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少用到微分控制，估計PID控制器中只有約20%有用到微分控 2.3.1 變頻器的型式
制。 [05]
由於電路結構的不同，一般所使用的變頻器大概有以下
2.2.4 串級PID控制器 三種型式 :
二個PID控制器可以組合在一起，得到較佳的效果，這稱 ① 可變電壓源變頻器(Variable Voltage Input)
為串級PID控制。以兩個PID控制器組成的串級PID控制為例，
其輸出相電壓波型為六階型態，故又稱為六階VVI。當速
其中一個PID控制器在外迴路，控制像液面高度或是速度等主
度變化時，其輸出電壓及頻率亦跟著變化，此電壓變化乃是藉
要的物理量，另一個PID控制器是內迴路，以外迴路PID控制器
著DC電壓的高低來達到維持頻率變化的需求。
的輸出做為其目標值，一般是控制較快速變化的參數，例如流
② 電流源變頻器(Current Source Input)
量或加速度等。若利用串級PID控制，可以增加控制器的工作
頻率，並降低其時間常數。 其輸出電壓及頻率的大小是利用電流源來控制的。
例如一個溫控的循環水浴設備有二個串級的PID控制器，
③ 脈波寬度調變變頻器(Pulse Width Modulation)
分別有各自的熱電偶溫度感測器。外迴路的控制器控制水溫，
其感測器距加熱器很遠，直接量測整體水溫，其誤差量是理想 其本質上亦為電壓源變頻器，利用高速切換變頻器的導
水溫及整體水溫的差值。外迴路PID控制器的輸出即為內迴路 通率來控制輸出電壓的變化，其調變方式有方波調變和正弦
控制器的目標值，內迴路控制器控制加熱器，其感測器是在加 波調變二種，圖4即以方波調變來說明。V d 為輸入電壓，V o 為
熱器上，其誤差量是加熱器的理想溫度及量測到溫度的差值， 輸出電壓，可藉由調整V d 、S.W開關時間及電阻值大小來改
其輸出會使加熱器維持在設定值附近。 變輸出電壓(V o )，而其輸出電壓平均值即為V o =T on *V d /T s 。其
內外迴路控制器的參數可能會差很多，外迴路的PID控制 中，V o =輸出電壓；V d =輸入電壓；T on =S.W on的時間；T s =
器有較長的時間常數，對應所有的水加熱或是冷卻需要的時 週期。
間。內迴路的PID控制器反應會比較快。每個控制器可以調整 2.3.2 變頻器的優點
到符合其真正控制的系統，例如水槽中所有的水，或是加熱器
使用變頻器控制轉速不僅可以節省部分負載電力外，又
本身。 [04]
有下以列優點：
2.3 馬達變頻控制
① 由於馬達、風扇在較低轉速運轉，因此所產生的機械噪
變頻器主要可分成二部分，控制部份及電力驅動部份， 音較低。
如 圖3之變頻器電路架構。電力的轉換方式是先將三相電源經 ② 因變頻器具有緩啟動(Soft Start)功能，所以會降低瞬間
整流後形成直流電壓跨於主電路電容器上，再藉控制部送出的 啟動轉矩。
六個閘極控制訊號，將直流電壓切割成三相脈波寬度調變的電 ③ 由於馬達運轉在低轉速，其軸承壽命較長。
壓送給電動機，因電動機線圈的電感效應，充放電形成連續鋸 ④ 系統控制較傳統(on-off)穩定。
齒波形的三相正弦波電流波形，使電動機能平滑的運轉。
2.3.3 變頻器的節能效益
電動機耗電量與轉速三次方成正比，視負載狀況降低其
轉速可有效降低其耗電量。而依據泵浦相似定律(Pump Affinity
Laws)得知水量與轉速成正比，因此，馬達耗電量與流量三次
方成正比。 [06]
3. 研究方法
3.1 季節、日夜更迭造成之蒸發量調查
調閱中央氣象局2018各季之氣象資料，挑選各季節最具
代表性之日期：春、秋-日夜溫差最大；夏-外氣乾球溫度最
高；冬-外氣乾球溫度最低，結果如 圖4~圖7所示，各季節
圖3、變頻器電路架構 [06]
外氣乾球溫度範圍/蒸發量約為：春-15~29℃/40~120CMH；
夏-27~32℃/100~160CMH；秋-19~27℃/65~138CMH；
冬-19~25℃/65~120CMH。
FACILITY JOURNAL 12 2021 69
