1.ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับไดรฟ์ AC (ไดรฟ์ความถี่ตัวแปร) ในขอบเขตของการควบคุมอุตสาหกรรมสมัยใหม่และ......
อ่านเพิ่มเติมไดรฟ์ความถี่แปรผันแรงดันต่ำ - โดยทั่วไปเรียกสั้น ๆ ว่า LV VFD - เป็นอุปกรณ์ควบคุมพลังงานอิเล็กทรอนิกส์ที่ควบคุมความเร็วและแรงบิดของมอเตอร์เหนี่ยวนำไฟฟ้ากระแสสลับโดยการเปลี่ยนความถี่และแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟที่ส่งไป แทนที่จะเดินมอเตอร์ด้วยความเร็วคงที่ซึ่งกำหนดโดยความถี่กริด (50 Hz หรือ 60 Hz ขึ้นอยู่กับภูมิภาคของคุณ) VFD แรงดันต่ำช่วยให้คุณหมุนความเร็วของมอเตอร์ได้อย่างแม่นยำ ตั้งแต่ใกล้ศูนย์ไปจนถึงความเร็วเต็ม และบางครั้งก็เกินกว่านั้น
การกำหนด "แรงดันไฟฟ้าต่ำ" หมายถึงช่วงแรงดันไฟฟ้าในการทำงาน ซึ่งโดยทั่วไปจะต่ำกว่า 1,000V AC โดยพิกัดทางอุตสาหกรรมที่พบบ่อยที่สุดคือ 208V, 230V, 380V, 400V, 460V และ 480V สิ่งนี้ทำให้ไดรฟ์ LV แตกต่างจาก VFD แรงดันไฟฟ้าปานกลาง ซึ่งทำงานสูงกว่า 1,000V และใช้ในการใช้งานขนาดใหญ่และเฉพาะทางมากขึ้น เช่น คอมเพรสเซอร์ขนาดใหญ่ ระบบขับเคลื่อนเรือ และสถานีสูบน้ำระดับสาธารณูปโภค การใช้งานควบคุมมอเตอร์เชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรมส่วนใหญ่จัดอยู่ในประเภทแรงดันไฟฟ้าต่ำ
โดยแก่นแท้ของมันคือก ไดรฟ์ความถี่ตัวแปรแรงดันต่ำ ทำงานผ่านกระบวนการสามขั้นตอน: ขั้นแรกจะแปลงไฟ AC ขาเข้าเป็น DC ผ่านสเตจเรกติไฟเออร์ ปรับ DC นั้นให้เรียบผ่านบัส DC พร้อมตัวเก็บประจุ จากนั้นแปลงกลับเป็นเอาต์พุต AC ความถี่แปรผันโดยใช้ทรานซิสเตอร์ไบโพลาร์เกตแบบหุ้มฉนวน (IGBT) เอาต์พุตนี้จะเลียนแบบกำลังไฟฟ้ากระแสสลับที่ความถี่ใดก็ตามที่คุณสั่ง ซึ่งมอเตอร์จะอ่านเป็นความเร็วการหมุนที่สอดคล้องกัน
ไดรฟ์ความถี่แปรผันแรงดันต่ำปรากฏในอุตสาหกรรมและการใช้งานที่หลากหลาย ความสามารถในการควบคุมความเร็วมอเตอร์อย่างแม่นยำพร้อมทั้งลดการใช้พลังงานได้อย่างมาก ทำให้เป็นหนึ่งในอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีอิทธิพลมากที่สุดในอุตสาหกรรมสมัยใหม่ เมื่อคุณเข้าใจสิ่งที่พวกเขาทำ คุณจะเริ่มมองเห็นโอกาสสำหรับพวกเขาเกือบทุกที่ที่ใช้มอเตอร์ AC
พื้นที่ใช้งานทั่วไป ได้แก่:
การเลือกไดรฟ์ความถี่ตัวแปรที่ไม่ถูกต้องสำหรับแอพพลิเคชันถือเป็นข้อผิดพลาดทั่วไปและมีค่าใช้จ่ายสูง เอกสารข้อมูลสำหรับ LV VFD ใดๆ มีพารามิเตอร์หลายสิบตัว แต่ชุดข้อกำหนดเฉพาะที่สำคัญที่สุดสำหรับการเลือกที่ถูกต้อง การทำความเข้าใจสิ่งเหล่านี้ก่อนที่คุณจะพูดคุยกับซัพพลายเออร์หรือสั่งซื้อจะช่วยประหยัดเวลาได้มากและป้องกันการใช้งานที่ผิด
