WE SPECIALISE IN BOOSTER PUMPS AND FIRE PUMPS

อุปกรณ์ควบคุมความเร็วรอบมอเตอร์ Variable Speed Drive : VSD

 

อุปกรณ์ควบคุมความเร็วรอบมอเตอร์ (Variable Speed Drive : VSD) เป็นอุปกรณ์ควบคุมความเร็วรอบมอเตอร์ไฟฟ้า ให้เหมาะสมกับสภาวะของโหลด เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของมอเตอร์ ในชบวนการผลิตในโรงงานอุตสาหกรรม ระบบปั๊มน้ำ พัดลม และระบบปรับอากาศขนาดใหญ่ อุปกรณ์ VSD ใช้เทคโนโลยีแบบ Voltage Vector Control (VVC) ทำให้ประสิทธิภาพการควบคุมไม่ให้มีการสูญเสียพลังงานความร้อนในตัวมอเตอร์ (Derating) และมีอุปกรณ์กำจัดสัญญาณรบกวน (Harmonics Filters) ที่เป็นอุปกรณ์มาตรฐานของเครื่องป้องกันการรบกวนสัญญาณควบคุม และยังส่งผลดีในการประหยัดพลังงานอีกด้วย



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 ทำให้ได้ความเร็วรอบที่เหมาะสม ตามความต้องการทำงานในแต่ละลักษณะ 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 หรือในโรงงานอุตสาหกรรม ที่มีมอเตอร์ขนาดใหญ่ในระบบทำความเย็น 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

 

 

 

 

ข้อมูลจาก: เอกสารเผยแพร่ความรู้เทคโนโลยีประหยัดพลังงาน การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย