หน่วยที่ 3 การใช้อินเวอร์เตอร์ในระบบเครื่องปรับอากาศ
วัตถุประสงค์ทั่วไป
3.1 รู้ความหมายของอินเวอร์เตอร์
3.2 รู้ประเภทของอินเวอร์เตอร์
3.3 เข้าใจหลักการทำงานของอินเวอร์เตอร์
3.4 รู้การประยุกต์ใช้งานระบบอินเวอร์เตอร์
3.5 เข้าใจเครื่องปรับอากาศระบบอินเวอร์เตอร์
วัตถุประสงค์เชิงพฤติกรรม
3.1 บอกความหมายของอินเวอร์เตอร์ได้ถูกต้อง
3.2 บอกประเภทของการอินเวอร์เตอร์ได้ถูกต้อง
3.3 อธิบายหลักการทำงานของอินเวอร์เตอร์ได้ถูกต้อง
3.4 บอกรายละเอียดในวงจรพื้นฐานของเครื่องปรับอากาศ
3.5 บอกการประยุกต์ใช้งานอินเวอร์เตอร์ได้ถูกต้อง
3.6 อธิบายหลักการทำงานของเครื่องปรับอากาศระบบอินเวอร์เตอร์ได้ถูกต้อง
3.7 บอกส่วนประกอบของเครื่องปรับอากาศอินเวอร์เตอร์ได้ถูกต้อง
3.8 บอกอาการผิดปกติจากรหัสแจ้งเหตุตามคู่มือของทางบริษัทได้ถูกต้อง
3.9 บันทึกข้อมูลเครื่องปรับอากาศจากแผ่นป้าย (Name Plate) ได้ถูกต้อง
หน่วยที่ 3 การใช้อินเวอร์เตอร์ในระบบเครื่องปรับอากาศ
1. ความหมายของอินเวอร์เตอร์
อินเวอร์เตอร์ (Inverter) คือ วงจรหรือระบบที่ทำหน้าที่เปลี่ยนแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับที่ สามารถจ่ายกระแสและแรงดันให้โหลดได้ตามที่ต้องการ
ในบางครั้งเราเรียกอินเวอร์เตอร์ว่าเป็นการแปลงผัน DC เป็น AC (DC TO AC Converter)
อินเวอร์เตอร์ในความหมายของการปรับอากาศ หมายถึง อุปกรณ์ควบคุมความเร็วรอบของมอเตอร์ เมื่อประกอบใช้กับคอมเพรสเซอร์จะทำให้คอมเพรสเซอร์หมุนช้าลงเมื่ออุณหภูมิลดลทำให้ระบบทำความเย็นไม่หยุดชะงักเป็นระยะ ตามการทำงานของเทอร์โมสตัท
2. ประเภทของอินเวอร์เตอร์ (Types of Inverters)
ประเภทของอินเวอร์เตอร์ แบ่งตามลักษณะ ได้ 2 ประเภท คือ แบ่งตามลักษณะทั่วไป และ แบ่งตามลักษณะโครงสร้างและการนำไปใช้งาน ได้ดังนี้
2.1 แบ่งตามลักษณะทั่วไป ได้ 2 ประเภท
2.1.1 การอินเวอร์เตอร์เฟสเดียว
2.1.2. การอินเวอร์เตอร์ 3 เฟส
2.2 แบ่งตามลักษณะโครงสร้างและการนำไปใช้งานได้ 2 ประเภท คือ
2.2.1 การอินเวอร์เตอร์แบบป้อนแรงดัน (Voltage Source Invereters : VSI)
แบ่งได้เป็น 4 กลุ่ม ดังนี้
2.2.1.1 อินเวอร์เตอร์แบบการม็อดดูเลตตามความกว้างของพัลส์ (Pulse Width Modula-tion (PWM) Inverters)
2.2.1.2 อินเวอร์เตอร์แบบรีโซแนนท์
2.2.1.3 อินเวอร์เตอร์แบบ McMurray
2.2.1.4 อินเวอร์เตอร์แบบ McMurray – Bedford
2.2.2 การอินเวอร์เตอร์แบบป้อนกระแส (Current Source Inverters : CSI)
3. หลักการทำงานของอินเวอร์เตอร์
3.1 หลักการทำงานของอินเวอร์เตอร์เฟสเดียว
ตัวอย่างอินเวอร์เตอร์เฟสเดียว ใช้มอสเฟตเป็นสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง โดย และ ถูกบังคับด้วยสัญญาณควบคุม ( , ) ให้นำกระแสพร้อมกัน ในช่วงเวลา O-T/2 ทำให้กระแสไหลผ่านโหลดในทิศทางครึ่งวัฏจักรบวก และในช่วงเวลา T/2-T, และ จะนำกระแสในครึ่งวัฏจักรลบ แรงดัน( ) ที่ได้จะเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ
3.2 หลักการทำงานของอินเวอร์เตอร์ 3 เฟส
Power Transistor ประกอบด้วยวงจร Switching มี Switching Transistors จำนวน 6 ตัว อยู่ภายใน Power Transistor การสร้างไฟ 3-Phase AC Phase U : A1-A 2 Phase V : B1-B2 และ Phase W : C1-C2 Switching Transistor ทั้ง 6 ตัว จะทำการปิดและเปิด ซึ่งจะก่อให้เกิดรูปคลื่นสัญญาณ ที่มีมุมต่างกัน 120 องศา ดังนั้นเฟสของ U, V ,W จึงต่างกัน 120 องศา การเกิดสัญญาณอันเนื่องจากการทำ Switching
4. การประยุกต์ใช้งานระบบอินเวอร์เตอร์
การประยุกต์ใช้งานอินเวอร์เตอร์ จะกล่าวถึง การควบคุมความเร็วรอบของมอเตอร์เหนี่ยวนำ (Induction Motor) ชนิดโรเตอร์แบบกรงกระรอก (Squirrel Cage Rotor) เพื่อเป็นแนวทางในการประยุกต์ใช้กับระบบเครื่องปรับอากาศต่อไป
4.1 การควบคุมความเร็วของอินดักชั่นมอเตอร์
อินดักชั่นมอเตอร์เป็นมอเตอร์ที่มีแพร่หลายและใช้งานกันมากที่สุด เพราะราคาของมอเตอร์ถูก และเรายังสามารถควบคุมได้ง่าย ในกรณีที่ต้องการปรับความเร็วรอบการหมุนของอินดักชั่นมอเตอร์ สามารถทำได้หลายวิธี ดังนี้
4.1.1 ปรับความถี่ของแรงดัน
4.1.2 เปลี่ยนขั้ว
4.1.3 ปรับค่าแรงดันที่ป้อนให้
4.1.4 ป้อนแรงดันในขดลวดโรเตอร์
4.1.5 ปรับค่าความต้านทานในขดลวดโรเตอร์
4.1.6 การคาสเคด (Cascading)
4.1.7 คอมมิวเตเตอร์ มอเตอร์ (Commutator Motor)
4.1.8 ใช้ไทริสเตอร์ควบคุม (ระบบ Inverter)
5. เครื่องปรับอากาศระบบอินเวอร์เตอร์
เครื่องปรับอากาศรุ่นใหม่ ๆ ในปัจจุบันได้นำเอาระบบอินเวอร์เตอร์มาใช้ เพื่อเป็นการประหยัดพลังงาน และลดค่าไฟฟ้า โดยนำเอาความรู้ทางด้านอิเล็กทรอนิกส์และไมโครคอมพิวเตอร์เข้ามาใช้ในการควบคุมการทำงานของระบบเครื่องปรับอากาศให้ทำงานได้โดยอัตโนมัติและมีประสิทธิภาพสูงที่สุด
5.1 หลักการทำงานเครื่องปรับอากาศระบบอินเวอร์เตอร์
