unit 3 มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง

มอเตอรไ์ ฟฟ้ากระแสตรง

มอเตอร์  คือ เคร่อื งกลไฟฟา้ ที่ทาหนา้ ท่เี ปล่ยี นพลงั งานไฟฟา้ เปน็ พลงั งานกล

3.1 หลักการของมอเตอร์ (Motor Principle) ขดลวดทม่ี กี ระแสไฟฟา้ ไหลและวางอยู่ในสนามแมเ่ หลก็

เมื่อ F F = Bli (N) (Wb/������2) = แรงทเี่ กดิ ขนึ้ บนตัวนำ (m) B = ควำมหนำแนน่ ของเส้นแรงแมเ่ หลก็ (A) l = ควำมยำวของลวดตวั นำ I = กระแสท่ไี หลในตวั นำ

3.2 แรงดันไฟฟ้าตา้ นกลับ (Back e.m.f. or Counter e.m.f. )  เม่ือมอเตอร์ทำงำน คือ อำร์เมเจอร์หมุน ตัวนำที่อำร์เมเจอร์จะตัดกับเส้นแรง แม่เหล็ก ซึ่งเป็นไปตำมกฎของกำรเหน่ียวนำแม่เหล็กไฟฟ้ำ (Electromagnetic induction) ดังนั้น แรงดันไฟฟ้ำเหนี่ยวนำจึงเกิดข้ึนในอำร์เมเจอร์ ทิศทำงจะ เป็นไปตำมกฎมือขวำของเฟลมมิ่ง ซึ่งจะมีทิศทำงไปในทำงตรงกันข้ำมกับ แรงดันไฟฟ้ำทจ่ี ่ำยใหก้ บั มอเตอร์ (Applied voltage) เพรำะว่ำมีทิศทำงตรงกันข้ำม กนั จงึ เรียกวำ่ แรงดนั ไฟฟา้ ตา้ นกลบั (Back e.m.f. หรือ Counter e.m.f.)

ทศิ ทางของแรงดันไฟฟา้ ต้านกลบั

สมการ Ia = (Vค−วRามaEตbา้ น)ทานในวงจรของอารเ์ มเจAอร์ Ra = ∅ZNP Eb = 60A

3.3 สมการของแรงดนั ไฟฟา้ ตา้ นกลับในมอเตอร์ V = เป็นแรงดนั ไฟฟ้าท่ีจา่ ยใหก้ บั วงจรของมอเตอร์ Eb = เป็นแรงดนั ไฟฟ้าตา้ นกลบั ท่ีเกดิ ขนึ้ ในอารเ์ มเจอร์ V = Eb + IaRa

3.4 สภาวะสาหรับการเกดิ ประสิทธิภาพสงู สุด V Eb = 2 กำลงั ทำงกลทเ่ี กดิ ขึน้ ในมอเตอรจ์ ะมคี ำ่ สูงสดุ เม่ือแรงดนั ไฟฟ้ำต้ำนกลบั เท่ำกับคร่งึ หนึ่งของแรงดนั ไฟฟำ้ ท่จี ่ำยใหก้ บั มอเตอร์

3.5 แรงบดิ (Torque)  3.5.1 แรงบิดในอารเ์ มเจอร์ (Torque in armature, ������������) ������������ = 0.159∅������������������ ������ N-m ������ N-m ������������ = 0.159������������������������ ������ 60

 3.5.2 แรงบิดทีเ่ พลาของมอเตอร์ (Shaft torque , ������������������) Tsh = 746×B.H.P. N-m N-m 2πN 60 แรงบดิ ท่เี พลา = กาลงั เอาตพ์ ุต 2πN 60

 ตัวอย่างท่ี 3.1 มอเตอร์ไฟฟ้ำกระแสตรงแบบชันท์ขนำด 50 B.H.P. ใช้กับแรงดัน 500 V หมุน ด้วยควำมเร็วรอบ 1000 รอบ/นำที เม่ือทำงำนเต็มท่ีมีประสิทธิภำพ 90 % วงจรอำร์เมเจอร์มี ควำมต้ำนทำน 0.24  และมีแรงดันไฟฟ้ำตกคร่อมที่แปรงถ่ำน 2 V กระแสท่ีไหลผ่ำนฟิลด์ คอยล์ 1.8 A จงคานวณหา ก. กระแสทีส่ ำยของมอเตอร์เมอ่ื ทำงำนเต็มท่ี ข. แรงบิดที่เพลำเม่ือมอเตอร์ทำงำนเต็มที่ เปน็ N-m ค. ควำมต้ำนทำนท้ังหมดในกำรเรม่ิ เดินมอเตอรท์ จ่ี ำกดั กระแสให้เทำ่ กบั 1.5 เทำ่ ของกระแส เม่อื ทำงำนเต็มที่

แบบฝึกหัด  มอเตอร์ไฟฟำ้ กระแสตรงแบบชนั ทข์ นำด 60 B.H.P. ใช้กับแรงดัน 400 V หมุนด้วยควำมเร็วรอบ 1100 รอบ/นำที เมือ่ ทำงำนเตม็ ทมี่ ีประสทิ ธภิ ำพ 85 % วงจรอำร์เมเจอร์มีควำมต้ำนทำน 0.2  และมแี รงดันไฟฟำ้ ตกคร่อมทีแ่ ปรงถ่ำน 1 V กระแสที่ไหลผำ่ นฟิลด์คอยล์ 1.5 A จงคานวณหา ก. กระแสท่สี ำยของมอเตอร์เมื่อทำงำนเต็มที่ (131.65 A) ข. แรงบิดที่เพลำเมื่อมอเตอรท์ ำงำนเต็มท่ี เป็น N-m (388.51 N-m) ค. ควำมตำ้ นทำนทงั้ หมดในกำรเร่ิมเดนิ มอเตอรท์ จ่ี ำกัดกระแสใหเ้ ท่ำกบั 1.5 เท่ำของกระแส เม่ือทำงำนเตม็ ที่ (1.83 Ω)

3.6 ความเร็วรอบของมอเตอรไ์ ฟฟา้ กระแสตรง (Speed of D.C. Motor) ∅������������������ ������ ������������ = 60������ สาหรบั ชันท์มอเตอร์ สาหรบั ซรี สี ม์ อเตอร์ ������2 = ������������2 × ������������1 ������2 = ������������2 × ∅1 ������1 ������������1 ������������2 ������1 ������������1 ∅2 ������2 = ������������2 เม่อื กระแส ������������ℎ1 = ������������ℎ2 ������1 ������������1 % Speed Regulation = [(N.L. speed – F.L. speed) / F.L. speed] x 100

ตัวอย่างที่ 3.5  เคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบชั้นท์เครื่องหนึ่งขนาด 50 KW. ที่ แรงดันไฟฟ้า 250 V หมุนด้วยความเร็วรอบ 400 รอบ/นาที อาร์ เมเจอรแ์ ละฟิลดค์ อยลม์ คี วามตา้ นทาน 0.02  และ 50  ตามลาดบั จงคานวณหา ความเร็วรอบของเคร่ืองกลไฟฟ้านี้เมื่อทาเป็นมอเตอร์ไฟฟ้า กระแสตรงแบบชั้นท์ขนาด 50 KW.(input) ใช้กับแรงดันไฟ้ฟ้า 250 V.(input) กาหนดให้ แรงดนั ไฟฟ้าตกครอ่ มทแี่ ปรงถ่าน / แปรง = 1 V และมคี ่าคงที่

3.7 คณุ ลกั ษณะของมอเตอรไ์ ฟฟ้ากระแสตรง (Characteristics of d.c.motor) คุณลักษณะของซรี สี ม์ อเตอร์  1. คุณลักษณะของแรงบดิ กบั กระแสในอารเ์ มเจอร์

