เนื้อหาวันที่ : 2007-03-19 15:30:53 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 13282 views

วิธีการเริ่มหมุนมอเตอร์ไฟฟ้าแรงดันสูง

จากข้อดีของการการเริ่มหมุนมอเตอร์แบบ Direct on Line (DOL) ที่ง่ายแก่การติดตั้ง, อุปกรณ์ควบคุมไม่สลับซับซ้อน และง่ายแก่การบำรุงรักษา รวมทั้งประหยัดค่าใช้จ่ายของอุปกรณ์ตัดต่อทางไฟฟ้า (Switch Gear) และอุปกรณ์ต่อพ่วง ทำให้วิธีการเริ่มหมุนมอเตอร์แบบ Direct on Line (DOL) จึงเป็นที่นิยมกันโดยทั่วไป

มอเตอร์ไฟฟ้าแรงดันสูง (High Voltage Motor) ตามคำนิยามของ IEC หมายถึง มอเตอร์ที่ใช้แรงดันไฟฟ้าสูงกว่า 1 kV โดยส่วนใหญ่จะมีขนาดใหญ่กว่า 200 kW เมื่อมอเตอร์มีขนาดใหญ่ และใหญ่มากยิ่งขึ้น อาจจะมากกว่า 10 MW เมื่อเริ่มหมุนมอเตอร์แบบ Direct on Line (DOL) ไม่ว่าจะเป็นอินดักชั่นมอเตอร์ หรือซิงโครนัสมอเตอร์ จะส่งผลให้เกิดแรงดันไฟฟ้าตก ทำให้กระทบกระเทือนต่อระบบส่งจ่ายไฟฟ้า อาจจะส่งผลกระทบไปเป็นบริเวณกว้างถึงโรงงานผลิตไฟฟ้าของการไฟฟ้าได้

.

เนื่องจากข้อดีของการการเริ่มหมุนมอเตอร์แบบ Direct on Line (DOL) ที่ง่ายแก่การติดตั้ง, อุปกรณ์ควบคุมไม่สลับซับซ้อน และง่ายแก่การบำรุงรักษา รวมทั้งประหยัดค่าใช้จ่ายของอุปกรณ์ตัดต่อทางไฟฟ้า (Switch Gear) และอุปกรณ์ต่อพ่วง ทำให้วิธีการเริ่มหมุนมอเตอร์แบบ Direct on Line (DOL) จึงเป็นที่นิยมกันโดยทั่วไป     

.

ในบางกรณี อาจจะมีความจำเป็นต้องลดขนาดกระแสไฟฟ้ากระชากตอนเริ่มหมุน เพื่อให้ส่งผลกระทบต่อระบบส่งจ่ายไฟฟ้า ให้มีแรงดันไฟฟ้าตกคร่อม น้อย ที่สุด ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้ด้วยการเลือกวิธีการเริ่มหมุนให้เหมาะสมกับสภาพ และข้อจำกัดที่มีจากสภาพแหล่งจ่ายไฟฟ้า รวมทั้งขนาดของ Short Circuit Power และชนิดของโหลด

.

ต่อไปนี้จะเป็นการเปรียบเทียบข้อดี และข้อเสียของการเริ่มหมุนมอเตอร์ในแต่ละแบบ, ลำดับและวิธีการทำงานของอุปกรณ์แต่ละตัว, การคำนวณหากระแสไฟฟ้าเริ่มหมุน และแรงบิดเริ่มหมุน รวมทั้งเปรียบเทียบจำนวนของอุปกรณ์ที่จะใช้เพื่อนำไปคำนวณหาต้นทุนในการติดตั้งวงจรไฟฟ้า, พร้อมทั้งตัวอย่างในการคำนวณหาขนาดของอุปกรณ์

.

การเริ่มหมุนแบบการต่อตรง Direct on Line (DOL)

วิธีการเริ่มหมุนแบบต่อตรงเป็นวิธีที่นิยมกันมากที่สุด ง่ายต่อการติดตั้ง ในบางกรณีเราสามารถลดกระแสไฟฟ้าการเริ่มหมุนมอเตอร์แบบ DOL โดยการออกแบบมอเตอร์ให้มีค่ารีแอกแตนซ์ที่ขดลวดสเตเตอร์ให้มีค่ามากขึ้น อาจจะลดกระแสไฟฟ้าเริ่มหมุนได้ 15 ถึง 25 % แต่จะส่งผลกระทบต่อค่าประสิทธิภาพ และค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ได้

.

                                    รูปที่ 1 วงจรการต่อมอเตอร์แบบการต่อตรง (DOL) และ Torque Curve

.

ต้นทุนของอุปกรณ์ : 1 Circuit Breakers (S1), จำนวนสายไฟที่ต้องเดินจากตู้ CB ไปยังมอเตอร์ 3 เส้น

.

ลำดับการทำงานของสวิตช์ (Sequence)  : มอเตอร์จะเริ่มหมุนหลังจากสับสวิตช์ On (S1)

.

อุปกรณ์ช่วยในการเริ่มหมุน (Starting Devices) : ไม่ต้องการเพิ่มเติม

.

ข้อดี (Advantages)  : อุปกรณ์ไม่สลับซับซ้อน, ง่ายแก่การติดตั้ง, ง่ายแก่การบำรุงรักษา ต้นทุนหรือค่าใช้จ่ายต่ำเพราะมีเพียงสวิตช์ตัดต่อทางไฟฟ้า (Switch Gear)

.

ข้อเสีย (Disadvantages) : กระแสไฟฟ้าเริ่มหมุนสูงประมาณ 4 ถึง 6.5 เท่าของกระแสไฟฟ้าพิกัด, แรงดันไฟฟ้าตกขณะสับสวิตช์เริ่มหมุน ทั้งนี้ขนาดของแรงดันไฟฟ้าตกคร่อม ขึ้นอยู่กับขนาดของ Short Circuit Power ของแหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้า            

.

ตัวอย่างการคำนวณ

.

แหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้า         SK      =      ขนาดของ Short Circuit Power = 200 MVA แรงดันไฟฟ้า 6 kV

.

สายเคเบิล                         l          =      length = 1.5 km สายไฟประกอบด้วย 3 สายวางขนานกัน (n=3) ขนาด 3 x 240 mm2

                                        XK      =      รีแอกแตนซ์ (Inductive Reactance) = 0.085 Ohm/km (สามารถหาได้จากข้อมูลสายไฟฟ้า)

.

ข้อมูลมอเตอร์                 PN      =      ขนาดกำลังมอเตอร์ = 8 MW, 4 Pole 

                                     UN     =      ขนาดแรงดันไฟฟ้ามอเตอร์ = 6 kV, P.F. = 0.9, ประสิทธิภาพ (h) = 98 %

                                     IN       =      ขนาดพิกัดกระแสไฟฟ้า = 875 A

                                  IA/IN     =      ขนาดกระแสไฟฟ้าเริ่มหมุนมอเตอร์แบบ DOL ต่อขนาดพิกัดกระแสไฟฟ้า = 5.3

                              MA/MN   =      ขนาดแรงบิดเริ่มหมุนมอเตอร์แบบ DOL ต่อขนาดพิกัดแรงบิด = 0.9

.

การเริ่มหมุนมอเตอร์จะต้องมีแรงดันไฟฟ้าตกไม่มากกว่า 10 % (DUN) และแรงบิดเริ่มหมุน (MA/MN) ต้องไม่ น้อย กว่า 0.25

เพื่อความมั่นใจในการออกแบบระบบ เมื่อมีการกำหนดแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมที่ยอมรับได้ หรือคาดว่าจะเป็นนั้น เช่น DUN = 10 % กราฟแสดงแรงบิดเริ่มหมุนเฉลี่ยของมอเตอร์จากบริษัทผู้ผลิตมอเตอร์จะต้องออกแบบ และยืนยันได้ว่า สามารถจะขับโหลดได้แม้ว่าแรงดันไฟฟ้าจะตกลงเหลือเพียง 90 % ของแรงดันไฟฟ้าพิกัด

.

ในกระบวนการออกแบบโครงการ จะต้องสอบถาม และยืนยันความสามารถการเริ่มหมุนจา กบ ริษัทผู้ผลิตมอเตอร์ เพราะหากมอเตอร์ที่จัดซื้อไม่สามารถเริ่มหมุนได้ จะส่งผลต่อโครงการสูงมาก ถึงอาจจะต้องจัดซื้อมอเตอร์ใหม่ หากมอเตอร์ไม่สามารถเริ่มหมุนได้ วิธีการแก้ไขคือจะต้องเพิ่มขนาดมอเตอร์ให้ใหญ่ขึ้น หรือ ยอมรับแรงดันไฟฟ้าตก หรือออกแบบมอเตอร์ใหม่ให้มีขนาด MA/MN มากกว่าเดิม

.

แบบการเริ่มหมุนแบบการต่อตรง Direct On Line (DOL) 

ในขั้นตอนแรกจะต้องคำนวณหาค่าความต้านทานรีแอกเเตนซ์ (Reactance) ของทั้งวงจรก่อน โดยแบ่งออกเป็น

รีแอกเเตนซ์ของแหล่งจ่ายระบบไฟฟ้า  (XN)  = 1.1 x UN2 / SK = 1.1 x 62/200 = 0.198 W/Phase

                                                                  = 1.1 x ค่าประมาณอัตราส่วนจากการเกิด EMF/U = 1.052

.

รีแอกเเตนซ์ของสายเคเบิล  (XK) = l x X’K/n = 1.5 x 0.085/3 = 0.043 W/Phase

.

รีแอกเเตนซ์ของมอเตอร์ขณะเริ่มหมุน (XMotor) = UN/       x (IA/IN) x IN = 6000 /     x 5.3 x 875 = 0.748 W/Phase

.

ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อสายมอเตอร์ขณะเริ่มหมุนจะต้องลดลงอันเนื่องมาจากแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมจากค่ารีแอกเเตนซ์ ต่าง ๆ ดังกล่าว   

                 UMotor  = (XMotor / XMotor+ XN + XK) x UN

                               = (0.748/0.748 + 0.198 + 0.043) x UN

                               = 0.76 UN (หมายความว่าแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์ในขณะเริ่มหมุนจะมีเพียง 76 % ของแรงดันไฟฟ้าพิกัด)

.

ดังนั้นกระแสไฟฟ้าเริ่มหมุนจะต้องมีค่าลดลงด้วยตามสัดส่วนอันเนื่องมาจากค่าแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงเนื่องจากค่ารีเอกเเตนซ์ของทั้งระบบ

                 (IA1/IN) = (XMotor / XMotor+ XN + XK) x (IA/IN)

                               = (0.748/0.748 + 0.198 + 0.043) x 5.3

                               = 4.0 (หมายความว่าเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์ในขณะเริ่มหมุนมีเพียง 76 % ของแรงดันไฟฟ้าพิกัด กระแสไฟฟ้าเริ่มหมุนจะลดลงจาก 5.3 เท่า เหลือเพียง 4 เท่าของกระแสไฟฟ้าพิกัดเท่านั้น)

(IA1/IN) = อัตราส่วนกระแสไฟฟ้าเริ่มหมุนเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์ลดลงต่อพิกัดกระแสไฟฟ้า

.

ในทางปฏิบัติจะต้องตรวจสอบ และคิดผลกระทบอันเนื่องมาจากค่าอิ่มตัวของสนามแม่เหล็กจากโรงงานผู้ผลิต ดังรูปที่ 2 กราฟแสดง a factor คำนวณ เพื่อมาใช้เปรียบเทียบค่าที่ควรจะเป็น ยกตัวอย่างเช่น มอเตอร์ตัวนี้ 4 ขั้ว แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์ในขณะเริ่มหมุนมีเพียง 76 % (UA Motor/UN) = 0.76, a factor จากกราฟ = 0.74             

(IA1/IN) = a x (IA/IN)     = 0.74 x 5.3

                                       = 3.9 เท่าของกระแสไฟฟ้าพิกัด

.

เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์ในขณะเริ่มหมุนลดลง กระแสไฟฟ้าเริ่มหมุนจะต้องมีค่าลดลงด้วย และทำให้แรงบิดเริ่มหมุนจะต้องมีค่าลดลงด้วยตามสัดส่วน

(MA1/MN)            = (XMotor / XMotor + XN + XK)2 x (MA/MN)

                                              = (0.748 / 0.748 + 0.198 + 0.043)2 x 0.9

                                              = 0.52 (หมายความว่าเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์ในขณะเริ่มหมุนมีเพียง 76 % ของแรงดันไฟฟ้าพิกัด แรงบิดเริ่มหมุนจะลดลงเหลือเพียง 0.52 เท่า จากเดิม 0.9 เท่าของแรงบิดพิกัด)

.

ในทางปฏิบัติจะต้องตรวจสอบ และคิดผลกระทบอันเนื่องมาจากค่าอิ่มตัวของสนามแม่เหล็ก จากโรงงานผู้ผลิต ดังรูปที่ 2 กราฟแสดง a factor คำนวณ เพื่อมาใช้เปรียบเทียบค่าที่ควรจะเป็น   

(MA1/MN)                = a2 x (MA/MN) = 0.742 x 0.9

                                  = 0.49 เท่าของแรงบิดพิกัด

(MA1/MN)                = อัตราส่วนแรงบิดเริ่มหมุนต่อแรงบิดพิกัดเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์ลดลง

.

ทดลองคำนวณหาค่าแรงดันไฟฟ้าตก (Voltage Dip) อันเนื่องจากการเริ่มหมุนมอเตอร์แบบ DOL

DUN       = (XN / XMotor + XN + XK) x 100 (%)

                               = (0.198 / 0.748 + 0.198 + 0.043) x 100 (%) = 20 %

.

กราฟเส้นที่ 1 สำหรับมอเตอร์ 2 และ 4 ขั้ว สำหรับมอเตอร์ที่มีขนาดใหญ่กว่า 1 MW

กราฟเส้นที่ 2 สำหรับมอเตอร์ 6 และ 8 ขั้ว สำหรับมอเตอร์ที่มีขนาดใหญ่กว่า 1 MW

กราฟเส้นที่ 3 สำหรับมอเตอร์ 2 และ 4 ขั้ว สำหรับมอเตอร์ที่มีขนาดเล็กกว่า 1 MW

กราฟเส้นที่ 4 สำหรับมอเตอร์ 6 และ 8 ขั้ว สำหรับมอเตอร์ที่มีขนาดเล็กกว่า 1 MW

รูปที่ 2 กราฟแสดงค่าโดยประมาณ a-Factor เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์ลดลง (DUN) ขณะเริ่มหมุนมอเตอร์

.

จากความต้องการในเบื้องต้น ไม่ต้องการให้เกิดค่าแรงดันไฟฟ้าตก (Voltage Drop) มากเกินกว่า 10 % (DUN £ 10 %) และสามารถยอมรับให้แรงบิดเริ่มหมุน (MA2/MN ³ 0.25) ผลจากการคำนวณปรากฏว่าจะเกิดแรงดันไฟฟ้าตก 20 % จะต้องหันไปใช้วิธีการเริ่มหมุนโดยวิธีลดแรงดันไฟฟ้าโดยใช้ Reactor ในการเริ่มหมุน เพื่อทำหน้าที่ให้แรงดันตกไม่เกินค่าที่ต้องการ

.

การเริ่มหมุนแบบลดแรงดันไฟฟ้าโดยผ่าน Reactor

วิธีการเริ่มหมุนโดยใช้ Reactor เพื่อทำหน้าที่ลดแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์ มี 2 วิธี คือการต่อ Reactor ก่อนจะถึงมอเตอร์ และแบบต่อหลังมอเตอร์ ดังรูปที่ 3.1 และ รูป 3.2 ตามลำดับ

.

                รูปที่ 3.1 การต่อ Reactor ก่อนเข้ามอเตอร์             รูปที่ 3.2 การต่อ Reactor ที่ขั้วต่อสาย Star Point

.

ต้นทุนของอุปกรณ์ : Circuit Breakers2ชุด (S1, S2) Reactor 1 ชุด และสายไฟที่ต้องเดินจากตู้ MCB ไปยังมอเตอร์                                 

3 หรือ 6 เส้น                                                  

.

ลำดับการทำงานของสวิตช์ (Sequence) : มอเตอร์จะเริ่มหมุนหลังจากสับสวิตช์ on (S1) ในขณะที่สวิตช์ S2 ยังคง

เปิดวงจรอยู่ ทำให้แรงดันไฟฟ้าจะไปตกคร่อมที่ Reactor XD ทำให้กระแสไฟฟ้าเริ่มหมุนลดลง เมื่อความเร็วรอบของมอเตอร์

เข้าใกล้ความเร็วรอบพิกัด    สวิตช์ S2 จะปิดวงจรลงเพื่อทำหน้าที่ลัดวงจร Reactor กลายสภาพเป็นการต่อโดยตรง     

.

อุปกรณ์ช่วยในการเริ่มหมุน (Starting Devices) : Reactor 1 ชุด

.

ข้อดี (Advantages) : สามารถลดกระแสไฟฟ้าขณะเริ่มหมุนมอเตอร์ได้ดีพอสมควร ส่วนวิธีการต่อโดยต่อ Reactor

ที่ขั้วต่อสาย Start Point ไม่จำเป็นต้องใช้ CB แบบ Short Circuit Proof

.

ข้อเสีย (Disadvantages) : ช่วงการสับสวิตช์ทำให้เกิด Voltage Drop และเกิดอาการกระตุกที่มอเตอร์ ขนาดของ

แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมจะขึ้นอยู่กับขนาดและชนิดของ โหลด ส่วนใหญ่ใช้ได้เฉพาะโหลดแบบ ยกกำลังสอง เช่นพัดลม หรือปั้ม

น้ำ ส่วนวิธีการต่อ Reactor ที่ขั้วต่อสาย Start Point จำเป็นจะต้องออกแบบมอเตอร์ แบบมีจุดต่อสาย Star Point Box

ทำให้ราคามอเตอร์แพงขึ้นจากเดิม

.

                               รูปที่ 4 รูปกราฟแสดงการเปรียบเทียบการเริ่มหมุนแบบ DOL และแบบลดแรงดันเริ่มหมุน

.

จากรูปที่ 4 เมื่อแรงดันไฟฟ้าในช่วงเริ่มหมุนมอเตอร์ลดลง จะทำให้กระแสลดลงตามสัดส่วน แต่แรงบิดเริ่มหมุนของมอเตอร์ลดลงไปด้วยตามสัดส่วนแรงดันไฟฟ้ายกกำลังสอง (U2) เช่น เมื่อแรงดันที่ขั้วมอเตอร์ลดลงเหลือ 80 % แรงบิดจะลดลงเหลือเพียง 64 % (0.82 = 0.64) หรือ แรงดันที่ขั้วมอเตอร์ลดลงเหลือ 70 % แรงบิดจะลดลงเหลือเพียง 49 % ของแรงบิดพิกัดเมื่อเทียบกับการเริ่มหมุนมอเตอร์แบบ DOL ดังนั้นจุดที่กำหนดค่าสูงสุดที่สามารถลดแรงดันได้ก็คือ แรงบิดที่โหลดต้องการ จะเป็นตัวกำหนดว่าจะสามารถลดแรงดันได้มากที่สุดเท่าไหร่                        

.

ตัวอย่างการคำนวณจากที่ได้กล่าวมาแล้ว

ในขั้นตอนแรกจะต้องคำนวณหาค่าความต้านทานรีแอกเเตนซ์ (Reactance) ของทั้งวงจรก่อน โดยมีส่วนที่เพิ่มคือ

.

รีแอกเเตนซ์ของ Reactor (XD) จากความต้องการในเบื้องต้น ไม่ต้องการให้เกิดค่าแรงดันไฟฟ้าตก (Voltage Drop) ไม่เกินกว่า 10 % (DUN £ 0.1)

      (DUN/UN)  = (XN / XN + XK + XD + XMotor) = 0.1/1

      XN               = 0.1 (XN + XK+ XD + XMotor)

      XD               = 9 x XN – (XK + XMot or)               

                          = 9 x 0.198 – (0.043 + 0.748)

                          = 0.991 W/Phase

.

ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อสายมอเตอร์ขณะเริ่มหมุนจะต้องลดลงอันเนื่องมาจากแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมจากค่ารีแอกเเตนซ์ ต่าง ๆ ดังกล่าว

Umotor      = (XMotor / XMotor + XN + XK+ XD) x UN

                  = (0.748/0.748 + 0.198 + 0.043 + 0.991) x UN                              

                  = 0.38 UN (หมายความว่าแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์ในขณะเริ่มหมุนมีเพียง 38% ของแรงดันไฟฟ้าพิกัดจากแหล่งจ่าย)

.

ดังนั้นกระแสไฟฟ้าเริ่มหมุนจะต้องมีค่าลดลงด้วยตามสัดส่วนอันเนื่องมาจากค่าแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงเนื่องจากค่ารีแอกเเตนซ์ของทั้งระบบ

(IA2/IN)   = (XMotor / XMotor + XN + XK + XD) x (IA/IN)

               = (0.748 / 0.748 + 0.198 + 0.043 + 0.991) x 5.3

               = 2.0 (หมายความว่า เมื่อติด Reactor แล้วกระแสไฟฟ้าเริ่มหมุนจะลดลงจาก 5.3 เท่า เหลือเพียง 2 เท่าของกระแสไฟฟ้าพิกัดเท่านั้น)

(IA2/IN)    อัตราส่วนกระแสไฟฟ้าเริ่มหมุนเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์ลดลงจากการต่อ Reactor ต่อพิกัดกระแสไฟฟ้ามอเตอร์

.

ในทางปฏิบัติจะต้องตรวจสอบ และคิดผลกระทบอันเนื่องมาจากค่าอิ่มตัวของสนามแม่เหล็ก จากโรงงานผู้ผลิต ดังรูปที่ 2 กราฟแสดง a factor คำนวณ เพื่อมาใช้เปรียบเทียบค่าที่ควรจะเป็น   

.

เมื่อทราบแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์แล้วสามารถคำนวณหาค่ากระแสไฟฟ้าเริ่มหมุนเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์ลดลงโดยดูได้จากกราฟ รูปที่ 2 ยกตัวอย่างเช่น มอเตอร์ตัวนี้ 4 ขั้ว แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์ในขณะเริ่มหมุนมีเพียง 38%

                  (UA Motor/UN) = 0.38, a factor จากกราฟ = 0.32

                  (IA2/IN)              =  a x (IA/IN) = 0.32 x 5.3

                                            =  1.7 เท่าของกระแสไฟฟ้าพิกัด   

.

เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์ในขณะเริ่มหมุนลดลง กระแสไฟฟ้าเริ่มหมุนจะต้องมีค่าลดลงด้วย และทำให้แรงบิดเริ่มหมุนจะต้องมีค่าลดลงด้วยตามสัดส่วน

(MA2/MN)    = (XMotor / XMotor + XN + XK + XD)2 x (MA/MN)

                                      = (0.748 / 0.748 + 0.198 + 0. 043 + 0.991)2 x 0.9

                                      = 0.13 (หมายความว่าเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์ในขณะเริ่มหมุนมีเพียง 38 % ของแรงดันไฟฟ้าพิกัด แรงบิดเริ่มหมุนจะลดลงเหลือเพียง 0.13 เท่า จากเดิม 0.9 เท่าของแรงบิดพิกัด)

(MA2/MN) = อัตราส่วนแรงบิดเริ่มหมุนต่อแรงบิดพิกัดเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์ลดลงเพื่อให้ง่ายแก่การนำไปประยุกต์ใช้งานทดลองใช้ a factor คำนวณ

               (MA2/MN)    =   a2 x (MA/MN) = 0.322 x 0.9 = 0.092 เท่าของแรงบิดพิกัด

.

จากเงื่อนไข การเริ่มหมุนมอเตอร์จะต้องมีแรงดันไฟฟ้าตกไม่มากกว่า 10 % (DUN) และแรงบิดเริ่มหมุน (MA2/MN) ต้องไม่ น้อย กว่า 0.25” วิธีการเริ่มหมุนโดยต่อ Reactor แรงบิดไม่สามารถขับโหลดได้ จึงจะต้องลองใช้วิธีต่อไปแบบลดแรงดันไฟฟ้าแบบ หลายจังหวะ (“Korndorfer” Method)

.

การเริ่มหมุนมอเตอร์แบบลดแรงดันไฟฟ้า (Reduce Voltage Starting)

.

                                  รูปที่ 5 การต่อ Auto Transformer หลายจังหวะ (“Korndorfer” Method)

.

ต้นทุนของอุปกรณ์ : Circuit Breakers 3 ชุด (S1, S2, S3) Auto Transformer พร้อม Tapping (a1, a2, a3)

จำนวนสายไฟที่ต้องเดินจากตู้ CB ไปยังมอเตอร์ 3 เส้น

.

ลำดับการทำงานของสวิตช์ (Sequence) : มอเตอร์จะเริ่มหมุนหลังจากสับสวิตช์ on S2 และสวิตช์ On S1 แรงดันที่

มอเตอร์ได้รับจะเท่ากับ UT = aUN จนกระทั่งมอเตอร์หมุนได้ระดับ หนึ่ง จึงสั่งให้สวิตช์ S2 เปิดวงจรออก ในขณะที่สวิตช์ S2

ยังคงเปิดวงจรอยู่ ทำให้แรงดันไฟฟ้าจะไปตกคร่อมที่ Auto Transformer XT = (1-a) UN เหมือนกับการทำหน้าที่ Reactor

เพื่อลดแรงดันตามอัตราส่วนที่ออกแบบ Auto Transformer เมื่อความเร็วรอบของมอเตอร์เข้าใกล้ความเร็วรอบ พิกัด  สวิตช์ S3

จะปิดวงจรลงเพื่อทำหน้าที่ลัดวงจร Auto Transformer XT กลายสภาพเป็นการต่อโดยตรง

.

อุปกรณ์ช่วยในการเริ่มหมุน (Starting Devices) : Auto Transformer XT 1 ชุด พร้อม Tapping (a1, a2, a3)

 โดย a1 และ a3 ต่อ Tapping ±5 % เพื่อใช้สำหรับปรับหาจุดที่เหมาะสม

.

ข้อดี (Advantages) : สามารถลดกระแสไฟฟ้าขณะเริ่มหมุนมอเตอร์ได้หลายจังหวะ ดีพอสมควรตามอัตราส่วนของโหลด

แรงดันไฟฟ้าสามารถตั้งเวลาให้เหมาะสมได้

.

ข้อเสีย (Disadvantages) : ต้นทุนของอุปกรณ์ ราคาสูง

.

ตัวอย่างการคำนวณจากที่ได้กล่าวมาแล้ว

ในขั้นตอนแรกจะต้อง คำนวณหาอัตราส่วนที่จะต่อ Tapping a จากความต้องการในเบื้องต้น ไม่ต้องการให้เกิดค่าแรงดันไฟฟ้าตก (Voltage Drop) ไม่เกินกว่า 10 % (DUN £ 0.1)

Xges    = Total Reactance        = (100 % / DUN) x XN

            = 100/10 x 0.198              = 1.98 Ohm/Phase

       

           = 0.66

.

ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์ระหว่างการเริ่มหมุนมอเตอร์ คือ

Umot  = (Xmot /(Xmot + (XN + XK+ XTran) x a2)) aUN

XTran = ค่า Short Circuit Reactance ของหม้อแปลงเริ่มหมุนมอเตอร์

UX     = ค่า แรงดันไฟฟ้า Reactance ของหม้อแปลงเริ่มหมุนมอเตอร์

XTran = (UX /100) x (Xmot /a2 + XN)

          = (3.4/100) x (0.748/0.662 + 0.198) = 0.065 Ohm/Phase

Umot = (0.748/(0.748 + (0.198 + 0.043 + 0.065) x 0.662) 0.66 UN

          = 0.56 UN (หมายความว่าแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์ในขณะเริ่มหมุนมีเพียง 56 % ของแรงดันไฟฟ้าพิกัดจากแหล่งจ่าย)

.

คำนวณหาค่าแรงบิดเริ่มหมุนมอเตอร์

(MA3/MN) = (MA/MN)DOLx (Umotor/UN)2 = 0.9 x 0.562 = 0.282

MA           = ค่าแรงบิดเริ่มหมุนเมื่อเริ่มหมุนมอเตอร์ที่แรงดันพิกัดคงที่

MA3         = ค่าแรงบิดเริ่มหมุนเมื่อเริ่มหมุนมอเตอร์ผ่าน Auto Transformer

MN          = ค่าแรงบิดพิกัดมอเตอร์ ที่แรงดันพิกัดคงที่หลังจากเริ่มหมุนไปแล้ว

.

จากการคำนวณดูเหมือนว่าจะใช้ได้ตามเงื่อนไขของโจทย์ที่ต้องการ แต่เนื่องจากในทางปฎิบัติจะต้องตรวจสอบ และคิดผลกระทบอันเนื่องมาจากค่าอิ่มตัวของสนามแม่เหล็ก จากโรงงานผู้ผลิต ดังรูปที่ 2 กราฟแสดง a factor คำนวณ เพื่อมาใช้เปรียบเทียบค่าที่ควรจะเป็น

ที่   Umotor /UN  = 0.56, a factor = 0.515, ดังนั้นค่าแรงบิดเริ่มต้นที่แท้จริงจะเป็น

    (MA3/MN)                     = (MA/MN)DOL x  a2 = 0.9 x 0.5152 = 0.24

.

จากเงื่อนไขที่ว่า การเริ่มหมุนมอเตอร์จะต้องมีแรงดันไฟฟ้าตกไม่มากกว่า 10 % (DUN) และแรงบิดเริ่มหมุน (MA2/MN) ต้องไม่ น้อย กว่า 0.25” วิธีต่อไปแบบ ลดแรงดันไฟฟ้าแบบ หลายจังหวะ (“Korndorfer” Method) แรงบิดไม่สามารถขับโหลดได้มีวิธีการแก้ไข คือ ให้ออกแบบมอเตอร์ใหม่ที่มีแรงบิดเริ่มหมุน 0.95 ก็จะสามารถขับโหลดได้ตรงตามเงื่อนไข

.

การเริ่มหมุนมอเตอร์แบบลดแรงดันไฟฟ้าโดยผ่าน Transformer

.

                                                รูปที่ 6 การต่อวิธีการเริ่มหมุนมอเตอร์โดยต่อหม้อแปลงโดยตรง

.

ต้นทุนของอุปกรณ์ : Circuit Breakers 1 ชุด (S1) ทรานสฟอร์เมอร์ จำนวนสายไฟที่ต้องเดินจากตู้ CB ไปยังมอเตอร์ เส้น

.

ลำดับการทำงานของสวิตช์ (Sequence) : มอเตอร์จะเริ่มหมุนหลังจากสับสวิตช์ on S1

.

อุปกรณ์ช่วยในการเริ่มหมุน (Starting Devices) : Transformer XT 1 ชุด

.

ข้อดี (Advantages) : สามารถลดกระแสไฟฟ้าขณะเริ่มหมุนมอเตอร์ได้โดยทางอ้อม เพราะ หม้อแปลงไฟฟ้าจะมีค่าแรง

ดัน Impedance สูง (>5 %) โดยส่วนใหญ่วิธีนี้จะใช้กับมอเตอร์ที่มีขณาดใหญ่มาก ๆ ในการเลือกใช้วิธีนี้จะเหมาะสำหรับ

ระยะทางจากสวิตช์ถึงมอเตอร์ไกลมาก ๆ สามารถออกแบบให้หม้อแปลงให้อยู่ใกล้กับตัวมอเตอร์ ทำให้สามารถลดขนาดสายได้

เนื่องจากมาใช้แรงดันสูง

.

ข้อเสีย (Disadvantages) : ต้นทุนของอุปกรณ์ราคาสูง โดยเฉพาะถ้าใช้ สวิตช์เกียร์ด้านขาเข้าแรงดันสูงแทน และจะมีกระแสไฟฟ้าผ่านหม้อแปลงตลอดเวลา

ทำให้เกิดค่าสูญเสียที่หม้อแปลงตลอดเวลา

.

ตัวอย่างการคำนวณ

แหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้า (SK) = ขนาดของ Short Circuit Power = 500 MVA แรงดันไฟฟ้า 30 kV

ขนาดของหม้อแปลง = 30/6 kV Rated Power (SN) = 10 MVA

แรงดันไฟฟ้า Impedance (UK) = 10% (Impedance Voltage)

ความยาวสายไฟฟ้าเท่าเดิมคือ = 1,500 เมตร

เงื่อนไข การเริ่มหมุนมอเตอร์จะต้องมีแรงดันไฟฟ้าตกไม่มากกว่า 10 % (DUN) และแรงบิดเริ่มหมุน (MA2/MN) ต้องไม่ น้อย กว่า 0.25”

.

รีเอกเเตนซ์ของสายส่งระบบไฟฟ้า  (XN) = 1.1x). UN2/SK = 1.1 x 62/500 = 0.079 W/Phase

                                                             = 1.1 x) ค่าประมาณอัตราส่วนจากการเกิด EMF/ U = 1.052

.

รีแอกเเตนซ์ของสายเคเบิล  (XK)   = l x X’K/n = 1.5 x 0.085/3 = 0.043 W/Phase

.

รีแอกเเตนซ์ของหม้อแปลง  (XT)   = ( x UN2)/(100* SN) = (10 x 62)/(100 x 10)

                                                   = 0.36 W/Phase

Umotor      = (XMotor/XMotor + XT + XN + XK) x UN

                  = (0.748/0.748 + 0.36+0.079 + 0.043) x UN

                  = 0.608 UN (หมายความว่าแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์ในขณะเริ่มหมุนมีเพียง 60.8 % ของแรงดันไฟฟ้าพิกัด) ดังนั้นกระแสไฟฟ้าเริ่มหมุนจะต้องมีค่าลดลงด้วยตามสัดส่วนอันเนื่องมาจากค่าแรงดันไฟฟ้าที่ลดลง

(IA4/IN)     = (XMotor /XMotor + XT + XN + XK) x (IA/IN)

                  = (0.748/0.748 + 0.36+0.079 + 0.043) x 5.3

                  = 3.22 (หมายความว่าเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์ในขณะเริ่มหมุนมีเพียง 60.8 % ของแรงดันไฟฟ้าพิกัด กระแสไฟฟ้าเริ่มหมุนจะลดลงจาก 5.3 เท่า เหลือเพียง 3.22 เท่าของกระแสไฟฟ้าพิกัดเท่านั้น)

(IA4/IN)     = อัตราส่วนกระแสไฟฟ้าเริ่มหมุนเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์ลดลงต่อพิกัดกระแสไฟฟ้า

.

