為何變頻器較軟啟動器更容易應用?

為何變頻器較軟啟動器更容易應用?

近期市場研究顯示,全球低壓交流變頻器市場規模持續大於低壓軟啟動器的市場約 20 倍。這個現象十分有趣,因為部分應用使用軟啟動器節省成本、尺寸和能源的表現,均較交流變頻器優異許多。

那麼,為何軟啟動器足以完成的工作,要選擇使用變頻器呢?

答案相當簡單:交流變頻器適用幾乎所有應用,但軟啟動器卻不是如此。部分人員將此歸因於交流變頻器較軟啟動器更容易符合規格、安裝及試運轉,但實情並非如此。應用交流變頻器時,所應考量的事情較軟啟動器多出許多。更好的解釋是,交流變頻器的應用範圍較軟啟動器廣泛。

我們可能都聽過購買房地產的金科玉律:「除了地段、地段,還是地段!(Location, Location, Location!)」同樣地,在決定選擇軟啟動器或交流變頻器時,唯一的重點就是:「除了應用、應用,還是應用!(Application, Application, Application!)」

決定使用軟啟動器或交流變頻器,應先考量下列應用相關的常見問題:

  • 負載扭矩需求為多少?
  • 運作期間是否需要速度控制?是否需要全速反向操作?
  • 是否有配電考量或限制?

應用的負載扭矩需求,對選擇軟啟動器或交流變頻器至關重要。應用是否需要高啟動扭矩?需要零速最大扭矩?需要保持扭矩?根據定義,軟啟動器是減壓的啟動器,這表示無法達成零速或超低速最大扭矩。

有鑑於此,下列負載類型通常不建議使用軟啟動器:擠壓機、正排量幫浦、傾斜輸送帶 (被動拖曳型負載)、升降機和電梯 (除非為液壓式)。同時,交流變頻器可產生 0 至額定速率的額定扭矩,通常可處理各種負載類型。

控制速度的能力是應用的另一大考量,此能力取決於軟啟動器和交流變頻器的實體結構。軟啟動器具備的矽控整流器 (SCR),可連接交流輸入線與馬達。實體特性讓交流輸入波形端點在矽控整流器開啟的部位出現改變,但在矽控整流器自行關閉的部位則不會發生變化。這讓馬達電壓得以從 0 上升至全線路電壓 (電壓控制),表示馬達會永遠保持在線頻率上,一旦馬達轉速跟上,就會以相當於 60 Hz (或 50 Hz) 的 RPM 值運作,而全速方向則取決於電源接線線路順序。

相對而言,交流變頻器則具備更多的主動電子元件,組成通常為二極體前端、直流匯流排和絕緣柵雙極電晶體 (IGBT)。絕緣柵雙極電晶體可隨時切換為「開啟」或「關閉」,頻率和時間長度都可自行決定。不同電壓和不同頻率 (電壓與頻率控制) 均可套用至馬達,因此不論其運轉方向,速度控制都能持續。

交流變頻器可實際在多數電源供應器系統上運作,包括密切配合馬達負載的所有系統。使用軟啟動器時,電力供應來源通常能夠允許啟動電流到達馬達滿載運轉電流的 150% 至 450%。部分交流變頻器也能使用單相輸入電來運作三相馬達負載,但軟啟動器僅能運作於三相輸入電上。

在為特定裝置選擇軟啟動器或交流變頻器時,主要考量就是應用的特性,諸如扭矩需求、速度控制和配電等項目必須經過仔細考量。

以軟啟動器應用而言,部分通用原則包括:

  • 減少機械磨耗和系統損壞
  • 限制電流的主因是啟動方法
  • 較低啟動扭矩應用
  • 輕或中等負載應用
  • 全速操作

以交流變頻器應用而言,通用原則包括:

  • 運作期間需要速度控制
  • 高啟動扭矩
  • 位置控制
  • 需要零速保持轉子不動

不論您選擇何種馬達控制方法,指定使用軟啟動器或交流變頻器時,裝置、試運轉、其他條件或電路保護等都必須納入考量。

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Richard Anderson
張貼 2015-7月-06 張貼者 Richard Anderson, Product Manager, Rockwell Automation
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