การควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้า

การควบคมุ มอเตอรไ์ ฟฟา้ ชนดิ ของมอเตอร์ วงจรไฟฟา้ คือการนาแหล่งจ่ายไฟฟ้า จ่ายแรงดันและกระแสให้กับโหลด โดยใช้ลวดตวั นา ถา้ เรามองดูอุปกรณ์เคร่ืองใช้ไฟฟ้า รอบ ๆ ตัวเรา ไมว่ า่ จะเป็นพดั ลม เคร่อื งซกั ผา้ เครื่องเล่นเทป หรือของเล่นตา่ งๆ จะเห็นวา่ เครื่องใช้ส่วนใหญ่ จะมีมอเตอร์เป็น ส่วนประกอบในการทางาน แทบทัง้ สิ้น นอกจากนี้เคร่ืองจักรต่าง ๆ ทใี่ ช้ในงานผลิตของโรงงานอตุ สาหกรรม ก็อาศัยมอเตอร์ แทบทัง้ สนิ้ จงึ อาจกลา่ วไดว้ า่ มอเตอร์ คือ อุปกรณท์ ่มี ีความสาคญั ตอ่ ชีวติ ความเปน็ อยู่ของมนุษยเ์ ราเลยทเี ดียว มอเตอรจ์ ะทาหน้าที่ แปลงพลังงานไฟฟา้ เป็นพลังงานกลให้เราไปใชใ้ นการทางาน แทนการใชแ้ รงงานจากมนุษย์ เราอาจแบ่ง มอเตอร์ ตามระบบไฟทใี่ ช้ได้ 2 ประเภท คอื มอเตอร์ไฟฟา้ กระแสตรง (DC Motor) มอเตอรไ์ ฟฟ้ากระแสสลบั (AC Motor) โดยมอเตอร์ทงั้ สองประเภทจะมีส่วนประกอบท่ีแตกต่างกันออกไปบ้าง แต่ส่วนประกอบหลักคือจะมีส่วนที่อยู่กับที่เราเรียกว่า สเตเตอร์ (Stator) และส่วนที่เคลื่อนทีซ่ ึ่งเราเรยี กว่าโรเตอร์(Rotor)มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงมีด้วยกันหลายแบบ ถ้าจะแบ่งตาม การสร้างสนามแม่เหลก็ ของ สเตเตอร์ ก็จะแบง่ ไดเ้ ป็น 3 แบบคอื แบบที่ใช้แม่เหล็กถาวรเป็นตัวสร้างสนามแม่เหล็ก (Permanent DC Motor)แบบนี้จะมีแท่งแม่เหล็กอย่างน้อยสองแท่ง เป็น ส่วนประกอบของสเตเตอร์ ส่วนใหญ่จะเป็นมอเตอร์ขนาดเล็ก ๆ ใช้ในของเด็กเล่น หรือเครื่องมือขนาดเล็ก เช่นสว่านเจาะ ปรินซ์ แบบที่ใช้ขดลวดในการสร้างสนามแม่เหล็ก (Wound DC Motor) แบบน้ีจะมีขดลวดสเตเตอร์ ในการสร้างสนามแม่เหล็ก และมี ข้ัวตอ่ ออกเพอ่ื รับการจ่ายไฟเลยี้ ง ซง่ึ สามารถตอ่ ได้ 2 ลักษณะคือ ต่ออนุกรมกบั ขดลวดโรเตอร์ เราเรยี กว่า ซีรีสม์ อเตอร์ (Series Motor) และตอ่ แบบขนานกับโรเตอร์ เรยี กวา่ ชันท์มอเตอร์ (Shunt Motor) โดยมอเตอรแ์ บบนจี้ ะใช้ในงานพเิ ศษท่ตี ้องการแรงบิด สูง หรอื งานที่ตอ้ งการความเรว็ รอบทคี่ งทีแ่ ละปรบั เปลยี่ นได้ง่าย โดยวธิ คี วบคมุ กระแสทจ่ี า่ ยให้ขดลวดน้ี แบบใชข้ ดลวดพันพเิ ศษเพ่ือหมุนแบบที่ละข้ันทลี่ ะจุด มักเรยี กกันว่า สเตปป้ิงมอเตอร์ (Stepping Motor) ซงึ่ จะใชใ้ นการควบคุม แบบพิเศษ เช่นแขนกล หรอื อุปกรณท์ ี่ตอ้ งการควบคมุ การหมนุ แบบละเอยี ด สาหรับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ กม็ ีด้วยกันหลายประเภท เช่น มอเตอรแ์ บบซิงโครนัส (Synchronous Motor), มอเตอร์แบบอิน ดกั ช่นั (Induction Motor) เป็นต้นซึง่ ในทีน่ จ้ี ะไมข่ อกล่าวถงึ เพราะมีรายละเอียดมากมาย ไมเ่ หมาะกับการเรียนรใู้ นระดบั พื้นฐาน จึงขอกล่าวรายละเอยี ด เฉพาะมอเตอร์อยา่ งง่าย ทใ่ี ช้แมเ่ หลก็ ถาวรเทา่ นนั้ เพราะศกึ ษาได้งา่ ยและเหน็ กนั อยู่เสมอ หลกั การทางาน หลักการทางานของมอเตอร์จะอาศัยแรงผลักท่เี กดิ จากสนามแม่เหล็ก โดยความรเู้ บือ้ งต้นทเ่ี ราไดเ้ รียนมาคือ เมือ่ มีกระแสไหล ผ่านลวดตัวนา จะทาให้เกิดสนามแม่เหล็กรอบตัวนาน้ัน ถ้าเรานาตัวนาดังกล่าวไปวางไว้ในสนามแม่เหลก็ ถาวร ก็จะเกิดการ ตา้ น และเสรมิ กับเสน้ แรงแมเ่ หล็กจากแม่เหล็กถาวร ทาให้เกิดแรงผลักข้ึนที่ขดลวด เหมือนกับนักศึกษานาแม่เหล็ก 2 ชน้ิ มา วางใกล้ ๆ กนั หรอื อาจทดลองง่าย โดยหาแมเ่ หล็กแบบเกือกม้ามา 1 อัน จากนัน้ นาขดลวดมาพันรอบตะปู แลว้ จ่ายไฟด้วย แบตเตอรี่ดงั รูป กจ็ ะเห็นปฏิกริ ิยาระหว่างกนั

การควบคมุ มอเตอร์ โดยทว่ั ไปจะควบคมุ องคป์ ระกอบ 3 ประการคือ 1. ควบคุมความเร็วของมอเตอร์ (Speed Control) 2. ควบคมุ แรงบดิ ของมอเตอร์ (Torque Control) 3. ควบคมุ ทิศทางการหมนุ ของมอเตอร์ ( Direction Control) การควบคมุ ความเร็วของมอเตอร์กระแสตรงนั้น จะทาได้โดยการปรบั แรงดันท่ีจ่ายให้มอเตอร์ ส่วนการควบคุมแรงบิด ทาโดย การควบคุมกระแสท่ีผ่านขดลวดอาเมเจอร์ และท่ีจ่ายให้กับขดลวดสเตเตอร์ ในกรณีสเตเตอร์แบบใช้ขดลวดพัน สาหรับการ ควบคุมการหมุน หรือการสลับทิศทางการหมุนนั้น ในกรณีมอเตอร์ไฟตรง สามารถทาได้โดยการสลับข้ัวแหล่งจ่ายไฟ ท่ีจ่าย ให้แก่มอเตอร์ สาหรบั กรณีของ มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงขนาดเล็ก แบบใชแ้ ม่เหล็กถาวรเป็นสเตเตอร์ จะไมส่ ามารถควบคุม อะไรไดม้ ากนัก โดยการควบคุมความเร็วของมอเตอร์ จะถกู จากดั ดว้ ยขนาดแรงดัน โดยสามารถปรบั ไดไ้ ม่เกินค่าแรงดันสูงสุด ที่จ่ายให้มอเตอร์ ส่วนการควบคุมแรงบิด อาจทาโดยใช้ตัวต้านทานปรับค่าแบบขดลวด (Wire Wound Resistor) แต่ก็จะเกิด กาลังไฟฟา้ สูญเสียทต่ี วั ตา้ นทาน ฉะนนั้ ในปจจ จบุ นั จงึ มกั นยิ มใชก้ ารควบคุม ด้วยวงจรพลั ซ์วธิ มอดเู ลเตอร์ (Puls e Width Modulator) ซึ่งจะใช้วิธีจ่ายไฟให้แก่มอเตอร์เปน็ ช่วง ๆ โดยการควบคุมแรงดัน คือการปรับช่วงกว้างของพัลซ์ท่ีจ่ายให้ นนั่ เอง ซ่ึงวธิ นี ้ีจะทาให้ลดกาลังสญู เสยี ได้มาก สาหรบั การกลบั ทางหมุนของมอเตอร์ อาจใช้วธิ ีสลับขัว้ ดว้ ยมือ หรอื ใช้วงจรรเี ลย์ หรืออเิ ล็กทรอนกิ สเ์ ข้าไปควบคมุ สัญลกั ษณ์ ความหมาย S1 สวติ ชป์ ุ่มกดหยุดเดินมอเตอร์ (Push Button Stop) S2 สวติ ชป์ มุ่ กดเดินมอเตอร์ความเร็วต่า(Push Button Low Speed) S3 สวิตชป์ ุ่มกดเดินมอเตอร์ความเร็วสูง(Push Button Hing Speed) F1 ฟิวส์ปอ้ งกันวงจรกาลัง(Power Fuse) F2

ฟวิ สป์ ้องกันวงจรควบคุม(Control Fuse) F3 สว่นปอ้ งกนั มอเตอรท์ างานท่ีความเรว็ ตา่ (Overload Relay) F4 ส่วนปอ้ งกนั มอเตอรท์ างานที่ความเรว็ สงู (Overload Relay) K1 แมคเนติคคอนแทคเตอร์ตอ่ ความเร็วตา่ ( Low Speed Contactor) K2 แมคเนตคิ คอนแทคเตอรต์ ่อความเร็วสงู (Hing Speed Contactor) K3A รีเลย์ช่วย (Auxiliary relay) M1 มอเตอร์3เฟสแบบสองความเรว็ ( 3 Phase Induction Motor 2 Speed) จุดประสงค์ของการควบคมุ มอเตอร์ - เพอ่ื การเรม่ิ เดนิ มอเตอร์(starting) - เพื่อการหยดุ มอเตอร์ (stopping) - เพื่อการกลับทางหมนุ (reversing) - เพอ่ื ควบคุมการท างานของมอเตอร์(running) - เพอ่ื การควบคุมความเร็ว (speed control) - เพื่อความปลอดภยั ของผู้ปฏบิ ตั งิ าน (safety of operator) - เพอื่ ป้องกันความเสยี หายทจี่ ะเกดิ ขึ้นกบั มอเตอร์และระบบ (protection from damage) - เพอ่ื การบ ารงุ รกั ษาอุปกรณเ์ ริ่มเดินมอเตอร(์ maintenance of starting requirement) ปญจ หาการสตาร์ทมอเตอร์ขนาดใหญ่ ๑. เกิดแรงดันตกในระบบ เป็นผลท าให้โหลดอื่นๆ ท่ีต่ออยู่ในวงจร เดียวกัน เช่น มอเตอร์ ไฟฟ้าแสงสว่าง อุปกรณ์ อีเล็กทรอนกิ ส์และอ่ืนๆ มีผลเสยี หายได้ ๒. คา่ กระแสขณะสตารท์ สงู ท าให้เกิดแรงบิดกระชากสงู อาจท าให้เกิดผล เสยี แก่ เคร่อื งจกั ร โหลดท่ีใช้งาน และตวั มอเตอร์ ทใ่ี ช้งานได้

๓. มีโมเมนต์ของความเฉื่อยสูง ถ้าท าการสตาร์ทบ่อยครง้ั ใช้ช่วงเวลาการ สตาร์ทนาน จะท าให้เกิดความร้อนสูงในขดลวด ทาใหอ้ ายุการใชง้ าน ของมอเตอร์ส้นั ลง การควบคมุ ด้วยมอื • เป็นการส่ังงานให้อุปกรณ์ควบคุมท างานโดยใช้ผู้ปฏิบัติงานควบคุมให้ ระบบกลไกทางกลท างาน ซึ่งการส่ังงานให้ระบบ กลไกท างานน้ีโดย สว่ นมากจะใช้คนเป็นผู้ส่ังงานแทบทั้งสิ้น ซง่ึ มอเตอร์จะถกู ควบคุมจาก การสั่งงานด้วยมือโดยการควบคุม ผา่ นอุปกรณต์ ่าง ๆ เชน่ - ท็อกเกิล้ สวทิ ช์ (toggle switch) - เซฟต้ีสวทิ ช์ (safety switch) - ดรัมสวิทช(์ drum switch) - ตวั ควบคุมแบบหนา้ จาน (face plate control) การควบคมุ ก่งึ อัตโนมตั ิ (Semi Automatic control) • การควบคุมกึ่งอัตโนมัติ โดยการใช้สวิทช์ปุ่มกด (push button) ที่สามารถ ควบคุมระยะไกล (remote control) ได้ ซึ่งมักจะต่อ รว่ มกับสวิทช์แม่เหล็ก (magnetic switch) ท่ีใช้จ่ายกระแสจ านวนมาก ๆ ใหก้ ับมอเตอรแ์ ทนสวิทช์ ธรรมดา ซ่ึงสวิทช์แม่เหล็กน้ี อาศัยผลการท างานของแม่เหล็กไฟฟ้า วงจรการ ควบคมุ มอเตอร์กงึ่ อตั โนมตั ิน้ี ตอ้ งอาศัยคนคอยกดสวิตช์จ่ายไฟให้กับสวิทช์ แมเ่ หลก็ สวทิ ช์แม่เหลก็ จะดูดให้หนา้ สัมผัสมาแตะกันและจ่ายไฟให้กับมอเตอร์ และถา้ ต้องการหยุดมอเตอรก์ ็จะต้องอาศัยคน คอยกดสวทิ ชป์ มุ่ กดอีกเชน่ เดิม จงึ เรียกการควบคมุ แบบนี้ว่า การควบคมุ กึง่ อตั โนมัต การควบคมุ อัตโนมัติ(Automatic control) การควบคุมแบบนี้จะ อาศัยอุปกรณ์ช้ีน า (pilot device) คอย ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของสิ่งต่างๆ เช่น สวิตช์ลูกลอยท าหนา้ ที่ ตรวจวัดระดบั น้ าในถงั คอยส่งั ใหม้ อเตอรป์ ๊มจ ท างานเมอื่ น้ าหมดถัง และสั่ง ใหม้ อเตอรห์ ยดุ เม่ือน้ าเตม็ ถงั สวิตชค์ วาม ดัน (pressure switch) ท าหน้าท่ี ตรวจจับความดันลมเพ่ือสั่งให้ปจ๊มลมท างาน เทอร์โมสตัท ท าหน้าที่ ตัดต่อวงจรไฟฟ้าตาม อุณหภูมิสูงหรือต่ า เป็นต้น วงจรการควบคุม มอเตอร์แบบน้ีเพียงแต่ใช้คนกดปุ่มเร่ิมเดินมอเตอร์ในครั้งแรก เท่านั้น ต่อไป วงจรก็จะท างานเองโดยอัตโนมตั ติ ลอดเวลา วงจรสายเดียว วงจรสายเดยี ว เปน็ แบบวงจรท่แี สดงวงจรชนดิ หน่งึ ท่ีเขียนด้วย เส้นสายเดยี วเทา่ นัน้ จากวงจรในรปู จะแสดงใหเ้ หน็ เพียงแต่ – Power Supply จ านวน Phase Wire ระดับแรงเคล่อื นและ ความถ่ี จ านวนสายไฟฟา้ ขนาดและชนดิ ของสายไฟฟา้ – ขนาดและจ านวนของอปุ กรณ์ เช่น Contactor Relay (K1) Overload Relay (F2) Motor (M1 ) 1.วงจรกาลัง (Power circuit) - เปน็ วงจรทน่ี าเอาแต่เฉพาะส่วนของวงจรกาลังที่จ่าย – กาลงั ไฟฟา้ เข้าส่มู อเตอร์มาเขยี นเท่านนั้ ละเว้นการเขยี นวงจร ควบคุม โดยปกตแิ ล้วจะมแี ตเ่ พียงฟิวส์

–เซอร์กติ เบรกเกอร์ซ่ึงเป็นอุปกรณป์ ้องกันกระแสเกินในวงจรกาลงั (F1) คอนแทกเตอร์(K1) – หน้าสัมผสั หลัก (Main contact) โอเวอรโ์ หลดรีเลย์ (ตดั สว่ นที่เปน็ หนา้ สัมผสั ออก) และมอเตอร 2. วงจรควบคมุ (Control circuit) – เปน็ วงจรแสดงล าดบั การท างานของอุปกรณ์ – เริ่มตงั้ แตส่ ายเมนจา่ ยก าลังไฟฟา้ เขา้ สฟู่ ิวส์ หน้าสมั ผสั ของโอเวอรโ์ หลด สวทิ ชป์ ุ่มกดปกตปิ ิด – (N.C.) หรือสวทิ ชป์ ดิ (OFF) สวทิ ชป์ ุ่มกดปกติเปดิ (N.O.) หรือสวทิ ช์เปิด (ON) และเร่อื ยลงไปจนถงึ – ขดลวด (Coil) ของคอนแทกเตอร์และเขา้ สู่สายนิวตรอน – วงจรทงั้ หมดนี้ไล่เรียงล าดบั กนั ตัง้ แต่บนสดุ จนถึงล่างสดุ – วงจรแสดงการท างานน้ี มปี ระโยชน์มากในการออกแบบการท างาน และ ตรวจสอบการท างานของวงจร ระบบการควบคุมมอเตอร์ ระบบการควบคุมมอเตอร์ มกั จะแยกกันอยู่กับมอเตอร์ โดยเฉพาะ ต้คู วบคมุ ยังประกอบด้วยแผงตดิ ตั้ง Contactor ตา่ งๆ และ ฝาตู้ ซงึ่ ที่ ฝาตู้มกั จะประกอบดว้ ยสวทิ ช์ตา่ งๆ หลอดสัญญาณ เคร่อื งวดั เป็นตน้ ดังน้ันการท่จี ะน าสายไฟจากแผงควบคุมในตู้ มายังฝาตูม้ ักจะประกอบ เขา้ ดว้ ยกันท่ีแผงต่อสาย (Terminal Box) โดยใช้ Wire Marker เป็น ตัวก ากับและช้ีบอก เรามักจะเขียน วงจรจากชุดหนงึ่ มายังอีกชุดหนึ่ง โดยเส้นวงจรเดยี วแตแ่ สดงรายละเอียดที่ Terminal Box