TWI384726B - 一種偵測與顯示電動機運轉效率方法與裝置 - Google Patents

Description

一種偵測與顯示電動機運轉效率方法與裝置

本發明係有關一種偵測與顯示電動機運轉效率方法與裝置，尤指一種使用一個簡單方法與裝置安裝在電動機上，來即時監視電動機效率可以幫助使用者或設備維護者即時判斷出異常之電動機，針對異常電動機可以進一步使用較精準之儀器設備量測以確定問題並改善或解決問題，避免電費不合理消耗甚至電動機故障造成生產中斷。

按，一般而言電動機(例如：馬達)運轉是否在高效率區，決定電動機使用電費成本，應將電動機操作點保持於高效率區，甚至在最大效率區，如此電動機即可以較小的電能發揮最大功率，長時間運作時就可省下一筆可觀的電費，既能降低使用成本，亦能節約能源。多數電動機在額定負載50%~100%間運轉，此區塊運轉效率較高，但最佳效率通常是在負載75%附近，在負載低於25%附近時，電動機效率就明顯降低。而電動機超過額定負載時，將會造成電動機過熱、降低使用壽命及效率損失的影響，故不可不慎。

習知判斷電動機負載可使用輸入功率量測方法，其判斷的步驟為：第一，使用功率、電流量測儀器來界定用在電動機上的負載；第二，由製造商或查表獲得近似的負載，但也可直接讀取功率量測值，同時以電動機終端功率量測和部分負載公式導出修正後之負載值。使用這二種方式判斷電動機負載需要專門儀器與專業知識，一般設備操作使用者皆無法輕易了解與使用。並且於實際使 用時，必須利用許多儀器來做偵測工作，因此會浪耗費許多時間，亦不符合經濟效益。

一般市售電動機皆未配備運轉效率的量測或顯示裝置，使用者若欲知道電動機狀態，則需要外加電流勾表以量測電動機電流，或使用電力計以量測輸入瓦特值，習知偵測馬達的方法，請參考中華民國專利申請案號第76207794號，『具有速度指示裝置之電動馬達』之新型專利，其係為一具有速度偵測裝置，並無馬達負載偵測之功能，因此無法顯示馬達於運轉時的效率狀態。

再者，一座工廠可能有許多馬達同時運轉中，使用者或設備維護者，無法常態性在每個馬達系統安裝昂貴的儀器，來監控馬達運轉狀況，所以，馬達系統是否運轉於高效率區，使用者或設備維護者無法立即知道，且能源成本一直高漲，電費也逐漸調升，如何降低電費是工廠節省成本之重要方向，馬達及其運轉設備佔工廠主要耗電，節省電費是本創作之主要目的。

基於解決以上所述習知技藝的缺失，本發明為一種偵測與顯示電動機運轉效率方法與裝置，主要目的為使用一個簡單方法與裝置安裝在電動機上，來即時監視電動機效率可以幫助使用者或設備維護者即時判斷出異常之電動機，針對異常電動機可以進一步使用較精準之儀器設備量測以確定問題並改善或解決電力不合理消耗，或是電動機故障造成生產中斷等問題。

本發明之另一目的在於可適用於各種電動機，例如：馬達、空壓機、泵浦等。當前述電動機等空載時，電流變小，本發明可提供即時偵測與顯示，避免空載而燒燬電動機。

為達上述目的，一種偵測與顯示電動機運轉效率裝置，其係連接於一電動機上，其係包括有：一整流放大電路，與電動機輸入端連接，以測得電流並加以整流放大；一比較器，與整流放大電路相連接以獲得一電流值，該電流值再與一預定電流值相比較，且輸出其比較結果；以及一警示裝置，接收該比較器的比較結果，以顯示該比較器的比較結果。

為進一步對本發明有更深入的說明，乃藉由以下圖示、圖號說明及發明詳細說明，冀能對 貴審查委員於審查工作有所助益。

茲配合下列之圖式說明本發明之詳細結構，及其連結關係，以利於 貴審委做一瞭解。

本發明為一個簡易之電動機(例如：馬達)效率指示裝置，無需使用一般市售複雜昂貴之測試儀器，操作使用者可直接依據本發明所揭露之警示裝置，即可初步判斷電動機操作運轉狀況，並可即時作出反應，設備維護者毋需使用複雜儀器，即可初步判斷電動機負載、效率狀況，當發現電動機有異常現象時，可以進一步使用電流勾表或電力計等複雜昂貴之儀器進一步確認電動機狀況。前述電動機為可為馬達、空壓機、抽/排風機或泵浦等。

電動機運轉是否在高效率區，決定電動機使用電費成本，應將電動機操作點保持於高效率區，甚至在最大效率區，如此電動機即可以較小的電能發揮最大功率，長時間運作時就可省下一筆 可觀的電費，既能降低使用成本，亦能節約能源，請參閱圖二所示，本發明為一個簡易之偵測與顯示電動機運轉效率裝置，可以安裝在電動機內部接線盒內與電動機一體，該偵測與顯示電動機運轉效率裝置可量測電動機電流大小，由電流大小可以相對知道電動機負載大小，由電動機負載大小可以推測知道電動機運轉效率，並使用一個或一個以上之比較器，即可判斷出電動機運作在哪一個效率區，當電動機運轉在低效率區時，就輸出信號或使一警示裝置(例如：利用一發光二極體(LED)點亮或閃爍)作動，提醒使用者或維護者做改善的動作，當電動機運轉在高效率區時，就停止輸出信號或使發光二極體熄滅，當電動機運轉超出負載上限(例如100%負載)，就輸出信號或使發光二極體點亮或閃爍，提醒使用者或維護者做改善的動作。

本發明於偵測時不需精確量測電流大小，只需概略知道電流相對大小，即可依此判斷電動機效率大小，故為一個簡易、便宜及有效之方法與裝置。

請同時參閱圖一、二所示，係為一鼠籠式感應電動機負載與電動機電流關係圖及鼠籠式感應電動機負載百分比與效率關係圖，其中圖一之X座標代表全負載百分比；Y座標代表負載率。圖二之X座標代表負載率；Y座標代表效率(%)。由二圖可得知偵測電動機電流值即可獲得電動機相對負載值，由電動機相對負載值又可獲得電動機效率，所以由電動機電流值可以獲得電動機效率相對值，不需知道絕對之電流大小，只需量測電流相對大小，此即本發明利用整流放大電路及比較器來偵測獲得電動機運轉效率之主要理論依據。

請參閱圖三所示，係為本發明之偵測與顯示電動機運轉效率 裝置應用於三相馬達之第一實施例圖，其中該三相電動機1係為一三相馬達，本發明係於將一整流放大電路2與三相電動機1之三相線路其中一輸入端(利用環形線圈21來偵測電流值)連接，以測得電流並加以整流放大，該整流放大電路2係可為電阻(R)、電感(L)及電容(C)組合放大器電路所構成，或是由電阻(R)及電容(C)組合放大器電路所構成，因可達成整流放大電路2的技術手段極多，故例舉一、二做為達成目的的必要手段，舉凡所有可做為整流放大的電路，皆為本發明之保護範圍；再利用第一、二比較器(3、4)與整流放大電路2相連接以獲得一電流值，該電流值再與第一預定電流值31及第二預定電流值41相比較，其中該第一預定電流值31為一過載值，而第二預定電流值41為一低效率值，且輸出該二比較器(3、4)比較結果，該第一比較器3或第二比較器4係為運算放大器(Operation AMP)、電晶體(Transistor)及微控制單元(Micro Control Unit)之其中一者所構成，因可達成比較器的電子元件的技術手段極多，故例舉一、二做為達成目的的必要手段，舉凡所有可做為比較器的電路，皆為本發明之保護範圍。該第一、二比較器(3、4)的預定電流值可以在電動機出廠時設定，也可以在現場由使用者調整設定，更甚者為利用可變電阻調整設定；一警示裝置5，接收該二比較器(3、4)的比較結果，以顯示該二比較器(3、4)的比較結果，該警示裝置5可為發光二極體(LED)、液晶面板(LCD)及蜂鳴器(Buzzer)之其中一者，由於上述裝置皆可做出提醒作用，故皆為本發明之保護範圍內，例如：圖三所揭露為發光二極體，可利用一紅色者做為過載顯示51，再利用一橘色者做為低效率顯示52。再以蜂鳴器為例，可利用一長音做為過載顯示；再利用三短音做為低效率顯 示，各種警示裝置的定義可隨客戶需求來做變化。