LV VFD มีให้เลือกทั้งกำลังไฟฟ้าอินพุตเฟสเดียว (1Ø) และสามเฟส (3Ø) โดยทั่วไปแล้วไดรฟ์อินพุตเฟสเดียวจะมีกำลังสูงถึงประมาณ 3–5 kW และใช้ในการใช้งานเชิงพาณิชย์หรือที่อยู่อาศัยสำหรับงานเบา ไดรฟ์อินพุตสามเฟสครอบคลุมช่วงทั้งหมดตั้งแต่เศษส่วนกิโลวัตต์ไปจนถึงหลายร้อยกิโลวัตต์ และเป็นมาตรฐานสำหรับใช้ในอุตสาหกรรม ตรวจสอบเสมอว่าแหล่งจ่ายไฟที่มีอยู่ของคุณคือ 208V, 230V, 380V, 400V หรือ 480V — ไดรฟ์จะต้องได้รับการจัดอันดับสำหรับแรงดันไฟฟ้าอินพุตเฉพาะของคุณ
อัตรากำลังเอาท์พุตของชุดขับต้องตรงกันหรือเกินกว่ากำลังพิกัดของมอเตอร์ที่ควบคุม อย่างไรก็ตาม การกำหนดขนาดที่ถูกต้องมีมากกว่าการจับคู่ป้ายชื่อกิโลวัตต์ คุณยังต้องคำนึงถึงประเภทโหลดด้วย โดย VFD ที่ขับเคลื่อนปั๊มแรงเหวี่ยง (โหลดแรงบิดแบบแปรผัน) มักจะสามารถปรับขนาดได้ที่ HP พิกัดของมอเตอร์ ในขณะที่ VFD ที่ขับเคลื่อนเครื่องบดหรือรอก (แรงบิดคงที่หรือแรงบิดที่แยกออกสูง) อาจต้องมีขนาดใหญ่กว่าปกติด้วยขนาดเฟรมเดียวเพื่อรองรับความต้องการกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นในระหว่างการสตาร์ทและจุดสูงสุดของโหลด
กระแสไฟ ไม่ใช่พลังงาน คือสิ่งที่เน้นย้ำถึง IGBT และระบบการจัดการความร้อนของ VFD ตรวจสอบพิกัดกระแสเอาท์พุตต่อเนื่องของชุดขับกับค่าแอมแปร์เต็มโหลด (FLA) ของมอเตอร์เสมอ สำหรับการใช้งานที่มีความต้องการสูง ให้ตรวจสอบความจุกระแสไฟเกินของไดรฟ์ — โดยทั่วไปจะแสดงเป็น 110% หรือ 150% เป็นเวลา 60 วินาที ซึ่งช่วยป้องกันการโหลดที่เพิ่มขึ้นชั่วคราวโดยไม่สะดุดกระแสไฟเกิน
ความถี่พาหะที่สวิตช์ IGBT ทำงาน โดยทั่วไปคือ 2–16 kHz ส่งผลต่อสัญญาณรบกวนของมอเตอร์ ความร้อนของมอเตอร์ และโหลดความร้อนของไดรฟ์ ความถี่พาหะที่สูงกว่าจะสร้างรูปคลื่นเอาท์พุตที่นุ่มนวลและเงียบกว่าอย่างที่มอเตอร์ "ชอบ" แต่สร้างความร้อนภายในตัวขับเคลื่อนมากขึ้น ไดรฟ์จำนวนมากอนุญาตให้ปรับความถี่พาหะในการทดสอบการทำงานเพื่อให้ประสิทธิภาพเสียงสมดุลกับอุณหภูมิของไดรฟ์ ซึ่งบางครั้งจำเป็นต้องลดกระแสเอาท์พุตที่การตั้งค่าที่สูงขึ้น
กล่องหุ้มของไดรฟ์ต้องเหมาะสมกับสภาพแวดล้อมการติดตั้ง IP20 หรือ NEMA 1 เป็นที่ยอมรับสำหรับแผงควบคุมภายในอาคารที่สะอาด IP54 หรือ NEMA 12 เหมาะกับสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมที่มีฝุ่นหรือเปียกเล็กน้อย จำเป็นต้องมี IP65 หรือ NEMA 4 สำหรับการติดตั้งแบบล้างทำความสะอาดหรือภายนอกอาคาร การติดตั้งไดรฟ์ IP20 ในสภาพแวดล้อมที่ต้องใช้ IP54 จะส่งผลให้เกิดความล้มเหลวที่เกี่ยวข้องกับการปนเปื้อน การรับประกันถือเป็นโมฆะ และอันตรายด้านความปลอดภัยที่อาจเกิดขึ้น
