變頻器與應用
2.使用變頻器與應用
在空調裝置，衛生裝置使用變頻器時，其目的如下列幾項
(1)節省能源
(2)提公升環境(維持環境，快舒適環境，低噪音等)
(3)提公升功能(提公升控制範圍，提公升效率等)
(4)改善起動特性
以下(1)~(4)，分別各方面說明如下，也提出具體之案例，
2.1節省能源
空調，衛生裝置所用的動力裝置能力，一般在峰值時，設定務必合乎負載大小。其次是，平常時保持備用量，利用變頻器控制轉速達到省能之功能，至於風扇幫浦浦的負載轉矩是轉速之2次方倍，軸功是轉速的3次方。馬達以一定速度運轉下，比較檔板控制之場合，利用變頻器來控制轉速，達到節能的功效，其敘述內容如下：
利用馬達來驅動機器之負載大小能求得馬達軸功，軸功(p)等於負載轉矩(t)與轉速(n)之乘積成正比例
負載方面，縱使轉速變化而負載轉矩(t)維持一定的定轉矩負載(皮帶傳送裝置)，它的負載轉矩是轉速的2次方倍正比例；公升降含有2次方倍之降低之負載轉矩(風扇、幫浦浦、鼓風機等)縱使有哪個的負載降低轉速也會降低軸功；因此可達到節能的功能，特別是2次方倍降低轉矩負載，在負載轉矩(t)等於轉速的2倍
所以軸功(p)等於轉速之3次方倍成正比例；
從這裡，2次方倍降低轉矩負載場合，由此可知，當降低轉速，能大大的省能，例如：鼓風機之檔板控制，與變頻器控制兩者作比較如圖-9表示，鼓風機之運轉特性在風量與軸功之關係情形檔板之安裝位置，可做吐出側擋板控制與吸入側檔板控制，當控制吐出側時，利用變化送風阻抗來調整狹窄的低風量範圍，它的缺點是損失大，利用一台鼓風機，在多聯式風管系統送風之場合，較為適用。另外一者為吸入側檔板控制，風量調節範圍寬，在低風量區域損失小。
在圖中之理想曲線表示，轉速控制效率為100%時，風量與軸功關係，變頻器控制與這種理想曲線比較較偏上側。例如：風量為100%，則大約降低成60%依圖-9可知，吸入側檔板控制所需之軸功60%，利用變頻器所需之軸功為30%，相當大約30%之軸功。
[具體例]外氣處理所採用之空調機利用變頻器來控制變風量使用在時間區域不同的複數空調系統，匯入外氣之複數系統，所綜合的場合，採用變頻器之方式：
(1)空調方式：區域之單一風管空調機外加外氣處理用之空調機
(2)空調系統：a)一般住宅系統(9:00~18:00)
b)24小時系統(0:00~24:00)
如圖-10表示空調系統圖，
在24小時系統之空調系統，需要外氣處理空調機，使用24小時，這種外氣處理用空調機由於24小時運轉。為了降低空氣搬送之能源，首先是在各區裝設空調機之外氣供給風管，附設on/off機構，來控制定風量裝置，各空調機停止時，強制關閉定風量裝置，使得定風量裝置關閉而減少必需的外氣量，形成節能，為了結合一起，所以採用變頻器來變風量，控制外氣處理空調機之風扇馬達，使得各區之空調機與速動，引導外氣量在最佳化之狀況。
隨著各區空調機之運轉，進入控制外氣量之變頻器場合與吸入側檔板控制，外氣取用量進行控制之場合方面作比較，如圖-11所示在時間帶之特殊必需外氣量；隨著風扇之風量所需之功如圖-1所示在圖-11所示，以所需外氣量之條件下，運轉風扇之場合所需動力之比較如表-1所示，由表-2變頻器控制方式與吸入側擋板控制方式之風扇動力比為34.2%÷64.0%=53.
