ผู้จำหน่ายชุดป้อนกลับพลังงานสำหรับเครื่องแปลงความถี่ขอเตือนให้คุณทราบว่า จากการดำเนินนโยบายและการส่งเสริมเทคโนโลยีการแปลงความถี่อย่างแข็งขัน ประกอบกับการส่งเสริมผู้ค้าเครื่องแปลงความถี่อย่างแข็งขัน ทำให้ผู้ประกอบการอุตสาหกรรมบางแห่งเชื่อมโยงการใช้เครื่องแปลงความถี่เข้ากับการประหยัดพลังงานและไฟฟ้าโดยไม่รู้ตัว อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ เนื่องจากสถานการณ์ที่แตกต่างกัน ผู้ประกอบการจำนวนมากเริ่มตระหนักได้ว่าการติดตั้งเครื่องแปลงความถี่ไม่สามารถประหยัดพลังงานและไฟฟ้าได้ในทุกพื้นที่ แล้วอะไรคือสาเหตุของสถานการณ์เช่นนี้ และผู้คนมีความเข้าใจผิดเกี่ยวกับเครื่องแปลงความถี่อย่างไรบ้าง
ความเข้าใจผิดที่ 1: การใช้เครื่องแปลงความถี่สามารถประหยัดไฟฟ้าได้
วรรณกรรมบางฉบับอ้างว่าตัวแปลงความถี่เป็นผลิตภัณฑ์ควบคุมการประหยัดพลังงาน ทำให้เข้าใจผิดว่าการใช้ตัวแปลงความถี่สามารถประหยัดไฟฟ้าได้
อันที่จริง เหตุผลที่ตัวแปลงความถี่สามารถประหยัดไฟฟ้าได้ก็เพราะสามารถควบคุมความเร็วของมอเตอร์ไฟฟ้าได้ หากตัวแปลงความถี่เป็นผลิตภัณฑ์ควบคุมที่ประหยัดพลังงาน อุปกรณ์ควบคุมความเร็วทั้งหมดก็ถือเป็นผลิตภัณฑ์ควบคุมที่ประหยัดพลังงานได้เช่นกัน ตัวแปลงความถี่มีประสิทธิภาพและค่าตัวประกอบกำลังสูงกว่าอุปกรณ์ควบคุมความเร็วอื่นๆ เพียงเล็กน้อย
ตัวแปลงความถี่สามารถประหยัดพลังงานได้หรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับคุณสมบัติการควบคุมความเร็วของโหลด สำหรับโหลดอย่างเช่นพัดลมแบบแรงเหวี่ยงและปั๊มแบบแรงเหวี่ยง แรงบิดจะแปรผันตามกำลังสองของความเร็ว และกำลังไฟฟ้าจะแปรผันตามกำลังสามของความเร็ว ตราบใดที่ยังคงใช้การควบคุมการไหลของวาล์วเดิมและไม่ได้ทำงานที่โหลดเต็มที่ การเปลี่ยนมาใช้การควบคุมความเร็วจะช่วยประหยัดพลังงานได้ เมื่อความเร็วลดลงเหลือ 80% ของความเร็วเดิม กำลังไฟฟ้าจะเหลือเพียง 51.2% ของความเร็วเดิม จะเห็นได้ว่าการใช้ตัวแปลงความถี่ในโหลดดังกล่าวมีผลในการประหยัดพลังงานอย่างมีนัยสำคัญ สำหรับโหลดอย่างเช่นพัดลมแบบรูทส์ แรงบิดจะไม่ขึ้นอยู่กับความเร็ว กล่าวคือ โหลดแรงบิดคงที่ หากเปลี่ยนวิธีการเดิมที่ใช้วาล์วระบายอากาศเพื่อระบายปริมาณลมส่วนเกินเพื่อปรับปริมาณลมเป็นการควบคุมความเร็ว ก็สามารถประหยัดพลังงานได้เช่นกัน เมื่อความเร็วลดลงเหลือ 80% ของความเร็วเดิม กำลังไฟฟ้าจะถึง 80% ของความเร็วเดิม ผลการประหยัดพลังงานนั้นน้อยกว่าการใช้งานในพัดลมแบบแรงเหวี่ยงและปั๊มแบบแรงเหวี่ยงมาก สำหรับภาระพลังงานคงที่ กำลังไฟฟ้าจะไม่ขึ้นอยู่กับความเร็ว ภาระพลังงานคงที่ในโรงงานปูนซีเมนต์ เช่น เครื่องชั่งสายพานผสม จะทำให้ความเร็วของสายพานช้าลงเมื่อชั้นวัสดุหนาภายใต้สภาวะการไหลบางๆ เมื่อชั้นวัสดุบาง ความเร็วของสายพานจะเพิ่มขึ้น การใช้ตัวแปลงความถี่ในภาระดังกล่าวไม่สามารถประหยัดไฟฟ้าได้
เมื่อเปรียบเทียบกับระบบควบคุมความเร็วแบบ DC มอเตอร์ DC มีประสิทธิภาพและค่าตัวประกอบกำลังสูงกว่ามอเตอร์ AC ประสิทธิภาพของตัวควบคุมความเร็วแบบ DC ดิจิทัลเทียบได้กับตัวแปลงความถี่ และสูงกว่าตัวแปลงความถี่เล็กน้อย ดังนั้น การอ้างว่าการใช้มอเตอร์อะซิงโครนัส AC และตัวแปลงความถี่ช่วยประหยัดพลังงานไฟฟ้าได้มากกว่าการใช้มอเตอร์ DC และตัวควบคุม DC ทั้งในเชิงทฤษฎีและเชิงปฏิบัติจึงไม่ถูกต้อง
ความเข้าใจผิดที่ 2: การเลือกความจุของตัวแปลงความถี่ขึ้นอยู่กับกำลังไฟฟ้าที่กำหนดของมอเตอร์
เมื่อเปรียบเทียบกับมอเตอร์ไฟฟ้า ตัวแปลงความถี่มีราคาแพงกว่า ดังนั้นการลดความจุของตัวแปลงความถี่ให้เหมาะสมจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยยังคงให้การทำงานที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้
กำลังของตัวแปลงความถี่หมายถึงกำลังของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับแบบอะซิงโครนัส 4 ขั้วที่เหมาะสม
เนื่องจากมอเตอร์ที่มีกำลังไฟฟ้าเท่ากันมีจำนวนขั้วที่แตกต่างกัน กระแสไฟฟ้าที่กำหนดของมอเตอร์จึงแตกต่างกัน เมื่อจำนวนขั้วในมอเตอร์เพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้าที่กำหนดของมอเตอร์ก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย การเลือกกำลังไฟฟ้าของตัวแปลงความถี่ไม่สามารถพิจารณาจากกำลังไฟฟ้าที่กำหนดของมอเตอร์ได้ ในขณะเดียวกัน สำหรับโครงการปรับปรุงที่ไม่ได้ใช้ตัวแปลงความถี่ในตอนแรก การเลือกกำลังไฟฟ้าของตัวแปลงความถี่ก็ไม่สามารถพิจารณาจากกระแสไฟฟ้าที่กำหนดของมอเตอร์ได้ เนื่องจากการเลือกกำลังไฟฟ้าของมอเตอร์ไฟฟ้าควรพิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น โหลด ค่าสัมประสิทธิ์ส่วนเกิน และข้อมูลจำเพาะของมอเตอร์ บ่อยครั้งที่กำลังไฟฟ้าส่วนเกินมีมาก และมอเตอร์อุตสาหกรรมทำงานที่ 50% ถึง 60% ของโหลดที่กำหนด หากเลือกกำลังไฟฟ้าของตัวแปลงความถี่โดยพิจารณาจากกระแสไฟฟ้าที่กำหนดของมอเตอร์ จะมีส่วนต่างเหลือมากเกินไป ส่งผลให้เกิดการสูญเสียทางเศรษฐกิจ และความน่าเชื่อถือก็จะไม่เพิ่มขึ้น
สำหรับมอเตอร์แบบกรงกระรอก การเลือกความจุของตัวแปลงความถี่ควรยึดตามหลักการที่ว่ากระแสไฟฟ้าที่กำหนดของตัวแปลงความถี่ต้องมากกว่าหรือเท่ากับ 1.1 เท่าของกระแสไฟฟ้าทำงานปกติสูงสุดของมอเตอร์ ซึ่งจะช่วยประหยัดต้นทุนได้สูงสุด สำหรับสภาวะต่างๆ เช่น การสตาร์ทโหลดหนัก สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง มอเตอร์แบบพันรอบ มอเตอร์แบบซิงโครนัส ฯลฯ ควรเพิ่มความจุของตัวแปลงความถี่ให้เหมาะสม
สำหรับการออกแบบที่ใช้ตัวแปลงความถี่ตั้งแต่เริ่มต้น การเลือกความจุของตัวแปลงความถี่โดยพิจารณาจากกระแสไฟฟ้าที่กำหนดของมอเตอร์เป็นเรื่องที่เข้าใจได้ เนื่องจากความจุของตัวแปลงความถี่ไม่สามารถเลือกได้ตามสภาพการใช้งานจริงในขณะนั้น แน่นอนว่าเพื่อลดการลงทุน ในบางกรณี ความจุของตัวแปลงความถี่อาจไม่แน่นอนในตอนแรก และหลังจากใช้งานอุปกรณ์ไประยะหนึ่งแล้ว ก็สามารถเลือกความจุโดยพิจารณาจากกระแสไฟฟ้าจริงได้
ในระบบบดรองของโรงโม่ปูนซีเมนต์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.4 ม. x 13 ม. ในบริษัทปูนซีเมนต์แห่งหนึ่งในมองโกเลียใน มีเครื่องคัดแยกผงประสิทธิภาพสูง N-1500 O-Sepa ที่ผลิตในประเทศหนึ่งเครื่อง ติดตั้งมอเตอร์ไฟฟ้ารุ่น Y2-315M-4 ที่มีกำลัง 132 กิโลวัตต์ อย่างไรก็ตาม เลือกใช้เครื่องแปลงความถี่ FRN160-P9S-4E ซึ่งเหมาะสำหรับมอเตอร์ 4 ขั้วที่มีกำลัง 160 กิโลวัตต์ หลังจากใช้งานแล้ว ความถี่การทำงานสูงสุดคือ 48 เฮิรตซ์ และกระแสไฟฟ้าเพียง 180 แอมแปร์ ซึ่งน้อยกว่า 70% ของกระแสไฟฟ้าที่กำหนดของมอเตอร์ ตัวมอเตอร์เองมีกำลังเกินพิกัดค่อนข้างมาก และคุณสมบัติของเครื่องแปลงความถี่ก็สูงกว่ามอเตอร์ขับเคลื่อนหนึ่งระดับ ซึ่งทำให้เกิดการสูญเสียที่ไม่จำเป็นและไม่ได้เพิ่มความน่าเชื่อถือแต่อย่างใด
ระบบป้อนของเครื่องบดหินปูนหมายเลข 3 ที่โรงงานปูนซีเมนต์ Anhui Chaohu ใช้เครื่องป้อนแผ่นขนาด 1500 × 12000 และมอเตอร์ขับเคลื่อนใช้มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ Y225M-4 ที่มีกำลังไฟฟ้า 45 กิโลวัตต์และกระแสไฟฟ้า 84.6 แอมป์ ก่อนการแปลงความถี่เพื่อควบคุมความเร็ว พบว่าเมื่อเครื่องป้อนแผ่นขับเคลื่อนมอเตอร์ตามปกติ กระแสไฟฟ้าสามเฟสเฉลี่ยจะอยู่ที่ 30 แอมป์ ซึ่งคิดเป็น 35.5% ของกระแสไฟฟ้าที่กำหนดของมอเตอร์ เพื่อประหยัดการลงทุน จึงเลือกใช้เครื่องแปลงความถี่ ACS601-0060-3 ซึ่งมีกระแสเอาต์พุตที่กำหนด 76 แอมป์ และเหมาะสำหรับมอเตอร์ 4 ขั้วที่มีกำลังไฟฟ้า 37 กิโลวัตต์ ซึ่งให้ประสิทธิภาพที่ดี
สองตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นว่าสำหรับโครงการปรับปรุงใหม่ที่ไม่ได้ใช้ตัวแปลงความถี่ในตอนแรก การเลือกความจุของตัวแปลงความถี่ตามเงื่อนไขการทำงานจริงสามารถลดการลงทุนได้อย่างมาก
ความเข้าใจผิดที่ 3: การใช้พลังงานภาพในการคำนวณการชดเชยพลังงานปฏิกิริยาและผลประโยชน์ในการประหยัดพลังงาน
จงคำนวณผลการประหยัดพลังงานของการชดเชยกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟโดยใช้กำลังไฟฟ้าปรากฏ เมื่อพัดลมทำงานที่โหลดเต็มที่ที่ความถี่กำลังไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าของมอเตอร์จะอยู่ที่ 289A เมื่อใช้การควบคุมความเร็วรอบความถี่แปรผัน ค่าตัวประกอบกำลังที่โหลดเต็มที่ที่ 50Hz จะอยู่ที่ประมาณ 0.99 และกระแสไฟฟ้าจะอยู่ที่ 257A เนื่องจากตัวเก็บประจุกรองภายในของตัวแปลงความถี่ช่วยปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า การคำนวณการประหยัดพลังงานมีดังนี้: Δ S = UI = × 380 × (289-257) = 21kVA
จึงเชื่อว่าผลการประหยัดพลังงานจะอยู่ที่ราวๆ 11% ของความจุเครื่องจักรเดี่ยว
การวิเคราะห์จริง: S แทนกำลังไฟฟ้าปรากฏ ซึ่งเป็นผลคูณของแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า เมื่อแรงดันไฟฟ้าเท่ากัน เปอร์เซ็นต์ของการประหยัดพลังงานปรากฏและเปอร์เซ็นต์ของการประหยัดพลังงานกระแสจะเท่ากัน ในวงจรที่มีรีแอคแตนซ์ กำลังไฟฟ้าปรากฏสะท้อนเฉพาะกำลังการผลิตไฟฟ้าสูงสุดที่ระบบจ่ายไฟฟ้าอนุญาตเท่านั้น และไม่สามารถสะท้อนกำลังไฟฟ้าจริงที่มอเตอร์ใช้ กำลังไฟฟ้าจริงที่มอเตอร์ไฟฟ้าใช้สามารถแสดงเป็นกำลังไฟฟ้าจริงได้เท่านั้น ในตัวอย่างนี้ แม้ว่าจะใช้กระแสไฟฟ้าจริงในการคำนวณ แต่กำลังไฟฟ้าปรากฏจะถูกคำนวณแทนกำลังไฟฟ้าจริง เรารู้ว่าการใช้พลังงานจริงของมอเตอร์ไฟฟ้าถูกกำหนดโดยพัดลมและโหลดของมอเตอร์ การเพิ่มขึ้นของตัวประกอบกำลังไฟฟ้าไม่ได้เปลี่ยนแปลงโหลดของพัดลม หรือเพิ่มประสิทธิภาพของพัดลม การใช้พลังงานจริงของพัดลมไม่ได้ลดลง หลังจากตัวประกอบกำลังไฟฟ้าเพิ่มขึ้น สถานะการทำงานของมอเตอร์จะไม่เปลี่ยนแปลง กระแสสเตเตอร์ของมอเตอร์จะไม่ลดลง และกำลังไฟฟ้าจริงและกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟที่มอเตอร์ใช้ก็ไม่เปลี่ยนแปลง สาเหตุของค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นคือตัวเก็บประจุกรองภายในของตัวแปลงความถี่สร้างกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ ซึ่งจ่ายให้กับมอเตอร์เพื่อใช้งาน เมื่อค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าเพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้าเข้าจริงของตัวแปลงความถี่จะลดลง ส่งผลให้การสูญเสียพลังงานระหว่างสายส่งไฟฟ้าและตัวแปลงความถี่ลดลง รวมถึงการสูญเสียพลังงานทองแดงของหม้อแปลงไฟฟ้า ในขณะเดียวกัน เมื่อกระแสโหลดลดลง อุปกรณ์จ่ายไฟฟ้า เช่น หม้อแปลงไฟฟ้า สวิตช์ คอนแทคเตอร์ และสายไฟที่จ่ายไฟฟ้าให้กับตัวแปลงความถี่สามารถรับภาระได้มากขึ้น อย่างไรก็ตาม หากไม่พิจารณาถึงการประหยัดจากการสูญเสียพลังงานในสายส่งไฟฟ้าและการสูญเสียพลังงานทองแดงของหม้อแปลงไฟฟ้าดังตัวอย่างนี้ แต่พิจารณาถึงการสูญเสียพลังงานของตัวแปลงความถี่ เมื่อตัวแปลงความถี่ทำงานที่โหลดเต็มที่ 50 เฮิรตซ์ ไม่เพียงแต่จะไม่ประหยัดพลังงาน แต่ยังสิ้นเปลืองพลังงานไฟฟ้าอีกด้วย ดังนั้น การใช้กำลังไฟฟ้าปรากฏเพื่อคำนวณผลการประหยัดพลังงานจึงไม่ถูกต้อง
มอเตอร์ขับเคลื่อนพัดลมแบบแรงเหวี่ยงของโรงงานปูนซีเมนต์แห่งหนึ่งคือรุ่น Y280S-4 ซึ่งมีกำลังไฟฟ้า 75 กิโลวัตต์ แรงดันไฟฟ้า 380 โวลต์ และกระแสไฟฟ้า 140 แอมแปร์ ก่อนการแปลงความถี่เป็นการควบคุมความเร็ว วาล์วเปิดเต็มที่ จากการทดสอบพบว่ากระแสมอเตอร์อยู่ที่ 70 แอมแปร์ โดยมีโหลดเพียง 50% ค่าตัวประกอบกำลัง 0.49 กำลังไฟฟ้าจริง 22.6 กิโลวัตต์ และกำลังไฟฟ้าปรากฏ 46.07 กิโลโวลต์แอมแปร์ หลังจากปรับความเร็วรอบด้วยความถี่แปรผันแล้ว เมื่อวาล์วเปิดเต็มที่และความเร็วรอบทำงาน กระแสไฟฟ้าเฉลี่ยของระบบไฟฟ้าสามเฟสอยู่ที่ 37 แอมแปร์ ดังนั้นจึงถือว่าการประหยัดพลังงาน (70-37) ÷ 70 × 100% = 44.28% การคำนวณนี้อาจดูสมเหตุสมผล แต่โดยพื้นฐานแล้ว การคำนวณนี้ยังคงคำนวณผลการประหยัดพลังงานโดยพิจารณาจากกำลังไฟฟ้าปรากฏ หลังจากการทดสอบเพิ่มเติม โรงงานพบว่าค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าอยู่ที่ 0.94 กำลังไฟฟ้าจริงอยู่ที่ 22.9 กิโลวัตต์ และกำลังไฟฟ้าปรากฏอยู่ที่ 24.4 กิโลโวลต์แอมแปร์ จะเห็นได้ว่าการเพิ่มกำลังไฟฟ้าจริงไม่เพียงแต่ไม่ช่วยประหยัดไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังสิ้นเปลืองไฟฟ้าอีกด้วย สาเหตุของการเพิ่มขึ้นของกำลังไฟฟ้าจริงคือการสูญเสียพลังงานของตัวแปลงความถี่ โดยไม่ได้คำนึงถึงการสูญเสียพลังงานในสายส่งและการสูญเสียพลังงานของหม้อแปลงทองแดง สาเหตุของข้อผิดพลาดนี้อยู่ที่การไม่พิจารณาผลกระทบของการเพิ่มตัวประกอบกำลังไฟฟ้าต่อการลดลงของกระแสไฟฟ้า และค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าเริ่มต้นยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ส่งผลให้ประสิทธิภาพการประหยัดพลังงานของตัวแปลงความถี่สูงเกินจริง ดังนั้น เมื่อคำนวณผลการประหยัดพลังงาน จึงจำเป็นต้องใช้กำลังไฟฟ้าจริงแทนกำลังไฟฟ้าปรากฏ
ความเข้าใจผิดที่ 4: ไม่สามารถติดตั้งคอนแทคเตอร์ที่ด้านเอาต์พุตของตัวแปลงความถี่ได้
คู่มือผู้ใช้ตัวแปลงความถี่เกือบทั้งหมดระบุว่าไม่สามารถติดตั้งคอนแทคเตอร์ที่ด้านเอาต์พุตของตัวแปลงความถี่ได้ ดังที่ระบุไว้ในคู่มือของตัวแปลงความถี่ Yaskawa ในประเทศญี่ปุ่นว่า "ห้ามเชื่อมต่อสวิตช์แม่เหล็กไฟฟ้าหรือคอนแทคเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้าในวงจรเอาต์พุต"
ข้อบังคับของผู้ผลิตคือการป้องกันคอนแทคเตอร์ไม่ให้ทำงานในขณะที่ตัวแปลงความถี่มีเอาต์พุต เมื่อตัวแปลงความถี่เชื่อมต่อกับโหลดระหว่างการทำงาน วงจรป้องกันกระแสเกินจะทำงานเนื่องจากกระแสไฟฟ้ารั่ว ดังนั้น ตราบใดที่มีการติดตั้งอินเตอร์ล็อกควบคุมที่จำเป็นระหว่างเอาต์พุตของตัวแปลงความถี่และการทำงานของคอนแทคเตอร์ เพื่อให้แน่ใจว่าคอนแทคเตอร์จะทำงานได้เฉพาะเมื่อตัวแปลงความถี่ไม่มีเอาต์พุต ก็สามารถติดตั้งคอนแทคเตอร์ที่ด้านเอาต์พุตของตัวแปลงความถี่ได้ วิธีนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในกรณีที่มีตัวแปลงความถี่เพียงตัวเดียวและมอเตอร์สองตัว (มอเตอร์หนึ่งตัวทำงานและมอเตอร์สำรองอีกหนึ่งตัว) เมื่อมอเตอร์ทำงานผิดปกติ ตัวแปลงความถี่สามารถสลับไปยังมอเตอร์สำรองได้อย่างง่ายดาย และหลังจากหน่วงเวลา ตัวแปลงความถี่ก็สามารถสั่งให้มอเตอร์สำรองทำงานโดยอัตโนมัติ นอกจากนี้ ยังสามารถสำรองไฟฟ้าร่วมกันระหว่างมอเตอร์ไฟฟ้าสองตัวได้อย่างง่ายดายอีกด้วย
ความเข้าใจผิดที่ 5: การใช้ตัวแปลงความถี่ในพัดลมแบบแรงเหวี่ยงสามารถทดแทนประตูควบคุมของพัดลมได้อย่างสมบูรณ์
การใช้ตัวแปลงความถี่เพื่อควบคุมความเร็วของพัดลมแบบแรงเหวี่ยงเพื่อควบคุมปริมาณลมนั้นมีประสิทธิภาพในการประหยัดพลังงานอย่างมากเมื่อเทียบกับการควบคุมปริมาณลมผ่านวาล์วควบคุม อย่างไรก็ตาม ในบางกรณี ตัวแปลงความถี่ไม่สามารถแทนที่วาล์วของพัดลมได้ทั้งหมด จึงควรให้ความสำคัญเป็นพิเศษในการออกแบบ เพื่ออธิบายปัญหานี้ เราจะเริ่มต้นด้วยหลักการประหยัดพลังงาน ปริมาณลมของพัดลมแบบแรงเหวี่ยงแปรผันตามกำลังของความเร็วในการหมุน แรงดันลมแปรผันตามกำลังสองของความเร็วในการหมุน และกำลังของเพลาแปรผันตามกำลังสามของความเร็วในการหมุน
ลักษณะปริมาณลมแรงดันลม (HQ) ของพัดลมที่ความเร็วคงที่ เส้นโค้ง (2) แสดงถึงลักษณะความต้านทานลมของเครือข่ายท่อ (วาล์วเปิดเต็มที่) เมื่อพัดลมทำงานที่จุด A ปริมาณลมที่ส่งออกจะเป็น Q1 ในขณะนี้ กำลังของเพลา N1 จะแปรผันตามพื้นที่ผลิตภัณฑ์ของ Q1 และ H1 (AH1OQ1) เมื่อปริมาณลมลดลงจาก Q1 เป็น Q2 หากใช้วิธีปรับวาล์ว ลักษณะความต้านทานของเครือข่ายท่อจะเปลี่ยนเป็นเส้นโค้ง (3) ระบบจะทำงานจากจุดทำงานเดิม A ไปยังจุดทำงานใหม่ B และแรงดันลมจะเพิ่มขึ้นแทน กำลังของเพลา N2 จะแปรผันตามพื้นที่ (BH2OQ2) และ N1 ไม่แตกต่างจาก N2 มากนัก หากใช้วิธีควบคุมความเร็ว ความเร็วพัดลมจะลดลงจาก n1 เป็น n2 และลักษณะปริมาณลมแรงดันลม (HQ) จะแสดงในเส้นโค้ง (4) ภายใต้ปริมาณอากาศ Q2 เดียวกัน แรงดันลม H3 จะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ และพลังงาน N3 (เทียบเท่ากับพื้นที่ CH3OQ2) จะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งบ่งชี้ถึงผลการประหยัดพลังงานที่สำคัญ