เครื่องปรับอากาศระบบอินเวอร์เตอร์จะมีไมโครคอมพิวเตอร์คอยตรวจสอบอุณหภูมิภายในและภายนอก แล้วเลือกการทำงานเองว่าจะต้องทำความเย็นหรือกำจัดความชื้นให้แก่อากาศภายในห้อง ส่วนการควบคุมอุณหภูมิภายในห้องจะทำโดยการเปลี่ยนความถี่ของไฟฟ้าที่ป้อนให้กับมอเตอร์คอมเพรสเซอร์ จะมีผลทำให้ความเร็วรอบของมอเตอร์คอมเพรสเซอร์ลดลง ส่งผลให้ปริมาตรการดูดสารทำความเย็นในระบบน้อยลง และการใช้กระแสไฟฟ้าของมอเตอร์คอมเพรสเซอร์ลดลง
5.2. โครงสร้างและส่วนประกอบเครื่องปรับอากาศระบบอินเวอร์เตอร์
5.2.1 รีโมทคอนโทรล (Remote Control) จะเป็นตัวที่สั่งการทำงาน เช่นอุณหภูมิและความเร็วรอบพัดลมที่ต้องการ
5.2.2 หน่วยควบคุมเครื่องภายใน (Indoor Control Unit) เป็นหน่วยควบคุมที่อยู่ในรูปไมโครคอมพิวเตอร์ มีหน้าที่รับข้อมูลจากรีโมทคอนโทรล เช่น อุณหภูมิที่ต้องการและความเร็วรอบ
พัดลมแฟนคอยล์ ยูนิต
5.2.3 หน่วยควบคุมเครื่องภายนอก (Outdoor Control Unit) เป็นหน่วยควบคุมที่อยู่ในรูปไมโครคอมพิวเตอร์ มีหน้าที่รับข้อมูลมาจากหน่วยควบคุมเครื่องภายในรวมทั้งรับสัญญาณจากเซ็นเซอร์ภายในชุดคอนเดนซิ่ง ยูนิตซึ่งแต่ละส่วนของหน่วยควบคุมเครื่องภายนอก มีหลักการทำงานดังนี้
5.2.3.1 วงจรเรกติไฟเออร์ หรือวงจรเรียงกระแส (Rectifier Circuit)
5.2.3.2 วงจรเชื่อมโยงทางดีซี (DC Link)
5.2.3.3 วงจรอินเวอร์เตอร์ (Inverter Circuit)
5.2.3.4 วงจรควบคุมสร้างรูปคลื่นผสม (PAM&PWM Control Circuit)
5.2.4 วาล์วควบคุมแรงดัน (Pulse Motor Valve : PMV) เป็นส่วนที่ทำหน้าที่ควบคุมการไหลของสารทำความเย็นไปยังอีแวปปอเรเตอร์เพื่อให้สอดคล้องกับความเร็วรอบของคอมเพรสเซอร์ชุดวาล์วควบคุมแรงดันจะถูกสั่งงานโดยชุดคอนโทรลภายนอก
5.2.5 มอเตอร์พัดลมคอนเดนซิ่ง ยูนิต จะทำหน้าที่ในการระบายความร้อนให้แผงคอนเดนเซอร์ (Condenser) ซึ่งปกติถ้าเครื่องปรับอากาศธรรมดาจะมีความเร็วรอบคงที่โดยจะใช้มอเตอร์กระแสสลับทำงานพร้อมกับตัคอมเพรสเซอร์
5.2.6 มอเตอร์คอมเพรสเซอร์กระแสตรง (DC Compressor) ในการทำงานต้องใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในการควบคุมความเร็วรอบของมอเตอร์ เรียกว่า อินเวอร์เตอร์ (Inverter)
ในเครื่องปรับอากาศระบบอินเวอร์เตอร์ ความเร็วรอบคอมเพรสเซอร์จะถูกจำกัดเพื่อให้การทำความเย็นเท่าที่จำเป็น โดยทำการลดรอบการทำงานลง
5.3. วงจรพื้นฐานของเครื่องปรับอากาศระบบอินเวอร์เตอร์ (Japanese Model : AC 100 V.)
หลักการทำงานของวงจรพื้นฐานของระบบอินเวอร์เตอร์นำมาอธิบายเพื่อเห็นหลักทำงานในภาพรวมของระบบพอสังเขป ดังนี้ เมื่อเปิดเครื่อง Relay 52C จะทำงานและจ่ายกระแสไฟฟ้า 100 V โดยผ่านทาง Noise Filter เข้าสู่วงจรเรียงกระแส (Diode-Bridge Rectifier)แบบบริดจ์เต็มใช้ไดโอด 4 ตัว จะได้ไฟกระแสตรง 140 V ที่ตกคร่อมระหว่าง C1 และ C2 ผ่านเข้าไปที่ C3 ซึ่งจะทำหน้าที่เชื่อมโยงทางดีซีระหว่างวงจรเรียงกระแสและวงจรอินเวอร์เตอร์ C3 จะเป็นคาปาซิเตอร์ที่มีขนาดใหญ่ พิกัด 1,500ไมโครฟารัด ทำหน้าที่กรองแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่มาจากวงจรเร็กติไฟเออร์ให้เรียบยิ่งขึ้น และจะเกิดไฟกระแสตรงที่ตกคร่อม C3 เท่ากับ 280 V. จ่าย
5.4 ข้อดีของเครื่องปรับอากาศระบบอินเวอร์เตอร์
5.4.1 สามารถทำความเย็นได้รวดเร็วมากยิ่งขึ้น
5.4 2 ประหยัดพลังงานไฟฟ้าไฟได้มากกว่า เมื่อเทียบกับระบบธรรมดา เครื่องปรับอากาศแบบธรรมดา
5.4.3 การรักษาอุณหภูมิที่แม่นยำมากกว่า โดยระบบสารทำความเย็นจะจ่ายออกมาเพื่อรักษาและควบคุมอุณหภูมิให้ได้ 0.5 °C ความแม่นยำในการควบคุมอุณหภูมิ
5.4.4 เสียงของเครื่องปรับอากาศทำงานเงียบกว่า เนื่องจากคอมเพรสเซอร์มีการลดรอบการทำงาน
5.4.5 อากาศที่สดชื่นกว่า เนื่องจากคอมเพรสเซอร์ระบบรุ่นธรรมดา ในขณะคอมเพรสเซอร์หยุดการทำงาน
5.4.6 เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เพราะสารทำความเย็น R-410A มีค่าการทำลายโอโซนในชั้นบรรยากาศ (Ozone Depletion Potential ) หรือค่า ODP = 0
5.5 รหัสแจ้งเหตุ (Error Code)
เครื่องปรับอากาศระบบอินเวอร์เตอร์ของผู้ผลิตแต่ละราย จะมีระบบแจ้งเหตุขัดข้องในกรณีที่เครื่องไม่ทำงานหรือทำงานผิดปกติที่ไม่เหมือนกัน ดังนั้นจึงเป็นสิ่งจำเป็นที่จะต้องเรียนรู้ว่ารหัสแต่ละตัวหมายถึงการแจ้งเหตุอะไร จะได้ทำการแก้ไขได้ถูกต้อง ซึ่งรหัสแจ้งเหตุของแต่ละผลิตภัณฑ์ก็จะมีการแจ้งไว้ในคู่มือการใช้งาน หากมีปัญหาสามารถติดต่อสอบถามได้จากบริษัทผู้ผลิตผลิตภัณฑ์ หรือการสืบค้นทางอินเตอร์เน็ต