上述該整流放大電路2、比較器(3、4)及警示裝置5之驅動電力係由若干外接電池所提供，或由電動機之輸入電源透過變壓器降壓整流後所提供。

請參閱圖四所示，係為本發明之偵測與顯示電動機運轉效率裝置應用於三相馬達之第二實施例圖，與圖三不同處在於將整流放大電路2與三相電動機1之三相線路輸入端全數連接，如此可量測到更加精確的電流值，故本實施例係為較佳者。

請參閱圖五所示，係為本發明之偵測與顯示電動機運轉效率裝置應用於單相馬達之實施例圖，顯示本發明的架構除了可應用於三相電動機之外，亦可應用於單相電動機6，將一整流放大電路2與單相電動機6之單相線路其中一輸入端連接，亦可偵測馬達的運轉效率。

請參閱圖六所示，係為本發明之偵測與顯示電動機運轉效率裝置裝設於一電動機之外觀示意圖，其係於一電動機71(馬達)下方設置有一偵測與顯示電動機運轉效率裝置72，該偵測與顯示電動機運轉效率裝置72上各別利用二個發光二極體做為過載顯示721及低效率顯示722。當然包括前述整流放大電路2、第一比較器3、第二比較器4及警示裝置5亦設置於該偵測與顯示電動機運轉效率裝置72內部。該偵測與顯示電動機運轉效率裝置72可外加或內建於電動機71，完全依照客戶需要而做一設計。

藉由上述圖一至圖六之揭露，即可瞭解本發明一種偵測與顯示電動機運轉效率方法與裝置，主要技術手段為使用一個簡單方法與裝置安裝在電動機上，來即時監視電動機效率可以幫助使用者或設備維護者即時判斷出異常之電動機，針對異常電動機可以 進一步使用較精準之儀器設備量測以確定問題並改善或解決電力不合理消耗，或是電動機故障造成生產中斷等問題。另一目的在於可適用於各種電動機，例如：馬達、空壓機、泵浦等。當前述電動機等空載時，電流變小，本發明可提供即時偵測與顯示，避免空載而燒燬電動機。前述功能於市場上具有極高的商業價值，故提出專利申請以尋求專利權之保護。

綜上所述，本發明之結構特徵及各實施例皆已詳細揭示，而可充分顯示出本發明案在目的及功效上均深富實施之進步性，極具產業之利用價值，且為目前市面上前所未見之運用，依專利法之精神所述，本發明案完全符合發明專利之要件。

唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以之限定本發明所實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。

1‧‧‧三相電動機

2‧‧‧整流放大電路

21‧‧‧環形線圈

3‧‧‧第一比較器

31‧‧‧第一預定電流值

4‧‧‧第二比較器

41‧‧‧第二預定電流值

5‧‧‧警示裝置

51‧‧‧過載顯示

52‧‧‧低效率顯示

6‧‧‧單相電動機

71‧‧‧電動機

72‧‧‧偵測與顯示電動機運轉效率裝置

721‧‧‧過載顯示

722‧‧‧低效率顯示

圖一係為鼠籠式感應電動機負載與電動機電流關係圖；圖二係為鼠籠式感應電動機負載百分比與效率關係圖；圖三係為本發明之偵測與顯示電動機運轉效率裝置應用於三相馬達之第一實施例圖；圖四係為本發明之偵測與顯示電動機運轉效率裝置應用於三相馬達之第二實施例圖；圖五係為本發明之偵測與顯示電動機運轉效率裝置應用於單相馬達之實施例圖；圖六係為本發明之偵測與顯示電動機運轉效率裝置裝設於一電動 機之外觀示意圖。

