การใช้งานตัวแปลงความถี่ในระบบอัตโนมัติ
การใช้งานมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร (PMSM) ควบคุมความเร็วด้วยความถี่แปรผันในอุตสาหกรรมเส้นใยเคมีและแก้ว
ในศตวรรษที่ 19 ได้มีการใช้แม่เหล็กถาวรในการสร้างมอเตอร์ไฟฟ้า ปัจจุบันด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์อย่างรวดเร็ว มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร (PMSM) และเครื่องแปลงความถี่ร่วมกันสร้างระบบควบคุมความเร็วด้วยความถี่แปรผันแบบเปิดวงจร ความเร็วสูง และความเที่ยงตรงสูง ระบบเหล่านี้ได้ถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในหลากหลายภาคส่วนอุตสาหกรรมแทนที่ระบบควบคุมความเร็วด้วยกระแสตรงแบบเดิมและระบบควบคุมความเร็วด้วยการลื่นไถลแบบแม่เหล็ก แสดงให้เห็นถึงความมีชีวิตชีวาที่แข็งแกร่ง
เป็นที่ทราบกันดีว่าความเร็วในการหมุนของ PMSM มีความสัมพันธ์โดยตรงกับความถี่ของการจ่ายไฟฟ้า หากความเที่ยงตรงของความถี่ของการจ่ายไฟฟ้าได้รับการรับประกัน ความเที่ยงตรงของความเร็วในการหมุนของมอเตอร์ก็จะได้รับการรับประกันเช่นกัน ทำให้เกิดลักษณะทางกลที่เป็นเส้นตรง ตัวอย่างเช่น ในบริษัทหนึ่ง สองระบบซิงโครนัสที่ทำงานแยกกันได้ทำงานต่อเนื่องหลายเดือน และความคลาดเคลื่อนสะสมของความเร็วเป็นศูนย์
เนื่องจากความเที่ยงตรงของความถี่ที่เครื่องแปลงความถี่สามารถผลิตได้ถึง 1.0‰ - 0.1‰ หรือมากกว่านั้น ความเที่ยงตรงของระบบควบคุมความเร็วก็เพิ่มขึ้น นอกจากนี้ ระบบมีส่วนควบคุมน้อยลง ทำให้วงจรของระบบง่ายกว่าวงจรควบคุมความเร็วประเภทอื่น ๆ รวมถึง PMSM มีข้อดีเช่น แฟคเตอร์กำลังสูง ประสิทธิภาพสูง การประหยัดพลังงาน ขนาดเล็ก ไม่มีแปรงถ่าน และมีความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือสูง ดังนั้น ระบบดังกล่าวจึงถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางและธรรมดาในภาคส่วนอุตสาหกรรมต่าง ๆ ตัวอย่างเช่น การใช้งานในกระบวนการขด เชื่อมโยง การวัด และโรลเลอร์ godet ในอุตสาหกรรมเส้นใยเคมี และการใช้งานในเตาอบแอนนีลสำหรับกระจกแบน การคนผสมในเตาหลอมแก้ว โรลเลอร์ขอบ (หรือ "pullers") และเครื่องขึ้นรูปขวดภายในอุตสาหกรรมแก้ว
การใช้งาน PMSM ควบคุมความเร็วด้วยความถี่แปรผันในอุตสาหกรรมเส้นใยเคมี
ระบบควบคุมความเร็วด้วยความถี่แปรผันของ PMSM ได้ถูกนำมาใช้ในเครื่องปั่นเส้นใยเคมีแบบหลอม ตามแผนภาพของระบบ (รูปที่ 12-1) มอเตอร์ขับเคลื่อนปั๊มวัดในเครื่องปั่นใช้ PMSM ซึ่งต้องการความเร็วในการหมุนที่เที่ยงตรงเพื่อควบคุมการจ่ายสารละลายเส้นใยเคมีอย่างถูกต้อง ทำให้ตอบสนองความต้องการของกระบวนการปั่น เมื่อเปลี่ยนชนิดของผลิตภัณฑ์เส้นใย เพียงแค่ปรับความเร็วของมอเตอร์ขับเคลื่อนปั๊มวัด ก็สามารถตอบสนองความต้องการของกระบวนการได้
กำลังของปั๊มวัดหลักมักอยู่ระหว่าง 0.37 kW ถึง 11 kW โดยมอเตอร์มีโพล 4 หรือ 6 โพล ช่วงความถี่ที่เปลี่ยนแปลงอยู่ระหว่าง 25 Hz ถึง 150 Hz โดยทั่วไปจะเลือกเครื่องแปลงความถี่เครื่องหนึ่งเพื่อขับเคลื่อนมอเตอร์หลายตัว แต่บางครั้งก็ใช้ระบบเฉพาะเจาะจง (เครื่องแปลงความถี่ต่อมอเตอร์ตัวเดียว) ซึ่งแต่ละวิธีมีข้อดีและข้อเสียของตนเอง
กระบวนการสำคัญอื่น ๆ ในการปั่น เช่น การขด เชื่อมโยง และโรลเลอร์ godet ต้องการความเร็วในการหมุนที่คงที่ หรืออัตราส่วนความเร็วที่เฉพาะเจาะจงระหว่างโรลเลอร์คู่ ระบบควบคุมความเร็วด้วยความถี่แปรผันเป็นตัวเลือกหลักที่เหมาะสม ซึ่งได้รับการยืนยันจากการปฏิบัติงานระยะยาว หลังจากนำระบบควบคุมความเร็วด้วยความถี่แปรผันมาใช้ ความเร็วของสายปั่นสามารถเข้าถึง 3,000 ถึง 7,000 เมตร/นาที โรลเลอร์ยืดที่มีธาตุทำความร้อนภายในต้องการการทำงานที่ความเร็วคงที่ มอเตอร์ PMSM ที่ใช้ร่วมมีกำลังระหว่าง 0.2 kW ถึง 7.5 kW โดยเลือกมอเตอร์สองโพลความเร็วสูง ช่วงการปรับความถี่อยู่ระหว่าง 50 Hz ถึง 250 Hz การใช้ระบบควบคุมความถี่แปรผันให้แรงบิดเริ่มต้นสูง การเร่งความเร็วอย่างรวดเร็ว และตอบสนองความต้องการในการเริ่มต้นที่ยาก (hard starting)
การใช้งาน PMSM ควบคุมความเร็วด้วยความถี่แปรผันในอุตสาหกรรมแก้ว
ระบบควบคุมความเร็วด้วยความถี่แปรผันสำหรับเครื่องขับเคลื่อนหลักของเตาอบแอนนีลสำหรับกระจกลอยได้ถูกนำไปใช้ในสายการผลิตหลายสิบสายในประเทศจีน แทนที่ระบบขับเคลื่อนด้วยกระแสตรงเดิมและได้รับผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจที่น่าพอใจ
สายการผลิตกระจกลอยมีของเหลวแก้วที่มีอุณหภูมิสูงไหลออกจากเตาหลอม ค่อยๆ ลดอุณหภูมิลงตามสาย เมื่อแข็งตัวแล้ว แก้วจะผ่านการรักษาความร้อนในเตาอบแอนนีลก่อนที่จะดำเนินการตัดตรวจสอบบรรจุ และกระบวนการอื่น ๆ ที่ปลายเย็น กระบวนการเตาอบแอนนีลมีความต้องการที่เข้มงวด ตลอดความยาวประมาณ 200 เมตร โรลเลอร์ทุกตัวต้องทำงานต่อเนื่องและสม่ำเสมอ การหยุดชะงักไม่สามารถยอมรับได้ เนื่องจากจะทำให้เกิดความสูญเสียทางเศรษฐกิจอย่างมาก
สำหรับการใช้งานนี้ ได้เลือกใช้ PMSM หายากสามเฟส TYB100-8 ร่วมกับเครื่องแปลงความถี่ Fuji G5 ระบบดังกล่าวได้ทำงานอย่างต่อเนื่องและปลอดภัยเป็นเวลาหลายหมื่นชั่วโมง และได้รับคำชมจากทุกฝ่าย ข้อดีหลักคือ:
- ความเที่ยงตรงของความเร็วสูง (สูงสุด 0.4%): รับประกันความคลาดเคลื่อนของความหนาของผลิตภัณฑ์ ประหยัดวัสดุ และให้ผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจที่ชัดเจน
- ความน่าเชื่อถือสูง: ลดภาระงานบำรุงรักษา
- การประหยัดพลังงาน: เนื่องจากมีส่วนประกอบของระบบน้อยลงและการมีประสิทธิภาพสูงของมอเตอร์
- การออกแบบที่กะทัดรัดและเบา: อุปกรณ์มีขนาดเล็กและน้ำหนักเบา
เครื่องคนผสมภายในเตาหลอมแก้วเคยใช้ระบบขับเคลื่อนด้วยกระแสตรง แต่เมื่อพิจารณาสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและปัญหาการบำรุงรักษา ตั้งแต่ปี 1995 ได้นำระบบควบคุมความเร็วด้วยความถี่แปรผันมาใช้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งใช้มอเตอร์ TYB400-8 สองตัวสำหรับวัตถุประสงค์นี้ ความต้องการในการทำงานคือ:
มอเตอร์สองตัวขับเคลื่อนเครื่องคนผสมของตนเอง คนผสมแก้วภายในเตาหลอมที่มีอุณหภูมิสูง เพื่อให้แน่ใจว่าการผสมเป็นไปอย่างสม่ำเสมอ ไม่ควรให้มี "เขตตาย" ภายในเตาหลอม ดังนั้น พื้นที่ทำงานของเครื่องคนผสมสองตัวต้องทับซ้อนกันเล็กน้อย แต่ต้องจัดวางไว้ให้ใบพัดที่หมุนไม่ชนกัน แผนภาพของพื้นที่ทำงานแสดงในรูปที่ 12-2
หากความเร็วในการหมุน n1 และ n2 แตกต่างกัน ผลสะสมอาจทำให้ใบพัดของเครื่องคนผสมชนกันในที่สุด การใช้งานระบบดังกล่าวในระยะยาวได้แสดงให้เห็นว่าไม่มีการชนของใบพัด ยืนยันว่าความเที่ยงตรงของความเร็วตรงตามความต้องการ
การใช้งานระบบควบคุมความเร็วด้วยความถี่แปรผันบนโรลเลอร์ขอบ (หรือ "pullers") ก็ได้ผลดีเช่นกัน บนสายการผลิตแก้ว เมื่อแก้วหลอมเหลวค่อยๆ เปลี่ยนจากสถานะของเหลวเป็นสถานะของแข็งกึ่งพลาสติก จำเป็นต้องทำการยืดและทำให้ราบเรียบ โรลเลอร์ขอบทำหน้าที่นี้ มอเตอร์ขับเคลื่อนต้องมีการควบคุมความเร็วที่ต่อเนื่องและไม่มีขั้นตอน ความเร็วของมอเตอร์แต่ละตัวควรถูกตั้งค่าล่วงหน้าตามปัจจัยต่าง ๆ เช่น อุณหภูมิจุดทำงานและประเภทของแก้ว ซึ่งต้องการประสิทธิภาพของระบบควบคุมที่ดี: ช่วงความเร็วที่กว้าง ความเที่ยงตรงของความเร็วสูง และการตอบสนองไดนามิกที่ดี ดังนั้น ระบบควบคุมความเร็วของมอเตอร์กระแสตรง Z₂-12 0.6 kW 1500 รอบ/นาที ได้ถูกแทนที่ด้วย PMSM สามเฟส TYB500-6 125 V 50 Hz ช่วงการควบคุมความถี่อยู่ระหว่าง 10 Hz ถึง 150 Hz ให้ช่วงความเร็วของมอเตอร์อยู่ระหว่าง 200 รอบ/นาที ถึง 3000 รอบ/นาที การแทนที่มอเตอร์กระแสตรงด้วยมอเตอร์ซิงโครนัสมีข้อดีเช่น การผลิตอัตโนมัติที่สูงขึ้น คุณภาพที่ดีขึ้น น้ำหนักเบา และการควบคุมรวมที่ง่ายขึ้น
