VFD ประหยัดไฟได้เท่าไร: คำนวณกับพัดลมและปั๊ม (อินเวอร์เตอร์)

มีคนในโรงงานเสนอให้ติด VFD (Variable Frequency Drive หรือตัวแปลงความถี่) ที่พัดลมหรือปั๊ม และข้อเสนอบอกว่าไฟจะลดลงครึ่งหนึ่ง เอกสารญี่ปุ่นเรียกอุปกรณ์เดียวกันนี้ว่า "อินเวอร์เตอร์" (inverter) และใส่ตัวเลขประหยัดเป็นเยนพร้อมสมมติฐานความถี่ 50 Hz หรือ 60 Hz

ก่อนนำตัวเลขเหล่านี้ไปใส่ในใบขออนุมัติ ต้องรู้ก่อนว่าตัวเลขใช้ได้ในเงื่อนไขไหน

คำตอบสั้น ๆ คือ ในทางทฤษฎี ถ้าลดความเร็วรอบพัดลมเหลือ 80% กำลังเพลาจะเหลือ 51.2% ของค่าพิกัด เพราะกำลังแปรตามความเร็วรอบกำลังสาม แต่ตัวเลขนี้สมมติว่าแรงต้านของระบบมาจากแรงเสียดทานล้วน ๆ

ถ้าระบบมีเฮดสถิต (static head) หรือเป็นโหลดแรงบิดคงที่ ผลประหยัดจะน้อยลง และเครื่องที่เดินที่ความเร็วพิกัดตลอดเวลาอาจใช้ไฟมากขึ้นด้วยซ้ำ

บทความนี้อธิบายชื่อเรียกสองแบบของอุปกรณ์นี้ กฎความคล้าย (Affinity Laws) การเทียบกับแดมเปอร์และวาล์วหรี่ และจุดที่เฮดสถิตทำให้กฎกำลังสามใช้ไม่ได้ จากนั้นมีวิธีคำนวณผลประหยัด 3 แบบ เช็กลิสต์ และคำถามที่ควรถามซัพพลายเออร์ญี่ปุ่น

สารบัญ

1. Inverter หรือ VFD: อุปกรณ์เดียว ชื่อเรียกสองแบบ
2. Affinity Laws: ทำไมกำลังลดตามกำลังสามของความเร็วรอบ
3. VFD เทียบกับแดมเปอร์หรือวาล์วหรี่
4. เฮดสถิต: จุดที่กฎกำลังสามใช้ไม่ได้
5. VFD คุ้มที่ไหน และไม่คุ้มที่ไหน
6. คำนวณผลประหยัดของ VFD: 3 วิธี
7. อ่านตัวเลขและสเปกจากญี่ปุ่น
8. ต้องตรวจอะไรก่อนติดตั้ง
9. นำไปใช้ได้ทันที: เช็กลิสต์ก่อนส่งตัวเลข
10. คำถามถึงซัพพลายเออร์ญี่ปุ่น
11. ข้อจำกัดของบทความนี้
12. คำถามที่พบบ่อย (FAQ)
13. แหล่งอ้างอิง

Inverter หรือ VFD: อุปกรณ์เดียว ชื่อเรียกสองแบบ

แบบ แค็ตตาล็อก และคู่มือประหยัดพลังงานของญี่ปุ่นมักเรียกอุปกรณ์นี้ว่าอินเวอร์เตอร์ (inverter, อ่านแบบญี่ปุ่นว่า inbata) ส่วนในสหรัฐฯ และอินเดียมักเห็นคำว่า VFD, VSD (variable speed drive) หรือ AC drive โดย VFD เป็นชนิดที่พบมากที่สุดของ VSD

บทความนี้ใช้คำว่า "VFD" ต่อไป ถ้าเอกสารญี่ปุ่นเขียนว่า inverter ในบริบทของมอเตอร์ ก็หมายถึงอุปกรณ์เดียวกัน ในโรงงานไทยก็มักเรียกว่า "อินเวอร์เตอร์" เช่นกัน

เหตุผลที่ต้องมี VFD มาจากสูตรเดียว ความเร็วซิงโครนัส (rpm) = 120 × ความถี่ ÷ จำนวนขั้ว มอเตอร์ 4 ขั้วจึงหมุนใกล้ 1,500 rpm ที่ 50 Hz และใกล้ 1,800 rpm ที่ 60 Hz

เมื่อใช้ไฟหลักที่ความถี่คงที่ มอเตอร์เหนี่ยวนำแทบจะหมุนที่ความเร็วเดียวเท่านั้น VFD แก้ข้อจำกัดนี้โดยสร้างไฟใหม่ส่งให้มอเตอร์ ดังรูปที่ 1

รูปที่ 1: VFD (อินเวอร์เตอร์) เปลี่ยนความเร็วรอบมอเตอร์อย่างไร

VFD แปลงไฟหลักเป็น DC ก่อน แล้วสร้างไฟ AC ที่ความถี่ตามต้องการส่งให้มอเตอร์

ภายในตัวไดรฟ์ AC จะถูกเรกติไฟเป็น DC และกรองด้วยคาปาซิเตอร์ จากนั้นสวิตช์เซมิคอนดักเตอร์จะสร้าง AC ที่ความถี่และแรงดันใหม่ อ้างอิงเอกสารของสมาคมผู้ผลิตเครื่องใช้ไฟฟ้าแห่งญี่ปุ่น (JEMA)

เมื่อความถี่ลดลง ไดรฟ์จะลดแรงดันตามสัดส่วนด้วย การควบคุมแบบ V/f คงที่ (constant V/f) นี้ช่วยให้ฟลักซ์แม่เหล็กในมอเตอร์คงที่ ขณะที่ความเร็วรอบเปลี่ยนไป

บทความนี้พูดถึงคู่ที่พบบ่อยที่สุดในโรงงาน คือมอเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟสกับ VFD

Affinity Laws: ทำไมกำลังลดตามกำลังสามของความเร็วรอบ

Affinity Laws (กฎความคล้าย เอกสารญี่ปุ่นเรียกว่า sojisoku) อธิบายว่าพัดลมหรือปั๊มหอยโข่งตอบสนองอย่างไรเมื่อความเร็วรอบเปลี่ยน อัตราการไหลแปรตามความเร็วรอบ ความดันแปรตามกำลังสอง และกำลังเพลาแปรตามกำลังสาม

กำลังเพลาแปรตามอัตราการไหลคูณความดัน กำลังหนึ่งกับกำลังสองจึงคูณกันเป็นกำลังสาม

เมื่อความเร็วรอบเปลี่ยนจาก N1 เป็น N2 จะได้ความสัมพันธ์ดังนี้

• อัตราการไหล: Q2 = Q1 × (N2/N1)
• ความดัน: P2 = P1 × (N2/N1)²
• กำลังเพลา: L2 = L1 × (N2/N1)³

รูปที่ 2 แสดงเส้นโค้งทั้งสามเส้น กระทรวงสิ่งแวดล้อมของญี่ปุ่น (MOE) ใช้ตัวอย่าง 80% เดียวกันในเอกสารแนะนำมาตรการ ส่วนกระทรวงพลังงานสหรัฐ (DOE) บอกว่าลดความเร็วรอบ 20% ลดกำลังไฟเข้าได้ราว 50%

รูปที่ 2: อัตราการไหล ความดัน และกำลังเพลา เทียบกับความเร็วรอบ (Affinity Laws)

ที่ความเร็วรอบ 80% อัตราการไหลเป็น 80% ความดันเป็น 64% และกำลังเพลาเป็น 51.2% ของค่าพิกัด

อัตราการไหล (กำลังหนึ่ง)ความดัน (กำลังสอง)กำลังเพลา (กำลังสาม)

กฎนี้สมมติว่าใช้ใบพัดตัวเดิม ความหนาแน่นของของไหลคงที่ ประสิทธิภาพที่แต่ละจุดทำงานใกล้เคียงกัน และแรงต้านมาจากแรงเสียดทานในท่อหรือท่อลมเท่านั้น (อัตราการไหลเป็นศูนย์ แรงต้านก็เป็นศูนย์) ถ้ามีแรงยกคงที่หรือแรงดันย้อนกลับ ความดันจะลดลงไม่สุด กำลังจึงลดช้ากว่ากำลังสาม

รูปที่ 2 เป็นเส้นโค้งในอุดมคติ ค่าที่วัดได้จากมิเตอร์จริงรวมความสูญเสียของมอเตอร์และไดรฟ์ไว้ด้วย และประสิทธิภาพตกลงเมื่อเดินรอบต่ำ ค่าที่วัดจึงสูงกว่าค่าคำนวณเล็กน้อย

DOE ระบุว่าประสิทธิภาพของ VFD ลดลงเมื่อโหลดลดลง โดยเฉพาะไดรฟ์ขนาดเล็ก

ความสูญเสียเหล่านี้มีผลน้อยกว่าที่คิด ในตัวอย่างของ DOE พัดลมดูดอากาศ 20 hp (ประมาณ 15 kW) ที่เดินครึ่งความเร็ว โดยมอเตอร์มีประสิทธิภาพ 77.8% และไดรฟ์ 86% ยังใช้เพียง 2.8 kW แทนที่จะเป็น 16.4 kW

โหลดแรงบิดแปรผันและโหลดแรงบิดคงที่

พัดลม ปั๊ม และโบลเวอร์เป็นโหลดแรงบิดแปรผัน (variable torque) แรงบิดลดลงตามกำลังสองของความเร็วรอบ กำลังจึงลดตามกำลังสาม เอกสารญี่ปุ่นเรียกโหลดชนิดนี้ว่า nijo teigen toruku fuka (โหลดแรงบิดลดตามกำลังสอง)

โหลดแรงบิดคงที่ (constant torque) ต่างออกไป แรงบิดแทบไม่เปลี่ยนที่ทุกความเร็ว กำลังจึงลดตามสัดส่วนของความเร็วรอบเท่านั้น

เครื่องในกลุ่มนี้ได้แก่ สายพานลำเลียง เอ็กซ์ทรูเดอร์ เครื่องผสม ปั๊มแบบ positive displacement และเครื่องอัดอากาศแบบสกรู กฎกำลังสามใช้กับเครื่องเหล่านี้ไม่ได้

VFD เทียบกับแดมเปอร์หรือวาล์วหรี่

เครื่องที่ไม่มี VFD มักลดอัตราการไหลโดยปิดแดมเปอร์ด้านออกของพัดลม หรือวาล์วด้านจ่ายของปั๊ม มอเตอร์ยังหมุนเกือบเต็มความเร็ว แต่มีแรงต้านเพิ่มเข้ามาเพื่อลดการไหล

พลังงานที่สูญเสียไปที่วาล์วยังรวมอยู่ในไฟที่เราจ่ายค่าไฟอยู่

VFD ลดเส้นโค้งของปั๊มหรือพัดลมลงมาเลย จึงไม่ต้องเพิ่มแรงต้าน คู่มือของ DOE ระบุว่าการควบคุมด้วยความเร็วรอบมีประสิทธิภาพกว่าวาล์วควบคุมเสมอ รูปที่ 3 แสดงว่าส่วนต่างอาจมากแค่ไหนในพัดลมหอยโข่งหนึ่งตัว

รูปที่ 3: ควบคุมด้วยแดมเปอร์/วาล์ว เทียบกับควบคุมด้วย VFD

ที่ปริมาณลม 80% เท่ากัน กำลังเพลาเป็น 95% เมื่อใช้แดมเปอร์ และ 51% เมื่อลดความเร็วรอบ

ควบคุมด้วยแดมเปอร์/วาล์วมอเตอร์ยังเดินเต็มความเร็ว แดมเปอร์หรือวาล์วเพิ่มแรงต้านเพื่อลดการไหล ความดันสูงขึ้น และพลังงานที่สูญเสียจากการหรี่กลายเป็นความร้อนและเสียงดัง กำลังเพลาประมาณ 95% ที่ปริมาณลม 80%

ควบคุมด้วย VFDลดความเร็วรอบเพื่อลดการไหล เพราะไม่มีแรงต้านเพิ่ม ความดันจึงลดลงด้วย และกำลังลดตามกำลังสามของความเร็วรอบ กำลังเพลาประมาณ 51% ที่ปริมาณลม 80% (ยังไม่รวมความสูญเสียของไดรฟ์)

ค่าเป็นของพัดลมหอยโข่งตามที่ MOE สมมติไว้ จากกราฟในแผ่นข้อมูลของศูนย์อนุรักษ์พลังงานแห่งญี่ปุ่น (ECCJ)

การหรี่ด้วยแดมเปอร์ยังประหยัดได้เล็กน้อย เพราะกำลังเพลาของพัดลมหอยโข่งลดลงบ้างตามอัตราการไหล แผ่นข้อมูลเดียวกันยังมีเส้นโค้งของแดมเปอร์ด้านดูด อินเลตเวน และฟลูอิดคัปปลิง

วิธีควบคุมเดิมที่ใช้อยู่ทำให้ผลประหยัดต่างกัน จึงต้องระบุให้ได้ก่อน ตารางต่อไปนี้สรุปความแตกต่าง

หัวข้อเปรียบเทียบ	ควบคุมด้วยแดมเปอร์/วาล์ว	ควบคุมด้วย VFD
วิธีลดอัตราการไหล	เพิ่มแรงต้าน	ลดความเร็วรอบ
ความเร็วรอบมอเตอร์	ใกล้เต็มความเร็ว	ลดลงตามอัตราการไหลที่ต้องการ
ความดัน	สูงขึ้นเมื่อหรี่มากขึ้น	ลดลงตามกำลังสองของความเร็วรอบ
กำลังเพลาที่ปริมาณลม 80% (ตัวอย่างพัดลมหอยโข่ง)	ประมาณ 95%	ประมาณ 51%
ค่าอุปกรณ์	ต่ำ: แค่แดมเปอร์หรือวาล์ว	ต้องมีไดรฟ์และงานติดตั้ง

เปรียบเทียบเดียวกันบนเส้นโค้งปั๊ม

ปั๊มทำงานที่จุดตัดของเส้นโค้งสมรรถนะปั๊มกับเส้นโค้งระบบ (system curve) การปิดวาล์วทำให้เส้นโค้งระบบชันขึ้น จุดทำงานจึงเลื่อนขึ้นไปทางซ้าย อัตราการไหลลดลงแต่เฮดสูงขึ้น

