Top 50 Popular Supplier
1 100,000D_อินเวอร์เตอร์ 175,983
2 100,000D_มิเตอร์วัดไฟฟ้า 173,577
3 100,000D_เครื่องมือช่าง 172,988
4 100,000D_อุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเลคทรอนิกส์ 172,771
5 100,000D_เอซีมอเตอร์ 170,462
6 100,000D_ดีซีมอเตอร์ 169,551
7 100,000D_อุปกรณ์แคมป์ปิ้ง 168,508
8 100,000D_เครื่องดื่มและสมุนไพร 167,818
9 เคอีบี (KEB ) ประเทศไทย 160,345
10 100,000D_เครื่องใช้ไฟฟ้าครัวเรือน 158,447
11 100,000D_ของใช้จำเป็นสำหรับผู้หญิง 158,358
12 100,000D_ขายของเล่นเด็ก 157,510
13 E&L INTERNATIONAL CO., LTD. 67,585
14 T.N. METAL WORKS Co., Ltd. 62,128
15 ฟิลิปส์อิเล็กทรอนิกส์ (ประเทศไทย) จำกัด 50,517
16 บ.ไทนามิคส์ จำกัด 43,555
17 Industrial Provision co., ltd 39,224
18 ลาดกระบัง ทูลส์ แอนด์ ดาย จำกัด 38,373
19 Infinity Engineering System Co.,Ltd 36,297
20 สยาม เอลมาเทค (siam elmatech) 34,621
21 ไทยเทคนิค อีเล็คตริค จำกัด 33,439
22 ฟอร์จูน เมคคานิค แอนด์ ซัพพลาย 31,852
23 เอเชียเทค พาวเวอร์คอนโทรล จำกัด 31,220
24 บริษัท เวิลด์ ไฮดรอลิคส์ จำกัด 30,957
25 โปรไดร์ฟ ซิสเต็ม จำกัด 27,581
26 ซี.เค.แอล.โพลีเทค เอ็นจิเนียริ่ง 26,517
27 P.D.S. Automation co.,ltd 22,946
28 AVERA CO., LTD. 22,586
29 เลิศบุศย์ 21,684
30 ห้างหุ้นส่วนสามัญ เอ-รีไซเคิล กรุ๊ป 20,380
31 เทคนิคอล พรีซิชั่น แมชชีนนิ่ง 20,245
32 แมชชีนเทค 19,893
33 Electronics Source Co.,Ltd. 19,869
34 อีดีเอ อินเตอร์เนชั่นเนล จำกัด 19,185
35 มากิโน (ประเทศไทย) 19,139
36 ทรอนิคส์เซิร์ฟ จำกัด 18,799
37 Pro-face South-East Asia Pacific Co., Ltd. 18,602
38 SAMWHA THAILAND 18,291
39 วอยก้า จำกัด 17,897
40 CHEMTEC AUTOMATION CO.,LTD. 17,476
41 IWASHITA INSTRUMENTS (THAILAND) LTD. 17,326
42 ดีไซน์ โธร แมนูแฟคเจอริ่ง 17,301
43 I-Mechanics Co.,Ltd. 17,237
44 เอส.เอส.บี สยาม จำกัด 17,207
45 Intelligent Mechantronics System (Thailand) 17,132
46 ศรีทองเนมเพลท จำกัด 17,066
47 Systems integrator 16,711
48 เอ็นเทค แอสโซซิเอท จำกัด 16,629
49 ดาต้า เอ็นทรี่ กรุ๊ป จำกัด 16,454
50 Advanced Technology Equipment 16,442
» Article » Motor Control & Drives » DC/AC Drives
08/09/2552 21:02 น. , อ่าน 15,593 ครั้ง
Bookmark and Share
Adjustable Frequency Drives และ Saving Energy
โดย : Admin

 

 


โดย:  ภุชงค์    พุทธวงค์    
 และ สุชิน  เสือช้อย 

                    
บทความนี้เรียบเรียงขึ้นเพื่อเป็นแนวทางไขข้อข้องใจสำหรับหลายๆท่านท่านที่สงสัยว่า
การใช้อุปกรณ์ปรับความเร็วรอบ (Variable Speed Drive) จะสามารถช่วยประหยัดพลังงานมอเตอร์ไฟฟ้าได้อย่างไร

 

รูปที่ 1 เปรียบเทียบการควบคุมการไหล โดยใช้วาล์วกับการใช้ AFD’s 
 ทำไมจึงต้องเปลี่ยนจาก Mechanical Throttling valve มาใช้ AFD's ?  



การควบคุมการอัตราการไหลที่เราพบเห็นทั่วๆไป ส่วนใหญ่มอเตอร์ที่ใช้ขับปั๊มจะหมุนด้วยความเร็วรอบคงที่ ตามที่ระบุบนแผ่นป้าย nameplate และใช้วาล์วแบบคันบังคับ (Mechanical Throttling valve) ปรับควบคุมอัตราการไหล ซึ่งถ้าหากนำมาวิเคราะห์ ก็จะพบว่าวิธีนี้จะมีความสูญเสียเชิงกล และสูญเสียพลังงานไฟฟ้าอยู่มาก  ดังนั้นวิธีการควบคุมอัตราการไหลแบบใหม่จึงใช้ AFD's เข้ามา ควบคุมความเร็วรอบของมอเตอร์ที่ใช้ขับปั๊มเพื่อควบคุมอัตราการไหล แทนที่วาล์ว เพื่อลดการสูญเสีย  ดังแสดงในรูปที่ 1
 


รูปที่ 2  เปรียบเทียบการใช้พลังงาน ระหว่างการใช้วาล์ว
ควบคุมการไหล และการใช้ AFD’s 

  ถ้าเปลี่ยนจากการใช้วาล์วควบคุมอัตราการไหลมาใช้ AFD’s ปรับความเร็วรอบปั๊มแทนจะช่วยประหยัดพลังงานได้เท่าไร ?

 

 

จากรูปที่ 2 แสดงให้เห็นว่าการใช้ AFD’s  ในการควบคุมการไหลจะใช้พลังงานต่ำกว่า (เส้นกราฟด้านล่าง) วิธีการควบคุมการไหลโดยใช้วาล์ว (กราฟด้านบน)  ดังนั้นพลังงานที่ AFD’s  สามารถประหยัดได้ก็คือส่วนต่างระหว่างเส้นกราฟนั้นเอง

 AFD's ช่วยประหยัดพลังงานได้อย่างไร ?

สำหรับโหลดประเภท Centrifugal Pump หรือปั๊มที่ทำงานโดยอาศัยหลักการแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ที่พบเห็นทั่วๆ ไปนั้น สมรรถนะในการทำงานของอุปกรณ์สามารถพิจารณาได้จาก กฎความสัมพันธ์พื้นฐาน “Affinity Laws”  ดังต่อไปนี้  



 
      เมื่อพิจารณาจากกราฟรูปที่ 3.1 และพิจารณาสมการแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วรอบและอัตราการไหลประกอบ ก็พบว่า ความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วรอบกับอัตราการไหล เป็นสัดส่วนกันโดยตรง (Linear) ซึ่งหมายความว่าถ้าความเร็วรอบลดลง 50% อัตราการไหลจะลดลง 50 % ด้วยเช่นกัน
 
      ส่วนกราฟรูปที่ 3.2 และสมการแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วรอบกับแรงดัน (Pressure Head) พบว่า ความสัมพันธ์ของสัดส่วนแรงดันเป็นกำลังสองของสัดส่วนความเร็วรอบ ดังนั้นเมื่อเราลดความเร็วรอบ 50 % ความดันจะลดลงประมาณ 25 %
 

      และจากกราฟรูปที่ 3.3 และสมการแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วรอบกับกำลังงาน พบว่าสัดส่วนของกำลังงานเป็นกำลังสามของความเร็วรอบ ดังนั้นหากเราลดความเร็วรอบลง 50 % กำลังงานที่ใช้ในการขับเคลื่อนจะถูกใช้เพียง 12.5 % จากเดิม ซึ่งหากพิจารณาจากจุดนี้ จะทำให้มองเห็นศักยภาพในการลดการใช้พลังงานได้อย่างชัดเจน

     และต่อไปเราจะมาพิจารณาถึงคุณสมบัติที่น่าสนใจของระบบปั๊มโดยเริ่มต้นจาก Static head หรือเรียกว่า lift ซึ่งหมายถึงความสูงของเหลวที่เป็นไปได้จากแหล่งจ่ายจนถึงทางด้านขาออก (outlet) ซึ่งจากตัวอย่างในรูปที่ 4 นี้ความสูง Statichead จะเท่ากับ30 ฟุต และสิ่งที่ต้องการพิจารณาเป็นอันดับต่อไปก็คือ แรงเสียดทานในปั๊มหรือ friction head ซึ่งหมายถึง กำลังที่ต้องการในการที่จะต่อต้านกับแรงเสียดทาน และความสูญเสียแรงดันที่เกิดขึ้นในขณะที่มีการไหลของของเหลวในท่อ ในวาล์ว และอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องในวงจรการเดินท่อ ซึ่งการสูญเสียเหล่านี้มีความสัมพันธ์กับการไหลอย่างไม่เป็นเส้นตรง ดังรูป

