「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
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安裝位置:變頻器輸入端
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功能:
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抑制電流諧波 (5次、7次)
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減少整流器輸入電流尖峰
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提高電源品質
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一般選用:3% 或 5% 電壓降等級
2️⃣ DC電抗器(DC Choke)DCR
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安裝位置:直流母線 (+/- DC BUS)
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功能:
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減少電流脈動、改善功率因數
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提升變頻器壽命
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有些高階變頻器內建此功能。
3️⃣ EMI濾波器
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功能:抑制高頻電磁干擾(EMI / RFI)
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保證系統符合 CE / IEC EMC 標準
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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
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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
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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。
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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
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用於與PLC、HMI或上位監控系統整合。
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常見通訊協定:Modbus、Profibus-DP、CANopen、Ethernet/IP、Profinet、BACnet。
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可實現:
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遠端監控
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多台變頻器同步控制
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數據記錄與診斷
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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 |