การลดความเร็วรอบทำให้เส้นโค้งปั๊มเลื่อนลงแทน จึงส่งน้ำปริมาณเท่าเดิมได้ที่เฮดต่ำกว่ามาก

รูปที่ 4 ใช้ตัวอย่างจาก J-Net21 ซึ่งเป็นเว็บไซต์สนับสนุน SME ที่รัฐบาลญี่ปุ่นหนุนหลัง ปั๊มในตัวอย่างมี shut-off head เท่ากับ 1.4 เท่าของเฮดพิกัด เฮดสถิตเท่ากับ 0.3 เท่าของเฮดพิกัด และลดการไหลเหลือครึ่งหนึ่งของพิกัด

รูปที่ 4: จุดทำงานเมื่อหรี่วาล์ว และเมื่อลดความเร็วรอบ

ที่การไหลครึ่งหนึ่ง การควบคุมด้วยวาล์วทำงานที่เฮด 1.3 ส่วนการควบคุมด้วย VFD ทำงานที่เฮด 0.475 (เฮดพิกัด = 1.0)

เส้นโค้งปั๊ม (ความเร็วรอบพิกัด)เส้นโค้งปั๊ม (หลังลดความเร็วรอบ)เส้นโค้งระบบเส้นโค้งระบบ (หลังหรี่วาล์ว)

แผนภาพเชิงสังเกตุที่วาดด้วยเงื่อนไขเดียวกับตัวอย่างของ J-Net21: shut-off head 1.4 เท่าของเฮดพิกัด เฮดสถิต 0.3 เท่าของเฮดพิกัด และลดการไหลเหลือครึ่งหนึ่งของพิกัด

ในตัวอย่างนี้ การควบคุมด้วยวาล์วต้องใช้กำลัง 65% ของพิกัด และการควบคุมด้วยความเร็วรอบใช้ 24% J-Net21 รายงานว่าประหยัดได้ 63%

ตัวเลข 63% นี้เทียบกับกรณีที่หรี่วาล์วอยู่ ไม่ได้เทียบกับกำลังพิกัด เมื่อเห็นเปอร์เซ็นต์ประหยัดในเอกสารญี่ปุ่น ให้ตรวจสอบเสมอว่าใช้ฐานเปรียบเทียบอะไร

เฮดสถิต: จุดที่กฎกำลังสามใช้ไม่ได้

เฮดรวมมีสองส่วน เฮดสถิต (static head, ในเอกสารญี่ปุ่นเรียก jitsu-yotei) คือความสูงที่ต้องยกของเหลวขึ้นไป หรือแรงดันย้อนกลับคงที่ที่ปลายทาง ส่วนเฮดจากแรงเสียดทานแปรตามกำลังสองของอัตราการไหล

ระบบหมุนเวียนแบบปิดมีแต่เฮดจากแรงเสียดทาน แรงต้านที่มาจากแรงเสียดทานล้วนคือเงื่อนไขที่กฎกำลังสามสมมติไว้

เฮดสถิตไม่เปลี่ยนไม่ว่าจะลดการไหลลงเท่าไร ส่วนนี้จึงลดไม่ได้ พัดลมก็เจอข้อจำกัดเดียวกันเมื่อปลายท่อลมต้องคงความดันสถิตค่าหนึ่งไว้

คู่มือของ DOE ระบุว่าการใช้ Affinity Laws คำนวณผลประหยัดในระบบที่มีเฮดสถิตเป็นความผิดพลาดที่พบบ่อย และอาจคลาดเคลื่อนมาก รูปที่ 5 แสดงขนาดของส่วนต่างที่การไหลครึ่งหนึ่ง

รูปที่ 5: กำลังที่ต้องใช้เมื่อลดการไหล เมื่อมีและไม่มีเฮดสถิต

ที่การไหล 50% กำลังที่ต้องใช้คือ 12.5% ตามกฎกำลังสามในอุดมคติ ประมาณ 24% เมื่อเฮดสถิตเป็น 30% ของเฮดพิกัด และ 65% เมื่อควบคุมด้วยวาล์ว

ควบคุมด้วยวาล์วควบคุมด้วยความเร็วรอบ (เฮดสถิต 0.3)ควบคุมด้วยความเร็วรอบ (เฮดสถิต 0 ตามกฎกำลังสามในอุดมคติ)

แผนภาพเชิงสังเกตุที่ใช้เงื่อนไขตัวอย่างของ J-Net21 (shut-off head 1.4 เฮดสถิต 0.3) โดยให้ประสิทธิภาพปั๊มคงที่ ในความเป็นจริงประสิทธิภาพลดลงเมื่อการไหลต่ำ กำลังจึงสูงกว่าที่แสดงไว้

การควบคุมด้วยความเร็วรอบยังดีกว่าวาล์ว แต่เส้นโค้งอยู่ห่างจากเส้นกำลังสามมาก J-Net21 ระบุว่าการควบคุมด้วยความเร็วรอบได้ผลดีที่สุดเมื่อเฮดสถิตต่ำและอัตราส่วนการไหลอยู่ที่ประมาณ 30–80% ในตัวอย่างของเขา ผลประหยัดสูงสุดอยู่ใกล้การไหล 60%

ความเร็วรอบต่ำสุด: ปั๊มยังต้องชนะเฮดสถิต

shut-off head ลดลงตามกำลังสองของความเร็วรอบ เมื่อต่ำกว่าเฮดสถิต ปั๊มจะส่งน้ำไม่ได้อีก และถ้าไม่มีเช็ควาล์วอาจเกิดน้ำไหลย้อนกลับ

ค่าประมาณเบื้องต้นของความเร็วรอบต่ำสุดคือรากที่สองของ (เฮดสถิต ÷ shut-off head)

ถ้า shut-off head เป็น 1.4 ตามตัวอย่างข้างบน ความเร็วรอบต่ำสุดจะประมาณ 46% เมื่อเฮดสถิตเป็น 0.3 และประมาณ 65% เมื่อเฮดสถิตเป็น 0.6 ตัวเลขนี้เป็นการคำนวณของเราเอง ค่าต่ำสุดจริงสูงกว่านี้ ซัพพลายเออร์ปั๊มควรกำหนดค่าจากเส้นโค้งที่ความเร็วรอบต่ำและอัตราการไหลต่อเนื่องต่ำสุด

เมื่อมีเฮดสถิต อัตราการไหลลดเร็วกว่าความเร็วรอบด้วย ในแบบจำลองเดียวกัน การไหลครึ่งหนึ่งต้องใช้ความเร็วรอบประมาณ 64% เมื่อเฮดสถิตเป็น 0.3 และประมาณ 76% เมื่อเป็น 0.6 ดังนั้นในระบบแบบนี้ อย่าสมมติว่าอัตราส่วนการไหลเท่ากับอัตราส่วนความเร็วรอบ

สำหรับระบบจ่ายน้ำที่ต้องการเฮดรวมสูง MOE แนะนำให้ควบคุมการไหลด้วยการควบคุมจำนวนปั๊ม (pump staging หรือ daisu seigyo ในภาษาญี่ปุ่น) แทนการลดความเร็วรอบ เพราะเมื่อลดรอบแล้วเฮดอาจไม่พอ

อีกทางเลือกคือใช้การเพิ่ม–ลดจำนวนปั๊มปรับหยาบ แล้วใช้ VFD ปรับละเอียด

VFD คุ้มที่ไหน และไม่คุ้มที่ไหน

ผลลัพธ์ขึ้นกับสามเรื่องเป็นหลัก ได้แก่ ชนิดของโหลด การไหลแปรผันมากแค่ไหน และแรงต้านมาจากอะไร ผู้สมัครที่ดีที่สุดคือเครื่องแบบแรงบิดแปรผันที่เดินหรี่ไว้นานหลายชั่วโมงและแรงต้านส่วนใหญ่มาจากแรงเสียดทาน รูปที่ 6 จัดกลุ่มเครื่องที่พบบ่อย

รูปที่ 6: VFD ประหยัดได้มากที่ไหน และน้อยที่ไหน

แม้เป็นพัดลมและปั๊มเหมือนกัน ผลก็ต่างกัน ขึ้นกับวิธีเดินเครื่องและที่มาของแรงต้าน

ประหยัดได้มาก

พัดลม HVAC และระบายอากาศปริมาณลมที่ต้องการเปลี่ยนตามฤดูกาลและช่วงเวลา

ปั๊มหมุนเวียนระบบปิดน้ำหล่อเย็นหรือน้ำเย็น/น้ำร้อน แรงต้านส่วนใหญ่มาจากแรงเสียดทานในท่อ

พัดลมระบายไอเสียเตาและหม้อไอน้ำปรับปริมาณลมตามโหลดการเผาไหม้ได้

เครื่องที่หรี่ไว้แดมเปอร์หรือวาล์วเปิดครึ่งหนึ่งหรือน้อยกว่า เป็นเวลานาน

ประหยัดได้น้อย

ยกน้ำที่มีเฮดสถิตสูงบ่อลึกหรือจ่ายน้ำขึ้นชั้นสูง เฮดสำหรับการยกไม่ลดลง

เดินที่ความเร็วพิกัดตลอดไม่มีที่ให้ลดรอบ จึงมีแต่ความสูญเสียจากการแปลงไฟเพิ่มขึ้น

โหลดแรงบิดคงที่สายพานลำเลียงและเอ็กซ์ทรูเดอร์ กำลังลดตามสัดส่วนของความเร็วรอบเท่านั้น

ต้องการความดันคงที่เช่น ระบบจ่ายน้ำที่ต้องคงความดันปลายท่อ มีที่ให้ลดรอบน้อย

เครื่องที่เดินใกล้อัตราการไหลพิกัดไม่มีที่ให้ลดความเร็ว และความสูญเสียจากการแปลงไฟของไดรฟ์จะบวกเข้ามาในค่าไฟ MOE จึงแนะนำให้สลับไปใช้ไฟหลักจากการไฟฟ้า (shoyo dengen ในภาษาญี่ปุ่น) เมื่อปั๊มเดินที่อัตราการไหลพิกัด

การจัดวงจรแบบนี้มักเรียกว่า VFD bypass และควรให้วิศวกรไฟฟ้าที่มีคุณสมบัติเป็นผู้ออกแบบ

คำนวณผลประหยัดของ VFD: 3 วิธี

เริ่มจากสิ่งที่เครื่องใช้อยู่จริงวันนี้ ไม่ใช่จากค่าบน nameplate มอเตอร์มักเดินต่ำกว่าโหลดพิกัด ถ้าเอา kW พิกัดมาเป็นกำลังที่ใช้จริง ผลประหยัดจะสูงเกินจริง

J-Net21 จึงคูณด้วยอัตราโหลด (load factor, fukaritsu) 90% และค่าที่อ่านจากมิเตอร์ไฟฟ้าดีกว่านั้นอีก

รูปที่ 7 แสดงลำดับโดยรวม สูตรที่ใช้ในขั้นที่ 3 ขึ้นกับวิธีควบคุมปัจจุบันและเฮดสถิต

รูปที่ 7: ประเมินผลประหยัดของ VFD ใน 5 ขั้นตอน

แปลงข้อมูลที่บันทึกจากหน้างานเป็น kWh ด้วยอัตราส่วนความเร็วรอบหรือกำลังที่ถูกต้อง และประสิทธิภาพ แล้วคูณด้วยค่าไฟต่อหน่วย

01บันทึกสภาพปัจจุบันตำแหน่งแดมเปอร์หรือวาล์ว ความแปรผันของการไหลและความดัน และค่ากระแสหรือค่าจากมิเตอร์ไฟฟ้า

02กำหนดชั่วโมงเดินเครื่องจำนวนวันต่อปี × ชั่วโมงต่อวัน ถ้ารู้ชั่วโมงที่เดินในแต่ละอัตราการไหล ให้คำนวณแยกกัน

03ใช้อัตราส่วนกำลังเลือกวิธี A, B หรือ C ด้านล่าง อัตราส่วนการไหล = อัตราส่วนความเร็วรอบ ใช้ได้เฉพาะเมื่อไม่มีเฮดสถิต

04หารด้วยประสิทธิภาพหารด้วยประสิทธิภาพมอเตอร์เมื่อจำเป็น และประสิทธิภาพไดรฟ์ (90–95% ในตัวอย่างสาธารณะ)

05คูณด้วยค่าไฟต่อหน่วยคูณส่วนต่าง kWh ด้วยค่าไฟต่อ kWh ของคุณ

ตรวจสอบวัดผลหลังติดตั้งเทียบ kWh ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน และใช้ส่วนต่างปรับปรุงการประเมินครั้งต่อไป

ถ้ามีเฮดสถิตหรือแรงดันย้อนกลับคงที่ ผลประหยัดจะน้อยกว่าที่กฎกำลังสามทำนาย

วิธี A: วาล์วเปิดเต็มที่ แรงต้านมาจากแรงเสียดทานล้วน

ใช้วิธีนี้เมื่อวาล์วหรือแดมเปอร์เปิดเต็มอยู่แล้ว เฮดสถิตใกล้ศูนย์ และต้องการแค่ลดการไหล

kWh ใหม่ = kWh ปัจจุบัน × (อัตราส่วนความเร็วรอบ)³ ÷ ประสิทธิภาพไดรฟ์

J-Net21 คำนวณตัวอย่างปั๊มน้ำหล่อเย็น 37 kW (ประมาณ 50 hp) ประสิทธิภาพ 92.5% (ในที่นี้ตีความเป็นประสิทธิภาพมอเตอร์) อัตราโหลด 90% เดินวันละ 24 ชั่วโมง ปีละ 310 วัน ปัจจุบันใช้ประมาณ 267,800 kWh

ที่ความเร็วรอบ 85% และประสิทธิภาพไดรฟ์ 95% จะได้ 267,800 × 0.85³ ÷ 0.95 หรือประมาณ 173,100 kWh ประหยัดได้ประมาณ 94,700 kWh ต่อปี หรือราว 35%

ที่ 22.0 เยนต่อ kWh J-Net21 คำนวณได้ประมาณ 2.08 ล้านเยน ตัวอย่างนี้สมมติเฮดสถิต 0 m จึงถือเป็นกรณีที่ดีที่สุด