ในทางปฏิบัติจะต้องตรวจสอบ และคิดผลกระทบอันเนื่องมาจากค่าอิ่มตัวของสนามแม่เหล็ก จากโรงงานผู้ผลิต ดังรูปที่ 2 กราฟแสดง a factor คำนวณ เพื่อมาใช้เปรียบเทียบค่าที่ควรจะเป็น ยกตัวอย่างเช่น มอเตอร์ตัวนี้ 4 ขั้ว แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์ในขณะเริ่มหมุนมีเพียง 60.8%

(UA Motor/UN) = 0.608, a factor จากกราฟ = 0.56

(IA1/IN)             = a x (IA/IN) = 0.56 x 5.3 = 2.97 เท่าของกระแสไฟฟ้าพิกัด

.

เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์ในขณะเริ่มหมุนลดลง กระแสไฟฟ้าเริ่มหมุนจะต้องมีค่าลดลงด้วย และทำให้แรงบิดเริ่มหมุนจะต้องมีค่าลดลงด้วยตามสัดส่วน

(MA1/MN)       = (XMotor /XMotor + XT + XN + XK)2 x (MA/MN)

                         = (0.748/0.748 + 0.36+0.079 + 0.043)2 x 0.9

                        = 0.33 (หมายความว่าเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์ในขณะเริ่มหมุนมีเพียง 60 % ของแรงดันไฟฟ้าพิกัด แรงบิดเริ่มหมุนจะลดลงเหลือเพียง 0.33 เท่า จากเดิม 0.9 เท่าของแรงบิดพิกัด)

.

ในทางปฏิบัติจะต้องตรวจสอบ และคิดผลกระทบอันเนื่องมาจากค่าอิ่มตัวของสนามแม่เหล็ก จากโรงงานผู้ผลิต ดังรูปที่ 2 กราฟแสดง a factor คำนวณ เพื่อมาใช้เปรียบเทียบค่าที่ควรจะเป็น

(MA1/MN)              = a2 x (MA/MN) = 0.562 x 0.9 = 0.282 เท่าของแรงบิดพิกัด

(MA1/MN)              = อัตราส่วนแรงบิดเริ่มหมุนต่อแรงบิดพิกัดเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมอเตอร์ลดลง

.

ทดลองคำนวณหาค่าแรงดันไฟฟ้าตก (Voltage Drop) อันเนื่องจากการเริ่มหมุนมอเตอร์แบบ DOL

DUN           = (XN /XMotor+ XT + XN + XK) x 100 (%)

                   = (0.079/0.748 + 0.36+0.079 + 0.043) x 100 (%) = 6.42 %

.

จากเงื่อนไข การเริ่มหมุนมอเตอร์จะต้องมีแรงดันไฟฟ้าตกไม่มากกว่า 10 % (DUN) และแรงบิดเริ่มหมุน (MA2/MN) ต้องไม่ น้อย กว่า 0.25” การเริ่มหมุนมอเตอร์โดยต่อหม้อแปลงแยกวงจรออกมาอิสระสำหรับมอเตอร์สามารถทำได้ตรงตามความต้องการตามเงื่อนไข

.

ทั้งนี้ยังมีวิธีอื่น ๆ ที่ยังไม่ได้กล่าวข้างต้น เพราะไม่เป็นที่นิยมนำมาใช้ในการเริ่มหมุนมอเตอร์แรงดันสูง ยกตัวอย่างเช่น การเริ่มหมุนแบบ Part-winding Starting, Modified Part-winding Starting, Star-Delta Starting with out field Interruption ดังรูปแสดงดังต่อไปนี้

.

                                                          รูปที่ 7 การต่อวิธีการเริ่มหมุนมอเตอร์แบบต่าง ๆ

.

นอกเหนือไปจากวิธีที่นิยมทำกันดังที่ได้กล่าวไปแล้วนั้น ยังมีวิธีการเริ่มหมุนมอเตอร์โดยใช้เทคโนโลยีสมัยใหม่ ซึ่งเกิดจากการพัฒนาเทคโนโลยีสารกึ่งตัวนำ ทำให้สามารถพัฒนา Soft Starter หรือ Variable Speed Drives ที่สามารถใช้ได้กับไฟฟ้าแรงดันสูงมากกว่า 11 kV และนับวันจะมีการนำมาใช้ทางการค้ามากขึ้น ดังจะเห็นได้จา กบ ริษัทผู้ผลิตใหญ่ ๆ ของโลก ทางด้านไฟฟ้าเริ่มมีการนำเสนอทั้ง MV Soft Starter หรือ MV Variable Speed Drives ส่วนรายละเอียดทั้ง MV Soft Starter หรือ MV Variable Speed Drives สามารถหาได้โดยทั่วไปซึ่งจะเหมือนกับการใช้ในระบบไฟฟ้าแรงดันต่ำ ดังตัวอย่างวงจรภายในด้านล่างนี้ หรือสามารถหาข้อมูลเพิ่มเติมได้จากผู้จัดจำหน่ายหรือผู้ผลิตได้โดยตรง

.

                               รูปที่ 8 แสดงวงจรภายในของ MV Soft Starter และ MV Variable Speed Drives

สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.

ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด