การลดต้นทุนด้วยการประหยัดพลังงานไฟฟ้าจากมอเตอร์ ศภ.9 กสอ.3

จาก SSM Wiki

(6) การใช้สายพานประสิทธิภาพสูง

                        ในการส่งกำลังจากมอเตอร์ไปยังอุปกรณ์มีหลายวิธี เช่น ต่อโดยตรง ผ่านเกียร์ ใช้พู่เล่สายพาน การใช้งานพู่เล่สายพานคิดเป็นร้อยละ 30 ของวิธีการทั้งหมด เนื่องจากง่ายและค่าใช้จ่ายต่ำ แต่การส่งกำลังด้วยสายพานมีการสูญเสียค่อนข้างสูง เนื่องจากสลิปของสายพานกับเพลา และความร้อนในตัวสายพาน สายพานตัววี ที่ใช้กันทั่วไปหากมีการบำรุงรักษาปรับความตึงเป็นระยะ จะมีประสิทธิภาพในช่วงร้อยละ 95-98 และหากไม่มีการดูแลประสิทธิภาพจะลดลงถึงร้อยละ 5 ค่าประสิทธิภาพกลางของสายพานที่ใช้งานกันในโรงงานอยู่ที่ร้อยละ 93

                        ปัจจุบันมีการพัฒนาสายพานส่งกำลังที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น เมื่อนำมาใช้งานกับมอเตอร์ขนาดใหญ่ ประสิทธิภาพดีขึ้นร้อยละ 2-3 ทำให้เกิดผลประหยัดพลังงานมาก เช่น โรงงานรีดเหล็กที่มีการใช้ไฟฟ้าในมอเตอร์ขับชุดรีดถึงร้อยละ 70 ประสิทธิภาพการส่งกำลังที่ดีขึ้นร้อยละ 2-3 จะลดการใช้ไฟฟ้าทั้งโรงงานลงได้ 1-1.5 สายพานส่งกำลังที่มีประสิทธิภาพสูงที่มีในท้องตลาด ได้แก่

                        สายพานแบบมีร่อง (Cogged belt) สายพานจะมีร่องตามแนวขวาง ทำให้โค้งงอได้ตามเส้นรอบ วงเพลา และลดแรงเสียดทาน สามารถใช้กับพู่เล่เดิม สายพานแบบมีร่องนี้จะทำให้ประสิทธิภาพการส่งกำลังเพิ่มขึ้นร้อยละ 2

                        สายพานแบบซิงโครนัส (Synchronous belt) เพลาและสายพานมีฟันเป็นซี่คล้ายเกียร์ การส่งกำลังไม่ได้ใช้ความเสียดทานจึงไม่เกิดสลิป ทำให้ประสิทธิภาพสูงถึงร้อยละ 97-99 และไม่ลดลงเมื่อแรงบิดสูงขึ้นบำรุงรักษาน้อย ทำงานได้ในที่ที่ลื่น หรือมีไอน้ำมัน ข้อเสีย คือมีเสียงดังและไม่เหมาะกับโหลดที่กระชาก

สมการที่ใช้ในการวิเคราะห์

ดูตัวอย่างเพื่อความเข้าใจ

                        โรงงาน ECON มีมอเตอร์พัดลม 22 กิโลวัตต์ วัดกำลังไฟฟ้าได้ 15 กิโลวัตต์ สายพานตัววี อยู่ในสภาพหย่อนวัดความเร็วรอบมอเตอร์และพัดลมได้ค่าประสิทธิภาพร้อยละ 96 ถ้าเปลี่ยนสายพานเป็นแบบมีร่อง (วิธีการคำนวณ 1) ตรวจวัดกำลังไฟฟ้าที่มอเตอร์เดิมใช้ 2) ประเมินค่าประสิทธิภาพของสายพานเดิมจากการวัดความเร็วรอบโหลด และมอเตอร์ 3) ประเมินค่าประสิทธิภาพของสายพานใหม่ 4) แทนค่าในสมการข้างต้น)

(7) การบำรุงรักษามอเตอร์ไฟฟ้า

                        1. การบำรุงรักษาที่สำคัญเพื่อทำให้มอเตอร์ทำงานได้ดี คือการหล่อลื่น การอัดจาระบีที่รองลื่นของมอเตอร์และเกียร์ การอัดจาระบีมากไปหรือน้อยไปจะเพิ่มความเสียดทานและทำให้อายุรองลื่นสั้น นอกจากนี้จาระบีที่มากเกินไปจะทำให้เกิดการสะสมของจาระบีและสิ่งสกปรกที่ขดลวด ทำให้มีความร้อนสะสมและเสียหายได้ ดังนั้นควรอัดจาระบี หรือเปลี่ยนสารหล่อลื่นทุก 6 เดือน

                        2. มีการระบายความร้อนที่ดี มอเตอร์ทำงานได้ดีเมื่อมีการระบายความร้อนที่ดี เมื่อใช้งานไปฝุ่นละอองสิ่งสกปรกจะมาเกาะมอเตอร์ ทำให้การระบายความร้อนต่ำลง อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะทำให้ความต้านทานของขดลวดเพิ่มขึ้นและการสูญเสียมากขึ้น อุณหภูมิมอเตอร์ที่สูงขึ้น 25°C หมายถึงการสูญเสียที่เพิ่มขึ้นร้อยละ 10 จึงควรพิจารณาตำแหน่งติดตั้งอยู่ในที่ร่ม อากาศถ่ายเท และทำความสะอาดเปลือกนอกของมอเตอร์อย่างน้อยปีละครั้ง

                        3. การควบคุมแรงดันไฟฟ้าให้เหมาะสม มอเตอร์แบบเหนี่ยวนำจะทำงานได้ดีมีประสิทธิภาพสูงเมื่อได้รับระดับแรงดันที่ถูกต้อง แรงดันที่สมดุลกันทุกเฟส และแรงดันที่ปราศจากฮาร์มอนิกส์ ระดับแรงดันมีผลต่อประสิทธิภาพคือ ที่ระดับแรงดันไฟฟ้าที่ไม่สมดุลเกินร้อยละ 2 จะเพิ่มความสูญเสียถึงร้อยละ 25 ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่ป้อนให้มอเตอร์ไม่ควรเสียสมดุลเกิน 1% ระดับแรงดันควรมีค่าใกล้เคียงแรงดันพิกัดของมอเตอร์ สำหรับแรงดันที่มีฮาร์มอนิกส์มากจะทำให้มอเตอร์ร้อนขึ้น และแรงบิดของมอเตอร์ลดลงมอเตอร์ที่ร้อนเกินไป จะทำให้อายุการใช้งานสั้นลง

                        4. การส่งกำลัง มอเตอร์จะมีประสิทธิภาพสูง การส่งกำลังจากมอเตอร์ไปสู่อุปกรณ์ทางกลต้องมีประสิทธิภาพสูงด้วย การส่งกำลังมีได้หลายลักษณะ เช่น การต่อกับเพลาโดยตรง ต่อผ่านกระปุกเกียร์ โซ่ หรือสายพาน

                        5. การใช้สายพานจะมีการสูญเสียเกิดขึ้นเสมอ เมื่อใช้ไปจะยืด สึกและหย่อน ทำให้เกิดการไหลเลื่อน (Slip) การสูญเสียตรงนี้อาจสูงถึงร้อยละ 5 แต่มักถูกละเลย จึงจำเป็นต้องมีการบำรุงรักษา โดยปรับความตึงอย่างสม่ำเสมอ ดังนั้นควรตรวจสอบและปรับแต่งความตึงสายพานส่งกำลังทุกเดือน โดยมาตรฐานระยะกดของสายพานควรไม่เกินร้อยละ 1 ของระยะห่างของศูนย์กลางของเพลาทั้งสอง

2-2.5 การตรวจวินิจฉัย และบำรุงรักษามอเตอร์ไฟฟ้าทำอย่างไร

การสตาร์ทมอเตอร์ชนิดเหนี่ยวนำ Induction Motor Starting

เรียบเรียงโดย

ผศ.ดร.ธเนศ ธนิตย์ธีรพันธ์

(Ph.D.Electrical Engineering,NIT,Japan)

ผู้ช่วยศาสตราจารย์ประจำภาควิชาครุศาสตร์ไฟฟ้า

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

                        การสตาร์ทมอเตอร์ชนิดเหนี่ยวนำ (Induction Motor) มีหลากหลายวิธีการโดยแต่ละวิธีก็มีคุณสมบัติ เฉพาะซึ่งต้องนำไปใช้กับงานที่ถูกต้องเหมาะสม เมื่อทำการต่อสวิตช์สั่งให้มอเตอร์ทำงานจะพบว่ามีกระแส กระชาก (Inrush Current) ขนาดใหญ่ซึ่งอาจจะเพียงพอที่จะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าตกที่สามารถสร้างปัญหา ให้อุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น หม้อแปลงไฟฟ้าในระบบหรือแม้กระทั่งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่อ่อนไหวต่อการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าได้ ดังนั้นจึงได้มีการแบ่งวิธีการสตาร์ทมอเตอร์ไว้ดังนี้

1. การสตาร์ทโดยตรง (Direct On-Line Starting, DOL)

                        วิธีการสตาร์ทชนิดดังกล่าวเป็นที่นิยมมากที่สุดเนื่องจากความง่ายของโครงสร้างของวงจรที่ใช้เพียงแมกเนติกส์ คอนแทคเตอร์หลักและอุปกรณ์ป้องกันโอเวอร์โหลดรีเลย์เท่านั้น สำหรับข้อเสียนั้นการสตาร์ทวิธีนี้จะทำให้เกิดการไหลของกระแสขณะสตาร์ทอยู่ที่ 6 – 7 เท่าของค่ากระแสปกติของมอเตอร์ โดยคุณสมบัติด้านแรงบิดและกระแสของมอเตอร์เทียบกับความเร็วรอบแสดงไว้แล้วในรูปที่ 2 โดยค่าแรงบิดขณะสตาร์ทด้วยวิธีนี้จะให้แรงบิดที่สูงมากๆซึ่งเกินความจำเป็นสำหรับโหลดส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตามจากการเกิดกระแสกระชากขณะสตาร์ทมอเตอร์ ดังที่ได้กล่าวไปแล้วนั้น อาจจะเป็นสาเหตุให้เกิดสภาวะแรงดันไฟฟ้าตก (Voltage Drop) ของแหล่งจ่ายไฟซึ่งอาจจะมีค่าสูงถึง 10% ของแรงดันพิกัดดังแสดงในรูปที่ 3[1]

                        จากการสตาร์ทมอเตอร์แบบโดยตรงในหัวข้อที่ 1 จะเห็นได้ว่าการสตาร์ทมอเตอร์ดังกล่าวจะส่งผลให้เกิดสภาวะค่าแรงดันไฟฟ้าตกที่ขั้ว ของมอเตอร์ NEMA (National Electrical Manufacturers Association) ได้ กำหนดให้มอเตอร์ที่ได้มาตรฐานควรจะมีค่าแรงบิดที่เพียงพอที่ 90 และ 100% ของแรงดันไฟฟ้าพิกัด (Rated Voltage)[2]ดังแสดงในรูปที่ 4 ในรูปนี้แสดงให้เห็นแรงบิดของมอเตอร์ที่สภาวะโหลดต่าง ๆ จะเห็นได้ว่าแรงบิดของมอเตอร์จะมีค่าน้อยลงเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมีค่าลดลง ซึ่งก็หมายถึงค่ากระแสขณะสตาร์ทลดลงด้วยเช่นกัน

                        เพื่อเป็นการยืนยันปรากฏการณ์ในรูปที่ 4 ได้มีการวิจัย[3]เพื่อศึกษาผลตอบสนองของมอเตอร์เหนี่ยวนำ ต่อแรงดันไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงโดยการจ่ายแรงดันไฟฟ้าค่าต่าง ๆ ที่ขั้วให้มอเตอร์ขนาด 3.4 MW จากผลการวิจัยพบว่าที่แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์เท่ากับ 100% ค่ากระแสจะสูงประมาณ 5 เท่าของกระแสพิกัดในขณะสตาร์ทกระแสจะเข้าสูสภาวะคงตัว (Steady State Condition) ที่ค่า 400 A เมื่อเวลาผ่านไป 9 วินาที ดังแสดงในรูปที่ 5 ในขณะเดียวกัน พฤติกรรมของแรงบิดและความเร็วรอบของมอเตอร์แสดงไว้แล้วในรูปที่ 6 ขณะสตาร์ททั้งแรงบิดของมอเตอร์และโหลดเพิ่มขึ้น โดยความเร็วรอบจะเพิ่มขึ้นขณะที่แรงบิดของมอเตอร์มีค่าสูงกว่าค่าแรงบิดของโหลด และหลังจากแรงบิดของมอเตอร์ได้เข้าสู่ค่าสูงสุดแล้วมันจะลดลงขณะที่ความความเร็วรอบจะเพิ่มขึ้น โดยแรงบิดของมอเตอร์และโหลดจะมีค่าเท่ากันที่ความเร็วรอบเท่ากับ 1420 rpm หรือ156 rad.s-1

                        นอกจากนี้ได้มีการทดสอบจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ขั้ว มอเตอร์เท่ากับ 60% พบว่าค่ากระแสขณะสตาร์ทจะลดลงในระดับหนึ่งดังแสดงในรูปที่ 7 และเมื่อปรับแรงดันไฟฟ้าเท่ากับ 100% ของแรงดันพิกัดที่เวลาประมาณ 17 วินาทีหลังจากการสตาร์ทจะพบว่ากระแสจะเพิ่มขึ้นไปประมาณ 3.5 - 4 เท่าของกระแสพิกัดในขณะสตาร์ท และกระแสจะเข้าสู่สภาวะคงตัว (Steady State Condition) ที่ค่า 400 A เมื่อเวลาผ่านไปแล้ว 22.8 วินาที ในขณะเดียวกันพฤติกรรมของแรงบิดของมอเตอร์จะเป็น 2 Step ดังแสดงไว้แล้วในรูปที่ 8 ขณะที่แรงบิดของโหลดเพิ่มขึ้นเป็นปกติ

                        จากข้อมูลที่กล่าวมาแล้วข้างต้น พบว่าสามารถลดกระแสขณะสตาร์ทของมอเตอร์ได้โดยการลดแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายที่ขั้ว ของมอเตอร์ขณะสตาร์ทลงแล้วทำการเพิ่มจนกระทั่งเท่ากับแรงดันพิกัด ซึ่งต้องคำนึงถึงค่าแรงบิดขณะสตาร์ทให้เพียงพอต่อความต้องการของโหลดขณะสตาร์ทด้วย สำหรับเทคนิคของการลดแรงดันไฟฟ้าขณะสตาร์ทมอเตอร์นั้นมีหลากหลายวิธีดังจะอธิบายต่อไปนี้

2. การสตาร์ทโดยต่อแบบสตาร์-เดลต้า (Star-Delta Starting)

                        วิธีนี้เป็นวิธีการที่ใช้สำหรับการลดค่ากระแสและแรงบิดขณะสตาร์ทของมอเตอร์ลงโดยทั่วไปโครงสร้างวงจรจะประกอบด้วยแมคเนติกส์คอนแทคเตอร์ 3 ตัว โอเวอร์โหลดรีเลย์ 1 ตัว และไทม์เมอร์ 1 ตัว สำหรับตั้งเวลาในการเปลี่ยนการต่อจากสตาร์เป็นเดลต้า กระแสขณะสตาร์ทจะลดลงประมาณ 30% ของค่ากระแสขณะสตาร์ทที่เกิดขึ้น ขณะการสตาร์ทแบบโดยตรงและค่าแรงบิดจะลดลงประมาณ 25% ของแรงบิดที่เกิดขึ้นจากการสตาร์ทมอเตอร์แบบโดยตรง รูปที่ 9 แสดงวงจรการต่อวงจรสตาร์ทมอเตอร์แบบสตาร์ทโดยต่อสตาร์-เดลต้า และรูปที่ 10 แสดงคุณสมบัติทางไฟฟ้าและทางกลของการสตาร์ทมอเตอร์แบบต่อสตาร์-เดลต้า จากคุณสมบัติดังกล่าวพบว่าค่ากระแสขณะตอนสตาร์ทจะลดลงได้ในระดับหนึ่งในช่วงการต่อขดลวดให้มอเตอร์เป็นแบบสตาร์ ซึ่งแรงดันที่ขั้วจะลดลงเท่ากับประมาณ 60% ของแรงดันพิกัดซึ่งเป็นผลทำให้ค่ากระแสกระชากลดลงไปได้ แต่อย่างไรก็ตามเมื่อถึงเวลาเปลี่ยนการทำงานของมอเตอร์โดยเปลี่ยนการต่อขดลวดเป็นแบบเดลต้า ทำให้แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วจะเพิ่มขึ้นมาเท่ากับ 100% ของพิกัดซึ่งเป็นเหตุให้เกิดการกระชากของกระแสขณะสตาร์ทซึ่งจะอยู่ที่ประมาณ 4-5 เท่าของค่ากระแสพิกัดดังแสดงในรูปที่ 10 โดยที่ในเวลาดังกล่าวจะเกิดการกระชากของแรงบิดเช่นเดียวกัน โดยที่ปรากฏการณ์เหล่านี้จะคล้ายกับที่ได้อธิบายไปแล้วในส่วนของการลดแรงดันไฟฟ้าในรูปที่ 7 และ 8

3. การสตาร์แบบใช้หม้อแปลงแบบออโต้ (Auto-transformer Starting)

                        มอเตอร์ถูกลดแรงดันโดยใช้หม้อแปลงออโต้ขณะสตาร์ท จากนั้นก็ทำการบายพาสต่อตรงกับแหล่งจ่ายเพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเท่ากับแรงดันพิกัด โดยที่โครงสร้างการต่อวงจรได้ถูกแสดงไว้แล้วในรูปที่ 11 ซึ่งคุณสมบัติของกระแสและแรงบิดเป็นดังที่ได้อธิบายไว้แล้วในรูปที่ 7 และ 8

4. การสตาร์แบบนุ่มนวล (Soft Starting)

                        วิธีการสตาร์ทแบบนุ่มนวล เป็นเทคโนโลยีในการสตาร์ทมอเตอร์เหนี่ยวนำที่ทำการลดแรงดันไฟฟ้าที่ขั้ว มอเตอร์ขณะสตาร์ท โดยอาศัยหลักการควบคุมการทำงานโดยใช้อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำแทนหน้าสัมผัส จึงสามารถควบคุมระดับแรงดันไฟฟ้าและกระแสที่ไฟฟ้าป้อนเข้าสู่มอเตอร์ได้ โดยอุปกรณ์ดังกล่าวคือไทรริสเตอร์ (Thyristor) หรือที่รู้จักกันดีคือ Silicon Controlled Rectifiers (SCRs) ใช้ทำการควบคุมแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าโดยการจ่ายกระแสเข้าขาเกท (Gate) โดยให้นำกระแสที่มุมต่างๆที่กำหนด มุมทริกจะเป็นตัวควบคุมระดับแรงดันด้านออกของวงจร

                        จากรูปที่ 13 ค่าแรงดันอาร์เอ็มเอส (Voltage in RMS) ของโหลดถูกควบคุมโดยมุมทริก α ที่ขาเกท โดยที่ระหว่างแรงดันครึ่งคลื่นบวกของแรงดันด้านเข้า (Input Voltage, Vs) ถูกจ่ายเข้ามายังวงจร การไหลของกำลังไฟฟ้าจะถูกควบคุมด้วยการปรับมุมของไทรริสเตอร์ตัวที่ 1 (T1) เช่นเดียวกันการควบคุมการไหลของกำลังไฟฟ้าด้านครึ่งคลื่นลบของแรงดันด้านเข้าสามารถทำได้โดยการปรับมุมทริกกระแสของไทรริสเตอร์ตัวที่ 2 (T2) ซึ่งมุมทริกของไทรริสเตอร์ทั้ง สองจะห่างกันเป็นมุมเท่ากับ 180° สำหรับรูปคลื่นแรงดันด้านเข้า แรงดันด้านออก และสัญญาณริกขาเกทของไทรริสเตอร์ทั้ง สองถูกแสดงไว้แล้วในรูปดังกล่าว [4] ถ้ากำหนดให้แรงดันด้านเข้า vs

ดังนั้นค่าแรงดันอาร์เอ็มเอสด้านออก Vo สามารถหาได้โดยสมการ

จากสมการที่ (2) สามารถคำนวณหาค่าแรงดันไฟฟ้าด้านออกของวงจรในรูปที่ 13 ที่มุมทริกต่างๆได้ดังกราฟในรูปที่ 14 ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้าของวงจรได้โดยการปรับมุมทริกของไทรริสเตอร์ในวงจร โดยพบว่าค่าแรงดันไฟฟ้าด้านออกจะมีค่าลดลงเมื่อมุมทริกมีค่ามากขึ้น

จากการทำงานของวงจรไทรริสเตอร์ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของการสตาร์ทมอเตอร์แบบนุ่มนวลนั้น สามารถเขียนคุณสมบัติด้านแรงบิดและกระแสกระชากได้ดังรูปที่ 15

                        จากรูปดังกล่าวพบว่าค่าแรงบิดของมอเตอร์และของโหลดจะอยู่ในระดับใกล้เคียงกันโดยที่การกระชากของแรงบิดอยู่ในระดับที่แทบจะไม่ก่อความเสียหายให้แก่ตัวมอเตอร์และระบบได้ นอกจากนี้กระแสขณะสตาร์ทอยู่ในระดับที่ดีเช่นเดียวกัน ทั้งนี้ในทางทฤษฎีสามารถกำหนดให้เริ่มที่ค่าศูนย์ได้แต่ในความเป็นจริงเนื่องจากต้องคำนึงถึงค่าแรงบิดที่เหมาะสมสำหรับโหลด ค่ากระแสขณะสตาร์ทจึงอยู่ที่ประมาณ 2.5 – 3 เท่าของกระแสพิกัด อย่างไรก็ตามค่ากระแสดังกล่าวสามารถกำหนดได้ตามความเหมาะสมของแรงบิดที่โหลดต้องการ

                        เพื่อเป็นการยืนยันการลดลงของค่ากระแสขณะสตาร์ทอันเนื่องมาจากการสตาร์ทแบบนุ่มนวลนั้น ได้มีงานวิจัยซึ่งได้วิจัยและพัฒนาวิธีการทำงานของการสตาร์ทมอเตอร์แบบนิ่มนวลขึ้นในประเทศไทย [5] โดยในการวิจัยดังกล่าวได้ทำการเปรียบเทียบค่ากระแสที่วัดได้จากการสตาร์ทมอเตอร์โดยตรงและการสตาร์ทมอเตอร์แบบนุ่มนวลไว้ โดยแสดงไว้ในรูปที่ 16 และ 17 ตามลำดับ จากรูปที่ 16 ค่ากระแสขณะสตาร์ทอยู่ในระดับที่สูงมากเมื่อเทียบกับค่ากระแสที่มอเตอร์ทำงานในช่วงสภาวะคงตัว และรูปที่ 17 เป็นการยืนยันถึงการลดลงของกระแสขณะสตาร์ทมอเตอร์ได้เป็นอย่างดีในกรณีการใช้การสตาร์ทแบบนุ่มนวล กระแสขณะสตาร์ท มอเตอร์ลดลงอย่างเป็นนัยสำคัญเมื่อเทียบกับค่ากระแสที่มอเตอร์ทำงานในสภาวะคงตัว แต่อย่างไรก็ตาม จากรูปนี้พบว่าการใช้การสตาร์ทแบบนุ่มนวลนั้น จะทำให้เวลาในการเข้าสู่สภาวะคงตัวของกระแสมีระยะเวลานานมากขึ้น

                        5. ผลกระทบต่อการเลือกหม้อแปลงไฟฟ้าอันเนื่องมาจากแรงดันไฟฟ้าตกจากการสตาร์ทมอเตอรแบบต่างๆ

                        ในการศึกษาผลกระทบของการสตาร์ทมอเตอร์แบบต่างๆจากแรงดันไฟฟ้าตกนั้นได้มีการศึกษาผลกระทบที่มีต่อการเลือกหม้อแปลงไฟฟ้าสำหรับระบบที่ใช้มอเตอร์ขนาดใหญ่[6] โดยมีรายละเอียดการพิจารณาดังนี้

                        5.1 แรงดันไฟฟ้าตก (Voltage Drop) สำหรับการสตาร์ทมอเตอร์ขนาดใหญ่ในกรณีที่สตาร์ทโดยตรง (Direct Starter) แรงดันไฟฟ้าตกที่ขั้ว หม้อแปลงจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับขนาดโหลดของมอเตอร์ที่ต้องการขณะเริ่มสตาร์ทโดยสามารถกำหนดเป็นเปอร์เซ็นต์ของกระแสกระชาก (Inrush Current) ของมอเตอร์ที่โหลดขณะนั้นเทียบกับค่าความจุสูงสุดของหม้อแปลงในระบบ

% Voltage Drop = (Motor Starting kVA) x 100 /(Motor Starting kVA + Short Circuit kVA) (3)

ในการนี้ขออธิบายโดยใช้ตัวอย่างการคำนวณดังนี้

กำหนดให้มอเตอร์มีโหลดเท่ากับ 2,000 hp ที่แรงดันไฟฟ้าเท่ากับ 4.16 kV (โดยที่มีค่า Starting kVA เท่ากับ 7.6 เท่าของพิกัดแรงม้า) โดยมอเตอร์ตัวดังกล่าวถูกต่อเข้ากับหม้อแปลงขนาด 7,500 kVA ที่มีค่าอิมพีแดนซ์เท่ากับ 8% คำถามคือหม้อแปลงตัวนี้มีขนาดใหญ่เพียงพอหรือไม่สำหรับมอเตอร์ตัวนี้

วิธีวิเคราะห์

ค่า Starting kVA ของมอเตอร์ขนาด 2,000 hp คือ 2,000 x 7.6 เท่ากับ 15,200 kVA

ค่ากำลังไฟฟ้าลัดวงจรสามเฟส (Three-Phase Short Circuit Capacity) ของหม้อแปลงสามารถหาได้โดย

3Φ kVASC ของหม้อแปลงขนาด 7,500 kVA = 7,500 kVA/0.08 หรือ 93,750 kVA

ที่ซึ่ง 3Φ kVASC คือค่ากำลังไฟฟ้าลัดวงจรสามเฟสของหม้อแปลงไฟฟ้า

ในกรณีนี้หม้อแปลงขนาด 7.5 MVA จะมีค่ากำลังไฟฟ้าลัดวงจรสามเฟสสูงสุดเท่ากับ 93.75 MVA

ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าตก (VD) ของมอเตอร์ขณะสตาร์ทสามารถหาได้โดยใช้สมการที่ (3) คือ

