變頻器節能方案選型計算方式,日系歐系規格參數對比

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先說結論:節能計算不是小學生數學

好了,直接切入重點。很多人以為變頻器節能計算,就是把馬達功率乘上運轉時間,然後算個折扣。如果真是這樣,那大家都是節能專家了。實際上,這完全搞錯方向。

真正的關鍵在於「負載類型」。 你得先搞懂你的馬達是拖著什麼東西在跑,是風機水泵這種「變轉矩負載」,還是像輸送帶、攪拌機這種「恆轉矩負載」。 這兩種東西的節能潛力天差地遠。風機水泵這類,轉速降低一點點,耗電量是成立方關係下降,省電效果非常驚人。 但如果是恆轉矩負載,情況就複雜得多,有時候省下的電,可能還不夠彌補變頻器本身的損耗。

所以,別再拿著廠商給的那個超漂亮的節能率%數自嗨了。那通常是用最理想的風機水泵模型算出來的。 實際應用要複雜得多。

怎麼算?別再只會按計算機

我知道很多人想找一個 Excel 公式套進去就算完。台灣綠色生產力基金會有提供一些試算公式,對於風機、泵浦這類變轉矩負載,算是很不錯的參考起點。

基本上就是這幾個步驟:

  1. 改善前耗電量 :這很簡單,就是馬達功率 (kW) x 運轉時數。
  2. 改善後耗電量 :這就是魔鬼藏身之處。對於風機水泵,耗電量跟轉速的「三次方」成正比。 假設你把頻率從 60Hz 降到 50Hz (轉速變為 5/6),理論上耗電會變成原本的 (5/6)³,大概是 58% 左右。但你還得加上變頻器本身的損耗,粗估大概是馬達功率的 3-6%。
  3. 兩者相減 :就是你節省的電量。再乘上電價,就知道省多少錢。

聽起來很簡單對吧?但這是理論。實際情況是,你的負載可能不是全程都在低頻運轉。你有沒有考慮到系統壓力變化?冷卻水系統甚至可能因為你把泵浦轉速降低,導致主機效率變差,反而更耗電。 所以,只單看泵浦省的電根本不準,要看整個系統的總耗電。

變頻器節能核心概念示意圖
變頻器節能核心概念示意圖

負載類型才是王道:恆轉矩 vs. 變轉矩

這部分一定要搞懂,不然變頻器就白買了。

  • 變轉矩負載 (Variable Torque) :像風機、水泵。轉速越快,阻力越大。這種負載的轉矩大概和轉速的平方成正比,功率則是和轉速的立方成正比。 這是變頻器的最佳戰場,節能效果最明顯。
  • 恆轉矩負載 (Constant Torque) :像輸送帶、起重機、攪拌機。 不管你跑多快,它給你的阻力(轉矩)都差不多。 這種情況下,功率就只和轉速成正比。 雖然也能省電,但效果遠不如變轉矩負載。選型時要特別注意變頻器的低速啟動轉矩能力。
  • 恆功率負載 (Constant Power) :像是工具機的主軸、捲繞機。 特點是低速時需要大轉矩,高速時轉矩反而變小。 這種選型更複雜,通常要用到更高階的向量控制變頻器。

很多時候,現場的設備是混合型負載,所以評估不能太天真。一個常見的錯誤就是拿通用型變頻器去硬上重載的恆轉矩應用,結果低速沒力,頻頻跳機。

技師在現代化工廠安裝變頻器
技師在現代化工廠安裝變頻器

日系 vs. 歐系:不只是品牌的戰爭

選變頻器,日系跟歐系是兩大主流。 這不只是品牌迷思,背後反應的是設計理念的差異。

大家常提的日系品牌有三菱 (Mitsubishi)、安川 (Yaskawa)、台達 (Delta) 等。 歐系代表就是西門子 (Siemens)、ABB、施耐德 (Schneider Electric)。

我自己是覺得,這兩派的差別有點像日系車跟歐洲車。

日系與歐系變頻器規格與思維對比 (個人筆記)
比較面向 日系變頻器 (e.g., Mitsubishi, Yaskawa, Delta) 歐系變頻器 (e.g., Siemens, ABB, Schneider)
設計哲學 比較像「功能導向」。功能給好給滿,CP值高。 常常一個型號就內建一堆模式,讓你慢慢玩。 很「系統化」。更強調模組化跟整個工廠系統的整合性,軟體功能超強,但常常要另外選配加購。
參數設定 參數多到眼花撩亂。 好處是調整彈性大,但對新手來說...嗯,是個挑戰。很多日系品牌會有針對特定應用,比如輸送帶的專用模式。 參數邏輯性很強,通常會引導你完成設定。像西門子的介面,就比較有結構性。 但如果你想做些非標準的應用,反而會覺得有點綁手綁腳。
性能特點 強調高啟動轉矩、響應速度快。 在一些需要瞬間出力的場合,日系機種表現很搶眼。 非常重視控制的「平順度」和「精度」。對演算法很講究,在閉迴路向量控制這種高階應用上,穩定性一流。
國際標準 當然也符合國際標準,但比較少拿這個當作主要賣點。 超愛提標準。特別是歐盟的能效指令 (Ecodesign) 跟 IEC 61800-9-2。 他們會直接告訴你這個變頻器本體效率達到 IE2 等級,整個驅動系統 (PDS) 的效率是 IES1 或 IES2。
在地化考量 在台灣市場,日系品牌滲透率高,技術支援和備品取得相對容易。像台達、士林電機這些本土品牌,操作習慣也比較接近日系。 在大型、跨國的專案中優勢明顯。但要注意台灣的電壓 (220/380V) 和歐洲 (400V) 的差異,選型時要確認規格。

國際標準與在地考量:IEC 61800-9-2 是什麼?

前面表格提到一個很重要的東西:IEC 61800-9-2。 這是目前國際上衡量變頻器及整個驅動系統(PDS, Power Drive System)能源效率的關鍵標準。 歐系廠商特別愛強調這個。

這個標準定義了兩種效率等級:

  • IE 等級 :指變頻器「本身」的能源效率。IE0, IE1, IE2... 等級越高,代表變頻器自身運作時的損耗越低。
  • IES 等級 :指「整個系統」的能源效率,也就是變頻器+馬達。 IES0, IES1, IES2... 越高代表系統整體效率越好。

這對我們選型有什麼意義?它提供了一個跨品牌比較的客觀基準。 不過,這是在特定測試點下的數據。你實際的負載曲線可能跟測試條件完全不同。

在台灣,除了看國際標準,更要考慮本地因素。例如,台電是否有相關的節能補助方案? 雖然近年的補助大多針對住宅家電或商業服務業的汰舊換新,像是冷氣、冰箱,但隨時可能有新的工業設備補助方案。 查詢經濟部能源署的網站會是最準確的。 在申請補助時,通常需要符合特定的能效標準,這些國際標準就可能成為申請門檻之一。

日系與歐系變頻器設計哲學的抽象對比
日系與歐系變頻器設計哲學的抽象對比

最終建議:別陷入規格迷思

選變頻器,規格表很重要,但不是全部。跑去問廠商你的節能率有多少,意義不大。

你該問的是:

  • 我的負載特性是什麼?適合哪種控制模式 (V/f, 向量控制)?
  • 在我的應用中,低速運轉的轉矩需求夠嗎?會不會跳機?
  • 整個系統的總耗電量變化,而不是只有變頻器或馬達本身。
  • 安裝後的技術支援、參數調整服務是否方便?

記住,最貴、規格最好的變頻器,不一定最適合你。能解決你現場問題,又符合預算的,才是好方案。

好了,今天的筆記就到這。希望這些重點對你有幫助。


看完了這麼多,想問問大家:你在選擇變頻器時,最優先考慮的是「初始購置成本(CP值)」,還是「長期運營成本與系統整合性」?在下面留言分享你的看法吧!

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變頻器規格比一比!輕鬆搞懂日系歐系選型與節能評估神器

搞變頻器選型,每次被規格表和各家型號搞到頭超暈嗎?特別是日系、歐系規格一堆不一樣,還要自己算功率、效率、預估省多少電費,我朋友上次就因為手動算錯,買錯規格超慘。別怕!今天我教你一招,直接用 Google Sheet 一鍵輸入數據,工具自動幫你比對、預估節能,每一筆都存歷史!超方便!

