มอเตอร์แบบ PMSM สำหรับเครื่องอัดอากาศช่วยให้โรงงานการผลิตลดการใช้พลังงานไฟฟ้าในระบบอากาศอัดได้อย่างไร

อากาศอัดมีประโยชน์เนื่องจากมีความยืดหยุ่น สะอาดบริเวณจุดใช้งาน และกระจายได้ง่าย อย่างไรก็ตาม มันมีราคาแพงเมื่อเครื่องอัดอากาศทำงานไกลจากความต้องการจริงของระบบ ซึ่งเครื่องอัดอากาศแบบ PMSM สามารถช่วยลดความไม่สอดคล้องนี้ได้ โดยการจับคู่มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรกับระบบควบคุมที่ปรับตามลักษณะการปฏิบัติงานจริง แทนที่จะถือว่าทุกกะการทำงานเป็นการใช้งานที่โหลดเต็มที่ อย่างไรก็ตาม คำสำคัญที่ต้องเน้นคือ “สามารถ”: การประหยัดพลังงานขึ้นอยู่กับชุดเครื่องอัดอากาศโดยรวม กลยุทธ์การควบคุมแรงดัน รอยรั่วในระบบ ระบบควบคุม และลักษณะการไหลจริงของอากาศ

จากมุมมองด้านเทคนิคและการขาย คำถามที่มีประโยชน์ข้อแรกไม่ใช่ “ประสิทธิภาพสูงสุดตามแผ่นป้ายชื่อคือเท่าใด” แต่เป็น “คอมเพรสเซอร์ตัวนี้ทำงานอะไรจริง ๆ สำหรับส่วนใหญ่ของสัปดาห์” โรงงานหลายแห่งดำเนินการด้วยกะที่เปลี่ยนแปลง งานเครื่องจักรที่หยุดและเริ่มใหม่เป็นระยะ กระบวนการแบบแบตช์ หรือกำลังการผลิตพื้นฐานเกินความจำเป็น นี่คือจุดที่คอมเพรสเซอร์อากาศชนิด PMSM ควรได้รับการพิจารณาอย่างใกล้ชิด

เหตุใดมอเตอร์จึงมีความสำคัญต่อค่าใช้จ่ายด้านพลังงานของระบบอากาศอัด

คอมเพรสเซอร์อากาศเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าที่ป้อนเข้าให้กลายเป็นงานที่ส่งผ่านเพลา แล้วจึงเปลี่ยนเป็นอากาศอัด สูญเสียพลังงานเกิดขึ้นทุกขั้นตอน ได้แก่ การสูญเสียในมอเตอร์ การสูญเสียในระบบขับเคลื่อน การสูญเสียจากการบีบอัด การลดลงของแรงดัน การรั่วไหลของอากาศ และการเดินเครื่องโดยไม่จำเป็น การอัปเกรดมอเตอร์ไม่สามารถแก้ปัญหาทั้งหมดเหล่านี้ได้ แต่หากมอเตอร์และระบบควบคุมที่มีอยู่บังคับให้คอมเพรสเซอร์ทำงานแบบไซเคิลที่ไม่มีประสิทธิภาพ หรือหมุนด้วยความเร็วที่กระบวนการไม่ต้องการ แสดงว่ามอเตอร์นั้นเป็นส่วนหนึ่งของปัญหาของระบบทั้งหมด

เอ  มอเตอร์แม่เหล็กถาวรแบบ PMSM ใช้โรเตอร์ที่มีแม่เหล็กแทนการสร้างสนามแม่เหล็กด้วยกระแสไฟฟ้าผ่านโรเตอร์ ในแบบที่ออกแบบอย่างเหมาะสม วิธีนี้ช่วยลดการสูญเสียที่เกิดจากโรเตอร์ และสามารถรักษาประสิทธิภาพสูงได้แม้ขณะทำงานที่โหลดย่อย ความแตกต่างนี้มีความสำคัญ เพราะความต้องการอากาศอัดมักไม่คงที่ แนวคิดจึงเปลี่ยนไปจากการมุ่งหาค่าประสิทธิภาพเพียงตัวเลขเดียว ไปเป็นการเลือกมอเตอร์ให้สอดคล้องกับรูปแบบการใช้งานจริง หากโรงงานทำงานใกล้ความจุสูงสุดอย่างต่อเนื่อง หลักเกณฑ์การเลือกจะต่างออกไปจากโรงงานที่ส่วนใหญ่ทำงานที่โหลดต่ำ

มอเตอร์พัลซิ่งแม่เหล็กถาวรสำหรับเครื่องอัดอากาศมักใช้ร่วมกับอุปกรณ์ควบคุมความเร็วแปรผัน อุปกรณ์นี้ปรับความเร็ว แรงดันไฟฟ้า และความถี่ของมอเตอร์ เพื่อให้เครื่องอัดอากาศตอบสนองต่อความต้องการที่วัดได้จริง การลดความเร็วลงไม่จำเป็นต้องดีกว่าเสมอไป และต้องเคารพขอบเขตการใช้งานที่ปลอดภัยของเครื่องอัดอากาศอย่างเคร่งครัด อย่างไรก็ตาม เมื่อความต้องการเปลี่ยนแปลง การลดความเร็วอาจเหมาะสมกว่าการโหลด-ปลดโหลดซ้ำ ๆ หรือปล่อยอากาศทิ้งออกอย่างต่อเนื่องที่ความเร็วคงที่

กลไกเชิงปฏิบัติที่ทำให้การใช้พลังงานลดลง

1. พฤติกรรมที่ดีขึ้นขณะทำงานที่โหลดย่อย

การดำเนินงานที่โหลดต่ำกว่าค่าที่กำหนดเป็นจุดที่มอเตอร์แบบ PMSM สำหรับคอมเพรสเซอร์อากาศมักได้รับความสนใจ โดยมอเตอร์แบบอินดักชันอาจทำงานได้ดีเมื่อใกล้จุดกำลังที่ระบุไว้ แต่ผลลัพธ์โดยรวมของการทำงานขึ้นอยู่กับรูปแบบของโหลด การสูญเสียพลังงาน และวิธีการควบคุม มอเตอร์แม่เหล็กถาวรแบบ PMSM ที่เลือกมาใช้ได้อย่างเหมาะสมสามารถรักษาประสิทธิภาพในการใช้งานได้ดีแม้เมื่อความต้องการของคอมเพรสเซอร์เปลี่ยนแปลงไป กล่าวให้ชัดเจนยิ่งขึ้น นั่นจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมอเตอร์ อินเวอร์เตอร์ ส่วนหัวของคอมเพรสเซอร์ (air end) และระบบควบคุมถูกออกแบบให้เข้ากันได้เป็นหนึ่งเดียว ไม่ใช่เพียงแค่นำมอเตอร์ตัวใหม่มาติดตั้งแทนมอเตอร์เดิมบนคอมเพรสเซอร์รุ่นเก่า

2. การปรับความเร็วให้สอดคล้องกับความต้องการ แทนการสร้างแรงดันเกินจำเป็น

บางครั้งโรงงานอาจปรับสมดุลความดันที่ไม่เสถียรโดยการตั้งค่าความดันให้สูงกว่าความต้องการที่แท้จริงของอุปกรณ์ที่อยู่ด้านท้ายของระบบ ซึ่งจะทำให้งานการอัดอากาศเพิ่มขึ้น และอาจบดบังปัญหาที่เกิดจากระบบจ่ายลม  มอเตอร์แบบ PMSM สำหรับเครื่องอัดอากาศ สามารถปรับการไหลได้อย่างตอบสนองเร็วขึ้น เมื่อมีการตรวจจับความต้องการอย่างเชื่อถือได้และมีช่วงการควบคุมที่เหมาะสม เป้าหมายไม่ใช่การปรับตามยอดความต้องการที่ผันผวนสั้น ๆ ทุกครั้ง แต่คือการรักษาระดับความดันในช่วงที่เหมาะสมด้วยจำนวนครั้งที่ลดลงของการเปลี่ยนแปลงที่สิ้นเปลืองพลังงาน

3. ลดการสูญเสียพลังงานในชุดมอเตอร์และไดรเวอร์

มอเตอร์เป็นเพียงองค์ประกอบหนึ่งของชุดนี้ แต่การสูญเสียพลังงานทางไฟฟ้าเกิดขึ้นทุกชั่วโมงที่มอเตอร์ทำงาน ค่าแฟกเตอร์กำลังสูงยังมีความสำคัญต่อระบบไฟฟ้าด้วย แม้ว่าจะไม่ควรสับสนกับประสิทธิภาพของคอมเพรสเซอร์ก็ตาม ขอให้ผู้จัดจำหน่ายระบุพื้นฐานการทดสอบ จุดการทำงาน ความเข้ากันได้กับไดรเวอร์ และสภาวะอุณหภูมิที่ใช้ในการอ้างอิงประสิทธิภาพใด ๆ มาตรฐาน IEC 60034-30-1 ให้กรอบสำหรับการจัดระดับประสิทธิภาพของมอเตอร์ ซึ่งเป็นเพียงจุดตรวจสอบข้อกำหนด ไม่ใช่หลักฐานยืนยันว่าการติดตั้งเฉพาะรายนั้นจะให้ผลประหยัดตามที่กล่าวอ้าง

