臺灣博碩士論文加值系統

本論文使用LabVIEW電腦軟體設計一套專門計算三相鼠籠型感應電動機特性的模組，以定點設計的阻抗參數計算出全盤特性模擬值，發現模擬值的結果與電腦化動力計之量測值極為相似，證明本研究提出的定點設計方法可以做為電機設計之參考。
三相鼠籠型感應電動機定子之線圈可分為單層繞組(同心繞)與雙層繞組(疊繞)兩種入線方式；轉子之槽型則可分為單鼠籠型與雙鼠籠型兩種型式，這四種組合可以涵蓋＂各種三相鼠籠型感應電動機之設計＂，三相雙鼠籠型單層繞組感應電動機由於特性不佳，故不包含在本文研究範圍內。
本文旨在探討三相鼠籠型感應電動機穩態的定點特性值(包含運轉特性及起動特性)以及全盤特性設計值與實測值之差異，研究對象為4/3馬力與2馬力單鼠籠型雙層繞組，3馬力單鼠籠型單層繞組，7.5馬力與10馬力雙鼠籠型雙層繞組，共五部三相鼠籠型感應電動機。並將感應電動機各個部位的損失(定子銅損、總鐵損、轉子銅損、機械損、雜散損)精確的分離，研究損失與三相鼠籠型感應電動機效率的關係。
本文針對特殊設計類型的感應電動機進行轉矩修正，先將輸出轉矩特性曲線模擬值修至接近輸出轉矩實測曲線，將修正後的輸出轉矩代入公式可求得修正後的非線性阻抗參數 與 。以求得的阻抗參數 與 來計算出定點特性值以及全盤特性值，並與電腦化動力計之量測值做比較，結果極為相似，證明本研究提出的轉矩修正衍生的數學模式所產生的全盤特性曲線模擬值可以取代傳統的全盤特性曲線量測值。

關鍵字：LabVIEW電腦軟體、全盤特性模擬值、定點設計法、穩態定點特性值、非線性阻抗參數。

This thesis has finished a module to calculate the characteristics of three-phase squirrel cage induction motor by the LabView Software. The obtained impedance parameters via the concept of the fix-point are used to calculate the global characteristic values in this module. The simulation results by this module and the measured values through the digitized dynamometer are almost the same. It demonstrates that the proposed fix-point design can be used as a reference of motor design.
The design of three-phase squirrel-cage induction motors (SCIMs) has two types stator windings including single-layer winding (spiral winding) and double-layer winding (lap winding). The rotor circuit of a SCIM has also single- and double- layer winding. The design of all three-phase SCIMs can be finished by these four structures. Three-phase single-layer winding double squirrel-cage induction motor is not discussed in this study because its performance is not good.
The objective of the thesis is to investigate the running and starting steady-state fix-point characteristics of various three-phase squirrel-cage inductions motor. And, the global characteristic differences between the design values and the measured values are also discussed in this study. To have an appreciation of the relationship between the losses and efficiency of the three-phase squirrel-cage induction motor, five categories of three-phase squirrel-cage induction motors including the 4/3 and 2 horsepower of single squirrel-cage double-layer winding, 3 horsepower of single squirrel-cage single-layer winding and 7.5 and 10 horsepower of double squirrel-cage double-layer winding are discussed in this thesis.
The torque characteristics of special design of induction motor are corrected as following three parts. First, the difference between the calculated and the measured output torque curve must be approaching to zero. Secondly, the modified nonlinear impedance parameters, and , are obtained by the calculated output torque curve. Finally, the fix-point and the global characteristics are obtained by the use of the obtained impedance parameters. The computation results are almost the same as the measured values through the digitized dynamometer. As a result, the global characteristic curve via the mathematical model obtained from the fix-point torque correction’s impedance can be used to replace the traditional digitized dynamometer.

Keywords: LabView Software, global characteristic values, fix-point design, steady-state fix-point characteristics, nonlinear impedance parameters.