 

 
รูปที่ 4
 เมื่อรวมความสูญเสียทั้ง 2 (two heads) เข้าด้วยกันเราก็จะได้เส้นโค้งของ ระบบการไหลดังรูปซี่งสามารถ อธิบายอัตราการไหลในแต่ละความดันได้ เช่น ถ้าเราต้องการให้ของเหลวในระบบมีอัตรา การไหล 200 GPM ความดันของปั๊ม (head pressure) ที่เราต้องการคือ 180 ฟุต


 รูปที่ 5 แสดงการทำงานของใบพัดขนาดต่าง ๆ


 

 เมื่อเรารู้ความต้องการนี้เราก็สามารถทำการเลือกปั๊มขนาดของใบพัด (impeller) จากคู่มือของบริษัทผู้ผลิต ตัวอย่างเช่นในรูปที่ 5 ซึ่งใบพัดขนาด9 นิ้ว ถูกเลือกเนื่องจากใช้งานได้ตามต้องการ

รูปที่ 6 แสดงความสัมพันธ์ระหว่างเส้นโค้งของระบบ
กับเส้นโค้งของปั๊ม		 หลังจากนั้นเมื่อเรานำเส้นโค้งของระบบมาพล๊อตรวมกับเส้นโค้งของปั๊ม เราก็จะได้รู้ถึงการเลือกปั๊ม  ให้สัมพันธ์กับความต้องการของระบบดังรูปที่ 6
 
 

                         
 
       ในการเลือกจากกราฟจะเห็นว่า ณ. จุดตัดกันของระหว่าง เส้นโค้งของระบบ( System curve) กับ เส้นโค้งแสดงสมรรถนะของปั๊ม (pump performance curve) คือความต้องความดันที่ความสูง 120 feel ด้วยอัตราการไหล 160 GP (ระบบจะทำงานด้วยข้อจำกัดนี้ แต่จะเปลี่ยนข้อจำกัดนี้ ระบบจะต้องมีอุปกรณ์ หรือปัจจัยอื่น แทรกเข้ามาในระบบ)
 

       แต่ในทางปฏิบัติเทคนิคการควบคุมการไหลโดยทั่วไปจะมีการเพิ่ม Trotting valve ซึ่งจะทำให้เกิดการต้านการไหล และเพิ่มการสูญเสียในระบบ และส่งผลทำให้เส้นโค้งของระบบมีการเปลี่ยนแปลงไป ดังรูปที่ 7  โดยอัตราการไหลจะหาได้จากจุดที่เส้นโค้งทั้งสองตัดกัน จากตัวอย่างจะเห็นว่าความดันจะลดลงมาที่ 155 ฟุต และอัตราการไหล จะลดลงมาที่ 80 GPM





รูปที่ 7 แสดงความสัมพันธ์ของเส้นโค้งทั้งสองที่เปลี่ยนไป

 

   ส่วนกำลังที่ถูกนำไปจะเป็นสัดส่วนกับ Head pursuer และ flow rate ตามสีน้ำเงิน ในกราฟรูปที่ 8

      จากกรณีดังกล่าว ถ้าหากเราเลือกใช้ AFD’s  ในการควบคุมการไหล จะพบว่าจะไม่มีการสูญเสียแรงต้านใดๆในระบบ ดังนั้นเส้นโค้งของระบบ (System curve) จะยังคงเป็นเหมือนลักษณะเดิม และเมื่อมีการเปลี่ยนปั๊มที่มีใบพัดขนาดเล็กลงกว่าเดิมเข้าไปแทนปั๊มตัวเก่า ก็จะได้ กราฟความสัมพันธ์ดังรูปที่ 8


รูปที่ 8
 

       ดังนั้นหากนำระบบทั้ง 2 ระบบ คือระบบที่ใช้วาล์ว กับใช้ระบบที่มีการปรับความเร็วด้วย  AFD’s  มาเปรียบเทียบกันในขณะ ที่มีความต้องการอัตราการไหลของระบบอยู่ที่ 80 GPM และความความดันอยู่ที่  57 ฟุต (Heads)เท่ากัน  และอัตราส่วนการใช้กำลังงานยังคงเป็นสัดส่วนกับ head pressure และ flow rate ดังแสดงในพื้นที่สีเทา ก็จะได้กราฟหรือเส้นโค้งดังแสดงในรูปที่ 9
 


