มอเตอร์ประสิทธิภาพสูง
(High Efficiency
Motor )
มาทำความเข้าใจถึงการสูญเสียในมอเตอร์
ประสิทธิภาพมอเตอร์ ถูกกำหนดค่าโดยกำลังขาออก (Watt
Output) หารด้วยกำลังขาเข้า (Watt Input) หรือในรูปแบบกลับกัน โดยกำลังขาเขาหักออกด้วยกำลังที่สุญเสียไป (Watt Losses)
หารด้วยกำลังขาเข้า
โดยกำหนดให้ค่ากำลังหนึ่งแรงม้าทางกลมมีค่าเท่ากับ 746
วัตต์ของกำลังไฟฟ้า
ทางเดียวที่จะเพิ่มประสิทธิภาพของมอเตอร์จำเป็นต้องลดการสูญเสียต่าง ๆ
ที่เกิดขึ้นค่าความสูญเสียเมื่อมอเตอร์ไม่ได้รับภาระการทำงานหรือไม่มีโหลด (No
Load Losses) จะมีค่าคงที่เกิดขึ้นเมื่อเราป้อนพลังงานเข้ามอเตอร์
ซึ่งจะรวมถึงความสูญเสียที่เกิดจากความเสียดทานและเกิดขึ้นที่ตลับลูกปืนของมอเตอร์ความสูญเสียจากแรงลมเกิดขึ้นจากพัดลมระบายความร้อนของมอเตอร์
และแรงฉุดของลมโรเตอร์ (สำหรับมอเตอร์แบบเปิด IP23) การสูญเสียที่แกนเหล็กประกอบด้วยการสูญเสียจากค่าฮีสเตอร์รีซีส
(Hysteresis Losses) และการสูญเสียจากกระแสไหลวน
(Eddy Current Losses) ในวงจรแม่เหล็กของมอเตอร์
การสูญเสียเมื่อมอเตอร์ไม่มีโหลดมีค่าประมาณ 30 % ของค่าความสูญเสียรวมในมอเตอร์ตัวหนึ่ง
ๆ และเกิดขึ้นไม่ว่ามอเตอร์จะหมุนตัวเปล่าหรือใช้งานอยู่ก็ตาม
ความสูญเสียเมื่อมอเตอร์ต้องรับภาระหรือโหลดที่เกิดขึ้น (Load Losses) การสูญเสียที่สเตเตอร์หรือโรเตอร์
เป็นผลของความต้านทานของวัสดุที่ใช้ตัวนำที่สเตเตอร์ ตัวนำที่โรเตอร์
และวงจรแม่เหล็กของมอเตอร์เราสามารถควบคุมค่าความสูญเสียได้ด้วยการเลือกใช้วัสดุที่เหมาะสมส่วนการสูญเสียจากภาระการใช้งานเป็นผลที่เกิดจากฮาร์โมนิค
และการสูญเสียที่เกิดจากกระแสไหลวน สามารถควบคุมการสูญเสียนี้ได้จากการออกแบบ
และการควบคุมกรรมวิธีการผลิต
ทำไมมอเตอร์ประสิทธิภาพสูงถึงมีราคาสูงกว่า
ปรัชญาการออกแบบมอเตอร์อุตสาหกรรมได้เพ่งเล็งไปที่ความทนทาน
มีอายุการใช้งาน ได้นานโดยที่มีราคาสมเหตุสมผล
และก่อนวิกฤตการณ์น้ำมันจากกลุ่มประเทศอาหรับในช่วงปี พ.ศ.2516 ถึง 2517
ที่ทำให้ต้นทุนในการผลิตไฟฟ้าสูงขึ้น ประสิทธิภาพการทำงานของมอเตอร์เป็นเรื่องค่อนข้างไม่สำคัญ
แต่ในปัจจุบันนี้มอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงจะรวมเอาลักษณะการสร้างที่แข็งแรง
ทนทาน และมีอายุการใช้ยาวนานไว้ด้วยจากลักษณะโครงสร้างพิเศษ ดังต่อไปนี้
- ปรับปรุงคุณสมบัติของแกนเหล็กให้ดีขึ้น มอเตอร์ธรรมดาจะใช้เหล็กเคลือบผิว (Laminated Steel) คาร์บอนต่ำสำหรับทำแกนเหล็กที่ โรเตอร์และสเตเตอร์ เหล็กแบบดังกล่าวมีการสูญเสียกำลังของไฟฟ้า 3 วัตต์ต่อน้ำหนักเหล็กหนึ่งปอนด์ ส่วนมอเตอร์ประสิทธิภาพสูงจะใช้เหล็กซิลิกอนเกรดสูง ซึ่งเป็นแบบที่จะลดการสูญเสียกำลังของไฟฟ้าจากกระแสดไหลวนไปได้ถึงครึ่งหนึ่ง คือเหลือเพียงประมาณ 1.5 วัตต์ต่อน้ำหนักเหล็ก 1 ปอนด์
