[交流]變頻加壓馬達的節能與優異的便利性

隨著節能減碳的觀念愈來愈深植人心,以及具有變頻功能的馬達家用設備以及家電也日益增加,

變頻功能所帶來的便利與舒適使的變頻一詞不是那樣陌生與無解,而是變身為日常用品主要的

產品賣點要素之一。

其實變頻的技術充斥著我們周遭環境的物品,並不是現在才開始應用在家用電器上,而是工業

上很早就應用在馬達變速的應用。

而變頻馬達最大的效能就是在HVAC(Heater , Ventilation and Air Condition)的流體應用領域上。

在家用的還境中除了變頻冷氣外,最主要的應用地方就是家用變頻加壓馬達的供水能發揮其

優良的特性。

目前市面上有許多種的加壓馬達,這篇文章以變頻加壓馬達的敘述來讓大家了解不同處,可以

在選購類似物件上提供一點參考的價值。

變頻加壓馬達(泵)在供水的應用上最顯而易見的功能,就是依照所需水壓或是水量,透過壓力

傳感器或是流量器回授訊號給變頻控制板,來控制馬達(泵)的轉速快或慢來提供穩定的水壓

或是水量。

如下圖所示,城市供水經過控制加壓後,能維持穩定的水流,不會忽大忽小。

 

 

 

這樣可以有幾項好處如下:

第一: 節能功能。因為馬達(泵)的轉速會直接影響三個指標,水量、水壓以及耗能。基本上來說

若是以能量(P)、水量(Q)、水壓(H)來代表的話,那關係是Q ∝ N , H ∝ N² , P ∝ N³。

也就是說水量是跟馬達轉速成正比關係,水壓是跟馬達轉速成平方的關係,能量是跟馬達

成立方的關係。

 

由上可知,若是馬達(泵)速度減少節能效果是顯而易見的,其次影響的是水壓再來才是水量。

舉例來說,若是外在因素都固定,降低10HZ的速度的影響約略可以降低約42%的工作能量,

30%的揚程以及16%左右的流量。加壓馬達(泵)的工作因為有壓力傳感器回傳壓力設定值,

所以會維持定壓供水,所以在整個水的管路以及儲壓的壓力桶都會維持一定的供水壓力。

對於使用者來說當需求用水量沒有那樣高時,以較低速度補充用水的壓力,可以減少馬達(泵)

的啟動頻率進而節能。另一方面若是使用量大時,馬達(泵)依照使用量自動全力運轉時繼續

維持設定的最大壓力供水,不會有水量有忽大忽小的現象。所以變頻馬達(泵)能依實際的

需求隨時提供適當的水壓,而不是一直全速提供過多的壓力浪費能量。下圖示意向上加壓過程,

控制轉速緩慢運轉補充水,減少能量消耗。

 

 

第二: 緩啟動以及緩停止的功能。一般加壓馬達(泵)啟動時是全力啟動,若是有加上電子式壓力

開關以機械方式設定壓力上限值以及壓力下限值。當水壓低於設定壓力下限值時,加壓馬達(泵)

全速啟動,容易有震動,噪音產生,若是配管不當或是水路管線老舊,接管處容易爆管。

等到壓力到達設定上限值時,加壓馬達(泵)立刻停止,同樣有震動,噪音發生,同時間也會有

水錘現象發生,撞擊水管系統。水錘現象是因為水管內的水流壓力因為加壓馬達(泵)一下子停止,

讓水管內的水流向上動能一下子沒有持續壓力來支撐向上力量所以就受地心引力影響水管內整體

的水會向下衝擊造成重擊管路。所以變頻加壓馬達(泵)能在啟動以及停止的期間內,緩慢加速

以及減速,可以讓整體的震動,噪音降低。壓力在設定穩壓下,可以防止水管爆管,以及

水錘問題的發生。

第三:減少設置空間。一般的加壓馬達(泵)的出水端都需要一個壓力桶來儲存壓力減少啟動次數,

壓力桶越大儲存的水壓越大,能減少加壓馬達(泵)的啟動次數。因為變頻加壓馬達(泵)有緩啟動

以及低速補壓作用所以壓力桶可以大幅減小。下圖示意緩停止可大幅減少水錘效應。

 

第四:控制功能增加。面板壓力值設定可以依照需求調整。監看現有壓力,電流運轉狀況等等。

加壓供水馬達(泵)的專有參數可以有多樣的保護功能。包含:無水停止,自動啟動,漏水偵測

等等自我檢測方式以保護馬達以及穩定供水。

下圖示意,一般面板可以直接方便設定所需壓力以及實際壓力比較以及壓力監控。

 

總合以上功能,市面上有很多的產品可以選擇,以比較常見的一些產品來做一些分析供大家參考。

大約有兩種方式配合馬達(泵)的方式。

第一:以現有變頻器廠商,台灣廠商東元,台達,寧茂,士林,愛德利,東達…日本廠商富士,

安川,三菱,東芝…歐美廠商丹福斯,ABB,西門子,施耐德,愛默生...中國廠牌等等來直接

整合到大大小小的加壓馬達(泵)。以台灣市場家用以及小型商業場合來說,一般以兩馬力以下的

加壓馬達(泵)整合當地變頻器廠商較有價格的競爭力。

第二:以客製化變頻器單板小型化配合加壓馬達(泵)的外型一體設計整合到馬達上半部。

這樣比較可以更節省設置的空間。

不管哪一種方式,加壓馬達(泵)的廠商都會依照自己生產的加壓馬達(泵)來設定控制板參數。

一般泛用型變頻器,應用在不同的環境與應用場合,所以考量很多不同應用場合的功能,

水泵只是應用上的一種,所以有些其他的參數功能就用不到。家用的加壓變頻馬達(泵)都是以

單台運作供水就已經足夠,所以一般泛用型的交替運轉的功能在家用環境是用不太到。

客製化變頻器單板專注在水泵的應用參數設計上,捨棄其他沒有應用到的硬體以及參數,所以

水泵廠商會把馬達與控制板外殼設計成為一體,參數設定上是以本身搭配的馬達(泵)的性能做

適當的搭配。

對於消費者來說,最多只是依照所需水壓來調控面板上壓力值的大小,其他都不需要設定到。

其他部分都是監控馬達(泵)的運作狀況。

 

下列一些當地變頻加壓馬達(泵)的資料供參考:

 木川: KQIC 系列的 KQ400IC,1/2 馬力與KQ800IC,1馬力。高揚程型號KQ400HIC,1/2 馬力

與KQ800HIC, 1 馬力,採用市售的泛用變頻器整合。馬達(泵)接觸水的部分皆有SUS304與

塑鋼的選擇,馬達(泵)前端半圓筒設有小型壓力桶約0.5L。馬達絕緣等級E級 (120℃),IP54,

自冷式。

依據手冊資料,加壓馬達(泵)有高溫型(80℃)KQVIC與標準型KQIC(40℃)兩種選擇,最高

工作壓力限制標準型5kg / m2,高溫型3kg / m2,有無水保護功能,自動啟動功能,沒特別

提到偵測漏水功能。

有分標準型跟高揚程兩種,高揚程是3階葉片。性能表如下:

  

九如:VS微電腦恆壓泵浦。馬力範圍比較大 0.5HP~5HP,涵蓋了家用跟商用市場。整合台達與

東元的泛用型變頻器。參考台達與東元的資料,在家用的型號一馬力以下可能使用的型號是台達

的VFD-EL或是東元的PS-510。兩者都有加壓馬達(泵)的專用指令,包含無水保護,自動啟動,

漏水偵測。

馬達絕緣等級F級(155℃),IP54,自冷式。因為涵蓋家用與商用範圍,所以電壓有單,

三相110V~415V,50HZ,60HZ的範圍。出水口有附一個壓力桶 小馬力用2L的壓力桶,

大馬力用8L的壓力桶,所以會對於加壓馬達(泵)提供穩定的水壓會有幫助。接觸水的零件

也都是SUS304,適用飲用水環境。依照九如提供的性能,水量相對比較多一點。

最大工作壓力可以到10kg / m2,液體溫度可到60℃。

大井:TQIC。有TQIC-400 (0.5馬力),TQIC-800(1馬力),TQIC-1500(2馬力),

TQIC-2200(3馬力)。適用場合除了家用,一般小型商場皆可適用。採用市售的泛用變頻器整合。

馬達(泵)接觸水的部分為SUS304,適用飲水場合。有無水保護功能,自動啟動功能,

有測漏補償水壓的功能。TQIC-400設定最大水壓力2kg / m2,TQIC-800/1500/2200設定

最大水壓力3kg / m2。馬達(泵)前端半圓筒設有小型壓力桶約0.5L。適用水溫為40℃。

詳細馬達的內容,在其手冊與型錄上沒有像木川資料一樣詳細列出。

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