ซัพพลายเออร์อุปกรณ์ป้อนกลับพลังงานของตัวแปลงความถี่ขอเตือนให้คุณทราบว่า ในการผลิตระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมสมัยใหม่ ขอบเขตการใช้งานของปั๊ม พัดลม และอุปกรณ์อื่นๆ กำลังขยายตัวมากขึ้นเรื่อยๆ การใช้พลังงานไฟฟ้า การสูญเสียพลังงานจากการควบคุมความเร็วของแผ่นกั้น วาล์ว และอุปกรณ์อื่นๆ รวมถึงค่าบำรุงรักษาและซ่อมแซมรายวัน คิดเป็นเกือบ 20% ของต้นทุนทั้งหมด ซึ่งถือเป็นค่าใช้จ่ายในการผลิตที่ค่อนข้างสูง ด้วยการพัฒนาเศรษฐกิจ การปฏิรูปที่เข้มข้นขึ้น และการแข่งขันในตลาดที่ทวีความรุนแรงขึ้น การอนุรักษ์พลังงานและการลดการใช้พลังงานจึงค่อยๆ กลายเป็นวิธีการสำคัญในการปรับปรุงคุณภาพผลิตภัณฑ์และลดต้นทุนการผลิต
1. ทฤษฎีพื้นฐานของเทคโนโลยีประหยัดพลังงานความถี่แปรผัน
หลักการพื้นฐานของเทคโนโลยีการแปลงความถี่คือการรักษาความถี่ของกระแสไฟฟ้าสลับที่ใช้ในอุปกรณ์ไฟฟ้าให้คงที่เป็นระยะเวลานาน การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการแปลงความถี่คือการทำให้ความถี่เป็นทรัพยากรที่สามารถปรับและใช้งานได้อย่างอิสระ ปัจจุบัน เทคโนโลยีความถี่แปรผันที่กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็วและก้าวหน้าที่สุดคือเทคโนโลยีการควบคุมความเร็วของความถี่แปรผัน
เทคโนโลยีการแปลงความถี่ประกอบด้วยเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลัง และเทคโนโลยีการส่งข้อมูลแบบคลิก เป็นเทคโนโลยีที่ครอบคลุมซึ่งรวมอุปกรณ์เครื่องกลและไฟฟ้ากำลังแรงและไฟฟ้าอ่อนเข้าด้วยกัน หมายถึงการแปลงสัญญาณความถี่ไฟฟ้าเป็นความถี่อื่นๆ ซึ่งส่วนใหญ่ทำได้ผ่านอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ จากนั้นกระแสสลับจะถูกแปลงเป็นกระแสตรง และอินเวอร์เตอร์จะควบคุมกระแสและแรงดันไฟฟ้า พร้อมกับควบคุมความเร็วของอุปกรณ์ไฟฟ้าเครื่องกลแบบไม่มีขั้นตอน สรุปได้ว่า เทคโนโลยีการแปลงความถี่คือการควบคุมความเร็วของมอเตอร์โดยการเปลี่ยนความถี่ของกระแส ซึ่งจะทำให้สามารถควบคุมอุปกรณ์มอเตอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นจากการเพิ่มขึ้นของความถี่และความเร็วของมอเตอร์ในแต่ละปี จุดเด่นของเทคโนโลยีการแปลงความถี่คือทำให้มอเตอร์ทำงานได้อย่างราบรื่น ควบคุมการเร่งความเร็วและลดความเร็วโดยอัตโนมัติ และลดการใช้พลังงาน พร้อมกับเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน
ในการใช้งานตัวแปลงความถี่ในชีวิตประจำวัน ส่วนใหญ่จะควบคุมแรงบิดโดยตรงและควบคุมเวกเตอร์ ในอนาคต ตัวแปลงความถี่จะพัฒนาเครือข่ายประสาทเทียมและวิธีการควบคุมการปรับค่าอัตโนมัติแบบฟัซซี นอกจากนี้ ตัวแปลงความถี่ยังพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ครอบคลุมการใช้งานมากขึ้น นอกจากฟังก์ชันควบคุมความเร็วพื้นฐานแล้ว ยังมีฟังก์ชันการสื่อสาร ฟังก์ชันตั้งโปรแกรม และฟังก์ชันระบุพารามิเตอร์ที่ตั้งค่าไว้ภายในอีกด้วย
2. หลักการประหยัดพลังงานของตัวแปลงความถี่
2.1 วิธีการประหยัดพลังงานด้วยความถี่แปรผัน
ตามหลักกลศาสตร์ของไหล กำลัง = ความดัน * อัตราการไหล อัตราการไหลและความเร็วเทียบกับกำลังหนึ่งเป็นสัดส่วนกัน ความดันเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความเร็ว และกำลังเป็นสัดส่วนกับกำลังสามของความเร็ว หากประสิทธิภาพของปั๊มน้ำคงที่ เมื่ออัตราการไหลลดลง ความเร็วจะลดลงตามสัดส่วน และกำลังส่งออกก็จะลดลงในความสัมพันธ์แบบกำลังสามเช่นกัน ดังนั้น ความเร็วของปั๊มน้ำจึงแปรผันตามการใช้พลังงานของมอเตอร์โดยประมาณ ตัวอย่างเช่น เมื่อมอเตอร์ปั๊มน้ำขนาด 55 กิโลวัตต์หมุนที่ความเร็ว 80% ของความเร็วเดิม การใช้พลังงานจะอยู่ที่ 28 กิโลวัตต์ต่อชั่วโมง โดยมีอัตราการประหยัดพลังงานอยู่ที่ 48% แต่หากปรับความเร็วเป็น 50% ของความเร็วเดิม การใช้พลังงานจะลดลงเหลือ 6 กิโลวัตต์ต่อชั่วโมง และอัตราการประหยัดพลังงานจะอยู่ที่ 87%
2.2 การนำค่าชดเชยกำลังไฟฟ้ามาใช้เพื่อการอนุรักษ์พลังงาน
กำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟไม่เพียงแต่ทำให้อุปกรณ์ร้อนขึ้นและเพิ่มการสึกหรอของสายไฟเท่านั้น แต่ที่สำคัญที่สุดคือ การลดลงของค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า (Power Factor) ส่งผลให้กำลังไฟฟ้าแอคทีฟของระบบไฟฟ้าลดลง ส่งผลให้มีการใช้พลังงานรีแอคทีฟจำนวนมากในสายส่งไฟฟ้า ส่งผลให้ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ลดลงและเกิดการสูญเสียพลังงานอย่างร้ายแรง หลังจากใช้อุปกรณ์ควบคุมความเร็วแบบปรับความถี่ การสูญเสียกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟจะลดลงอีกเนื่องจากตัวเก็บประจุกรองภายในตัวแปลงความถี่ ซึ่งจะช่วยเพิ่มกำลังไฟฟ้าแอคทีฟของระบบไฟฟ้า
2.3 การใช้วิธีการเริ่มต้นแบบนุ่มนวลเพื่อการอนุรักษ์พลังงาน
เนื่องจากมอเตอร์สตาร์ทผ่าน Y/D หรือการสตาร์ทโดยตรง กระแสสตาร์ทจึงสูงกว่ากระแสที่กำหนดถึงสี่ถึงเจ็ดเท่า ซึ่งอาจส่งผลกระทบร้ายแรงต่อระบบไฟฟ้าและอุปกรณ์ไฟฟ้าเครื่องกล ยิ่งไปกว่านั้น ระบบไฟฟ้าต้องใช้กำลังไฟฟ้าที่สูงมาก จึงสร้างกระแสไฟฟ้าค่อนข้างมากในระหว่างการสตาร์ท และทำให้วาล์วและแผ่นกั้นเสียหายอย่างรุนแรงเมื่อเกิดการสั่นสะเทือน ซึ่งส่งผลเสียอย่างมากต่ออายุการใช้งานของท่อและอุปกรณ์ต่างๆ การใช้ตัวแปลงความถี่ใช้ฟังก์ชันสตาร์ทแบบนุ่มนวลของตัวแปลงความถี่เพื่อสตาร์ทกระแสไฟฟ้าจากศูนย์ และค่าสูงสุดจะไม่เกินกระแสที่กำหนด ดังนั้น ผลกระทบต่อระบบไฟฟ้าและความต้องการกำลังไฟฟ้าจึงลดลงอย่างมาก และช่วยยืดอายุการใช้งานของวาล์วและอุปกรณ์ต่างๆ ออกไปอย่างมาก
3. ตัวอย่างการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีประหยัดพลังงานความถี่แปรผัน
เราใช้การติดตั้งตัวควบคุมความเร็วความถี่แปรผันบนปั๊มน้ำหมุนเวียนขนาด 160 กิโลวัตต์เป็นตัวอย่างในการปรับปรุงอุปกรณ์ประหยัดพลังงานความถี่แปรผัน เราได้ทดสอบการใช้ไฟฟ้าก่อนและหลังการปรับปรุงและได้ผลลัพธ์ที่น่าพอใจอย่างยิ่ง
3.1 โหมดควบคุมก่อนการแปลงความถี่
ในการทำงานของปั๊มน้ำหมุนเวียน เมื่ออัตราการไหลเปลี่ยนแปลงไปตามข้อกำหนดของกระบวนการ จำเป็นต้องปรับช่องเปิดของทางออกและทางเข้าของปั๊มเพื่อเปลี่ยนอัตราการไหลจริงของปั๊ม วิธีการปรับนี้เรียกว่าการปรับอัตราเร่ง ในตัวอย่างนี้ ช่องเปิดของทางออกและทางเข้าของวาล์วอยู่ที่ประมาณ 60% ซึ่งในมุมมองของการใช้พลังงาน ถือเป็นวิธีการปรับที่ไม่คุ้มค่าอย่างยิ่ง
3.2 โหมดควบคุมหลังการแปลงความถี่
ในการทำงานของปั๊มน้ำหมุนเวียน เมื่ออัตราการไหลเปลี่ยนแปลงไปตามข้อกำหนดของกระบวนการ วาล์วทั้งทางเข้าและทางออกจะเปิดอย่างเต็มที่ การปรับความเร็วมอเตอร์จะช่วยให้สามารถหาจุดทำงานใหม่ที่เหมาะสมเพื่อให้ได้อัตราการไหลที่เหมาะสม สามารถควบคุมการทำงานทั้งแบบแมนนวลและอัตโนมัติได้ตามสถานการณ์จริงและความต้องการ ณ สถานที่ปฏิบัติงาน ในตัวอย่างนี้ เนื่องจากไม่จำเป็นต้องปรับอัตราการไหลบ่อยครั้ง ความถี่การทำงานจริงของมอเตอร์จึงถูกกำหนดเป็น 40 เฮิรตซ์ตามสถานการณ์จริงและความต้องการ ณ สถานที่ปฏิบัติงาน การควบคุมด้วยมือจึงถูกนำมาใช้เพื่อประหยัดพลังงานเป็นหลัก
4. การเปลี่ยนแปลงการทำงานหลังจากใช้ระบบควบคุมความเร็วความถี่แปรผัน
สตาร์ทแบบนุ่มนวลได้อย่างสมบูรณ์ เมื่อมอเตอร์เริ่มทำงาน ความเร็วของโรเตอร์จะค่อยๆ เพิ่มขึ้นตามความถี่ของแหล่งจ่ายไฟเข้า ส่งผลให้ความเร็วเพิ่มขึ้นอย่างราบรื่น เวลาเริ่มต้นของระบบทั้งหมดถูกตั้งไว้ที่ประมาณ 20 วินาที ซึ่งจะไม่ส่งผลกระทบต่อระบบ และราบรื่นกว่าวิธีการเริ่มต้นแบบเดิม
กระแสไฟฟ้าที่ใช้ในโครงข่ายไฟฟ้าก็ลดลงอย่างมาก ทำให้การใช้อุปกรณ์ไฟฟ้ามีความปลอดภัยมากขึ้น ขณะเดียวกัน เมื่อความถี่ลดลง ความเร็วของมอเตอร์ก็ลดลงเช่นกัน ช่วยลดการสึกหรอทางกล และลดโอกาสการเสียหายและค่าบำรุงรักษาลงอย่างมาก หม้อแปลงไฟฟ้าที่จ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับปั๊มน้ำช่วยประหยัดกำลังการผลิตไฟฟ้าได้เกือบหมด เพียงแค่ลดภาระการทำงานลง ก็สามารถประหยัดกำลังการผลิตได้ประมาณ 50 กิโลวัตต์ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้งานของอุปกรณ์ ค่าตัวประกอบกำลังของมอเตอร์ก็ได้รับการปรับปรุงตามไปด้วย ทำให้การทำงานของมอเตอร์ประหยัดยิ่งขึ้น
การใช้เทคโนโลยีการแปลงความถี่ช่วยปรับปรุงคุณภาพผลิตภัณฑ์ ลดการใช้พลังงาน ประหยัดพลังงาน และเพิ่มประโยชน์ทางเศรษฐกิจให้กับองค์กร การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีควบคุมความเร็วการแปลงความถี่จำเป็นต้องปรับเปลี่ยนอุปกรณ์เหล่านี้เพื่อให้เกิดการประหยัดพลังงาน