การนำอินเวอร์เตอร์ (Inverter) มาประยุกต์ใช้กับมอเตอร์ (Motor)

การนำอินเวอร์เตอร์ (Inverter) มาประยุกต์ใช้งานร่วมกับระบบควบคุมมอเตอร์ (Motor Control) ในโรงงานอุตสาหกรรม

มอเตอร์ (Motor) เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ ใช้ในการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล โดยนำพลังงานที่ได้นี้ไปขับเคลื่อนเครื่องจักรอื่นๆ ต่อไป โดยความเร็วของมอเตอร์ สามารถกำหนดได้โดย

1. แรงบิดของโหลด
2. จำนวนขั้วของมอเตอร์
3. ความถี่ของแหล่งจ่ายไฟที่ใช้กับมอเตอร์
4. แรงดันที่จ่ายให้กับมอเตอร์

ความเร็วของมอเตอร์สามารถหาได้จากสูตร

N = { [ 120 * ความถี่ f (Hz) ] / จำนวนขั้ว P } * ( 1-S )

โดยเทอม 1-S กำหนดโดยโหลด

จากสูตรข้างต้น พบว่าถ้าความถี่ของแหล่งจ่ายไฟเปลี่ยนแปลงไป จะมีผลทำให้มอเตอร์มีความเร็วเปลี่ยนแปลงด้วย แต่เมื่อทำการเปลี่ยนความถี่ โดยให้แรงดันคงที่ จะมีผลทำให้เกิดฟลักส์แม่เหล็กเพิ่มมากขึ้นจนอิ่มตัว ซึ่งอาจทำให้มอเตอร์ร้อนจนเกิดความเสียหายได้ ดังนั้น จึงต้องทำการเปลี่ยนแรงดันควบคู่ไปกับความถี่ ซึ่งการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแหล่งจ่ายไฟ สามารถทำได้โดยการใช้อินเวอร์เตอร์ ซึ่งมีวงจรการทำงานของอินเวอร์เตอร์

รูปแสดงแสดงการเปลี่ยนความถี่โดยใช้อินเวอร์เตอร์

อินเวอร์เตอร์ (Inverter) จะเปลี่ยนไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ โดยจะนำไฟฟ้ากระแสตรงต่อเข้ากับสวิตช์ 4 ตัว และทำการเปิด-ปิด สวิตช์ทั้ง 4 ตัว เป็นจังหวะทำให้เกิดไฟฟ้ากระแสสลับ

รูปแสดงจังหวะการเกิดไฟฟ้ากระแสสลับ

จากรูป

• เมื่อปิดสวิตช์ S1 และ S4 ทำให้เกิดกระแสไหลในทิศทางจากจุด A ไปยังจุด B
• เมื่อปิดสวิตช์ S2 และ S3 ทำให้เกิดกระแสไหลในทิศทางจากจุด B ไปยังจุด A

ดังนั้น ถ้าเปิด-ปิดสวิตช์ S1 และ S4 สลับกับสวิตช์ S2 และ S3 จะทำให้เกิดไฟฟ้ากระแสสลับขึ้น และถ้ามีการควบคุมเวลาในการเปิด-ปิดสวิตช์ที่ต่างกัน ก็จะได้ไฟฟ้ากระแสสลับที่มีความถี่แตกต่างกันไป ซึ่งในความเป็นจริงแล้ว อินเวอร์เตอร์จะใช้ทรานซิสเตอร์แทนสวิตช์ เนื่องจากทรานซิสเตอร์สามารถเปิด-ปิดได้ในความถี่ที่สูงกว่าสวิตช์

รูปแสดงการใช้ทรานซิสเตอร์แทนสวิตซ์ในวงจรการทำงานอินเวอร์เตอร์

การเปลี่ยนแรงดันตามความถี่ของอินเวอร์เตอร์

1. วิธีแปรขนาดแรงดันของไฟตรง (PAM : Pulse Amplitute Modulation)
2. วิธีแปรความกว้างของพัลส์ที่ใช้เปิด-ปิดทรานซิสเตอร์ (PWM : Pulse Width Modulation) ได้แก่ Square Wave และ Sine Wave

---

หากต้องการข้อมูลเพิ่มเติมกรุณาติดต่อ ::

แผนก Automation : บริษัท เอส.ที.คอนโทรล จำกัด
Tel. (02) 717 3455, 319 1400 
Fax : (02) 319 1800
Website : http://www.stcontrol.com

