สืบเสาะถึงรากฐานของธุรกิจพลังงานและสิ่งแวดล้อมของเรา
ประวัติอินเวอร์เตอร์เอนกประสงค์ (ตอนที่ 1)

อินเวอร์เตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ควบคุมความเร็วในการหมุนของมอเตอร์ ตลอดหลายปีที่ผ่านมา อินเวอร์เตอร์ได้กลายมาเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้สำหรับโครงสร้างพื้นฐานทางอุตสาหกรรม เนื่องจากความต้องการอินเวอร์เตอร์ยังคงเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ในระบบอัตโนมัติของเครื่องจักรและอุปกรณ์ประเภทต่างๆ รวมถึงพัดลมและปั๊มประหยัดพลังงานที่ใช้ในโรงงานและโรงงานอุตสาหกรรม ลิฟต์ เครน สายพานลำเลียง และเครื่องมือเครื่องจักร อินเวอร์เตอร์ช่วยให้มอเตอร์ทำงานด้วยพลังงานขั้นต่ำโดยควบคุมจำนวนรอบที่ต้องการ ดังนั้น อินเวอร์เตอร์จึงเป็นผลิตภัณฑ์ประเภทหนึ่งที่ช่วยประหยัดพลังงานและช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ Fuji Electric เปิดตัวกลุ่มผลิตภัณฑ์อินเวอร์เตอร์อเนกประสงค์ซีรีส์ FRENIC5000 ในปี 1976 และนับตั้งแต่นั้นมา ก็ได้ผลิตอินเวอร์เตอร์อเนกประสงค์ไปแล้วมากกว่า 18 ล้านเครื่อง (ณ เดือนมีนาคม 2023) ในบทความนี้ เราจะพูดถึงการประดิษฐ์อินเวอร์เตอร์อเนกประสงค์และพัฒนามาอย่างไรเพื่อตอบสนองความต้องการของตลาดที่หลากหลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เราจะเปิดเผยประวัติศาสตร์ของอินเวอร์เตอร์จากฉบับก่อนๆ ของ Fuji Electric Review* ซึ่งเป็นสิ่งพิมพ์ที่ยังคงแนะนำเทคโนโลยีใหม่ล่าสุดของแต่ละเจเนอเรชันมาเกือบ 100 ปีนับตั้งแต่ก่อตั้ง Fuji Electric

＊: วารสารนี้เริ่มตีพิมพ์ครั้งแรกในปี 1924 ในชื่อ Fuji Electric Journal ปัจจุบันเรียกวารสารนี้ว่า Fuji Electric Review

ปี 1960: การถือกำเนิดของอินเวอร์เตอร์

อินเวอร์เตอร์ปรากฏตัวครั้งแรกเป็นผลิตภัณฑ์ใน Fuji Electric Review เมื่อปีพ.ศ. 2509 ก่อนหน้านั้น เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแบบปรอทถูกใช้เพื่อควบคุมความเร็วในการหมุนของมอเตอร์ ในช่วงทศวรรษปีพ.ศ. 2493 เราเริ่มจัดหาเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าเหล่านี้ให้กับโรงงานรีดเหล็กจำนวนมาก ในขณะเดียวกัน ก็ได้รับการยอมรับว่ามอเตอร์ DC ที่ใช้ในแอปพลิเคชันเหล่านี้มีข้อได้เปรียบคือทำให้ควบคุมความเร็วในการหมุนได้ง่าย ในทางกลับกัน มอเตอร์เหล่านี้ยังมีข้อเสียคือต้องบำรุงรักษาเป็นประจำเนื่องจากแปรงถ่านสึกหรอและมีปัญหาอื่นๆ

(ละเว้น) ... เราส่งมอบอินเวอร์เตอร์เฟสเดียวจำนวนมากที่ใช้ไทริสเตอร์ให้กับบริษัทผลิตไฟฟ้าต่างๆ เช่น Tokuyama Soda, Ube Industries และลูกค้ารายอื่นๆ นอกจากนี้ เรายังผลิตอินเวอร์เตอร์สามเฟส 200 V 50 Hz 3 kVA เพื่อขับเคลื่อนปั๊มน้ำสำหรับสำนักงานประปาของรัฐบาลกรุงโตเกียว
บทคัดย่อจากวารสาร Fuji Electric ฉบับที่ 39 ฉบับที่ 1 (1966)

*: การอ้างอิงนี้เป็นการแปลภาษาอังกฤษจากต้นฉบับภาษาญี่ปุ่น (ให้ใช้บังคับเดียวกันต่อไปนี้)

การพัฒนาไทริสเตอร์นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงครั้งสำคัญบางประการในสาขาการแปลงพลังงาน ส่งผลให้อินเวอร์เตอร์ที่สามารถควบคุมเอาต์พุต AC ให้เป็นความถี่ที่ต้องการได้เริ่มถูกนำมาใช้มากขึ้นในแอพพลิเคชั่นควบคุมมอเตอร์ AC เนื่องจากมอเตอร์ AC ไม่ใช้แปรงถ่าน จึงมีข้อได้เปรียบที่สำคัญในแง่ของการบำรุงรักษา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างการทำงานต่อเนื่อง สิ่งนี้ส่งเสริมให้มีการใช้มอเตอร์ AC กับอินเวอร์เตอร์อย่างแพร่หลายในแอพพลิเคชั่นอุตสาหกรรม

อุปกรณ์ไทริสเตอร์สำหรับโรงงานรีดเหล็ก บทคัดย่อจากวารสาร Fuji Electric ฉบับที่ 42 ฉบับที่ 1 (1969)

ความต้องการอินเวอร์เตอร์ไทริสเตอร์เพิ่มขึ้นในแอปพลิเคชันที่ต้องการแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับที่เสถียรสำหรับคอมพิวเตอร์และเครื่องมือวัดต่างๆ ส่งผลให้อินเวอร์เตอร์ดังกล่าวถูกนำมาใช้แทนเครื่องจักรหมุนแบบธรรมดาอย่างแพร่หลาย นอกจากนี้ อินเวอร์เตอร์ที่ใช้ในแหล่งจ่ายไฟแบบความเร็วแปรผันสำหรับมอเตอร์ไฟฟ้า เช่น อินเวอร์เตอร์ที่ใช้กับเครื่องปั่นด้าย ก็ได้มาตรฐานเพื่อตอบสนองความต้องการดังกล่าว ... (ละเว้น) ... เราได้ส่งมอบระบบที่ควบคุมด้วยมอเตอร์จำนวนมากซึ่งใช้อินเวอร์เตอร์แบบกระตุ้นตัวเอง โดยส่วนใหญ่ใช้สำหรับโรงงานปั่นด้าย
ข้อความบางส่วนจากวารสาร Fuji Electric ฉบับที่ 44, ฉบับที่ 1 (1971)

ในเวลานั้น อุตสาหกรรมสิ่งทอถือเป็นอุตสาหกรรมหลักของญี่ปุ่น เนื่องจากการหย่อนหรือการตัดวัสดุในกระบวนการผลิตอาจส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องด้านคุณภาพ จึงจำเป็นต้องซิงโครไนซ์การหมุนของมอเตอร์หลายตัว และใช้อินเวอร์เตอร์ไทริสเตอร์ในการควบคุมมอเตอร์เหล่านี้ แอปพลิเคชันคอมพิวเตอร์ใช้ประโยชน์จากเอาต์พุตคงที่ของการควบคุมอินเวอร์เตอร์เพื่อรักษาเสถียรภาพของพลังงาน นำไปสู่การพัฒนาระบบไฟสำรองในเวลาต่อมา เทคโนโลยีอินเวอร์เตอร์ที่ใช้ไทริสเตอร์ความเร็วสูงขยายความเป็นไปได้ของการทำงานความเร็วแปรผันอย่างมาก

อินเวอร์เตอร์ไทริสเตอร์ถูกนำมาใช้ในแอปพลิเคชันต่างๆ มากมายเพื่อควบคุมการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ อย่างไรก็ตาม การได้รับประโยชน์ทางเศรษฐกิจจากความจุขนาดเล็กนั้นทำได้ยาก จึงมักใช้กับมอเตอร์ที่มีความจุจำกัด หรือสำหรับแอปพลิเคชันที่ใช้อินเวอร์เตอร์ตัวเดียวเพื่อควบคุมมอเตอร์หลายตัวพร้อมกัน

ทศวรรษ 1970: จากวิกฤตน้ำมันสู่การอนุรักษ์พลังงาน

ในช่วงทศวรรษ 1970 เกิดวิกฤตการณ์น้ำมันสองครั้งซึ่งสร้างความเสียหายให้กับเศรษฐกิจโลก อุตสาหกรรมในญี่ปุ่นยังประสบภาวะเงินเฟ้ออันเนื่องมาจากราคาน้ำมันที่พุ่งสูงขึ้น ซึ่งส่งผลให้เศรษฐกิจตกต่ำ ดังนั้น การรักษาเสถียรภาพของแหล่งพลังงานจึงกลายเป็นสิ่งสำคัญที่สุด ประสบการณ์ดังกล่าวทำให้เกิดความสนใจอย่างกว้างขวางในหัวข้อ “การอนุรักษ์พลังงาน” ในญี่ปุ่น ซึ่งเดิมทีมีรากฐานมาจากวัฒนธรรม “mottainai” ซึ่งเป็นคำที่มีความละเอียดอ่อนที่แปลว่า “ของเสียเนื่องจากการบริโภคมากเกินไป” จนถึงปัจจุบัน แนวคิดนี้ยังคงส่งเสริมการอนุรักษ์พลังงานทั้งในธุรกิจและที่บ้าน

อินเวอร์เตอร์ไทริสเตอร์ FRENIC 1000VG

ในช่วงกลางทศวรรษ 1970 กลุ่มผลิตภัณฑ์อินเวอร์เตอร์ไทริสเตอร์ของเราขยายตัวขึ้นเป็นกำลังการผลิตตั้งแต่ 12.5 kVA ถึง 200 kVA และความต้องการเพิ่มขึ้นเป็นมากกว่าร้อยหน่วยต่อปี โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านการใช้งานสิ่งทอ อินเวอร์เตอร์ไทริสเตอร์ทำให้สามารถควบคุมมอเตอร์ได้ดีขึ้น ส่งผลให้คาดหวังให้มีกำลังการผลิตที่น้อยลงและต้นทุนที่ต่ำลง เพื่อนำไปใช้กับความต้องการที่หลากหลายยิ่งขึ้น

การถือกำเนิดของอินเวอร์เตอร์ทรานซิสเตอร์

ไดรฟ์ความเร็วแปรผันกระแสสลับกำลังกลายเป็นกระแสหลักของไดรฟ์ความเร็วแปรผันในปัจจุบัน และกระแสนี้ได้เป็นแรงบันดาลใจในการพัฒนาและปรับปรุงต่างๆ ในปีที่ผ่านมา ... (ละเว้น) ... เราได้พัฒนาอินเวอร์เตอร์ควบคุมแรงดันไฟฟ้า (FRENIC5000) ซึ่งมีทรานซิสเตอร์ที่ให้ข้อได้เปรียบด้านเศรษฐกิจในความจุขนาดเล็กตั้งแต่ 2 kVA ถึง 12.5 kVA และตอบสนองต่อความต้องการของอุตสาหกรรมสิ่งทอด้วยโซลูชันการหยุดจ่ายไฟทันทีที่เป็นกรรมสิทธิ์ของเรา
ข้อความบางส่วนจากวารสาร Fuji Electric ฉบับที่ 50, ฉบับที่ 1 (1977)

อินเวอร์เตอร์เอนกประสงค์ตัวแรกขนาด 5 kVA (ออกจำหน่ายในปี พ.ศ. 2519)

ในปี 1976 เราได้เปิดตัวซีรีส์ FRENIC5000 ซึ่งเป็นกลุ่มผลิตภัณฑ์ที่ใช้ทรานซิสเตอร์กำลังไฟฟ้าและมีข้อดีคือมีความจุขนาดเล็กและต้นทุนต่ำ อินเวอร์เตอร์ใช้วงจรสวิตชิ่งเซมิคอนดักเตอร์เพื่อควบคุมแรงดันเอาต์พุตและความถี่ รอบการสวิตชิ่งที่สั้นลง (กล่าวคือ ความถี่สูง) จะลดความจุของกระแสไฟฟ้าและความจุของตัวเก็บประจุ ส่งผลให้เกิดการย่อส่วน ซีรีส์ FRENIC5000 สามารถลดขนาดของอินเวอร์เตอร์ได้สำเร็จโดยใช้ทรานซิสเตอร์ในองค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์เพื่อให้สวิตชิ่งได้เร็วกว่าไทริสเตอร์ กลุ่มผลิตภัณฑ์เหล่านี้ตอบสนองความต้องการด้านต้นทุนที่ต่ำลง ซึ่งเป็นสิ่งที่คาดหวังกันอย่างมาก โดยเฉพาะในผลิตภัณฑ์ที่มีความจุขนาดเล็ก การใช้ทรานซิสเตอร์ในการพัฒนาอินเวอร์เตอร์ที่มีความจุขนาดเล็กเป็นก้าวสำคัญในการถือกำเนิดของอินเวอร์เตอร์เอนกประสงค์

ประวัติความเป็นมาของอินเวอร์เตอร์ทรานซิสเตอร์นั้นมีลักษณะเด่นคือมีกำลังการผลิตที่เพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพที่สูงขึ้น และต้นทุนที่ต่ำลง ปัจจุบัน ประสิทธิภาพที่สัมพันธ์กับต้นทุนของอินเวอร์เตอร์ได้รับการตอบรับเป็นอย่างดี ทำให้อินเวอร์เตอร์นี้ก้าวเข้าสู่ยุคที่มีการใช้งานอย่างแพร่หลาย อินเวอร์เตอร์มีความจำเป็นสำหรับการเปลี่ยนความเร็วของมอเตอร์กระแสสลับอย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่เกิดขั้นตอน อินเวอร์เตอร์ไทริสเตอร์นั้นเป็นที่นิยมโดยทั่วไป แต่ช่วงความจุที่เล็กของอินเวอร์เตอร์นี้ทำให้การใช้งานจริงนั้นยากต่อต้นทุน อย่างไรก็ตาม การพัฒนาทรานซิสเตอร์กำลังสำหรับการใช้งานที่มีกำลังสูงและการพัฒนาอินเวอร์เตอร์ราคาประหยัดที่ใช้ทรานซิสเตอร์กำลังเหล่านี้ได้มีส่วนสนับสนุนในการสร้างไดรฟ์ความเร็วแปรผันในด้านของมอเตอร์ไฟฟ้าที่มีความจุขนาดเล็ก
ข้อความบางส่วนจากวารสาร Fuji Electric ฉบับที่ 58 ฉบับที่ 4 (1985) เรื่อง “แนวโน้มของอินเวอร์เตอร์ทรานซิสเตอร์” (สรุปบางส่วน)

หลังจากวิกฤตน้ำมัน อุตสาหกรรมต่างๆ เริ่มหันมาใส่ใจเรื่องการอนุรักษ์พลังงาน ด้วยเหตุนี้ อินเวอร์เตอร์ซีรีส์ FRENIC5000 จึงตอบสนองความต้องการด้านการประหยัดพลังงานด้วยการขับเคลื่อนพัดลม โบลเวอร์ และปั๊มด้วยความเร็วที่แปรผัน นอกจากการออกแบบที่กะทัดรัดและน้ำหนักเบาแล้ว อินเวอร์เตอร์เหล่านี้ยังได้รับความนิยมในฐานะอินเวอร์เตอร์เอนกประสงค์ที่ใครๆ ก็สามารถใช้งานได้ เนื่องจากมีวงจรความปลอดภัยและวงจรการทำงานอัตโนมัติ

(ต่อ)