อุปกรณ์ควบคุมความเร็วรอบมอเตอร์ (Variable Speed Drive : VSD) เป็นอุปกรณ์ควบคุมความเร็วรอบมอเตอร์ไฟฟ้าให้เหมาะสมกับสภาวะของโหลด เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของมอเตอร์ในชบวนการผลิตในโรงงานอุตสาหกรรม ระบบปั๊มน้ำ พัดลม และระบบปรับอากาศขนาดใหญ่ อุปกรณ์ VSD ใช้เทคโนโลยีแบบ Voltage Vector Control (VVC) ทำให้ประสิทธิภาพการควบคุมไม่ให้มีการสูญเสียพลังงานความร้อนในตัวมอเตอร์ (Derating) และมีอุปกรณ์กำจัดสัญญาณรบกวน (Harmonics Filters) ที่เป็นอุปกรณ์มาตรฐานของเครื่องป้องกันการรบกวนสัญญาณควบคุมและยังส่งผลดีในการประหยัดพลังงานอีกด้วย
VSD นำมาใช้กับงานอะไรบ้าง
VSD ได้นำมาใช้อย่างแพร่หลายในทางอุตสาหกรรม เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในกระบวนการผลิต ลดต้นทุนและงานทั่วไปในระบบปั๊มน้ำและระบบปรับอากาศ อาทิ
งานด้านการผลิตในอุตสาหกรรม
- เครื่องจักรกลในอุตสาหกรรมทุกประเภทที่ใช้มอเตอร์เป็นแรงขับเคลื่อน
- ระบบสายพานลำเลียง
- กระบวนการผลิตที่ต้องการควบคุมประสิทธิภาพและคุณภาพการผลิตให้คงที่
- อื่น ๆ
งานทั่วไป ที่มีมอเตอร์เป็นตัวกำเนิดพลังงานกล
- ระบบควบคุมปั๊มน้ำ พัดลม
- ระบบปรับอากาศในโรงงาน และอาคารขนาดใหญ่
- การลำเลียง เช่น ลิฟท์ขนส่ง บรรไดเลื่อน
- ระบบอัดอากาศ ระบบกำจัดคาร์บอนมอน๊อกไซด์ในที่จอดรถ ฯลฯ
- อื่น ๆ
อะไรคือข้อดีของการใช้ 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
แผนภูมิแสดงการใช้กำลังงานของพัดลม/ปั๊ม
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 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
| ตัวอย่าง จากรูปเป็นข้อมูลที่ได้จากการใช้ VSD ในการทำงาน โดยใช้ Pressure Transmitter เป็นตัวเซ็นเซอร์ให้กับระบบ ทำให้การทำงานของเครื่องปรับความเร็วมอเตอร์ไปตามโหลดจริงที่ต้องการใช้ซึ่งแสดงให้เห็นจากกราฟได้ดังนี้ |
 |
จากกราฟการทำงานในแต่ละช่วงเวลาที่แตกต่างกัน มอเตอร์ปรับความเร็วไปตามโหลดจริงดังนี้
| ช่วงเวลา |
จำนวนชั่วโมง |
% ของความเร็วรอบที่ใช้จริง |
| 06.00 - 08.00 |
2 |
40% |
| 08.00 - 18.00 |
10 |
20% |
| 18.00 - 24.00 |
6 |
90% |
| 24.00 - 06.00 |
6 |
60% |
เพื่อให้ง่ายต่อความเข้าใจ เราต้องรู้ถึงความสัมพันธ์ของพลังงาน (Power), Flow/Speed และ Pressure สัมพันธ์กันได้ดังรูปข้างล่างนี้
| อัตราการไหล Flow (n) |
แรงดันในท่อ Pressure (n2) |
พลังงานที่ใช้ Power (n3) |
0.0%
10.0%
20.0%
30.0%
40.0%
50.0%
60.0%
70.0%
80.0%
90.0%
100.0% |
0.0%
1.0%
4.0%
9.0%
16.0%
25.0%
36.0%
49.0%
64.0%
81.0%
100.0% |
0.0%
0.1%
0.8%
2.7%
6.4%
12.5%
21.6%
34.3%
51.2%
72.9%
100.0% |
เห็นได้ว่าความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วรอบกับพลังงาน ดังนี้
* Flow มีค่าแปรผันตามความเร็วรอบ (Speed หรือค่า n) ; Q1/Q2 = N1 /N2
* แรงดัน (Pressure) มีความสัมพันธ์ยกกำลังสองของความเร็วรอบ
(n2) ; P1 / P2 = (N1 / N2)2
* และพลังงาน = ความเร็วรอบยกกำลังสาม (n3); HP1 / HP2 = (N1 / N2)3
นั่นคือ Flow / Speed (n) = Pressure (n2) = Power (n3)
กรณีที่ใช้ VSD
เราสามารถนำข้อมูลจากตารางข้างต้นมาหาค่าพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ไป โดยความสัมพันธ์ของความเร็วรอบ (Speed :Hz) อัตราการไหลของลม (Flow) และพลังงานไฟฟ้าเป็น % เมื่อเทียบกับมอเตอร์ที่ความเร็วเต็มพิกัดที่ 75 กิโลวัตต์
| ความเร็วรอบ (n) |
พลังงาน (n3) |
จำนวนกิโลวัตต์เทียบกับมอเตอร์ 75 (100%) |
คูณกับจำนวนชั่วโมง |
100% = 1
90% = 0.9
60% = 0.6
40% = 0.4
30% = 0.3 |
1.03 = 1.0 = 100%
9.03 = 0.729 = 72.9%
21.6%
6.4%
2.7% |
100% x 75 = 75 กิโลวัตต์
72.9% x 75 = 54.7 กิโลวัตต์
= 16.2 กิโลวัตต์
= 4.8 กิโลวัตต์
= 2.0 กิโลวัตต์ |
75 x 0 = 0
54.7 x 2 = 109.4
16.2 x 10 = 162.0
4.8 x 6 = 28.8
2.0 x 6 = 12.0 |
จะได้จำนวนหน่วยที่ใช้ต่อวัน = 312.2 หน่วย |
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 ซึ่งสงผลดีต่อผู้ใช้งาน
ที่มา : เอกสารเผยแพร่ความรู้เทคโนโลยีประหยัดพลังงาน การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย |
