Invertar

อินเวอร์เตอร์ (Inverter) คืออะไร

Thursday, 13 December 2012 09:28

บางครั้งจะเรียกว่า "V/F Control" อินเวอร์เตอร์ (Inverter) ยังมีชื่อเรียกอีกหลายอย่างเช่น

• VSD   : Variable Speed Drives
• VVVF : Variable Voltage Variable Frequency
• VC     : Vector Control

หลักการทำงานของอินเวอร์เตอร์

อินเวอร์เตอร์ (Inverter) จะแปลงไฟกระแสสลับ (AC) จากแหล่งจ่ายไฟทั่วไปที่มีแรงดันและความถี่คงที่ ให้เป็นไฟกระแสตรง (DC) โดยวงจรคอนเวอร์เตอร์ ( Converter Circuit ) จากนั้นไฟกระแสตรงจะถูกแปลงเป็นไฟกระแสสลับที่สามารถปรับขนาดแรงดันและความถี่ได้โดยวงจรอินเวอร์เตอร์ (Inverter Circuit) วงจรทั้งสองนี้จะเป็นวงจรหลักที่ทำหน้าที่แปลงรูปคลื่น และผ่านพลังงานของอินเวอร์เตอร์

โดยทั่วไปแหล่งจ่ายไฟกระแสสลับมีรูปคลื่นซายน์ แต่เอาท์พุตของInverterจะมีรูปคลื่นแตกต่างจากรูปซายน์ นอกจากนั้นยังมีชุดวงจรควบคุม (Control Circuit) ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของวงจรคอนเวอร์เตอร์และวงอินเวอร์เตอร์ให้เหมาะสมกับคุณสมบัติของ 3-phase Induction motor

โครงสร้างภายในของInverter

1. ชุดคอนเวอร์เตอร์ (Converter Circuit) ซึ่งทำหน้าที่ แปลงไฟสลับจากแหล่งจ่ายไฟ  AC. power supply (50 Hz) ให้เป็นไฟตรง (DC Voltage)
2. ชุดอินเวอร์เตอร์ (Inverter Circuit) ซึ่งทำหน้าที่ แปลงไฟตรง (DC Voltage)  ให้เป็นไฟสลับ (AC Voltage) ที่สามารถเปลี่ยนแปลงแรงดันและความถี่ได้
3. ชุดวงจรควบคุม (Control Circuit) ซึ่งทำหน้าที่ ควบคุมการทำงานของชุดคอนเวอร์เตอร์ และชุดอินเวอร์เตอร์

ตัวอย่างการทำงานของอินเวอร์เตอร์ (Inverter) ที่พบเห็นได้ในปัจจุบัน ได้แก่ การใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าเพื่อจ่ายไฟสำรอง หรือที่เรียกว่า UPS (Uninterruptible Power Supply) เพื่อแก้ปัญหาไฟเกิน, ไฟตก, ไฟดับ และคลื่นรบกวน ช่วยป้องกันการเกิดความเสียหายต่ออุปกรณ์ไฟฟ้า โดยไฟฟ้าที่สำรองไว้จะเก็บในแบตเตอรี่

ยกตัวอย่าง ถ้ากระแสไฟฟ้าดับ ระบบสำรองไฟจะสวิทช์มาใช้ไฟจากแบตเตอรี่โดยทันที ต่อจากนั้นไฟฟ้าซึ่งเป็นกระแสตรง จะเข้าสู่อินเวอร์เตอร์ ซึ่งจะเปลี่ยนไฟฟ้ากระแสตรงนั้นให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับที่มีความถี่คงที่ และถูกต้อง ไฟฟ้ากระแสสลับที่ออกมาจากอินเวอร์เตอร์ก็จะป้อนสู่เครื่องไฟฟ้าทั่วไป โดยที่ไฟกระแสสลับที่ได้ออกมาจะถูกนำไปป้อนกลับมาทำการเปรียบเทียบกับความถี่อ้างอิงค่าหนึ่ง แล้วนำผลจากการเปรียบเทียบไปควบคุมการกำเนิดความถี่ของอินเวอร์เตอร์เพื่อให้ได้ไฟฟ้ากระแสสลับที่มีความถี่คงที่และถูกต้อง ตามที่เครื่องใช้ไฟฟ้ากระแสสลับต้องการ

อินเวอร์เตอร์ (Inverter) ถูกนำมาใช้ในเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ เช่น เครื่องปรับอากาศ, ตู้เย็น, โทรทัศน์ และระบบเซอร์โวควบคุมมอเตอร์ (Servo Motor) เนื่องจากความต้องการลดการสูญเสียกำลังงานที่สูงโดยเฉพาะขณะเริ่มต้นทำงาน และจากการสูญเสียในแกนเหล็ก และในตัวขดลวด (สำหรับเครื่องเชื่อมแบบมือหมุน และมอเตอร์) ซึ่งการสูญเสียกำลังงานหรือค่าไฟฟ้าเป็นดังนี้คือ

เมื่อเครื่องใช้ไฟฟ้าเริ่มทำงาน จะมีค่ากระแสเร่ิมทำงาน I (Start) สูงกว่า ขณะเดินปรกติถึง 4 – 6 เท่าตัว เช่น มอเตอร์เครื่องปรับอากาศ ที่มีขนาด 220 V ,1 A

Pnormal = 220V 1A = 220W

ขณะเริ่มต้นมอเตอร์หรือหม้อแปลงจะดึงกระแสเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กอย่างน้อย 4 เท่าของขณะปกติ

Pstart = 220V (4 1A) = 880W

ทำให้ระบบเดิมที่ไม่มีการใช้อินเวอร์เตอร์จะต้องเสียค่าไฟสูงมาก และทำให้ระดับของแรงดันไฟฟ้าในสายไม่เสถียร (Stable) รวมถึงทำให้เกิดแรงดันสไปค์ ขณะหยุดการทำงานซึ่งสิ่งเหล่านี้จะทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าเกิดการเสียหาย หรือบั่นทอนอายุการใช้งานให้สั้นลง

ตัวอย่างปัญหาและการแก้ไข โดยนำอินเวอร์เตอร์ (Inverter) มาใช้งาน

การทำงานของเครื่องปรับอากาศ ระบบเดิมนั้นจะทำงานติดๆ ดับๆ อยู่บ่อยครั้ว ซึ่งสร้างปัญหากับอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ อีกทั้งยังกินไฟสูง จึงได้มีการนำเอาระบบอินเวอร์เตอร์เข้ามาแก้ไข ทำให้มอเตอร์แอร์ทำงานต่อเนื่องไม่มีการติด-ดับ ดังเช่นในระบบเดิม ซึ่งจากการพิสูจน์แล้วพบว่า "การให้มอเตอร์ทำงานต่อเนื่อง จะช่วยประหยัดพลังงาน และค่าไฟฟ้าได้มากกว่าการหยุด และเริ่มเดินใหม่อย่างน้อย 1 เท่าตัวขึ้นไป" ซึ่งก็มีหลักการทำงาน ดังนี้ ขณะที่เข้าสู่สถานะการทำงานแล้ว ชุดอินเวอร์เตอร์จะสั่งให้มอเตอร์ทำงานมากขึ้น (หมุนเร็วขึ้น) โดยการเพิ่มความถี่หรือปรับเปลี่ยน Duty Cycle  และขณะสแตนบาย หรืออุณหภูมิคงที่ ระบบอินเวอร์เตอร์จะลดการทำงานของมอเตอร์ลง (หมุนช้าลง) แต่ไม่หยุดการทำงานของมอเตอร์ ซึ่งจะช่วยลดกำลังงานที่ใช้นั้นเอง

Inverterได้นำไปใช้ในระบบงานต่างๆ เช่น

1. ใช้เป็นแหล่งจ่ายไฟฟ้าสำรอง ที่เรียกว่า Stand by power supply หรือ Uninterruptible Power Supplies (UPS) เพื่อใช้ทดแทนในกรณีแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับหลักเกิดความขัดข้อง
2. ใช้ควบคุมความเร็วของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับโดยใชัหลักการควบคุมความถี่ของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ เพื่อต้องการให้แรงบิด (Torque) คงที่ทุกๆ ความเร็วที่เปลี่ยนแปลงไป
3. ใช้แปลงไฟฟ้าจากระบบส่งกำลังไฟฟ้าแรงสูงชนิดไฟฟ้ากระแสตรงให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ เพื่อบริการให้แก่ผู้ใช้
4. ใช้ในระบบเตาถลุงเหล็กที่ใช้หลักการเหนี่ยวนำให้เกิดความร้อน (Induction heating) ซึ่งใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับความถี่สูงในการทำงาน

วิชาไฟฟ้าระบบราง

เรียน "ระบบราง" ไม่ตกงานรองรับคมนาคม-ขนส่งของประเทศ : คอลัมน์... เจาะประเด็นร้อน โดย... ชุลีพร อร่ามเนตร

          อย่างที่ทราบกันดีว่ารัฐบาลผลักดันการคมนาคมขนส่งทางราง เช่น ระบบรถไฟธรรมดา รถไฟฟ้าในเมือง และรถไฟความเร็วสูง สถาบันการศึกษาจึงเปิดหลักสูตรไม่ว่าจะเป็นวิศวกรรมระบบราง หรือการบริหารจัดการระบบราง ผลิตบุคลากรที่จะป้อนเข้าสู่อุตสาหกรรม ซึ่งจากการศึกษาจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัยพบว่าภายในปี 2563 ประเทศมีความต้องการกำลังคนที่มีความเชี่ยวชาญด้านระบบรางสูงถึง 31,000 คนเป็นวิศวกร 6 พันคน ช่างเทคนิค 1.2 หมื่นคน และเจ้าหน้าที่ประจำสถานี 1.3 หมื่นคน

          ส่งผลให้ "การเรียนวิศวกรรมการจัดการธุรกิจเกี่ยวเนื่องกับระบบราง” ได้รับความสนใจจากเด็กมากขึ้นกว่าในอดีต ซึ่งหากเรียนเกี่ยวกับระบบรางสามารถเข้าทำงานได้ อาทิ การรถไฟแห่งประเทศไทย บริษัทรถไฟฟ้า (บีทีเอส) และบริษัทรถไฟฟ้าใต้ดิน (เอ็มอาร์ทีเอ) กลุ่มบริษัทค้าปลีก และห้างสรรพสินค้าชั้นนำ บริษัทขนส่งและกระจายสินค้า

          รวมทั้งผู้ให้บริการด้านโลจิสติกส์ กลุ่มบริษัทพัฒนาอสังหาริมทรัพย์ สร้างที่อยู่อาศัย บ้าน คอนโดมิเนียม และอพาร์ทเมนท์ กลุ่มบริษัท ผลิต และจัดจำหน่าย รถไฟและชิ้นส่วนที่เกี่ยวข้องกับรถไฟและระบบราง ทั้งในและต่างประเทศ และวิศวกรที่ปรึกษา ออกแบบ วิเคราะห์ระบบ และแก้ปัญหาในธุรกิจเกี่ยวเนื่องกับระบบราง

          นายนิพนธ์ จงพิทักษ์ศีล หัวหน้าหลักสูตรเทคโนโลยีบัณฑิต สาขาวิชาเทคโนโลยีระบบราง วิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์ ม.รังสิต กล่าวว่ามหาวิทยาลัยได้ร่วมกับมหาวิทยาลัยนิฮอง ประเทศญี่ปุ่น ซึ่งมีชื่อเสียงทางด้านระบบรางประเทศญี่ปุ่น ส่งคณาจารย์มาร่วมสอนนักศึกษา และนักศึกษาจะได้ไปเรียนรู้ ฝึกปฏิบัติที่ ม.นิฮอง หรือเลือกไปฝึกสหกิจศึกษาในบริษัทเอกชนประเทศญี่ปุ่นได้ โดยการเรียนการสอนเน้นแบบสหวิทยาการ นำความรู้ทางด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมาประยุกต์รวมกับวิศวกรรมเครื่องกล วิศวกรรมไฟฟ้า วิศวกรรมโยธา และการบริหารจัดการ ให้สามารถนำองค์ความรู้ทั้งหมดที่เรียนและฝึกปฏิบัติไปแก้ไขปัญหาในการทำงานทางด้านระบบราง

          บัณฑิตที่จบการศึกษาจะสามารถดูแลตรวจสอบและซ่อมบำรุงระบบขับเคลื่อนยานพาหนะระบบราง สามารถควบคุม ตรวจสอบ และซ่อมบำรุงระบบควบคุมอาณัติสัญญาณ หรือผู้ควบคุมดูแลการทำงานหรืออาชีพที่ใช้ความรู้ทางด้านวิศวกรรมและเทคโนโลยีระบบราง ในบริษัทที่เกี่ยวข้อง เช่น การรถไฟแห่งประเทศไทย การรถไฟฟ้าขนส่งมวลชนแห่งประเทศไทย บริษัททางด่วนและรถไฟฟ้ากรุงเทพ จำกัด (มหาชน) (บีอีเอ็ม หรือรถไฟฟ้าใต้ดิน) บริษัทระบบขนส่งมวลชนกรุงเทพ จำกัด (มหาชน) บีทีเอส) และบริษัทรถไฟฟ้า รฟท. จำกัด (รถไฟฟ้าแอร์พอร์ต เรล ลิงค์) ฯลฯ
 
          "บัณฑิตมีความรู้ความสามารถทั้งการควบคุมดูแลตรวจสอบ การซ่อมบำรุงและการบริหารจัดการ โดยเน้นการเรียนรู้จากปัญหาหน้างานจริง (Problem Based Learning) การฝึกปฏิบัติในสถานประกอบการ ทดลองในห้องปฏิบัติการ วางแผนโดยคำนึงถึงการลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม รวมทั้งเสริมสร้างให้มีขีดความสามารถพัฒนาตนเองได้อย่างต่อเนื่อง เพื่อลดการพึ่งพาเทคโนโลยีจากต่างประเทศในระยะยาว” นายนิพนธ์ กล่าว

 
          อย่างไรก็ตามวิศวกรที่มีความรู้ทั้งด้านระบบรางและธุรกิจที่เกี่ยวข้องยังขาดแคลนมากในประเทศอาเซียน มีองค์กรและบริษัทต่างๆ มีความต้องบุคลากรสายตรงที่เกี่ยวข้องกับการจัดการธุรกิจเกี่ยวเนื่องกับระบบรางไม่ต่ำกว่าปีละ 10,000 อัตรา ขณะที่ไทยมีความต้องการปีละไม่ต่ำกว่า 2,000 อัตรา แต่ขณะนี้ยังไม่มีสถาบันการศึกษาใดสามารถผลิตบุคลากรด้านวิศวกรรมการจัดการธุรกิจระบบราง

          น.ส.วัชรวี จันทรประกายกุล คณบดีคณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยหอการค้าไทย (มกค.) กล่าวว่า การสร้างงานให้แก่วิศวกรไทยในอนาคตมีความจำเป็นและสำคัญมาก จึงเปิดหลักสูตรด้านระบบรางนำเสนอความรู้ทั้งด้านวิศวกรรมและธุรกิจที่เกี่ยวข้องกับระบบราง ผลิตบัณฑิตให้มีความรู้ความสามารถด้านวิศวกรรมออกแบบ และจัดการระบบราง มีทักษะและประสบการณ์การเรียนรู้และการฝึกปฏิบัติ

          การจัดการธุรกิจเกี่ยวเนื่องกับระบบรางไม่ใช่เกี่ยวกับการซ่อม สร้าง หรือมีสถานีรางเท่านั้น แต่ต้องสร้างคนที่เกี่ยวกับธุรกิจที่ต่อเนื่องเชื่อมต่อกับโลจิสติกส์ รวมถึงการวางผังเมือง อย่าง การสร้างคอนโดเชื่อมโยงระบบราง การบริหารทรัพยากรทางกายภาพ หรือบริหารสถานี เพื่อสร้างรายได้        

          ทั้งนี้ ม.หอการค้าไทย ได้ร่วมกับวิทยาลัย Luizhou College ประเทศจีน และบริษัทรถไฟฟ้า รฟท. จำกัด พัฒนาหลักสูตรและผลิตบุคลากรที่มีองค์ความรู้การจัดการธุรกิจเกี่ยวเนื่องกับระบบราง ตอบสนองความต้องการของภาครัฐ ไม่ว่าจะเป็นระบบรถไฟรางคู่ รถไฟความเร็วสูง รถไฟฟ้าบนดิน และรถไฟฟ้าใต้ดิน ซึ่งก่อสร้างในปัจจุบันและกำลังจะเกิดขึ้นในอนาคต ครอบคลุม 76 จังหวัด รวมระยะทางมากกว่า 30,000 กิโลเมตร ผ่านย่านธุรกิจ การค้า และอุตสาหกรรม รวมทั้งพัฒนาสถานีและย่านธุรกิจโดยรอบ 76 จังหวัด ไม่น้อยกว่า 400 สถานี คณบดีคณะวิศวกรรมศาสตร์ มกค. กล่าวว่า คนที่จะมาเรียนวิศวกรรมการจัดการธุรกิจเกี่ยวเนื่องกับระบบรางไม่จำเป็นต้องเป็นเด็กที่ชื่นชอบวิทยาศาสตร์ วิศวกรรมเท่านั้น แต่ขอให้สนใจระบบการขนส่งโลจิสติกส์ เนื่องจากไม่ใช่เฉพาะประเทศไทยเท่านั้นที่ต้องการกำลังคนด้านระบบราง แต่ประเทศเพื่อนบ้านก็ต้องการสูง ดังนั้นขอให้เด็กที่มาเรียนต้องชอบ รักอยากที่จะเรียนรู้และอยากร่วมพัฒนาระบบการขนส่งโลจิกติกส์ และต้องการนำความรู้ไปประยุกต์วางแผนและสร้างธุรกิจอิสระของตนเองที่สอดประสานกับการขยายตัวของระบบขนส่งทางรางด้วย

          โดยผู้ที่สำเร็จการศึกษาสามารถประกอบอาชีพวิศวกรระบบราง, วิศวกรช่างซ่อมบำรุงระบบขับเคลื่อนยานพาหนะระบบราง, วิศวกรซ่อมบำรุงระบบควบคุมอาณัติสัญญาณ, ผู้ควบคุมดูแลการทำงานหรือเป็นผู้ปฏิบัติงาน และอาชีพที่ใช้ความรู้ด้านวิศวกรรมและเทคโนโลยีระบบราง, วิศวกรโลจิสติกส์ของหน่วยงานภาครัฐและเอกชน ทั้งในภาคอุตสาหกรรมและบริการ, วิศวกรประจำคลังสินค้า, วิศวกรที่ปรึกษา, วิศวกรควบคุม, วิศวกรการจัดการ, วิศวกรวางแผน และวิเคราะห์ เป็นต้น