จากการวิเคราะห์ข้างต้น จะเห็นได้ว่าการปรับวาล์วเพื่อควบคุมปริมาณลม เมื่อปริมาณลมลดลง แรงดันลมจะเพิ่มขึ้น และการใช้ตัวแปลงความถี่เพื่อควบคุมปริมาณลม เมื่อปริมาณลมลดลง แรงดันลมจะลดลงอย่างมาก หากแรงดันลมลดลงมากเกินไป อาจไม่เป็นไปตามข้อกำหนดของกระบวนการ หากจุดทำงานอยู่ภายในพื้นที่ที่ล้อมรอบด้วยเส้นโค้ง (1) เส้นโค้ง (2) และแกน H การพึ่งพาตัวแปลงความถี่เพียงอย่างเดียวในการควบคุมความเร็วจะไม่เป็นไปตามข้อกำหนดของกระบวนการ จำเป็นต้องใช้ร่วมกับการควบคุมวาล์วเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของกระบวนการ ตัวแปลงความถี่ที่โรงงานแห่งหนึ่งนำมาใช้กับพัดลมแบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางนั้นประสบปัญหาอย่างมากเนื่องจากการออกแบบวาล์วที่ไม่เหมาะสม และการพึ่งพาการควบคุมความเร็วของตัวแปลงความถี่เพียงอย่างเดียวเพื่อเปลี่ยนจุดทำงานของพัดลม อาจเป็นเพราะความเร็วสูงเกินไปหรือปริมาณลมมากเกินไป หากลดความเร็ว แรงดันลมจะไม่สามารถตอบสนองความต้องการของกระบวนการได้ และไม่สามารถเป่าลมเข้าไปได้ ดังนั้น เมื่อใช้ตัวแปลงความถี่เพื่อควบคุมความเร็วและประหยัดพลังงานในพัดลมแบบแรงเหวี่ยง จำเป็นต้องพิจารณาทั้งปริมาณลมและตัวบ่งชี้แรงดันลม มิฉะนั้นจะส่งผลเสียตามมา
ความเข้าใจผิดที่ 6: มอเตอร์ทั่วไปสามารถทำงานได้ที่ความเร็วลดลงโดยใช้ตัวแปลงความถี่ที่ต่ำกว่าความเร็วส่งกำลังที่กำหนดเท่านั้น
ทฤษฎีคลาสสิกระบุว่าขีดจำกัดความถี่สูงสุดของมอเตอร์อเนกประสงค์อยู่ที่ 55 เฮิรตซ์ เนื่องจากเมื่อจำเป็นต้องปรับความเร็วมอเตอร์ให้สูงกว่าความเร็วที่กำหนด ความถี่สเตเตอร์จะเพิ่มขึ้นสูงกว่าความถี่ที่กำหนด (50 เฮิรตซ์) ณ จุดนี้ หากยังคงใช้หลักการแรงบิดคงที่ในการควบคุม แรงดันไฟฟ้าสเตเตอร์จะเพิ่มขึ้นเกินแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด ดังนั้น เมื่อช่วงความเร็วสูงกว่าความเร็วที่กำหนด แรงดันไฟฟ้าสเตเตอร์จะต้องคงที่ที่แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด ณ จุดนี้ เมื่อความเร็ว/ความถี่เพิ่มขึ้น ฟลักซ์แม่เหล็กจะลดลง ดังนั้นแรงบิดที่กระแสสเตเตอร์เดียวกันจะลดลง คุณสมบัติทางกลจะอ่อนลง และความสามารถในการรับน้ำหนักเกินของมอเตอร์จะลดลงอย่างมาก
จากนี้จะเห็นได้ว่าขีดจำกัดบนของความถี่ของมอเตอร์สากลคือ 55Hz ซึ่งเป็นข้อกำหนดเบื้องต้น:
1. แรงดันไฟฟ้าของสเตเตอร์ไม่สามารถเกินแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดได้
2. มอเตอร์ทำงานตามกำลังไฟฟ้าที่กำหนด
3. โหลดแรงบิดคงที่
ในสถานการณ์ดังกล่าวข้างต้น ทฤษฎีและการทดลองได้พิสูจน์แล้วว่า หากความถี่เกิน 55Hz แรงบิดของมอเตอร์จะลดลง คุณสมบัติทางกลจะอ่อนลง ความสามารถในการรับน้ำหนักเกินจะลดลง การใช้เหล็กจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และความร้อนจะรุนแรง
โดยทั่วไปแล้ว สภาวะการทำงานจริงของมอเตอร์ไฟฟ้าบ่งชี้ว่ามอเตอร์อเนกประสงค์สามารถเร่งความเร็วผ่านตัวแปลงความถี่ได้ สามารถเพิ่มความเร็วความถี่แปรผันได้หรือไม่? สามารถเพิ่มได้เท่าใด? ปัจจัยหลักที่กำหนดคือภาระที่มอเตอร์ไฟฟ้าลากไป ประการแรก จำเป็นต้องกำหนดอัตราภาระ ประการที่สอง จำเป็นต้องเข้าใจลักษณะของภาระและคำนวณโดยพิจารณาจากสถานการณ์เฉพาะของภาระนั้นๆ การวิเคราะห์โดยสังเขปมีดังนี้:
1. ในความเป็นจริง สำหรับมอเตอร์อเนกประสงค์ 380V เมื่อแรงดันไฟฟ้าสเตเตอร์เกิน 10% ของแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด สามารถทำงานได้เป็นเวลานานโดยไม่ส่งผลกระทบต่อฉนวนและอายุการใช้งานของมอเตอร์ แรงดันไฟฟ้าสเตเตอร์เพิ่มขึ้น แรงบิดเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ กระแสสเตเตอร์ลดลง และอุณหภูมิขดลวดลดลง
