Electric Motor Control

การควบคุมมอเตอรไ์ ฟฟ้ า หมุนทางเดยี ว จดั ทาโดย : นายนิภทั ร ์เวชสุวรรณ์ นายนราวชิ ญ ์ เขยี วคาอา้ ย

การควบคมุ มอเตอรไ์ ฟฟา้ หมนุ ทางเดยี ว การควบคุมมอเตอรไ์ ฟฟ้าหมุนในทิศทางเดยี ว หมายถงึ การเรม่ิ เดนิ หรือ หยดุ เดินเครื่องมอเตอรไ์ ฟฟา้ จาเป็นต้องอาศัยอุปกรณค์ วบคุมหรอื เครอื่ งควบคมุ มอเตอร์ (Motor controller) ซง่ึ ในบางกรณเี ครือ่ งควบคมุ มอเตอรก์ ย็ งั สามารถใช้ ในการปรับแต่งความเร็วรอบของมอเตอรไ์ ดด้ ้วยในบางครั้งจึงมผี เู้ รยี กอุปกรณ์ ควบคุมมอเตอรไ์ ฟฟา้ ว่า “อุปกรณ์เร่มิ เดินมอเตอร์” (Motor starter) การควบคมุ มอเตอร์ โดยท่ัวไปจะควบคมุ องค์ประกอบ 3 ประการคอื 1. ควบคุมความเรว็ ของมอเตอร์ (Speed Control) 2. ควบคุมแรงบดิ ของมอเตอร์ (Torque Control) 3. ควบคุมทศิ ทางการหมนุ ของมอเตอร์ ( Direction Control) การควบคุมความเรว็ ของมอเตอรก์ ระแสตรงน้นั จะทาได้โดยการปรับ แรงดันทีจ่ า่ ยใหม้ อเตอร์ สว่ นการควบคมุ แรงบดิ ทาโดยการควบคมุ กระแสทผี่ า่ น ขดลวดอาเมเจอร์ และทจ่ี ่ายให้กับขดลวดสเตเตอร์ ในกรณีสเตเตอร์แบบใช้ ขดลวดพนั สาหรับการควบคุมการหมุน หรอื การสลับทิศทางการหมนุ นน้ั ในกรณี มอเตอร์ไฟตรง สามารถทาไดโ้ ดยการสลบั ขั้วแหลง่ จา่ ยไฟ ท่ีจ่ายให้แก่มอเตอร์ สาหรับกรณขี อง มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงขนาดเลก็ แบบใชแ้ มเ่ หล็กถาวรเปน็ สเต เตอร์ จะไมส่ ามารถควบคมุ อะไรได้มากนกั โดยการควบคมุ ความเรว็ ของมอเตอร์ จะถูกจากดั ด้วยขนาดแรงดนั โดยสามารถปรับได้ไม่เกนิ ค่าแรงดันสงู สุดทจี่ ่ายให้ มอเตอร์ สว่ นการควบคมุ แรงบดิ อาจทาโดยใช้ตัวต้านทานปรบั คา่ แบบขดลวด (Wire Wound Resistor) แต่กจ็ ะเกิดกาลังไฟฟา้ สูญเสยี ท่ตี วั ต้านทาน ฉะน้นั ใน ปจั จุบัน จึงมกั นิยมใชก้ ารควบคมุ ด้วยวงจรพลั ซว์ ธิ มอดูเลเตอร์ (Pulse Width Modulator) ซ่งึ จะใชว้ ธิ จี า่ ยไฟใหแ้ ก่มอเตอร์เป็นช่วง ๆ โดยการควบคุมแรงดัน คอื การปรบั ชว่ งกวา้ งของพัลซท์ จี่ า่ ยให้น่นั เอง ซ่ึงวธิ ีนี้จะทาใหล้ ดกาลังสญู เสียได้ มาก สาหรับการกลบั ทางหมุนของมอเตอร์ อาจใช้วธิ ีสลับขวั้ ด้วยมือ หรอื ใช้ วงจรรเี ลย์หรืออิเลก็ ทรอนกิ สเ์ ข้าไปควบคุม วงจรกาลงั (Power Circuit) เป็นวงจรทร่ี ับกาลงั ไฟฟา้ เข้ามาจากทางดา้ นแหลง่ จา่ ยไฟฟ้า แล้วจา่ ยกาลังไฟฟา้ ไปให้โหลด เชน่ ฮตี เตอร์ มอเตอร์ เป็นต้น วงจรกาลังจงึ มกี ระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

ในวงจรมากกว่าวงจรควบคมุ หลายเทา่ ตวั และขนาดสายไฟฟ้าหรอื ขนาดพิกัด อุปกรณ์ไฟฟา้ ของวงจรกาลงั ยงั มีขนาดท่ีใหญ่กว่า วงจรควบคมุ เปน็ วงจรแสดงลาดบั การทางานของอุปกรณ์ โดยเร่มิ ต้งั แตส่ ายเมนจ่าย กาลังไฟฟ้า เขา้ สฟู่ วิ ส์ หรอื เซอรก์ ิตเบรกเกอร,์ หน้าสัมผสั ของโอเวอร์โหลด, สวิตช์ปมุ่ กดปกตปิ ิด (N.C.) หรือสวติ ช์ปิด (OFF), สวติ ชป์ มุ่ กดปกตเิ ปดิ หรือสวติ ช์เปิด (ON) และเร่ือยลงไปจนถงึ ขดลวด (coil) ของ คอนแทกเตอร์ และ เขา้ สสู่ ายนิวทรลั วงจรทงั้ หมดน้ไี ลเ่ รียงลาดบั กันตงั้ แตบ่ นสุดจนถงึ ล่างสุด วงจร Schematic Diagram นี้มปี ระโยชนม์ ากในการออกแบบการทางาน และตรวจสอบการทางานของวงจร

การควบคมุ มอเตอรไ์ ฟฟา้ การควบคมุ มอเตอรไ์ ฟฟ้าหรือการควบคมุ มอเตอร์ หมายถึง การทาให้ มอเตอร์ไฟฟา้ ทางานตามคาส่ังเพ่อื ความปลอดภยั ตอ่ ตัวมอเตอรไ์ ฟฟา้ อุปกรณ์ เคร่ืองจักรทีต่ อ่ กบั มอเตอรไ์ ฟฟ้า และรวมถงึ ความปลอดภยั ตอ่ ผูป้ ฏิบัติงานดว้ ย การควบคมุ มอเตอรไ์ ฟฟ้าจาเปน็ ต้องใช้อปุ กรณ์ประกอบหลายชนิด ซ่งึ สามารถ แบ่งวิธีการควบคมุ ได้ 3 วิธี ดงั น้ี 1. การควบคมุ ดว้ ยมือ (Manual Control) การควบคุมดว้ ยมอื เปน็ การสงั่ งานให้อุปกรณค์ วบคมุ ทางานโดยใช้ ผปู้ ฏิบตั ิงานควบคมุ ให้กลไกทางกลทางาน ซึง่ การสง่ั งานให้ระบบกลไกทางานนี้ โดยส่วนมากจะใชค้ นเป็นผสู้ งั่ งานแทบทง้ั สนิ้ ทาหน้าทค่ี วบคมุ โดยตรง เช่น ใช้ วธิ กี ารเสยี บเขา้ กับเตา้ รับไฟ สว่ นมากจะใชก้ บั มอเตอร์ ทมี่ ีขนาดเลก็ หรือประเภท เคร่อื งใช้ไฟฟ้าภายในบา้ นท่ัวๆไป 2. การควบคุมแบบกึ่งอตั โนมตั ิ (Semi Automatic Control) การควบคมุ กงึ่ อตั โนมตั เิ ป็นการควบคุมทน่ี าอุปกรณป์ ระเภทสวติ ชป์ มุ่ กด (Push Button Switch) มาชว่ ยในการควบคมุ โดยจะทาใหส้ ามารถควบคุมการ ทางานในระยะไกลได้ โดยทวั่ ไปจะ ใชร้ ว่ มกบั สวิตชแ์ ม่เหลก็ (Magnetic Switch) ท่ีใช้จา่ ยกระแสไฟฟ้าจานวนมากๆ ให้กับมอเตอร์ แทนสวติ ชธ์ รรมดาซึง่ สวิตช์ แมเ่ หล็กนีอ้ าศยั ผลการทางานของแม่เหลก็ ไฟฟา้ การควบคมุ แบบ ก่ึงอตั โนมตั นิ ้ี ตอ้ งอาศัยคนกดสวติ ซจ์ า่ ยกระแสไฟฟ้าให้กบั สวิตซแ์ ม่เหลก็ และสวติ ชแ์ ม่เหลก็ จะ ดดู ให้หนา้ สมั ผสั (Contacts) มาตอ่ กนั และจ่ายกระแสไฟฟา้ ใหก้ บั มอเตอรไ์ ฟฟา้ และถ้าต้องการหยดุ มอเตอร์ไฟฟา้ จะตอ้ งอาศยั คนคอยกดสวิตช์อกี เช่นเดมิ จึง เรยี กการควบคุมแบบนวี้ ่าการควบคมุ กึ่งอตั โนมัติ 3. การควบคมุ แบบอตั โนมตั ิ (Automatic Control) การควบคุมอัตโนมัติ เป็นการควบคุมทอ่ี าศยั อปุ กรณช์ ้นี า (Pilot Device) เพ่ือตรวจจับการเปลย่ี นแปลงของสิ่งตา่ ง ๆ เช่น สวติ ชล์ กู ลอย ทาหน้าทตี่ รวจวัด ระดับ ถังในนา้ เพอ่ื ควบคุมใหม้ อเตอร์ปม๊ั ทางานเมือ่ น้าในภาชนะบรรจหุ มด และ ควบคมุ ใหม้ อเตอรป์ ม๊ั หยุดทางานเมอ่ื นา้ เตม็ ภาชนะบรรจุสวติ ช์ความดันทาหนา้ ท่ี ตรวจวดั ความดนั ลมเพอื่ ส่ังใหม้ อเตอรป์ ม๊ั ลมทางาน เทอร์โมสแตต ทาหนา้ ที่ตดั ต่อ วงจรไฟฟา้ ตามอณุ หภมู ิสงู หรือต่า เปน็ ตน้ วงจรการควบคมุ มอเตอร์ไฟฟ้าแบบนี้ เพยี งแต่ใชค้ นกดสวิตชเ์ ร่มิ เดินมอเตอร์ไฟฟา้ ในครง้ั แรกเท่าน้ันตอ่ จากน้ันอุปกรณ์ ในวงจรจะทางานเองโดยอัตโนมตั ติ ลอดเวลา

อปุ กรณค์ วบคมุ มอเตอรไ์ ฟฟ้า จากวธิ กี ารควบคุมมอเตอรไ์ ฟฟา้ ทง้ั 3 วิธี ดังทไี่ ดก้ ลา่ วมาแลว้ น้ัน อปุ กรณ์ ควบคมุ ท่ีจาเป็นตอ้ งใชม้ ดี ังนี้ 1. สวิตช์ (Switch) สวติ ชท์ ี่ใช้ในการควบคมุ มอเตอร์ไฟฟา้ มีหลายชนดิ แตล่ ะชนดิ ใช้งานแตกตา่ งกนั ไปตามลกั ษณะงานทใ่ี ชค้ วบคมุ สวิตช์ปมุ่ กด (Push Button Switch) เปน็ อปุ กรณท์ ี่ใช้ในวงจรควบคุม เพ่ือทา หนา้ ทเ่ี ริม่ เดินหรอื สตาร์ท (Start) หยดุ (Stop) เดนิ หนา้ (Forward) หรือตามเขม็ นาฬิกา และถอยหลัง (Reverse) หรือทวนเขม็ นาฬิกา เปน็ ตน้ สวติ ช์ปุ่มกดมใี ห้ เลือกใช้หลายแบบ โดยแบ่งตามลกั ษณะโครงสร้างและการนาไปใชง้ านมีลกั ษณะ ต่าง ๆ ดังน้ี 1) สวติ ชป์ มุ่ กดแบบธรรมดาใชก้ บั งานเรม่ิ เดนิ หรอื หยดุ 2) สวติ ชป์ ่มุ กดแบบไจแอนท์เฮด (Giant Head Push Button Switch) เป็นสวติ ซ์ ปุ่มกดท่มี ีปมุ่ กดใหญก่ วา่ แบบธรรมดา เพอ่ื ใหม้ พี ้ืนทใ่ี นการกดหรอื สมั ผัสมาก ๆ เหมาะกบั งานประเภทสวติ ช์ปมุ่ กดฉกุ เฉิน (Emergency Push Button Switch) ใช้ ในกรณตี ้องการหยดุ วงจรเมอ่ื มีอบุ ตั เิ หตเุ กดิ ข้นึ 3) สวิตชป์ มุ่ กดแบบมหี ลอดสญั ญาณ (Illuminated Push Button Switch) เปน็ สวติ ช์ ปมุ่ กดท่ีมหี ลอดสัญญาณติดอยเู่ มอ่ื กดสวิตซใ์ ห้ทางาน หลอดสญั ญาณจะสว่าง

4) สวติ ชแ์ บบใช้เท้าเหยียบ (Foot Push Button Switch) เปน็ สวติ ชท์ เี่ หมาะสาหรบั งานประเภททตี่ อ้ งอาศยั เทา้ เข้ารว่ มในการควบคมุ เชน่ เคร่อื งตดั โลหะ เครื่องพบั โลหะ เป็นตน้ แมกเนตกิ คอนแทกเตอร์ (Magnetic Contactor) แมกเนตกิ คอนแทกเตอร์หรอื เรยี กส้นึ ๆ ว่า “คอนแทกเตอร์” เปน็ อุปกรณ์ตดั ตอ่ วงจรไฟฟา้ ซึ่งควบคุมโดยแมเ่ หล็กไฟฟา้ เมือ่ มกี ระแสไฟฟา้ กระตุน้ ขดลวด แมเ่ หล็กไฟฟ้าจะทาให้ หน้าสมั ผสั ของคอนแทกเตอร์ต่อถึงกนั ทาใหว้ งจรไฟฟา้ ครบวงจร กระแสไฟฟา้ จากแหลง่ จา่ ยไฟไหลผ่านไปทภี่ าระไฟฟ้าหรอื โหลด (Load) ได้ เมอื่ ตัดกระแสไฟฟ้ากระตุ้นออก สนามแม่เหลก็ ไฟฟา้ กจ็ ะหมดไป สปริง จะดันให้หน้าสัมผัสแยกออกจากกันทาใหว้ งจรไฟฟา้ ไม่ครบวงจร ในตวั คอนแทก เตอร์มหี น้าสมั ผสั อยูห่ ลายชุดตดิ ต้ังอยู่บนแกนเดยี วกนั และทางานพร้อมๆกัน สาหรบั หนา้ สัมผัส มที ง้ั แบบปกติเปิด (Normally Open หรือ NO) และแบบปกตปิ ิด (Normally Closed หรอื NC) จานวนหน้าสมั ผสั ทง้ั สองแบบมจี านวนเท่าใดนั้นข้ึนอยู่ กับการนาคอนแทกเตอร์ไปใช้งานและการออกแบบของบรษิ ทั ผูผ้ ลิต

สญั ลกั ษณอ์ ปุ กรณไ์ ฟฟา้ ทใ่ี ชส้ าหรบั การควบคมุ มอเตอรไ์ ฟฟา้





สญั ลกั ษณอ์ ปุ กรณต์ า่ งๆ ตาม DIN 40713 และ DIN 40703