1‧‧‧三相電動機

2‧‧‧整流放大電路

21‧‧‧環形線圈

3‧‧‧第一比較器

31‧‧‧第一預定電流值

4‧‧‧第二比較器

41‧‧‧第二預定電流值

5‧‧‧警示裝置

51‧‧‧過載顯示

52‧‧‧低效率顯示

Claims (14)

1. 一種偵測與顯示電動機運轉效率裝置，其係連接於一電動機上，其係包括有：一整流放大電路，與電動機輸入端連接，以測得電流並加以整流放大；至少一第一與第二比較器，與該整流放大電路相連接以獲得一電流值，該電流值再與一第一預定電流值以及與一第二預定電流值相比較，且輸出其比較結果，其中該第一預定電流值值為一過載值，該第二預定電流值為一低效值；一警示裝置，接收該比較器的比較結果，以顯示該比較器的比較結果；以及至少兩個發光二極體，其係與該比較器相接，分別用來顯示該電動機運轉於低效率區、過載區；其中當該電動機運轉於低效率區時，藉由該電流值低於該低效率值，促使該發光二極體作動以顯示該電動機運轉於低效率區，而當該電動機運轉於該過載區時，藉由該電流值高於該過載值，促使該發光二極體作動以顯示該電動機運轉於該過載區。
2. 如申請專利範圍第1項所述之偵測與顯示電動機運轉效率裝置，其中該比較器的預定電流係為利用可變電阻調整設定。
3. 如申請專利範圍第1項所述之偵測與顯示電動機運轉效率裝置，其中該比較器的預定電流係為隨著該電動機出場時設定。
4. 如申請專利範圍第1項所述之偵測與顯示電動機運轉效率裝置，其中該比較器的預定電流係為使用者自行設定。
5. 如申請專利範圍第1項所述之偵測與顯示電動機運轉效率裝 置，其中該警示裝置係為發光二極體、液晶面板及蜂鳴器之其中一者。
6. 如申請專利範圍第1項所述之偵測與顯示電動機運轉效率裝置，其中該整流放大電路、比較器及警示裝置之驅動電力係由若干外接電池所提供。
7. 如申請專利範圍第1項所述之偵測與顯示電動機運轉效率裝置，其中該整流放大電路、比較器及警示裝置之驅動電力係由電動機之輸入電源透過變壓器降壓整流後所提供。
8. 如申請專利範圍第1項所述之偵測與顯示電動機運轉效率裝置，其中該電動機係指馬達、空壓機、抽/排風機或泵浦之其中一者。
9. 如申請專利範圍第8項所述之偵測與顯示電動機運轉效率裝置，其中該馬達係為單相及三相馬達之其中一者。
10. 如申請專利範圍第9項所述之偵測與顯示電動機運轉效率裝置，其中該三相馬達之三相線路輸入端與整流放大電路之連接架構，係為單一或三相同時連接。
11. 如申請專利範圍第1項所述之偵測與顯示電動機運轉效率裝置，其中該整流放大電路係為電阻、電感及電容組合放大器電路所構成。
12. 如申請專利範圍第1項所述之偵測與顯示電動機運轉效率裝置，其中該整流放大電路係為電阻及電容組合放大器電路所構成。
13. 如申請專利範圍第1項所述之偵測與顯示電動機運轉效率裝置，其中該比較器係為運算放大器、電晶體及微控制單元之其中一者所構成。
14. 如申請專利範圍第1項所述之偵測與顯示電動機運轉效率裝置，其中該整流放大電路係藉由一環形線圈與電動機輸入端連接，並由環形線圈偵測到電流值。