- ใช้เหล็กเคลือบผิวที่บางกว่า การลดความหนาของแผ่นเหล็กที่ทำแกนของโรเตอร์ และสเตเตอร์ ก็เป็นการลดความสูญเสียกำลังจากกระแสไหลวนให้ต่ำลง นอกจากนี้การ ปรับปรุงฉนวนระหว่างแผ่นเหล็กจะช่วยลดการสูญเสียเหล่านี้ได้ดียิ่งขึ้น
- เพิ่มปริมาณตัวนำทองแดง มอเตอร์ธรรมดาแบบเก่าจะใช้สายตัวนำเป็นอะลูมิเนียม โดยมีขนาดพอดีกับค่ากระแสสูงสุดของมอเตอร์ แต่มอเตอร์ประสิทธิภาพสูงจะใช้ตัวนำที่เป็นทองแดงเพื่อให้ความต้านทานชุดขดลวดต่ำลงด้วยตัวนำขนาดใหญ่กว่าปกติประมาณ 35-40 %
- ปรับปรุงการออกแบบร่องสล็อท เพื่อที่จะจัดให้มีพื้นที่สำหรับขดลวดทองแดงที่มีประมาณมากขึ้น และฉนวนที่มีเพื่อขึ้นตามความจำเป็น พื้นที่ภาคตัดขวางของร่องสล็อทต้องขยายขนาดออกไปประมาณ 50 % เพื่อชดเชยกับพื้นที่ภาคตัดขวางของช่องที่กว้างขึ้น ทำให้ต้องใช้แกนของสเตเตอร์ที่ยาวออกไปอีก แกนที่ยาวขึ้นกว่าเดิมมีผลให้ได้ประโยชน์เพิ่มที่สำคัญในลักษณะของการปรับปรุงตัวประกอบกำลัง (Power Factor) ของ มอเตอร์ให้ดีขึ้น
- ปรับปรุงฉนวนของโรเตอร์ การสูญเสียกำลังบางส่วนจะเกิดขึ้นโดยไม่เจตนาจากกระบวนการผลิตมอเตอร์ที่ทำให้เกิดทางเดินกระแสไฟฟ้าที่ไม่ต้องการระหว่างตัวนำที่โรเตอร์ ซึ่งส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นเมื่อตัวนำที่โรเตอร์ถูกทำให้อยู่ในแนวเฉียง ซึ่งเป็นวิธีปฏิบัติในการออกแบบตามปกติเพื่อลดเสียงรบกวนและแรงบิดที่ไม่สม่ำเสมอในมอเตอร์ขนาดเล็ก ในการผลิตมอเตอร์ประสิทธิภาพสูงที่ขอบของช่องโรเตอร์จะใช้ฉนวนทนอุณหภูมิสูงเพื่อลดทอนการสูญเสียเหล่านี้
- ออกแบบพัดลมที่มีประสิทธิภาพมากกว่า เนื่องจากมอเตอร์ประสิทธิภาพสูงจะทำงานโดยมีอุณหภูมิที่ต่ำกว่าแบบธรรมดา ทำให้มีพัดระบายความร้อนที่เล็กกว่า ลดทอนการสูญเสียกำลังจากแรงลม และมีผลทำให้มีเสียงรบกวนน้อยกว่า
การเลือกมอเตอร์สำหรับเปลี่ยนทดแทน
บทเรียนราคาแพงอีกอย่างหนึ่ง คือ
การเปลี่ยนมอเตอร์โดยใช้มอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าเดิมโดยพละการ
ไม่คำนึงว่ามอเตอร์นั้นเป็นมอเตอร์ที่สมควรเปลี่ยนหรือไม่ หลักเกณฑ์การเปลี่ยนมอเตอร์เก่าทดแทนด้วยมอเตอร์ประสิทธิภาพสูงมีรายละเอียดอยู่ในหัวข้อ
“การเลือกมอเตอร์สำหรับเปลี่ยนทดแทน (Retrofit)”
การคำนวณค่าไฟฟ้าที่ประหยัดได้ต่อปี
ตัวอย่างต่อไปนี้แสดงการคำนวณสำหรับการเปลี่ยนมอเตอร์ธรรมดาประสิทธิภาพ 91.7 % ด้วยมอเตอร์ประสิทธิภาพสูง
94.1 % ที่มีขนาดเท่ากัน
มอเตอร์เครื่องนี้มีกำลัง 50 แรงม้า ใช้รับโหลดเต็มที่และทำงาต่อเนื่อง (8.760 ชั่วโมง
ต่อปี) อัตราพลังงานคือ 1.75 บาท ต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง
การคำนวณการประหยัดพลังงานต่อปีจะคำนวณได้จากสมการนี้
แทน S = กาประหยัดต่อปีเป็นบาท H = แรงม้าของมอเตอร์
L
= การรับโหลดของมอเตอร์ C