 2. คุณลกั ษณะของความเร็วกบั กระแสในอารเ์ มเจอร์

 3. คณุ ลกั ษณะของความเรว็ กับแรงบิดหรอื คุณลกั ษณะทางกล

คณุ ลกั ษณะของชั้นทม์ อเตอร์  1. คุณลักษณะของแรงบิดกบั กระแสในอารเ์ มเจอร์

 2. คุณลกั ษณะของความเร็วกบั กระแสในอารเ์ มเจอร์

 3. คณุ ลกั ษณะของความเรว็ กับแรงบิดหรอื คุณลกั ษณะทางกล

คณุ ลกั ษณะของคอมปาวดม์ อเตอร์ ถำ้ กำรกระตนุ้ ทซี่ รี สี ์ฟิลด์ ช่วยกำรกระตนุ้ ท่ีชั้นทฟ์ ิลด์ และเสน้ แรงแมเ่ หลก็ ท่เี กิดข้ึนทซี่ รี สี ฟ์ ิลด์ มีทิศทำงไปในทำงเดียวกันกบั เส้นแรงแมเ่ หล็กทเี่ กิดข้นึ ทช่ี ั้นท์ฟลิ ดม์ อเตอร์ตัวน้ีเรียกว่ำ คิวมูเลทฟี คอมปาวดม์ อเตอร์ (Cumulative compound motor) ถ้ำกำรกระตนุ้ ท่ีซรี สี ์ฟิลด์ ช่วยกำรกระตนุ้ ท่ชี ้นั ท์ฟิลด์ และเส้นแรงแมเ่ หล็กทเ่ี กดิ ขน้ึ ทซ่ี รี ีส์ฟลิ ด์ มีทศิ ทำงไปในทำงตรงกันขำ้ มกับเส้นแรงแม่เหลก็ ท่เี กิดข้นึ ท่ีช้ันทฟ์ ลิ ดม์ อเตอร์ตวั นเ้ี รียกวำ่ ดฟิ เฟอร์เรนท์เชียลคอมปาวดม์ อเตอร์ (Differential compound motor)

 รูปที่ 3.9

3.8 ขอ้ ดีและข้อเสยี ของชน้ั ทม์ อเตอร์  1. ชน้ั ท์มอเตอร์ ให้ความเรว็ ที่คงที่  2. ท่ีกระแสไฟฟ้าไหลเข้าเท่ากัน ช้ันท์มอเตอรจ์ ะให้แรงบดิ ขณะเรมิ่ เดินไม่สงู เมอ่ื เปรยี บเทยี บกับซรี สี ม์ อเตอร์ ดังนั้นจึงใช้ชั้นท์มอเตอร์ ดังน้ี 2.1 เมื่อต้องการให้ความเรว็ คงท่จี ากขณะไม่มีโหลดจนถงึ เมอ่ื มีโหลดเตม็ ที 2.2 เมือ่ ตอ้ งการใชก้ บั โหลดทมี่ ีการเปล่ียนแปลงความเร็ว ซงึ่ สะดวกตอ่ การควบคุมความเร็วและประหยัด

3.9 ขอ้ ดแี ละข้อเสียของซรี สี ม์ อเตอร์  1. ให้แรงบดิ ขณะเรมิ่ เดินสูง  2. มคี วามเรว็ ต่าเมือ่ โหลดมาก ๆ และความเร็วสูงเม่อื โหลดน้อย ๆ ซง่ึ จะทาให้ มอเตอรไ์ ดร้ บั อนั ตรายได้ ดังนน้ั จงึ ใช้ซีรีส์มอเตอรเ์ ม่อื ต้องการ 2.1 เมอ่ื ต้องการแรงบดิ ขณะเริ่มเดินสูง 2.2 เม่ือมอเตอร์สามารถต่อโดยตรงกับโหลด 2.3 ถา้ ความเรว็ คงทน่ี ้ันไมเ่ ปน็ ปจั จัยสาคญั เลย ดงั น้ัน จงึ ลดความเรว็ โดยการเพิ่มโหลด 2.4 ซรี สี ์มอเตอร์ไม่สามารถใชเ้ มอื่ มีโหลดจานวนนอ้ ย ๆ ต่อยู่

