ประสิทธิภาพและการประหยัดพลังงานในระบบควบคุมมอเตอร์
การควบคุมมอเตอร์ให้ได้มีประสิทธิภาพและประหยัดพลังงานนั้น มีปัจจัยที่จำเป็นต้องพิจารณาที่แตกต่างกัน เช่น ประสิทธิภาพเราจะพูดถึงเรื่องการลดการสูญเสีย แต่ถ้าเป็นประหยัดพลังงานเราจะเน้นไปที่การลดต้นทุน ดังนั้นจำเป็นต้องแยกออกเป็น 2 ประเด็น เพื่อสามารถอธิบายได้อย่างเข้าใจมากขึ้น คือ
- ประสิทธิภาพ
- ประหยัดพลังงาน
ประสิทธิภาพในระบบควบคุมมอเตอร์
ประสิทธิภาพในการควบคุมมอเตอร์ เป็นเรื่องของการใช้พลังงานไฟฟ้าที่จ่ายให้ทางด้านอินพุต แล้วคาดหวังว่าจะได้พลังงานทางด้านเอาพุต 100% หรือ P(in) = P(out) ซึ่งในความเป็นจริงเป็นเรื่องที่ทำไม่ได้ เนื่องจากระบบจะต้องมีเรื่องของการสูญเสีย หรือ loss เข้ามาเกี่ยวข้อง P(out) = P(in) – P(loss) ซึ่งถ้าเราดูจากสมการแล้วก็พบว่าเราสามารถลดเรื่องของ P(loss) ให้มากที่สุด เพื่อทำให้ P(out) ใกล้เคียงกับ P(in) มากที่สุดนั่นเอง
ในการควบคุมมอเตอร์นั้น จะมีอยู่ 3 ส่วนที่สามารถ เกิด P(loss) ได้ นั่นก็คือ
Motor Control
Motor Control หรืออุปกรณ์ที่ใช้ในการควบคุมมอเตอร์ ในส่วนของอุปกรณืที่เป็นประเภท Mechanical Motor Starter อย่าง DOL หรือ Star/Delta motor starter นั้น อาจจะไม่มีผลเรื่องของประสิทธิภาพมาเท่าไหร่ เนื่องจาก P(loss) ที่เกิดขึ้นที่ตัวอุปกรณ์นั้นมีค่าไม่สูงมาก ในอุปกรณ์ที่ติดตั้งใหม่ แต่ก็สามารถลดเรื่องของพลังงานได้ตรงส่วนของ Coil ที่ใช้แบบ Low Current หรือ Low Power ก็สามารถเพิ่มประสิธิภาได้เหมือนกัน แต่สำหรับอุปกรณ์ที่เป็น Electronics ที่ใช้ในการควบคุมมอเตอร์อย่างเช่น Soft Start หรือ VFD นั้น ควรเลือกอุปกรณืที่ได้มาตรฐานประหยัดไฟเบอร์ 5 ซึ่งเป็นมาตรฐานสูงสุดที่ทางการไฟฟ้าให้การรับรองว่ามีประสิทธิภาพที่ดี เพราะอุปกรณ์ควบคุมมอเตอร์แบบ Electronics เหล่านี้จะมีกำลังงานสูญเสีย P(loss) ที่ตัวอุปกรณ์ ซึ่งเปลี่ยนไปอยู่ในรูปของความร้อนจำนวนมาก
Induction Motor
AC Induction Motor 3 Phase ในบทแรกๆ ที่เราได้แนะนำตัวมอเตอร์ไปนั้น จะเห็นได้ว่าตัวมอเตอร์เองนั้นมีอยู่ 4 class ซึ่ง classs IE4 เป็นมอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุด ดังนั่้นการใช้งานมอเตอร์ในจุดที่ต้องทำงานเป็นเวลานาน และต่อเนื่องอาจจะพิจารณาเปลี่ยนตัวมอเตอร์ให้มีคลาส IE4 ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานได้ดีขึ้น และช่วยเรื่องของ ROI หรือจุดคืนทุนได้เร็วมากขึ้น
