Ebookมอเตอร์ไฟฟ้า

มอเตอรไ์ ฟฟ้าอยา่ งงา่ ย ศนู ยว์ ิทยาศาสตร์เพอื่ การศึกษาพิษณโุ ลก

มอเตอร์ไฟฟา้ มอเตอรไ์ ฟฟ้า (Motor) หมายถึง เป็นเครื่องกลไฟฟ้าชนิดหน่ึงที่เปลี่ยนแปลงพลังงานไฟฟ้าให้มา เป็นพลังงานกลการทางานปกติของมอเตอร์ไฟฟ้าส่วนใหญ่เกิดจากการทางานร่วมกันระหว่าง สนามแม่เหล็กของแม่เหล็กในตัวมอเตอร์ และสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสในขดลวดทาให้เกิดแรง ดดู และแรงผลกั ของสนามแม่เหลก็ ท้งั สอง

กฎของฟาราเดย์และกฎของเลนซ์ การเหนีย่ วนาแมเ่ หล็กไฟฟา้ ไมเคลิ ฟาราเดย์ พบว่า เมอื่ กระแสไฟฟ้าไหลผา่ นสนามแม่เหล็กจะมผี ลให้เกดิ การ เคล่อื นท่ี การเคลอ่ื นท่ขี องตัวนาในสนามแม่เหลก็ จะก่อใหเ้ กิดแรงเคลอื่ นไฟฟ้าในตวั นาน้ัน เรียกว่าการเหนี่ยวนา แม่เหล็กไฟฟ้า ซง่ึ จะเกิดข้นึ เสมอในตัวนาท่ีวางอยูใ่ นสนามแมเ่ หล็กท่ีเปล่ยี นแปลง กฎการเหนีย่ วนาแมเ่ หล็กไฟฟา้ หรอื กฎของฟาราเดย์ กล่าววา่ ขนาดของแรงเคล่อื นไฟฟา้ เหน่ยี วนาในตัวนาเป็น สัดสว่ นกบั อตั ราการเปลีย่ นแปลงสนามแม่เหลก็ กฎของเลนซ์ กลา่ วว่า แรงเคลือ่ นไฟฟ้าเหนยี่ วนาในขดลวดจะทาใหเ้ กดิ กระแสไฟฟ้าเหน่ียวนาในทศิ ทางทจ่ี ะทาให้ เกิดฟลักซแ์ มเ่ หลก็ ใหมข่ นึ้ มาต้านการเปลี่ยนแปลงของฟลักซแ์ มเ่ หล็กเดมิ ท่ีตดั ผ่านขดลวดนนั้ จากกฎของฟาราเดย์ จะได้วา่ ε = − ������∅������ มหี น่วยเป็น เวเบอร/์ วินาที ������������ เมื่อ ε คือ แรงเคล่ือนไฟฟ้าเหนีย่ วนา ∅������ คือ ฟลักซไ์ ฟฟ้าท่เี ปลย่ี นแปลง

มอเตอรไ์ ฟฟ้า แบ่งออกเป็น 2 ชนดิ คือ มอเตอรไ์ ฟฟ้ากระแสตรง (Direct current motor) (DC Motor) และ มอเตอร์ไฟฟา้ กระแสสลับ (Alternating Current Motor) (AC Motor) (DC Motor) (AC Motor)

มอเตอรไ์ ฟฟา้ กระแสตรง (Direct current motor) (DC Motor) เป็นเครื่องกลไฟฟ้ากระแสตรงท่ีเปล่ียนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล มีท้ังชนิดกระตุ้นฟิลด์จากภายนอก (Separated excited motor) และชนิดกระตุ้นฟิลด์ด้วยตัวเอง (Self excited motor) มอเตอร์ไฟฟ้า กระแสตรงเป็นต้นกาลังขับที่สาคัญอย่างหน่ึงในโรงงานอุตสาหกรรม เพราะมีคุณสมบัติที่เด่นในด้านการปรับ ความเร็วรอบต้ังแต่ความเร็วรอบต่าสุดไปจนถึงความเร็วรอบสูงสุด นิยมใช้ในโรงงานทอผ้า โรงงานเส้นใยโพลี เอสเตอร์ โรงงานถลุงโลหะ เป็นต้น

