คู่มือนักศึกษาหน่วยที่ 2 การควบคุมเครื่องกลไฟฟ้ากระแสตรง

คู่มือนักศึกษาหน่วยที่ 2 การควบคุมเครื่องกลไฟฟ้ากระแสตรง เรื่องที่ 2.1 การควบคุมความเร็วของชั้นท์มอเตอร์ นายคมสัน กลางแท่น วิชา เครื่องกลไฟฟ้า 1 ชุดการสอนวิชาเครื่องกลไฟฟ้า 1 (30104-2003) สำหรับนักศึกษาระดับประกาศนียบัตรวิชาชีพชั้นสูง ตามหลักสูตรประกาศนียบัตรวิชาชีพชั้นสูง พ.ศ. 2563

การพันขดลวนอาร์เมเจอร์ อาร์เมเจอร์แบบวงแหวน อาร์เมเจอร์แบบดรัม (ปัจจุบันไม่นิยมใช้) แบบแลพ แบบเวฟ แบบซิมเพล็กซ์แลพ แบบซิมเพล็กซ์เวฟ แบบดูเพล็กซ์แลพ แบบดูเพล็กซ์เวฟ แบบทริพเพล็กซ์แลพ แบบทริพเพล็กซ์เวฟ

หน่วยที่ 2 การควบคุมเครื่องกล ไฟฟ้ากระแสตรง การศึกษามอเตอร์ไฟฟ้าไฟฟ้ากระแสตรง สิ่งที่เราจะต้องคำนึงถึงก็คือ เรื่องของ ความเร็วรอบ จะต้องคิดว่าทำอย่างไรจึงจะควบคุมความเร็วรอบของมอเตอร์ได้ และจะมีวิธีเริ่มเดินมอเตอร์แต่ละแบบได้อย่างไร จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ควบคุมอื่น ๆ ที่จำเป็นมาช่วยให้การเริ่มเดินมอเตอร์บรรลุตามวัตถุประสงค์หรือไม่ เมื่อต้องการที่ จะศึกษาถึงวิธีการควบคุมการทำงานของมอเตอร์แต่ละแบบจะได้เป็นประโยชน์ ใน การนำไปใช้ให้เหมาะสมกับงาน

2.1 การควบคุมความเร็วของชั้นท์มอเตอร์ จากสมการของความเร็ว คือ

2.1 การควบคุมความเร็วของชั้นท์มอเตอร์ 2.1.1 การควบคุมที่ปริมาณของเส้นแรงแม่เหล็กต่อขั้ว คือ การควบคุมกระแสในขดลวดชั้นท์ฟิลด์ จากสมการ การควบคุมความเร็วของชั้นท์มอเตอร์โดย การควบคุมปริมาณของเส้นแรงแม่เหล็ก เมื่อต้องการความเร็วรอบของมอเตอร์ โดยกาควบคุมปริมาณเส้นแรง แม่เหล็กก็จะต้องให้ ตัวแปรอื่นๆ ในสมการคงที่เสียก่อน ความเร็วรอบ ของมอเตอร์จึงจะเปลี่ยนแปลงตามปริมาณของ เส้นแรงแม่เหล็กหรือ กระแสของขดลวดชั้นท์ฟิลด์ ดังนั้นจะได้ความเร็วรอบ การ ควบคุมความเร็วด้วยวิธีนี้สามารถกระทำได้โดยใช้ความต้านทานที่ปรับ ค่าได้ เรียกว่า ฟิลด์รีโอสตาร์ทมาต่ออนุกรมกับขดลวดชั้นท์ฟิลด์ ดังรูป

