Electric Actuator คืออะไร ? แอคชูเอเตอร์ไฟฟ้าสำหรับวาล์ว

ทำความรู้จัก Electric Actuator หนึ่งในแอคชูเอเตอร์ที่ใช้ไฟฟ้าเป็นพลังงาน นิยมใช้ในระบบอัตโนมัติของเครื่องจักร ช่วยให้ควบคุมเครื่องจักรได้อย่างแม่นยำ โดยมีการใช้งานในหลากหลายอุตสาหกรรม เช่น ยานยนต์ การบินและอวกาศ โดยมักมีการนำแอคชูเอเตอร์ไฟฟ้ามาใช้เพื่อทำให้กระบวนการเป็นไปโดยอัตโนมัติ ตั้งแต่การเปิด-ปิด รวมไปถึงการควบคุมการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อน

Electric Actuator คืออะไร ?

Electric Actuator หรือ แอคชูเอเตอร์ไฟฟ้า คืออุปกรณ์ที่ทำหน้าที่แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นการเคลื่อนที่เชิงกล สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้หลากหลาย ไม่ว่าจะเป็นการนำไปติดตั้งกับวาล์วเพื่อควบคุมการไหลหรือติดตั้งเพื่อควบคุมทิศทางของวัตถุหรือเครื่องจักร ด้วยความแม่นยำในการควบคุมความเร็วและทิศทางของ Electric Actuator โดยทั่วไปจึงนิยมนำมาใช้ควบคุมการทำงานของวาล์วเพื่อเปิด-ปิดกั้นการไหลของของไหลในท่อ ใช้งานในระบบออโตเมชั่น ซึ่งมีจุดประสงค์หลักเพื่อให้กระบวนการเป็นไปโดยอัตโนมัตินั่นเอง

แอคชูเอเตอร์ไฟฟ้าสำหรับวาล์ว (Electric Valve Actuator)

หัวขับวาล์วไฟฟ้า หรือ Electric Valve Actuator เป็นการนำแอคชูเอเตอร์ที่ใช้พลังงานไฟฟ้ามาควบคุมการทำงานของวาล์วแบบควอเตอร์เทิร์น(Quarter turn valves) จากระยะไกล เช่น Ball valve และ Butterfly valve เมื่อเปรียบเทียบกับ Pneumatic Actuator แอคชูเอเตอร์ไฟฟ้าให้วิธีการควบคุมวาล์วที่ประหยัดพลังงาน สะอาดและเงียบกว่า สามารถซื้อพร้อมกับวาล์วแบบประกอบเสร็จ หรือซื้อแยกเพื่อประกอบกับวาล์วที่มีอยู่ได้

การออกแบบ Electric Valve Actuator

แอคชูเอเตอร์ไฟฟ้าสำหรับวาล์วเป็น Electric Actuator แบบใช้มอเตอร์หมุนเพื่อแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลเพื่อให้เกิดแรงบิด นั่นหมายความว่าแอคชูเอเตอร์ไฟฟ้าประเภทนี้สามารถหมุนได้ 90 องศาเท่านั้น โดยแรงยิดจะถูกส่งไปหมุนวาล์วผ่านแกนที่เชื่อมต่อระหว่างวาล์วและหัวขับไฟฟ้า มีแรงดันไฟฟ้าให้เลือกคือ AC (กระแสสลับ), DC (กระแสตรง) หรือสามารถทำงานได้ทั้งสองอย่าง ทั้งยังสามารถเลือกใช้แบบเปิด-ปิดอย่างเดียว หรือเร่งหรี่ตามระดับด้วยสัญญาณ 4-20mA อุปกรณ์เสริมของแอคชูเอเตอร์ไฟฟ้ามีหลากหลาย เช่น ลิมิตสวิตช์ สายไฟ ชุดเชื่อมต่อวาล์วกับหัวขับที่สามารถเข้ากันได้ตามมาตรฐาน ISO 5211

แรงบิด (Torque)

ปริมาณแรงบิดหรือค่าทอร์คของแอคชูเอเตอร์ไฟฟ้า ขึ้นอยู่กับเฟืองและความจุของมอเตอร์ ต้องทำให้มั่นใจว่า Electric actuator ที่คุณเลือกนั้นมีแรงบิดสูงว่าแรงบิดที่ต้องการของวาล์วเพื่อทำให้วาล์วเปิด-ปิดได้โดยไม่มีปัญหา

เวลาการตอบสนอง (Response time)

เวลาตอบสนองเป็นอีกปัจจัยสำคัญของการใช้งานแอคชูเอเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งความเร็วในการบิดของหัวขับสัมพันธ์กับเกียร์และกำลังของมอเตอร์ ฉะนั้นแรงบิดกับความเร็วมีความสัมพันธ์กันโดยตรง เนื่องจากแรงบิดแปรผกผันกับความเร็ว ดังนั้นหากเวลาการตอบสนองเป็นข้อกำหนดสำคัญในการใช้งาน ผู้ซื้อหรือผู้จำหน่ายควรนำปัจจัยนี้มาพิจารณา

วิธีการควบคุม (Control method)

วิธีการควบคุมของ Electric actuator นั้นมีอยู่ 2 รูปแบบ ได้แก่ แบบเปิด-ปิด หรือแบบเร่งหรี่ ซึ่งจะมีจำนวนและการต่อสายไฟแตกต่างกัน

แรงดันไฟฟ้า (Voltage)

แอคชูเอเตอร์ไฟฟ้าอาจใช้ไฟ DC หรือ AC โดยปกติจะมีอยู่ในพิกัดแรงดันไฟฟ้าต่อไปนี้: 12, 24 และ 48V สําหรับกระแสตรงและ 24, 48, 120, 130, 240V สําหรับกระแสสลับ

ฟีเจอร์สำหรับ Electric Valve Actuator

ตัวบ่งชี้ตำแหน่ง (Positioner Indicators)

ตัวบ่งชี้ตำแหน่งเปิดหรือปิดของแอคชูเอเตอร์ไฟฟ้าในเวลาที่กำหนด(ภาพที่ 2) ยังมีระบบป้อนกลับตําแหน่งไฟฟ้าเพื่อส่งตําแหน่งกลับไปยังระบบของคุณ (เช่น ตัวควบคุม) ตัวบ่งชี้ตําแหน่งมีตัวเลือกการสลับพื้นฐานสองแบบ สวิตช์เชิงกลและสวิตช์ความใกล้ชิด (ไม่สัมผัส) ลิมิตสวิตช์เชิงกลเปิดใช้งานโดยลูกเบี้ยวภายในบนเพลาขับเอาต์พุต สวิตช์เชิงกลอาจเป็นลิมิตสวิตช์ พร็อกซิมิตี้สวิตช์เปิดใช้งานโดยเซ็นเซอร์ซึ่งตรวจจับตําแหน่งวาล์ว ตัวบ่งชี้ตําแหน่งอาจแสดงเฉพาะตําแหน่งเปิดและปิดพื้นฐาน หรือยังสามารถระบุได้ว่าเปิดบางส่วนหรือปิดบางส่วน

ลิมิตสวิตช์ (Limit Switches)

ลิมิตสวิตช์เป็นส่วนประกอบทางกลไฟฟ้าของแอคทูเอเตอร์ ประกอบด้วยลูกเบี้ยวลิมิตสวิตช์ปิดและลูกเบี้ยวลิมิตสวิตช์เปิด เมื่อแอคทูเอเตอร์เคลื่อนวาล์วไปยังตําแหน่งเปิดหรือปิดลูกเบี้ยวสวิตช์ที่เกี่ยวข้องจะเคลื่อนที่ เมื่อถึงตําแหน่งสิ้นสุด สวิตช์แคมที่เกี่ยวข้องจะตัดกระแสไฟฟ้า จึงป้องกันการเคลื่อนไหวเพิ่มเติมและให้ที่นั่งจํากัด ที่นั่งจํากัดคือการรักษาวาล์วให้อยู่ในตําแหน่งสิ้นสุดที่ต้องการ ในแอคทูเอเตอร์บางตัว ลิมิตสวิตช์แคมสามารถปรับได้ วิธีนี้ช่วยให้คุณกําหนดตําแหน่ง เช่น เปิด 75% เป็นตําแหน่งสิ้นสุด ลิมิตสวิตช์แคมสามารถรวมเข้ากับตัวบ่งชี้ตําแหน่งเป็นการเชื่อมโยงทางกลระหว่างวาล์วและแอคชูเอเตอร์

รอบการทำงาน (Duty cycle)

รอบการทํางานระบุเวลาการใช้งานของแอคทูเอเตอร์ระหว่างรอบ วาล์วเปิดและปิดทําให้หนึ่งรอบ รอบการทํางานคืออัตราส่วนของเวลาเปิดต่อเวลาปิด ซึ่งแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ คํานวณโดยใช้สูตรด้านล่าง ตัวอย่างคือถ้าแอคทูเอเตอร์ใช้เวลา 10 วินาทีในการเปิด 20 วินาทีในการปิด จากนั้นพัก 30 วินาทีหลังจากเปิดและปิด รอบการทํางานจะเป็น (10+20 / 10+20+30) × 100 = 50%

(เวลาเปิด + เวลาปิด) / (เวลาเปิด + เวลาปิด + พัก) × 100 = รอบการทํางาน

การควบคุมด้วยตนเอง (Manual override)

การควบคุมด้วยตนเองเป็นคุณลักษณะด้านความปลอดภัยที่มีอยู่ในแอคทูเอเตอร์ส่วนใหญ่ โดยปกติจะเป็น handwheel เชิงกลหรือที่จับ ล้อนี้ช่วยให้คุณสามารถปิดหรือเปิดวาล์วโดยอัตโนมัติในกรณีที่ไฟฟ้าขัดข้องหรือเหตุฉุกเฉินอื่นๆ

เกณฑ์การเลือกแอคชูเอเตอร์วาล์วไฟฟ้า

ปัจจัยในการพิจารณาเลือกใช้ Electric valve actuator มีดังนี้

• แรงบิด
• พลัง
• ความเข้ากันได้ในการติดตั้งวาล์ว
• อุณหภูมิ
• ระดับ IP
• ข้อกําหนด ATEX
• ไม่ปลอดภัย
• การปรับ
• ประเภทหน้าที่และรอบการทํางาน

สรุป

แอคชูเอเตอร์แบบควอเตอร์เทิร์นไฟฟ้าใช้เพื่อควบคุมบอลวาล์วและวาล์วปีกผีเสื้อจากระยะไกล พวกเขาเพิ่มความสะดวกในการใช้งานวาล์วแบบควอเตอร์เทิร์นอย่างมากโดยให้การควบคุมอัตโนมัติจากระยะไกล พวกเขายังให้แรงบิดเพียงพอสําหรับวาล์วที่ต้องการแรงบิดสูงกว่าที่มนุษย์ไม่สามารถสร้างขึ้นได้ แอคชูเอเตอร์เหล่านี้ใช้ในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมการชลประทานการจ่ายน้ําการเติมของเหลวระบบทําความร้อนและการขนส่งหรือถ่ายโอนของเหลว

อ้างอิง : tameson.com