สถานที่ที่การปรับปรุงมอเตอร์แบบ PMSM สำหรับเครื่องอัดอากาศมีแนวโน้มเหมาะสมที่สุด

มอเตอร์แบบ PMSM สำหรับเครื่องอัดอากาศควรพิจารณาเมื่อความต้องการเปลี่ยนแปลงอย่างมากตามกะการทำงาน ชนิดของผลิตภัณฑ์ที่ผลิต หรือตามฤดูกาล; เมื่อเครื่องที่มีอยู่ทำงานในสภาวะไม่มีโหลดเป็นเวลานาน; หรือเมื่อมีการใช้งานเครื่องอัดอากาศหลายเครื่องโดยไม่มีการควบคุมลำดับการทำงานที่เหมาะสม นอกจากนี้ กรณีที่มีแผนจะติดตั้งเครื่องแบบเชื่อมต่อโดยตรง (direct-coupled) อัปเกรดระบบควบคุม หรือเปลี่ยนเครื่องอัดอากาศทั้งหมด ก็ถือว่ามีความเกี่ยวข้องเช่นกัน ในสถานการณ์เหล่านี้ โรงงานสามารถประเมินระบบทั้งระบบได้ แทนที่จะต้องตัดสินใจเลือกเฉพาะมอเตอร์เท่านั้น

กรณีที่ไม่จำเป็นต้องพิจารณามอเตอร์แบบ PMSM มักเกิดขึ้นเมื่อเครื่องอัดอากาศเพียงเครื่องเดียวจ่ายลมให้กับโหลดพื้นฐาน (baseload) ที่คงที่และสอดคล้องกันดีอยู่แล้ว และยังทำงานใกล้จุดประสิทธิภาพสูงสุดอยู่เสมอ ไม่มีมอเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งที่เหมาะสมกับทุกสภาวะการใช้งาน มอเตอร์แบบแม่เหล็กถาวร (PMSM) ควรเปรียบเทียบกับรอบการทำงานจริง (duty cycle) ความต้องการด้านความน่าเชื่อถือ กลยุทธ์การซ่อมบำรุง สภาพแวดล้อมโดยรอบ และต้นทุนที่เกิดจากการหยุดทำงาน — ไม่ใช่แค่เปรียบเทียบกับค่าประสิทธิภาพร้อยละที่ผู้ผลิตโฆษณาเท่านั้น

วิธีระบุรายละเอียดของชุดมอเตอร์ PMSM สำหรับเครื่องอัดอากาศที่เหมาะสม

เริ่มต้นด้วยช่วงอัตราการไหลที่คอมเพรสเซอร์ต้องการ ความดันที่ปล่อยออก เวลาในการทำงาน และรูปแบบการโหลด จากนั้นจึงกำหนดแหล่งจ่ายไฟฟ้า ข้อกำหนดของโครงสร้างหุ้ม อุณหภูมิแวดล้อม การติดตั้ง การเข้าถึงเพื่อการบำรุงรักษา และระบบควบคุมที่จำเป็น สำหรับพื้นที่ผลิตที่มีฝุ่นมากหรือมีความชื้นสูง ทั้งการป้องกันและการออกแบบด้านความร้อนต้องได้รับความใส่ใจเท่าเทียมกับประสิทธิภาพ หากอุณหภูมิแวดล้อมอยู่ภายในขอบเขตที่ผู้จัดจำหน่ายระบุไว้ จุดประสิทธิภาพที่เสนออาจใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับการวางแผนได้อย่างสมเหตุสมผล แต่หากอุณหภูมิในห้องสูงกว่านั้น จะต้องคำนวณการลดกำลัง (derating) และจัดระบบระบายความร้อนให้เหมาะสมก่อนตัดสินใจยืนยันกำลังการผลิต

ผู้ผลิตเช่น Enneng มุ่งเน้นเทคโนโลยีมอเตอร์แม่เหล็กถาวร และสามารถสนับสนุนการอภิปรายเฉพาะการใช้งานเกี่ยวกับการพันขดลวด การติดตั้ง และรูปแบบการใช้งาน (duty profile) ซึ่งจะมีประโยชน์ก็ต่อเมื่อการอภิปรายเริ่มต้นจากเงื่อนไขจริงที่บันทึกไว้ ณ สถานที่ติดตั้ง ข้อเสนอที่น่าเชื่อถือสำหรับมอเตอร์ PMSM สำหรับเครื่องอัดอากาศควรระบุสมมุติฐานที่ใช้ แสดงจุดการทำงานที่นำมาเปรียบเทียบ และแยกแยะการประหยัดพลังงานที่คาดการณ์ไว้กับผลลัพธ์ที่วัดได้จริง

หากท่านกำลังประเมินมอเตอร์แม่เหล็กถาวรเชิงพาณิชย์สำหรับขาย และต้องการโซลูชันขับเคลื่อนที่ออกแบบมาอย่างดี ซึ่งรับประกันประสิทธิภาพและความทนทาน ENNENG คือพันธมิตรที่ท่านวางใจได้ ติดต่อ ENNENG วันนี้ .พูดคุยกับทีมวิศวกรเทคนิคของเราเพื่อรับข้อเสนอโซลูชันขับเคลื่อนที่ปรับแต่งเฉพาะตามความต้องการของท่าน

• วอตส์แอป: +86 18562780228
• อีเมล:  [email protected]
• โทรศัพท์:  +86 532 66000559