วิธีแก้ปัญหาฮาร์มอนิก

ตอนแรกผมว่าจะเขียนถึงเรื่องแหล่งกำเนิดฮาร์มอนิกเสียก่อน แต่ไปๆมาๆก็เปลี่ยนใจเป็นอยากจะเขียน overview เรื่องวิธีแก้ปัญหานี้ก่อนแทนเพราะว่าเรื่องแหล่งกำเนิดฮาร์มอนิกน่าจะเป็นเรื่องที่คนทั่วไปรู้กันดีมากๆแล้ว

ปัจจุบันนี้วิธีแก้ปัญหาฮาร์มอนิกที่นิยมใช้กันอยู่ก็มีไม่กี่แบบครับ ซึ่งก็ดูเหมือนว่าจะเป็นวิธีมาตราฐานกันแล้ว หลังจากกว่า 25 ปีที่ปัญหาฮาร์มอนิกได้เริ่มเป็นที่สนใจ ในวงกว้าง หลายๆท่านอาจจะคุ้นเคยคุ้นหูกันดีอยู่แล้วนะครับ ซึ่งก็ได้แก่
1. การใช้วงจรกรองพาสซีฟ (Passive Filter)
2. การใช้วงจรกรองแอกทีฟ (Active Filter)
3. การใช้วงจรแก้ตัวประกอบกำลัง PFC (Power Factor Correction Circuit)
4. การติด Line Reactor หรือติด DC Reactor
5. การใช้หม้อแปลงพิเศษ เช่นหม้อแปลงซิกแซก หรือ หม้อแปลงแบบ 12 พัลส์

การใช้ Passive Filter ดูจะเป็นที่คุ้นเคยมากๆนะครับในบ้านเรา และก็พบเห็นโรงงานที่ได้ติด Passive Filter กันพอสมควร ซึ่งวิธีการนี้ก็ง่ายๆครับ ก็จากเดิมที่ติดตั้งเฉพาะ Cap Bank ซึ่งมีเฉพาะ C ที่ตู้เมน MDB ก็เปลี่ยนมาติดเป็นวงจร LC แทนครับ ซึ่งก็มีทั้งแบบ LC Tune และแบบ LC Detune ซึ่งที่นิยมกันมากกว่าก็คือแบบ LC Detune นะครับซึ่งก็มีเพื่อนๆและพี่ๆผมหลายท่านทำการออกแบบทางด้านนี้อยู่ ทั้งที่ทำกับทาง ABB หรือ Schneider ครับ นอกจากนี้ก็ยังมีทางอ.จงรักษ์ที่ทำ Passive Filter เหมือนกันครับ ผมเคยไปที่โรงงานเซรามิคแห่งหนึ่ง ก็มี Passive Filter ของอ.จงรักษ์ติดอยู่ครับ
Passive Filter จะเป็นวิธีที่ราคาไม่สูงครับ แต่ขนาดก็จะใหญ่โตหน่อยและการออกแบบก็ทำได้ยาก ต้องใช้ผู้เชี่ยวชาญและควรจะต้องทำการศึกษาระบบให้ดีครับ ควรจะมีการทำ System Modeling และคำนวณค่า LC ที่เหมาะสม โดยต้องดูผลการชดเชย Power Factor ประกอบไปด้วยเพราะว่าวงจรต้องใช้ C

Active Filter เป็นวิธีการที่ดีและทันสมัยครับ นิยมติดตั้งที่ตู้ไฟเมนเหมือนกัน แต่ราคาก็แพงกว่าแบบ Passive Filter มากกว่า 2 เท่าครับ แต่ข้อดีก็คือกินที่น้อย แล้วก็ออกแบบติดตั้งไม่ยากครับเพราะ Active Filter มันทำงานด้วย Microprocessor โดยเป็นอุปกรณ์ประเภทฉลาดนั่นเอง วงจรภายในจะประกอบไปด้วย Power Convertor และระบบควบคุม รวมทั้งระบบตรวจวัดฮาร์มอนิก ซึ่ง Active Filter จะใช้วงจร Switching สร้างกระแสฮาร์มอนิกออกมาหักล้างกับฮาร์มอนิกที่วัดได้จนกะทั่งฮาร์มอนิกในระบบมีค่าอยู่ในเกณฑ์มาตราฐานครับ ตอนนี้บ้านเราก็ก็มีใช้กันหลายที่แล้วครับ มีผู้ผลิตรายใหญ่ๆก็นำเข้ามาแล้วเช่น ABB, Schneider แล้วก็มีผู้ผลิตไทยบางรายก็สามารถทำตัวต้นแบบได้แล้วเช่นกัน

วงจร PFC อันนี้ชื่อจะเป็นวงจรแก้ตัวประกอบกำลังหรือ Power Factor นะครับ แต่เอาเข้าจริงๆจะแก้ฮาร์มอนิกครับ วงจรประเภทนี้จะเป็นวงจรเฉพาะสำหรับแต่ละอุปกรณ์ ก็คือเป็น option เสริมที่ติดตั้งเพิ่มเติมหรือใส่เข้าไปเพิ่มเติมแต่แรก โดยติดตั้งที่วงจรไฟเข้าของอุปกรณ์ที่สร้างฮาร์มอนิกครับ ซึ่งวงจรประเภทนี้จะควบคุมกระแสด้านเข้าให้มีรูปร่างไม่เพี้ยนไปจากรูปไซน์มากจนเกินไปนัก เราจะพบได้เช่นวงจรด้านเข้าของ UPS ที่ไม่สร้างฮาร์มอนิก วงจรด้านเข้าของ Supply คอมพิวเตอร์แบบดีๆนะครับ หรือว่า Option เสริมแก้ฮาร์มอนิกด้านไฟเข้าของ Drive ยี่ห้อต่างๆ นอกจากนี้ใครที่สนใจจะทำเองก็ไม่ยากครับ ปัจจุบันก็มี IC สำเร็จรูปพร้อมวงจรแนะนำเสร็จสรรพสามารทำตามได้เลย เช่นของ IR ซึ่งผมก็เคยใช้อยู่

การติด Line Reactor หรือ DC Reactor วิธีการนี้พบทั่วไปก็คือเป็นพวก Option เสริมของ Drive ครับ ก็จะช่วยลดฮาร์มอนิกได้ระดับหนึ่งแต่ก็ยังคงเหลือมากครับ เช่นอาจจะลดได้จาก 40% เหลือ 20% อะไรประมาณนั้นครับ สำหรับที่ๆติดแค่นี้ก็สามารถแก้ปัญหาได้แล้วก็แนะนำครับ เพราะว่าง่ายดีไม่ยุ่งยากในการติดตั้ง ราคาก็ไม่แพงนัก และเป็นการกำจัดฮาร์มอนิกที่แหล่งกำเนิดของมัน ซึ่งในบ้านเราหรือบนโลกนี้ ตัวปัญหาใหญ่ที่สร้างฮาร์มอนิกก็คือพวก Drive นี่แหละครับ ด้วยวิธีนี้ตัว Reactor จะช่วยกรองกระแสด้านเข้าของ Drive ไม่ให้กระโชกโฮกฮากจนเกินไป ดังนั้นจึงสามารถลดฮาร์มอนิกลำดับสูงๆได้มากครับ

การใช้หม้อแปลงพิเศษ วิธีนี้ค่อนข้างแพงมากครับแต่บางที่ก็จำเป็นมากๆ เช่น โรงเหล็ก หรือว่าพวก Convertor ใหญ่ๆประเภทพิกัดกำลังมากกว่า 1 MW ขึนไป ข้อดีของวิธีนี้คือประสิทธิภาพสูงมากครับเนื่องจากไม่ได้ใช้วงจร Switching และไม่มีผลกระทบต่อ Power Factor เพราะไม่ได้ใช้ทั้ง L และ C

ครับก็คร่าวๆประมาณนี้ก่อน สำหรับแต่ละวิธีนั้นก็จะมีรายละเอียดมากมายครับ ซึ่งจะนำมาเล่าให้ฟังในโอกาสต่อไปครับ