เครื่องเชื่อมประสิทธิภาพสูง

เครื่องเชื่อมประสิทธิภาพสูง

งานเชื่อมไฟฟ้า นับว่าเป็นหัวใจของงานซ่อมบำรุง และงานผลิตเลยก็ว่าได้ เพราะไม่ว่าไปทางไหนก็ตาม จะได้เห็นว่าเครื่องเชื่อมไฟฟ้ามีใช้อยู่แทบทุกสถานประกอบการ โรงงาน ห้างร้าน และสถานศึกษา เครื่องเชื่อมไฟฟ้ามีอยู่หลายชนิด เช่น แบบมือหมุน แบบ Multi Point Switch แบบ Thyrister และเทคโนโลยีล่าสุดจะเป็นแบบ Inverter

เครื่องเชื่อมแบบเดิม (มือหมุน)
ทำงานด้วยความถี่ 50 Hz แกนหม้อแปลงเป็นเหล็กปรับกระแสไฟออกด้วยการปรับทิศทางความเข็มของสนามแม่เหล็ก เครื่องเชื่อมเทคโนโลยีนี้ผลิตกันมากที่สุดในประเทศไทย และมีใช้กันมากที่สุด คือ มีมากกว่าร้อยละ 80 ของเครื่องเชื่อมทั้งหมด ในแง่ของการใช้พลังงานแล้ว มีประสิทธิภาพต่ำ และไม่สามารถควบคุมกระแสเชื่อมได้อย่างแม่นยำซึ่งจำเป็นต้องทดแทนด้วยเครื่องเชื่อมที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าให้เร็วที่สุด

ปัญหาใหญ่ของการใช้ และมีเครื่องเชื่อมไฟฟ้าไว้ในครอบครอง คือ เครื่องเชื่อมจะกินพลังงานไฟฟ้าเป็นจำนวนมหาศาลตัวอย่างเช่นถ้าใช้เครื่องเชื่อมไฟฟ้า แบบมือหมุน (Stray Field) จำนวน 100 เครื่อง กระแสเชื่อมที่ 120 แอมป์ สำหรับลวดเชื่อม เตรียมงาน 4 ชั่วโมง

ข้อมูลจากการตรวจวัด และ Name Plate ของเครื่องเชื่อมไฟฟ้าแบบมือหมุน

กระแสไฟฟ้าเข้า (220 โวลท์) ขณะเชื่อม	45 แอม์
กระแสไฟฟ้าเข้า (220 โวลท์) ขณะเตรียมงาน	7 แอมป์
PF (Power Factor)	0.7
ประสิทธิภาพ %	ไม่ระบุ

ในการเปรียบเทียบค่าความสูญเสียพลังงานในตัวเครื่องเชื่อมไฟฟ้าแบบมือหมุนและแบบอินเวอร์เตอร์นั้น จะเห็นได้ว่าเครื่องเชื่อมไฟฟ้าแบบมือหมุนและแบบอินเวอร์เตอร์นั้น จะเห็นได้ว่าเครื่องเชื่อมแบบอินเวอร์เตอร์มีประสิทธิภาพด้านการใช้พลังงานสูงกว่ามีพลังงานสูญเสียน้อย ความร้อนต่ำ จึงต้องการระบบระบายความร้อนขนาดเล็ก

ความเร็วในการตอบสนองต่อการอาร์ค ในการอาร์คจริงต้องการตอบสนองเร็วกว่า 1/50 วินาที เช่น 1/300, 1/500 วินาที ซึ่งความเร็วขนาดนี้ เครื่องเชื่อมไฟฟ้าแบบมือหมุนไม่สามารถให้การตอบสนองได้ ดังนั้นเครื่องเชื่อมแบบอินเวอร์เตอร์จะเชื่อมได้นิ่มนวลมาก เมื่อใช้ลวดเชื่อมชนิดต่าง ๆ

จะเกิดอะไรขึ้น เมื่อใช้เครื่องเชื่อมแบบอินเวอร์เตอร์ จำนวน 100 เครื่อง กระแสไฟฟ้าขณะเชื่อมที่ 120 แอมป์ สำหรับลวดเชื่อม 3.2 มม ใช้เชื่อมงานวันละ 8 ชั่วโมง แบ่งเป็นเชื่อมงาน 4 ชั่วโมงเตรียมงาน 4 ชั่วโมง โดยเปิดเครื่องเชื่อมทิ้งไว้จากข้อมูลที่มีอยู่เราสามารถนำมาคำนวณหาพลังงานที่สูญเสียได้ดังนี้

