อุปกรณ์ควบคุมภาระการใช้งานของมอเตอร์ (Motor Load Control)
การอนุรักษ์พลังงานไฟฟ้าสามารถทำได้หลายวิธีไม่ว่าจะเป็นการเลิกใช้ในสิ่งที่ไม่จำเป็น
เช่น การปิดไฟแสงสว่างในบริเวณที่ไม่ใช้งาน ปิดเครื่องปรับอากาศช่วงพักกลางวัน
หรือโดยการเปลี่ยนอุปกรณ์ที่ใช้อยู่ เช่น เปลี่ยนมอเตอร์เป็นมอเตอร์ประสิทธิภาพสูง
เปลี่ยนหลอดไส้เป็นหลอด Compact Fluorescent เป็นต้น
แต่ในบางกรณีการเลิกใช้อุปกรณ์บางอย่าง
หรือการเปิดใช้งานเป็นเวลาไม่สามารถทำได้ เช่น
ในขบวนการผลิตที่ต้องการทำงานต่อเนื่อง
บางครั้งการเปลี่ยนอุปกรณ์โดยที่อุปกรณ์เดิมยังไม่ชำรุดหรือเสียก็เป็นการไม่เหมาะสมในหลายกรณี
เพราะโดยทั่วไปแล้วอุปกรณ์ที่ช่วยประหยัดพลังงานจะมีราคาสูงกว่าอุปกรณ์แบบเดิม
ดังนั้นการติดตั้งอุปกรณ์เสริม (Retrofit) เข้าไปเพื่อช่วยให้เครื่องจักรเดิมใช้พลังงาน
(Input) ลดลง โดยที่การทำงานของเครื่องจักรนั้น ๆ ยังคงเดิม
จึงเป็นอีกทางเลือกที่น่าสนใจไม่น้อย
อุปกรณ์ควบคุมการใช้พลังงานไฟฟ้าของมอเตอร์เหนี่ยวนำ
(AC Induction Motor
Controller) เริ่มใช้กันแพร่หลายทั่วโลก
เพราะเครื่องใช้ไฟฟ้า เครื่องจักร เครื่องมือต่าง ๆ
มีมอเตอร์เป็นส่วนประกอบเกือบทุกประเภท
ในการออกแบบระบบที่มีมอเตอร์เป็นส่วนประกอบนั้น
ผู้ผลิตมักใส่มอเตอร์ที่มีขนาดใหญ่กว่าที่จำเป็นต้องใช้งานจริงเสมอ
เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายจากการทำงานเกินกำลัง
ดังนั้นหากมีการควบคุมให้มอเตอร์ใช้พลังงานไฟฟ้าเท่าที่จำเป็นในการทำงานจริงได้
ก็จะช่วยลดการใช้พลังงานไฟฟ้าลงได้
การสูญเสียพลังงานบางส่วนไปโดยเปล่าประโยชน์
อาจเกิดจาก 3 สาเหตุใหญ่ ๆ
ดังนี้
1. การออกแบบเครื่องจักรที่มีมอเตอร์เป็นต้นกำลังต้องเผื่อไว้สำหรับโหลดสูงสุดและ
Safety Factor ซึ่งโดยส่วนใหญ่แล้วเครื่องจักรจะไม่ได้ทำงานขับโหลดสงสุดอยู่ตลอดเวลา
2. โครงสร้างการทำงานของ induction
Motor เองที่ถูกออกแบบให้หมุนด้วยความเร็วคงที่ @
Synchronous Speed = (120 x Frequency/Pole) โดยเกือบจะไม่มีผลกระทบจากแรงดันที่ป้อน
หรือโหลดที่เปลี่ยนแปลงภายในขอบเขตที่กำหนดนั้นคือมอเตอร์จะทำงานในลักษณะ On-Off
โดยแทบไม่เปลี่ยนแปลงตามโหลด
3. ระบบไฟฟ้าที่จ่ายแรงดันมาสูงกว่าปกติเล็กน้อย
เพื่อชดเชย Load/Line Regulation Distribution Loss และอื่น
ๆ เช่น ระบบ 380 โวลท์ เราอาจวัดได้เป้ฯ 390-400 โวลท์ ซึ่งยังอยู่ในช่วงที่ยอมรับได้
และยังไม่ทำอันตรายต่ออุปกรณ์แต่จะมีการสูญเสียพลังงานไปบางส่วน
เมื่อพิจารณาถึงสภาวะทางไฟฟ้าระหว่างการทำงานของมอเตอร์ทั่วไป
ซึ่งจะเป็น Induction
Load จะพบได้ ดังรูปที่ 1
จะเห็นได้ว่า Current Lags Voltage อยู่ด้วยมุมค่าหนึ่ง โดย CosØ
คือ Power
Factor โดยที่
P.F =
Real Power (Watt)
Total
Power (VA)
= Cos Ø
เนื่องจากการแกว่างขึ้นลงของ Line Voltage มอเตอร์เหนี่ยวนำกระแสสลับ
(AC Induction Motors) โดยทั่วไปจะถูกออกแบบให้สามารถขับ Rated
