機器耗電量計算

機器的驅動電壓為 110VAC，屬於正弦交流電，通常正弦交流電瞬時值的 一般表達式如下。

u = Um Sin(ωt +ψu) i = Im Sin(ωt +ψi)

由上式中可得知每個正弦量(sinusoid)皆包含了三個基本參數，其為區別不 同正弦交流電的依據，如圖45 (a)所示。三的基本參數分別為：

1.幅值(Um、Im)：正弦量的瞬時最大值即稱為幅值，如 Um、Im即分別表示 為電壓和電流的最大值。

●在任一流程皆可切換 至緊急開關以切斷所 有元件的供電

2 秒

2.角頻率(ω)：正弦交流電在時間上每經過了一個週期 T 便完成一次循環(2 π弧度)，角頻率即表示為單位時間內變化的角度，用ω表示，其單位為(ras/s)。

3.初相位(ψu、ψi)：正弦交流電表達式 i = Im Sin(ωt +ψi)中，(ωt +ψi)表 示正弦量變化的角度，稱為該正弦交流電的相位角(phase angle)，簡稱相位 (phase)，單位為弧度，而當 t = 0 時的相位稱為初相位，如圖 45 (b)所示，i 的初 相位即為ψ_i。

由上所述，幅值、角頻率和初相位是表示一個正弦量的關鍵要素。只要這 三個參數被確定，正弦交流電在任一時刻的狀態也就能被表示出。但在交流電 路裡經常會遇到兩個正弦量之間的計算問題，其之間的相位差即變成了一個關 鍵數值。兩個同頻率正弦量之間相位的差稱為相位差(phase difference)，以圖 45 (c)所示波形為例，由圖中可得知 u 和 i 的初相位分別為ψ1和ψ2，u 和 i 的相位 差為

(ωt +ψ1) - (ωt +ψ2) = ψ1 - ψ2 = ψ

圖45：正弦交流電的三要素[6]

由於頻率相同，相位差即是兩正弦量的初相位之間的差。相位差反映了兩 個同頻率正弦量在時間軸上的相對位置。設ψ=ψu – ψi，其中ψu與ψi分別為 正弦量u 與 i 的初相位。當兩個同頻率正弦量的起點( t = 0 )改變時，其的初始 相位即跟著改變，但其之間的相位差不變。在研究交流電路的問題時，當遇到 多個正弦量之間的關係，為了方便，可以選其中某個正弦量作為參考，稱為參 考正弦量。可令參考正弦量的初相位為零，則其他各正弦量的初相位即為該正 弦量與參考正弦量之間的電位差。

(a) (b) (c)

另外，交流電的有效值是根據電流的熱效應原理來定義的。設有交流電流 再取平方根，因此有效值也稱作均方根值 ( root-mean-square value )。

對於正弦交流電流，其

由以上結果，在計算機器的負載功率時可假設機器的負載端電壓為 u = Um Sin(ωt +ψ)

負載電流為

i = Im Sinωt

式中ψ為電壓與電流的相位差。該電路中負載吸收的瞬時功率( instantaneous power )為

在一個週期內，電路所吸收的平均功率稱為主動功率(active power)，即 P = _T

∫

而ψ稱為功率因數角( power factor angle )。功率因數的大小取決於電路參數。

在純電阻的情況下ψ= 0，cosψ= 1，p = UI；在純電感或純電容的情況下，

│ψ│ = 2π _，cosψ= 0，p = 0；而在既有耗能元件( energy dissipative device )，

(4-3)

又有儲能元件的狀況下，則有0 < ϕ _{< 2}π ，0 < cosψ<1，p < UI。

表7：各元件的最大功率負載值

元件名 數量 電壓 電流 功率

馬達 1 120

電磁閥Propane 1 110 0.041 4.5 電磁閥Water 1 110 0.041 4.5 電磁閥Oxygen 1 110 0.041 4.5 警示燈 3 110 0.06 19.8

蜂鳴器 1 110 0.07 7.