VD ที่ขั้วหม้อแปลง = 15,200/(15,200 + 93,750) = 0.1395 หรือ 13.95%

คิดเป็นแรงดันไฟฟ้าเท่ากับ 580 V

ดังนั้นจะเหลือแรงดันไฟฟ้าขณะสตาร์ทมอเตอร์เท่ากับ 4,160 x 0.8605 = 3,580 V

ถ้ากำหนดให้แรงดันตกของหม้อแปลงควรมีค่าไม่ต่ำกว่า 10% หมายความว่ามอเตอร์ที่ใช้แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วขนาด 4,000 V จะยอมให้แรงดันไฟฟ้าตกลงต่ำสุดได้เท่ากับ 3,600 V ซึ่งกรณีนี้เท่ากับว่าหม้อแปลงไฟฟ้าที่มีขนาดกำลังไฟฟ้าเท่ากับ 7.5 MVA มีขนาดเล็กเกินไปสำหรับโหลดที่เป็นมอเตอร์ขนาด 2,000 แรงม้า ดังนั้นหม้อแปลงจะต้องมีขนาดกำลังไฟฟ้าลัดวงจรสามเฟส (Three-Phase Short Circuit Capacity) เท่ากับหรือ มากกว่า 10 เท่าของค่า 15,200 kVA หรือ 152,000 kVA เพื่อที่จะให้ได้แรงดันไฟฟ้าตกที่ 10% หรือน้อยกว่าลองเลือกหม้อแปลงขนาด 10,000 kVA ที่มีค่าอิมพีแดนซ์เท่ากับ 8.0% มาใช้ในกรณีนี้ดู พบว่าค่ากำลังไฟฟ้าลัดวงจรสามเฟสมีค่าเท่ากับ 125,000 kVA ซึ่งยังไม่เพียงพออยู่ดี ดังนั้นควรเลือกหม้อแปลงไฟฟ้าที่ขนาดกำลังไฟฟ้าเท่ากับ 12.5 MVA จึงน่าจะเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมแต่นั่น ก็หมายความว่าอัตราส่วนของกำลังไฟฟ้าของหม้อแปลงที่เลือกต่อมอเตอร์ที่ใช้ในกรณีนี้มีค่าเท่ากับ 12,500 kVA/2,000 kVA หรือประมาณ 6.25 หรือ 625% ของพิกัดกำลังไฟฟ้าของมอเตอร์เลยทีเดียว

                        5.2 แรงดันไฟฟ้าตก (Voltage Drop) สำหรับการสตาร์ทมอเตอร์ขนาดใหญ่ในกรณีที่สตาร์ทใช้หม้อ แปลงออโต้ (Auto-transformer Starter)

ลองพิจารณาที่โหลดขนาด 2,000 hp (โดยกำหนดให้มีค่า Starting kVA = 4.8 เท่าของพิกัด) โดยให้แรงดันที่65% tap ซึ่งจะมีค่ากระแสขณะสตาร์ทเท่ากับ 46% ของกระแสสตาร์ทหรือกำลังไฟฟ้าที่ปรากฏที่แรงดัน 100% พิกัด

วิธีวิเคราะห์

ค่ากำลังไฟฟ้าขณะมอเตอร์สตาร์ท = 46% ของ 2,000 kVA x 4.8 หรือ 4,416 kVA

แรงดันตกที่ขั้ว หม้อแปลงสามารถหาได้คือ

VD = 4,416/(4,416 + 93,750) = 0.045 หรือ 4.5%

หรือเท่ากับ 187.2 v

ดังนั้นจะมีแรงดันที่ขั้วมอเตอร์ขณะสตาร์ทเท่ากับ 3,972.8 v ซึ่งมีสูงกว่าค่าแรงดันตกที่กำหนดที่ 10% คือ 3,600v

ดังนั้นในกรณีนี้หม้อแปลงขนาด 7.5 MVA กลายมาเป็นเพียงพอกับการจ่ายโหลด 2,000 hp ถ้ามีการสตาร์ทโดยการลดแรงดัน