การกำหนดขนาดที่เหมาะสมของไดรฟ์ AC แรงดันต่ำเป็นกระบวนการที่เป็นระบบ ไม่ใช่การค้นหาง่ายๆ ทำตามขั้นตอนเหล่านี้เพื่อให้ได้ตัวเลือกที่เชื่อถือได้:
ไดรฟ์แบบปรับความเร็วได้แรงดันต่ำสมัยใหม่มีโหมดการควบคุมหลายโหมด แต่ละโหมดเหมาะกับความต้องการใช้งานที่แตกต่างกัน การทำความเข้าใจความแตกต่างจะช่วยให้คุณเลือกทั้งไดรฟ์ที่ถูกต้องและกำหนดค่าได้อย่างถูกต้องระหว่างการทดสอบการใช้งาน
| โหมดควบคุม | มันทำงานอย่างไร | แอปพลิเคชั่นที่ดีที่สุด | จำเป็นต้องใช้ตัวเข้ารหัส? |
| V/Hz (สเกลาร์) | รักษาอัตราส่วนแรงดันไฟฟ้าต่อความถี่คงที่ | พัดลม ปั๊ม โหลดแรงบิดแปรผันอย่างง่าย | ไม่ |
| Open-Loop Vector (SVC) | ประมาณฟลักซ์และแรงบิดโดยไม่มีการป้อนกลับ | สายพานลำเลียง เครื่องผสม แรงบิดคงที่ทั่วไป | ไม่ |
| เวกเตอร์วงปิด (FOC) | ใช้การตอบสนองของเอ็นโค้ดเดอร์เพื่อการควบคุมแรงบิด/ความเร็วที่แม่นยำ | รอก, เครื่องม้วน, เครื่องมือกล, การวางตำแหน่ง | ใช่ |
| ระบบควบคุมแรงบิดโดยตรง (DTC) | คำนวณและควบคุมแรงบิดและฟลักซ์โดยตรง | กระบวนการทางอุตสาหกรรมที่มีประสิทธิภาพสูง | ไม่จำเป็น |
สำหรับการใช้งานปั๊มและพัดลมส่วนใหญ่ การควบคุม V/Hz นั้นเพียงพอและง่ายต่อการใช้งาน การควบคุมเวกเตอร์แบบวงรอบเปิดเป็นแนวทางหลักสำหรับสายพานลำเลียงอุตสาหกรรมทั่วไปและการใช้งานในกระบวนการ ซึ่งแรงบิดความเร็วต่ำที่ดีกว่าและการควบคุมความเร็วที่เข้มงวดยิ่งขึ้น เวกเตอร์วงปิดและ DTC สงวนไว้สำหรับการใช้งานที่ต้องการความต้องการตำแหน่งที่แม่นยำ แรงบิดเริ่มต้นสูงที่ความเร็วเป็นศูนย์ หรือการตอบสนองโหลดแบบไดนามิกในช่วงมิลลิวินาที
การติดตั้งที่ไม่ถูกต้องเป็นสาเหตุให้เกิดความล้มเหลวของ LV VFD และปัญหาด้านประสิทธิภาพการทำงานในภาคสนามเป็นจำนวนมาก การปฏิบัติตามแนวทางการติดตั้งเหล่านี้ช่วยลดความเสี่ยงของการเดินทางที่น่ารำคาญ ความล้มเหลวของส่วนประกอบก่อนเวลาอันควร และการรบกวนที่เกี่ยวข้องกับ EMI กับอุปกรณ์โดยรอบได้อย่างมาก
การต่อสายดินที่เหมาะสมไม่สามารถต่อรองได้กับการติดตั้ง VFD ขั้วต่อ PE (สายดินป้องกัน) ของไดรฟ์ต้องเชื่อมต่อกับกราวด์ความต้านทานต่ำโดยใช้ตัวนำสั้นและหนา ซึ่งถ้าจะให้ดี จะเป็นแถบกราวด์เฉพาะในแผง แทนที่จะต่อกราวด์แบบสายโซ่เดซี่ผ่านอุปกรณ์อื่นๆ ใช้สายเคเบิลมอเตอร์แบบมีชีลด์โดยที่ชีลด์เข้าปลายทั้งขั้วเอาต์พุตของไดรฟ์และกล่องขั้วต่อมอเตอร์โดยใช้เคเบิลแกลนด์ EMC 360 องศา ไม่ใช่ผมเปีย การยุติผมเปียจะลดประสิทธิภาพของการป้องกัน EMI ความถี่สูงลงอย่างมาก
