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電動化中耕機開發及節能控制之研究

為了解決DID 齒輪油的問題，作者陳昭廷 這樣論述：

小型引擎中耕機在台灣的小面積農地與溫室之農業活動扮演著重要角色，但是其在於密閉溫室中嚴重的廢氣汙染問題，以及中耕機汽油引擎能源效率不彰，都是現今必須解決的問題。本研究開發一電動中耕機，動力源使用直流無刷馬達(1300W)，並配有直流無刷馬達控制器。動力傳輸部分，設計馬達動力傳輸機構，以連接減速比1/30.83的行星齒輪與斜齒輪二段減速機構，將動力傳遞至耕耘部。能量源使用鋰鈷鎳電池(48V，29Ah)，並為能量源製作一能量監視系統，收集電壓，電流與馬達轉速資料，並提供能量殘餘警示。電動化安全設計上設計電路電流過載保護。在電動中耕機節能控制策略，透過普羅尼制動測功計實驗與田間性能測試，比較

馬達控制器使用開迴路控制與PID控制，對電動中耕機性能的影響。 在電動中耕機性能測試方面，以普羅尼制動測功計，量測耕耘部扭矩與轉速， 計算馬達動力傳遞至耕耘部之動力效率。試驗結果顯示在同樣輸出扭矩7.4kg-m下，電動中耕機在開迴路控制的動力效率平均為81.06%，PID控制的動力效率平均為86.12%，顯示PID控制法動力效率高。於田間進行電動中耕機操作性能測試，田間作業性能為中耕寬度54.5 cm，中耕深度7.4 cm，直線作業平均速度為 0.85 m/s，轉彎平均時間4s，皆符合國家標準。PID控制法較開迴路控制法，平均速度由0.93m/s降低至0.8m/s，降低13.5%，平均功耗

由923.5W降低至666.5W，節省27.8%，平均耕作面積由0.2488公頃增加至0.2938公頃，提升約15.3%，平均持續作業時間由76分鐘增加至103分鐘，提升約26.2%，驗證PID控制法實質的節能控制，並透過輸入能量與輸出扭矩變化分析中，得到PID控制法於相同扭矩下皆比開迴路控制法，所需之輸入能量較少；最後，計算本研究電動中耕機之CO2排放量與能源成本，並與郭(2015)電動中耕機研究進行比較，每公頃CO2排放量由6.42公斤降低至3.17公斤，減少約50.6%，每公頃能源成本由35.64元減少至21.3元，節省約40.2%，因此本研究所開發之電動中耕機具有節能減碳的效益，同時P

ID控制器具有節能控制的效果。