4%，使用變頻器與吸入側擋板控制比較大約可降低46%。
2.2提公升環境條件（維持環境，快適環境；低噪音等）
清淨室方面，防止汙染物流入，在動物實驗裝置方面防止汙染物值擴散，由於供排氣風扇進形屋內外之差壓控制，一邊維持室內環境必須防止室外空氣往內部流入和室內空氣朝外面洩漏。另外為兼用提公升環境與省能兩者，也推薦採用冷卻水塔。夜間運轉時，由於冷氣負載降低而降低熱交換量，使用低速運轉時切風聲有降低噪音之可能性，但是，變頻器所產生之高諧波影響，必須注意馬達固定子，骨架，框架等之固定振動數與共振之可能性。
[案例]清淨室；利用變頻器來控制室內壓力
ic與液晶等製造用於工業用清淨室是為了防止由外面流入的汙染物質，必須保持室內正壓。室內之清淨度是經由hepa濾網作空氣迴圈，oa方面採以單一的供排氣方式處理。清淨之場合，由於生產裝置之使用狀態卻隨著空調負載變化而oa負載變化。
同時，清淨室內之壓力隨時變動，為要保持室內一定的基準正壓，採用供氣、排氣風扇之變頻器應進行差壓之控制，如圖-12表示供排氣圖，具體的控制方法如下：
1. 外氣處理空調機之供氣壓力控制，在供氣風管內末端壓(p1)，依照外氣處理空調機風扇之變頻器進行轉速控制。
2. 室內空間之壓力控制，室內房間的間壓(dpe)，進行v**之供氣風量進行比例控制，
3. 排氣扇之排氣壓力控制，風管內末端壓(p2)，且維持一定之p2值，進行排氣扇之變頻器作轉速控制。
2.3提公升功能 (控制高精密、高準確)
由於空調機用在空調時，針對壓縮機之on-off控制，採用變頻器控制壓縮機連續控制轉速，其方法控制得很精密，可以提公升室內溫度之品質，另外直接式供水幫浦浦方面，保持吐出壓力一定之控制方法，然後進行，定速幫浦浦之台數與葉片間隙控制等方法，
[具體例]直接供水幫浦浦之壓力控制一定：
幫浦浦以直接供水方式，針對供水量之變化，使用幫浦浦控制容量，必須保持供水壓力在一定值，如圖-13所示針對吐出量對照幫浦浦特性之等級，供水幫浦浦負載量具有2倍降低轉矩特性，其關係
ｑ：水量，ｈ：水頭，ｐ：軸功，ｎ：轉速
採用變頻器作轉速控制，而維持吐出壓力控制一定的話，幫浦浦運轉之操作點是在圖-13 a-c線上作轉速變化，也能連續變化，而該場合軸功會在k-m線上作連續之變化，如此，利用變頻器可以控制轉速在平順之無段之壓力控制，隨著轉速減少，而減少軸功，維持吐出壓力一定之控制方式即達到省能運轉之功能。
2.4改善馬達起動持性
以電力公司電源直接切入供電起動馬達，則會有流過額定電流之600%以上之電流，此時必須增大電源裝置容量，而且起動電流易造成遮斷器全部動作，發生異常問題。利用變頻器在馬達上，起動時電壓之頻率值是以低頻之數hz數作起動，慢慢增加頻率，能夠限制起動電流在100~150%左右，全部的大型馬達在操作時比較容易，可是，採用變頻器作起動，當到達額定運轉速度為止的時間會變長，必須注意到如圖-14所示，對頻率變化時，它的速度一轉矩特性和速度－電流特性（案例）由於變頻器起動而會降低異常用的發電機容量，影響異常用發電機容量所遭受之起動方式分成直接起動， 起動，變頻器起動，分別作比較。
噴灑冷卻幫浦浦37kw×1臺之起動方式作基準之場合，在異常用發電機之容量分別作計算，其中之最大發電容量，
(1)固定負載之發電機輸出功(g1)
(2)容許電壓降低之發電機輸出功(g2)
(3)過電流耐力之發電機輸出功(g3)
(4)容許逆相電流之發電機輸出功(g4)
此處，負載之噴灑冷卻幫浦浦只有考慮１台時，(3)是作為基礎負載之運轉狀態，最後負載在起動時，由於過電流耐力之發電機輸出功必須作為物件，所以(1)、(2)、(4)方面之計算如下：
直接起動時=198.2kva
y－δ之起動時=132.8kva
變頻器起動之時=39.6kva
(單相負載不計，由於含有不平衡之送相電流之故)
變頻器起動時ｇ4=108.8kva，這次以負載37kw×1台作基礎，一般而言，沒有很大的問題。
依上面字ｇ2之計算得知，投入負載之起動方式之係數，直接投入=1.0，y－δ=0.67，變頻器=0.2(因變頻器方式不同而不同)。
變頻器起動大約為直接起動之20%，y－δ起動之30%之電源容量是一種非常有利之控制方式。
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