เมื่อปรับแต่งค่าความต้านทานให้มีกระแสฟิล์ด Ish น้อยลงปริมาณของเส้นแรงแม่เหล็กจะลดลง ด้วย มอเตอร์จะหมุนด้วยความเร็วรอบเพิ่มขึ้น ในทางตรงกันข้ามถ้าปรับกระแสชั้นท์ฟิลด์ Ish ให้เพิ่มขึ้นโดยลดค่าความความต้านทานของรีโอสตาร์ทลง ปริมาณของเส้นแรงแม่เหล็กจะเพิ่ม ขึ้น มอเตอร์จะหมุนด้วยความเร็วรอบลดลง หากลดค่าความต้านทานของรีโอสตาร์ทจนต่ำสุดหรือ ไม่ใส่ รีโอสตาร์ทกระแสจะไหลผ่านขดลวดชั้นท์ฟิลด์มากที่สุดมอเตอร์จะหมุนด้วยความเร็วเต็ม พิกัด นั่นหมายความว่าการควบคุมความเร็วด้วยวิธีนี้สามารถเพิ่มความเร็วของมอเตอร์ให้สูงกว่า พิกัดได้ในอัตราส่วน 2 : 1 สำหรับเครื่องที่ไม่มีอินเตอร์โปล การลดลงของเส้นแรงแม่เหล็ก มากกว่าปกติ ย่อมมีผลต่อการคอมมิวเตเตชั่น ทำให้ยากต่อการลดการอาร์คในขณะหมุนขับโหลด ดังนั้นในเครื่องที่มีอินเตอร์โปลจึงสามารถเพิ่มความเร็วให้สูงกว่าพิกัดได้มากกว่าปกติหลายเท่า หมายเหตุ การควบคุมความเร็วด้วยวิธีนี้ ไม่สามารถลดความเร็วให้ต่ำกว่าพิกัดได้

2.1 การควบคุมความเร็วของชั้นท์มอเตอร์ 2.1.2 การควบคุมความต้านทานในวงจรอาร์เมเจอร์ Ra การควบคุมความเร็วด้วยวิธีนี้ จะนำมาใช้เมื่อต้องการให้ความเร็วของ มอเตอร์ต่ำกว่าความเร็วเมื่อไร้โหลด สามารถกระทำได้โดยต่อมอเตอร์ เข้ากับแรงดันป้อนคงที่ แล้วปรับค่าความต้านทานของ รีโอสตาร์ทหรือ ความต้านทานของอุปกรณ์ควบคุมที่ต่ออนุกรมกับขดลวดอาร์เมเจอร์ ดังรูป การเลือกค่าความต้านทานของรีโอสตาร์ทต้องเลือกค่าใกล้เคียง หรือมากกว่าความต้านทานของ อาร์เมเจอร์ และต้องทนกระแสได้เท่า กันมาต่อเข้าไปเพื่อที่จะเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานในวงจรของอาร์ เมเจอร์ เมื่อค่าความต้านทานในวงจรของอาร์เมเจอร์เปลี่ยนแปลง ความเร็วรอบของมอเตอร์ ก็จะเปลี่ยนแปลงตามไปด้วย จากวงจรใน รูปที่ จะได้สมการความเร็ว ดังนี้



ในกรณีที่แรงบิดหมุนขับโหลดคงที่ ความเร็ว รอบจะเป็นสัส่วนโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้าที่ตก คร่อมอาร์เมเจอร์ ในรูป เป็นเส้นเคอร์ฟ คุณลักษณะของความเร็วรอบกับกระแสไฟฟ้า อาร์เมเจอร์ หรือ N = f (Ia) จะสังเกตเห็นว่า ค่าความต้านทานในวงจรอาร์เมเจอร์ยิ่งมาก ความเร็วรอบของมอเตอร์จะลดต่ำลงมากด้วย

2.1 การควบคุมความเร็วของชั้นท์มอเตอร์ 2.1.3 ข้อดีและข้อเสียของการควบคุมค่าความต้านทานในวงจรอาร์เมเจอร์ 1) ความเร็วของมอเตอร์จะเปลี่ยนแปลงตามการเปลี่ยนแปลงของโหลด 2) เกิดกำลังสูญเสียจำนวนมากที่ค่าความต้านทานของอุปกรณ์ควบคุม 3) กำลังสูงสุดที่เกิดขึ้นจะลดลงเป็นอัตราส่วนเดียวกันกับการลดลงของความเร็ว 4) ต้องลงทุนสูงในการขจัดปริมาณความร้อน ซึ่งเกิดขึ้นที่ความต้านทานของ อุปกรณ์ควบคุม 5) การควบคุมความเร็วด้วยวิธีนี้ ได้ความเร็วรอบต่ำกว่าความเร็วปกติหรือความเร็ว เต็มพิกัด ไม่สามารถควบคุมความเร็วให้สูงกว่าความเร็วปกติได้ ทั้งนี้เพราะว่าแรงดัน ที่ตกคร่อมอาร์เมเจอร์ลดลงเนื่องจากค่าความต้านทานของอุปกรณ์ควบคุม

2.1 การควบคุมความเร็วของชั้นท์มอเตอร์ 2.1.4 ข้อได้เปรียบของการควบคุมปริมาณของเส้นแรงแม่เหล็ก การควบคุมความเร็วด้วยวิธีนี้ ประหยัดสะดวก และให้ประสิทธิภาพสูง เป็นการควบคุมความเร็วของมอเตอร์ให้สูงกว่าความเร็วปกติหรือความเร็วเต็ม พิกัด ข้อบกพร่องของวิธีนี้ คือผลจากอาร์เมเจอร์รีแอคชั่นทำให้ปริมาณเส้นแรง แม่เหล็กลดลงซึ่งมีผลกระทบต่อการเกิดคอมมิวเตชั่น ค่าการสูญเสียภายใน วงจรฟิลด์จะเปลี่ยนแปลงไปเพียงเล็กน้อย เพราะว่ากระแสในวงจรชั้นท์ฟิลด์ เปลี่ยนแปลงแต่ค่าของกระแสชั้นท์ฟิลด์นั้นน้อยอยู่แล้วเนื่องจากความต้านทาน ของวงจรชั้นท์ฟิลด์มีค่ามาก

การควบคุมความเร็วของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงทั้งสองวิธีดังกล่าวข้างต้นถ้านำมาใช้ ควบคุมความเร็วของมอเตอร์ตัวเดียวกัน ก็สามารถควบคุมความเร็วได้ทั้งสองทิศทาง คือ ควบคุมความเร็วให้สูงกว่าพิกัดหรือควบคุมความเร็วให้ต่ำกว่าพิกัดได้ตามต้องการดังรูป เป็น วงจรการควบคุมความเร็วของชั้นท์มอเตอร์ทั้งสองวิธี คือควบคุมความเร็วให้สูงกว่าพิกัดโดย ปรับแต่งที่ค่าความต้านทานของฟิลด์รีโอสตาร์ท R1 และควบคุมความเร็วให้ต่ำกว่าพิกัดโดย ปรับแต่งที่ค่าความต้านทานเริ่มเดิน R2

2.1 การควบคุมความเร็วของชั้นท์มอเตอร์ 2.1.5 การควบคุมที่ขนาดของแรงดันป้อน การควบคุมความเร็วของมอเตอร์ด้วยวิธีนี้ ต้องใช้แหลางจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง ซึ่งปรับแต่ง ขนาดของแรงดันป้อน จากสมการของความเร็วรอบ หากเราเปลี่ยนแปลงค่าของแรงดันไฟฟ้าป้อน V ก็จะ ทำให้ความเร็วรอบของมอเตอร์เปลี่ยนแปลงดังวงจร ในรูป เป็นวงจรของชั้นท์มอเตอร์ ซึ่งต่อกับแหล่งจ่าย ไฟฟ้ากระแสตรง ซึ่งสามารถปรับแต่งขนาดของแรง ดันไฟฟ้าป้อนได้

จากวงจรในรูป และสมการของความเร็วจะสังเกตเห็นว่าขณะที่แรงดันป้อนมีค่าต่ำๆ มอเตอร์ ∅จะไม่สามารถเริ่มเดินได้เนื่องจากกระแสฟิลด์ Rrhe มีค่าน้อยเกินไปทำให้ปริมาณเส้นแรงแม่ เหล็ก ที่เกิดขึ้นน้อยไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดแรงบิดเพื่อที่จะเริ่มเดินมอเตอร์ ด้วยสาเหตุนี้ การควบคุมความเร็วด้วยวิธีนี้จึงไม่เป็นที่นิยมใช้กัน

การควบคุมความเร็วของมอเตอร์ ด้วยวิธีปรับแต่งขนาดของแรงดันไฟฟ้าป้อนอีกวิธีหนึ่ง คือ ต่อวงจรของชั้นท์มอเตอร์เป็นแบบกระตุ้นแยกดังวงจรในรูป จะต้องต่อขดลวดชั้นท์ฟิลด์ของ มอเตอร์เข้ากับแรงดันไฟฟ้ากระตุ้นที่มีค่าคงที่ แล้วต่ออาร์เมเจอร์เข้ากับแรงดันไฟฟ้าป้อนที่ เปลี่ยนแปลงค่าได้ความเร็วรอบของอาร์เมเจอร์จะเปลี่ยนแปลงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดัน ไฟฟ้าอาร์เมเจอร์แต่ไม่นิยมใช้กันเนื่องจากต้องใช้แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงถึงสองแห่ง เพื่อ จ่ายให้ทั้งขดลวดชั้นท์ฟิลด์และอาร์เมเจอร์