= อัตราพลังงานไฟฟ้า
บาท/กิโลวัตต์ชั่วโมง
N = ชั่วโมงการทำงานต่อปี EA = ประสิทธิภาพของมอเตอร์ประสิทธิภาพสูง
เป็นร้อยละ
EB = ประสิทธิภาพของมอเตอร์แบบธรรมดา
เป็นร้อยละ
S
= 0.746 X 50 X 1 X 1.75 บาท 8.760V (100/91.7-100/94.1)
การประหยัดต่อปี = 15.896 บาท
(คิดเป็นระยะเวลาคืนทุนประมาณ 1 ปี)
สอบถามจากผู้แทนจำหน่ายมอเตอร์
การปรึกษากับผู้แทนจำหน่ายมอเตอร์
ก่อนลงมือเปลี่ยนมอเตอร์ใหม่จะช่วยให้ท่านตัดสินใจได้ดียิ่งขึ้น
ผู้แทนจำหน่ายมอเตอร์สามารถช่วยในวิเคราะห์ด้านเศรษฐศาสตร์
และสามารถให้ข้อมูลเฉพาะเรื่องในองค์ประกอบในการประเมินค่าที่สำคัญ ๆ เช่น
ลักษณะการออกแบบพิเศษ ประสิทธิภาพการรับประกันอย่างต่ำที่สุด
และค่าตัวประกอบกำลังของมอเตอร์
การเลือกมอเตอร์สำหรับเปลี่ยนทดแทน (Retrofit)
หลักเกณฑ์ต่าง ๆ
ดังต่อไปนี้ควรจำนะมาพิจารณาเพื่อเลือกลำดับความสำคัญก่อนหลังให้แก่มอเตอร์รุ่นเก่าที่สามารถจะเปลี่ยนทดแทนได้โดยมอเตอร์ประสิทธิภาพสูง
- สภาพโดยทั่วไป สังเกตความเสียหายบนตัวถังของมอเตอร์หรือฉนวน หากมอเตอร์นั้นได้ผ่านการพันขดลวดใหม่มาแล้วหลายครั้งหรือเมื่อทำงานแล้วมีความร้อนหรือมีประวัติด้านความเสียหายของตลับลูกปืนหรือปัญหาอื่น ๆ มาก่อน มอเตอร์เช่นนี้เหมาะสมที่จะเปลี่ยนใหม่ด้วยมอเตอร์ประสิทธิภาพสูง
- อายุ มอเตอร์อายุการใช้งานมากก็เป็นมอเตอร์ที่มีโอกาสชำรุดมากขึ้น และปกติจะมีประสิทธิภาพต่ำกว่ามอเตอร์ใหม่
- ชั่วโมงการใช้งานต่อปี มอเตอร์ที่ถูกใช้งานตลอด 24 ชั่วโมงปกติมักจะเป็นมอเตอร์ที่สมควรเลือกสำหรับการเปลี่ยนทดแทนที่สุดแต่มอเตอร์ที่ใช้งานเพียงช่วงเวลาเดียวใน 1 วัน ก็ควรจะพิจารณาว่าอัตราการใช้กระแสไฟฟ้าสูงหรือไม่
- ลักษณะการรับโหลด มอเตอร์ที่ทำงานด้วยโหลดเต็มที่หรือเกือบเต็มที่เป็นมอเตอร์ที่น่าเลือกที่สุดตามหลัก อย่างไรก็ตามการเปลี่ยนทดแทน โดยการใช้มอเตอร์ขนาดที่เล็กและขนาดของมอเตอร์ ใกล้เคียงกับการโหลดที่แท้จริง ทดแทนมอเตอร์ที่มีขนาดใหญ่กว่าโหลดมาก ๆ ก็สามารถได้ความประหยัดในด้านพลังงาน
- ความเร็วใช้งาน จุดที่ดีที่สุดในด้านประสิทธิภาพจะมอเตอร์ที่ทำงานระหว่าง 1200-3600 รอบต่อนาที
- การใช้งาน มอเตอร์ที่ใช้งานกับโหลดคงที่จะเป็นมอเตอร์ที่น่าเลือกกว่ามอเตอร์ที่รับโหลดแปรปรวน มอเตอร์ที่ใช้บนเครน ลูกรอกงานเจาะ งานเครื่องจักร ฯลฯ ปกติจะยากที่จะนำมาเปลี่ยนทดแทนด้วยมอเตอร์ประสิทธิภาพสูง
- แบบมาตรฐานหรือแบบพิเศษ มอเตอร์ที่ผลิตมาโดยเฉพาะงานไม่เหมาะนำมาปรับปรุง หรือเปลี่ยนทดแทนด้วยมอเตอร์ประสิทธิภาพสูง แต่อย่างไรก็ดี การเปลี่ยนวิธีต่อประกับจะสามารถทำให้มอเตอร์แบบธรรมดามาใช้ทดแทนแบบที่ออกแบบพิเศษได้
ที่มา : เอกสารเผยแพร่ความรู้เทคโนโลยีประหยัดพลังงาน
การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น