顯示燈 2 110 0.0033 0.73

Relay 4 110 0.03 13

Timer 2 110 0.027 6

180.73

4.7 機器規格與操作步驟

機器完成圖如圖47 所示，以及機器的詳細規格如表 8 所示。

圖47：機器完成圖

機器操作步驟如下所述。

表8：機器規格表

機器名 玻璃刮痕消除機

功能 拋光玻璃使消除玻璃表面之刮痕 機器尺寸 長1997 ㎜、寬 900 ㎜、高 1355 ㎜ 可處理玻璃尺寸 寬380 ㎜ ~ 10 ㎜，長 810 ㎜ ~ 100 ㎜

輸入電壓 單相110VAC

輸出功率 181 W

蜂鳴器分貝數 85 DB

水冷管輸入管規格 PU HOSE 5*8 ㎜ 水冷管輸出管規格 PU HOSE 5*8 ㎜ 丙烷管輸入管規格 M16 內牙接頭 氧氣管輸入管規格 M16 逆內牙接頭

五、玻璃刮痕消除機試驗

5.1 引言

玻璃刮痕消除機試驗主要目的為測試機器的運作以及功能動作情形，確保 機器功能的完整性以及流暢性，並找尋機器可消除玻璃刮痕的參數。

第二代玻璃刮痕消除機的運作即是利用controlled fire polishing 原理，機器 中的推進爪可經由馬達的控制將玻璃推進至火源處，使玻璃表面受熱熔解使表 層具有流動性，再將玻璃推進至機器輸出架上冷卻，使玻璃表面熔化層冷卻過 程因表面張力作用自行填補表面受損刮痕，回到原始的狀態。

5.2 設備與步驟

實驗設備：

1. 第二代玻璃刮痕消除機

2. 玻璃試片之尺寸 75 ㎜ x 220 ㎜ x 5 mm，玻璃試片由台灣玻璃股份有 限公司提供，試片玻璃為一般門窗常用之平板玻璃 (soda-lime glass)。

3. 砂紙，GRIT：60。作為於玻璃表面刻蝕刮痕時使用。

實驗步驟：

1. 開啟機器電源，測試控制面板各開關以及控制元件是否有正常通電以 及動作。其中包含馬達的運轉測試，各電磁閥的動作使否達到等等。

2. 取一片玻璃樣本，將其清除表面油污或其他沈積物，並於玻璃錫面側 使用鑽石刀切割數條刮痕。

3. 將玻璃置於玻璃刮痕消除機之傳送平臺上。

4. 開啟馬達開關並調整馬達轉速，馬達轉速可由控制面板中的馬達顯示 面板中讀出數據。

5. 由機器控制面板開啟丙烷裝置開關，使噴嘴噴出丙烷氣體，利用機器

在調整實驗參數的過程，須特別注意的是從丙烷以及氧氣的流量計所讀到 的數值並非有意義的值，還須配合流量計所附的讀數校正表查表才能得到正確 讀數；調整馬達轉速時，馬達顯示面板中讀出的數據為馬達的轉速值，若要求 得玻璃的傳送速度值，必須透過其之間的關係式(5-1)轉換。表 9 所示，為找尋 機器可消除玻璃刮痕的設計參數，其中Dg為玻璃放置於機器傳動平臺上時與機 器轉軸軸心間之距離。

VL = π Dg NG / 12000

5.4 機器測試結果

5.4.1 玻璃拋光測試

玻璃刮痕消除機測試拋光的結果，主要可將拋光完成的玻璃定義為 well- polished、under-treated、over-treated 等三大類。well-polished 的定義為玻璃經由 拋光的過程後，表面刮痕會被完全消除，並且恢復原本的清澈透明度且也不會 有破裂的現象發生如圖48 與圖 49 所示。圖 48 為拋光前的玻璃試片、圖 49 為 拋光完成的玻璃試片，由圖中可以看出在經由機器拋光前的玻璃試片表面充滿 了許多刮痕，此刮痕使得玻璃表面變的糢糊不透明，但經由拋光後的玻璃表面 刮痕的確可以順利的被清除乾淨，使玻璃回覆到原來的透明狀態，並且沒有發 生破裂。

圖 49 所示的玻璃試片其拋光過程的實行參數為丙烷流量 5045ml/min、氧 氣流量12613ml/min、丙烷壓力 1.5kg/cm²、氧氣壓力1.5kg/cm²、噴嘴與玻璃距 離40mm、噴嘴傾角 65^o、玻璃移動速度1mm/s，所得到的桔果。

(5-1)

圖48：拋光前的玻璃試片

圖49：Well- polished 的玻璃試片

Over-treated 的定義為玻璃經由拋光的過程時，因火焰溫度過高或玻璃的傳 送速度過慢，造成玻璃整片均被熔解，導致整片玻璃變為黏性體狀態而產生變 形，如圖50 的結果所示。此結果是不能被接受與容許的。

圖50：Over-treated 的玻璃試片

圖 50 所示的玻璃試片其拋光過程的實行參數為丙烷流量 5045ml/min、氧 氣流量12613ml/min、丙烷壓力 1.5kg/cm²、氧氣壓力1.5kg/cm²、噴嘴與玻璃距 離40mm、噴嘴傾角 65^o、玻璃移動速度0.75 mm/s，所得到的桔果。

至於Under treated 的定義為玻璃經由拋光的過程時，因火焰溫度不夠高或 玻璃的傳送速度過快，導致玻璃表面尚未熔解至軟化狀態，因此瞬間的玻璃表 層受熱而膨脹產生應力，由於表面和內部區域的熱收縮不同所產生內應力和熱 應力會弱化玻璃強度，直到熱應力大於玻璃強度範圍時及發生爆裂現象，此現 象稱為熱震（thermal shock），如圖 51 的結果所示。此結果也是不能被接受與 容許的。

圖51：Under treated 的玻璃試片

圖 51 所示的玻璃試片其拋光過程的實行參數為丙烷流量 5045ml/min、氧 氣流量12613ml/min、丙烷壓力 1.5kg/cm²、氧氣壓力1.5kg/cm²、噴嘴與玻璃距 離40mm、噴嘴傾角 65^o、玻璃移動速度1.3 mm/s，所得到的桔果。

5.2.2 拋光過程機器溫度量測

因機器於進行拋光玻璃的過程在噴嘴附近的區域會吸收噴嘴火焰產生的 熱量，未避免產生的溫度過高造成機器的損壞而降低機器壽命，以及顧及到 機器操作者的安全考量，因此特別於拋光過程中也同時量測在機器噴嘴附近 的環境溫度。其溫度量測結果如圖52 所示。

圖52：機器於拋光過程各機構之溫度

Chain Cover 80 ~ 85 ℃

Supporting Table 135 ~ 220 ℃

Supporting Table 120 ~ 155 ℃

Pushing Bar 320 ℃

Chain 76 ~ 98 ℃

六、結論與建議

玻璃刮痕消除機經由拋光時驗可得到三項結論：

1 . 機器經由測試得到當操作參數固定丙烷流量為 5045ml/min、氧氣流量為 12613ml/min、丙烷壓力為 1.5kg/cm²、氧氣壓力為 1.5kg/cm²、噴嘴與玻璃 距離為40mm、噴嘴傾角為 65^o，玻璃的移動速度範圍控制在0.88 ~ 1 mm/s 時，且拋光玻璃尺寸大小寬度小於 100mm 以下，此時皆可能得到 Well- polished 的玻璃試片。

2 . 拋光完成的玻璃經由機器推進爪推進至機器輸出架上冷卻的過程，因輸出架 的溫度接近於室溫，但剛拋完成的玻璃卻保持在數百度的溫度值，因兩者間 的溫差過大，因此在玻璃被傳送至輸出架上後，容易發生破裂現象。

3 . 在拋光的過程中，因噴嘴所吹出的火焰溫度高達 2000℃以上，因此機器週 遭的環境溫度也會因此提高，機器推進爪的溫度可高達320℃，此外於機器 側邊的結構也有高達 85℃的高溫，此現象對於機器操作者是較為不能接受 的地方，因此必須設法改進。

由以上結論可以提出以下幾點建議：

1 . 玻璃以定速的狀態進行拋光處理，有時會因玻璃本身的熱傳現象或火焰吹打 至玻璃所造成的火焰折射現象影響玻璃的表面溫度分布，此現象會造成玻璃 部份得到Well- polished 的結果但部份卻產生 Over-treated 的現象，因此在拋 光的過程可以嘗試以變速度的方式進行測試，如此可避免掉後半部玻璃過度 加熱所產生的變形現象。或可在機器上增加玻璃溫度感測的設計，如此可藉 由量測拋光中的玻璃溫度feed back 訊號改變馬達運轉速度，以得到更好的 拋光玻璃參數。

圖53：火焰吹打至玻璃表面所造成的火焰折射現象

2 . 噴嘴火燄所產生的溫度會造成機器的溫度升高，且溫度會高達 320℃，因此 必須設法排除。而在玻璃輸出架的部份，因溫度與拋光完成的玻璃溫差過

2 . 噴嘴火燄所產生的溫度會造成機器的溫度升高，且溫度會高達 320℃，因此 必須設法排除。而在玻璃輸出架的部份，因溫度與拋光完成的玻璃溫差過