Top 50 Popular Supplier
1 100,000D_อินเวอร์เตอร์ 176,233
2 100,000D_มิเตอร์วัดไฟฟ้า 173,741
3 100,000D_เครื่องมือช่าง 173,112
4 100,000D_อุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเลคทรอนิกส์ 172,986
5 100,000D_เอซีมอเตอร์ 170,606
6 100,000D_ดีซีมอเตอร์ 169,705
7 100,000D_อุปกรณ์แคมป์ปิ้ง 168,667
8 100,000D_เครื่องดื่มและสมุนไพร 167,950
9 เคอีบี (KEB ) ประเทศไทย 160,514
10 100,000D_เครื่องใช้ไฟฟ้าครัวเรือน 158,550
11 100,000D_ของใช้จำเป็นสำหรับผู้หญิง 158,466
12 100,000D_ขายของเล่นเด็ก 157,678
13 E&L INTERNATIONAL CO., LTD. 67,809
14 T.N. METAL WORKS Co., Ltd. 62,315
15 ฟิลิปส์อิเล็กทรอนิกส์ (ประเทศไทย) จำกัด 50,799
16 บ.ไทนามิคส์ จำกัด 43,719
17 Industrial Provision co., ltd 39,379
18 ลาดกระบัง ทูลส์ แอนด์ ดาย จำกัด 38,486
19 Infinity Engineering System Co.,Ltd 36,406
20 สยาม เอลมาเทค (siam elmatech) 34,744
21 ไทยเทคนิค อีเล็คตริค จำกัด 33,633
22 ฟอร์จูน เมคคานิค แอนด์ ซัพพลาย 32,020
23 เอเชียเทค พาวเวอร์คอนโทรล จำกัด 31,391
24 บริษัท เวิลด์ ไฮดรอลิคส์ จำกัด 31,106
25 โปรไดร์ฟ ซิสเต็ม จำกัด 27,692
26 ซี.เค.แอล.โพลีเทค เอ็นจิเนียริ่ง 26,670
27 P.D.S. Automation co.,ltd 23,053
28 AVERA CO., LTD. 22,739
29 เลิศบุศย์ 21,780
30 ห้างหุ้นส่วนสามัญ เอ-รีไซเคิล กรุ๊ป 20,533
31 เทคนิคอล พรีซิชั่น แมชชีนนิ่ง 20,410
32 แมชชีนเทค 20,053
33 Electronics Source Co.,Ltd. 20,039
34 อีดีเอ อินเตอร์เนชั่นเนล จำกัด 19,291
35 มากิโน (ประเทศไทย) 19,250
36 ทรอนิคส์เซิร์ฟ จำกัด 18,960
37 Pro-face South-East Asia Pacific Co., Ltd. 18,709
38 SAMWHA THAILAND 18,449
39 วอยก้า จำกัด 18,025
40 CHEMTEC AUTOMATION CO.,LTD. 17,653
41 IWASHITA INSTRUMENTS (THAILAND) LTD. 17,492
42 ดีไซน์ โธร แมนูแฟคเจอริ่ง 17,467
43 เอส.เอส.บี สยาม จำกัด 17,409
44 I-Mechanics Co.,Ltd. 17,361
45 Intelligent Mechantronics System (Thailand) 17,296
46 ศรีทองเนมเพลท จำกัด 17,255
47 Systems integrator 16,872
48 เอ็นเทค แอสโซซิเอท จำกัด 16,800
49 Advanced Technology Equipment 16,612
50 ดาต้า เอ็นทรี่ กรุ๊ป จำกัด 16,594
08/09/2552 21:02 น. , อ่าน 16,544 ครั้ง
Bookmark and Share
การพัฒนาทางด้านวิธีการควบคุมอินเวอร์
โดย : Admin


 โดย :   ข้อมูลรวบรวมจากเอกสารประกอบการสัมมนา
   ดร.สมบูรณ์  แสงวงศ์วาณิชย์           
   (ภาควิศวกรรมไฟฟ้า จุฬาฯ)   

 

 

                ทคโนโลยีอินเวอร์เตอร์อุตสาหกรรมได้มีการวิจัยและพัฒนาอยู่ตลอดเวลา ตั้งแต่เริ่มต้นจนถึงปัจจุบันได้มีวิจัยและพัฒนาวิธีการควบคุมอินเวอร์เตอร์อุตสาหกรรมขึ้นมาหลายแบบด้วยกัน จนบางครั้งเกิดความสับสนกับผู้ใช้งาน จนทำให้เกิดคำถามขั้นว่าแต่ละชนิดหรือแต่ละประเภทมีข้อดีข้อด้อยอย่างไร   

     1.อินเวอร์เตอร์แบบ V/F (วีเปอร์เอฟ)

          การพัฒนาในด้านวิธีการควบคุมการทำงานของมอเตอร์นั้น  ก็เริ่มจากการควบคุมแรงดันที่หลายขั้วให้มีการเปลี่ยนแปลงตามความถี่ในลักษณะเชิงเส้น ที่เราเรียกว่า การควบคุมแบบ V/F (Volts/Hertz) ซึ่งก็เป็นที่ทราบกันดีว่า การควบคุมแบบนี้มีข้อดีคือ สามารถใช้กับมอเตอร์ทั่วไปได้โดยไม่ต้องทราบข้อมูลพารามิเตอร์ภายใน  แต่เนื่องจากเป็นการควบคุมแบบง่ายๆ จึงไม่สามารถให้คุณสมบัติแรงบิด-ความเร็วที่ดีได้ และยังไม่สามารถควบคุมแรงบิดได้โดยตรง ความเร็วที่ได้ก็เปลี่ยนแปลงตามโหลดจึงเกิดความคลาดเคลื่อนไปจากค่าที่ตั้งไว้


การควบคุมแบบ Volts/Hertz

     
   
    2 .อินเวอร์เตอร์แบบ Flux Vector Control
            ในวิธีการนี้อินเวอร์เตอร์จะทำการควบคุมฟลักซ์แม่เหล็กภายในมอเตอร์ให้มีค่าคงที่ (ส่วนใหญ่จะเป็นฟลักซ์ที่สเตเตอร์)  โดยอาศัยการป้อนกลับของกระแส เพื่อที่จะแก้ไขปัญหาการควบคุมแรงบิด-ความเร็วของการควบคุมแบบ V/F ให้ดีขึ้น ดังแสดงเป็นบล๊อกไดอะแกรมคร่าวๆ ได้ดังรูป  
            ในวิธีการนี้อินเวอร์เตอร์จะต้องทราบข้อมูลพารามิเตอร์ของมอเตอร์ด้วยถึงจะทำการควบคุมฟลักซ์ได้อย่างถูกต้อง แต่อย่างไรก็ตามคุณสมบัติในย่านความเร็วต่ำก็ยังไม่ดีนัก เนื่องจากความไม่เป็นอุตมคติของสวิตช์กำลังและค่าผิดพลาดของพรารมิเตอร์ของมอเตอร์


โครงสร้างและคุณสมบัติของการควบคุมแบบ Flux Vector Control


 

    3. อินเวอร์เตอร์แบบ Vector Control (Field-Oriented Control)


      โครงสร้างและคุณสมบัติของการควบคุมแบบ  Vector Control

 

          วิธีการควบคุมแบบเวกเตอร์ Vector Control หรือ Field-Oriented Control  เป็นวิธีการควบคุมมอเตอร์เหนี่ยวนำในลักษณะคล้ายคลึงกับมอเตอร์กระแสตรง โดยทั่วไประบบควบคุมจะทำการจ่ายกระแส สเตเตอร์ที่มีองค์ประกอบ 2 ส่วน คือส่วนที่สร้างฟลักซ์แม่เหล็กและส่วนสร้างแรงบิด  ทั้งนี้การควบคุมทั้งหมดจะกระทำอยู่บนแกนอ้างอิงที่หมุนไปพร้อมๆ กับฟลักซ์เวกเตอร์ทางด้านโรเตอร์  ประเด็นสำคัญในการควบคุมชนิดนี้จึงอยู่ที่ว่า เราสามารถหาตำแหน่งของฟลักซ์เวกเตอร์ได้แม่นยำเพียงไร ซึ่งในทางปฏิบัติเนื่องจากเราไม่สามารถวัดค่าฟลักซ์ได้โดยตรง  เราจึงใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของมอเตอร์เหนี่ยวนำช่วยในการคำนวณหาค่าฟลักซ์เวกเตอร์นี้แทน  ดังนั้นข้อด้อยของระบบนี้จึงอยู่ที่เราจำเป็นต้องทราบค่าพารามิเตอร์ของมอเตอร์อย่างถูกต้องจึงจะได้คุณสมบัติการควบคุมที่ดี ข้อจำกัดอีกอย่างหนึ่งของระบบก็คือเราจำเป็นจะต้องทราบข้อมูลความเร็วหรือตำแหน่งของมอเตอร์ด้วย ซึ่งทำให้เราไม่สามารถนำไปใช้กับระบบที่ไม่มีเซนเซอร์วัดความเร็วได้ ดังนั้นโดยทั่วไปเรามักจะใช้ระบบควบคุมแบบเวกเตอร์นี้กับงานที่ต้องการความแม่นยำ และความเร็วในการตอบสนองสูง   


 

     4.อินเวอร์เตอร์แบบ Direct Torque Control

        Direct Torque Control (DTC) เป็นแนวคิดในการควบคุมมอเตอร์เหนี่ยวนำที่แตกต่างไปจากการควบคุมแบบเวกเตอร์ (Vector Control) โดยการควบคุมแบบ DTC จะทำการกำหนดรูปแบบการสวิตซ์ของอินเวอร์เตอร์โดยตรงไม่ผ่านการทำ  PWM เหมือนกับการควบคุมแบบอื่นๆ (ความถี่การสวิตช์จะไม่คงที่)

         ในการควบคุมแบบ DTC อินเวอร์เตอร์จะทำการคำนวณค่าฟลักซ์ทางด้านสเตเตอร์และค่าแรงบิดโดยอาศัยแบบจำลอองทางคณิตศาสตร์ของมอเตอร์ จากนั้นก็จะนำค่าที่ได้ไปเปรียบเทียบกับค่าตั้ง(setting)ของทั้งฟลักซ์และแรงบิดผ่านตัวเปรียบเทียบแบบฮิสเตอร์รีซิส สถานะของสัญญาณขาออกของตัวเปรียบเทียบแบบฮิสเตอร์รีซิสจะทำให้เราทราบว่าจะต้องเพิ่มหรือลดฟลักซ์และแรงบิด  ซึ่งข้อมูลนี้ก็จะถูกนำไปใช้ในการเลือกรูปแบบการสวิตช์ของอินเวอร์เตอร์จากตาราง Look-up เพื่อให้ได้แรงดันสเตเตอร์ที่เหมาะสมที่ทำให้ฟลักซ์และแรงบิดเปลี่ยนแปลงไปในทิศทางที่ต้องการได้  โดยที่การควบคุม DTC ทำการควบคุมแรงบิดโดยตรงจึงมีชื่อเรียกว่า  Direct (Flux and)  Torque Control
 

         แต่อย่างไรก็ตามจะเห็นได้ว่า การควบคุมแบบ DTC ก็จำเป็นต้องใช้ข้อมูลพารามิเตอร์ของมอเตอร์เช่นเดียวกันกับการควบคุมแบบเวกเตอร์ แต่อาจจะแตกต่างกันที่โดยทั่วไป DTC จะคำนวณฟลักซ์แลแรงบิดจากแบบจำลองลักษณะพลวัตทางด้านสเตเตอร์ ( Stator dynamic) ซึ่งจำเป็นต้องใช้ข้อมูลความเร็วของมอเตอร์ ดังนั้นโดยพื้นฐานแล้วการควบคุมแบบ จึงทำงานได้โดยไม่ต้องใช้เซนเซอร์วัดความเร็ว (Sensorless) 

        

       ส่วนคุณสมบัติของระบบ DTC เมื่อเปรียบเทียบกับการควบคุมแบบเวกเตอร์แล้วจะไม่แตกต่างกันมากนัก แต่การควบคุมแบบ DTC จะต้องระวังการทำงานในย่านความเร็วต่ำ ซึ่งเป็นย่านที่แรงดันตกคร่อมความต้านทานสเตเตอร์มีอิทธิพลต่อการเปลี่ยนแปลงของทั้งฟลักซ์และแรงบิดค่อนข้างมาก
 

 

รูปโครงสร้างของระบบควบคุมแบบ Direct Torque Control 
 

 

      5. อินเวอร์เตอร์แบบ Sensorless Vector Control

           ในช่วง 4-5 ปีที่ผ่านมานี้เทคโนโลยีอินเวอร์เตอร์แบบ  Sensorless Vector Control ได้ถูกนำมาใช้งานอย่างแพร่หลาย เพื่อที่จะให้ได้มาซึ่งอินเวอร์เตอร์ที่มีคุณสมบัติการควบคุมแรงบิดและความเร็วใกล้เคียงกับระบบควบคุมระบบควบคุมเวกเตอร์ นอกจากนั้นการทำงานของระบบนี้ก็ไม่มีความจำเป็นต้องติดตั้งเซนเซอร์วัดความเร็วด้วย จึงให้ความสะดวกในการใช้งานเหมือนกับอินเวอร์เตอร์แบบ V/F   ในอินเวอร์เตอร์แบบ Sensorless ความเร็วของมอเตอร์จะถูกคำนวณโอยอาศัยแบบจำลองของมอเตอร์เหนี่ยวนำ หากค่าความเร็วมอเตอร์ในตัวแบบจำลองมีค่าถูก ต้องสัญญาณกระแส แรงดัน ฯลฯ ที่คำนวณได้ก็จะตรงกับค่าที่คำนวณได้  ในทางกลับกันหากค่าความเร็วมอเตอร์ในตัวแบบจำลองมผิดพลาดก็จะส่งผลทำให้ค่ากระแส แรงดัน ฯลฯ ที่คำนวณได้คลาดเคลื่อนไปจากค่าที่วัดได้จริง เราสามารถใช้ค่าความผิดพลาดเหล่านี้ในการปรับเปลี่ยนค่าความเร็วให้มีค่าถูกต้องได้ ตัวอย่างระบบบ ดังแสดงดังรูป
 


รูปโครงสร้างของอินเวอร์เตอร์แบบ Sensorless Vector Control



ตัวอย่างคุณสมบัติแรงบิด- ความเร็วในระบบ Sensorless 


 

               ถึงแม้เทคโนโลยี  Sensorless  จะได้พัฒนามานานพอสมควรแล้วก็ตาม แต่ก็ยังมีบัญหาในการใช้งานอยู่บ้างโดยเฉพาะในขณะที่มอเตอร์ทำงานเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (ช่วงที่แรงบิดเป็นลบ)ในย่านความเร็วต่ำ  ซึ่งเป็นภาวะการทำงานที่ความถี่แรงดันที่เราจ่ายให้มอเตอร์น้อยมาก ผลกระทบจากความไม่เป็นอุดมคติของสวิตซ์กำลังและความคลาดเคลื่อนของค่าพารามิเตอร์ของมอเตอร์จtทำให้ระบบไม่สามารถควบคุมแรงบิดได้ดี และอาจขาดเสถียรภาพได้ด้วย ปัญหาดังกล่าวยังอยู่ในระหว่างการวิจัยหาแนวทางแก้ไข

 
 

      6.เทคโนโลยีการหาค่าพารามิเตอร์อัตโนมัติ (Parameter Auto Tuning)

           วิธีการควบคุมมอเตอร์เหนี่ยวนำเกือบทุกวิธี (ยกเว้นแบบ V/F) อินเวอร์เตอร์จะต้องทราบข้อมูลพารามิเตอร์ที่ถูกต้องของมอเตอร์ที่เชื่อมต่ออยู่   ในอตีดบริษัทผู้ผลิตมักจะขายอินเวอร์เตอร์แบบเวกเตอร์คู่ไปกับมอเตอร์เพื่อใช้ในงานเฉพาะด้าน จึงสามารถทราบข้อมูลพารามิเตอร์ของมอเตอร์ได้  แต่ในปัจจุบันอินเวอร์เตอร์มีลักษณะเป็นแบบใช้งานทั่วไป (General Purpose ) แทบทั้งสิ้น  ดังนั้นเราจึงไม่สามารถทราบข้อมูลมอเตอร์ล่วงหน้าได้    เพื่อแก้ปัญหาดังกล่าวจึงได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีการหาพารามิเตอร์ด้วยตัวอินเวอร์เตอร์เอง (Auto Tuning )    โดยก่อนใช้งานอินเวอร์เตอร์ เราจะให้อินเวอร์เตอร์ทำงานในโหมดที่เรียกว่า Auto Tuning ซึ่งอินเวอร์เตอร์จะทำการจ่ายกระแสและแรงดันไปทดสอบมอเตอร์ในลักษณะคล้ายๆกับการทดสอบไร้โหลด( No Load Test) และยึดโรเตอร์ ( Lock Rotor Test ) และนำค่าแรงดันและกระแสมาประมวลผลหาค่าพารามิเตอร์ของมอเตอร์ด้วยตัวประมวลผลภายในอินเวอร์เตอร์ และเก็บข้อมูลไว้ในหน่วยความจำเพื่อใช้งานต่อไป  โดยทั่วไปแล้วการทำ Auto Tuning นี้จะทำในสภาวะที่มอเตอร์ไม่หมุน  แต่ในบางกรณีก็มีการหาค่าพารามิเตอร์ทางกล เช่นค่าความเฉื่อยของระบบด้วยเพื่อใช้ในการกำหนดค่าตัวควบคุมPI ในวงรอบควบคุมความเร็ว(Speed Loop)

 

           การทำ Auto Tuning ก่อนใช้งานจริงเพียงครั้งเดียวในลักษณะที่กล่าวมาข้างต้นนี้เราเราอาจเรียกได้ว่า เป็นการทำ Auto Tuning แบบ off line อย่างไรก็ตามในความเป็นจริงแล้วค่าพารามิเตอร์ของมอเตอร์จะเปลี่ยนแปลงตามสภาวะการใช้งาน เช่น ความต้านทานจะเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ ค่าความเหนี่ยวนำเปลี่ยนแปลงตามระดับฟลักซ์แม่เหล็ก เป็นต้น  ดังนั้นในขณะใช้งานจริงหากอุณหภูมิของมอเตอร์เปลี่ยนไปก็อาจทำให้ค่าความต้านทั้งทางด้านสเตเตอร์และโรเตอร์มีค่าเปลี่ยนไปได้ถึง 20 % ซึ่งจะทำให้คุณสมบัติการควบคุมของอินเวอร์เตอร์ด้อยลง  เช่นทำให้เกิดค่าผิดพลาดของความเร็วและแรงบิด เป็นต้น เพื่อแก้ปัญหาดังกล่าวก็มีการพัฒนาการทำAuto Tuning แบบ On Line ซึ่งอินเวอร์เตอร์จะทำการคำนวณหาค่าพารามิเตอร์ที่ถูกต้องตลอดเวลาที่อินเวอร์เตอร์ทำงาน
 


รูปแสดงการทำ Auto Tuning แบบ On Line


 

     การพัฒนาด้านการใช้งาน
         ในด้านการใช้งานอินเวอร์เตอร์นั้นก็ได้มีการพัฒนาฟังก์ชั่นใช้งานในประเด็นปลีกย่อยต่างๆ อาทิเช่น

         - Efficiency optimization : ทำได้โดยการปรับขนาดของฟลักซ์แม่เหล็กให้มีค่าลดลงในภาวะโหลดต่ำ  เพื่อให้มีการสูญเสียในแกนเหล็กมีค่าลดลงและประสิทธิภาพโดยรวมมีค่าสูงชึ้น  วิธีการหาค่าที่เหมาะสมของหลักซ์แม่เหล็กนั้นมีค่อนข้างหลากหลาย เช่นวิธีการตรวจหา (Search) ไปเรื่อยๆ วิธีการปรับค่าตัวประกอบกำลังคงที่ ฯลฯ
         -  การลดเสียงรบกวน: เนื่องจากอินเวอร์เตอร์ทำงานดดยการสวิตชิง ทำให้เกิดปัญหาเรื่องเสียงรบกวนในย่านความถี่ ต่ำของคลื่นพาหะ(Carrier wave Frequency)   วิธีการเสียงรบกวนที่ง่ายที่สุดก็คือเพิ่มความถี่การสวิตซ์ให้อยู่ในย่าน 10-15 KHz  ซึ่งคนทั่วไปจะไม่ได้ยิน หรือทำการกระจายสเปกตรัมของสัญญาณ PWM ไม่ให้มีความถี่ของคลื่นพาหะคงที่ก็จะลดเสียงรบกวนที่แหลมลงได้เช่นกัน
         - การเชื่อมต่อย่านเครือข่าย PROFIBUS,DEVICENET,SERCOR,INTERBUS,MODBUS ฯลฯ
        - การมีตัวควบคุม PID ภายในสำหรับใช้งานควบคุมกระบวนการ Process Control ง่ายๆ
         - ลดจำนวนฟังก์ชั่นให้น้อยลง เพื่อลดความยุ่งยากของผู้ใช้ในการติดตั้ง
         - ลดชนาดอินเวอร์เตอร์เพื่อให้ง่ายต่อการนำไปติดตั้งในเครื่องจักรกล
         -การปรับค่าตั้งต่างๆ โดยใช้ปุ่มหมุนแทนปุ่มกด และอื่นๆ


 

สรุป

     จากที่ได้กล่าวมาทั้งหมดเราพอจะมองเห็นได้ว่า ชนิดของอินเวอร์เตอร์จะพัฒนาไปใน 2 แนวทาง คือชนิดง่ายฟังก์ชั่นต่ำ และชนิดสมรรถนะสูง  ซึ่งช่วยทำให้ผู้ใช้งานเลือกใช้อินเวอร์เตอร์ได้ง่ายขึ้นและได้อินเวอร์เตอร์ที่มีสมรรถนะเหมาะสมสำหรับงานแต่ละด้าน การพัฒนาทางด้านสวิตซ์กำลังจะทำให้อินเวอร์เตอร์ในอนาคตหันมาใฃ้ IPM ทั้งหมด และเมื่อเปรียบเทียบศักยภาพแล้ว DSP ที่ถูกพัฒนาาสนับสนุนงานอินเวอร์เตอร์โดยเฉพาะก็จะเป็นชิฟหลักที่ใช้ในการควบคุมการทำงานของอินเวอร์เตอร์ ซึ่งจะทำให้เราสามารถใช้วิธีการควบคุมที่ซับซ้อนได้มากขึ้น  ทังสองเทคโนโลยีนี้จะทำให้อินเวอร์เตอร์มีขนาดเล็กลงแต่มีศักยภาพสูงขึ้นในทุกด้าน สำหรับผลกระแทบต่อการพัฒนาเทคโนโลยีนี้ของประเทศไทยก็มีทั้งในทางบวดและทางลบ กล่าวคือการที่เราสาารถเข้าถึงและใช้เทคโนโลยีหลักทั้งฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ของอินเวอร์เตอร์ได้ง่ายและรวดเร็วขึ้น แต่ก็ทำให้เราต้องเร่งพัฒนาหาประเด็นยุทธศาสตร์ที่ทำให้เราสามารถแข่งขันกับนักวิจัยและพัฒนาทั่วโลกได้ด้วยเช่นกัน

 


 

========================================================