ทำไม VFD หรือ Inverter จึงเกิด Fault ?

สาเหตุที่ทำให้ VFD หรือ Inverter เกิด Fault ?

เราคงปฏิเสธไม่ได้ว่าอุปกรณ์ที่นิยมใช้เพื่อปรับความเร็วรอบมอเตอร์ในโรงงานอุตสาหกรรม คือ Variable Frequency Drive (VFD) หรือหลายๆคนเรียก Inverter สิ่งแรกที่ควรรู้เมื่อซื้อ VFD มาใช้งาน คือ ความสะอาด ความเย็น และความชื้นต้องต่ำ เป็นสิ่งที่ต้องพึ่งระวังหากปฏิบัติตามคำแนะนำสามข้อนี้ อายุของ VFD จะยืดออกไปอย่างมาก บทความนี้จะกล่าวครอบคลุมถึงสาเหตุทั่วไปบางประการที่ทำให้ VFD ทำงานความล้มเหลวหรือเกิด Fault นั่นเอง และอาจก่อให้เกิดความเสียหายกับ VFD เองได้ถ้าปํญหาไม่ได้รับการแก้ไข นอกจากนั้นเราจะให้คำแนะนำเพื่อป้องกันไม่ให้ VFD มีอายุสั้นเกินควร

สิ่งแวดล้อมไม่เหมาะสม
VFD ถูกสร้างขึ้นด้วยอุปกรณ์อีเลคทรอนิคส์ มีไมโครโปรเซสเซอร์ทำหน้าที่ประมวลผลคล้ายกับคอมพิวเตอร์ และมีความอ่อนไหวอย่างยิ่งต่อฝุ่นละออง ความชื้น และความร้อนที่สูงเกินไป หากคุณกำลังใช้ VFD ในบริเวณที่มีฝุ่นละอองมาก หรือความชื้นสูงอย่างต่อเนื่อง อายุการใช้งานของ VFD จะสั้นลงอย่างแน่นอน

ในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูง เช่น โรงบำบัดน้ำเสีย และน้ำประปา VFD จะมีความเสี่ยงที่จะเกิดการกัดกร่อนของแผงวงจรจากความชื้นและสารเคมีที่ถูกดูดเข้าไปในตู้ผ่านทางช่องระบายอากาศ หรือแม้แต่การใช้งาน VFD ที่ไม่ต่อเนื่อง เช่น มีการหยุดเครื่องจักรทิ้งไว้เป็นครั้งคราวก็อาจทำให้เกิดความชื้นขึ้น เพราะว่าไม่มีความร้อนและการระบายอากาศเพื่อทำให้แห้ง การหลีกเลี่ยงปัญหาที่เกิดจากความชื้นทำได้ด้วยการตรวจสอบให้แน่ใจว่าสภาพแวดล้อมการทำงานและพื้นที่ติดตั้ง VFD สะอาดและแห้งเพียงพอ และอาจใช้เครื่องลดความชื้นเพื่อทำให้อากาศแห้งก็ได้ สำหรับสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูงหรือต้องมีการล้าง

เครื่องจักรอย่างเช่นอุตสาหกรรมอาหาร อาจจำเป็นต้องใช้ตู้ที่มี IP สูงเพื่อป้องกันความชื้น การอุดตันของระบบทำความเย็นซึ่งเกิดจากความชื้นร่วมกับน้ำมันก็อาจทำให้ VFD เสียหายได้ ในรูปที่ 1 แสดงตัวอย่าง VFD ที่ติดตั้งบริเวณใกล้ทะเลซึ่งได้รับความชื้นจากทะเลและทำให้เกิดคราบเกลือบนแผงวงจรและเกิดการกัดกร่อน

รูปที่ 1 คราบเกลือที่เกิดจากความชื้นของทะเล

เพื่อลดผลกระทบดังกล่าวควรทำความสะอาด VFD เป็นประจำ ทั้งนี้ความถี่จะขึ้นอยู่กับสิ่งแวดล้อมที่ติดตั้ง VFD นอกจากนั้นควรเลือกตู้ที่ใช้ติดตั้ง VFD ให้เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมการใช้งาน ถ้าสภาพแวดล้อมมีฝุ่นมากอาจเลือกใช้ VFD ที่มี IP สูงขึ้นก็ได้ จำไว้เสมอว่าอย่าให้ VFD ต้องเผชิญกับฝุ่นและความชื้น

Fault เนื่องจาก DC bus (DC bus fault)
นี่เป็น Fault ปกติทั่วไปที่เกิดจากปัจจัยภายนอก เช่น แรงดันไฟกระชากอย่างฉับพลันในระบบไฟฟ้า หรือโหลดแนวดิ่งที่สร้างแรงดันไฟฟ้าขึ้นมาจากแรงเฉื่อยของโหลด ซึ่งมักเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้เกิด DC bus fault มันจะเกิดขึ้นเมื่อโหลดหมุนเร็วกว่าความเร็วของมอเตอร์จึงทำให้มอเตอร์สร้างแรงดันไฟฟ้าขึ้นแล้วส่งกลับมาที่ DC bus โดยปกติเมื่อปัญหานี้เกิดขึ้น VFD จะป้องกันตัวเองโดยการ Trip ตัวเองเพื่อตัดการทำงานของ IGBT แต่ถ้าปัญหานี้มีความรุนแรงหรือเกิดขึ้นบ่อยอาจทำให้ Capacitor ของ DC bus เกิดความเสียหายได้

หาก VFD แจ้งเตือนว่าเกิดแรงดัน DC bus สูงผิดปกติหรือ DC bus fault  ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าแหล่งจ่ายไฟไม่แกว่งตัวและปรับเวลาอัตราการชะลอตัว (Deceleration rate) ให้สอดคล้องกับโหลด หากโหลดต้องการการชะลอตัวอย่างรวดเร็ว อาจต้องติดตั้งเบรกไดนามิก (Dynamic brake) เพิ่มให้กับ VFD เพื่อช่วยระบายพลังงานส่วนเกินของ DC bus

Fault เนื่องจากกระแสไฟเกิน (Overcurrent Fault)
เป็นอีกหนึ่งปัญหาที่เกิดขึ้นเป็นประจำ โดยปกติมักเกิดขึ้นตอนเร่งความเร็วที่เร็วเกินไปเมื่อขณะสตาร์ท เพื่อให้แน่ใจว่าไม่เกิด Overcurrent Fault ให้ตรวจสอบการเชื่อมต่อสายไฟทั้งหมดเพื่อให้แน่ใจว่าได้เชื่อมต่ออย่างถูกต้อง การต่อสายไฟที่หลวมอาจทำให้เกิดแรงดันไฟเกินหรือกระแสไฟเกิน ฟิวส์ขาด และเกิดความเสียหายกับ VFD อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ การเดินสายไฟที่หลวมอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของ VFD ได้ ซึ่งอาจให้เกิดความผันผวนของความเร็วที่คาดเดาไม่ได้และไม่สามารถควบคุม VFD ได้

การทำ Auto tuning เป็นอีกวิธีการหนึ่งที่จะช่วยแก้ปัญหา Overcurrent Fault ได้ เพราะการทำ Auto tuning จะทำให้ VFD มีค่าพารามิเตอร์ที่เหมาะสมกับมอเตอร์และโหลดที่ต่ออยู่เพื่อการควบคุมที่แม่นยำยิ่งขึ้น

ถ้าใช้งาน VFD ไปสักระยะหนึ่งแล้ว Overcurrent Fault ขึ้น ให้ทำการตรวจสอบโหลดว่ามีชิ้นส่วนที่สึกหรอหรือชำรุดไหม มีแรงเสียดทานมากเกินไป หรือโหลดมีภาระเพิ่มขึ้นกระทันหัน เป็นต้น ให้ซ่อมแซมหรือเปลี่ยนส่วนประกอบที่สึกหรอหรือชำรุดตามความจำเป็น อีกวิธีที่จะแนะนำ คือ ควรตรวจสอบแรงดันไฟขาเข้าและอัตราเร่ง (Acceleration rate) ถ้าหากแรงดันไฟขาเข้าต่ำเกินไปหรือตั้งค่าอัตราเร่งเร็วเกินไป อาจเกิดกระแสไฟเกินได้ พยายามรักษาแรงดันไฟฟ้าขาเข้าให้คงที่และตั้งค่าอัตราการเร่งให้เหมาะสมกับโหลดเพื่อแก้ไขปัญหานี้

Fault เนื่องจากกระแสโหลดสูงขณะสตาร์ท
ค่ากระแสไฟที่สูงขึ้นขณะสตาร์ทมอเตอร์อาจบ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงทางกลหรือกระบวนการทำงาน เช่น ความเร็วหรือขนาดโหลด เช่น กำลังขับที่ปั๊มและพัดลมต้องการเพื่อให้มันหมุนเร็วกว่าปกติเพียงไม่กี่รอบต่อนาทีก็สามารถทำให้ VFD โอเวอร์โหลดได้แล้ว ให้ตรวจสอบส่วนประกอบทั้งหมดที่ขับเคลื่อนโดย VFD ก่อนเริ่มใช้งาน เช่น สายพานลำเลียงไม่ควรมีชิ้นงานก่อนเริ่มการทำงาน ปั๊มควรกำจัดเศษขยะหรือสิ่งปฏิกูล และควรหลีกเลี่ยงโหลดที่สร้างภาระที่ไม่คาดคิดกับ VFD ได้ ซึ่งสิ่งเหล่านี้อาจทำให้มอเตอร์หรือ VFD เกิดโอเวอร์โหลดได้

อีกวิธีหนึ่งในการลดภาระโหลดที่สูงขณะเริ่มสตาร์ท คือ การเพิ่มอัตราการเร่งให้ยาวขึ้น แน่นอนว่าจะทำให้โหลดเริ่มเคลื่อนที่ช้าลงและราบรื่นขึ้นแทนที่จะกระตุกขณะสตาร์ท การเคลื่อนที่ที่ช้าลงส่งผลดีต่อกับอุปกรณ์ทางกลต่างๆ ด้วย และไม่ต้องใช้สายไฟอินพุตที่ใหญ่เกินความจำเป็น

การใช้งานเกินพิกัด
การใช้ VFD เกินขีดจำกัดการทำงานที่ผู้ผลิตแนะนำโดยตั้งใจหรือไม่ก็ตาม อาจทำให้เกิด Fault การใช้อุปกรณ์ใดๆ ที่สูงกว่าขีดจำกัดการทำงานจะทำให้อายุการใช้งานสั้นลงและเกิดความเสียหายในที่สุด เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาที่เกิดจากการใช้งานหนักเกินไป ให้ตรวจสอบว่า VFD ตัวนั้นๆ กำลังทำงานภายใต้คำแนะนำของผู้ผลิตหรือไม่

คาปาซิเตอร์เสื่อมสภาพ
การเสื่อมสภาพของคาปาซิเตอร์หรือตัวเก็บประจุไฟฟ้าเกิดขึ้นตามอายุการใช้งาน เนื่องจากคาปาซิเตอร์มีอายุการใช้งานที่จำกัดและสั้นกว่าส่วนประกอบอื่นๆ สิ่งนี้เองอาจเป็นสาเหตุของ Fault ที่เกิดขึ้นกับ VFD นอกจากนั้นคาปาซิเตอร์ยังมีความอ่อนไหวต่ออุณหภูมิอย่างมาก อุณหภูมิในการทำงานที่สูงกว่าคำแนะนำของผู้ผลิตจะทำให้อายุการใช้งานสั้นลง อิเล็กโทรไลต์ที่อยู่ภายในจะระเหยเร็วขึ้นที่อุณหภูมิสูงขึ้น อายุการใช้งานของคาปาซิเตอร์จะเพิ่มขึ้นเมื่อใช้อย่างต่อเนื่องที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิในการทำงานปกติ

รูปที่ 2 คาปาซิเตอร์

จากที่กล่าวมาข้างต้นเป็น Fault ของ VFD ที่มักเกิดขึ้นได้ และเป็นปัญหาหลักๆที่ส่งผลต่ออายุการใช้งานและความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นกับ VFD ได้ ควรตรวจสอบปัญหาที่แท้จริงที่ทำให้ VFD เกิด Fault เพื่อทำการแก้ไขได้อย่างถูกต้อง ไม่เช่นนั้น VFD ของคุณอาจเสียหายและส่งผลกระทบต่อไลน์การผลิตได้