3.10 การสูญเสียและประสทิ ธิภาพของมอเตอร์  การสญู เสยี ในมอเตอร์ไฟฟา้ กระแสตรงนี้ สามารถได้เชน่ เดียวกบั ใน เครอื่ งกาเนิดไฟฟา้ กระแสตรงคือ  1. การสูญเสยี กาลังในลวดทองแดง (copper losses)  2. การสูญเสยี กาลังเนือ่ งจากแมเ่ หล็ก (Magnetic losses)  3. การสูญเสยี กาลงั ทางกล (Mechanical losses)  สภาวะท่เี กิดกาลังสูงสุดในมอเตอร์ คือ ������������������������ = ������ = ������������ ������

3.11 ตาแหน่งของกาลงั ในมอเตอร์ไฟฟา้ กระแสตรง (Power stages in d.c.motor) กาลังท่ีมอเตอร์ กาลังสญู เสยี กาลังขับท่เี กดิ ขนึ้ กาลงั สญู เสีย กาลงั ท่มี อเตอร์ ไดร้ บั ทีข่ ดลวด ใน ในแกนเหล็กและ จ่าย ทองแดง ออก เข้ามา VI (วัตต์) อาเมเจอร์ ความฝืด ������������������������(วตั ต)์ B.H.P x 746 (วัตต์)

3.12 การควบคุมความเรว็ ของมอเตอร์  การควบคุมความเร็วมอเตอรส์ ามารถควบคมุ ความเร็วไดโ้ ดย  1. การเปลย่ี นแปลงเส้นแรงแม่เหล็ก หรือเสน้ แรงแมเ่ หลก็ ต่อขว้ั (Flux/pole)  2. ความตา้ นทานของวงจรอารเ์ มเจอร์ (Rheostatic control)  3. การควบคุมแรงดนั ไฟฟ้าทจ่ี า่ ยเข้าไป (Voltage control)

การควบคมุ ความเรว็ ของชนั้ ทม์ อเตอร์ (Speed control of shunt motor)  1. การเปลย่ี นแปลงเสน้ แรงแม่เหล็กหรือการควบคุมเส้นแรงแมเ่ หล็ก  (Variation of flux or Flux control method) รูปท่ี 3.10 แสดงวงจรการตอ่ รโี อสแตต

 2. อาร์เมเจอรห์ รอื การควบคมุ แบบรีโอสแตต (Rheostatic control method)

 3. การควบคมุ แรงดันไฟฟา้ (Voltage control method)  3.1 มัลตเิ ปิลโวลต์เตจคอลโทรล (Multiple Voltage control) คอื ชน้ั ท์ฟิลด์ของมอเตอร์จะถกู ต่ออยกู่ ับแหล่งจ่ายแรงดนั ไฟฟ้ากระแสตรงที่ คงที่ แตอ่ ารเ์ มเจอรจ์ ะถูกต่ออยกู่ ับแหลง่ จา่ ยท่ีสามารถปรับค่าได้  3.2 วารด์ เลยี วนารด์ (Ward-leonard System)

รูปที่ 3.14 แสดงวงจรของวารด์ เลียวนารด์

การควบคมุ ความเรว็ ของซีรีส์มอเตอร์ (Speed control series motor)  1. การควบคมุ เสน้ แรงแม่เหลก็ (Flux control method) คือ การเปล่ยี นแปลง ของเสน้ แรงแมเ่ หลก็ ในซรี สี ์มอเตอร์  1.1 ฟิลด์ไดเวอรเ์ ตอร์ (Field divertor) รูปที่ 3.15

 1.2 อำรเ์ มเจอรไ์ ดเวอร์เตอร์ (Armature diverter)

 1.3 ควบคมุ โดยกำรแทปที่ฟลิ ดค์ อยล์ (Tapped field control)

 1.4 กำรควบคุมโดยกำรขนำนฟิลด์ (Parallel field control)

2. การเปลย่ี นแปลงความต้านทานในวงจรซีรีส์มอเตอร์ (Variable resistance in series with motor)

แบบฝกึ หัด ข้อท่ี 3 หนา้ 113