ต วปร บความเร วรอบมอเตอร ม ช อว าอะไร

อินเวอร์เตอร์ (Inverter) หรือเรียกย่อๆว่า VSD (Variable Speed Drive) คืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้สำหรับควบคุมความเร็วรอบของมอเตอร์ให้ได้ตามที่เราต้องการ

หลักการทำงาน

วงจรเรียงกระแส (Rectifier) : ทำหน้าที่แปลงจากแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง (DC) โดยภายในวงจรประกอบด้วย เพาเวอร์ไดโอด 4 ตัว สำหรับกรณีที่อินพุทเป็นแบบเฟสเดียว หรือมีเพาเวอร์ไดโอด 6 ตัว สำหรับกรณีที่อินพุทเป็นแบบ 3 เฟส

ทำไมต้องแปลงแรงดันไฟฟ้าจาก AC เป็น DC และแปลงกลับจาก DC เป็น AC อีกครั้ง ?

เนื่องจากการแปลงไฟจาก AC ไปเป็น AC โดยตรงเลยนั้น ความถี่ทางด้านเอ๊าท์พุทจะได้สูงสุดไม่เกินความถี่ทางด้านอินพุท แต่การเปลี่ยนจาก AC ไปเป็น DC และแปลงกลับมาเป็น AC อีกครั้งจะทำให้อินเวอร์เตอร์สามารถสร้างความถี่ได้สูงกว่าความถี่ทางด้านอินพุท

วิธีการเลือกอินเวอร์เตอร์

1. ขนาดอินเวอร์เตอร์กับขนาดของมอเตอร์ : พิจารณาข้อมูลมอเตอร์จากป้ายแสดงรายละเอียด (name plate) โดยสังเกตขนาดกระแสและกำลังของมอเตอร์ ก่อนจะเลือกซื้ออินเวอร์เตอร์ว่ามีขนาดที่เหมาะสมกันหรือไม่
2. พิกัดกระแส/พิกัดแรงดันไฟ : ดูได้จากแรงดันไฟขาเข้า (Input Voltage), ย่านของระดับแรงดันไฟขาออก (Range of Output Voltage) และกระแสขาออก (Output Current) ส่วนใหญ่ย่านของระดับแรงดันไฟขาออกจะอยู่ระหว่าง 0-500 VAC ส่วนย่านของความถี่จะอยู่ประมาณ 0-50 Hz หรือ 0-60 Hz
3. ความเร็วรอบ, ความร้อน และประสิทธิภาพของมอเตอร์ : การปรับตั้งอินเวอร์เตอร์เพื่อควบคุมความเร็วของมอเตอร์ควรตั้งค่าความเร็วสูงสุดให้เหมาะสมกับพิกัดกระแสหรือแรงดันของมอเตอร์ หากตั้งค่าไม่เหมาะสมจะทำให้มอเตอร์ทำงานโอเวอร์โหลดได้
4. สภาพแวดล้อมในการติดตั้ง :
5. อุณหภูมิรอบข้าง โดยปกติจะถูกกำหนดไว้ที่ 0-50 ºC หากนำไปติดตั้งในบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 50 ºC อาจจะต้องเพิ่มขนาดกิโลวัตต์ของอินเวอร์เตอร์ด้วย
6. ความชื้นในบริเวณที่ติดตั้ง ควรอยู่ในระหว่างค่ามาตรฐานตามที่ระบุไว้ในคู่มืออินเวอร์เตอร์
7. ความสามารถในการป้องกันฝุ่นและน้ำ (IP : Index of Protection) ตรวจดูว่าเหมาะสมกับสภาพแวดล้อมที่ต้องการติดตั้งหรือไม่

   ความเร็วรอบของมอเตอร์ไฟฟ้านั้น มีความสำคัญในการเลือกหรือเปลี่ยนมอเตอร์ เพราะหากเลือกมอเตอร์ที่มีความเร็วรอบไม่ตรงตามความต้องการของโหลด จะทำให้ไม่สามารถทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ โดยทั่วไปเรามักจะพูดถึงจำนวนรอบสนามแม่เหล็กหรือจำนวนรอบเพลาของมอเตอร์ที่สามารถหมุนได้ภายในเวลา 1 นาที (r/min) แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ

   1. ความเร็วซิงโครนัส หมายถึง ความเร็วของสนามแม่เหล็กหมุนในมอเตอร์ เช่น 1000 รอบ/นาที, 1500 รอบ/นาที, 3000 รอบ/นาที ที่ความถี่ไฟฟ้า 50
   2. ความเร็วของโรเตอร์ หมายถึง ความเร็วของเพลา เช่น 930 รอบ/นาที, 1440 รอบ/นาที, 2870 รอบ/นาที ที่ความถี่ไฟฟ้า 50 Hz. จะเห็นได้ว่าความเร็วของโรเตอร์จะน้อยกว่าความเร็วของสนามแม่เหล็ก (ความเร็วซิงโครนัส) เสมอ เนื่องจากตัวโรเตอร์หรือเพลานั้น เกิดการหมุนได้โดยการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็ก ทั้งนี้จำนวนขั้ว (poles) ของมอเตอร์ จะสามารถบอกความเร็วซิงโรนัสได้ เช่น มอเตอร์ชนิด 2 ขั้ว จะมีความเร็วซิงโครนัส = 3000 รอบ/นาที มอเตอร์ชนิด 4 ขั้ว จะมีความเร็วซิงโครนัส = 1500 รอบ/นาที มอเตอร์ชนิด 6 ขั้ว จะมีความเร็วซิงโครนัส = 1000 รอบ/นาที ซึ่งจะมีความสัมพันธ์ตามสมการ ความเร็วซิงโครนัส = 120 x ความถี่ไฟฟ้า / จำนวนขั้วของมอเตอร์ ตัวอย่างเช่น มอเตอร์ที่มี 4 ขั้ว จะมี ความเร็วซิงโครนัส 1500 รอบ/นาที ซึ่งความเร็วของเพลาจะขึ้นอยู่กับขนาดของมอเตอร์ ยิ่งมอเตอร์มีขนาดใหญ่ จะมีความเร็วรอบที่สูงกว่ามอเตอร์ขนาดเล็ก หากสามารถวัดความเร็วของเพลาได้ 1440 รอบ/นาที ซึ่งจะมีความแตกต่างระหว่างความเร็วซิงโครนัส กับ ความเร็วเพลาของมอเตอร์เท่ากับ 60 รอบ คิดเป็น 4% ของความร็วซิงโครนัส เราจะเรียกค่าความแตกต่างนี้ว่า ค่าสลิป (Slip) ค่าสลิป (Slip) ของมอเตอร์ไฟฟ้าสามารถบ่งบอกถึงค่าประสิทธิภาพได้อย่างคร่าวๆ หากมอเตอร์มีค่า Slip ต่ำจะมีค่าประสิทธิภาพมากกว่ามอเตอร์ที่มีค่า Slip สูง หรือจะกล่าวได้ว่า มอเตอร์ที่มีขั้วแม่เหล็กเท่ากันเมื่อทำงานที่เต็มพิกัด มอเตอร์ตัวที่หมุนเร็วกว่า จะมีค่าประสิทธิภาพที่สูงกว่า ทำไมเราถึงควรเปลี่ยนมาใช้ อุปกรณ์ปรับความเร็วรอบมอเตอร์ ( VSD ) หรือที่เรียกกันว่า อินเวอร์เตอร์ คุ้มแค่ไหน ประหยัดพลังงานอย่างไร?

ทำไมเราถึงควรเปลี่ยนมาใช้ อุปกรณ์ปรับความเร็วรอบมอเตอร์ ( VSD ) หรือที่เรียกกันว่า อินเวอร์เตอร์ คุ้มแค่ไหน ประหยัดพลังงานอย่างไร?

อินเวอร์เตอร์

หรือ อุปกรณ์ปรับความเร็วรอบมอเตอร์ ( VSD ) Variable Speed Drive

เป็นอุปกรณ์ควบคุมความเร็วรอบมอเตอร์ไฟฟ้าให้เหมาะสมกับสภาวะของโหลด เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของมอเตอร์ในกระบวนการผลิตในโรงงานอุตสาหกรรม ระบบปั๊มน้ำ ระบบพัดลม และระบบปรับอากาศขนาดใหญ่ อุปกรณ์ VSD ใช้เทคโนโลยีแบบ Voltage Vector Control (VVC) ทำให้ประสิทธิภาพการควบคุมไม่ให้มีการสูญเสียพลังงานความร้อนในตัวมอเตอร์ (Derating) และมีอุปกรณ์กำจัดสัญญาณรบกวน (Harmonics Filters) ที่เป็นอุปกรณ์มาตรฐานของเครื่องป้องกันการรบกวนสัญญาณควบคุมและยังส่งผลดีในการประหยัดพลังงานอีกด้วย

ข้อดีของการใช้ อุปกรณ์ปรับความเร็วรอบมอเตอร์ ( VSD ) 1.สามารถปรับความเร็วรอบมอเตอร์ได้จากเดิมซึ่งคงที่ ทั้งมอเตอร์ ปั๊มน้ำ และพัดลม ทำให้ได้ความเร็วรอบที่เหมาะสมตามความต้องการทำงานในแต่ละลักษณะ และยังทำการควบคุมแบบ Closed Loop Control เพื่อให้ระบบมีเสถียรภาพคงที่อยู่ตลอดเวลา 2. เพิ่มคุณภาพของชิ้นงานให้ถูกต้องตามความต้องการ และลดต้นทุนในการผลิต 3. ช่วยลดการสึกหรอของเครื่องจักร และป้องกันการสูญเสียของมอเตอร์ พัดลม และปั๊มน้ำ 4. ลดการกระชากไฟฟ้าตอนเริ่มต้น ทำให้ลดค่าความต้องการพลังไฟฟ้า โดยเฉพาะมอเตอร์ที่มีขนาดใหญ่ 5. ประหยัดพลังงาน โดยใช้พลังงานตามความจำเป็นของโหลด

อุปกรณ์ปรับความเร็วรอบมอเตอร์ ( VSD ) นำมาใช้กับงานอะไรบ้าง อินเวอร์เตอร์ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในทางอุตสาหกรรม เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในกระบวนการผลิต ลดต้นทุนและงานทั่วไปในระบบปั๊มน้ำและระบบปรับอากาศ อาทิ งานด้านการผลิตในอุตสาหกรรม เครื่องจักรกลในอุตสาหกรรมทุกประเภทที่ใช้มอเตอร์เป็นแรงขับเคลื่อน , ระบบสายพานลำเลียง , กระบวนการผลิตที่ต้องการควบคุมประสิทธิภาพและคุณภาพการผลิตให้คงที่ ฯลฯ งานทั่วไป ที่มีมอเตอร์เป็นตัวกำเนิดพลังงานกล ระบบควบคุมปั๊มน้ำ พัดลม ระบบปรับอากาศในโรงงาน และอาคารขนาดใหญ่ , การลำเลียง เช่น ลิฟท์ขนส่ง บรรไดเลื่อน ระบบอัดอากาศ ระบบกำจัดคาร์บอนมอน๊อกไซด์ในที่จอดรถ ฯลฯ

ความคุ้มค่าการลงทุน เพื่อให้ง่ายต่อการเข้าใจ สามารถเปรียบเทียบระหว่างการใช้ VSD และการไม่ใช้ VSD ได้ดังนี้ สมมุติ ในงานระบบปรับอากาศที่มีขนาดใหญ่ เช่น ในโรงแรม ในอาคารขนาดใหญ่ หรือในโรงงานอุตสาหกรรมที่มีมอเตอร์ขนาดใหญ่ในระบบทำความเย็น ซึ่งในที่นี่ยกตัวอย่าง 75 กิโลวัตต์ ปกติทำงาน 24 ชั่วโมงต่อวัน และประมาณการค่าไฟฟ้า และค่าดีมานด์ชาร์จ หน่วยละ 1.70 บาท โดยกรณีศึกษาจะเปรียบเทียบระหว่างกรณีการใช้ VSD และกรณีไม่ใช้ VSD ดังนี้

กรณีที่ไม่ใช้ อุปกรณ์ปรับความเร็วรอบมอเตอร์ ( VSD ) ในกรณีนี้จะเห็นว่า มอเตอร์ทำงานเต็มพิกัดตลอดเวลา ดังนั้นการเสียค่าไฟต่อวันจะคำนวณได้จาก ค่าไฟฟ้าต่อวัน = 75 กิโลวัตต์ x 24 ชั่วโมง x 1.7 บาท = 3,060 บาท/วัน , ค่าไฟฟ้าต่อวัน = 3,060 บาท x 360 วัน = 1,101,600 บาท/ปี

ตัวอย่างจากรูปเป็นข้อมูลที่ได้จากการใช้ VSD ในการทำงานโดยใช้ Pressure Transmitter เป็นตัวเซ็นเซอร์ให้กับระบบทำให้การทำงานของเครื่องปรับความเร็วมอเตอร์ไปตามโหลดจริงที่ต้องการใช้ซึ่งแสดงให้เห็นจากกราฟได้ดังนี้

เพื่อให้ง่ายต่อความเข้าใจ เราต้องรู้ถึงความสัมพันธ์ของพลังงาน (Power), Flow/Speed และ Pressure สัมพันธ์กันได้ดังรูปข้างล่างนี้

กรณีที่ใช้ อุปกรณ์ปรับความเร็วรอบมอเตอร์ ( VSD ) เราสามารถนำข้อมูลจากตารางข้างต้นมาหาค่าพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ไป โดยความสัมพันธ์ของความเร็วรอบ (Speed :Hz) อัตราการไหลของลม (Flow) และพลังงานไฟฟ้าเป็น % เมื่อเทียบกับมอเตอร์ที่ความเร็วเต็มพิกัดที่ 75 กิโลวัตต์

จำนวนพลังงานที่ใช้ต่อปี = 312.2 x 360 = 122,392 ค่าไฟฟ้าต่อปีในกรณีที่ใช้ VSD = 112,392 x 1.70 = 191,066 บาทต่อปี * ความแตกต่างของตัวเงินระหว่างการเลือกใช้ VSD และกรณีไม่ใช้ VSD \= 1,101,600 – 191,066 = 910,534 บาทต่อปี * ระยะเวลาคืนทุน = เงินลงทุน / เงินค่าไฟที่ประหยัดได้ต่อปี \= 700,000 / 910,534 = 0.77 ปีหรือประมาณ 9 เดือน** หมายเหตุ ** คำนวณจากตัวเลขตารางข้างต้น ระยะคืนทุนอาจแตกต่างตามการใช้งานจริง สรุป ดังนั้นจะเห็นได้ว่าความสำคัญของการใช้ VSD สามารถช่วยลดปัญหาการสูญเสียพลังงานได้ และหากคิดในด้านการลงทุนแล้ว สามารถคืนทุนได้ในระยะเวลาอันสั้น ซึ่งส่งผลดีต่อผู้ใช้งาน