Load ได้ที่ Under
voltage เล็กน้อย เช่น 380 V. - 10 % แต่การกินกระแสของมอเตอร์ไม่ได้ลดลงไปมากตามโหลด
เช่น ที่ No Load มอเตอร์ไม่ได้ดึงกระแสมากกว่าปกติ
ดังนั้นมอเตอร์จะมีการสูญเสียพลังงาน และประสิทธิภาพน้อยลงที่สภาวะโหลดต่ำ ๆ
อุปกรณ์ควบคุมมอเตอร์จะคอยตรวจสอบสัญญาณ
A/C และตรวจเช็คว่าเมื่อใดมอเตอร์ใช้ไฟมากกว่าที่ต้องการจริง
เมื่อนั้นระบบก็จะตัดส่วนที่เกินของสัญญาณ A/C ออก
ซึ่งทำให้มอเตอร์ทำงานได้ตามปกติต่อไป แต่ใช้พลังงานไฟฟ้าน้อยลง
ความกว้างของส่วนที่ถูกต้องตัดออกถูกกำหนดด้วยโหลดจริงของมอเตอร์ขณะนั้น ๆ ซึ่งคำนวณโดยการเปรียบเทียบมุมองศาของกระแสกับการแรงดันไฟฟ้า
ในภาวะโหลดน้อย ๆ สัญญาณ A/C จะถูกตัดออกมากเมื่อโหลดมากขึ้นขนาดสัญญาณที่ถูกต้องจะลดลง
จนถึงจุดมอเตอร์อยู่ในภาวะที่ทำงานเต็มที่ (Fully Loaded) ไฟจะถูกจ่ายให้มอเตอร์เต็มที่
ขนาดของสัญญาณแทบจะไม่ถูกตัดออกเลย
วงจรตรวจสอบคลื่นสัญญาณ (Wave Monitor) ทำหน้าที่เปรียบเทียบสัญญาณคลื่นที่เข้าและออกเพื่อหาค่าโหลดของมอเตอร์อย่างต่อเนื่องไม่โคคอนโทรลเลอร์รับสัญญาณ
อนาลอกจากวงจรตรวจสอบคลื่นสัญญาณและทำการปรับสัญญาณด้วยการควบคุมการทำงาน Switching
Device อย่างต่อเนื่องเช่น
ส่วน Flat Area (t l + t 2) นี้จะเป็นส่วนที่ไม่มีพลังงานจ่ายให้กับมอเตอร์
หรือเมื่อกิโลวัตต์เป็นศูนย์แน่นอนว่าถ้าส่วน Flat Area นี้ยาวมาก
ๆ เราก็จะสามารถประหยัดพลังงานได้มาก และมอเตอร์ก็จะมีประสิทธิภาพสูงขึ้นด้วย
เพราะพลังงานที่จ่ายให้มอเตอร์ถูกลดลงตามโหลดที่เปลี่ยนแปลงไป
เนื่องจากไม่มีเปลี่ยนแปลงค่า
Frequency ดังนั้นจากนิยามของคำนวณ
Speed (RPM) = 120 x Frequency (Hz) /Pole
นั้นคืออุปกรณ์ควบคุมมอเตอร์เกือบจะไม่มีผลต่อความเร็วรอบของมอเตอร์
อัตราการประหยัดพลังงานไฟฟ้าเมื่อใช้อุปกรณ์ควบคุมมอเตอร์ประเภทนี้จะขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่าง
จึงไม่เหมือนอุปกรณ์ประหยัดพลังงานอื่น ๆ
ที่สามารถชี้ชัดลงไปได้ว่าสามารถประหยัดการใช้พลังงานไฟฟ้าได้เท่าไหร่ เช่น
บัลลาสต์อิเลคทรอนิค ที่มีโหลดคงที่เสมอ
แต่การประหยัดของอุปกรณ์ควบคุมมอเตอร์ประเภทนี้จะขึ้นอยู่กับโหลดของมอเตอร์เมื่อเทียบกับค่าพิกัดของมอเตอร์
ลักษณะการทำงานของระบบที่มีจังหวะหยุดมอเตอร์ยังหมุนฟรีเป็นมอเตอร์ปั๊มไฮโดรลิคของเครื่องฉีดพลาสติก
เป็นต้น
รูปที่ 4 : Voltage, Current และ kWatt ของมอเตอร์เมื่อใช้อุปกรณ์ควบคุมมอเตอร์
จุดเด่นของอุปกรณ์ควบคุมภาระการใช้งานของมอเตอร์ประเภทนี้
คือเป็นอุปกรณ์ที่ติดตั้งเพิ่มเติมผู้ใช้ไม่ต้องเปลี่ยนเครื่องจักรหรือมอเตอร์ที่มีอยู่
เช่นเดียวกับอุปกรณ์ประหยัดพลังงานอื่น
ก่อนทำการติดตั้งอุปกรณ์ดังกล่าจะต้องทำการวิเคราะห์สภาพการใช้งานของมอเตอร์ก่อน
เพื่อความเหมาะสมในการใช้งานและความคุ้มค่าในการลงทุน
ที่มา :
เอกสารเผยแพร่ความรู้เทคโนโลยีประหยัดพลังงาน
การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น