明志科技大學碩士學位論文指導教授推薦書 i
明志科技大學碩士學位論文口試委員會審定書 ii
明志科技大學學位論文授權書 iii
誌謝 iv
摘要 v
Abstract vi
目錄 viii
表目錄 xi
圖目錄 xiv
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究方法 3
第二章 三相感應電動機原理 5
2.1 旋轉磁場理論 6
2.2 鼠籠型感應電動機的分類 11
2.2.1 單鼠籠型感應電動機 14
2.2.2 雙鼠籠型感應電動機 15
2.3 損失分離法 17
2.4 溫升效應 21
第三章 三相鼠籠型感應電動機的設計 25
3.1 軟體建構 26
3.2 三相雙鼠籠型感應電動機的定點特性設計方法 27
3.3 三相雙鼠籠型感應電動機的全盤特性設計方法 33
3.3.1 全盤之損失分離 34
3.3.2 轉矩修正 36
第四章 三相鼠籠型感應電動機的定點設計計算 39
4.1 磁路計算 41
4.1.1 感應電動機的磁路 41
4.1.2 每極磁通 (Wb) 43
4.1.3 磁通密度和磁位降計算 46
4.1.4 磁化電流計算 60
4.2 阻抗參數計算 61
4.2.1 電阻計算 61
4.2.2 電抗計算 64
4.3 運轉性能計算 81
4.3.1 定、轉子額定電流 82
4.3.2 滿載電動勢係數KE 85
4.3.3 額定功率因數 85
4.3.4 額定效率 86
4.3.5 額定轉差率 87
4.3.6 最大轉矩 87
4.4 起動性能計算 89
4.4.1 漏磁路飽和效應對漏電抗的影響 89
4.4.2 集膚效應及其對轉子參數的影響 95
第五章 定點設計與全盤特性的比較結果 98
5.1 電動機規格 98
5.2 定點設計及全盤特性分析模擬值與實測值的比較結果 108
5.2.1 三相單鼠籠型雙層繞(疊繞)感應電動機定點設計與全盤特性分析比較結果 109
5.2.2 三相單鼠籠型單層繞(同心繞)感應電動機定點設計與全盤特性分析比較結果 125
5.2.3 三相雙鼠籠型雙層繞(疊繞)感應電動機定點設計與全盤特性分析比較結果 139
5.2.3.1 WTB5595定點設計與全盤特性分析比較結果 140
5.2.3.1.1 WTB5595降壓模擬 141
5.2.3.1.2 WTB5595定電壓模擬 154
5.2.3.1.3 WTB5595額定電壓模擬 161
5.2.3.2 WTB7460定點設計與全盤特性分析比較結果 171
5.2.3.2.1 WTB7460降壓模擬 172
5.2.3.2.2 WTB7460定電壓模擬 185
5.2.3.2.3 WTB7460額定電壓模擬 192
第六章 結論與展望 202
6.1 結論 202
6.2 展望 204
參考文獻 205
附錄A 以WTB202為例的軟體設計過程 206
附錄B 五部感應電動機定點量測之數據摘錄 210
附錄C 符號索引 213
附錄D 軛部磁路修正係數 224
附錄E 定、轉子槽漏磁導計算公式彙整 226
附錄F 槽漏電抗計算中徑向通風道損失寬度 229
附錄G 三相繞組諧波漏磁導係數 230
附錄H 鼠籠型轉子諧波漏磁導係數 232
附錄I 起動漏抗飽和係數 233
附錄J 轉子集膚效應係數 234
附錄K 五部感應電動機阻抗參數與轉差率s的關係圖 235
附錄L 五部感應電動機設計計算輸出總表 240 

[1]吳添保，“三相雙鼠籠型感應電動機之定點設計與全盤量測的分析研究”， 馬達科技數位學習網，馬達電子報(ISSN 1990-4266)、第501期技術專欄，2012年09月。
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