清華大學動力機械工程學系學位論文
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隨著能源效率規範提升與電腦輔助工程分析技術的進步，準確估算電機運轉時損失已成為學術研究的重要方向。現今電磁鋼片的損失量測方法已無法針對電機之旋轉磁化特性，提供更精確得損失物理模式，造成電機設計時估算鐵芯損失誤差過大，必須仰賴經驗公式來修正設計之基本參數。本論文的研究目的在於根據愛普斯坦方框測試法研究提升感應電機鐵損計算準確度，先對量測方法之誤差來源進行分析，輔以電腦輔助工程分析軟體之分析結果，更新鐵芯樣品之設計尺寸。論文中採用商用有限元素電磁場分析軟進行電磁場的靜與動態分析，分離出標準樣品之角落雜散損失，修正量測之各種規格電磁鋼之鐵損數據。 對於感應電機而言，磁路複雜之定子轉子鐵損不易計算。本論文以一標準四極5馬力感應馬達為參考樣本，進行三種規格電磁鋼之實驗雛型製作，再進行損失效率量測。實驗數據證明經過修正後之數據建立之鐵損模式，於電腦輔助工程分析後預測之鐵損值無差減低至2%。證明若根據修正方框樣品量測之鐵損將更準確預測感應馬達之運轉時鐵損。 根據電腦輔助電磁場暫態分析結果觀察，感應馬達的定子齒部及齒根部均工作於近磁飽和狀態，因交變和旋轉磁通向量間之互擾產生高階雜散損，若以磁通密度描繪之橢圓度判斷高階雜散損，佐以實驗數據可進行雜散損驗證。經實驗驗證後，本論文提出以氣隙磁阻置入磁路方式進行修正定子齒根處磁通飽和度，先以電腦輔助工程分析結果證明確可減低高階雜散損，更因電裝載之效率提升導致感應馬達之整體能效提高，達成不改變電磁鋼規格而提高馬達能效之設計目的，實驗結果證明雛型馬達於改善後整體效率可提升1.8 %。