Mechanical Power Transmission
Mechanical Power Transmission อุปกรณ์ส่งกำลังทางกลต่างๆ เช่น คัปปลิ้ง สายพาน โซ่ เกียร์ และอุปกรณ์อื่นๆ ซึ่งเราสามารถเลือกใช้อุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพสูง ซึ่งทำให้สามารถลดการสูญเสียพลังงานได้เป็นอย่างดี แต่แน่นอนเรื่องของต้นทุนความคุ้มค่าก็ถือว่าเป็นสิ่งสำคัญ ดังนั้นคงต้องพิจารณาเรื่องของ ROI กันอีกครั้ง แต่สิ่งที่สามารถทำได้ก่อนและประหยัดที่สุดนั้นก็คือ การตรวจสอบการติดตั้งให้เป็นไปตามมาตรฐาน รวมถึงการซ่อมบำรุงตามรอบต่างๆ เช่น การปรับตั้งศูนย์ของมอเตอร์ การปรับตั้งความตึงของสายพาน หรือโซ่ การใช้น้ำมันหล่อลื่นที่มีคุณภาพเหมาะสมกับงาน เพียงเท่านี้ก็สามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้ส่วนหนึ่งแล้วครับ
การประหยัดพลังงานในระบบควบคุมมอเตอร์
การประหยัดพลังงานในระบบควบคุมมอเตอร์นั้น เป็นเรื่องที่ต้องพิจารณาในส่วนของภาระโหลดของมอเตอร์ กับความต้องการใช้งานโหลดจริง เช่น ในระบบปั้มลมในโรงงาน ในกระบวนการผลิตต้องการใช้ลมที่ความดัน 6 บาร์ แต่ตัวมอเตอร์ที่ปั้มลมนั้นทำงานเมื่อลมตกอยู่ที่ 7 บาร์ และไปสั่งหยุดปั้มอีกทีเมือลมในถังพักได้ 10 บาร์ ที่เป็นเช่นนี้เพราะระบบควบคุมของปั้มลมเป็นแบบ On Off ซึ่งไม่สามารถควบคุมหรือเร่งหรี่ความเร็วรอบของมอเตอร์ได้
ดังนั้นจากตัวอย่างที่กล่าวมาถ้าเราเปลี่ยนระบบควบคุมมอเตอร์ จากแบบ DOL, Star Delta หรือ Softstart ซึ่งเป็นแบบ On-Off Control ไปเป็นการควบคุมแบบ VFD หรือความควบคุมความถี่เพื่อปรับค่าความเร็วรอบให้สัมพันธ์กับโหลดที่ต้องการใช้งานจริง ซึ่งในระบบปั้มลมนั้น สามารถเอากฏ Affinity Law มาพิจารณาเพื่อหาค่าความเร็วรอบที่เหมาะสม เพื่อลดการใช้พลังงานลงได้ เนื่องจาก อัตราส่วนที่เป็น P1 / P2 = (n1 / n2)^3 ของกำลังไฟฟ้า และความเร็วรอบ
จากตัวอย่างกราฟด้านบนจะเห็นได้ว่าความชันของ Power (A) หรือหลังงานที่ใช้ P(in) มีค่าสูงกว่าความชันของ Flow (B) หรือพลังงานเอาท์พุตที่ได้ เมื่อความเร็วรอบของมอเตอร์ถึงจุดหนึ่งที่ความชันของกราฟเริ่มเปลี่ยนแปลง ซึ่งแปลว่าเราสามารถลดค่าพลังงานที่ใช้หรือพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ได้โดยการปรับค่าความเร็วรอบมอเตอร์ (ต้องใช้ VFD ปรับความเร็วรอบ) ให้อยู่ในจุดที่ความชันของกราฟใกล้เคียงกันมากที่สุด ก็จะสามารถประหยัดพลังงานลงได้
