　 ∵ Po＝4500 瓦特，Ploss＝500 瓦特 　 ∴ 發電機滿載效率 G＝ 　　　　　　　　 ＝　　　　　　　 ＝90%

18 4 有一部分激式直流電動機，若自 200 伏特電源取用 40 安培電流，其總損失為 2000 瓦特，試求其效率？
　　　4 有一部分激式直流電動機，若自 200 伏特電源取用 40 安培電流，其總損失為 2000 瓦特，試求其效率？ 　 ∵ Vt＝200 伏特，IL＝40 安培，Ploss＝2000 瓦特 　 ∴ M＝ 　 ＝　　　　　　　 　 ＝75%

19 　　　5 有一部 250 仟瓦、250 伏特的長並聯複激式直流發電機，以 250 伏特電壓供給 800 安培電流，其分激場電流為 10 安培，電樞電阻為 歐姆，串激場電阻 Rs 為 歐姆。在該負載時，其旋轉損及雜散負載損合計為 2908 瓦特，則其效率為若干？

20 　 ∵ IL＝800 安培，If＝10 安培，VL＝250 伏特，Ra＝0.005 歐姆，Rs＝0.002 歐姆，PS＋Pd＝2908 瓦特
　　 → Ia＝IL＋If＝800＋10＝810（安培） 　　 　 Po＝VLIL＝250×800＝200000（瓦特） 　　 　 PRf＝VLIf＝250×10＝2500（瓦特） 　　 　 PRa＝Ia2Ra＝8102×0.005＝3280.5（瓦特） 　　 　 PRs＝Is2Rs＝8102×0.005＝1312.2（瓦特） 　　 　 PS＋Pd＝2908（瓦特） 　　 　 Ploss＝2500＋3280.5＋1312.2＋2908 　　　　　 ≒10000（瓦特） 　 ∴ G＝　　　　　　　　　　　　　　　　 ≒95.2%

21 　　　6 有一部 100 仟瓦的直流發電機，滿載時其定值損及變值損均為 6 仟瓦，在半載時的變值損為 1.5 仟瓦，若此發電機整日運轉情況為：滿載 4 小時，半載 12 小時，無載 8 小時，則其全日效率為若干？ 　 Wo＝100 仟瓦×4 小時＋0.5×100 仟瓦×12 小時 　 ＝1000（仟瓦-小時） 　 Wi＝6 仟瓦×24 小時＝144（仟瓦-小時） 　 Wuc＝(0.5)2×6 仟瓦×12 小時＋6 仟瓦×4 小時 　 ＝42（仟瓦-小時） 　 ∴ AD＝　　　　　　　　　　　　　　　　　≒84.3% 節目次

22 本章彙總 1.損失：能量轉換過程中，產生了非原來期望的能量。 2.定值損：與負載大小無關的損失。 3.變值損：隨負載大小改變的損失。
4.實測效率：＝ 節目次

23 本章彙總 5.公定效率(又稱慣用效率)： (1)發電機效率 G＝ (2)電動機效率 M＝ 6.全日效率：AD＝ 節目次

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