มอเตอร์ประสิทธิภาพสูง( High Efficiency Motor หรือ HEM )
มอเตอร์ ไฟฟ้าเป็นเครื่องทุ่นแรงที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งใช้ในงานอุตสาหกรรมและใช้งานตามวัตถุประสงค์อื่นๆมาเป็นระยะเวลานาน โดยปกติมอเตอร์มีอายุการทำงานอยู่ในช่วงประมาณ 10 – 20 ปี นอกจากนั้นยังต้องการดูแลบำรุงรักษาน้อยมาก อย่างไรก็ดีแม้ว่ามอเตอร์จะเป็นอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพสูง หาผู้ใช้มิได้ใช้งานมอเตอร์อย่างเหมาะสม ประสิทธิภาพการทำงานของมอเตอร์ย่อมตกต่ำลงกว่าค่าที่ควร ส่งผลให้พลังงานไฟฟ้าที่มอเตอร์ใช้มีค่าสูงกว่าที่ควรเป็น
ในระยะหลัง ผู้ผลิตมอเตอร์ได้ทำการพัฒนามอเตอร์ให้มีกำลังสูญเสียลดลงและมีประสิทธิภาพสูงขึ้นโดยเรียกว่า “มอเตอร์ประสิทธิภาพสูง” ( High Efficiency Motor หรือ HEM ) หากมีการนำเอา มอเตอร์ประสิทธิภาพสูงมาใช้งานได้อย่างเหมาะสมแล้วย่อมจะทำให้ค่าใช้จ่ายทาง ด้านพลังงานไฟฟ้ามีค่าลดลง 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
อุปกรณ์ ปรับความเร็วรอบมอเตอร์นี้ เมื่อนำไปใช้ในการควบคุมความเร็วของมอเตอร์ได้อย่างถูกต้องเหมาะสมแล้วจะ สามารถประหยัดพลังงานได้มากและคุ้มค่าต่อการลงทุนทำให้ลดค่าใช้จ่ายของต้น ทุนการผลิตได้
ข้อดีและผลประโยชน์ที่จะได้รับจากอุปกรณ์ปรับความเร็วรอบมอเตอร์
· ประหยัดพลังงานได้มากเมื่อนำไปใช้อย่างถูกต้อง
· สามารถนำไปปรับปรุงใช้งานกับมอเตอร์เก่าที่เป็นมอเตอร์กระแสสลับแบบเหนี่ยวนำได้
· ราคาของอุปกรณ์ปรับความเร็วรอบมอเตอร์มีแนวโน้มที่ลดลง
· เพิ่มความคล่องตัวในการควบคุมกระบวนการผลิตให้มากขึ้น
ประสิทธิภาพของมอเตอร์
ประสิทธิภาพ มอเตอร์ 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 | ประสิทธิภาพที่โหลดเต็มที่ (%) | |
| 7.5 hp | 20 hp | |
| CSA C390 | 80.3 | 86.9 |
| NEMA MG-1 | 80.3 | 86.9 |
| IEC-34.2 | 82.3 | 89.4 |
| JEC-37 | 85.3 | 90.4 |
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
Es = 92.0% เฉลี่ยที่โหลด 78% ของค่าพิกัด
Eh = 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