ห้ามเดินสายมอเตอร์ขนานกับสายสัญญาณควบคุมหรือสายสื่อสารในถาดสายเคเบิลหรือท่อร้อยสายเดียวกัน สัญญาณรบกวนการสลับความถี่สูงบนสายเคเบิลมอเตอร์จะจับคู่กับการเดินสายสัญญาณระดับต่ำ และทำให้เกิดพฤติกรรมที่ไม่แน่นอนในเซ็นเซอร์, PLC และเครือข่ายการสื่อสาร รักษาระยะห่างทางกายภาพอย่างน้อย 200 มม. (8 นิ้ว) หรือเดินสายเคเบิลที่จุดตัด 90 องศา ซึ่งไม่สามารถแยกได้ สายไฟอินพุต สายมอเตอร์ และสายควบคุมควรอยู่ในท่อร้อยสายหรือถาดแยกจากกัน
เครื่องปฏิกรณ์สายอินพุต (หรือที่เรียกว่าโช้คสาย AC) ปกป้องไดรฟ์จากแรงดันไฟกระชากและภาวะชั่วคราวบนเครือข่ายจ่ายไฟ ขณะเดียวกันก็ลดการฉีดกระแสฮาร์มอนิกกลับเข้าไปในแหล่งจ่ายด้วย ขอแนะนำอย่างยิ่งเมื่อใดก็ตามที่หม้อแปลงจ่ายไฟมีค่าน้อยกว่า 10 เท่าของพิกัด kVA ของไดรฟ์ หรือเมื่อแหล่งจ่ายไฟทราบปัญหาคุณภาพไฟฟ้า แนะนำให้ใช้เครื่องปฏิกรณ์ dV/dt เอาท์พุตหรือตัวกรองคลื่นไซน์สำหรับสายเคเบิลมอเตอร์ที่มีความยาวมากกว่า 50 เมตร สำหรับมอเตอร์รุ่นเก่าหรือที่ไม่มีพิกัดอินเวอร์เตอร์ และสำหรับการใช้งานที่ฉนวนของมอเตอร์มีอายุการใช้งานยาวนานเป็นสิ่งสำคัญ
VFD สร้างความร้อน — โดยทั่วไป 2–3% ของพลังงานพิกัดเป็นการสูญเสียความร้อน — และต้องมีการไหลเวียนของอากาศที่เพียงพอเพื่อให้อยู่ภายในขีดจำกัดอุณหภูมิในการทำงาน ปฏิบัติตามข้อกำหนดระยะห่างขั้นต่ำของผู้ผลิตด้านบน ด้านล่าง และด้านข้างไดรฟ์ (โดยทั่วไปคือด้านบนและด้านล่าง 100 มม. และด้านข้าง 50 มม.) อย่าติดตั้งไดรฟ์ในกล่องปิดสนิทโดยไม่คำนวณภาระความร้อน และจัดให้มีการระบายอากาศแบบบังคับหรือตัวแลกเปลี่ยนความร้อน ไดรฟ์ที่ทำงานเป็นประจำใกล้ขีดจำกัดทางความร้อนจะมีอายุการใช้งานของตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า — และอายุการใช้งานโดยรวม — จะลดลงอย่างมาก
การประหยัดพลังงานที่สามารถทำได้ด้วยไดรฟ์ความถี่แปรผันแรงดันไฟฟ้าต่ำถือเป็นเหตุผลที่น่าสนใจที่สุดสำหรับการลงทุน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานปั๊มและพัดลมที่อยู่ภายใต้กฎหมายความสัมพันธ์ กฎทางกายภาพเหล่านี้ระบุว่าการไหลแปรผันเชิงเส้นตามความเร็ว ความดันแปรผันตามกำลังสองของความเร็ว และกำลังแปรผันตามกำลังสามของความเร็ว
| ความเร็วมอเตอร์ (% ของความเร็วเต็ม) | กระแสไหลออก (%) | การใช้พลังงาน (%) | ประหยัดพลังงานเทียบกับความเร็วเต็ม |
| 100% | 100% | 100% | 0% |
| 90% | 90% | 73% | 27% |
| 80% | 80% | 51% | 49% |
| 70% | 70% | 34% | 66% |
| 60% | 60% | 22% | 78% |
ในทางปฏิบัติ มอเตอร์ปั๊มขนาด 75 กิโลวัตต์ที่ทำงานที่ความเร็ว 80% แทนที่จะใช้ความเร็วเต็มที่จะกินไฟเพียงประมาณ 38 กิโลวัตต์ ซึ่งประหยัดพลังงานได้ 37 กิโลวัตต์ต่อชั่วโมง ในราคาไฟฟ้าที่ไม่แพง ระยะเวลาคืนทุนสำหรับการลงทุน VFD ในการใช้งานดังกล่าวมักจะไม่เกินสองปี และมักจะต่ำกว่าสิบสองเดือนในการใช้งานที่มอเตอร์ทำงานอย่างต่อเนื่องที่โหลดบางส่วน การผสมผสานของการประหยัดพลังงาน การสึกหรอทางกลที่ลดลง และอายุการใช้งานของมอเตอร์ที่ยาวนานขึ้น ทำให้ ROI case สำหรับ VFD แรงดันต่ำเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่แข็งแกร่งที่สุดที่มีอยู่ในปัจจุบัน
แม้แต่ไดรฟ์ AC แรงดันต่ำที่ได้รับการคัดเลือกอย่างดีและติดตั้งอย่างถูกต้องก็ยังอาจสะดุดข้อผิดพลาดในบางครั้ง การทำความเข้าใจรหัสความผิดปกติที่พบบ่อยที่สุดและสาเหตุของปัญหาจะช่วยเพิ่มความเร็วในการแก้ไขปัญหาและลดเวลาหยุดทำงานได้อย่างมาก VFD ที่ทันสมัยส่วนใหญ่จะบันทึกประวัติข้อผิดพลาดด้วยการประทับเวลา ซึ่งมีคุณค่าอย่างยิ่งในการระบุว่าข้อผิดพลาดเกิดขึ้นแบบสุ่มหรือเกิดขึ้นซ้ำอย่างเป็นระบบ
ไดรฟ์ความถี่แปรผันแรงดันต่ำสมัยใหม่ไม่ใช่อุปกรณ์แบบสแตนด์อโลนอีกต่อไป แต่เป็นส่วนประกอบที่เชื่อมต่อเครือข่ายในระบบอัตโนมัติและระบบการจัดการอาคารแบบครบวงจร ความสามารถในการสื่อสารของ VFD ส่งผลอย่างมากต่อวิธีการตรวจสอบ ควบคุม และรวมเข้ากับโครงสร้างพื้นฐานดิจิทัลที่กว้างขึ้น
โปรโตคอลฟิลด์บัสและเครือข่ายอุตสาหกรรมทั่วไปที่รองรับโดยแพลตฟอร์ม LV VFD ในปัจจุบัน ได้แก่:
เมื่อระบุ VFD แรงดันต่ำสำหรับแอปพลิเคชันบนเครือข่าย ให้ยืนยันว่าโปรโตคอลที่จำเป็นนั้นถูกสร้างขึ้นในไดรฟ์แบบเนทีฟหรือพร้อมใช้งานเป็นโมดูลการสื่อสารแบบปลั๊กอิน โปรโตคอลบางประเภทอาจไม่พร้อมใช้งานสำหรับไดรฟ์บางขนาดหรือประเภทเฟรม นี่เป็นรายละเอียดที่มักพลาดไปจนกว่าแผงจะถูกสร้างขึ้นแล้ว ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงทางวิศวกรรมในนาทีสุดท้ายซึ่งมีค่าใช้จ่ายสูง
ตลาดทั่วโลกสำหรับไดรฟ์ความถี่แปรผันแรงดันไฟฟ้าต่ำได้รับการพัฒนาอย่างดี พร้อมด้วยข้อเสนอที่แข็งแกร่งจากผู้เล่นที่มีชื่อเสียงและทางเลือกในการแข่งขันที่ใหม่กว่า แทนที่จะแนะนำแบรนด์ที่เฉพาะเจาะจง วิธีการที่เป็นประโยชน์มากกว่าคือการรู้ว่าอะไรคือสิ่งที่ทำให้ไดรฟ์ที่เชื่อถือได้และได้รับการสนับสนุนอย่างดีแตกต่างจากไดรฟ์ที่จะสร้างความปวดหัวในระยะยาว
ไดรฟ์ความถี่แปรผันแรงดันไฟฟ้าต่ำถือเป็นทรัพย์สินระยะยาว — ไดรฟ์คุณภาพส่วนใหญ่มีอายุการใช้งาน 10-20 ปีเมื่อมีการระบุและบำรุงรักษาอย่างถูกต้อง การประเมินต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของ ไม่ใช่แค่ราคาซื้อ จะนำไปสู่การตัดสินใจที่ดีขึ้นและเสียใจน้อยลงอย่างสม่ำเสมอ