หลกั การทางานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง (DC Motor) นกั วทิ ยาศาสตร์ 2 ท่าน คอื นายไฮนร์ ชิ เลนซ์ ชาวเยอรมัน และ เซอร์จอร์น อัมโบรส เฟรมมิ่ง ชาวองั กฤษ ได้ทดลองและพบหลกั การทางานของมอเตอร์ไฟฟ้า กระแสตรงคือเมื่อมีลวด ตัวนาหมุนตัดกับสนามแม่เหล็กจะทาให้เกิดแรงดันไฟฟ้า เหน่ียวนาข้ึนในลวดตัวนานั้นและทิศทางการไหลของกระแสในลวดตัวนาจะไหล ในทิศทางท่ีต้านการหมุนของขดลวดตัวนานั้นซ่ึงกฎในเรื่องทิศทางการไหลของ กระแสไฟฟ้านเี้ รียกวา่ กฎของเลนซ์ Heinrich Rudolf Hertz

กฎมือซา้ ยและมือขวาของเฟรมมิง่ กล่าวว่า ความสัมพันธ์สามารถหาได้ โดยการใช้มือซ้ายกางน้ิวหัวแม่มือ น้ิวชี้ และนิ้วกลางให้ต้ังฉากซึ่งกัน และกันให้นิ้วหัวแม่มือชี้ทิศทางการ เคลื่อนท่ีของตัวนาน้ิวช้ีชี้ทิศทางของ เส้นแรงแม่เหล็กและนิ้วกลางชี้ทิศทาง ของกระแสไฟฟ้าที่ไหลในตัวนาดัง แสดงในภาพ

มอเตอรไ์ ฟฟ้ากระแสตรงแบง่ ออกเป็น 3 ชนดิ ได้แก่ 1.มอเตอรไ์ ฟฟ้ากระแสตรงแบบอนุกรมหรอื เรยี กวา่ “ซีรีส์มอเตอร”์ (Series Motor) ตัวมอเตอร์มีขนาดค่อนข้างใหญ่แต่การพันขั้วแม่เหล็กจะมีจานวนรอบท่ีน้อยเนื่องจาก การที่ขดลวดมีค่าความต้านทานต่า ดังนั้นในขณะเริ่มหมุน (Start) จะกินกระแสไฟฟ้า มากทาให้เกิดแรงบิดขณะเร่ิมหมุนสูงซ่ึงมอเตอร์ชนิดน้ีเหมาะกับการทางานในโรงงาน ถลงุ เหล็ก หรอื งานในการใช้แรงหมุนท่คี อ่ นขา้ งสูง

2. มอเตอรไ์ ฟฟา้ กระแสตรงแบบขนานหรอื เรียกวา่ “ชนั ท์มอเตอร์” (Shunt Motor) มอเตอร์ที่มีขดลวดฟิลด์ (Field Coil) ต่อแบบขนานกับชุด ขดลวดอาร์เมเจอร์ ค่าความต้านทานของขดลวดฟิลด์มีค่าสูง มากและต่อคร่อมไว้โดยตรงกับแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า ภายนอกทาให้กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวดฟิลด์มีค่าคงท่ี โดยที่จะไม่เปลี่ยนแปลงตามรอบการหมุนของมอเตอร์ เหมือนกับกระแสไฟฟ้าท่ีไหลผ่านขดลวดฟิลด์ของมอเตอร์ แบบอนุกรมดังนั้นจะเห็นได้ว่าแรงบิดของมอเตอร์มอเตอร์ แบบขนานจะเปล่ียนแปลงไปตามกระแสที่ไหลผ่านขดลวด อาร์เมเจอรเ์ ทา่ นน้ั

3. มอเตอรไ์ ฟฟา้ กระแสตรงแบบผสมหรือเรยี กวา่ “คอมเปาวด์มอเตอร์” (Compound Motor) มอเตอรท์ ่มี ขี ดลวดฟิลด์ 2 ชดุ ชดุ หนึ่งจะตอ่ อนกุ รมและอีก ชุดหนง่ึ ต่อขนานกับชุดขดลวดอาร์เมเจอร์ มอเตอร์ไฟฟ้า กระแสตรงแบบผสมนี้ จะนาคุณลักษณะที่ดขี องมอเตอร์ ไฟฟ้ากระแสตรง แบบขนาน และแบบอนุกรมมารวมกนั มอเตอร์แบบผสมมีคณุ ลักษณะพิเศษคอื มแี รงบิดสงู ( High staring torque) แต่ความเรว็ รอบคงที่ต้ังแต่ยงั ไมม่ โี หลด กระทัง้ มโี หลดเตม็ ที่

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลบั (Alternating current Motor) (AC Motor) มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลบั คอื มอเตอร์ที่ป้อนไฟฟ้ากระแสสลับเข้าไปเพ่ือให้ได้พลังงานกลออกมา โครงสร้าง ของมอเตอร์คล้ายมอเตอร์กระแสตรง แต่จานวนเฟสมีท้ัง 1 เฟสและ 3 เฟส โดย 3เฟสจะมีจานวนขดลวดจะเพิ่ม เป็น 3 ชุด มอเตอร์กระแสสลับนิยมใช้งานทุกประเภทตั้งแต่อุปกรณ์ขนาดเล็กไปจนถึงในอุสาหกรรมทุกประเภท เน่ืองจากมีราคาถูกกว่าเคร่ืองจักรกลไฟฟ้ากระแสตรง สามารถต่อกับไฟฟ้ากระแสสลับได้โดยง่าย และมีการ บารุงรักษานอ้ ย นิยมใช้งานของมอเตอร์แบบเหนยี่ วนา (induction motor) เป็นจานวนมาก

หลักการทางานของมอเตอรไ์ ฟฟ้ากระแสสลบั (AC Motor) Nikola Tesla นิโคลา เทสลา (Nikola Tesla) เป็นผู้คิดค้นมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ หรือที่เรียกว่ามอเตอร์ เหน่ียวนา ซ่ึงมีความสาคัญเพราะใช้ในอุปกรณ์ไฟฟ้าเกือบทุกชนิด เช่น พัดลม เครื่องดูดฝุ่น และเคร่ืองซกั ผ้าซึง่ หลักการทางานของมันน้ัน เม่ือขดลวดในสเตเตอร์ได้รับพลังงานไฟฟ้าก็จะ สร้างสนามแม่เหล็กข้ึนมาในตัวท่ีอยู่กับสเตเตอร์ซึ่งสนามแม่เหล็กท่ีเกิดขึ้นน้ีจะมีการเคลื่อนท่ี หรือหมุนไปรอบ ๆ สเตเตอร์ เนื่องจากการต่างเฟสของกระแสไฟฟ้าในขดลวดและการ เปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้า ทาให้เกิดการเหนี่ยวนาของกระแสไฟฟ้าข้ึนในขดลวดของโร เตอร์ ซ่งึ สนามแม่เหล็กของโรเตอร์น้ีจะเคลื่อนที่ตามทิศทางการเคลื่อนท่ีจองสนามแม่เหล็กที่ สเตเตอร์ ก็จะทาให้โรเตอร์ของมอเตอร์เกิดจะพลังงานกลสามารถนาไปขับภาระท่ีต้องการ หมนุ ได้

มอเตอรไ์ ฟฟา้ กระแสสลบั ชนดิ 1 เฟส หรือเรยี กวา่ ซงิ เกลิ เฟสมอเตอร์ (A.C. Sing Phase) มอเตอร์เหน่ียวนาหนึ่งเฟส ส่วนมากเป็นมอเตอร์ขนาดเล็ก ขนาดไม่เกิน 10 แรงม้า เหมาะกับการใช้งานท่ัวไป เชน่ ปั้มนา้ พดั ลมระบายอากาศ ทีไ่ ม่ตอ้ งการกาลังและแรงบิดมากนกั ดังนน้ั ไม่สามารถสร้างสนามแม่เหล็กหมุน ได้ด้วยตัวเอง จงึ ไมส่ ามารถสรา้ งแรงบดิ เร่มิ หมนุ ใหเ้ กดิ ข้นึ ได้ มหี ลายประเภทข้ึนกับลกั ษณะงานทต่ี อ้ งการใช้

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับชนิด 3 เฟสหรือเรียกวา่ ทีเฟสมอเตอร์ (A.C. Three phase Motor) เปน็ มอเตอรท์ ่นี ิยมใชง้ านกนั ทว่ั ไปในโรงงานอตุ สาหกรรมโดยเฉพาะมอเตอรเ์ หนี่ยวนา 3 เฟส ชนิดท่ีมโี รเตอร์ แบบกรงกระรอก มขี อ้ ดี คือ ไมม่ แี ปรงถ่าน ทาใหก้ ารสญู เสียเนอื่ งจากความฝืดมคี า่ น้อยมีตัวประกอบกาลงั สูง การบารงุ รักษาต่าการเร่มิ เดนิ ทาไดไ้ ม่ยากความเรว็ รอบค่อนข้างคงท่ี สร้างงา่ ย ทนทาน ราคาถกู และมี ประสิทธภิ าพสูงแตม่ ีขอ้ เสยี ไดแ้ ก่ การเปล่ยี นแปลงความเรว็ รอบของมอเตอร์ทาได้ยาก ปัจจบุ นั ไดม้ ีการ พฒั นาชุดควบคมุ อินเวอร์เตอรใ์ ชส้ าหรบั ปรับความเร็วรอบของมอเตอรแ์ ละเป็นที่นยิ มใช้กนั อย่างแพร่หลาย

แรงทกี่ ระทาบนขดลวดตวั นาต่อหน่ึงขดในขณะทีม่ กี ระแสไหลผ่านตวั นานั้นจะเป็นสดั ส่วน โดยตรงกับจานวน กระแสท่ีไหล ความเขม้ ของสนามแม่เหล็กและความยาวของตวั นาในสว่ นท่ตี ัด ผ่านสนามแมเ่ หล็ก แรงท่ีเกิดขนึ้ นใ้ี ช้สญั ลักษณ์ ������ ซงึ่ สามารถเขียนเป็นสมการได้ดังนี้ ������ = ������������������������ เมือ่ ������ = แรงที่กระทาทข่ี ดลวดตวั นามีหนว่ ยเป็นนวิ ตนั (Newton, N) ������ = ความหนาแนน่ ของเสน้ แรงแม่เหลก็ มหี นว่ ยเป็น เวเบอรต์ ่อตารางเมตร (Weber per square metre) หรือ เทสลา (Tesla, T) ������ = ความยาวของตวั นาในส่วนท่ีผา่ นสนามแม่เหลก็ มีหนว่ ยเปน็ เมตร (Metre, m) ������ = กระแสทไ่ี หลในขดลวดตวั นามีหน่วยเป็นแอมแปร์ (Ampere, A)

แรงเคลื่อนไฟฟ้า แรงเคล่ือนไฟฟ้า คือ แรงดันไฟฟ้าเหน่ียวนา (Induced Emf.) ท่ีเกิดขึ้นจากการเหน่ียวนา แม่เหล็กไฟฟ้า ด้วยการทาให้เสน้ แรงแมเ่ หล็กเกิดการเปล่ยี นคา่ ในหนงึ่ หน่วยเวลาตามสมการไฟฟา้ ตอ่ ไปนี้ ������∅ ������ = ������ ������������ (V) เม่อื ������ = แรงเคล่อื นไฟฟ้า หน่วย โวลต์ [V] ������ = จำนวนรอบของขดลวดหน่วย รอบ ∅ = เส้นแรงแมเ่ หลก็ หน่วย เวเบอร์ [Wb : Vs] ������ = เวลา หน่วย วนิ าที [s] ������∅ = อตั รำกำรเปลยี่ นคำ่ ของเสน้ แรงแม่เหล็กหน่วย เวเบอร/์ วนิ ำที [������������������−1] ������������

การหากระแสและการหากาลงั ไฟฟ้าของมอเตอร์ไฟฟา้ มอเตอร์ไฟฟา้ กระแสสลับชนิด 3 เฟส เมือ่ ������ = ������ และ P = 1.732 × ������ × ������ × ������������ × ������������������ 1.732 × ������ × ������������ × ������������������ มอเตอรไ์ ฟฟา้ กระแสสลบั ชนิด 1 เฟส เมอ่ื ������ = ������ และ P = ������ × ������ × ������������ × ������������������ ������ × ������������ × ������������������ โดยที่ ������ = กระแสไฟฟา้ มอเตอร์ (A) ������ = แรงดนั ไฟฟา้ (V) ������ = กาลังไฟฟ้า (watt) ������������ = ตวั ประกอบกาลังของมอเตอร์ (คา่ จะกาหนดไว้ข้างมอเตอรห์ รือมีค่าประมาณ 0.8) ������������������ = คา่ ประสทิ ธิภาพของมอเตอรไ์ ฟฟ้า (คา่ จะกาหนดไว้ขา้ งมอเตอร์หรอื มีค่าประมาณ 0.85)

การหากระแสและการหากาลังไฟฟ้าของมอเตอร์ไฟฟา้ มอเตอร์ไฟฟา้ กระแสตรง เม่อื ������ = ������ และ P = ������ × ������ × ������������������ ������ × ������������������ โดยท่ี ������ = กระแสไฟฟ้ามอเตอร์ (A) ������ = แรงดนั ไฟฟ้า (V) ������ = กาลงั ไฟฟ้า (watt) ������������������ = คา่ ประสทิ ธิภาพของมอเตอรไ์ ฟฟ้า (ค่าจะกาหนดไวข้ ้างมอเตอร์หรอื มีคา่ ประมาณ 0.85)

กจิ กรรมการทามอเตอรไ์ ฟฟา้ อยา่ งงา่ ย

วัสดอุ ปุ กรณ์ เขม็ กลัด 2 อนั แบตเตอร่ี 1.5 V 2 ก้อน แมเ่ หล็กดาสี่เหล่ยี มผืนผา้ 2 อนั

ลงั ถ่าน 1 อัน กระดาษทราย 1 แผ่น คตั เตอร์ 1 อนั

ปนื กาวพร้อมแท่งกาว 1 ชดุ ไม้ไอศกรมี 15 แทง่

ข้นั ตอนการทา

Thank you