อินเวอร์เตอร์ (Inverter) คืออะไร

อินเวอร์เตอร์ (Inverter) คืออะไร
อินเวอร์เตอร์ (Inverter)  คือ อุปกรณ์อิเล็คทรอนิคส์ที่ใช้ในการปรับเปลี่ยนความเร็วรอบของ 3-Phase Squirrel-Cage Induction Motor โดยวิธีการปรับแรงดันและความถี่ไฟฟ้าให้เหมาะสมกับมอเตอร์

บางครั้งจะเรียกว่า "V/F Control" อินเวอร์เตอร์ (Inverter) ยังมีชื่อเรียกอีกหลายอย่างเช่น

• VSD   : Variable Speed Drives
• VVVF : Variable Voltage Variable Frequency
• VC     : Vector Control

หลักการทำงานของอินเวอร์เตอร์
อินเวอร์เตอร์ (Inverter) จะแปลงไฟกระแสสลับ (AC) จากแหล่งจ่ายไฟทั่วไปที่มีแรงดันและความถี่คงที่ ให้เป็นไฟกระแสตรง (DC) โดยวงจรคอนเวอร์เตอร์ ( Converter Circuit ) จากนั้นไฟกระแสตรงจะถูกแปลงเป็นไฟกระแสสลับที่สามารถปรับขนาดแรงดันและความ ถี่ได้โดยวงจรอินเวอร์เตอร์ (Inverter Circuit) วงจรทั้งสองนี้จะเป็นวงจรหลักที่ทำหน้าที่แปลงรูปคลื่น และผ่านพลังงานของอินเวอร์เตอร์
โดยทั่วไปแหล่งจ่ายไฟกระแสสลับมีรูปคลื่นซายน์ แต่เอาท์พุตของอินเวอร์เตอร์จะมีรูปคลื่นแตกต่างจากรูปซายน์ นอกจากนั้นยังมีชุดวงจรควบคุม (Control Circuit) ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของวงจรคอนเวอร์เตอร์และวงอินเวอร์เตอร์ให้เหมาะสมกับคุณสมบัติของ 3-phase Induction motor

รูปแสดงหลักการทำงานของอินเวอร์เตอร์

โครงสร้างภายในของอินเวอร์เตอร์

1. ชุดคอนเวอร์เตอร์ (Converter Circuit) ซึ่งทำหน้าที่ แปลงไฟสลับจากแหล่งจ่ายไฟ  AC. power supply (50 Hz) ให้เป็นไฟตรง (DC Voltage)
2. ชุดอินเวอร์เตอร์ (Inverter Circuit) ซึ่งทำหน้าที่ แปลงไฟตรง (DC Voltage)  ให้เป็นไฟสลับ (AC Voltage) ที่สามารถเปลี่ยนแปลงแรงดันและความถี่ได้
3. ชุดวงจรควบคุม (Control Circuit) ซึ่งทำหน้าที่ ควบคุมการทำงานของชุดคอนเวอร์เตอร์ และชุดอินเวอร์เตอร์

 

รูปแสดงโครงสร้างภายในของอินเวอร์เตอร์ (Inverter)

 

ตัวอย่างการทำงานของอินเวอร์เตอร์ (Inverter) ที่พบเห็นได้ในปัจจุบัน ได้แก่ การใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าเพื่อจ่ายไฟสำรอง หรือที่เรียกว่า UPS (Uninterruptible Power Supply) เพื่อแก้ปัญหาไฟเกิน, ไฟตก, ไฟดับ และคลื่นรบกวน ช่วยป้องกันการเกิดความเสียหายต่ออุปกรณ์ไฟฟ้า โดยไฟฟ้าที่สำรองไว้จะเก็บในแบตเตอรี่
ยกตัวอย่าง ถ้ากระแสไฟฟ้าดับ ระบบสำรองไฟจะสวิทช์มาใช้ไฟจากแบตเตอรี่โดยทันที ต่อจากนั้นไฟฟ้าซึ่งเป็นกระแสตรง จะเข้าสู่อินเวอร์เตอร์ ซึ่งจะเปลี่ยนไฟฟ้ากระแสตรงนั้นให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับที่มีความถี่คงที่ และถูกต้อง ไฟฟ้ากระแสสลับที่ออกมาจากอินเวอร์เตอร์ก็จะป้อนสู่เครื่องไฟฟ้าทั่วไป โดยที่ไฟกระแสสลับที่ได้ออกมาจะถูกนำไปป้อนกลับมาทำการเปรียบเทียบกับความ ถี่อ้างอิงค่าหนึ่ง แล้วนำผลจากการเปรียบเทียบไปควบคุมการกำเนิดความถี่ของอินเวอร์เตอร์เพื่อ ให้ได้ไฟฟ้ากระแสสลับที่มีความถี่คงที่และถูกต้อง ตามที่เครื่องใช้ไฟฟ้ากระแสสลับต้องการ

 

รูปแสดงกระบวนการทำงานของอินเวอร์เตอร์ในสภาวะการใช้ไฟสำรอง

อินเวอร์เตอร์ (Inverter) ถูกนำมาใช้ในเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ เช่น เครื่องปรับอากาศ, ตู้เย็น, โทรทัศน์ และระบบ เซอร์โวควบคุมมอเตอร์ (Servo Motor) เนื่องจากความต้องการลดการสูญเสียกำลังงานที่สูงโดยเฉพาะขณะเริ่มต้นทำงาน และจากการสูญเสียในแกนเหล็ก และในตัวขดลวด (สำหรับเครื่องเชื่อมแบบมือหมุน และมอเตอร์) ซึ่งการสูญเสียกำลังงานหรือค่าไฟฟ้าเป็นดังนี้คือ

เมื่อ เครื่องใช้ไฟฟ้าเริ่มทำงาน จะมีค่ากระแสเร่ิมทำงาน I (Start) สูงกว่า ขณะเดินปรกติถึง 4 – 6 เท่าตัว เช่น มอเตอร์เครื่องปรับอากาศ ที่มีขนาด 220 V ,1 A

Pnormal = 220V 1A = 220W

ขณะเริ่มต้นมอเตอร์หรือหม้อแปลงจะดึงกระแสเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กอย่างน้อย 4 เท่าของขณะปกติ

Pstart = 220V (4 1A) = 880W

ทำให้ระบบเดิม ที่ไม่มีการใช้อินเวอร์เตอร์จะต้องเสียค่าไฟสูงมาก และทำให้ระดับของแรงดันไฟฟ้าในสายไม่เสถียร (Stable) รวมถึงทำให้เกิดแรงดันสไปค์ ขณะหยุดการทำงานซึ่งสิ่งเหล่านี้จะทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าเกิดการเสียหาย หรือบั่นทอนอายุการใช้งานให้สั้นลง

ตัวอย่างปัญหาและการแก้ไข โดยนำอินเวอร์เตอร์ (Inverter) มาใช้งาน

การ ทำงานของเครื่องปรับอากาศ ระบบเดิมนั้นจะทำงานติดๆ ดับๆ อยู่บ่อยครั้ว ซึ่งสร้างปัญหากับอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ อีกทั้งยังกินไฟสูง จึงได้มีการนำเอาระบบอินเวอร์เตอร์เข้ามาแก้ไข ทำให้มอเตอร์แอร์ทำงานต่อเนื่องไม่มีการติด-ดับ ดังเช่นในระบบเดิม ซึ่งจากการพิสูจน์แล้วพบว่า "การให้มอเตอร์ทำงานต่อเนื่อง จะช่วยประหยัดพลังงาน และค่าไฟฟ้าได้มากกว่าการหยุด และเริ่มเดินใหม่อย่างน้อย 1 เท่าตัวขึ้นไป" ซึ่งก็มีหลักการทำงาน ดังนี้ ขณะที่เข้าสู่สถานะการทำงานแล้ว ชุดอินเวอร์เตอร์จะสั่งให้มอเตอร์ทำงานมากขึ้น (หมุนเร็วขึ้น) โดยการเพิ่มความถี่หรือปรับเปลี่ยน Duty Cycle  และขณะสแตนบาย หรืออุณหภูมิคงที่ ระบบอินเวอร์เตอร์จะลดการทำงานของมอเตอร์ลง (หมุนช้าลง) แต่ไม่หยุดการทำงานของมอเตอร์ ซึ่งจะช่วยลดกำลังงานที่ใช้นั้นเอง

อินเวอร์เตอร์ได้นำไปใช้ในระบบงานต่างๆ เช่น

1. ใช้เป็นแหล่งจ่ายไฟฟ้าสำรอง ที่เรียกว่า Stand by power supply หรือ Uninterruptible Power Supplies (UPS) เพื่อใช้ทดแทนในกรณีแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับหลักเกิดความขัดข้อง
2. ใช้ควบคุมความเร็วของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับโดยใชัหลักการควบคุมความถี่ ของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ เพื่อต้องการให้แรงบิด (Torque) คงที่ทุกๆ ความเร็วที่เปลี่ยนแปลงไป
3. ใช้แปลงไฟฟ้าจากระบบส่งกำลังไฟฟ้าแรงสูงชนิดไฟฟ้ากระแสตรงให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ เพื่อบริการให้แก่ผู้ใช้
4. ใช้ในระบบเตาถลุงเหล็กที่ใช้หลักการเหนี่ยวนำให้เกิดความร้อน (Induction heating) ซึ่งใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับความถี่สูงในการทำงาน

---

หากต้องการข้อมูลเพิ่มเติมกรุณาติดต่อ ::

แผนก Automation : บริษัท เอส.ที.คอนโทรล จำกัด
Tel. (02) 717 3455, 319 1400 
Fax : (02) 319 1800
Website : http://www.stcontrol.com

ทรานสดิวเซอร์และเซนเซอร์ (Transducer & Sensor)

ทรานสดิวเซอร์ (Transducer) คือ อุปกรณ์แปลงข้อมูลหรือพลังงานรูปแบบต่าง ๆ ให้เป็นข้อมูลหรือพลังงานไฟฟ้า หรืออุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงาน รูปแบบหนึ่งเป็นอีกรูปแบบหนึ่ง โดยที่ทรานสดิวเซอร์อาจรวมทั้งอุปกรณ์ตรวจจับและปรับแต่งสัญญาณ เช่น ทรานสดิวเซอร์ชั่งน้ำหนักจะหมายรวมทั้ง 4 ส่วนคือ ส่วนการตรวจจับ ส่วนปรับแต่งสัญญาณ ส่วนประมวลผล และส่วนแสดงผลดังรูป

เซนเซอร์ (Sensor) คือตัวอุปกรณ์ตรวจรู้ตัวแรกในระบบการวัด ซึ่งใช้ตรวจจับหรือรับรู้การเปลี่ยนแปลงปริมาณทางกายภาพของตัวแปรต่างๆ เช่น ความร้อน แสง สี เสียง ระยะทาง การเคลื่อนที่ ความดัน การไหล เป็นต้น แล้วเปลี่ยนให้อยู่ในรูปของสัญญาณหรือข้อมูลที่สอดคล้องและเหมาะสมกับส่วน ของการกำหนดเงื่อนไขทางสัญญาณ

ถ้าเป็นการวัด แบบสัมผัสกับตัวแปรโดยตรงเรียกตัวตรวจรู้แบบปฐม (Primary sensors) หรือตัวตรวจรู้ชั้นต้น หากมีการตรวจรู้โดยผ่านส่วนอื่นก่อน เช่น สเตรนเกจตรวจรับแรงกดที่ต้องรับแรงถ่ายถอดจากแท่งโลหะที่รับแรงโดยตรงอีกทอด โดยใช้เตรนเกจแปะติดกับแท่งโลหะดังกล่าวเพื่อวัดแรงนั้น เราจะเรียกสเตรนเกจในกรณีนี้ว่าเป็น ตัวตรวจรู้ทุติยภูมิ(Secondary sensor) หรือตัวตรวจจับชั้นรอง การตรวจรู้จะอาศัยผลการเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์ในตัวเซนเซอร์เองที่สามารถ ตรวจวัดได้ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นพารามิเตอร์ทางไฟฟ้า เช่น แรงดัน กระแส ความต้านทาน ความจุ และความเหนี่ยวนำ เป็นต้น

เมื่อค่าตัว แปรเปลี่ยนแปลงแล้วพารามิเตอร์ดังกล่าวจะเปลี่ยนตาม ทำให้สามารถวัดและทราบค่าพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าที่เปลี่ยนตามได้ ซึ่งเราอาจวัดได้โดยใช้มิเตอร์หรือวงจรบริดจ์ต่าง ๆ ซึ่งเป็นการวัดตัวแปรด้วยวิธีทางไฟฟ้าโดยเราจะทำการเทียบหรือปรับแต่งปริมาณ ทางไฟฟ้านี้แทนค่าตัวแปรที่ทำการวัดอีกที เราจึงอาจเรียกว่าเป็นการวัดโดยวิธีอ้อมได้ กระบวนการนี้เรียกว่าการตรวจจับ (Sensing) กรณีนี้คำว่าทรานสดิวเซอร์จะถูกเรียกว่า เซนเซอร์ จะเห็นว่าทรานสดิวเซอร์และเซนเซอร์แท้จริงคืออุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เดียวกัน ต่างตรงที่เราจะกล่าวถึงหลักการทำงานหรือกล่าวถึงลักษณะการใช้งาน

ปัจจุบันทราน สดิวเซอร์และเซนเซอร์เป็นคำกลางๆ ที่ใช้ร่วมกันโดยทรานสดิวเซอร์อาจจะรวมทั้งตัวเซนเซอร์และวงจรการปรับแต่ง สัญญาณต่างๆ เข้าเป็นหน่วยเดียวกัน แล้วนำไปใช้ได้ทันที เช่น ทรานสดิวเซอร์ความดัน (Pressure Transducer) เมื่อมีความดันเข้ามาจะให้เอาต์พุตเป็นแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสที่แปรเป็นสัด ส่วนกับความดัน เป็นต้น

ชนิดของเซนเซอร์การแบ่งชนิดของทรานสดิวเซอร์

แบ่งโดยอาศัยหลักเกณฑ์ต่างๆ ดังต่อไปนี้คือ

• แบ่งตามความต้องการพลังงาน

- แบบแอคทีฟ (Active sensors) เป็นทรานสดิวเซอร์ที่สามารถปล่อยพลังงานเองได้ เช่น เทอร์โมคัปเปิ้ล เพียชโซ เซลล์แสงอาทิตย์ ออปโตไดโอด เป็นต้น อุปกรณ์เหล่านี้ไม่ต้องมีแหล่งจ่ายกำลังจากภายนอกให้ก็สามารถให้สัญญาณแรง ดันหรือกระแสที่แปรตามตัวแปรได้เอง

- แบบพาสซีฟ (Passive sensors) แบบนี้จะต้องใช้แหล่งจ่ายจากภายนอกจึงจะทำการตรวจรู้ได้ เช่น เซ็นเซอร์ที่ใช้หลักการเปลี่ยนค่าความต้านทาน ค่าความจุ ค่าความเหนี่ยวนำ ฯลฯ เป็นต้น

• แบ่งตามลักษณะกลไกในการทำงาน

- การเปลี่ยนแปลงค่าความจุ (Variable capacitance transducer)

- การเปลี่ยนแปลงค่าความเหนี่ยวนำ (Variable inductance transducer)

- การเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทาน (Variable resistance transducer)

• แบ่งตามชนิดของการเปลี่ยนแปลงพลังงาน

- เปลี่ยนพลังงานกลเป็นไฟฟ้า

- เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล

- เปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้า

- เปลี่ยนพลังงานความร้อนเป็นพลังงานไฟฟ้า

• แบ่งตามชนิดของสัญญาณที่ใช้

- แบบอนาลอก ให้สัญญาณเป็นแบบต่อเนื่อง

- แบบไบนารี ให้สัญญาณแบบเปิด-ปิด (ON-OFF)

- ดิจิตอล ให้สัญญาณเป็นแบบดิจิตอล

• แบ่งตามตำแหน่งที่ใช้ในระบบ

- ทรานสดิวเซอร์ด้านเข้า(Input transducer) อยู่ทางด้านเข้าของระบบเครื่องมือเช่น ไมโครโฟน เป็นต้น

- ทรานสดิวเซอร์ด้านออก (Output transducers) เช่น ลำโพงของระบบเครื่องขยายเสียง เป็นต้น

• แบ่งตามข้อมูลหรือวัตถุประสงค์ในการวัด

เช่น ทรานสดิวเซอร์วัดการเคลื่อนที่ วัดอุณหภูมิ ความดัน อัตราการไหล ตำแหน่ง เป็นต้น

---

 Transductcer and Sensor GE Druck

GE Sensing สินค้านำเข้าจากประเทศอังกฤษ

โดย Pressure Transducer ของ GE นั้น มีหลากหลายรุ่นให้เลือกใช้งาน ได้แก่

	Pressure Transducer 1000 Series This flexible product is aimed at OEM manufacturers who require a high quality yet cost effective pressure sensor.
	Pressure Transducer 1500 Series Series Druck Low Cost Industrial Pressure Sensors.
	Pressure Transducer DPS 4000 The DPS 4000 Series is a state of the art range of digital output pressure transducers featuring a CANbus serial communications interface.
	Pressure Transducer LP 1000 Low Pressure Differential/Gauge Sensors.
	Pressure Transducer LPM/LPX1000 Series The LP 1000 Series wet/wet differential pressure transmitter is ideally suited for use in clean room HVAC monitoring and control.

---

หากต้องการข้อมูลเพิ่มเติมกรุณาติดต่อ ::
แผนก Instrument : บริษัท เอส.ที.คอนโทรล จำกัด
Tel. (02) 717 3455, 319 1400 
Fax : (02) 319 1800
Website : http://www.stcontrol.com