สันติภาพ โคตทะเล
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลล้านนา เขตพื้นที่ตาก

อินเวอร์เตอร์ (Inverter) หรือไดรฟ์ (Drive) เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีจุดมุ่งหมายเพื่อใช้ในการปรับความเร็ว หรือใช้งานร่วมกับระบบควบคุมความเร็วของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งมีใช้งานอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม การติดตั้งอินเวอร์เตอร์ที่ไม่ถูกต้องอาจทำให้อินเวอร์เตอร์เกิดความเสียหาย ทำงานได้ไม่เต็มประสิทธิภาพ หรืออาจเป็นต้นเหตุของเพลิงไหม้ได้  

และการติดตั้งที่ไม่คำนึงผลกระทบของการแพร่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามมาตรฐานความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (Electro-Magnetic Compatible: EMC) อาจทำให้อุปกรณ์อื่นที่มีความไวต่อสนามแม่เหล็กทำงานผิดพลาดได้ นอกจากนี้เมื่อเกิดความเสียหายขึ้น อาจหาสาเหตุที่แท้จริงไม่ได้ ทำให้เกิดความเสียหายซ้ำ ๆ ตามมา ดังนั้นการติดตั้งอินเวอร์เตอร์อย่างถูกต้องจะส่งผลให้มีความปลอดภัยทั้งต่อผู้ใช้งาน อุปกรณ์ และทำงานได้อย่างถูกต้องตามที่ผู้ผลิตออกแบบไว้                   

ในบทความนี้จะกล่าวถึง ข้อควรระวังด้านความปลอดภัย การเลือกอุปกรณ์ป้องกัน อุปกรณ์ประกอบ สำหรับการติดตั้งอินเวอร์เตอร์อย่างเป็นขั้นตอน และในตอนท้ายจะกล่าวถึงการคำนวณขนาดของตู้แบบปิดที่ใช้สำหรับติดตั้งอินเวอร์เตอร์ และอัตราการไหลของลมที่ใช้ในการระบายความร้อนสำหรับอุปกรณ์กำเนิดความร้อนภายในตู้

อินเวอร์เตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ใช้แรงดัน และกระแสไฟฟ้าที่มีค่าสูง เพื่อความปลอดภัยของผู้ทำการติดตั้ง ผู้ใช้งาน และอินเวอร์เตอร์ ดังนั้นควรทำความเข้าใจถึงความปลอดภัยต่าง ๆ ดังต่อไปนี้

* คำเตือน (Warning) เป็นข้อมูลสำคัญสำหรับการป้องกันอันตรายที่ไม่ควรให้เกิดขึ้น หรือควรหลีกเลี่ยง ถ้าไม่ปฏิบัติตามอาจเกิดอันตรายต่อชีวิต หรือเกิดความเสียหายที่รุนแรงได้
* ข้อควรระวัง (Caution) เป็นข้อมูลที่มีความจำเป็นสำหรับความเสี่ยงต่อความเสียหายต่อผลิตภัณฑ์ หรืออุปกรณ์ประกอบ ที่ควรหลีกเลี่ยงไม่ให้เกิดขึ้น
* โน้ต (Note) เป็นข้อมูลที่จะช่วยให้ผลิตภัณฑ์ทำงานได้อย่างถูกต้อง หรือดีที่สุด

แรงดัน และกระแสไฟฟ้าที่ใช้ในอินเวอร์เตอร์ สามารถทำให้เกิดการลุกไหม้ หรือเกิดอันตรายต่อชีวิตได้ ดังนั้นต้องให้ความระมัดระวังเป็นพิเศษตลอดเวลาในการทำงาน หรือเมื่ออยู่ใกล้กับอินเวอร์เตอร์ ดังนั้นจะต้องมีการติดตั้งเครื่องหมายเตือนอันตราย ในจุดที่เห็นได้ชัดเจน และควรติดตั้งอินเวอร์เตอร์ภายใต้คำแนะนำ และเงื่อนไขตามที่ผู้ผลิตชี้แจงในคู่มือการติดตั้งโดยเคร่งครัด

อินเวอร์เตอร์โดยทั่วไปจะถูกออกแบบให้เป็นอุปกรณ์ที่ทำงานได้ด้วยตัวเองโดยสมบูรณ์ ถ้าทำการติดตั้งอย่างไม่ถูกต้อง อินเวอร์เตอร์อาจเป็นต้นเหตุที่ทำให้เกิดอันตรายต่อระบบได้ ความเสียหายที่เกิดขึ้นอาจมีขอบเขตที่กว้าง การออกแบบ และติดตั้งระบบต้องกระทำโดยบุคคลที่ได้รับการอบรม มีความรู้ มีประสบการณ์

โดยต้องทำการศึกษาคู่มือการติดตั้งโดยละเอียด รวมทั้งต้องแน่ใจว่าความปลอดภัยของระบบทางกลมีความมั่นคงเพียงพอ รวมทั้งอินเวอร์เตอร์จะต้องไม่ถูกใช้งานกับอุปกรณ์ที่อยู่ในภาวะวิกฤติของความปลอดภัย โดยไม่มีระบบการป้องกันที่มีความสมบูรณ์สูงพอ

อินเวอร์เตอร์จะต้องถูกติดตั้งอยู่ในตู้แบบปิด เพื่อป้องกันน้ำ หรือละอองน้ำจากการกลั่นตัวต่าง ๆ และป้องกันการเปื้อนจากฝุ่น โดยต้องได้รับการป้องกันตามมาตรฐาน NEMA1 และ IP40 (หรือ IEC529) และถ้าต้องการ การยอมรับตามมาตรฐาน UL จะต้องติดตั้งอินเวอร์เตอร์ในตู้แบบปิดตามมาตรฐาน UL50 หรือ NEMA250 โดยมีข้อกำหนด ดังนี้

* อินเวอร์เตอร์จะต้องถูกติดตั้งในตู้แบบปิดชนิดที่ 1(Type 1) หรือดีกว่า โดยต้องติดตั้งตู้ภายในอาคารเท่านั้น อุปกรณ์ภายในตู้ต้องมีระบบป้องกัน และผนังตู้สามารถป้องกันฝุ่นละอองที่เกิดจากการฟุ้งกระจายได้
* ต้องทำการติดตั้งฟิวส์ป้องกันการลัดวงจรในชั้น RK1 600VAC ในจุดที่รับไฟจากแหล่งจ่ายไฟฟ้าเข้าสู่อินเวอร์เตอร์
* ต้องใช้สายตัวนำทองแดง ในชั้น 1 ทนอุณหภูมิได้ 60/75 ?C (140/167 ?F) เท่านั้น
* อุณหภูมิสภาพแวดล้อมภายในตู้แบบปิดขณะใช้งานอินเวอร์เตอร์ ต้องมีค่าไม่เกิน 40 ?C (104 ?F)
* ขนาดของขั้ว และแรงบิดที่ใช้ในการยึดอุปกรณ์ ต้องมีความแข็งแรงพอเพียง หรือเป็นไปตามที่ผู้ผลิตอินเวอร์เตอร์กำหนด เช่น ชนิด และขนาดของอุปกรณ์ยึด แรงบิดการขัน เป็นต้น

การวางแผนการติดตั้งอินเวอร์เตอร์มีสิ่งที่ต้องคำนึงถึงหลายประการ ในที่นี้จะทำการอธิบายเป็นขั้น ๆ ซึ่งในบางขั้นตอนจะมีข้อมูลที่สำคัญ ควรทำการบันทึก เพื่อเป็นข้อมูลในอนาคตด้วย

ฟิวส์สำหรับป้องกันการลัดวงจร ที่ต่อระหว่างแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ และอินเวอร์เตอร์ ขนาดของฟิวส์ที่เหมาะสมกับอินเวอร์เตอร์ จะแสดงดังตารางที่ 1 และชนิดของฟิวส์ ควรเป็นไปตามมาตรฐาน ดังนี้ ใช้ฟิวส์แบบ gG HRC ตามมาตรฐาน IEC 269 (BS88) เมื่อติดตั้งตามมาตรฐานยุโรป ใช้ฟิวส์แบบ RK1 600 VAC เมื่อติดตั้งตามมาตรฐานสหรัฐอเมริกา    

หรืออาจใช้เซอร์กิตเบรกเกอร์ (MCB หรือ MCCB) ในพิกัดเดียวกัน ทำการติดตั้งแทนฟิวส์ได้ โดยต้องมีค่าความสามารถในการกำจัดกระแสฟอลต์ (Fault-current Clearing Capacity) ตามข้อกำหนดยูแอล โดยพิจารณาจากกระแสลัดวงจรที่สมมาตรกัน (Symmetrical Short-circuit Current) ต้องมีค่าไม่เกิน 5kA สำหรับพิกัดกระแสไม่เกิน 80 A และมีค่าไม่เกิน 10 kA สำหรับพิกัดกระแสมากกว่า 80 A

สายตัวนำไฟฟ้าที่ใช้ต่อวงจรในระบบของอินเวอร์เตอร์ เช่น ตัวกรอง RFI อินเวอร์เตอร์ มอเตอร์ ตัวต้านทานเบรก เป็นต้น จะต้องมีฉนวนเป็นพีวีซี (PVC) ที่ทนแรงดันไฟฟ้าได้ตามพิกัด ทนอุณหภูมิสูงสุดได้ไม่ต่ำกว่า 105 ?C (221 ?F) และตัวนำต้องเป็นทองแดง ซึ่งแสดงค่าของขนาดสายตัวนำ ดังตารางที่ 2

ขณะที่มีกระแสไฟฟ้าไหลในสายตัวนำที่ต่อจากอินเวอร์เตอร์ไปยังมอเตอร์ จะเกิดค่าความจุ (Capacitance) ที่ทางด้านออกของอินเวอร์เตอร์ ซึ่งเป็นผลมาจากความถี่ในการสวิตช์ที่มีค่าสูง และความยาวสายตัวนำ เพื่อจำกัดค่าความจุไม่ให้มีค่าสูงเกินจนทำให้เกิดผลกระทบต่อการทำงานของอินเวอร์เตอร์ จะต้องแน่ใจว่าความยาวของสายต่อวงจรต้องมีค่าไม่เกินค่าความยาวสูงสุด ที่แสดงดังตารางที่ 3

ที่ค่าความถี่การสวิตช์พีดับบลิวเอ็ม (PWM Switching Frequency) ที่ค่า 3 kHz แต่ถ้าความถี่มีค่าสูงกว่านี้จะทำให้ความจุมีค่าสูงขึ้น ดังนั้นความยาวของสายตัวนำจะต้องมีค่าลดลงตามไปด้วย ส่วนระดับแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายในบางงานเฉพาะอาจมีค่าถึง 480 โวลต์ ในระดับค่าแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นนี้ จะส่งผลให้ความจุมีค่าสูงขึ้นเช่นกัน ดังนั้นความยาวของสายตัวนำจะต้องมีค่าลดลงตามไปด้วย

หมายเหตุ ความยาวสายอาจเปลี่ยนแปลงได้ตามเทคนิคเฉพาะของอินเวอร์เตอร์ หรือเป็นไปตามข้อมูลของผู้ผลิต

ความยาวของสายตัวนำสำหรับมอเตอร์ จะมีค่าลดลงจากค่าที่แสดงในตารางที่ 3 ตามเงื่อนไขที่กล่าวไว้ เช่น ถ้าความถี่สวิตช์พีดับบลิวเอ็มของอินเวอร์เตอร์มีค่า 9 kHz ความยาวของสายจะลดลงเหลือเท่ากับ 1/3 ของความยาวสูงสุดที่แสดงในตารางที่ 3 หรือถ้าใช้สายตัวนำไฟฟ้าที่มีค่าความจุสูง (High-capacitance) ที่แสดงดังรูปที่ 1(b) ความยาวของสายตัวนำสูงสุดจะถูกลดลงครึ่งหนึ่งจากค่าที่แสดงในตารางที่ 3

รูปที่ 1 โครงสร้างของสายตัวนำที่มีผลต่อค่าความจุ

อินเวอร์เตอร์จะสร้างความร้อนเนื่องจากการสูญเสียของการสวิตช์ โดยทั่วไปขณะที่จ่ายกระแสไฟฟ้าเต็มพิกัดจะมีค่าสูงสุดที่ 40 ^oC (104 ^oF) ความร้อนที่เกิดขึ้นนี้จะแปรผันโดยตรงกับค่าความถี่สวิตช์พีดับบลิวเอ็ม และค่ากระแสที่ใช้งาน ดังแสดงความสัมพันธ์ดังตารางที่ 4 ดังนั้นถ้ามีการใช้ความถี่สวิตช์ที่สูงขึ้น กำลังทางออกของอินเวอร์เตอร์จะมีค่าลดลง ทำให้ค่ากระแสไฟฟ้าทางออกมีค่าลดลงด้วย ซึ่งปกติความถี่สวิตช์มักถูกกำหนดไว้ที่ค่าต่ำสุดด้วยเหตุผลทางการค้า

นอกจากนี้อินเวอร์เตอร์ทั่วไปจะถูกออกแบบให้ใช้งานได้ที่อุณหภูมิสูงถึง 50 ^oC (122 ^oF) แต่กระแสพิกัดจะมีค่าลดลงต่ำกว่าที่อุณหภูมิสภาพแวดล้อมที่ 40 ^oC (104 ^oF) ดังตารางที่ 5 ส่วนตารางที่ 6 จะแสดงค่าของกำลังไฟฟ้าที่ถูกเผาผลาญเป็นความร้อน ที่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับค่าความถี่สวิตช์พีดับบลิวเอ็ม ค่ากำลังไฟฟ้านี้มีความสำคัญที่ควรบันทึกไว้ โดยจะถูกนำไปใช้ในการออกแบบตู้แบบปิดที่จะกล่าวถึงในตอนท้ายของบทความ

นอกจากค่าดังกล่าวยังถูกนำไปใช้ในการออกแบบสำหรับระบบการป้องกันความร้อนให้กับอินเวอร์เตอร์ ซึ่งโดยทั่วไปผู้ผลิตจะทำการสร้างระบบป้องกันไว้ให้ภายในตัวของอินเวอร์เตอร์ โดยเมื่อเกิดความร้อนสูงเกินอินเวอร์เตอร์จะตัดการทำงานเองโดยอัตโนมัติ

ตารางที่ 4 กระแสทางออกสูงสุดของอินเวอร์เตอร์ ที่อุณหภูมิสภาพแวดล้อม 40 ^oC (104 ^oF)

ตารางที่ 5 กระแสทางออกสูงสุดของอินเวอร์เตอร์ ที่อุณหภูมิสภาพแวดล้อม 50 ^oC (122 ^oF)

สำหรับการติดตั้งอินเวอร์เตอร์ให้เป็นไปตามมาตรฐานความร่วมกันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า ดังเช่น มาตรฐาน EN 5008-1 หรือ EN 5008-2 เป็นต้น มีความจำเป็นต้องใช้ตัวกรอง RFI ต่อแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ ก่อนเข้าอินเวอร์เตอร์ การเลือกขนาดตัวกรอง RFI ที่เหมาะสม และขนาดของกำลังไฟฟ้าสูงสุดที่เผาผลาญเป็นความร้อนของตัวกรอง RFI แสดงได้ดังตารางที่ 7 โดยข้อมูลจะถูกใช้ในการออกแบบตู้แบบปิดที่จะกล่าวถึงในตอนท้ายของบทความ

ตารางที่ 7 ข้อมูลของตัวกรอง RFI ที่เหมาะสมกับอินเวอร์เตอร์

หมายเหตุ สำหรับอินเวอร์เตอร์ Model Size 1 ถ้าสายป้อนมอเตอร์มีความยาวเกิน 50 เมตร ให้เลือกใช้ตัวกรองในขนาดที่ใหญ่ขึ้นเป็น Size B

ภาวะของไดนามิกเบรกจะเกิดขึ้นเมื่ออินเวอร์เตอร์ถูกลดความเร็วลง เนื่องจากผลทางกลของโมเมนต์ความเฉื่อย (Moment of Inertia) พลังงานจะถูกจ่ายออกมาจากมอเตอร์ กำลังไฟฟ้าสูงสุดที่ถูกสร้างขึ้น จะทำให้อินเวอร์เตอร์ได้รับกำลังไฟฟ้าเท่ากับกำลังไฟฟ้าที่เป็นการสูญเสียในรูปของความร้อนที่เกิดขึ้น

แต่ถ้ากำลังไฟฟ้าที่ถูกสร้างขึ้นสูงกว่าการสูญเสียนี้ ตัวต้านทานเบรกจะต้องถูกต่อเข้าไปเพื่อทำการเผาผลาญพลังงานทิ้งในรูปของความร้อน โดยตัวต้านทานจะต้องถูกติดตั้งที่โครงเหล็กในจุดที่มีการระบายความร้อนได้ และได้รับการป้องกันภาวะความร้อนเกิน หรือภาวะโอเวอร์โหลดให้กับตัวต้านทานเบรก การเลือกใช้พิกัดกำลัง และค่าความต้านทานต่ำสุดของตัวต้านทานเบรกจะแสดงได้ ดังตารางที่ 8

ค่าความต้านทานต่ำสุดที่ยอมรับได้ของตัวต้านทานเบรก ควรมีความสามารถในการเผาผลาญพลังงานสูงสุดที่ค่าประมาณ 150% ของพิกัดกำลังของอินเวอร์เตอร์ได้ในช่วงเวลาสั้น ๆ ประมาณ 60 วินาทีได้ สำหรับโหลดที่มีโมเมนต์ความเฉื่อยสูง (High Moment of Inertia) หรือทำงานในเงื่อนไขที่มีการเบรกบ่อย ๆ กำลังไฟฟ้าต่อเนื่อง (Continuous Power) ที่เผาผลาญในตัวต้านทานเบรกอาจมีค่าสูงเท่ากับพิกัดกำลังของอินเวอร์เตอร์ได้ ค่าของความต้านทานที่สูงจะทำให้เกิดการเผาผลาญในรูปกำลังไฟฟ้าชั่วขณะที่ต่ำ              

ในลักษณะงานทั่วไปการเบรกจะเกิดขึ้นในบางจังหวะ หรือเป็นครั้งคราวเท่านั้น  ดังนั้นการเลือกพิกัดกำลังของตัวต้านทานเบรก มักทำการเลือกค่ากำลังที่ต่ำกว่าพิกัดของอินเวอร์เตอร์ นอกจากนี้ค่าความต้านทานที่สูงจะมีราคาที่ถูกกว่า และให้ความปลอดภัยสูงเมื่อเกิดความผิดพลาดของระบบเบรก และถ้าพิกัดกำลังของตัวต้านทานเบรกต่ำเกินไปอาจทำให้อินเวอร์เตอร์เกิดแรงดันดีซีสูง และหยุดการทำงานได้

ตัวต้านทานเบรกถูกใช้สำหรับเผาผลาญพลังงาน ดังนั้นความร้อนจะเกิดขึ้นสูง ดังนั้นจะต้องทำการประมาณค่าเฉลี่ยของกำลังไฟฟ้าที่จะเผาผลาญในตัวต้านทาน และทำการออกแบบระบบป้องกันความร้อนสำหรับตัวต้านทานเบรก ดังรูปที่ 2 โดยเมื่อเกิดโอเวอร์โหลดที่ตัวต้านทานวงจรจะทำการตัดไฟฟ้ากระแสสลับที่จ่ายให้กับอินเวอร์เตอร์

นอกจากนี้สำหรับการยอมรับของมาตรฐานความร่วมกันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า ถ้าตัวต้านทานเบรกจะต้องถูกติดตั้งภายนอกตู้ สายตัวนำที่ใช้ต้องเป็นสายที่มีการชีลด์ และต้องทำการต่อสายดิน

รูปที่ 2 วงจรป้องกันสำหรับตัวต้านทานเบรก

1. เพื่อป้องกันการแพร่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ให้ทำการติดตั้งอินเวอร์เตอร์ และอุปกรณ์ประกอบอื่น ๆ ในตำแหน่งที่ถูกต้อง และระยะเหมาะสม ดังตัวอย่างในรูปที่ 3 ซึ่งเป็นการติดตั้งอินเวอร์เตอร์ 2 ตัว ที่มีอุปกรณ์ควบคุมรวมอยู่ด้วย อินเวอร์เตอร์ควรถูกติดตั้งในส่วนบนสุดของตู้เนื่องจากเป็นอุปกรณ์ที่แพร่ความร้อน และควรติดตั้งอินเวอร์เตอร์ทั้งสองตัวให้อยู่ในระดับเดียวกัน ส่วนตัวต้านทานเบรกจะถูกติดตั้งภายนอกตู้แบบปิด

รูปที่ 3 แบบร่างการติดตั้งอินเวอร์เตอร์เพื่อป้องกันการแพร่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

2. สำหรับการยอมรับได้ตามมาตรฐานความร่วมกันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า จำเป็นจะต้องทำการติดตั้งตัวกรอง RFI ให้กับอินเวอร์เตอร์แต่ละตัว โดยต้องคำนึงถึงตำแหน่งที่ถูกต้อง และระยะเหมาะสมด้วยเช่นกัน ดังตัวอย่างในรูปที่ 4 ซึ่งเป็นการติดตั้งอินเวอร์เตอร์ 2 ตัว ที่มีอุปกรณ์ประกอบรวมอยู่

ส่วนตัวต้านทานเบรกจะถูกติดตั้งภายนอกตู้แบบปิด ส่วนในกรณีที่ต้องมีการติดตั้งอุปกรณ์กำเนิดความร้อนต่างระดับกัน อุปกรณ์กำเนิดความร้อนต่ำควรถูกติดตั้งอยู่ในตำแหน่งที่ต่ำกว่าอุปกรณ์ที่กำเนิดความร้อนสูง ดังตัวอย่างในรูปที่ 4 ตัวกรอง RFI ตัวที่ 2 จะถูกติดตั้งอยู่ด้านล่างของอินเวอร์เตอร์ตัวที่ 2

รูปที่ 4 แบบร่างการติดตั้งอินเวอร์เตอร์ตามมาตรฐานความร่วมกันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า

ตู้ที่ใช้ในการติดตั้งอินเวอร์เตอร์จะเป็นตู้แบบปิดที่มี 2 แบบ คือตู้ที่มีการซีลทั้งหมด และตู้แบบปิดที่มีการระบายความร้อน ในการเลือกใช้ มีข้อควรพิจารณา ดังนี้ ตู้แบบปิดที่มีการซีลทั้งหมดจะมีความสามารถในการป้องกันทางเข้าที่สูง แต่จะมีความสามารถในการนำความร้อนออกไปทิ้งภายนอกลดลง ถ้าเป็นไปได้อุปกรณ์ที่สร้างความร้อน (นอกจากตัวต้านทานเบรก) ควรติดด้านล่างสุดของตู้ จะช่วยให้มีการระบายความร้อนได้ดีสุด         

ถ้ามีความจำเป็นต่อการระบายความร้อนควรเลือกใช้ตู้แบบปิดที่มีความสูงมาก ๆ และอาจมีการใช้พัดลมติดตั้งหมุนเวียนอากาศภายในตู้ สำหรับการคำนวณขนาดต่ำสุดของตู้แบบปิดที่มีการซีลที่เหมาะสมต่อการระบายความร้อนให้กับอินเวอร์เตอร์จะกล่าวไว้ในหัวข้อการคำนวณขนาดของตู้แบบปิดที่มีการซีลสำหรับอินเวอร์เตอร์

ส่วนในกรณีที่ไม่จำเป็นถึงขั้นที่ต้องใช้ตู้แบบปิดที่มีการซีลแล้ว ตู้แบบปิดที่มีการใช้พัดลมช่วยระบายความร้อนจากภายในตู้ออกไปภายนอก จะช่วยลดอุณหภูมิภายในตู้ได้เป็นอย่างดี สำหรับการคำนวณปริมาตรต่ำสุดของลมที่ใช้ในการระบายความร้อน จะกล่าวไว้ในหัวข้อการคำนวณการระบายลมในตู้แบบปิดที่มีการระบายความร้อนสำหรับอินเวอร์เตอร์

สำหรับเงื่อนไขให้มีการยอมรับได้ตามมาตรฐานความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า ต้องแน่ใจว่าตู้มีขนาดเหมาะสม และต้องมีแผ่นโลหะที่ไม่มีการทาสี หรือพ่นสีติดตั้งในด้านหลังของอินเวอร์เตอร์ เช่น เลือกใช้แผ่นสังกะสี หรือแผ่นเหล็กชุบสังกะสี เป็นต้น และต้องทำการติดตั้งตัวกรอง RFI ให้กับอินเวอร์เตอร์ทุกตัว

อินเวอร์เตอร์จะต้องถูกติดตั้งในแนวตั้ง เพื่อให้มีการระบายความร้อนได้ดีที่สุด ตามหลักการลอยตัวสูงขึ้นของลมร้อน เพื่อให้ลมผ่านอินเวอร์เตอร์ และแผ่นระบายความร้อน (Heat Sink) ได้สะดวกที่สุด นอกจากนี้ถ้ามีจำนวนอินเวอร์เตอร์มากกว่า 1 ตัว ถูกติดตั้งในตู้เดียวกัน ควรทำการติดตั้งอินเวอร์เตอร์ให้อยู่ในระดับเดียวกัน เพื่อไม่ให้มีการแพร่ความร้อนสู่กันโดยตรง

ขั้นตอนที่ 12 ตรวจสอบระยะต่างๆรอบอินเวอร์เตอร์
ระยะต่าง ๆ รอบอินเวอร์เตอร์จะช่วยในการระบายความร้อน และป้องกันการรบกวนการทำงานต่อกัน รวมทั้งความสะดวกในการติดตั้ง หรือซ่อมบำรุง โดยระยะต่าง ๆ ควรมีค่าเป็นดังต่อไปนี้

1. ระยะด้านบนและด้านล่างของอินเวอร์เตอร์ต้องมีค่าไม่ต่ำกว่า100 มม. (4 นิ้ว) สำหรับโมเดลไซส์ 1 และ 2
2. ระยะด้านบน และด้านล่างของอินเวอร์เตอร์ ต้องมีค่าไม่ต่ำกว่า 150 มม. (6 นิ้ว) สำหรับโมเดลไซส์ 3 และ 4
3. ด้านข้างทั้งสองด้านของอินเวอร์เตอร์ ต้องมีค่าไม่ต่ำกว่า 5 มม. (0.25 นิ้ว)
4. ระยะห่างระหว่างอินเวอร์เตอร์กับพัดลมต้องมีค่าไม่ต่ำกว่า 100 มม. (4 นิ้ว)

ขั้นตอนที่ 13 เลือกตำแหน่งติดตั้งตัวต้านทานเบรก
ตัวต้านทานเบรกสามารถติดตั้งได้ทั้งภายใน และภายนอกตู้แบบปิด เมื่อติดตั้งภายในตู้ควรทำการติดตั้งในส่วนบนสุดของตู้ เนื่องจากตัวต้านทานเบรกเป็นอุปกรณ์ที่แพร่ความร้อนสูง เพื่อไม่ให้ความร้อนดังกล่าวไปทำให้ความร้อนอุปกรณ์อื่นสูงขึ้น

การคำนวณขนาดของตู้แบบปิดที่ใช้สำหรับติดตั้งอินเวอร์เตอร์

ขนาดของตู้มีผลต่อความร้อน หรืออุณหภูมิสภาพแวดล้อมภายในตู้ที่ทำการติดตั้งอินเวอร์เตอร์ โดยกำลังไฟฟ้าที่ก่อให้เกิดความร้อนจะเกิดจากอุปกรณ์ต่าง ๆ คือ อินเวอร์เตอร์ ตัวกรอง RFI และอุปกรณ์ที่ก่อให้เกิดความร้อนอื่น ๆ เช่น ตัวต้านทานเบรก แหล่งจ่ายสวิตชิ่ง หม้อแปลงไฟฟ้า เป็นต้น

การแปลงค่าความร้อนที่ถูกกำเนิดขึ้นในตู้แบบปิดไปสู่ค่าอุณหภูมิของอากาศที่กระจายภายในตู้ โดยการแพร่ความร้อนตามธรรมชาติ หรือการใช้การหมุนวนของอากาศภายในตู้ จะทำการคิดเฉพาะพื้นที่ของผนังของตู้ที่ไม่ถูกกีดขวาง (Unobstructed) โดยเป็นผนังตู้แบบปิดในส่วนที่ไม่สัมผัสกับผนัง และพื้น ดังแสดงในรูปที่ 5 และทำการหาค่าพื้นที่ต่ำสุดของผนังที่ไม่ถูกกีดขวางของตู้ ได้ดังสมการที่ 1

รูปที่ 5 ตู้แบบปิดที่ใช้ผนังด้านหน้า ด้านข้าง และด้านบนในการระบายความร้อน

เมื่อ
 A_e คือ พื้นที่ของผนังที่ไม่ถูกกีดขวางของตู้ในหน่วย m² (1 m² = 10.8 ft²)
 T_ext คือ อุณหภูมิสูงสุดของสภาพแวดล้อมภายนอกตู้ในหน่วย ^oC
 T_int คือ อุณหภูมิสูงสุดของสภาพแวดล้อมภายในตู้ในหน่วย ^oC
 P คือ กำลังไฟฟ้าที่ถูกเผาผลาญเป็นความร้อนของอุปกรณ์ทั้งหมดที่ติดตั้งในตู้ในหน่วย W
 k คือ ค่าสัมประสิทธิในการส่งผ่านความร้อนของวัสดุที่ใช้ทำผนังตู้ในหน่วย W/m²/^oC

ตัวอย่างที่ 1 ให้คำนวณขนาดตู้แบบปิดสำหรับติดตั้งอินเวอร์เตอร์ โดยมีข้อมูลต่าง ๆ ดังนี้ ติดตั้งอินเวอร์เตอร์ 3 เฟส พิกัดกำลัง 4 kW 400 V จำนวน 2 ตัว ทำงานที่ความถี่สวิตช์ PWM 4.5 kHz ติดตั้งตัวกรอง RFI ตัวต้านทานเบรกถูกติดตั้งภายนอกตู้ อุณหภูมิสูงสุดของสภาพแวดล้อมภายนอกตู้มีค่า 30 ?C อุณหภูมิสูงสุดของสภาพแวดล้อมภายในตู้มีค่า 40 ^oC วัสดุที่ใช้ในการทำตู้แบบปิดเป็นเหล็กแผ่น หนา 2 mm (3/32 in) ทำการพ่นสี มีค่าสัมประสิทธิในการส่งผ่านความร้อน 5.5 W/m²/^oC

วิธีทำ  จากขั้นตอนที่ 4 ของการวางแผนติดตั้งอินเวอร์เตอร์ กำลังไฟฟ้าที่ใช้ในการเผาผลาญความร้อนของอินเวอร์เตอร์ 3 เฟส พิกัดกำลัง 4 kW ความถี่สวิตช์ PWM 4.5 kHz จากตารางที่ 7 มีค่ากำลังไฟฟ้า 180 W

จากขั้นตอนที่ 5 ของการวางแผนติดตั้งอินเวอร์เตอร์ กำลังไฟฟ้าที่ใช้ในการเผาผลาญความร้อนของตัวกรอง RFI ที่ติดตั้งสำหรับอินเวอร์เตอร์ 3 เฟส พิกัดกำลัง 4 kW จากตารางที่ 8 มีค่ากำลังไฟฟ้า 25 W (max)

ถ้าขนาดของตู้ใหญ่เกินไปสำหรับพื้นที่ของการติดตั้ง อาจทำการแก้ไขปัญหาได้ ดังนี้
*  ลดค่าความถี่สวิตช์ PWM ของอินเวอร์เตอร์ ให้มีค่าต่ำลง
*  ลดอุณหภูมิภายใน หรือภายนอกตู้ด้วยการใช้พัดลมระบายอากาศช่วย
*  นำอุปกรณ์กำเนิดความร้อนอื่น ๆ ไปติดตั้งภายนอกตู้

ในกรณีที่มีพื้นที่ในการติดตั้งตู้ที่จำกัด ทำให้ขนาดของตู้มีความพอดีกับอุปกรณ์ที่ติดตั้งอินเวอร์เตอร์ และอุปกรณ์ประกอบอื่น ๆ การใช้พัดลมช่วยในการระบายความร้อน เพื่อไม่ให้อุณหภูมิสภาพแวดล้อมภายในตู้มีค่าสูงเกินค่าพิกัดที่อินเวอร์เตอร์ หรืออุปกรณ์อื่นทนได้ อัตราการไหลต่ำสุดของลมในเชิงปริมาตร จะหาได้จากสมการที่ 2

เมื่อ 
 V  คือ อัตราการไหลของลมในหน่วย m3/hr
 k_d คือ อัตราส่วนของความกดดันอากาศที่ค่าระดับน้ำทะเลภายนอกตู้ ต่อความกดดันอากาศของจุดที่ติดตั้งอินเวอร์เตอร์ภายในตู้ โดยทั่วไป จะมีค่าประมาณ 1.2 ถึง 1.3 สำหรับการลดลงของแรงดันลม เนื่องจากความสกปรกของแผ่นกรองฝุ่นละออง

ตัวอย่างที่ 2 ให้คำนวณอัตราการไหลของลมที่ใช้สำหรับการระบายความร้อนจากภายในตู้ออกสู่ภายนอกตู้ ที่มีข้อมูลต่าง ๆ ดังนี้ ติดตั้งอินเวอร์เตอร์ 3 เฟส พิกัดกำลัง 15 kW 400 V จำนวน 3 ตัว ทำงานที่ความถี่สวิตช์ PWM 6 kHz ติดตั้งตัวกรอง RFI ตัวต้านทานเบรกถูกติดตั้งภายนอกตู้ อุณหภูมิสูงสุดของสภาพแวดล้อมภายนอกตู้มีค่า 30 ^oC อุณหภูมิสูงสุดของสภาพแวดล้อมภายในตู้มีค่า 40 ^oC

วิธีทำ   จากขั้นตอนที่ 4 ของการวางแผนติดตั้งอินเวอร์เตอร์ กำลังไฟฟ้าที่ใช้ในการเผาผลาญความร้อนของอินเวอร์เตอร์ 3 เฟส พิกัดกำลัง 15 kW ความถี่สวิตช์ PWM 6 kHz จากตารางที่ 7 มีค่ากำลังไฟฟ้า 670 W

จากขั้นตอนที่ 5 ของการวางแผนติดตั้งอินเวอร์เตอร์ กำลังไฟฟ้าที่ใช้ในการเผาผลาญความร้อนของตัวกรอง RFI ที่ติดตั้งสำหรับอินเวอร์เตอร์ 3 เฟส พิกัดกำลัง 15 kW จากตารางที่ 8 มีค่ากำลังไฟฟ้า 60 W (max)

การติดตั้งอินเวอร์เตอร์อย่างถูกต้อง ต้องคำนึงถึงความปลอดภัย ผู้ติดตั้งต้องเป็นบุคคลที่มีความชำนาญเฉพาะ โดยต้องออกแบบระบบป้องกันทั้งต่อผู้ใช้งาน และอุปกรณ์ทุกชิ้น อุปกรณ์ป้องกัน และสายป้อนต้องมีขนาด หรือพิกัดที่ถูกต้อง สำหรับเงื่อนไขให้มีการยอมรับได้ตามมาตรฐานความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าต้องทำการติดตั้งตัวกรอง RFI ระหว่างแหล่งจ่ายกับอินเวอร์เตอร์

ขนาดของตู้แบบปิดที่มีการซีล เพื่อการป้องกันอย่างสมบูรณ์จากละอองน้ำ หรือฝุ่นที่มีปริมาณสูง จะต้องมีความเหมาะสมกับการระบายความร้อนผ่านผนังตู้ ถ้าเป็นตู้แบบปิดที่ติดตั้งในบริเวณที่ไม่จำเป็นที่ต้องมีการป้องกันสูง หรือในพื้นที่ที่จำกัดการระบายความร้อนด้วยพัดลมจะต้องมีการออกแบบอย่างเหมาะสม

รวมทั้งระยะต่าง ๆของตำแหน่งอุปกรณ์ก็มีความสำคัญทั้งในแง่ของการระบายความร้อน การรบกวนต่อกัน และความสะดวกในการซ่อมบำรุงรักษา รวมทั้งวิศวกร หรือช่างเทคนิคที่จะทำการติดตั้งอินเวอร์เตอร์ต้องทำการศึกษาคู่มือของอินเวอร์เตอร์ที่จะทำการติดตั้งอย่างละเอียดในข้อปลีกย่อยเฉพาะของผู้ผลิต ในทุกขั้นตอนของการติดตั้งควรทำการบันทึกข้อมูล เพื่อเป็นประโยชน์สำหรับผู้ใช้ หรือผู้ที่จะมาแก้ปัญหาของระบบในอนาคตด้วย

1. Control Technique Drives Ltd, Installation Guide Commander GP (0.75-110 kW), Issue No.2, 2000.
2. Yaskawa Electric America Inc., Varispeed F7 Drive User’s Manual (0.4-300 kW), TM.F7.01, 2007.
3.  Hitachi Inverter Co.Ltd., Inverter Mounting and Installation, 2007.
4. LG Industrial Systems Co.Ltd., Starvert iV5 High Precision and Torque Control LG Vector Inverter, 2004.
5. Huifeng Electronics Co.Ltd., HF Inverter F1500-G Series User’s Manual (0.2-110 kW), 2005.