ปัจจุบันมีการใช้งานมอเตอร์กันอย่างแพร่หลายไม่ว่าจะนำมอเตอร์มาใช้ในงานทั่วๆ ไป เช่น ปั้มน้ำ ปั้มลม เครน พัดลม และอื่นๆอีกมากมาย หรือแม้กระทั่งนำมอเตอร์มาใช้งานในกระบวนการผลิตของอุตสาหกรรมต่างๆ ซึ่งเรา ไม่สามารถปฎิเสธได้เลยว่าปัจจุบันมอเตอร์ คืออุปกรณ์ที่มีความสำคัญ และเป็นหัวใจในการทำงาน ที่สามารถนำมาประยุกต์ใช้งานได้อย่างมากมาย Show
ดังนั้นบทความนี้เราจะมาเรียนรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับมอเตอร์ อุปกรณ์ป้องกันมอเตอร์ และการเขียนแบบวงจรเบื้องต้น เพื่อที่จะสามารถทำความเข้าใจกันได้อย่างง่ายๆ ก่อนอื่นเรามาทำความรู้จักมอเตอร์กันก่อน…… มอเตอร์ไฟฟ้า คือ อุปกรณ์ที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้เป็นพลังงานกล มอเตอร์ที่ใช้งานนั้นมีหลายประเภทมาก ขึ้นอยู่กับว่าเราจะแบ่งประเภทอย่างไร และคุณสมบัติของมอเตอร์แต่ละประเภทก็จะมีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน เช่น หากต้องการมอเตอร์ที่มีรอบสูงๆ ก็จะเป็นมอเตอร์ประเภทหนึ่ง หรือต้องการแรงบิด (Torque) สูงๆ เราก็อาจเลือกมอเตอร์ประเภทที่มีแรงบิดสูงๆ ซึ่งบทความนี้จะขอไม่ลงรายละเอียดในเชิงลึกเกี่ยวกับมอเตอร์ แต่ละประเภทมากนัก แต่จะขอกล่าวเพียงแค่ภาพรวมๆ เท่านั้นว่ามอเตอร์ คืออะไร มอเตอร์ไฟฟ้าแยกตามประเภทไฟที่ใช้งาน 2 ประเภท คือ 1. มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง ( DC Motor ) 2.มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ ( AC Motor ) ประมาณ 45% ของการบริโภคพลังงานโลกของเราเกิดขึ้นจากการใช้งานมอเตอร์ (คณะทำงานเพื่อการใช้พลังงานที่ยั่งยืน (World Energy Council) : รายงานสรุปการสำรวจ ปี 2013) มอเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่หิวโหยพลังงานแต่ก็เป็นส่วนหนึ่งในชีวิตประจำวันที่เราจะขาดไปไม่ได้ และยังพบได้ทุกหนทุกแห่ง ตั้งแต่รูปแบบการใช้งานในที่พักอาศัยขนาดเล็ก เช่น เครื่องใช้ไฟฟ้าและอุปกรณ์ภายในบ้าน ตลอดจนรถยนต์พลังงานไฟฟ้า และรถไฟในภาคการขนส่ง ไปจนถึงมอเตอร์ระดับอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่สุดสำหรับการขุดเจาะน้ำมันนอกชายฝั่งและมอเตอร์ที่ใช้ในเขื่อนกักเก็บน้ำ
มอเตอร์จอมเขมือบพลังงานกับสิ่งแวดล้อม โลกสมัยใหม่ของเราที่ผลาญน้ำมันเชื้อเพลิงมากมายกำลังตกอยู่ท่ามกลางความหวาดกลัวเกี่ยวกับระบบนิเวศและสภาพแวดล้อม โรงงานผลิตสินค้าหลายแห่งที่ขับเคลื่อนด้วยด้วยมอเตอร์ต้องเผชิญความท้าทายที่กำลังจะเกิดขึ้นในไม่ช้า แหล่งพลังงานหมุนเวียนสร้างทางเลือกให้เราได้ไม่มากนัก ปัญหาทวีความรุนแรงมากขึ้นเนื่องจากความต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้นของการพัฒนาเศรษฐกิจที่กำลังเจริญเติบโตทั้งในแอฟริกา เอเชีย และอเมริกาใต้ ควบคู่ไปกับจำนวนประชากรโลกที่เพิ่มตัวเลขขึ้นอย่างรวดเร็ว การสร้างมอเตอร์ให้มีขนาดที่เล็กลง นอกเหนือไปจากการลดการใช้พลังงาน วิศวกรจำนวนมากยังถูกท้าทายด้วยการบีบดัดขนาดของมอเตอร์ ไดร์ฟ และอุปกรณ์ควบคุมของพวกเขาให้ได้สัดส่วนที่มีขนาดเล็กลง เครื่องซักผ้าที่มีคุณสมบัติขนาดแกนหมุนที่ใหญ่ขึ้น สร้างจุดขายที่มีมูลค่าเพิ่มดึงดูดความสนใจของลูกค้า แต่นั่นยังจำเป็นต้องอยู่ภายใต้ขนาดมาตรฐานที่กำหนดขึ้น ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่ลดขนาดเล็กลงก่อให้เกิดปัญหาการจัดการระบายความร้อน และนี่เพิ่มความท้าทายด้านการออกแบบให้กับเหล่าวิศวกร การเพิ่มกลไกระบายความร้อนมีแต่จะเพิ่มการใช้พลังงาน ดังนั้นตัวมอเตอร์เองจำเป็นต้องได้รับการสร้างสรรค์ทางวิศวกรรมในระดับประสิทธิภาพที่ดีขึ้น เพื่อลดความร้อนที่เกิดขึ้นตั้งแต่แรก ระบบควบคุมมอเตอร์ อุปกรณ์ควบคุม โดยทั่วไปได้แก่ไมโครคอนโทรลเลอร์หรือ DSP ซึ่งเป็นอุปกรณ์ส่งคำสั่งต่างๆ เช่น ทิศทาง ความเร็ว รวมถึงแรงบิด เพื่อกำเนิดสัญญาณหนึ่งหรือมากกว่านั้นเพื่อขับเคลื่อนมอเตอร์ที่โดยทั่วไปคือ PWM นอกจากนี้ อุปกรณ์ควบคุมอาจส่งสัญญาณตอบกลับในรูปของกระแสไฟฟ้าและสัญญาณตรวจจับตำแหน่ง เพื่อทำให้การควบคุม การปกป้องมอเตอร์ รวมถึงการตรวจจับความผิดพลาดมีความเที่ยงตรงยิ่งขึ้น มอเตอร์วงจรเปิดและมอเตอร์วงจรปิดเพื่ออธิบายอุปกรณ์นี้ในรูปแบบพื้นฐานและเข้าใจได้ง่ายที่สุด ระบบวงจรเปิดจะไม่ทำงานในรูปแบบการแสดงผลตอบกลับ มอเตอร์จะถูกควบคุมความเร็วตามการตั้งค่าที่แตกต่างกันออกไปตามสภาพของโหลดการทำงานรูปแบบต่างๆ ระบบวงจรปิดจะทำงานในรูปแบบการแสดงผลตอบกลับโดยส่งกลับข้อมูลไปยังขั้นตอนอินพุตเพื่อปรับการทำงานของตัวเอง ดังนั้นเมื่อการควบคุมความเร็วถึงจุดที่ตั้งค่าและโหลดการทำงานเปลี่ยนแปลง อุปกรณ์ควบคุมจะปรับความเร็วให้ลดลงเท่ากับจุดที่ตั้งไว้ ตัวอย่างที่ดีของการทำงานรูปแบบนี้ ได้แก่ มอเตอร์แสดงตำแหน่งบนกล้องส่องทางไกลซึ่งจะปรับตัวเองอย่างสม่ำเสมอตัวให้ทำประสานกับรูปแบบที่กำหนด มอเตอร์ดีซีแบบไร้แปรงถ่าน (Brushless DC Mothers - BLDC)โดย Elvir Kahrimanovic วิศวกรอาวุโสระบบการใช้งาน จาก Infineonในปัจจุบันอุปกรณ์มากมายต่างติดตั้งมอเตอร์ดีซีแบบไร้แปรงถ่าน (BLDC) เพื่อการใช้งานควบคุมการเคลื่อนไหวและมีแนวโน้มเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ ไม่ว่าจะเป็นอุปกรณ์จ่ายพลังงานแบบไร้สายและจักรยานไฟฟ้าไปจนถึง "โดรน" ที่ควบคุมได้จากระยะไกล แต่โซลูชันของ BLDC ก็จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความซับซ้อนมากกว่าตัวเลือกมอเตอร์แบบแปรงถ่าน ซึ่งมอเตอร์เหล่านี้ให้ประสิทธิภาพที่ดีในการทำงานได้มากมาย เช่น ประสิทธิภาพที่สูงกว่า รวมถึงกระแสไฟฟ้าที่หนาแน่นสูงกว่า ทำให้มอเตอร์รุ่นใหม่มีขนาดเล็กลงมาก น้ำหนักเบากว่า และราคาไม่แพงเมื่อต้องซื้อหามาใช้งาน ในขณะเดียวกันยังสึกหรอและชำรุดได้น้อยกว่าด้วย ซึ่งทำให้มีความน่าเชื่อถือมากขึ้นและมีอายุการใช้งานที่ยาวนานยิ่งขึ้น ทั้งขจัดความจำเป็นในการซ่อมบำรุงได้เป็นอย่างดี นอกจากนี้ มอเตอร์ BLDC ยังทำงานเงียบ มีการรบกวนทางไฟฟ้าที่น้อยกว่ามอเตอร์แบบแปรงถ่าน มอเตอร์ชนิดนี้ยังรู้จักกันในนามมอเตอร์จัดแปลงกระแสไฟฟ้าโดยระบบอิเลกโตรนิก (Electronically Commutated Motor - ECM) ซึ่งเป็นมอเตอร์ BLDC ประเภทหนึ่ง มีสเตเตอร์สามเฟสที่รักษาให้แกนหมุนอย่างต่อเนื่องด้วยแบบแผนการควบคุมกระแสไฟฟ้าที่ทำงานประสานกับวงจรอินเวอร์เตอร์แบบสามเฟส วงจรประเภทนี้จะสลับกระแสไฟฟ้าในขดลวดสเตเตอร์อย่างต่อเนื่องเพื่อซิงค์กับตำแหน่งการหมุนซึ่งสามารถตรวจสอบได้ด้วยอุปกรณ์เซ็นเซอร์ต่างๆ หรือด้วยการคำนวณย้อนกลับตามหลักแรงเคลื่อนไฟฟ้า (Electromotive Force - EMF) ณ ขณะที่เจาะจง ฟลั๊กซ์ที่เกิดขึ้นในสเตเตอร์พร้อมกับฟลั๊กซ์ของแกนหมุนจะเป็นตัวกำหนดแรงบิดและความเร็วของมอเตอร์ดังกล่าว เมื่อทำการออกแบบการใช้งานมอเตอร์ BLDC วิศวกรสามารถเลือกได้ระหว่างการใช้ชิ้นส่วนที่ประกอบด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบแยกส่วนหรือเซมิคอนดักเตอร์แบบในตัวที่รวบรวมไดรฟ์สำคัญๆ มากมายและฟังก์ชันการใช้งานการควบคุมเข้าไว้ด้วยกันในอุปกรณ์เพียงชิ้นเดียว ดูข้อมูลเชิงลึกในสมุดปกขาวของ Infineon เรื่อง Power Loss and Optimised MOSFET Selection in BLDC Motor Inverter Designs ซึ่งคุณสามารถอ่านข้อมูลนี้ได้ที่ DesignSpark โปรดอ่านเพิ่มเติมเพื่อทำความรู้จักมอเตอร์ประเภทต่างๆ ทั้งมอเตอร์ดีซีแบบแปรงถ่าน รวมถึงมอเตอร์เอซี ผลิตภัณฑ์แนะนำสำหรับอุปกรณ์ควบคุมมอเตอร์การสร้างไดร์ฟมอเตอร์ที่มีขนาดกะทัดรัด เชื่อถือได้ และมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยใช้โมดูลพลังงาน จาก ON Semiconductorประเภทมอเตอร์มอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้งานอยู่ทั่วไปจะใช้สนามแม่เหล็กในการสร้างการเคลื่อนไหว ซึ่งแบ่งมอเตอร์ได้เป็นสองประเภทหลักๆ คือประเภท AC (กระแสสลับ) และ DC (กระแสตรง) มอเตอร์ DC เป็นมอเตอร์ที่คิดค้นขึ้นเป็นประเภทแรก และเป็นมอเตอร์ที่มีรูปแบบการทำงานที่ง่ายที่สุด มอเตอร์ DC ขับเคลื่อนด้วยการส่งผ่านกระแสไฟฟ้าผ่านตัวนำไฟฟ้าภายในสนามแม่เหล็กเพื่อสร้างแรงบิดด้วยการหมุน มอเตอร์ DC ที่พบได้ส่วนใหญ่ ได้แก่ DC แบบแปรงถ่าน และ DC แบบไร้แปรงถ่าน ซึ่งมอเตอร์แบบแปรงถ่านจะสร้างพลังงานด้วยการเชื่อมต่อขั้วตรงข้ามของแหล่งพลังไฟฟ้า เพื่อส่งต่อประจุลบและประจุบวกไปยังคอมมิวเต เตอร์เมื่อส่วนนี้สัมผัสกับแปรงถ่านต่างๆ จากชื่อของมอเตอร์ชนิดนี้ มอเตอร์แบบไร้แปรงถ่านจะไม่มีอุปกรณ์แปรงถ่าน แต่จะมี่แม่เหล็กชนิดถาวรติดตั้งอยู่รอบๆ มอเตอร์ ซึ่งขจัดความต้องการใช้งานคอมมิวเตเตอร์และการเชื่อมต่ออื่นๆ รวมถึงอุปกรณ์แปรงถ่านเองด้วย มอเตอร์แบบแปรงถ่านถึงใช้งานง่ายและมีราคาประหยัด แต่ต้องการบำรุงรักษามากกว่า เนื่องจากแปรงถ่านเหล่านี้ต้องการการทำความสะอาดและชิ้นส่วนเป็นประจำ ในทางตรงข้ามมอเตอร์แบบแปรงถ่านมีความแม่นยำมากกว่าสำหรับการใช้งานที่จำเป็นต้องกำหนดตำแหน่งการควบคุมที่แน่นอน และยังต้องการการซ่อมบำรุงเพียงน้อยนิดหรืออาจไม่ต้องการเลย มอเตอร์แบบไร้แปรงถ่านมีราคาค่อนข้างสูง เนื่องจากต้นทุนในการผลิตและจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ควบคุมซึ่งอาจมีค่าใช้จ่ายที่มากกว่าตัวมอเตอร์เอง มอเตอร์ AC แบบเชิงเส้น แทนที่จะใช้การหมุน สิ่งที่ต้องพิจารณาเมื่อเลือกมอเตอร์เมื่อต้องเลือกมอเตอร์ สิ่งที่ต้องใส่ใจเกี่ยวกับคุณสมบัติที่สำคัญมีมากมาย ได้แก่ ความเร็ว:คุณต้องการใช้มอเตอร์สร้างกระแสไฟฟ้าที่ความเร็วเท่าใด คำถามนี้จะเป็นตัวกำหนดประเภทอุปกรณ์ควบคุมความเร็วของคุณ คุณต้องการใช้งานช่วงเวลาขอบขาขึ้นหรือไม่ (ช่วงเวลาขอบขาขึ้นจะเป็นการกำหนดระยะเวลาที่มอเตอร์ใช้เข้าสู่ความเร็วที่กำหนด)แรงบิด:หน่วยวัดที่ใช้สำหรับแรงบิดการหมุนโดยปกติใช้หน่วยเป็น Nm (นิวตันเมตร) หรือไม่กล่องเกียร์ในตัว:กล่องเกียร์ในตัวจะทำหน้าที่ลดความเร็วและเพิ่มแรงบิดความต้องการใช้พลังงาน:กำลังไฟฟ้าที่ต้องการคือเท่าใด ต้องการใช้งานแบบโหลดเต็ม โหลดปกติ หรือโหลดต่ำกำลังไฟฟ้า:กำลังไฟฟ้าโดยทั่วไปจะมีหน่วยเป็นวัตต์ (W) หรือแรงม้า (hp) โปรดตรวจสอบการใช้งานทั่วไปและกำลังไฟฟ้าที่เกินกระแสแหล่งจ่ายพลังงาน:โปรดตรวจสอบข้อกำหนดของแหล่งจ่ายพลังงานที่ใช้กับอุปกรณ์ เช่น แรงดันไฟฟ้า รวมถึงกระแสไฟฟ้า หรืออุปกรณ์ควบคุมที่เจาะจงการกำหนดค่ากลไก:รูปแบบการนำไปใช้งานของอุปกรณ์จะเป็นตัวกำหนดขนาดและสัดส่วนของมอเตอร์ที่แน่นอน จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องใส่ใจกับขนาดโดยรวม ขนาดเพลา จุดติดตั้ง และน้ำหนัก อุปกรณ์ควบคุมมีอะไรบ้างอุปกรณ์เพื่องานควบคุมอัตโนมัติ และอื่นๆ. Solid State Relay (SSR) / SCR Power Control Module. ... . เครื่องตั้งเวลา / นาฬิกาตั้งเวลา (Timer / Time Switch) ... . เครื่องนับจำนวน (Counter) ... . เครื่องนับจำนวนและตั้งเวลา (Counter & Timer) ... . เครื่องแปลงสัญญาณ (Transmitter) ... . ไฟสัญญาณ / บัซเซอร์ (Tower Light / Light Alarm / Buzzer Alarm). การควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้า มี กี่ ประเภท อะไรบ้างการควบคุมมอเตอร์ที่นิยมใช้จะมี 2 แบบ คือ แบบวงจรสายเดี่ยวหรือที่เรียกกันว่า Direct On Line (DOL) และ แบบวงจรสตาร์-เดลต้า (Y-D)
วงจรควบคุมประกอบด้วยอะไรบ้างวงจรควบคุม หรือวงจรคอนโทรล คือ วงจรไฟฟ้าที่ใช้ในการควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจรกำลัง หรือเรียกได้ว่าเป็นวงจรที่ทำหน้าที่ควบคุมวงจรกำลังนั่นเอง วงจรควบคุมหรือวงจรคอนโทรลนั้นจะมีขนาดสายไฟฟ้าหรือขนาดพิกัดอุปกรณ์ไฟฟ้าเล็กกว่าวงจรกำลัง และมักใช้แรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าวงจรกำลังด้วย เช่น แรงดัน 220VAC, 24VDC เป็นต้น
การควบคุมการทำงานของมอเตอร์ประกอบด้วยวงจรอะไรบ้างโดยทั่วไปวงจรมอเตอร์สามารถแบ่งออกเป็น 2 ส่วน คือ 1. วงจรกำลัง คือ วงจรที่จ่ายกำลังไฟฟ้าให้แก่มอเตอร์ เพื่อให้มอเตอร์สามารถทำงานได้ตามวัตถุประสงค์ 2. วงจรควบคุม คือ วงจรที่ใช้ควบคุมการทำงานของตัวเริ่มเดินเครื่องมอเตอร์เพื่อให้สามารถทำงานได้ตามลำดับที่กำหนด
|