直接複製這段,一次解決選型+節能試算!

輸入負載、選品牌(自帶日系/歐系比較參數),自動算省電量和回收期,歷史紀錄隨時查!


// === 變頻器選型+日歐規格節能比對小幫手 ===

function doGet(e) {
  var html = [];
  html.push('<div style="max-width:470px;margin:30px auto;padding:30px;'
    + 'background:#f8f9fa;border-radius:12px;box-shadow:0 2px 8px #0001">');
  html.push('<h2 style="text-align:center;">變頻器選型/節能試算</h2>');

  // 輸入表單
  html.push('<form id="form1">');
  html.push('負載功率(kW):<input type="number" step="0.1" name="kw" required><br>');
  html.push('年運轉時數:<input type="number" name="hours" value="2000"><br>');
  html.push('選品牌:');
  html.push('<select name="brand" id="brand" onchange="setDefaultEff()">');
  html.push('<option value="JP">日系</option>');
  html.push('<option value="EU">歐系</option>');
  html.push('</select><br>');
  html.push('機種:<input name="model" value=""><br>');
  html.push('變頻器效率(%):<input type="number" step="0.1" name="eff" id="eff"><br>');
  html.push('原始馬達效率(%):<input type="number" step="0.1" name="org_eff" value="85"><br>');
  html.push('平均節電率(%):<input type="number" step="0.1" name="sav" value="20"><br>');
  html.push('電費(元/kWh):<input type="number" step="0.1" name="fee" value="3.5"><br>');
  html.push('<button type="submit">計算並記錄</button>');
  html.push('</form>');

  // 加個 JS 幫自動填效率
  html.push('<script>'
    + 'function setDefaultEff(){'
    + 'var b=document.getElementById("brand").value;'
    + 'document.getElementById("eff").value = (b=="JP")?96:98;}'
    + 'setDefaultEff();'
    + 'document.getElementById("form1").onsubmit=function(e){'
    + 'e.preventDefault();'
    + 'google.script.run.withSuccessHandler(function(){location.reload();})'
    + '.saveInput(this.kw.value,this.hours.value,this.brand.value,'
    + 'this.model.value,this.eff.value,this.org_eff.value,'
    + 'this.sav.value,this.fee.value);};'
    + '</script>');

  html.push('<hr>');
  html.push('<h4>歷史比對記錄</h4>');
  html.push(getTableHtml());
  html.push('</div>');
  return HtmlService.createHtmlOutput(html.join("")).setXFrameOptionsMode(
    HtmlService.XFrameOptionsMode.ALLOWALL);
}

// 資料寫入
function saveInput(kw, hours, brand, model, eff, org_eff, sav, fee) {
  var ss = SpreadsheetApp.getActiveSpreadsheet();
  var sht = ss.getSheetByName('VFD') || ss.insertSheet('VFD');
  if (sht.getLastRow()==0) sht.appendRow(['日期','品牌','型號','負載kW','變頻器效率','原馬達效率','年運轉h','平均節電率','電費','預估省電(kWh)','年省費用','投資回收期(月)']);
  // 轉數字
  var kwn = parseFloat(kw), hn=parseFloat(hours), effn=parseFloat(eff), orgn=parseFloat(org_eff), sn=parseFloat(sav), feen=parseFloat(fee);
  // 省電試算公式
  var org_use = kwn * hn / (orgn/100); // 沒裝變頻器用電
  var vfd_use = kwn * hn / (effn/100) * (1 - sn/100); // 裝後
  var save_kwh = org_use - vfd_use;
  var save_money = save_kwh * feen;
  // 假設投資5萬元,回收期
  var invest = 50000;
  var payback = save_money>0 ? (invest/save_money*12) : '';
  var now = Utilities.formatDate(new Date(), "GMT+8", "yyyy/MM/dd HH:mm");
  sht.appendRow([now,brand,model,kwn,effn,orgn,hn,sn,feen,
    Math.round(save_kwh), Math.round(save_money), payback?payback.toFixed(1):'']);
}

// 歷史紀錄表
function getTableHtml(){
  var ss=SpreadsheetApp.getActiveSpreadsheet();
  var sht=ss.getSheetByName('VFD');
  if (!sht||sht.getLastRow()<2) return '<p>目前還沒資料喔~</p>';
  var data=sht.getRange(2,1,sht.getLastRow()-1,12).getValues();
  var head=sht.getRange(1,1,1,12).getValues()[0];
  var html=['<table border="1" style="width:100%;font-size:13px;">'];
  html.push('<tr style="background:#eee;">'+head.map(function(h){return '<th>'+h+'</th>';}).join('')+'</tr>');
  data.reverse().slice(0,6).forEach(function(r){
    html.push('<tr>'+r.map(function(x,i){
      // 品牌直觀顯示
      if(i==1) return '<td>'+(x=='JP'?'日系':'歐系')+'</td>';
      return '<td>'+(x||'')+'</td>';
    }).join('')+'</tr>');
  });
  html.push('</table>');
  return html.join('');
}

超簡單上手懶人包

跟著這六步走,一次搞定!

  1. 打開 Google Apps Script 編輯器
    先到 Google 試算表,點「擴充功能」→「Apps Script」(就在上方選單中間偏右)
    你會看到新分頁出現,進到 Apps Script 編輯器的畫面。
    ⚠️ 有次我幫朋友弄,公司帳號就被擋了。要用個人帳號比較穩喔!
  2. 清空貼上程式碼
    Ctrl+A 全選、刪掉舊的,再把上面整段複製貼到白色編輯區。
    原本那個 `function myFunction()` 要被換掉,看到新程式碼就對了。
    ⚠️ 有新手每次沒全選,貼了一半會出一堆錯!一定要從頭到尾全貼!
  3. 儲存專案
    點左上角磁碟片圖示,或 Ctrl+S
    第一次會跳出讓你輸入專案名稱,怎麼取都可以(打個 VFD選型也OK)
    ⚠️ 我自己常常忘了先存,直接跑,結果部署出錯超麻煩。
  4. 部署成網頁工具!
    右上角有個藍色「部署」→ 點「新增部署作業」
    會跳出設定視窗,記得這幾步:
    1. 點齒輪圖示,選「網頁應用程式」
    2. 執行身分選「我自己」
    3. 誰可以存取,一定要選「任何人」
    4. 再點「部署」就行啦!
    ⚠️ 有人「誰可以存取」沒選對,結果朋友都打不開!
  5. 授權警告處理教學
    你會看到紅色警告說 Google 尚未驗證這應用程式。
    點「進階」→「前往 XXX(不安全)」→「允許」
    這是自己寫的正常流程,不是病毒不用怕!
    ⚠️ 超多人第一次被這個嚇到,我也一樣,這步沒問題!
  6. 複製網址馬上用
    授權後會顯示一個網址,複製起來,瀏覽器直接貼上就能看到你自己的節能選型工具囉!
    ⚠️ 每次改程式要再「部署」一次,不然網址內容不會更新喔。
⚠️ 關於 Google 紅色授權畫面別怕!
這個警告是 Google 防呆機制,因為你的 Apps Script 只是自己寫的「小工具」,沒有經過 Google 官方驗證,才會跳這一層安全提醒。我之前第一次看到也嚇到,以為要中毒,其實完全沒事,只要你確定是自己貼的程式,點進階然後「前往...(不安全)」然後允許就可以。這是大家寫 Apps Script 都會碰到的過程,你也可以問問身邊做 IT 的朋友,大家都說「很正常」~

實用情境分享-一鍵選型不失誤

舉例說,設備工程師接到老闆要提三家規格與回收期報告,不用自己翻日系規格書再手算,直接打入基本功率、品牌、型號,這工具自動計算每個方案省電量和年省費用,還能查歷史、列印下來,老闆看了都說省事。

還有之前我幫一個產線維修人員,他現場臨時要比日系 vs 歐系參數到底省多少,手機打開網址,五分鐘輸入就搞定,避免買錯型號還可以證明回收期,現場主管直接點頭通過!搞自動化,就是這麼快!

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