พลังงานไฟฟ้าที่ใช้	P = N x V x I x PF/ 1000 กิโลวัตต์ N = จำนวนเครื่องเชื่อม 100 เครื่อง V = แรงเคลื่อน (โวลท์) 220 โวลท์ I = กระแสไฟฟ้าขณะเชื่อม (แอมป์) 120 แอมป์
พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในขณะเชื่อม	P = (100 x 220 x 45 x 0.7)/ 1000 กิโลวัตต์ = 693 กิโลวัตต์
พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ขณะเตรียมงาน	P = (100 x 220 x 7 x 0.7)/ 1000 กิโลวัตต์ = 107.8 กิโลวัตต์
พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ต่อวัน(8 ชั่วโมง)	= (4 x 693) + (4 x 107.8) = 3,203.2 หน่วย

เราจะได้เห็นว่า การเชื่อมงานด้วยเครื่องเชื่อมไฟฟ้าแบบมือหมุนนั้นจะทำให้เสียค่าใช้จ่าย ในเรื่องของพลังงานเป็นจำนวนเงินมหาศาล ซึ่งค่าใช้จ่ายเหล่านี้จะไม่ค่อยมีใครคำนึงถึง เพราะไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ทำให้ต้นทุนในการผลิตเพิ่มขึ้น

ข้อมูลจากการตรวจวัดและ Name Plate ของเครื่องดื่มเชื่อมไฟฟ้าแบบอินเวอร์เทอร์

กระแสไฟฟ้าเข้า (220 โวลท์) ขณะเชื่อม	18 แอมป์
กระแสไฟฟ้าเข้า (220 โวลท์) ขณะเตรียมงาน	0.3 แอมป์
PF (Power Factor)	0.95
ประสิทธิภาพ %	85

เครื่องเชื่อมประสิทธิภาพสูง

รูปแสดงวงจรจ่ายไฟฟ้าเชื่อมแบบ
Primary witching Inverter

เป็นการนำ เทคโนโลยีอินเวอร์เตอร์ พัฒนามาใช้กับเครื่องเชื่อมไฟฟ้าโดยทำให้ชุดสำหรับจ่ายไฟเชื่อมทำงานด้วยความถี่สูง 5-10 KHz ควบคุมด้วยอิเล็กทรอนิกส์ ไฟกระแสสลับ (AC) 220 โวลท์ จะถูกแปลงเป็นกระแสไฟฟ้าตรง (DC) และจะเก็บพลังสะสมไว้ในตัวเก็บประจุ (Capacitor) ไฟกระแสตรง (DC) จะถูกป้อนเข้าสู่หม้อแปลงด้วยพัลส์ (Pulse) ความถี่สูง ใช้ทรานซิสเตอร์ทำหน้าที่แทนสวิทช์ความถี่ดังกล่าวควบคุมด้วยระบบ PWM (Pulse Width Modulator) ไฟที่ผ่านเหมือแปลงไปแล้ว จะถูกแปลงกลับเป็นกระแสไฟฟ้าตรง (DC) อีกครั้ง และทำการกรองกระแสให้เรียบด้วยโช้ค ปัญหาที่เกิดขึ้นจากการเชื่อมจะถูกส่งกลับมายัง PWM โดยตรง

พลังไฟฟ้า ที่ใช้ในขณะเชื่อม	P = (100 x 220 x 18 x 0.95)/ 1000 กิโลวัตต์ = 376.2 กิโลวัตต์
พลังงานไฟฟ้า ที่ใช้ในขณะเตรียมงาน	P = (100 x 220 x 0.3 x 0.95) / 1000 กิโลวัตต์ = 6.27 กิโลวัตต์
พลังงานไฟฟ้า ที่ใช้ต่อวัน(8 ชั่วโมง)	= (4 x 37602) + (4 x 6.27) = 1,529.88 หน่วย

ความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์
เปรียบเทียบระหว่างเครื่องเชื่อมไฟฟ้าแบบมือหมุนกับแบบอินเวอร์เตอร์

พลังงานที่ประหยัดได้ต่อวัน =    3203.0 – 1529.88
                                            =    1,673.32 หน่วย
ค่าไฟฟ้าที่ประหยัดได้ต่อไป (300 วัน)
                                            =    1673.32 x 300
                                             =    501,996   หน่วย                                              =    1,000,000 บาท/ปี

ระยะเวลาคืนทุน ประมาณ 3 ปี

ที่มา : เอกสารเผยแพร่ความรู้เทคโนโลยีประหยัดพลังงาน การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย