VSD ทำงานอย่างไร
VSD ที่ใช้งานแพร่หลาย แบบ AC ประกอบด้วย 3 ส่วนหลักคือ อุปกรณ์เรียงกระแส (rectifier),
DC capacitor และสวิตช์เปิดปิด (IGBT)
หลักการทำงานคือ VSD จะปรับความถี่ (f) เพื่อให้มอเอตร์หมุนตามความเร็วที่ต้องการ ขณะเดียวกันจะทำการเพิ่ม-ลดแรงดันให้เหมาะสมกับการใช้งานอัตโนมัติ เพื่อทำให้เกิดค่าฟลักซ์สนามแม่เหล็กคงที่ตามการออกแบบแกนเหล็กของมอเตอร์ (V/f) เช่น ต้องการให้มอเตอร์หมุนช้าลง 50% ก็ต้องลดแรงดันลง 50% จาก400V เหลือ200V โดยมี DC capacitor ที่ใช้ในการกรองแรงดันให้เรียบ ก่อนจะเข้าชุด inverter สวิตช์เปิดปิดจะสั่งการเปิดปิดอุปกรณ์เรียงกระแสพวก IGBT,SCR ทำให้แรงดันไฟฟ้าขาออกมีลักษณะเป็น square-wave และกระแสที่เข้ามอเตอร์ใกล้เคียงกับ sine wave ด้วยการเปิดปิดตามจังหวะที่เหมาะสมทั้งฝั่ง Converter และ Inverter จะทำให้เราสามารถสร้างกำลังงานไฟฟ้า (Variable Frequency Power) ที่สามารถควบคุมความเร็วมอเตอร์ได้ดั่งต้องการ ด้วยกำลังงานที่ประหยัด
ความผิดปกติของ VSD แบบต่าง ๆ และวิธีการหาสาเหตุเบื้องต้น
1.ความผิดปกติจากอุปกรณ์เรียงกระแส
เราสามารถหยุดระบบ VSD เพื่อวัดค่าทางไฟฟ้าเพื่อดูการทำงานของอุปกรณ์เรียงกระแสว่าทำงานได้ตามปกติหรือไม่ นอกจากนี้ปัจจุบันเรายังมีเทคนิคการดู pattern ผลตอบสนองที่เปลี่ยนแปลงไปผ่าน การทำ machine learning
2.ความผิดปกติจาก DC capacitor
ความเสื่อมสภาพของ DC capacitor ทำให้แรงดันที่ DC bus ไม่เรียบ ทำให้การควบคุมความเร็วขาดเสถียรภาพ เราสามารถวัด capacitance ตอนที่ไม่มีไฟฟ้า หรือวัด online ผ่านทาง DC bus voltage หรือการ monitor ความร้อนที่ตัว capacitor แบบ online ก็จะวัดความผิดปกตินี้ได้
3.ความผิดปกติจากสวิตซ์เปิดปิด (IGBT and controller)
3.1 ความผิดปกติจาก controller ทำงานผิดพลาด
ความผิดปกตินี้อาจจะมี error มาจาก software ที่คำนวณผิดพลาด หรือชุด microcontroller/microprocessor อาจจะเสียหายในตัวเอง รวมถึง capacitor และ componentต่าง ๆ ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่เสื่อมสภาพ ทำให้ส่งผลลัพธ์คำสั่งในการ switching เปิดปิดผิดพลาดได้ เราสามารถใช้ภาพถ่ายความร้อนในการระบุจุดผิดปกติที่เกิดขึ้นบน controller ได้
3.2 ความผิดปกติจาก IGBT
ความผิดปกติของ IGBT ส่งผลโดยตรงกับแรงดันด้านขาออกของ VSD ทำให้การควบคุมมอเตอร์ทำได้ยาก และมักจะพบปัญหาการกระเพื่อมของกระแสขาออก การตรวจสอบความผิดปกติจะใช้วิธีการวัดค่าความต้านทานระหว่างขาเกต ซึ่งวัดได้ในขณะหยุดทำงานเท่านั้น และมักจะตรวจสอบพบหลังจากความเสียหายเกิดขึ้นอย่างมาก
ตัวอย่าง “ปัญหา VSD failure จาก IGBT ชำรุด”
VSD สามารถดูความผิดปกติแบบ online ได้
จากการดู pattern ของแรงดันและกระแสของ VSD
1. การวัดกระแสของมอเตอร์ที่มีชุดขับเคลื่อน VSD นั้นสามารถ detect ความผิดปกติได้ เช่น ในกรณีนี้เราจะเห็นว่ากระแสมีการ overshoot เป็นเส้นตรงอยู่ในหลาย ๆ ลูกคลื่น แทนที่จะเป็น sine wave
2. การวัดแรงดันของมอเตอร์ที่มีชุดขับเคลื่อน VSD นั้นสามารถ detect ความผิดปกติได้เช่นกัน แต่จะมีลักษณะที่สังเกตยากกว่าการวัดกระแส เช่น ในกรณีนี้เราจะเห็นว่าแรงดันมีการ undershoot เป็นเส้นตรงลงมา 1 เฟส
หลักจากการวัดทั้งข้อ 1 และ 2 ก็พบว่า ประมาณไม่เกิน 1 เดือน VSD ตัวนี้ก็เกิดการ short circuit ที่มาจาก IGBT ชำรุดนั่นเอง
