SlideShare a Scribd company logo
1 of 6
Download to read offline
การประชุมวิชาการข่ายงานวิศวกรรมอุตสาหการ ประจําปี พ.ศ. 2555
17-19 ตุลาคม 2555 ชะอํา เพชรบุรี
การประยุกต์ใช้หลักการเหนียวนําความร้อนสําหรับเครืองหลอมพลาสติก
The Application of Induction heating for Plastic melting machine
จีระศักดิ วงศา*1
จิรศักดิ ส่งบุญแก้ว1
เอกรัตน์ นภกานต์1
บัญชา ศรีวิโรจน์1
ยืน ปาระเคน1
1
สาขาวิชาวิศวกรรมไฟฟ้า คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยธนบุรี กรุงเทพมหานคร 10160
E-mail: jeerasakthailand@gmail.com*
Jeerasak Wongsa*1
Jirasak Songboonkaew1
Akeratana Noppakarn1
Bancha Sreewirote1
Yuen Paraken1
1
Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, Thonburi University, Bangkok 10160
E-mail: jeerasakthailand@gmail.com*
บทคัดย่อ
งานวิจัยนีนําเสนอการเพิมประสิทธิภาพกระบวนการผลิตเม็ดพลาสติก ในส่วนของการหลอมพลาสติก
โดยการเปลียนขดลวดความร้อนแบบเข็มขัดเป็นขดลวดเหนียวนําความร้อน ซึงการให้ความร้อนแบบเหนียวนํามี
ประสิทธิภาพในการให้ความร้อนทีดีกว่าขดลวดความร้อน เนืองจากความร้อนจะเกิดขึนกับบาเรลโดยตรง การ
ทดสอบโดยใช้แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ 1 เฟส 220 โวลต์ 50 เฮิรตซ์ แปลงเป็นไฟฟ้ากระแสตรง แล้วทําการสับ
สวิตซ์ให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับความถีสูง ด้วยวงจรฮาล์ฟบริดจ์อินเวอร์เตอร์ เพือให้เกิดการเหนียวนํากับกระบอก
หลอมพลาสติก(บาเรล) ความร้อนจะเกิดขึนทีกระบอกหลอมและถ่ายเทความร้อนให้พลาสติก ผลการทดสอบ
พบว่า อุณหภูมิของกระบอกหลอมเพิมขึนจาก 30 ˚C เป็น 250 ˚C โดยใช้เวลา 18 นาที ทีกระแสอินพุทเท่ากับ
20.45 แอมป์ และค่าตัวประกอบกําลังเท่ากับ 0.97 คิดเป็นกําลังไฟฟ้าอินพุตได้ 4364 วัตต์ ซึงใช้เวลาในการทํา
ความร้อนได้เร็วกว่าขดลวดความร้อนแบบเข็มขัดทีพิกัดกําลังไฟฟ้าอินพุตขนาดใกล้เคียงกัน โดยสามารถลดการ
ใช้กําลังไฟฟ้าได้ถึง 928.05 วัตต์-ชัวโมง
คําหลัก การเหนียวนําความร้อน, ความถีสูง, ฮาล์ฟบริดจ์อินเวอร์เตอร์
Abstract
This research presents the optimization polymer process in the plastic melting process. Using
induction heater replaced band heater. The efficiency of induction heating is a better than coil heating,
Because of heat is generated directly from induced barrel in the barrel. The testing using single phase
supply 220 volt 50 Hz converted to dc supply and then switching to high frequency by half-bridge inverter
circuit. To induction coil creates magnetic flux in the barrel. Heat in the barrel is transferred to plastic.
Test result showed the temperature of the barrel increase from 30˚ C to 250˚ C in 18 minutes. The input
current 20.45 ampere and power factor 0.97 with input power 4364 watts. The total time of induction
heating process is shorter than band heating. Reduce power consumption up to 928.05 watt-hour.
Keywords: induction heating, high frequency, half-bridge inverter
การประชุมวิชาการข่ายงานวิศวกรรมอุตสาหการ ประจําปี พ.ศ. 2555
17-19 ตุลาคม 2555 ชะอํา เพชรบุรี
1. บทนํา
ในกระบวนการหลอมพลาสติกในประเทศไทยได้ใช้
ฮีดเตอร์แบบเข็มขัดหรืออีกชือหนึงคือฮีดเตอร์กระบอก
( Band Heater ) [1] เป็นส่วนใหญ่ในการให้ความร้อน ที
มีทังเฟสเดียวและ 3 เฟส ซึงสัดส่วนการใช้พลังงานใน
ส่วนนีพบว่าพลังงานทีเป็นส่วนของการหลอมพลาสติกใช้
เพียงร้อยละ 10-20 และสะสมความร้อนในแท่งบาเรลและ
แม่พิมพ์ถึงร้อยละ 60 ทีเหลือร้อยละ 20 เป็นความร้อน
สูญเสียผ่านผิวของบาเรล ความร้อนปริมาณนีนอกจาก
สินเปลืองพลังงานแล้วยังทําให้พืนทีทํางานร้อนขึน ความ
ร้อนสูญเสียของผิวบาเรลสามารถลดได้ถึงร้อยละ 80 โดย
การหุ้มฉนวนโดยใช้เซรามิคไซเบอร์ ทีความหนา 1-1.5
นิว
จากการค้นคว้าพบว่าในประเทศจีนได้เปลียนการให้
ความร้อนใหม่ จากฮีดเตอร์แบบเข็มขัดเป็นการใช้ขดลวด
เหนียวนําความร้อนแทน ซึงจะทําให้ความร้อนเกิดขึนที
ตัวบาเรลโดยตรง นันหมายถึงว่าประสิทธิภาพในการให้
ความร้อนของขดลวดเหนียวนํา มีประสิทธิภาพทีดีกว่า
ฮีดเตอร์แบบเข็มขัด นอกจากนียังพบอีกว่าบริษัทใน
ประเทศจีนได้เข้ามาเปิดท้องตลาดในการสร้าง
เครืองให้ความร้อนแบบเหนียวนําในประเทศไทยแล้ว
เนืองจากมีผู้ประกอบการในไทยมีความสนใจและสังซือ
นําเข้ามาเป็นจํานวนมาก และในประเทศไทยยังไม่มี
บริษัททีผลิตเครืองหลอมพลาสติกแบบเหนียวนําความ
ร้อนเอง งานวิจัยนีจึงได้ดําเนินการขึนเพือทีจะเป็นความรู้
พืนฐานให้กับผู้ทีมีความสนใจ ในเรืองกระบวนการหลอม
พลาสติกแบบเหนียวนํา ให้เป็นประโยชน์ต่อการพัฒนา
นวัตกรรมและเทคโนโลยีใหม่ๆ ในประเทศสืบต่อไป
2. การเหนียวนําความร้อน [2-3]
หลักการให้ความร้อนเหนียวนําเมือป้อนกระแสสลับ
ความถีสูงให้กับขดลวดเหนียวนํา (Induction coil) ดังรูป
ที 1 ขดลวดเหนียวนําจะสร้างสนามแม่เหล็กเกียวคล้อง
กับบาเรล ถ้าบาเรลเป็นวัสดุทีมีคุณสมบัติเป็นสาร
Ferromagnetic สนามแม่เหล็กทีเกียวคล้องกับบาเรลจะ
ทําให้เกิดกระแสไหลวน (Eddy current) ในบาเรลเป็น
เส้นทางปิด ทําให้เกิดการสูญเสียเนืองจากกระแสไหลวน
เป็นผลทําให้เกิดความร้อนขึนทีบาเรล และจะถ่ายเท
ความร้อนไปยังพลาสติกทีอยู่ภายในบาเรล ทําให้
พลาสติกร้อนได้ในทีสุด
รูปที 1 ลักษณะการเหนียวนําความร้อนในบาเรล
ความร้อนทีเกิดขึนนีจะไม่มีการสัมผัสกันโดยตรงระหว่าง
ขดลวดเหนียวนํากับบาเรล ทําให้ปลอดภัยต่อการใช้งาน
มีประสิทธิภาพต่อการทําความร้อนสูง เนืองจากความ
ร้อนจะเกิดขึนกับบาเรลโดยตรง จะเห็นได้ว่าโครงสร้าง
ของขดลวดเหนียวนําและโหลดบาเรลจะมีเส้นแรง
แม่เหล็กคล้องผ่านซึงกันและกัน
รูปที 2 วงจรพืนฐานการเหนียวนําความร้อน
จากรูปที 2 เป็นวงจรพืนฐานในการออกแบบเครือง
เหนียวนําความร้อนสําหรับเครืองหลอมพลาสติก โดยใช้
ไฟจากแหล่งจ่ายกระแสสลับ 220 โวลต์ 50 เฮิร์ต เข้าสู่
วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์ และทําการสับสวิตซ์ความถี
สูงด้วยวงจรอินเวอร์เตอร์แบบฮาล์ฟบริดจ์ เพือนําไฟฟ้า
กระแสสลับความถีสูงนีป้อนให้กับขดลวดเหนียวนําใน
การสร้างสนามแม่เหล็กเกียวคล้องกับบาเรล
2.1 อินเวอร์เตอร์แบบฮาล์ฟบริดจ์
อินเวอร์เตอร์แบบฮาล์ฟบริดจ์เป็นวงจรทีใช้ในการ
แปลงไฟฟ้ากระแสตรง ให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับความถี
สูง เครืองหลอมพลาสติกนีเป็นวงจรโหลดเรโซแนนท์ชนิด
อนุกรม โดยมีวงจรอินเวอร์เตอร์จ่ายกําลังไฟฟ้าให้กับ
โหลดเรโซแนนท์ชนิดอนุกรมนี วงจรอินเวอร์เตอร์ฮาล์ฟ
บริดจ์ ดังในรูปที 2 ซึงแปลงเป็นวงจรทางไฟฟ้าในรูปที 3
การประชุมวิชาการข่ายงานวิศวกรรมอุตสาหการ ประจําปี พ.ศ. 2555
17-19 ตุลาคม 2555 ชะอํา เพชรบุรี
จะประกอบด้วยสวิทช์ 1S และ 2S ทํางานสลับกันใน
ลักษณะ เปิด-ปิดวงจรเมือทําการวัดแรงดันตกคร่อม
สวิทช์ 2S ( 2Sv ) จะได้ค่าแรงดันสูงสุดเท่ากับ dv+
และค่า แรงดันตําสุดเท่ากับ 0 กระแสไหลผ่านโหลด
( oi ) จะเป็นรูปคลืนไซน์ดังรูปที 4
รูปที 3 วงจรฮาล์ฟบริดจ์อินเวอร์เตอร์
tω0
π
Vd+
vS2
io
π2
รูปที 4 คลืนแรงดันคร่อมสวิทช์ 2S และกระแสโหลดของวงจร
อินเวอร์เตอร์กึงบริดจ์
2.2 โหลดเรโซแนนซ์ชนิดอนุกรม [2]
ปัจจุบันโหลดเรโซแนนท์ชนิดอนุกรมทีใช้กับวงจร
อินเวอร์เตอร์ ได้มีการประยุกต์ใช้งานมากมาย เช่น
เครืองชุบแข็งผิวโลหะเหนียวนําความถีสูง เครืองหลอม
โลหะเหนียวนําความถีสูง เตาหุงต้มเหนียวนําความถีสูง
บัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์ และเครืองเชือมเหนียวนํา
ความถีสูง เป็นต้น ซึงมีข้อดีทีสําคัญ คือ ลดการสูญเสีย
ในการสวิตช์ เมือสวิตช์ตัดต่อวงจรทีกระแสศูนย์(ZCS)
หรือสวิตช์ตัดต่อวงจรทีแรงดันศูนย์ (ZVS) ส่วนข้อเสียที
สําคัญของวงจรเรโซแนนท์ชนิดอนุกรมคือ สําหรับวงจรเร
โซแนนท์ทีมีค่า Quality (Q) สูง ทีตําแหน่งใกล้ความถีเร
โซแนนท์ ( rf ) แรงดันตกคร่อมตัวเหนียวนํา (L) และตัว
เก็บประจุ (C) ในวงจรเรโซแนนท์จะมีค่ามาก เป็นผลให้
ตัวเหนียวนําและตัวเก็บประจุทีใช้ในวงจรเรโซแนนท์
จะต้องเลือกให้มีค่าพิกัดแรงดันสูง เพือสามารถเก็บ
พลังงานได้มาก ส่วนแรงดันทีป้อนให้กับอินเวอร์เตอร์ทีมี
โหลดเรโซแนนท์ชนิดอนุกรมจะเป็นแหล่งจ่ายชนิดแรงดัน
คงที (Constant Voltage Source) ซึงจะต้องใช้ตัวเก็บ
ประจุขนาดใหญ่เพือกรองแรงดันให้เรียบแล้วจ่ายให้กับ
อินเวอร์เตอร์ ทีให้เอาท์พุทในลักษณะคลืนแรงดันรูปคลืน
สีเหลียมและกระแสในลักษณะรูปคลืนไซน์ ทีความถี
สวิตช์อินเวอร์เตอร์ในช่วง 20 ~ 40 kHz ซึงจะนํามาใช้
ในการเหนียวนําความถีสูงผ่านขดลวดเหนียวนําเพือให้
เกิดความร้อนทีบาเรลสําหรับหลอมพลาสติก
ตารางที 1 คุณสมบัติของวงจรเรโซแนนท์อนุกรม
คุณสมบัติ วงจรอนุกรม RLC
ความถีเรโซแนนท์ rf
LC
fr
π2
1
=
แรงดันไฟฟ้าตกคร่อม R สูงสุดที rf
กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน R คงทีที
R
Vo
ค่า Quality, Q
R
Lf
Q Rπ2
=
ค่าแบนด์วิดช์, BW
Q
f
BW R
=
สภาวะ Impedance ทีจุดตํากว่า rf Capacitive
สภาวะ Impedance ทีจุดสูงกว่า rf Inductive
ผลกระทบเมือเปลียนค่า R
เพิมค่า R , ค่า BW
เพิม
ผลกระทบเมือเปลียนค่า
C
L เพิมค่า
C
L
, ค่า BW
ลด
เมือ L คือค่าความเหนียวนําของขดลวด, C คือค่าตัวเก็บ
ประจุของโหลดเรโซแนนซ์, R คือค่าความต้านทานของ
โหลดเรโซแนนซ์
3. การจําลองการทํางานและการออกแบบวงจร [3]
ในส่วนการจําลองการทํางานนีได้ใช้โปรแกรม
PSIM มาช่วยในการจําลองการทํางาน โดยทําการสร้าง
วงจรในโปรแกรมแล้วทําการเก็บผลการทดสอบต่างๆ
เช่น แรงดันและกระแสทีอุปกรณ์สวิตช์จะได้ผลการ
ทดสอบการจําลองการทํางานดังรูปที 5,6 และ 7
การประชุมวิชาการข่ายงานวิศวกรรมอุตสาหการ ประจําปี พ.ศ. 2555
17-19 ตุลาคม 2555 ชะอํา เพชรบุรี
รูปที 5 แรงดันและกระแสทีความถี 25 kHz
รูปที 6 แรงดันและกระแสทีความถี 27 kHz
รูปที 7 แรงดันและกระแสทีความถี 30 kHz
จากการจําลองการทํางานด้วยโปรแกรม PSIM จะ
เห็นได้ว่าเมือทําการปรับค่าความถีเพิมขึนค่ากระแส
เอาท์พุตจะลดตําลง นันหมายถึงการลดลงของ
กําลังไฟฟ้าภาคเอาท์พุตด้วย ในการจําลองการทํางานก็
เพือทีจะทดสอบการทํางานวงจรทีเราสร้างขึน เพือวัดค่า
ความเป็นไปได้ของวงจรกําลัง อีกทังยังสามารถทราบถึง
ลักษณะความน่าจะเป็นของสัญญาณกระแสและแรงดัน
เพือทีจะเป็นการป้องกันการลัดวงจรหรือข้อผิดพลาดของ
วงจรทีจะเกิดขึนได้
จากรูปที 3 คือระบบการทํางานทังหมดของวงจร
เครืองหลอมพลาสติกด้วยหลักการเหนียวนําความร้อน
โดยจะรับแรงดันจากแหล่งจ่าย 1 เฟส 220 V 50Hz ผ่าน
วงจรเรียงกระแส จากนันตัวสวิตช์ Q1,Q2 ทีต่อขนานกัน
เป็น S1 และ Q3,Q4 ทีต่อขนานกันเป็น S2 จะทําหน้าที
สับสวิตช์เพือสร้างสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับทีความถีเร
โซแนนซ์โดยที Q1กับ Q2 จะทํางานพร้อมกันแล้ว Q3กับ
Q4 ก็จะทํางานพร้อมกัน สลับไปมาด้วยความถีสูงทําให้
เกิดแรงดันกระแสสลับความถีสูงป้อนให้กลับโหลดเร
โซแนนท์อนุกรม คือตัวเก็บประจุดังรูปที 8(ค)และขดลวด
เหนียวนํา ซึงเกียวคล้องกับบาเรล เพือสร้างความร้อน
ให้กับบาเรลและถ่ายเทความร้อนให้กับพลาสติกต่อไป
ในส่วนขดลวดเหนียวนําได้เลือกใช้ลวดทองแดง
ขนาด 22 AWG ซึงสามารถยอมให้กระแสทีความถีสูงถึง
42 kHz ไหลผ่านได้ มาพันตีเกลียวกันเพือลดค่าการ
สูญเสีย และเคลือบด้วยวานิชและอบให้แห้ง เพือเพิม
ความเป็นฉนวนในแต่ละชันของขดลวดเหนียวนํา
สําหรับบาเรลดังรูปที 8 (ก) ทํามาจากเหล็กลักษณะ
ทรงกระบอกโดยมีเส้นผ่าศูนย์กลางขนาด 25 เซนติเมตร
และความยาวประมาณ 90 เซนติเมตร หุ้มฉนวนด้วย
เซรามิคไซเบอร์ ใช้ตัวเก็บประจุแบบฟิล์มพลาสติกดังรูป
ที 8(ค) เป็นตัวเก็บประจุเรโซแนนท์ ซึงสามารถทํางานที
ความถีสูงได้ แล้วนํามาประกอบกันเป็นวงจรทีสมบูรณ์ดัง
รูปที 8(ง)
จากนันนําอุปกรณ์โหลดเรโซแนนซ์ทีสร้างขึนนําไป
วัดค่าพารามิเตอร์ต่างๆ โดยมีวงจรสร้างสัญญาณ PWM
ของเครืองหลอมพลาสติกทีได้แสดงไว้ดังรูปที 8(ข) ซึงใน
งานวิจัยนีได้ใช้ PIC16F877 [3-5] ในการสร้างสัญญาณ
PWM และจ่ายให้กับวงจรขยายสัญญาณขับเกตุ TLP250
ดังรูปที 9 สําหรับสังให้ไอจีบีทีทํางาน
ก) ท่อโลหะพันด้วยขดลวด ข) วงจรสร้างสัญญาณ PWM
ค) ตัวเก็บประจุเรโซแนนซ์ ง) ชุดทดสอบ
รูปที 8 อุปกรณ์ทีใช้ในการทดสอบ
ดังรูปที 8(ข) ในส่วนของการสร้างสัญญาณ
PWM[5] จาก PIC16F877 นัน สัญญาณจะถูกส่งออกมา
การประชุมวิชาการข่ายงานวิศวกรรมอุตสาหการ ประจําปี พ.ศ. 2555
17-19 ตุลาคม 2555 ชะอํา เพชรบุรี
ทีขา CCP1 และ CCP2 โดยการเขียนภาษาซีเพือสังการ
สร้างสัญญาณ PWM ส่วนในรูปที 10 นัน ก็เป็นการสร้าง
สัญญาณ PWM เช่นกัน แต่จะง่ายกว่าโดยใช้ไอซี TL494
ซึงมีราคาทีถูกกว่า โดยสัญญาณ PWM จะส่งออกมาทีขา
9 และ 10 สามารถปรับความถีด้วยตัวต้านทานแบบปรับ
ค่าได้แต่ไม่สามารถเขียนโปรแกรมในส่วนของการป้องกัน
กระแสเกิน แรงดันเกินเข้าไปได้ จึงต้องต่อวงจรป้อง
กันเอง ซึงแตกต่างจากการใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ ทีง่าย
กว่า โดยการคอมไพล์โปรแกรมนันได้ใช้บอร์ด Propic
usb 1.0 [6] มาใช้ในส่วนของการคอมไพล์ดังรูปที 11
รูปที 9 วงจรขยายสัญญาณขับเกต
วงจรขยายสัญญาณขับเกตนีเนืองจากคุณสมบัติ
ของการสับสวิตซ์ทีต่างกันของไอจีบีทีหรือมอสเฟทดังนัน
ควรกําหนดแรงดันทีเหมาะสมในการสับสวิตซ์ เนืองจาก
แรงดันทีจ่ายออกมาจากไมโครคอนโทรลเลอร์มีขนาด
เพียง 5 โวลต์ ดังนันจึงทําการขยายสัญญาณแรงดัน ให้
เพียงพอทีจะสามารถขับขาเกตของสวิตช์ได้
รูปที 10 วงจรสร้างสัญญาณ PWM
รูปที 11 แผงวงจรโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล PIC [6]
4. ผลการทดสอบ
การทดสอบนันจะเริมจากการปรับความถีในการสับ
สวิตช์ของวงจรฮาล์ฟบริดจ์อินเวอร์เตอร์ให้สูงก่อนแล้วจึง
ค่อยลดความถีลงดังรูปที12,13 และ 14 เพือวิเคราะห์
ลักษณะสัญญาณของแรงดันและกระแส ซึงกระแสจะ
เพิมขึนตามความถีทีปรับลดลง ผลการทดสอบพบว่า
อุณหภูมิของบาเรลเพิมขึนจาก 30˚ C เป็น 250 ˚C โดย
ใช้เวลาเพียง 18 นาที ซึงใช้แรงดันอินพุทกระแสสลับ
ขนาด 220 โวลต์ กระแสอินพุท 20.45 แอมป์ และค่าตัว
ประกอบกําลังเป็น 0.97 คิดเป็นกําลังไฟฟ้าอินพุตได้
4,364 วัตต์ และเมือทําการเปรียบเทียบกับการให้ความ
ร้อนแบบเดิม ทีอาศัยขดลวดความร้อนหรือฮีตเตอร์แบบ
เข็มขัด (band heater) ทีพิกัดกําลังไฟฟ้าอินพุตใกล้เคียง
กัน ฮีดเตอร์แบบเหนียวนํานี จะใช้เวลาในการทําความ
ร้อนได้เร็วมากกว่าถึง 12 นาที ทําให้ลดการสินเปลือง
ของพลังงานในช่วงระยะเวลาทีใช้ในการอุ่นเครืองเดิมที
ต้องใช้ระยะเวลาในการเตรียมเครืองนานถึง 30 นาที
รูปที 12 แรงดันและกระแส ทีความถี 30 kHz
รูปที 13 แรงดันและกระแสทีความถี 26.6 kHz
การประชุมวิชาการข่ายงานวิศวกรรมอุตสาหการ ประจําปี พ.ศ. 2555
17-19 ตุลาคม 2555 ชะอํา เพชรบุรี
รูปที 14 แรงดันและกระแสทีความถี 25 kHz
5. สรุปผลการทดสอบ
ผลการทดสอบทีได้ยืนยันให้เห็นว่าเครืองหลอม
พลาสติกด้วยหลักการเหนียวนําความร้อนนัน สามารถทํา
ความร้อนได้เร็วกว่าเครืองหลอมพลาสติกแบบเข็มขัด
หรือแบบรัดท่อ ซึงใช้เวลาทีเร็วกว่าในการทําความร้อน
เนืองจากความร้อนจะเกิดขึนทีบาเรลโดยตรง ในส่วนของ
บาเรลนันใช้วัสดุทีทํามาจากเหล็กซึงจะทําให้การสับ
สวิตซ์จะต้องใช้ย่านความถีทีสูงมาก เนืองจาก
ค่าพารามิเตอร์ของเหล็ก โดยวัสดุทีใช้สําหรับทําบาเรล
นันสามารถทําการเปลียนแปลงได้ ซึงอาจใช้วัสดุทีทํามา
จากสแตนเลสสตีล ทีจะช่วยในส่วนของวงจรสับสวิตซ์
เนืองจากสแตนเลสและเหล็กมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที
แตกต่างกัน
ข้อเสนอแนะ
วงจรรับค่าอุณหภูมิจะเกิดการผิดเพียนเนืองจาก
สนามแม่เหล็ก ควรเลือกใช้อุปกรณ์วัดค่าอุณหภูมิที
สามารถทําการกรองสัญญาณได้ เพือความแม่นยําในการ
อ่านค่า
สนามแม่เหล็กทีสร้างขึน จะส่งผลต่อผู้ป่วยทีใช้
เครืองควบคุมอัตราการเต้นของหัวใจและจะส่งผลต่อ
บุคคลทัวไปเมือเข้าใกล้เป็นระยะเวลานาน
หากมีการนําวัสดุทีเป็นสาร ferromagnetic เข้าใกล้
ขดลวดจะทําให้ค่าอิมพิแดนซ์ของโหลดเปลียน และจะทํา
ให้วงจรเกิดความเสียหายได้ ดังนันในการใช้งานจริง ควร
มีการเตือนหรือให้คําชีแจงแก่ผู้เกียวข้อง
กิตติกรรมประกาศ
งานวิจัยนีได้รับการสนับสนุนทุนวิจัยจาก
มหาวิทยาลัยธนบุรี และเอือเฟือสถานทีในการทํา
โครงการวิจัย ตลอดจนเครืองมือและอุปกรณ์ต่างๆจน
สําเร็จเป็นโครงการวิจัยทีเสร็จสมบูรณ์ได้
เอกสารอ้างอิง
[1] กรมโรงงานอุตสาหกรรม กระทรวงอุตสาหกรรม.
2548. คู่มือการอนุรักษ์พลังงานในโรงงาน
อุตสาหกรรมประเภทผลิตภัณฑ์พลาสติก. โครงการ
อนุรักษ์พลังงานในโรงงานอุตสาหกรรมที
นอกเหนือจากโรงงานควบคุมตามพระราชบัญญัติการ
ส่งเสริมการอนุรักษ์พลังงาน พ.ศ.2535
[2] สิทธิโชค สินรัตน์, 2545.การวิเคราะห์เตาหุงต้ม
เหนียวนําความถีสูงชนิดควบคุมกําลังไฟฟ้า ด้วย
ความถี. วิทยานิพนธ์ วิศวกรรมศาสตรบัณฑิต.
สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหาร
ลาดกระบัง.
[3] จีระศักดิ วงศา,จิรศักดิ ส่งบุญแก้ว. 2555. เตาหุงต้ม
เหนียวนําความร้อนแบบสวิตช์เดียวควบคุมด้วย
ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล PIC. การประชุม
วิชาการระดับชาติ เบญจมิตรวิชาการ ครังที 2.
[4] ดอนสัน ปงผาบ และ ทิพวัลย์ คํานํานอง,2550.
ไมโครคอนโทรลเลอร์ PIC และการประยุกต์ใช้งาน.
กรุงเทพฯ : สมาคมส่งเสริมเทคโนโลยี (ไทย–ญีปุ่น)
[5] ประจิน พลังสันติกุล, 2551. All about CCS C (PIC
C programming with CCS C compiler). กรุงเทพฯ :
บริษัทแอพซอฟต์เทคจํากัด
[6] ศมิทธิ เอมสมบัติ, เครืองโปรแกรม MCU-PICผ่าน
ทางพอร์ตUSBโดยใช้ connector แบบ ICD2ตาม
มาตรฐาน Microchip. www.thaimicrotron.com/

More Related Content

Featured

AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdfAI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdfmarketingartwork
 
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024Neil Kimberley
 
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)contently
 
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024Albert Qian
 
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie InsightsSocial Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie InsightsKurio // The Social Media Age(ncy)
 
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024Search Engine Journal
 
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summarySpeakerHub
 
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd Clark Boyd
 
Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next Tessa Mero
 
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search IntentGoogle's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search IntentLily Ray
 
Time Management & Productivity - Best Practices
Time Management & Productivity -  Best PracticesTime Management & Productivity -  Best Practices
Time Management & Productivity - Best PracticesVit Horky
 
The six step guide to practical project management
The six step guide to practical project managementThe six step guide to practical project management
The six step guide to practical project managementMindGenius
 
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...RachelPearson36
 
Unlocking the Power of ChatGPT and AI in Testing - A Real-World Look, present...
Unlocking the Power of ChatGPT and AI in Testing - A Real-World Look, present...Unlocking the Power of ChatGPT and AI in Testing - A Real-World Look, present...
Unlocking the Power of ChatGPT and AI in Testing - A Real-World Look, present...Applitools
 
12 Ways to Increase Your Influence at Work
12 Ways to Increase Your Influence at Work12 Ways to Increase Your Influence at Work
12 Ways to Increase Your Influence at WorkGetSmarter
 

Featured (20)

AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdfAI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
 
Skeleton Culture Code
Skeleton Culture CodeSkeleton Culture Code
Skeleton Culture Code
 
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
 
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
 
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
 
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie InsightsSocial Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
 
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
 
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
 
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
 
Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next
 
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search IntentGoogle's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
 
How to have difficult conversations
How to have difficult conversations How to have difficult conversations
How to have difficult conversations
 
Introduction to Data Science
Introduction to Data ScienceIntroduction to Data Science
Introduction to Data Science
 
Time Management & Productivity - Best Practices
Time Management & Productivity -  Best PracticesTime Management & Productivity -  Best Practices
Time Management & Productivity - Best Practices
 
The six step guide to practical project management
The six step guide to practical project managementThe six step guide to practical project management
The six step guide to practical project management
 
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
 
Unlocking the Power of ChatGPT and AI in Testing - A Real-World Look, present...
Unlocking the Power of ChatGPT and AI in Testing - A Real-World Look, present...Unlocking the Power of ChatGPT and AI in Testing - A Real-World Look, present...
Unlocking the Power of ChatGPT and AI in Testing - A Real-World Look, present...
 
12 Ways to Increase Your Influence at Work
12 Ways to Increase Your Influence at Work12 Ways to Increase Your Influence at Work
12 Ways to Increase Your Influence at Work
 
ChatGPT webinar slides
ChatGPT webinar slidesChatGPT webinar slides
ChatGPT webinar slides
 
More than Just Lines on a Map: Best Practices for U.S Bike Routes
More than Just Lines on a Map: Best Practices for U.S Bike RoutesMore than Just Lines on a Map: Best Practices for U.S Bike Routes
More than Just Lines on a Map: Best Practices for U.S Bike Routes
 

Ienetwork2012 0302

  • 1. การประชุมวิชาการข่ายงานวิศวกรรมอุตสาหการ ประจําปี พ.ศ. 2555 17-19 ตุลาคม 2555 ชะอํา เพชรบุรี การประยุกต์ใช้หลักการเหนียวนําความร้อนสําหรับเครืองหลอมพลาสติก The Application of Induction heating for Plastic melting machine จีระศักดิ วงศา*1 จิรศักดิ ส่งบุญแก้ว1 เอกรัตน์ นภกานต์1 บัญชา ศรีวิโรจน์1 ยืน ปาระเคน1 1 สาขาวิชาวิศวกรรมไฟฟ้า คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยธนบุรี กรุงเทพมหานคร 10160 E-mail: jeerasakthailand@gmail.com* Jeerasak Wongsa*1 Jirasak Songboonkaew1 Akeratana Noppakarn1 Bancha Sreewirote1 Yuen Paraken1 1 Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, Thonburi University, Bangkok 10160 E-mail: jeerasakthailand@gmail.com* บทคัดย่อ งานวิจัยนีนําเสนอการเพิมประสิทธิภาพกระบวนการผลิตเม็ดพลาสติก ในส่วนของการหลอมพลาสติก โดยการเปลียนขดลวดความร้อนแบบเข็มขัดเป็นขดลวดเหนียวนําความร้อน ซึงการให้ความร้อนแบบเหนียวนํามี ประสิทธิภาพในการให้ความร้อนทีดีกว่าขดลวดความร้อน เนืองจากความร้อนจะเกิดขึนกับบาเรลโดยตรง การ ทดสอบโดยใช้แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ 1 เฟส 220 โวลต์ 50 เฮิรตซ์ แปลงเป็นไฟฟ้ากระแสตรง แล้วทําการสับ สวิตซ์ให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับความถีสูง ด้วยวงจรฮาล์ฟบริดจ์อินเวอร์เตอร์ เพือให้เกิดการเหนียวนํากับกระบอก หลอมพลาสติก(บาเรล) ความร้อนจะเกิดขึนทีกระบอกหลอมและถ่ายเทความร้อนให้พลาสติก ผลการทดสอบ พบว่า อุณหภูมิของกระบอกหลอมเพิมขึนจาก 30 ˚C เป็น 250 ˚C โดยใช้เวลา 18 นาที ทีกระแสอินพุทเท่ากับ 20.45 แอมป์ และค่าตัวประกอบกําลังเท่ากับ 0.97 คิดเป็นกําลังไฟฟ้าอินพุตได้ 4364 วัตต์ ซึงใช้เวลาในการทํา ความร้อนได้เร็วกว่าขดลวดความร้อนแบบเข็มขัดทีพิกัดกําลังไฟฟ้าอินพุตขนาดใกล้เคียงกัน โดยสามารถลดการ ใช้กําลังไฟฟ้าได้ถึง 928.05 วัตต์-ชัวโมง คําหลัก การเหนียวนําความร้อน, ความถีสูง, ฮาล์ฟบริดจ์อินเวอร์เตอร์ Abstract This research presents the optimization polymer process in the plastic melting process. Using induction heater replaced band heater. The efficiency of induction heating is a better than coil heating, Because of heat is generated directly from induced barrel in the barrel. The testing using single phase supply 220 volt 50 Hz converted to dc supply and then switching to high frequency by half-bridge inverter circuit. To induction coil creates magnetic flux in the barrel. Heat in the barrel is transferred to plastic. Test result showed the temperature of the barrel increase from 30˚ C to 250˚ C in 18 minutes. The input current 20.45 ampere and power factor 0.97 with input power 4364 watts. The total time of induction heating process is shorter than band heating. Reduce power consumption up to 928.05 watt-hour. Keywords: induction heating, high frequency, half-bridge inverter
  • 2. การประชุมวิชาการข่ายงานวิศวกรรมอุตสาหการ ประจําปี พ.ศ. 2555 17-19 ตุลาคม 2555 ชะอํา เพชรบุรี 1. บทนํา ในกระบวนการหลอมพลาสติกในประเทศไทยได้ใช้ ฮีดเตอร์แบบเข็มขัดหรืออีกชือหนึงคือฮีดเตอร์กระบอก ( Band Heater ) [1] เป็นส่วนใหญ่ในการให้ความร้อน ที มีทังเฟสเดียวและ 3 เฟส ซึงสัดส่วนการใช้พลังงานใน ส่วนนีพบว่าพลังงานทีเป็นส่วนของการหลอมพลาสติกใช้ เพียงร้อยละ 10-20 และสะสมความร้อนในแท่งบาเรลและ แม่พิมพ์ถึงร้อยละ 60 ทีเหลือร้อยละ 20 เป็นความร้อน สูญเสียผ่านผิวของบาเรล ความร้อนปริมาณนีนอกจาก สินเปลืองพลังงานแล้วยังทําให้พืนทีทํางานร้อนขึน ความ ร้อนสูญเสียของผิวบาเรลสามารถลดได้ถึงร้อยละ 80 โดย การหุ้มฉนวนโดยใช้เซรามิคไซเบอร์ ทีความหนา 1-1.5 นิว จากการค้นคว้าพบว่าในประเทศจีนได้เปลียนการให้ ความร้อนใหม่ จากฮีดเตอร์แบบเข็มขัดเป็นการใช้ขดลวด เหนียวนําความร้อนแทน ซึงจะทําให้ความร้อนเกิดขึนที ตัวบาเรลโดยตรง นันหมายถึงว่าประสิทธิภาพในการให้ ความร้อนของขดลวดเหนียวนํา มีประสิทธิภาพทีดีกว่า ฮีดเตอร์แบบเข็มขัด นอกจากนียังพบอีกว่าบริษัทใน ประเทศจีนได้เข้ามาเปิดท้องตลาดในการสร้าง เครืองให้ความร้อนแบบเหนียวนําในประเทศไทยแล้ว เนืองจากมีผู้ประกอบการในไทยมีความสนใจและสังซือ นําเข้ามาเป็นจํานวนมาก และในประเทศไทยยังไม่มี บริษัททีผลิตเครืองหลอมพลาสติกแบบเหนียวนําความ ร้อนเอง งานวิจัยนีจึงได้ดําเนินการขึนเพือทีจะเป็นความรู้ พืนฐานให้กับผู้ทีมีความสนใจ ในเรืองกระบวนการหลอม พลาสติกแบบเหนียวนํา ให้เป็นประโยชน์ต่อการพัฒนา นวัตกรรมและเทคโนโลยีใหม่ๆ ในประเทศสืบต่อไป 2. การเหนียวนําความร้อน [2-3] หลักการให้ความร้อนเหนียวนําเมือป้อนกระแสสลับ ความถีสูงให้กับขดลวดเหนียวนํา (Induction coil) ดังรูป ที 1 ขดลวดเหนียวนําจะสร้างสนามแม่เหล็กเกียวคล้อง กับบาเรล ถ้าบาเรลเป็นวัสดุทีมีคุณสมบัติเป็นสาร Ferromagnetic สนามแม่เหล็กทีเกียวคล้องกับบาเรลจะ ทําให้เกิดกระแสไหลวน (Eddy current) ในบาเรลเป็น เส้นทางปิด ทําให้เกิดการสูญเสียเนืองจากกระแสไหลวน เป็นผลทําให้เกิดความร้อนขึนทีบาเรล และจะถ่ายเท ความร้อนไปยังพลาสติกทีอยู่ภายในบาเรล ทําให้ พลาสติกร้อนได้ในทีสุด รูปที 1 ลักษณะการเหนียวนําความร้อนในบาเรล ความร้อนทีเกิดขึนนีจะไม่มีการสัมผัสกันโดยตรงระหว่าง ขดลวดเหนียวนํากับบาเรล ทําให้ปลอดภัยต่อการใช้งาน มีประสิทธิภาพต่อการทําความร้อนสูง เนืองจากความ ร้อนจะเกิดขึนกับบาเรลโดยตรง จะเห็นได้ว่าโครงสร้าง ของขดลวดเหนียวนําและโหลดบาเรลจะมีเส้นแรง แม่เหล็กคล้องผ่านซึงกันและกัน รูปที 2 วงจรพืนฐานการเหนียวนําความร้อน จากรูปที 2 เป็นวงจรพืนฐานในการออกแบบเครือง เหนียวนําความร้อนสําหรับเครืองหลอมพลาสติก โดยใช้ ไฟจากแหล่งจ่ายกระแสสลับ 220 โวลต์ 50 เฮิร์ต เข้าสู่ วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์ และทําการสับสวิตซ์ความถี สูงด้วยวงจรอินเวอร์เตอร์แบบฮาล์ฟบริดจ์ เพือนําไฟฟ้า กระแสสลับความถีสูงนีป้อนให้กับขดลวดเหนียวนําใน การสร้างสนามแม่เหล็กเกียวคล้องกับบาเรล 2.1 อินเวอร์เตอร์แบบฮาล์ฟบริดจ์ อินเวอร์เตอร์แบบฮาล์ฟบริดจ์เป็นวงจรทีใช้ในการ แปลงไฟฟ้ากระแสตรง ให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับความถี สูง เครืองหลอมพลาสติกนีเป็นวงจรโหลดเรโซแนนท์ชนิด อนุกรม โดยมีวงจรอินเวอร์เตอร์จ่ายกําลังไฟฟ้าให้กับ โหลดเรโซแนนท์ชนิดอนุกรมนี วงจรอินเวอร์เตอร์ฮาล์ฟ บริดจ์ ดังในรูปที 2 ซึงแปลงเป็นวงจรทางไฟฟ้าในรูปที 3
  • 3. การประชุมวิชาการข่ายงานวิศวกรรมอุตสาหการ ประจําปี พ.ศ. 2555 17-19 ตุลาคม 2555 ชะอํา เพชรบุรี จะประกอบด้วยสวิทช์ 1S และ 2S ทํางานสลับกันใน ลักษณะ เปิด-ปิดวงจรเมือทําการวัดแรงดันตกคร่อม สวิทช์ 2S ( 2Sv ) จะได้ค่าแรงดันสูงสุดเท่ากับ dv+ และค่า แรงดันตําสุดเท่ากับ 0 กระแสไหลผ่านโหลด ( oi ) จะเป็นรูปคลืนไซน์ดังรูปที 4 รูปที 3 วงจรฮาล์ฟบริดจ์อินเวอร์เตอร์ tω0 π Vd+ vS2 io π2 รูปที 4 คลืนแรงดันคร่อมสวิทช์ 2S และกระแสโหลดของวงจร อินเวอร์เตอร์กึงบริดจ์ 2.2 โหลดเรโซแนนซ์ชนิดอนุกรม [2] ปัจจุบันโหลดเรโซแนนท์ชนิดอนุกรมทีใช้กับวงจร อินเวอร์เตอร์ ได้มีการประยุกต์ใช้งานมากมาย เช่น เครืองชุบแข็งผิวโลหะเหนียวนําความถีสูง เครืองหลอม โลหะเหนียวนําความถีสูง เตาหุงต้มเหนียวนําความถีสูง บัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์ และเครืองเชือมเหนียวนํา ความถีสูง เป็นต้น ซึงมีข้อดีทีสําคัญ คือ ลดการสูญเสีย ในการสวิตช์ เมือสวิตช์ตัดต่อวงจรทีกระแสศูนย์(ZCS) หรือสวิตช์ตัดต่อวงจรทีแรงดันศูนย์ (ZVS) ส่วนข้อเสียที สําคัญของวงจรเรโซแนนท์ชนิดอนุกรมคือ สําหรับวงจรเร โซแนนท์ทีมีค่า Quality (Q) สูง ทีตําแหน่งใกล้ความถีเร โซแนนท์ ( rf ) แรงดันตกคร่อมตัวเหนียวนํา (L) และตัว เก็บประจุ (C) ในวงจรเรโซแนนท์จะมีค่ามาก เป็นผลให้ ตัวเหนียวนําและตัวเก็บประจุทีใช้ในวงจรเรโซแนนท์ จะต้องเลือกให้มีค่าพิกัดแรงดันสูง เพือสามารถเก็บ พลังงานได้มาก ส่วนแรงดันทีป้อนให้กับอินเวอร์เตอร์ทีมี โหลดเรโซแนนท์ชนิดอนุกรมจะเป็นแหล่งจ่ายชนิดแรงดัน คงที (Constant Voltage Source) ซึงจะต้องใช้ตัวเก็บ ประจุขนาดใหญ่เพือกรองแรงดันให้เรียบแล้วจ่ายให้กับ อินเวอร์เตอร์ ทีให้เอาท์พุทในลักษณะคลืนแรงดันรูปคลืน สีเหลียมและกระแสในลักษณะรูปคลืนไซน์ ทีความถี สวิตช์อินเวอร์เตอร์ในช่วง 20 ~ 40 kHz ซึงจะนํามาใช้ ในการเหนียวนําความถีสูงผ่านขดลวดเหนียวนําเพือให้ เกิดความร้อนทีบาเรลสําหรับหลอมพลาสติก ตารางที 1 คุณสมบัติของวงจรเรโซแนนท์อนุกรม คุณสมบัติ วงจรอนุกรม RLC ความถีเรโซแนนท์ rf LC fr π2 1 = แรงดันไฟฟ้าตกคร่อม R สูงสุดที rf กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน R คงทีที R Vo ค่า Quality, Q R Lf Q Rπ2 = ค่าแบนด์วิดช์, BW Q f BW R = สภาวะ Impedance ทีจุดตํากว่า rf Capacitive สภาวะ Impedance ทีจุดสูงกว่า rf Inductive ผลกระทบเมือเปลียนค่า R เพิมค่า R , ค่า BW เพิม ผลกระทบเมือเปลียนค่า C L เพิมค่า C L , ค่า BW ลด เมือ L คือค่าความเหนียวนําของขดลวด, C คือค่าตัวเก็บ ประจุของโหลดเรโซแนนซ์, R คือค่าความต้านทานของ โหลดเรโซแนนซ์ 3. การจําลองการทํางานและการออกแบบวงจร [3] ในส่วนการจําลองการทํางานนีได้ใช้โปรแกรม PSIM มาช่วยในการจําลองการทํางาน โดยทําการสร้าง วงจรในโปรแกรมแล้วทําการเก็บผลการทดสอบต่างๆ เช่น แรงดันและกระแสทีอุปกรณ์สวิตช์จะได้ผลการ ทดสอบการจําลองการทํางานดังรูปที 5,6 และ 7
  • 4. การประชุมวิชาการข่ายงานวิศวกรรมอุตสาหการ ประจําปี พ.ศ. 2555 17-19 ตุลาคม 2555 ชะอํา เพชรบุรี รูปที 5 แรงดันและกระแสทีความถี 25 kHz รูปที 6 แรงดันและกระแสทีความถี 27 kHz รูปที 7 แรงดันและกระแสทีความถี 30 kHz จากการจําลองการทํางานด้วยโปรแกรม PSIM จะ เห็นได้ว่าเมือทําการปรับค่าความถีเพิมขึนค่ากระแส เอาท์พุตจะลดตําลง นันหมายถึงการลดลงของ กําลังไฟฟ้าภาคเอาท์พุตด้วย ในการจําลองการทํางานก็ เพือทีจะทดสอบการทํางานวงจรทีเราสร้างขึน เพือวัดค่า ความเป็นไปได้ของวงจรกําลัง อีกทังยังสามารถทราบถึง ลักษณะความน่าจะเป็นของสัญญาณกระแสและแรงดัน เพือทีจะเป็นการป้องกันการลัดวงจรหรือข้อผิดพลาดของ วงจรทีจะเกิดขึนได้ จากรูปที 3 คือระบบการทํางานทังหมดของวงจร เครืองหลอมพลาสติกด้วยหลักการเหนียวนําความร้อน โดยจะรับแรงดันจากแหล่งจ่าย 1 เฟส 220 V 50Hz ผ่าน วงจรเรียงกระแส จากนันตัวสวิตช์ Q1,Q2 ทีต่อขนานกัน เป็น S1 และ Q3,Q4 ทีต่อขนานกันเป็น S2 จะทําหน้าที สับสวิตช์เพือสร้างสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับทีความถีเร โซแนนซ์โดยที Q1กับ Q2 จะทํางานพร้อมกันแล้ว Q3กับ Q4 ก็จะทํางานพร้อมกัน สลับไปมาด้วยความถีสูงทําให้ เกิดแรงดันกระแสสลับความถีสูงป้อนให้กลับโหลดเร โซแนนท์อนุกรม คือตัวเก็บประจุดังรูปที 8(ค)และขดลวด เหนียวนํา ซึงเกียวคล้องกับบาเรล เพือสร้างความร้อน ให้กับบาเรลและถ่ายเทความร้อนให้กับพลาสติกต่อไป ในส่วนขดลวดเหนียวนําได้เลือกใช้ลวดทองแดง ขนาด 22 AWG ซึงสามารถยอมให้กระแสทีความถีสูงถึง 42 kHz ไหลผ่านได้ มาพันตีเกลียวกันเพือลดค่าการ สูญเสีย และเคลือบด้วยวานิชและอบให้แห้ง เพือเพิม ความเป็นฉนวนในแต่ละชันของขดลวดเหนียวนํา สําหรับบาเรลดังรูปที 8 (ก) ทํามาจากเหล็กลักษณะ ทรงกระบอกโดยมีเส้นผ่าศูนย์กลางขนาด 25 เซนติเมตร และความยาวประมาณ 90 เซนติเมตร หุ้มฉนวนด้วย เซรามิคไซเบอร์ ใช้ตัวเก็บประจุแบบฟิล์มพลาสติกดังรูป ที 8(ค) เป็นตัวเก็บประจุเรโซแนนท์ ซึงสามารถทํางานที ความถีสูงได้ แล้วนํามาประกอบกันเป็นวงจรทีสมบูรณ์ดัง รูปที 8(ง) จากนันนําอุปกรณ์โหลดเรโซแนนซ์ทีสร้างขึนนําไป วัดค่าพารามิเตอร์ต่างๆ โดยมีวงจรสร้างสัญญาณ PWM ของเครืองหลอมพลาสติกทีได้แสดงไว้ดังรูปที 8(ข) ซึงใน งานวิจัยนีได้ใช้ PIC16F877 [3-5] ในการสร้างสัญญาณ PWM และจ่ายให้กับวงจรขยายสัญญาณขับเกตุ TLP250 ดังรูปที 9 สําหรับสังให้ไอจีบีทีทํางาน ก) ท่อโลหะพันด้วยขดลวด ข) วงจรสร้างสัญญาณ PWM ค) ตัวเก็บประจุเรโซแนนซ์ ง) ชุดทดสอบ รูปที 8 อุปกรณ์ทีใช้ในการทดสอบ ดังรูปที 8(ข) ในส่วนของการสร้างสัญญาณ PWM[5] จาก PIC16F877 นัน สัญญาณจะถูกส่งออกมา
  • 5. การประชุมวิชาการข่ายงานวิศวกรรมอุตสาหการ ประจําปี พ.ศ. 2555 17-19 ตุลาคม 2555 ชะอํา เพชรบุรี ทีขา CCP1 และ CCP2 โดยการเขียนภาษาซีเพือสังการ สร้างสัญญาณ PWM ส่วนในรูปที 10 นัน ก็เป็นการสร้าง สัญญาณ PWM เช่นกัน แต่จะง่ายกว่าโดยใช้ไอซี TL494 ซึงมีราคาทีถูกกว่า โดยสัญญาณ PWM จะส่งออกมาทีขา 9 และ 10 สามารถปรับความถีด้วยตัวต้านทานแบบปรับ ค่าได้แต่ไม่สามารถเขียนโปรแกรมในส่วนของการป้องกัน กระแสเกิน แรงดันเกินเข้าไปได้ จึงต้องต่อวงจรป้อง กันเอง ซึงแตกต่างจากการใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ ทีง่าย กว่า โดยการคอมไพล์โปรแกรมนันได้ใช้บอร์ด Propic usb 1.0 [6] มาใช้ในส่วนของการคอมไพล์ดังรูปที 11 รูปที 9 วงจรขยายสัญญาณขับเกต วงจรขยายสัญญาณขับเกตนีเนืองจากคุณสมบัติ ของการสับสวิตซ์ทีต่างกันของไอจีบีทีหรือมอสเฟทดังนัน ควรกําหนดแรงดันทีเหมาะสมในการสับสวิตซ์ เนืองจาก แรงดันทีจ่ายออกมาจากไมโครคอนโทรลเลอร์มีขนาด เพียง 5 โวลต์ ดังนันจึงทําการขยายสัญญาณแรงดัน ให้ เพียงพอทีจะสามารถขับขาเกตของสวิตช์ได้ รูปที 10 วงจรสร้างสัญญาณ PWM รูปที 11 แผงวงจรโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล PIC [6] 4. ผลการทดสอบ การทดสอบนันจะเริมจากการปรับความถีในการสับ สวิตช์ของวงจรฮาล์ฟบริดจ์อินเวอร์เตอร์ให้สูงก่อนแล้วจึง ค่อยลดความถีลงดังรูปที12,13 และ 14 เพือวิเคราะห์ ลักษณะสัญญาณของแรงดันและกระแส ซึงกระแสจะ เพิมขึนตามความถีทีปรับลดลง ผลการทดสอบพบว่า อุณหภูมิของบาเรลเพิมขึนจาก 30˚ C เป็น 250 ˚C โดย ใช้เวลาเพียง 18 นาที ซึงใช้แรงดันอินพุทกระแสสลับ ขนาด 220 โวลต์ กระแสอินพุท 20.45 แอมป์ และค่าตัว ประกอบกําลังเป็น 0.97 คิดเป็นกําลังไฟฟ้าอินพุตได้ 4,364 วัตต์ และเมือทําการเปรียบเทียบกับการให้ความ ร้อนแบบเดิม ทีอาศัยขดลวดความร้อนหรือฮีตเตอร์แบบ เข็มขัด (band heater) ทีพิกัดกําลังไฟฟ้าอินพุตใกล้เคียง กัน ฮีดเตอร์แบบเหนียวนํานี จะใช้เวลาในการทําความ ร้อนได้เร็วมากกว่าถึง 12 นาที ทําให้ลดการสินเปลือง ของพลังงานในช่วงระยะเวลาทีใช้ในการอุ่นเครืองเดิมที ต้องใช้ระยะเวลาในการเตรียมเครืองนานถึง 30 นาที รูปที 12 แรงดันและกระแส ทีความถี 30 kHz รูปที 13 แรงดันและกระแสทีความถี 26.6 kHz
  • 6. การประชุมวิชาการข่ายงานวิศวกรรมอุตสาหการ ประจําปี พ.ศ. 2555 17-19 ตุลาคม 2555 ชะอํา เพชรบุรี รูปที 14 แรงดันและกระแสทีความถี 25 kHz 5. สรุปผลการทดสอบ ผลการทดสอบทีได้ยืนยันให้เห็นว่าเครืองหลอม พลาสติกด้วยหลักการเหนียวนําความร้อนนัน สามารถทํา ความร้อนได้เร็วกว่าเครืองหลอมพลาสติกแบบเข็มขัด หรือแบบรัดท่อ ซึงใช้เวลาทีเร็วกว่าในการทําความร้อน เนืองจากความร้อนจะเกิดขึนทีบาเรลโดยตรง ในส่วนของ บาเรลนันใช้วัสดุทีทํามาจากเหล็กซึงจะทําให้การสับ สวิตซ์จะต้องใช้ย่านความถีทีสูงมาก เนืองจาก ค่าพารามิเตอร์ของเหล็ก โดยวัสดุทีใช้สําหรับทําบาเรล นันสามารถทําการเปลียนแปลงได้ ซึงอาจใช้วัสดุทีทํามา จากสแตนเลสสตีล ทีจะช่วยในส่วนของวงจรสับสวิตซ์ เนืองจากสแตนเลสและเหล็กมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที แตกต่างกัน ข้อเสนอแนะ วงจรรับค่าอุณหภูมิจะเกิดการผิดเพียนเนืองจาก สนามแม่เหล็ก ควรเลือกใช้อุปกรณ์วัดค่าอุณหภูมิที สามารถทําการกรองสัญญาณได้ เพือความแม่นยําในการ อ่านค่า สนามแม่เหล็กทีสร้างขึน จะส่งผลต่อผู้ป่วยทีใช้ เครืองควบคุมอัตราการเต้นของหัวใจและจะส่งผลต่อ บุคคลทัวไปเมือเข้าใกล้เป็นระยะเวลานาน หากมีการนําวัสดุทีเป็นสาร ferromagnetic เข้าใกล้ ขดลวดจะทําให้ค่าอิมพิแดนซ์ของโหลดเปลียน และจะทํา ให้วงจรเกิดความเสียหายได้ ดังนันในการใช้งานจริง ควร มีการเตือนหรือให้คําชีแจงแก่ผู้เกียวข้อง กิตติกรรมประกาศ งานวิจัยนีได้รับการสนับสนุนทุนวิจัยจาก มหาวิทยาลัยธนบุรี และเอือเฟือสถานทีในการทํา โครงการวิจัย ตลอดจนเครืองมือและอุปกรณ์ต่างๆจน สําเร็จเป็นโครงการวิจัยทีเสร็จสมบูรณ์ได้ เอกสารอ้างอิง [1] กรมโรงงานอุตสาหกรรม กระทรวงอุตสาหกรรม. 2548. คู่มือการอนุรักษ์พลังงานในโรงงาน อุตสาหกรรมประเภทผลิตภัณฑ์พลาสติก. โครงการ อนุรักษ์พลังงานในโรงงานอุตสาหกรรมที นอกเหนือจากโรงงานควบคุมตามพระราชบัญญัติการ ส่งเสริมการอนุรักษ์พลังงาน พ.ศ.2535 [2] สิทธิโชค สินรัตน์, 2545.การวิเคราะห์เตาหุงต้ม เหนียวนําความถีสูงชนิดควบคุมกําลังไฟฟ้า ด้วย ความถี. วิทยานิพนธ์ วิศวกรรมศาสตรบัณฑิต. สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหาร ลาดกระบัง. [3] จีระศักดิ วงศา,จิรศักดิ ส่งบุญแก้ว. 2555. เตาหุงต้ม เหนียวนําความร้อนแบบสวิตช์เดียวควบคุมด้วย ไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล PIC. การประชุม วิชาการระดับชาติ เบญจมิตรวิชาการ ครังที 2. [4] ดอนสัน ปงผาบ และ ทิพวัลย์ คํานํานอง,2550. ไมโครคอนโทรลเลอร์ PIC และการประยุกต์ใช้งาน. กรุงเทพฯ : สมาคมส่งเสริมเทคโนโลยี (ไทย–ญีปุ่น) [5] ประจิน พลังสันติกุล, 2551. All about CCS C (PIC C programming with CCS C compiler). กรุงเทพฯ : บริษัทแอพซอฟต์เทคจํากัด [6] ศมิทธิ เอมสมบัติ, เครืองโปรแกรม MCU-PICผ่าน ทางพอร์ตUSBโดยใช้ connector แบบ ICD2ตาม มาตรฐาน Microchip. www.thaimicrotron.com/