｜三相感應馬達效率比對測試探討

摘要：三相感應馬達的效率一般以損失分離法進行測試，測試結果的偏差單靠不確定度評估無法完全掌握。本文敘述利用同一被測試樣品，在不同實驗室間的比對測試，藉由分析測試結果的差異，判定測試結果是否具有一致性。探討的內容包含：馬達效率比對測試重要原則、樣品規格的選擇、樣品穩定性的維持、測試順序的交叉互換、測試結果的比對、差異顯著性分析、重現度的考量等。比對測試之目的在於檢驗不同實驗室間測試結果的一致性，如果比對結果相當一致，實驗室可因此提高測試品質的信心，但不足以證明測試結果與真值之間的偏差在某一範圍之內。

Abstract: The efficiency of three-phase induction motor is usually tested by the loss separation method. The error of test can’t be decided only by the result of measurement uncertainty estimation. This article describes how to use the same testing sample, tested by two or more laboratories, and determine whether the test results are consistent by analyzing the difference of test results. The content we studied including: important principles for comparative test of induction motor efficiency, selection of samples, stability of samples, cross-swap test sequence, comparison of test results, analysis of difference significance and considering of repeatability. The purpose of the comparative is to inspect the consistency of test results between different laboratories. Having good consistency, will improve the laboratory’s confidence of testing quality, but not enough to prove that the deviation between the test results and the true value within a certain range.

關鍵詞：三相感應馬達、實驗室間比對、能力試驗、損失分離法

Keywords：Three-phase induction motor, Inter-laboratory comparison, Proficiency testing, The loss segregation method

前言
三相感應馬達可將電能轉換為機械能，普遍應用於抽水泵浦、空壓機、輸送機、減速機、送風機等各種旋轉驅動之工業產品中。這些馬達驅動設備的耗電量，幾乎佔全國總耗電量的三分之一。馬達的效率愈高，愈可以用較少的電能轉換為相同的機械能。因此，世界各先進國家都積極推動各種強制性或鼓勵性措施，希望提高馬達效率，以節省耗電。我國將於2015年1月1日起要求「低壓三相鼠籠型高效率感應電動機-一般用」之效率應符合IE2等級，並預定自2016年7月1日起要求應符合IE3等級[1]。

馬達效率係指輸出功率與輸入電功率之比值。國際標準規範（例如IEC 60034-2-1、IEEE 112、CSA C390及CNS 14400等，其測試及計算方式均極為相似）普遍以損失分離法（the loss segregation method）測試結果來判定其等級。我們查看CNS14400 IE1+～IE3效率等級（如表1）[2]，發現其效率值差異並不大（尤其是較大額定輸出者），意即微小的差異就會造成等級的不同，在這種情況下，效率測試的準確度益形重要。任何量測結果都不可能絕對的準確，但一個值得信賴的實驗室，應該設法減少量測誤差，或至少掌握誤差在一個可信賴的範圍之內。
工研院機械所動力機械能源效率實驗室（以下簡稱本實驗室）在經濟部能源局的支持下，建置完成全國首座涵蓋375 W～200 kW全範圍之非營利組織第三方低壓三相感應馬達效率測試系統，將協助國內馬達業者以高效率馬達產品突破外銷障礙，並為我國節能減碳政策提供貢獻。

影響效率測試結果準確度的因素 
本實驗室三相感應馬達效率測試系統架構示意圖如圖1。影響本系統測試結果準確度的因素，主要有下列幾項，分別說明如下：

2.1 儀器準確度
測試系統採用損失分離法量測馬達效率。使用電力計量測輸入之電壓、電流及電功率，使用轉矩轉速檢知器量測馬達輸出之轉矩及轉速，另外還有歐姆計、溫度計、比流器等。儀器之準確度，可由校正報告的器差及校正機構宣告之不確定度估算得到。不過，這些儀器組合在一起時，多了線路因素，所以，整個測試系統的準確度無法直接由各單項儀器的準確度綜合計算得到。

2.2 軟體程式
測試系統的軟體程式控制整個測試程序的各項操作、量測資料擷取、邏輯判斷、計算、結果輸出等，包含：機械功率、轉差率及其修正、溫升[註1]、電阻、不同溫度之電阻修正[註2]、定子（一次）銅損[註3]、轉子（二次）銅損[註4]、雜散損合理化[註5]、效率等計算與判定。通常承製測試系統的廠商，習慣把軟體程式視為營業秘密，不輕易提供原始碼，實驗室人員無法直接檢查程式以確認其造成的誤差。