2. อัตราโหลดของมอเตอร์ไฟฟ้าโดยทั่วไปอยู่ที่ 50% ถึง 60%
โดยทั่วไปมอเตอร์อุตสาหกรรมจะทำงานที่ 50% ถึง 60% ของกำลังไฟฟ้าที่กำหนด เมื่อคำนวณแล้ว เมื่อกำลังไฟฟ้าออกของมอเตอร์เท่ากับ 70% ของกำลังไฟฟ้าที่กำหนด และแรงดันไฟฟ้าของสเตเตอร์เพิ่มขึ้น 7% กระแสสเตเตอร์จะลดลง 26.4% ณ เวลานี้ แม้จะควบคุมแรงบิดอย่างต่อเนื่องและใช้ตัวแปลงความถี่เพื่อเพิ่มความเร็วมอเตอร์ขึ้น 20% กระแสสเตเตอร์ไม่เพียงแต่จะไม่เพิ่มขึ้น แต่ยังลดลงด้วย แม้ว่าการใช้เหล็กของมอเตอร์จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วหลังจากเพิ่มความถี่ แต่ความร้อนที่เกิดขึ้นนั้นแทบไม่มีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับความร้อนที่ลดลงจากกระแสสเตเตอร์ที่ลดลง ดังนั้น อุณหภูมิของขดลวดมอเตอร์จะลดลงอย่างมากเช่นกัน
3. มีคุณลักษณะการรับน้ำหนักที่หลากหลาย
ระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้าทำหน้าที่รับภาระ และภาระแต่ละชนิดมีคุณสมบัติทางกลที่แตกต่างกัน มอเตอร์ไฟฟ้าต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านคุณสมบัติทางกลของภาระหลังจากการเร่งความเร็ว จากการคำนวณ ความถี่การทำงานสูงสุดที่อนุญาต (fmax) สำหรับภาระแรงบิดคงที่ที่อัตราภาระต่างๆ (k) จะแปรผกผันกับอัตราภาระ กล่าวคือ fmax = fe/k โดยที่ fe คือความถี่กำลังไฟฟ้าที่กำหนด สำหรับภาระกำลังคงที่ ความถี่การทำงานสูงสุดที่อนุญาตของมอเตอร์ทั่วไปส่วนใหญ่ถูกจำกัดโดยความแข็งแรงเชิงกลของโรเตอร์และเพลามอเตอร์ ผู้เขียนเชื่อว่าโดยทั่วไปแล้วควรจำกัดความถี่ไว้ที่ 100 เฮิรตซ์
ความเข้าใจผิดที่ 7: การละเลยคุณลักษณะโดยธรรมชาติของตัวแปลงความถี่
งานแก้ไขข้อบกพร่องของตัวแปลงความถี่มักจะดำเนินการโดยผู้จัดจำหน่ายและจะไม่มีปัญหาใดๆ การติดตั้งตัวแปลงความถี่นั้นค่อนข้างง่ายและผู้ใช้มักจะเป็นผู้ดำเนินการเอง ผู้ใช้บางรายไม่ได้อ่านคู่มือการใช้งานของตัวแปลงความถี่อย่างละเอียด ไม่ปฏิบัติตามข้อกำหนดทางเทคนิคสำหรับการก่อสร้างอย่างเคร่งครัด ละเลยคุณลักษณะเฉพาะของตัวแปลงความถี่เอง เปรียบเทียบตัวแปลงความถี่กับส่วนประกอบไฟฟ้าทั่วไป และดำเนินการตามสมมติฐานและประสบการณ์ ซึ่งทำให้เกิดอันตรายแอบแฝงจากความผิดพลาดและอุบัติเหตุ
ตามคู่มือผู้ใช้ของตัวแปลงความถี่ สายเคเบิลที่เชื่อมต่อกับมอเตอร์ควรเป็นสายเคเบิลหุ้มฉนวนหรือสายเคเบิลหุ้มเกราะ โดยควรวางในท่อโลหะ ปลายสายเคเบิลที่ตัดแล้วควรเรียบร้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ส่วนที่ไม่มีฉนวนหุ้มควรสั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และความยาวสายเคเบิลไม่ควรเกินระยะทางที่กำหนด (โดยปกติคือ 50 เมตร) เมื่อระยะห่างระหว่างตัวแปลงความถี่และมอเตอร์ยาว กระแสไฟฟ้ารั่วฮาร์มอนิกสูงจากสายเคเบิลจะส่งผลเสียต่อตัวแปลงความถี่และอุปกรณ์โดยรอบ สายดินที่ส่งกลับมาจากมอเตอร์ที่ควบคุมโดยตัวแปลงความถี่ควรเชื่อมต่อโดยตรงกับขั้วดินของตัวแปลงความถี่ ไม่ควรใช้ร่วมกับเครื่องเชื่อมและอุปกรณ์ไฟฟ้า และควรสั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เนื่องจากกระแสไฟฟ้ารั่วที่เกิดจากตัวแปลงความถี่ หากอยู่ห่างจากจุดต่อลงดินมากเกินไป ศักย์ไฟฟ้าของขั้วดินจะไม่เสถียร พื้นที่หน้าตัดต่ำสุดของสายดินของตัวแปลงความถี่ต้องมากกว่าหรือเท่ากับพื้นที่หน้าตัดของสายไฟ เพื่อป้องกันการทำงานผิดพลาดอันเนื่องมาจากสัญญาณรบกวน สายควบคุมควรใช้สายหุ้มฉนวนแบบบิดเกลียวหรือแบบเกลียวคู่ ขณะเดียวกัน ระวังอย่าให้สายเครือข่ายหุ้มฉนวนสัมผัสกับสายสัญญาณและปลอกหุ้มอุปกรณ์อื่นๆ และพันด้วยเทปฉนวน เพื่อหลีกเลี่ยงเสียงรบกวน สายควบคุมไม่ควรยาวเกิน 50 เมตร สายควบคุมและสายมอเตอร์ต้องวางแยกกันโดยใช้ถาดวางสายแยกกัน และให้วางห่างกันมากที่สุด เมื่อต้องไขว้กัน ควรวางไขว้กันในแนวตั้ง ห้ามวางสายในท่อหรือถาดวางสายเดียวกัน อย่างไรก็ตาม ผู้ใช้บางรายไม่ได้ปฏิบัติตามข้อกำหนดข้างต้นอย่างเคร่งครัดเมื่อวางสาย ส่งผลให้อุปกรณ์ทำงานได้ตามปกติในระหว่างการแก้ไขจุดบกพร่อง แต่ก่อให้เกิดสัญญาณรบกวนอย่างรุนแรงในระหว่างการผลิตปกติ ทำให้ไม่สามารถทำงานได้
ควรดูแลบำรุงรักษาเครื่องแปลงความถี่เป็นประจำทุกวันเป็นพิเศษ ช่างไฟฟ้าบางคนเปิดเครื่องแปลงความถี่ทันทีที่ตรวจพบความผิดปกติและตัดการทำงาน การกระทำเช่นนี้เป็นอันตรายอย่างยิ่งและอาจก่อให้เกิดอุบัติเหตุไฟฟ้าช็อตส่วนบุคคลได้ เนื่องจากแม้ว่าเครื่องแปลงความถี่จะไม่ได้ทำงานหรือแหล่งจ่ายไฟถูกตัดไปแล้ว ก็อาจยังคงมีแรงดันไฟฟ้าที่สายไฟเข้า ขั้วไฟฟ้ากระแสตรง และขั้วมอเตอร์ของเครื่องแปลงความถี่อยู่เนื่องจากมีตัวเก็บประจุ หลังจากถอดสวิตช์ออกแล้ว จำเป็นต้องรอสักครู่เพื่อให้เครื่องแปลงความถี่คายประจุจนหมดก่อนเริ่มทำงาน ช่างไฟฟ้าบางคนคุ้นเคยกับการทดสอบฉนวนของมอเตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยระบบไดรฟ์ความถี่แปรผันโดยใช้โต๊ะสั่นเมื่อสังเกตเห็นว่าระบบตัดการทำงาน เพื่อตรวจสอบว่ามอเตอร์ไหม้หรือไม่ ซึ่งอันตรายมากเช่นกัน เพราะอาจทำให้เครื่องแปลงความถี่ไหม้ได้ง่าย ดังนั้น ก่อนถอดสายเคเบิลระหว่างมอเตอร์และเครื่องแปลงความถี่ ห้ามทดสอบฉนวนของมอเตอร์หรือสายเคเบิลที่เชื่อมต่อกับเครื่องแปลงความถี่อยู่แล้ว
ควรให้ความสำคัญเป็นพิเศษในการวัดค่าพารามิเตอร์เอาต์พุตของตัวแปลงความถี่ เนื่องจากเอาต์พุตของตัวแปลงความถี่เป็นสัญญาณ PWM ที่มีฮาร์มอนิกอันดับสูง และแรงบิดของมอเตอร์ขึ้นอยู่กับค่าประสิทธิผลของแรงดันไฟฟ้าพื้นฐานเป็นหลัก เมื่อวัดแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุต ค่าแรงดันไฟฟ้าพื้นฐานจึงวัดโดยใช้โวลต์มิเตอร์แบบเรียงกระแสเป็นหลัก ผลการวัดจะใกล้เคียงกับผลการวัดด้วยเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมดิจิทัล และมีความสัมพันธ์เชิงเส้นที่ดีเยี่ยมกับความถี่เอาต์พุตของตัวแปลงความถี่ หากต้องการปรับปรุงความแม่นยำในการวัดเพิ่มเติม สามารถใช้ฟิลเตอร์กรองสัญญาณแบบคาปาซิทีฟแบบต้านทานได้ มัลติมิเตอร์แบบดิจิทัลมีแนวโน้มที่จะเกิดการรบกวนและมีข้อผิดพลาดในการวัดที่สำคัญ กระแสเอาต์พุตจำเป็นต้องวัดค่าประสิทธิผลรวม รวมถึงคลื่นพื้นฐานและฮาร์มอนิกอันดับสูงอื่นๆ ดังนั้นเครื่องมือที่นิยมใช้คือแอมมิเตอร์แบบขดลวดเคลื่อนที่ (เมื่อมอเตอร์มีโหลด ความแตกต่างระหว่างค่าประสิทธิผลของกระแสไฟฟ้าพื้นฐานและค่าประสิทธิผลรวมของกระแสไฟฟ้าจะไม่สำคัญ) เมื่อพิจารณาถึงความสะดวกในการวัดและการใช้หม้อแปลงกระแส หม้อแปลงกระแสอาจอิ่มตัวที่ความถี่ต่ำ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเลือกหม้อแปลงกระแสที่มีความจุที่เหมาะสม