動力特性

感應馬達有兩種不同的驅動方式：一、定壓定頻驅動，該類馬達通常被直接接 在市電的60Hz 交流電網上來供電；二、變壓變頻驅動，使用電力電子元件變換電 源的電壓與頻率來供電。前者通常應用在轉速與轉矩變化小的負載上，而後者可以 讓馬達驅動大範圍轉速與轉矩變化的負載，使應用範圍增加。半導體產業的發展使 電力電子元件的成本與技術門檻逐漸降低，現代的馬達應用除非負載幾乎不變或 成本考量，否則通常都會以變壓變頻來驅動馬達。

定壓定頻驅動的感應馬達轉矩轉速曲線如圖2-4，速度為零時有啟動轉矩，開 始有轉速後，轉矩會先下降，到最低點時稱為拉升轉矩，之後轉矩開始提升到最高 點稱為脫出轉矩或最大轉矩，此時對應的轉速已到接近同步轉速的範圍內，此操作 區域才是感應馬達穩定工作時能使用的變換區域，區域內曲線斜率為負，代表如果 外在負載轉矩突然增加，馬達轉速下降時，產生的轉矩會相對提升，使兩者可以相 互抵銷，維持運轉的穩定性，此區也是馬達效率最高的區域，因為對應的轉速範圍 小，且一個轉速僅對應一個轉矩，因此通常只能應用在負載變化小的工作。

變壓變頻驅動的優勢是使馬達在轉矩轉速座標的四象限中皆可工作，包括正 轉、反轉、正轉煞車、反轉煞車四種模式，因為具有控制器，還可以由感測器得到 馬達溫度、轉速等狀態，並提供失效偵測與處理。變壓變頻後，馬達轉矩的限制決 定於電流與電壓，轉速則是會被機構與所使用的軸承所限制。

圖2-5 理想變壓變頻驅動轉矩轉速曲線

圖 2-5 顯示理想變壓變頻驅動下的最大轉矩𝑇、定子磁通𝛷_𝑠、最大功率𝑃、輸 入電壓𝑉、滑差頻率𝑠𝑓_𝑠對轉速𝜔變化，可依不同轉速下的操作特性分為三區：

定轉矩操作區

感應馬達在啟動時，定子阻抗的電壓降會因電流頻率增加而變大，定子電壓必 須隨之增加，以補償減少的氣隙磁通，使磁通保持恆定。此區的轉矩限制是最大電 流，電流因磁飽和會在到一定轉矩時，要增加更大比例的電流才能再增加轉矩，但 馬達及驅動器都會因電流產生銅損，而散熱性能會限制其能處理的損失上限，因此 也造成有最大電流上限。轉矩會與電流、磁通成正比，當後兩者的上限都為定值時，

轉矩最大值也保持定值，因此該區為定轉矩操作區，𝑇_𝑘為馬達最大轉矩操作所使用 之輸入電壓與電流頻率下的脫出轉矩，雖然可以再調高滑差增加轉矩，但也會造成 電流超過上限。

定功率操作區

此區操作限制是電壓，當輸入電壓在定轉矩區隨轉速逐漸提升到最大值，此時 的轉速稱為基速𝜔_{𝑏𝑎𝑠𝑒}，當要再提高轉速時，阻抗仍會增加，電壓不變就會使電流 下降，為了保持電流就必須增加滑差頻率使定子磁通隨轉速成線性降低，轉矩也因 與磁通成正比，而變成與轉速成反比，因此功率保持定值。

高轉速降功率操作區

此區的起始轉速是當滑差頻率已無法再增加，最大轉矩已等於脫出轉矩，電流 也開始隨轉速增加降低，使最大轉矩下降更快，功率也開始下降。

圖 2-5 中感應馬達操作特性必須能與實車的負載曲線配合才能滿足車輛的動 力需求，如最高車速、加速性、爬坡能力等。此外，此最大轉矩轉速曲線是指馬達 的最大驅動能力，而非連續操作能力，實際使用時尚需考慮散熱的問題，一般設定 是最大驅動能力要能連續操作10s~1min。