www.trirung.com

มอเตอร์ประสิทธิภาพสูง( High Efficiency Motor หรือ HEM )

มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นเครื่องทุ่นแรงที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งใช้ในงานอุตสาหกรรมและใช้งานตามวัตถุประสงค์อื่นๆมาเป็นระยะเวลานาน โดยปกติมอเตอร์มีอายุการทำงานอยู่ในช่วงประมาณ 10 – 20 ปี นอกจากนั้นยังต้องการดูแลบำรุงรักษาน้อยมาก อย่างไรก็ดีแม้ว่ามอเตอร์จะเป็นอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพสูง หาผู้ใช้มิได้ใช้งานมอเตอร์อย่างเหมาะสม ประสิทธิภาพการทำงานของมอเตอร์ย่อมตกต่ำลงกว่าค่าที่ควร ส่งผลให้พลังงานไฟฟ้าที่มอเตอร์ใช้มีค่าสูงกว่าที่ควรเป็น

ในระยะหลัง ผู้ผลิตมอเตอร์ได้ทำการพัฒนามอเตอร์ให้มีกำลังสูญเสียลดลงและมีประสิทธิภาพสูงขึ้นโดยเรียกว่า “มอเตอร์ประสิทธิภาพสูง” ( High Efficiency Motor หรือ HEM ) หากมีการนำเอา มอเตอร์ประสิทธิภาพสูงมาใช้งานได้อย่างเหมาะสมแล้วย่อมจะทำให้ค่าใช้จ่ายทางด้านพลังงานไฟฟ้ามีค่าลดลง อันจะส่งผลต่อประสิทธิภาพการผลิตที่เพิ่มมากขึ้น

ข้อดีและผลประโยชน์ที่จะได้รับจากการใช้ “มอเตอร์ประสิทธิภาพสูง” HEM

· มีกำไรเพิ่มขึ้นจากการที่ค่าใช้จ่ายในการผลิตลดลง

· มีระยะเวลาในการคืนทุนสั้น หากมีชั่วโมงการใช้งานสูง

· มีความทนทานและอายุการใช้งานยาวกว่ามอเตอร์มาตรฐาน

· เดินเครื่องได้เงียบกว่าและมีอุณหภูมิต่ำกว่ามอเตอร์มาตรฐาน

อุปกรณ์ปรับความเร็วรอบมอเตอร์ ( VSD’S )

ในระยะ 15-20 ปีที่ผ่านมานี้ เทคโนโลยีของการควบคุมความเร็วรอบมอเตอร์ได้รับการพัฒนาขึ้นมาเป็นอย่างมาก เช่น อุปกรณ์ปรับความเร็วรอบมอเตอร์ หรือ Variable Speed Drive (VSD) สามารถเพิ่มความคล่องตัวในการใช้งาน และเพิ่มประสิทธิภาพของมอเตอร์ให้สอดคล้องกับความต้องการในงานต่างๆได้

อุปกรณ์ปรับความเร็วรอบมอเตอร์นี้ เมื่อนำไปใช้ในการควบคุมความเร็วของมอเตอร์ได้อย่างถูกต้องเหมาะสมแล้วจะสามารถประหยัดพลังงานได้มากและคุ้มค่าต่อการลงทุนทำให้ลดค่าใช้จ่ายของต้นทุนการผลิตได้

ข้อดีและผลประโยชน์ที่จะได้รับจากอุปกรณ์ปรับความเร็วรอบมอเตอร์

· ประหยัดพลังงานได้มากเมื่อนำไปใช้อย่างถูกต้อง

· สามารถนำไปปรับปรุงใช้งานกับมอเตอร์เก่าที่เป็นมอเตอร์กระแสสลับแบบเหนี่ยวนำได้

· ราคาของอุปกรณ์ปรับความเร็วรอบมอเตอร์มีแนวโน้มที่ลดลง

· เพิ่มความคล่องตัวในการควบคุมกระบวนการผลิตให้มากขึ้น

ประสิทธิภาพของมอเตอร์

ประสิทธิภาพมอเตอร์ คือ อัตราส่วนของกำลังกลที่ได้ออกมาต่อกำลังงานไฟฟ้าที่ป้อนเข้า (ที่มีหน่วยเหมือนกัน) ซึ่งมีสมการทางคณิตศาสตร์ดังนี้

ประสิทธิภาพ = ( กำลังที่ส่งออก / กำลังที่ป้อนเข้า ) x 100 %

= [(กำลังที่ป้อนเข้า –ความสูญเสีย)/กำลังที่ป้อนเข้า] x 100 %

เราอาจคำนวณหาประสิทธิภาพของมอเตอร์ โดยพิจารณาจากกำลังการสูญเสียในมอเตอร์

( Motor Loss ) ซึ่งแยกได้เป็น 2 ชนิดดังนี้

กำลังการสูญเสียคงที่ (Fixed Loss)

กำลังการสูญเสียเนื่องจากโหลด (Load Loss)

กำลังการสูญเสียคงที่ มีองค์ประกอบสำคัญ 2 ส่วนคือ

1 กำลังสูญเสียที่เกิดขึ้นในแกนเหล็ก (Core Loss) เนื่องจากแกนเหล็กมีคุณสมบัติเป็นสารแม่เหล็กทำให้เกิดกำลังสูญเสียเมื่อมีการใช้งาน

2 กำลังสูญเสียจากการเสียดทานและลมระบายความร้อน (Friction & Windage Losses) อันเนื่องมาจากการเสียดทานของแบริ่ง (Bearing) และอากาศ

กำลังสูญเสียเนื่องจากโหลด มีองค์ประกอบสำคัญ 3 ประการคือ

1 กำลังสูญเสียในขดลวดสเตเตอร์(Stator Loss)เนื่องจากความต้านทานในขดลวดของสเตเตอร์

2 กำลังสูญเสียในขดลวดโรเตอร์ (Rotor loss) เนื่องจากความร้อนในขดลวดที่เกิดมาจากกระแสในโรเตอร์

3 กำลังสูญเสียจากสเตรย์โหลด(Stray Load Loss)เนื่องจากเส้นแรงแม่เหล็กรั่ว(Leakage Flux)ที่เกิดจากกระแสของ โหลด

ประสิทธิภาพของมอเตอร์ตามมาตรฐานต่างๆ

มาตรฐาน CSA: ได้รวมค่าความสูญเสียสเตรย์โหลดไว้ด้วย และวัดค่าเหล่านี้

(ประเทศแคนนาดา) โดยทางอ้อม ตามวิธีของ IEEE 112

มาตรฐาน NEMA: ใช้วิธีตามมาตรฐาน IEEE112ซึ่งคำนวณหาค่าความ

(ประเทศสหรัฐอเมริกา) สูญเสียสเตรย์โหลดโดยวิธีทางอ้อม

มาตรฐาน IEC: สมมติค่าความสูญเสีย สเตรย์โหลดโดยกำหนดให้มีค่าคงที่

(กลุ่มประเทศยุโรป) เท่ากับ 0.5% ของกำลังที่ป้อนเข้าและยอมให้มีการกำหนดค่า

คาดเคลื่อนของประสิทธิภาพได้

มาตรฐาน JEC: สมมติว่าไม่มีความสูญเสียสเตรย์โหลด

(ประเทศญี่ปุ่น)

มอเตอร์ประสิทธิภาพสูงและมอเตอร์มาตรฐาน

ประสิทธิภาพของมอเตอร์ประสิทธิภาพสูง และมอเตอร์มาตรฐานแสดงเปรียบเทียบได้ดังตาราง

ข้อสังเกต

· สำหรับมอเตอร์ที่มีขนาดใหญ่ โดยทั่วไปมอเตอร์ประสิทธิภาพสูงจะมีประสิทธิภาพสูงกว่ามอเตอร์มาตรฐาน 2-4%

· สำหรับมอเตอร์ที่มีพิกัดต่ำกว่า 5.5 กิโลวัตต์ ตามปกติมอเตอร์ประสิทธิภาพสูงจะมีประสิทธิภาพสุงกว่ามอเตอร์มาตรฐาน 4-7%

สมการต่างๆ

ตัวอย่าง

จากข้อมูลต่อไปนี้ จงคำนวณค่าใช้จ่ายในการใช้งานมอเตอร์ตลอดอายุการใช้งาน

ขนาดมอเตอร์ = 56 กิโลวัตต์ (ประสิทธิภาพ 92% โหลดเฉลี่ย 80% ของค่าพิกัด)

ราคามอเตอร์ = 90,000 บาท

ชั่วโมงการใช้งาน = 4,000 ชั่วโมง/ปี

อัตราค่าพลังงานไฟฟ้า = 1.07 บาทต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง

อัตราความต้องการพลังงานไฟฟ้า = 305 บาทต่อกิโลวัตต์/เดือน

คำนวณ

1 ค่าพลังงานไฟฟ้าต่อไป

= (ขนาดของมอเตอร์/ประสิทธิภาพ) x (% โหลด) x ชั่วโมงการใช้งาน x อัตราค่าพลังงานไฟฟ้า

= (56กิโลวัตต์/0.92) x 0.8 x 4,000 ชั่วโมง x 1.07 บาท กิโลวัตต์-ชั่วโมง

= 208,417 บาท/ปี

2 ค่าความต้องการพลังงานไฟฟ้า

= กิโลวัตต์สูงสุดที่วัดได้ในช่วง15 นาทีในรอบเดือน x อัตราค่าความต้องการพลังงานไฟฟ้า x 12