วิธี B: ตอนนี้หรี่ด้วยแดมเปอร์หรือวาล์วอยู่

ค่าที่อ่านได้ตอนนี้รวมความสูญเสียจากการหรี่ไว้แล้ว จึงอย่าเอามาคูณกำลังสามของความเร็วรอบตรง ๆ ให้ใช้อัตราส่วนระหว่างสองวิธีควบคุมที่อัตราการไหลเดียวกัน อ่านจากเส้นโค้งพัดลมหรือแผ่นข้อมูล

kWh ใหม่ = kWh ปัจจุบัน × (อัตราส่วนกำลังเพลาของ VFD ÷ อัตราส่วนกำลังเพลาของวิธีหรี่) ÷ ประสิทธิภาพไดรฟ์

MOE จำลองพัดลมระบายอากาศ 22 kW (ประมาณ 30 hp) ที่ปริมาณลม 80% เดินปีละ 6,480 ชั่วโมง ประสิทธิภาพมอเตอร์ 95% และไดรฟ์ 90% คำนวณปัจจุบันได้ 142,600 kWh

เมื่ออัตราส่วนกำลังเพลาเป็น 51% และ 95% ผลคือ 142,600 × (51 ÷ 95) ÷ 0.90 หรือประมาณ 85,000 kWh ประหยัดได้ประมาณ 57,600 kWh ต่อปี หรือราว 40%

ค่า 95% และ 51% มาจากกราฟเดียวของแดมเปอร์บนพัดลมหอยโข่ง การควบคุมแบบอื่นมีเส้นโค้งของตัวเอง

วิธี C: ระบบที่มีเฮดสถิต

เมื่อมีเฮดสถิต ให้ประเมินกำลังจากอัตราการไหลและเฮด ไม่ใช่จากความเร็วรอบ กำหนดให้ hs เป็นสัดส่วนเฮดสถิตต่อเฮดพิกัด และ Q เป็นอัตราส่วนการไหล เฮดบนเส้นโค้งระบบคือ hs + (1 − hs) × Q²

อัตราส่วนกำลัง ≈ Q × (hs + (1 − hs) × Q²) แล้วหารด้วยประสิทธิภาพไดรฟ์

ตารางต่อไปนี้ใช้สูตรนี้ ที่การไหล 50% ค่าของวาล์วและ hs = 0.3 ตรงกับตัวอย่างของ J-Net21 ซึ่งปัด 23.8% เป็น 24% ค่าอื่นเป็นการคำนวณของเราเองจากแบบจำลองเดียวกัน

การไหล	ควบคุมด้วยวาล์ว	VFD, hs = 0 (กฎกำลังสาม)	VFD, hs = 0.3	VFD, hs = 0.6
90%	96.8%	72.9%	78.0%	83.2%
80%	91.5%	51.2%	59.8%	68.5%
70%	84.3%	34.3%	45.0%	55.7%
60%	75.4%	21.6%	33.1%	44.6%
50%	65.0%	12.5%	23.8%	35.0%

ให้มองคอลัมน์ VFD ว่าเป็นค่าในแง่ดี คู่มือของ DOE เตือนว่าในระบบที่เฮดสถิตสูง การลดความเร็วรอบเพียงเล็กน้อยจะลดทั้งการไหลและประสิทธิภาพปั๊มลงมาก

ถ้าต้องการตัวเลขที่จะยืนยันในใบขออนุมัติ ให้ขอเส้นโค้งปั๊มที่ความเร็วรอบต่ำพร้อมประสิทธิภาพจากซัพพลายเออร์

แปลง kWh เป็นเงินตามค่าไฟของคุณ

ให้ถือ kWh เป็นผลลัพธ์หลัก เพราะตัวเลขเงินเยนในตัวอย่างญี่ปุ่นนำมาใช้ตรง ๆ ไม่ได้ ตัวอย่างพัดลมของ MOE ใช้ 22.76 เยนต่อ kWh

ตารางต่อไปนี้ใช้ค่าไฟอื่นกับ 57,600 kWh เดียวกัน ค่าไฟในตารางเป็นตัวเลขสมมติ ไม่ใช่ราคาตลาด ให้แทนด้วยค่าไฟจากบิลของโรงงานคุณ

ค่าไฟต่อ kWh	ประหยัดต่อปีจาก 57,600 kWh
22.76 เยน (ตัวอย่างของ MOE)	ประมาณ 1.31 ล้านเยน
4.00 บาท (ตัวเลขสมมติ)	230,400 บาท
0.10 ดอลลาร์สหรัฐ (ตัวเลขสมมติ)	5,760 ดอลลาร์สหรัฐ
ค่าไฟของคุณ: ____	57,600 × ค่าไฟของคุณ

ให้ถามฝ่ายบัญชีว่าต้องใช้ค่าไฟตัวไหนในการขออนุมัติ J-Net21 ใช้ค่าไฟเฉลี่ยที่รวมค่าพื้นฐานแล้ว แต่ค่าใช้จ่ายคงที่อาจไม่ลดตาม kWh

ระยะเวลาคืนทุนแบบง่ายคือ ค่าติดตั้งทั้งหมด ÷ ผลประหยัดต่อปี ค่าติดตั้งควรรวมไดรฟ์ งานติดตั้ง รีแอกเตอร์หรือฟิลเตอร์ (ถ้ามี) และการเปลี่ยนมอเตอร์ (ถ้ามี) โดยให้ใช้ตัวเลขจากใบเสนอราคา

หลังติดตั้ง ให้เทียบ kWh ที่วัดได้ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน ส่วนต่างระหว่างค่าประเมินกับค่าที่วัดจริงจะช่วยให้การประเมินครั้งต่อไปแม่นขึ้น

อ่านตัวเลขและสเปกจากญี่ปุ่น

ญี่ปุ่นใช้ไฟสองความถี่ คือ 50 Hz ทางตะวันออก รวมโตเกียว และ 60 Hz ทางตะวันตก รวมโอซากา เครื่องที่ผลิตในญี่ปุ่นจึงอาจถูกออกแบบเป็น 50 Hz หรือ 60 Hz และความถี่ต้นทางอาจไม่ตรงกับโรงงานของคุณ

ประเทศไทยใช้ 50 Hz เครื่องที่ออกแบบมาสำหรับ 60 Hz จึงต้องตรวจสอบก่อนใช้งาน

กฎกำลังสามทำให้เรื่องนี้สำคัญจริง เครื่องหอยโข่งที่ออกแบบสำหรับ 50 Hz แล้วไปเดินที่ 60 Hz จะหมุนเร็วขึ้น 20% และต้องใช้กำลังเพลาเพิ่มประมาณ 73% (1.2³ = 1.73)

เครื่องที่ออกแบบสำหรับ 60 Hz แล้วมาเดินที่ 50 Hz จะหมุนช้าลงประมาณ 17% ได้กำลังประมาณ 58% และความดันประมาณ 69% ของเดิม ให้ยืนยันความถี่พิกัดก่อนเทียบตัวเลขใดก็ตาม

อัตราส่วนเหล่านี้เป็นการคำนวณของเราเองจาก Affinity Laws ควรถามซัพพลายเออร์ว่าเครื่องและมอเตอร์ใช้กับความถี่ของคุณได้หรือไม่

ตารางนี้เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับความแตกต่างระหว่างประเทศ

ประเทศ/พื้นที่	ความถี่ไฟหลัก	ข้อกำหนดเรื่อง Harmonics ที่ควรเริ่มดู
ญี่ปุ่น	50 Hz (ตะวันออก), 60 Hz (ตะวันตก)	แนวทางปี 1994 สำหรับผู้ใช้ไฟแรงสูง พร้อมแนวทางเทคนิค JEAG 9702
ไทย	50 Hz	ยืนยันกับ PEA หรือ MEA (ยังไม่ได้ตรวจสอบในบทความนี้)
สหรัฐฯ	60 Hz	IEEE 519-2022 ยืนยันข้อกำหนดของการไฟฟ้าอีกครั้ง
เวียดนาม อินโดนีเซีย มาเลเซีย อินเดีย	50 Hz	ยืนยันกับการไฟฟ้าของประเทศนั้น
ฟิลิปปินส์	60 Hz	ยืนยันกับการไฟฟ้าของประเทศนั้น

คำเหล่านี้พบบ่อยในเอกสารประหยัดพลังงานและสเปกของญี่ปุ่น

คำที่เขียนเป็นโรมะจิ	ภาษาไทย	English
sho-ene	การประหยัดพลังงาน	Energy saving
jiku-doryoku	กำลังเพลา	Shaft power
kaitensu seigyo	การควบคุมด้วยความเร็วรอบ	Speed control
jitsu-yotei / zen-yotei	เฮดสถิต / เฮดรวม	Static head / total head
furyo	ปริมาณลม	Airflow
shoyo dengen	ไฟหลักจากการไฟฟ้า	Line (utility) power
kochoha	ฮาร์มอนิก	Harmonics

มอเตอร์ Top Runner และการตั้งความถี่

ตั้งแต่เดือนเมษายน 2015 ญี่ปุ่นกำหนดให้มอเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟสสำหรับอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ต้องผ่านมาตรฐาน Top Runner ซึ่งสำนักงานพลังงานระหว่างประเทศ (IEA) อธิบายว่าอยู่ในระดับ IE3

ในสหรัฐฯ มักถือว่า NEMA Premium ใกล้เคียงกับ IE3 แต่ควรตรวจประสิทธิภาพจากแผ่นข้อมูล ไม่ควรถือว่าป้ายชื่อเหล่านี้เหมือนกันทุกประการ ส่วนข้อกำหนดของไทย ให้ตรวจสอบจากข้อกำหนดที่บังคับใช้และข้อมูลจากผู้ผลิต

สมาคมอุปกรณ์การผลิตเซมิคอนดักเตอร์แห่งญี่ปุ่น (SEAJ) ระบุว่ามอเตอร์เหล่านี้มี slip น้อยกว่าและหมุนเร็วขึ้นเล็กน้อย และแนะนำให้ตรวจหรือปรับการตั้งค่าของ VFD ที่ใช้คู่กัน

เนื่องจากกำลังเพิ่มตามกำลังสามของความเร็วรอบ เมื่อเปลี่ยนมอเตอร์และติด VFD ไปพร้อมกัน ให้ขอให้ซัพพลายเออร์หรือวิศวกรที่มีคุณสมบัติตรวจการตั้งความถี่ด้วย

ต้องตรวจอะไรก่อนติดตั้ง

VFD ไม่ได้คุ้มเสมอไป กับเครื่องที่ไม่เหมาะ อาจทำให้การไหลไม่พอ มอเตอร์ร้อนเกิน หรือสั่นสะเทือน ให้ตรวจตามลำดับ ได้แก่ ข้อมูลการเดินเครื่อง ข้อจำกัดของกระบวนการ ข้อจำกัดของมอเตอร์และกลไก แล้วจึงระบบไฟฟ้า

ข้อมูลการเดินเครื่องและข้อจำกัดของกระบวนการ

บันทึกตำแหน่งแดมเปอร์หรือวาล์ว ความแปรผันของการไหลและความดัน และชั่วโมงเดินเครื่อง เป็นเวลา 1 สัปดาห์ถึง 1 เดือน เครื่องที่เปิดเกือบเต็มอยู่ตลอดจะประหยัดได้น้อย

คู่มือของ DOE แนะนำ duration diagram ซึ่งแสดงชั่วโมงต่อปีที่เดินในแต่ละอัตราการไหล เพื่อคำนวณแต่ละเงื่อนไขแล้วรวมกัน

จากนั้นยืนยันอัตราการไหลและความดันต่ำสุดที่กระบวนการต้องการ ความดันลดตามกำลังสองของความเร็วรอบ MOE ชี้ว่าการไหล 90% หมายถึงความดันด้านจ่ายลดลง 19% ความดันที่ปลายท่อต้องการจะเป็นตัวกำหนดว่าลดรอบได้ต่ำสุดเท่าไร

ความเร็วรอบต่ำสุด การระบายความร้อน และการสั่นสะเทือน

มอเตอร์เหนี่ยวนำส่วนใหญ่ระบายความร้อนด้วยพัดลมที่ติดบนเพลา การเดินรอบต่ำนาน ๆ จึงทำให้ลมระบายความร้อนลดลง ให้ถามผู้ผลิตถึงช่วงความเร็วรอบที่เดินต่อเนื่องได้ และต้องมีพัดลมระบายความร้อนแยกหรือไม่

การเปลี่ยนความเร็วรอบยังเพิ่มโอกาสที่จะชนความถี่เรโซแนนซ์ของโครงสร้างในช่วงที่เดินเครื่อง ไดรฟ์จำนวนมากมีฟังก์ชันข้ามช่วงความถี่ จึงควรตรวจแรงสั่นสะเทือนและเสียงตอนทดสอบเดินเครื่อง

พัดลมยังมีความเสี่ยงที่จะเดินไม่เสถียร เช่น surging ในบางช่วงความเร็ว

ฉนวนมอเตอร์และตำแหน่งติดตั้งไดรฟ์

คู่มือของ DOE ระบุว่า VFD ใช้กับมอเตอร์เดิมส่วนใหญ่ในระบบ 400 V ได้ ซึ่งโดยทั่วไปไม่เป็นอย่างนั้นในสหรัฐฯ และพื้นที่ที่สูงกว่า 440 V ที่มักต้องใช้มอเตอร์ "inverter duty" ที่เสริมฉนวน

สายเคเบิลยาวอาจทำให้แรงดันที่ขั้วมอเตอร์สูงขึ้น และมอเตอร์ขนาดใหญ่อาจเกิดความเสียหายที่แบริ่งจากแรงดันที่เพลา ระบบไฟของโรงงานไทยมักอยู่ที่ราว 380/400 V จึงควรยืนยันกับผู้ผลิตมอเตอร์ว่ามอเตอร์ตัวเดิมรองรับ VFD หรือไม่

มีสองมาตรฐานที่ควรเอ่ยชื่อเมื่อถามเรื่องนี้ คือ NEMA MG 1 Part 31 สำหรับมอเตอร์ที่รองรับ inverter และ IEC TS 60034-25:2022 เป็นแนวทางสำหรับเครื่องที่ป้อนด้วยคอนเวอร์เตอร์

ตรวจตำแหน่งติดตั้งไดรฟ์ด้วย อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทนต่อพื้นที่กัดกร่อนและชื้นได้ไม่ดี และคู่มือ DOE ระบุว่าโดยปกติไม่สามารถใช้ VFD ในบรรยากาศที่อาจระเบิดได้

ฮาร์มอนิกและระบบไฟฟ้า

การชาร์จคาปาซิเตอร์กรองของไดรฟ์ทำให้กระแสด้านเข้าบิดเบี้ยว เกิดฮาร์มอนิกที่ความถี่เป็นจำนวนเต็มเท่าของความถี่ไฟหลัก ในสหรัฐฯ มักอ้างอิง IEEE 519-2022 ซึ่งกำหนดขีดจำกัดที่จุดต่อร่วม (point of common coupling) ระหว่างการไฟฟ้ากับผู้ใช้ ไม่ได้กำหนดที่ไดรฟ์แต่ละตัว

บทสรุปที่เผยแพร่ของฉบับปี 2022 ให้ขีดจำกัด THD ของแรงดันที่ 8% สำหรับ 1 kV ลงไป และ 5% สำหรับสูงกว่า 1 kV ถึง 69 kV ส่วนขีดจำกัดของกระแสขึ้นกับอัตราส่วนกระแสลัดวงจรต่อกระแสโหลด ควรตรวจค่าเหล่านี้กับตัวมาตรฐานจริง

ในญี่ปุ่นมีแนวทางปี 1994 สำหรับผู้ใช้ไฟแรงสูงและแรงสูงพิเศษ ควบคู่กับ JEAG 9702 และแค็ตตาล็อกไดรฟ์ของญี่ปุ่นมีตัวคูณแปลงค่าสำหรับการคำนวณ มาตรการลดฮาร์มอนิกมี AC หรือ DC รีแอกเตอร์ และคอนเวอร์เตอร์แบบ PWM

สำหรับประเทศไทย ให้ถามวิศวกรไฟฟ้าและการไฟฟ้าเขตของคุณ (PEA หรือ MEA) เรื่องข้อกำหนดฮาร์มอนิก เพราะฮาร์มอนิกส่งผลต่อคาปาซิเตอร์ปรับปรุงเพาเวอร์แฟกเตอร์ด้วย

นำไปใช้ได้ทันที: เช็กลิสต์ก่อนส่งตัวเลข

ใช้รายการนี้ตรวจข้อเสนอ VFD ทั้งของตัวเองและของผู้ขาย

• ชนิดโหลด: พัดลมหรือปั๊มหอยโข่งแบบแรงบิดแปรผัน ไม่ใช่เครื่องแรงบิดคงที่
• การควบคุมปัจจุบัน: แดมเปอร์ด้านออก แดมเปอร์ด้านดูด เวน วาล์ว หรือเปิดเต็ม
• ฐานเปรียบเทียบ: kW หรือ kWh ที่วัดจริง ไม่ใช่ kW บน nameplate
• รูปแบบการไหล: ชั่วโมงต่อปีที่แต่ละอัตราการไหล จากข้อมูลที่บันทึก
• เฮดสถิต: สัดส่วนต่อเฮดพิกัด และวิธีคำนวณที่ตรงกัน (A, B หรือ C)
• ข้อจำกัดของกระบวนการ: อัตราการไหลต่ำสุด ความดันต่ำสุด และเฮดที่ต้องการที่ปลายท่อ
• ประสิทธิภาพ: ของไดรฟ์และมอเตอร์ที่โหลดบางส่วนจริง ไม่ใช่เฉพาะที่โหลดเต็ม
• ความถี่พิกัด: 50 Hz หรือ 60 Hz ของเครื่อง มอเตอร์ และโรงงานของคุณ
• มอเตอร์: รองรับ VFD การระบายความร้อนที่รอบต่ำ และการป้องกันแบริ่งในมอเตอร์ขนาดใหญ่
• ไฟฟ้า: การตรวจฮาร์มอนิก คาปาซิเตอร์ ความยาวสายเคเบิล และตำแหน่งติดตั้งไดรฟ์
• การเงิน: ค่าไฟต่อ kWh ของคุณ ค่าติดตั้งทั้งหมด และระยะเวลาคืนทุนแบบง่าย
• การตรวจสอบผล: แผนเทียบ kWh ที่วัดได้ก่อนและหลังติดตั้ง

คำถามถึงซัพพลายเออร์ญี่ปุ่น

ถ้าเครื่องหรือตัวเลขประหยัดมาจากญี่ปุ่น ให้ส่งคำถามเหล่านี้ตั้งแต่เนิ่น ๆ เขียนไว้ให้คัดลอกไปใส่อีเมลได้

• ความถี่พิกัดของเครื่องและมอเตอร์คือเท่าไร ขอเส้นโค้งสมรรถนะที่ 50 Hz และ 60 Hz
• ขอเส้นโค้งสมรรถนะที่ความเร็วรอบต่ำ พร้อมประสิทธิภาพและอัตราการไหลต่อเนื่องต่ำสุด
• ช่วงความเร็วรอบที่เดินต่อเนื่องได้คือเท่าไร ต้องมีการระบายความร้อนมอเตอร์แยกที่รอบต่ำหรือไม่
• มอเตอร์รองรับการใช้กับ VFD หรือไม่ ตามมาตรฐานอะไร (เช่น NEMA MG 1 Part 31 หรือ IEC TS 60034-25)
• ประสิทธิภาพของไดรฟ์ที่โหลดบางส่วนเป็นเท่าไร ไดรฟ์มี AC หรือ DC รีแอกเตอร์ในตัวหรือไม่ ให้ข้อมูลฮาร์มอนิกอะไรได้บ้าง
• ช่วงความเร็วรอบไหนที่ควรหลีกเลี่ยงเพราะเรโซแนนซ์หรือเดินไม่เสถียร
• ตัวเลขประหยัดพลังงานของคุณใช้วิธีควบคุมเดิมแบบไหน เฮดสถิตเท่าไร ประสิทธิภาพไดรฟ์ ชั่วโมงเดินเครื่อง และค่าไฟเท่าไร
• การติด VFD เพิ่มภายหลังกระทบการรับประกันของเครื่องนี้หรือไม่

ถ้าซัพพลายเออร์สะดวกอ่านภาษาอังกฤษ ใช้ประโยคตัวอย่างนี้ได้ "Please state the baseline control method, static head, drive efficiency, run hours and electricity rate behind your energy-saving figure, and send the pump or fan curves at 50 Hz and at reduced speed."

ข้อจำกัดของบทความนี้

• ตัวอย่างคำนวณมาจากคู่มือสาธารณะของญี่ปุ่นและใช้ค่าสมมติ ไม่ใช่ผลที่วัดจริงหรือค่าที่รับประกัน
• วิธี C สมมติประสิทธิภาพปั๊มคงที่ ผลประหยัดจริงจะต่ำกว่านี้เมื่อประสิทธิภาพลดลงที่การไหลต่ำ
• การคำนวณความเร็วรอบต่ำสุดเป็นค่าประมาณเบื้องต้น เส้นโค้งของซัพพลายเออร์มีน้ำหนักมากกว่า
• ปั๊มแบบ positive displacement เครื่องอัดอากาศ และเครื่องแรงบิดคงที่อื่น ๆ ต้องวิเคราะห์แบบอื่น
• ขีดจำกัดฮาร์มอนิกและมาตรฐานมอเตอร์สรุปจากแหล่งรอง ให้ตรวจกับมาตรฐานฉบับปัจจุบันและกฎของการไฟฟ้า ข้อกำหนดของไทยยังไม่ได้ตรวจสอบในบทความนี้
• ค่าไฟ โครงสร้างอัตรา และมาตรการส่งเสริมต่างกันตามประเทศและโรงงาน บทความนี้ไม่ครอบคลุมเรื่องเหล่านี้

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

VFD ประหยัดไฟกับพัดลมหรือปั๊มได้เท่าไร

ไม่มีเปอร์เซ็นต์เดียวที่ใช้ได้กับทุกเครื่อง ตัวอย่างสาธารณะของญี่ปุ่นแสดงประมาณ 40% สำหรับพัดลม 22 kW ที่เปลี่ยนจากแดมเปอร์เป็น VFD ที่ปริมาณลม 80% เท่ากัน และประมาณ 35% สำหรับปั๊ม 37 kW ที่ความเร็วรอบ 85% ผลของคุณขึ้นกับวิธีควบคุมปัจจุบัน รูปแบบการไหล และเฮดสถิต

Affinity Laws ใช้ได้ไหมเมื่อปั๊มมีเฮดสถิต

ใช้คำนวณผลประหยัดของระบบไม่ได้ กฎยังอธิบายการเลื่อนของเส้นโค้งปั๊มตามความเร็วรอบ แต่เส้นโค้งระบบไม่ได้เริ่มที่ศูนย์ การไหลจึงไม่ลดตามความเร็วรอบ ในตัวอย่างของ J-Net21 ที่การไหล 50% กำลังเป็นประมาณ 24% ของพิกัด ไม่ใช่ 12.5% ตามกฎกำลังสาม

ติด VFD กับพัดลมที่เดินเต็มความเร็วตลอดจะประหยัดไฟไหม

ไม่ประหยัด เมื่อไม่มีที่ให้ลดความเร็ว ความสูญเสียจากการแปลงไฟของไดรฟ์ทำให้ใช้ไฟมากขึ้น MOE แนะนำให้ปั๊มที่เดินอัตราการไหลพิกัดใช้ไฟหลักแทน ซึ่งเป็นงานที่วิศวกรไฟฟ้าต้องออกแบบ

ตัว VFD เองสูญเสียกำลังเท่าไร

ตัวอย่างสาธารณะของญี่ปุ่นสมมติประสิทธิภาพไดรฟ์ 90–95% DOE ระบุว่าประสิทธิภาพลดลงเมื่อโหลดลดลง โดยเฉพาะไดรฟ์ขนาดเล็ก จึงควรขอค่าที่โหลดบางส่วนจากซัพพลายเออร์

ควรใช้ VFD หรือการควบคุมจำนวนปั๊ม

VFD เหมาะกับระบบที่เฮดสถิตต่ำและแรงต้านส่วนใหญ่มาจากแรงเสียดทาน สำหรับระบบที่ต้องการเฮดรวมสูง เช่น จ่ายน้ำขึ้นที่สูง MOE แนะนำการควบคุมจำนวนปั๊ม การใช้จำนวนปั๊มปรับหยาบแล้วใช้ VFD ปรับละเอียดก็เป็นอีกทางเลือก

แหล่งอ้างอิง

• Affinity Laws ของพัดลม การเทียบกับแดมเปอร์ และตัวอย่างพัดลม 22 kW: กระทรวงสิ่งแวดล้อมของญี่ปุ่น "การติดตั้งพัดลมดูดอากาศแบบปรับปริมาณลมได้" (ภาษาญี่ปุ่น) อ้างอิงแผ่นข้อมูลของ ECCJ
• การไหล ความดัน และกำลังของปั๊ม เฮดสถิต การควบคุมจำนวนปั๊ม ไฟหลักที่อัตราการไหลพิกัด: กระทรวงสิ่งแวดล้อมของญี่ปุ่น "การปรับอัตราการไหลและความดันของปั๊มจ่ายและระบายน้ำให้เหมาะสม" (ภาษาญี่ปุ่น)
• การควบคุมด้วยวาล์วและตัวอย่างปั๊มน้ำหล่อเย็น 37 kW: J-Net21 การปรับความเร็วรอบปั๊มและโบลเวอร์ ตอนที่ 2 (ภาษาญี่ปุ่น)
• ปั๊มที่มีเฮดสถิต ตัวอย่างตัวเลข และช่วงที่ได้ผล: J-Net21 ทำไมการติดอินเวอร์เตอร์กับปั๊มที่เฮดสถิตสูงจึงประหยัดน้อย (ภาษาญี่ปุ่น)
• เฮดสถิตและเฮดจากแรงเสียดทาน ความผิดพลาดจาก Affinity Laws เรโซแนนซ์ ฉนวนมอเตอร์ และ duration diagram: US DOE, Hydraulic Institute และ Europump, "Variable Speed Pumping: A Guide to Successful Applications, Executive Summary"
• โหลดแรงบิดแปรผันและคงที่ ประสิทธิภาพไดรฟ์ที่โหลดบางส่วน และตัวอย่าง 20 hp: US DOE, Motor Systems Tip Sheet #11, "Adjustable Speed Drive Part-Load Efficiency"
• โหลดแรงบิดแปรผัน: Mitsubishi Electric, FREQROL-F800 series (ภาษาญี่ปุ่น)
• มอเตอร์ Top Runner และการตั้งค่าไดรฟ์: สมาคมอุปกรณ์การผลิตเซมิคอนดักเตอร์แห่งญี่ปุ่น เอกสารประสิทธิภาพมอเตอร์ (ภาษาญี่ปุ่น)
• ข้อกำหนด IE3 ของญี่ปุ่น: International Energy Agency, "Minimum Energy Efficiency of Motors"
• NEMA Premium และ IE3: WEG, "Energy Efficiency Directives Around the World"
• แนวทางฮาร์มอนิกของญี่ปุ่น JEAG 9702 และรีแอกเตอร์: สมาคมผู้ผลิตเครื่องใช้ไฟฟ้าแห่งญี่ปุ่น (JEMA) มาตรการลดฮาร์มอนิกของอินเวอร์เตอร์ทั่วไปและเซอร์โวแอมป์ เมษายน 2022 (ภาษาญี่ปุ่น)
• ขีดจำกัดและ PCC ของ IEEE 519-2022: Comsys, "Power Quality: IEEE 519-2022"; IEEE Xplore, IEEE 519-2022
• NEMA MG 1 Parts 30 และ 31: dV/dt Filter, "NEMA MG 1-2016 Standard for Voltage Stress in Motors and Drives"
• IEC TS 60034-25:2022: IEC Webstore
• ความถี่ไฟหลักของแต่ละประเทศ: Miki Pulley, "Power Supply Situations Around the World"; เวียดนาม: LawNet, "Standards for Voltage and Frequency for Electricity Use in Vietnam"
• ความเร็วรอบต่ำสุดและเฮดสถิต: Pump Industry Magazine, "Pump Curves 16: How Low Can You Go?"
• เส้นแบ่ง 50/60 Hz ของญี่ปุ่น: KEK, "Japanese Electricity"