變頻器附屬裝置

變頻器附屬裝置(Peripheral Devices / Accessories)」是電氣系統中非常實務且重要的主題。
變頻器(VFD, Variable Frequency Drive)除了本體外,為了確保安全、穩定、低諧波、抗干擾與維護方便,常會加裝各種附屬裝置。


⚙️ 一、附屬裝置的主要目的

目的 功能
保護 防止過電壓、過電流、雷擊、短路、突波
抑制干擾 減少諧波與電磁干擾(EMI)
穩定運轉 提供平滑電源與穩定信號
系統整合 與控制、通訊、外部設備介面整合
維護便利 便於量測、除錯與保養

⚡ 二、變頻器主要附屬裝置總覽

類別 裝置名稱 功能說明
電源側保護 斷路器 (MCCB) 過電流、短路保護,供電隔離
  漏電斷路器 (ELCB/RCD) 人身保護,防漏電
  熔斷器 (Fuse) 快速切斷短路電流,保護主回路
  突波吸收器 (Surge Absorber) 防雷與突波保護(抑制電壓尖峰)
電力品質改善 AC 電抗器 (AC Reactor) 抑制電流諧波、降低突波電流
  DC 電抗器 (DC Choke) 平滑直流母線電流,降低諧波
  EMI 濾波器 (EMC Filter) 抑制高頻電磁干擾,符合EMC標準
馬達側保護 輸出濾波器 (Output Filter) OFL 平滑PWM波形,保護馬達絕緣
  dv/dt 濾波器 降低變頻器輸出高頻尖峰電壓
  正弦波濾波器 (Sine Filter) 將PWM輸出轉為近似正弦波,適合長電纜距離
控制側介面 外部控制面板 (Keypad/Panel) 遠端操作、監控、設定參數
  通訊模組 (Modbus, Profibus, Ethernet/IP) 系統整合與工控網路通訊
  外部繼電器 / 接觸器 (MC) 馬達啟停、切換多段控制
  轉速 / 壓力感測器 (Encoder, Transducer) 閉環控制(速度、壓力、流量)
散熱與保護 風扇 / 冷卻系統 降低變頻器溫升
  防塵濾網 / 機殼密封 (IP54, IP65) 提升環境防護等級
能源回收 制動電阻 (Braking Resistor) 吸收回生能量,防止過電壓
  制動單元 (Braking Unit) 控制制動能量放電
  回生單元 (Regenerative Unit) 將回生能量送回電網(高階系統)

 


🧩 三、各裝置功能詳解

1️⃣ AC電抗器(Line Reactor)ACR

  • 安裝位置:變頻器輸入端

  • 功能:

    • 抑制電流諧波 (5次、7次)

    • 減少整流器輸入電流尖峰

    • 提高電源品質

  • 一般選用:3% 或 5% 電壓降等級


2️⃣ DC電抗器(DC Choke)DCR

  • 安裝位置:直流母線 (+/- DC BUS)

  • 功能:

    • 減少電流脈動、改善功率因數

    • 提升變頻器壽命

  • 有些高階變頻器內建此功能。


3️⃣ EMI濾波器

  • 功能:抑制高頻電磁干擾(EMI / RFI)

  • 保證系統符合 CE / IEC EMC 標準

  • 特別重要於:醫療設備、通訊系統、精密機台。


4️⃣ 制動電阻與制動單元

  • 當馬達減速或下坡運轉時,會產生回生能量。

  • 制動單元 負責檢測DC母線電壓,
    制動電阻 則將多餘能量以熱能形式釋放。

  • 若需節能,可改用 回生單元(Regenerative Unit)


5️⃣ dv/dt 濾波器

  • 當馬達與變頻器距離超過 50~100 公尺 時,
    PWM脈衝的高dv/dt(電壓變化率)會傷害馬達絕緣。

  • 此濾波器可降低電壓尖峰與軸承電蝕。

  • 若距離再長,建議改用 正弦波濾波器(Sine Filter)


6️⃣ 通訊與控制模組

  • 用於與PLC、HMI或上位監控系統整合。

  • 常見通訊協定:Modbus、Profibus-DP、CANopen、Ethernet/IP、Profinet、BACnet

  • 可實現:

    • 遠端監控

    • 多台變頻器同步控制

    • 數據記錄與診斷


7️⃣ 感測器與回授裝置

裝置 功能 應用
速度編碼器 (Encoder) 提供轉速回授 精密速度控制、伺服應用
壓力感測器 控制壓縮機 / 水泵壓力 節能變流控制
溫度感測器 過熱保護 馬達溫升控制

🧠 四、不同應用的附屬裝置建議

應用場景 建議附屬裝置
空壓機 / 水泵 AC Reactor、壓力感測器、制動電阻
電梯 / 起重機 Braking Unit、dv/dt Filter、Encoder
HVAC / 風機 EMI Filter、Modbus 通訊模組
機械手臂 / CNC Encoder、Sine Filter、Ethernet/IP 通訊
高頻干擾環境 EMI Filter、Shielded Cable、接地強化

⚠️ 五、實務注意事項

項目 說明
接地系統 所有濾波器、電抗器與變頻器必須良好接地
線距與屏蔽 控制線與電源線需分開走線,避免EMI
電抗器與電阻散熱 須留足散熱空間或加風冷
通訊線屏蔽 RS-485、Ethernet 線須使用屏蔽雙絞線
定期檢查 電抗器溫度、濾波電容老化、接觸鬆動

✅ 六、總結:變頻器附屬裝置選擇原則

目標 建議裝置
抑制諧波 AC Reactor / DC Choke / Filter
抑制干擾 EMI Filter / Shield Cable
能量回收 Braking Resistor / Regenerative Unit
長距離輸出 dv/dt Filter / Sine Filter
通訊整合 通訊模組 / PLC I/O
安全保護 MCCB / ELCB / Surge Protector
line