รูปที่ 9  เปรียบเทียบการใช้พลังงานระหว่างระบบที่ใช้วาล์วกับการใช้
AFD’s ควบคุมอัตราการไหล
 จากรูปจะเห็นว่า 
พื้นที่สีฟ้าจะแสดงให้เห็นถึงกำลังงานที่สามารถประหยัดได้จากการใช้ AFD’s  ทดแทนการใช้วาล์ว


รูปที่ 10 แสดงการเปรียบเทียบการควบคุมด้วยวาล์ว อื่น ๆ รวมถึงอุปกรณ์ปรับเปลี่ยนความเร็วรอบอื่น ๆ

ตารางที่ 1 คำจำกัดความของอุปกรณ์ต่าง ๆ
Diverting value :
 การไหลมีการเปลี่ยนแปลงจาก output กลับมาที่ input? กำลังงานที่ใช้จะคงเดิมและไม่ขึ้นอยู่กับ การไหลที่วัดได้จริง
Throttling value : ได้พิจารณาแล้วจากที่กล่าวยกเว้นตัวอย่างไป
Hydrostatic drive :  มีหลักการทำงานปรับเร็วรอบเหมือน AFD’s  แต่ความสูญเสียกำลังภายในระบบของ Hydrostatic drives มีมากกว่า
Mechanical drive :  ทำงานด้วยการปรับของ Belt และ shear ซึ่งทำให้มีความสูญเสียกำลังแก่แรงเสียดทาน ลม มาขึ้นและยังมีค่าซ่อมบำรุงที่มาก
Eddy current drive or clutch: อุปกรณ์นี้ให้หลักการ magnetic coupling ในการถ่าย load torque ในการปรับ speed ระบบ clutch ทำให้มีแรงเสียดทานน้อยลงและลดการเสียกำลังได้อย่างดี
Adjustable frequency drive: ดังตัวอย่างที่ได้พิจารณาให้เห็นเป็นแล้วว่ามีสมรรถภาพที่ดีมากในการลดกำลังงานมาก

 การใช้ AFD’s สามารถช่วยลดค่าใช้จ่ายโดยรวมของระบบได้อีกด้วย เพราะ ไม่ต้องทำการติดตั้งอุปกรณ์เพิ่มอื่น ๆเข้าไปในระบบอีก ส่วนระบบที่ควบคุมการไหลด้วยวาล์วนั้นจะต้องเสียค่าจ่ายของวาล์ว และค่าใช้จ่ายในการติดตั้ง ค่า เดินท่อ มายังจุดที่ที่สามารถทำการควบคุมปิดเปิดวาล์ว เพิ่มขึ้นอีกด้วย   และจากตัวอย่างดังแสดงในรูปที่ 11 จะเห็นว่าความสูญเสียในท่อจะคิดเป็น 10 HP และความสูญเสียในวาล์วอีก 15 HP กรณีที่ควบคุมอัตราการไหลโดยใช้วาล์ว

 

 

 

สาเหตุของการสูญเสียในระบบที่ใช้วาล์วจะเกิดจากการสูญเสียในตัววาล์วเอง ,ระบบการเดินท่อ ,ในตัวปั๊ม และกำลังในการขับโหลด 50 HP ดังนั้นรวมหมดทั้งระบบปั๊มจะต้องใช้กำลังขับเท่ากับ 90 HP และในส่วนของมอเตอร์เมื่อออกแบบใช้มอเตอร์ใช้งานที่ 90 % ก็จะต้องเลือกมอเตอร์ขนาดเท่ากับ 100 HP ดังแสดงให้เห็นตามตัวอย่าง ส่วนในระบที่ใช้ AFD’s จะไม่มีการสูญเสียในวาล์ว และในระบบการเดินท่อก็จะสามารถลดจำนวนการโค้งงอของท่อลงได้ ทำให้การสูญเสียในระบบเดินท่อลดลง การสูญเสียพลังงานในปั๊มก็ลดลง ในขณะเปรียบเทียบที่ความต้องการในการขับโหลดเท่ากันคือ50 HP ก็จะเห็นว่าความต้องการของปั๊มมีเพียง 68 HP และขนาดของมอเตอร์ที่ใช้ขับปั๊มก็มีขนาดเล็กลงเหลือีความต้องการเพียง 75 HPเท่านั้น



 

========================================================