= 56 x 305 x 12

= 204,960 บาท/ปี

3 ค่าไฟฟ้ารวมทั้งหมด

= 208,417 บาท/ปี x 20 ปี + 204,960 บาท/ปี x 20ปี

= 4,168,340 บาท + 4,099,200 บาท

= 8,267,540 บาท

4 ราคาของมอเตอร์/ค่าไฟฟ้ารวมทั้งหมด

= (90,000 บาท /8,267,540 บาท) x 100%

= 1.09 %

เมื่อเปรียบเทียบกับกรณีใช้งาน 6,000ชั่วโมงต่อปีแล้วจะพบว่า

· ค่าไฟฟ้ารวมทั้งหมด = 10,351,710 บาท

· ดังนั้นราคาของมอเตอร์จะมีค่าเพียง 0.87% ของค่าไฟฟ้ารวมทั้งหมดตลอดอายุการใช้งานเท่านั้น

วิธีการคำนวณการประหยัดพลังงานโดยการใช้มอเตอร์ประสิทธิภาพสูง

ความแตกต่างของประสิทธิภาพระหว่างมอเตอร์ประสิทธิภาพสูงและมอเตอร์มาตรฐานทั่วไป สามารถใช้คำนวณหาพลังงานไฟฟ้า (Power) ที่ประหยัดได้ (หรือ Kw ที่ประหยัดได้)จากสมการ

ตัวอย่างที่ 2

โรงงานแห่งหนึ่งต้องการใช้มอเตอร์ขับเคลื่อนโหลดขนาด 44 kW จงพิจารณาเลือกใช้ขนาดมอเตอร์ที่เหมาะสม พร้อมทั้งวิเคราะห์เปรียบเทียบผลการเลือกใช้มอเตอร์มาตรฐานและมอเตอร์ประสิทธิภาพสูง

ขนาดมอเตอร์มาตรฐานจากผู้ผลิตที่ใกล้เคียงกับ 44 kW คือ 56 kW เพราะฉะนั้นจึงต้องเลือกใช้ขนาด 56 kW ดังนั้น จะเห็นได้ว่า ในกรณีนี้โหลดของมอเตอร์มีค่าเท่ากับ 78% ของพิกัดของมอเตอร์และเป็นเรื่องที่ยอมรับกันในทางปฏิบัติ

ขนาดของโหลด = 44 kW

E_s = 92.0% เฉลี่ยที่โหลด 78% ของค่าพิกัด

E_h = 94.1%เฉลี่ยที่โหลด 78% ของค่าพิกัด

ชั่วโมงใช้งานต่อปี = 6,000 ชั่วโมง/ปี

อัตราค่าพลังงานไฟฟ้า = 1.07 บาท/kWh

การคำนวณระยะเวลาคืนทุน

ระยะเวลาคืนทุนอย่างง่ายสำหรับค่าใช้จ่ายที่เพิ่มขึ้น ในการซื้อ HEM คืออัตราส่วนของราคาที่เพิ่มขึ้นเมื่อต้องซื้อ HEM ต่อค่าใช้จ่ายพลังงานที่ประหยัดได้ต่อปี เขียนเป็นสมการทางคณิตศาสตร์ได้ดังนี้

ระยะเวลาคืนทุนอย่างง่าย = (ราคาซื้อมอเตอร์ที่เพิ่มขึ้น / ค่าไฟฟ้าที่ประหยัดต่อปี)

ตัวอย่างที่ 3

โดยใช้ข้อมูลจากตัวอย่างที่ 2:

ค่าพลังงานไฟฟ้าที่ประหยัดได้ต่อปี = 6,852 บาท/ปี

ราคามอเตอร์ (55kW)

มอเตอร์มาตรฐานทั่วไป = 90,000 บาท

มอเตอร์ประสิทธิภาพสูง = 135,000 บาท

ราคาซื้อมอเตอร์ที่เพิ่มขึ้น = (135,000 บาท – 90,000 บาท)

= 45,000 บาท

(ราคาซื้อมอเตอร์ที่เพิ่มขึ้น / ค่าไฟฟ้าที่ประหยัดต่อปี) = [45,000 บาท / 6,852 (บาท/ปี)]

ระยะเวลาคืนทุนอย่างง่าย = 6.57 ปี

อ้างอิง: มอเตอร์ประสิทธิภาพสูง(HEM,s)และตัวปรับความเร็วมอเตอร์ในโรงงาน(VED,s)ในโรงงาน กรมพัฒนาและส่งเสริมพลังงาน