แนะนำผลิตภัณฑ์ PQDVR Dynamic Voltage Regulator/Restorer

ปัญหาและความเป็นมา - ปัญหาด้านคุณภาพไฟฟ้าที่ส่งผลกระทบเสียหายฉับพลันต่อกระบวนการผลิตได้ทันที คือไฟดับ ไฟตก ไฟกระชากชั่วขณะ ซึ่งถ้าเป็นกรณีที่เกิดติดต่อเป็นระยะเวลานานก็จะถูกรับรู้ได้โดยผู้ปฏิบัติงานและส่วนใหญ่ก็จะหาทางป้องกันโดยติดตั้งอุปกรณ์หม้อแปลงปรับแรงดันออโต้ (Auto-Transformer) หรือ AVR (Automatic Voltage Regulator) เพื่อป้องกันปัญหาแรงดันตก-เกินที่กินระยะเวลานาน หรือกรณีไฟดับก็จะคิดถึงเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (AC. Generator)

ในกรณีกระบวนการผลิตที่เครื่องจักรหรืออุปกรณ์ไฟฟ้าสามารถหยุดและเริ่มการทำงานใหม่ได้โดยไม่เกิดความเสียหายต่อสินค้าหรือวัตถุดิบก็สามารถใช้ได้ แต่โดยปกติแล้วปัญหาคุณภาพไฟฟ้าที่เกี่ยวกับระดับแรงดันที่เปลี่ยนแปลงนั้นจะมีการเปลี่ยนแปลงในระดับที่รุนแรงและรวดเร็วจนผู้ปฏิบัติงานไม่สามารถตรวจจับได้ด้วยตาเปล่าหรือสามารถดูจากมิเตอร์หน้าตู้ไฟฟ้าได้ทัน และอุปกรณ์ป้องกันที่กล่าวไว้ข้างต้น ไม่สามารถทำงานเพื่อชดเชยแก้ไขปัญหาได้ทันเนื่องจากข้อจำกัดด้านความเร็วของอุปกรณ์ที่ใช้ทำงาน และปัญหาแรงดันดังกล่าวก็จะเป็นสาเหตุหลักให้เครื่องจักรหยุดการทำงานหรือรีเซ็ตการทำงานทำให้เกิดความเสียหายต่อกระบวนการผลิตไปแล้ว

รูปที่ 2 (a) รูปที่ 2 ตัวอย่างผลการบันทึกข้อมูลเหตุการณ์ระดับแรงดันไฟฟ้า-ระยะเวลา (ไซเคิล) ที่มีผลกระทบต่อกระบวนการผลิตในอุตสาหกรรมเซมิคอนดัคเตอร์ (b) เกณฑ์มาตรฐาน SEMI F-47

จากรูปที่ 2 จะเห็นได้ว่าเหตุการณ์ที่แรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงและสร้างผลกระทบต่อเครื่องจักรนั้นจะเกิดขึ้นส่วนใหญ่ในระยะเวลาประมาณ 100 ไซเคิลหรือประมาณ 2 วินาทีและแรงดันลดต่ำลงได้ถึง 0% หรือ 0 โวลท์ จากข้อมูลนี้จะยืนยันได้ว่าอุปกรณ์ตามรูปที่ 1 นั้น จะไม่สามารถตอบสนองทั้งด้านความเร็วและระดับแรงดันที่ต้องชดเชยได้เพียงพอเพื่อป้องกันปัญหาที่จะเกิดขึ้นกับเครื่องจักร

เทคโนโลยีหรืออุปกรณ์ที่ก่อนหน้านี้นำมาเพื่อแก้ไขหรือป้องกันปัญหาสำหรับเครื่องจักรหรือโหลดที่ต้องการระดับการป้องกันอย่างสูงสุดก็จะได้แก่เครื่องสำรองไฟฟ้า (UPS ; Uninterruptible Power Supply) แต่ก็จะตามมาด้วยค่าใช้จ่ายการลงทุนที่ค่อนข้างสูงและตามมาด้วยค่าใช้จ่ายในการใช้งานและบำรุงรักษาที่สูงมากตามมา

จากเหตุผลและความต้องการดังกล่าวจึงได้มีการพัฒนาอุปกรณ์ DVR เพื่อป้องกันปัญหาการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าที่มีความเร็วในการตอบสนองทั้งช่วงระยะเวลาที่เกิดและแรงดันที่ตกจนถึงระดับ 0 โวลต์ได้ โดยมีค่าใช่จ่ายในการลงทุนและใช้งานต่ำกว่า UPS อย่างมาก

รูปที่ 3 ตัวอย่างปัญหาแรงดันตก-เกินชั่วขณะและการแก้ไขปัญหาด้วย PQDVR

รูปที่ 5 ภาพแสดงความเร็วในการตอบสนองต่อและชดเชยแก้ไขแรงดันที่ผิดปกติ

PQDVR สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงใดๆของรูปคลื่นหรือระดับแรงดันไฟฟ้าที่ผิดปกติได้ด้วยเวลาที่น้อยกว่า 100 uS. (ค่าเฉลี่ยอยู่ที่ 39 uS.) และจ่ายแรงดันต่อเนื่องอย่างสมบูรณ์ในระยะเวลาน้อยกว่า 3 mS. (ค่าเฉลี่ยอยู่ที่ 1.5 mS.) แสดงในภาพที่ 5 และและรองรับการลดลงของแรงดันต่ำจนถึง 0 โวลต์ ที่ระดับเต็มพิกัดกำลังงาน (Full load Rated) ของตัวเครื่องได้นานถึง 3 วินาที แสดงในภาพที่ 6 ดังนั้นเมื่อเทียบกับตัวอย่างข้อมูลที่มีการบันทึกไว้และมาตรฐานด้านแรงดันไฟฟ้าด้านแรงดันตกที่เกี่ยวข้อง จึงมั่นใจว่า PQDVR จะสามารถป้องกันความเสียหายหรือการหยุดทำงานของเครื่องจักรและระบบไฟฟ้าได้เป็นอย่างดี

ข้อดี PQDVR ที่เหนือกว่า Double Conversion UPS ?

ถ้าไม่นับเรื่องระยะเวลาการสำรองไฟฟ้ากรณีไฟดับหรือ Long-term interruption ที่ UPS สามารถทำได้ดีกว่า แต่ก็ต้องแลกด้วยอายุการใช้งานที่สั้นกว่า กำลังงานสูญเสียระหว่างใช้งาน การบำรุงรักษาที่มากกว่าและ ระยะเวลาในการชาร์จแบตเตอรี่ต่อรอบที่นานกว่า

- วงจรอินเวอเตอร์จะทำงานเฉพาะในช่วงเวลาที่แรงดันผิดปกติ Sag/Swell short-interruption ทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายในมีชั่วโมงทำงานสะสมและมีอุณภูมิต่ำ ทำให้อายุการใช้งานยาวนานและทนทานกว่า

- มีกำลังงานสูญเสียขณะทำงานต่ำมาก (Efficiency > 99%) ทำให้ประหยัดค่าไฟฟ้ามากกว่า

- ทำงานได้แม้ไม่มีระบบเครื่องปรับอากาศ

- ต้องการพื้นที่ติดตั้งน้อยกว่า

- ต้องการการบำรุงรักษาต่ำมากและไม่ต้องมีการเปลี่ยนแบตเตอรี่ตามอายุใช้งาน

- ใช้ Super/Ultra Capacitor เป็นอุปกรณ์กักเก็บพลังงาน ทำให้มีจำนวนรอบการใช้งานมากกว่า 1,000,000 รอบและมีอายุการใช้งานมากกว่า 10 ปี

- ระยะเวลาการชาร์จจนเต็มน้อยกว่า 3 นาที (ค่าเฉลี่ยปกติ 1.5 นาที) หลังจากจ่าย Full Load สะสมหรือต่อเนื่อง 3 วินาที

ข้อดี Super/Ultra Capacitor ที่เหนือกว่า ?

เป็นที่ทราบกันโดยทั่วไปว่าแบตเตอรี่เป็นอุปกรณ์ที่มีอายุการใช้งานจำกัด โดยจะขึ้นอยู่กับอุณภูมิที่ใช้งาน ความลึกของการคายประจุ (Deep of Discharge: DOD.) จำนวนครั้งของการคายประจุ พิกัดกระแสการประจุและคายประจุไฟฟ้า ซึ่งเงื่อนไขเหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่ออายุการใช้งานของแบตเตอรี่

จากเงื่อนไขและข้อจำกัดของแบตเตอรี่และวัตถุประสงค์การใช้งานของ PQDVR ที่ใช้เพื่อป้องกันและแก้ไขปัญหา Sag Voltage และ Short-term interruption ซึ่งมีโอกาสเกิดขึ้นและส่งผลกระทบกับระบบไฟฟ้ามากว่ากรณีไฟดับเป็นระยะเวลานาน จึงมีการนำ Super/Ultra Capacitor มาประยุกต์ใช้เป็นอุปกรณ์สะสมพลังงานเพื่อสำรองไว้จ่ายให้แก่โหลดในกรณีที่เกิดแรงดันตกหรือดับเป็นระยะเวลาสั้นๆ

แม้ว่าความสามารถในการกักเก็บพลังงานของ Sper/Ultra Capacitor จะน้อยกว่าแบตเตอรี่ แต่ความเร็วในการประจุหรือชาร์จและความสามารถในการจ่ายกระแสไฟฟ้าทำได้สูงกว่าแบตเตอรี่มาก ดังนั้นจึงเหมาะที่จะใช้กับงานที่ต้องการพิกัดกำลังงานสูงๆในช่วงระยะเวลาสั้นๆที่มีโอกาสเกิดขึ้นบ่อยๆ โดยจำนวนครั้งของอายุใช้งาน (Cycle life) มากกว่าแบตเตอรี่อย่างมาก (1,000,000 รอบ) จึงมั่นใจถึงอายุการใช้งานโดยรวมที่มากกว่าแบตเตอรี่ โดย PQDVR เลือกใช้ Ultra Capacitor จากบริษัท Maxwell Technology ซึ่งเป็นชนิดเดียวกันกับที่ใช้ในรถไฟฟ้า Tesla จึงมั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพในการใช้งานและความทนทานของ PQDVR

ส่วนประกอบและการทำงานของ PQDVR

อุปกรณ์มาตรฐานในเครื่องแสดงในรูปที่ 8 โดยในขณะแรงดันปกติ กระแสไฟฟ้าจาก Input จะไหลผ่าน CB1 - Static Switch – CB2 จ่ายไปยัง Output แสดงในรูป 9(a) ในกรณีที่ PQDVR มีการทำงานผิดปกติ สวิตช์ Fail-safe Bypass จะต่อวงจรโดยอัตโนมัติเพื่อให้การจ่ายไฟฟ้าเป็นไปอย่างต่อเนื่อง และในกรณีที่ต้องการบำรุงรักษา สวิตช์ Maintenance Bypass จะใช้เพื่อตัดการจ่ายไฟฟ้าเข้าสู่วงจรเพื่อความปลอดภัยในการปฎิบัติงาน โดยทั้ง สวิตช์ Fail-safe Bypass และ Maintenance Bypass เป็นอุปกรณ์มาตรฐานที่ติดตั้งในผลิตภัณฑ์ PQDVR ทุกเครื่อง

รูปที่ 9(b) แสดงขณะที่วงจรควบคุมตรวจพบความผิดปกติของแรงดัน Static Switch จะตัดวงจรและอินเวอเตอร์ (Inverter) ก็จะจ่ายแรงดันที่ต่อเนื่องผ่านหม้อแปลง (Injection TR) โดยใช้พลังงานที่สะสมไว้ที่ Super/Ultra Capacitor และเมื่อแรงดัน Input กลับสู่สภาวะปกติ Static Switch ก็จะทำการต่อวงจรจ่ายแรงดันไปยัง Output และอินเวอเตอร์ก็จะหยุดการทำงาน ในขณะเดียวกัน กระแสไฟฟ้าจาก Input ส่วนหนึ่งก็จะไหลเข้าสู่วงจร Charger เพื่อประจุไฟฟ้าเติมให้แก่ Super/Ultra Capacitor จนเต็มภายในระยะเวลาต่ำกว่า 3 นาที

บทความโดย บริษัท เพาเวอร์ ควอลิตี้ ทีม จำกัด

สงวนลิขสิทธิ์ ห้ามทำซ้ำ คัดลอก หรือนำไปเผยแพร่ก่อนได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษรจากบริษัท ฯ