2 20104-2008 มอเตอร์ไฟฟ้า กระแสสลับ ครูนฤมล เหรียญทองวัฒนา
จุดประสงค์เชิงพฤติกกรรมหน่วยที่ 2 นักเรียนสามารถ 1. สามารอธิบายหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าได้ 2. สามารถอธิบายการเกิดสนามแม่เหล็กหมุนในมอเตอร์สองเฟสได้ 3. สามารถอธิบายการเกิดสนามแม่เหล็กหมุนในมอเตอร์สามเฟสได้ 4. สามารถอธิบายความหมายของความเร็วซิงโครนัสและความเร็วโรเตอร์ได้ 5.สามารถอธิบายความหมายของสลิป ความเร็วสลิป และความถี่โรเตอร์ได้ 6.คำนวณหาความเร็วชิงโครนัส ความเร็วโรเตอร์ ความถึ่โรเตอร์ได้ 7. คำนวณหาแรงเคลื่อนเหนี่ยวนำโรเตอร์ขณะสตาร์ตและทำงานหากำลังเอาต์พุต และกำลังสูญเสียเบื้องต้น 8.สามารถอธิบายความหมายของแรงเคลื่อนเหนี่ยวนำโรเตอร์ ขณะที่มอเตอร์ส ตาร์ต และทำงาน 9.บอกความหมายของแรงบิต แรงสตาร์ต แรงบิดทำงาน แรงบิดสูงสูดขณะส ตาร์ต และขณะทำงานของอินดักชันมอเตอร์ได้
การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่ อให้ส่วนเคลื่ อนที่มีลักษณะเป็นจานตัว นำบางๆ นำเอาแม่เหล็กรูปตัวยู วางคว่ำให้ขั้วแม่ เหล็กหันเข้าหาจานตัวนำที่แผ่นเหล็กหรืออลูมิ เนียมดังรูปโดยให้จานและแท่งเหล็กมีศูนย์กลาง ร่วมกันเส้นแรงขั้วแม่เหล็ก N จะพุ่งเข้าหาจาน ตัวนำกับพุ่งเข้าหา S เมื่อแท่งแม่เหล็กกับจานอยู่ กับที่ จะไม่เกิดการเหนี่ยวนำไฟฟ้าขึ้นที่จานตัวนำ ถึงแม้ว่าจะมีเส้นแรงผ่านจานตัวนำก็ตาม เพราะ เส้นแรงแม่เหล็กและจานไม่เคลื่ อนที่
ถ้าจานตัวนำอยู่กับที่แล้วให้แท่งแม่เหล็กเคลื่ อนที่ทวน เข็มนาฬิกา ในกรณีนี้ก็เหมือนกับว่าให้แท่งแม่เหล็กอยู่ กับที่ให้กับที่แล้วให้จานเคลื่อนที่ตามเข็มนาฬิกา จะเกิด การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นที่จานตัวนำ จะเกิดทั้ง แรงเคลื่ อนๆไฟฟ้าเหนี่ยวนำทิศทางการเคลื๋ นที่ของ กระแสไฟฟ้าหาได้จาก ใช้กฎมือขวาของเฟลมมิ่งจะได้ ว่าทิศทางการไหลของกระแสภายขั้วแม่เหล็ก N จะไหล ออกจากขั้ว N ไปสู่ขอบจานตัวนำเมื่อมองจากจุด A เข้าหาจานตัวนำและก็พบว่าทิศทางการไหลของกระแส ไฟฟ้าภายใต้ขั้วแม่เหล็ก S จะไหลจากขอบบนจาน ตัวนำเข้าสู่ภายใต้ขั้วแม่เหล็ก S
เส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสเหนี่ยวนำด้าน ซ้ายมือ จะหักล้างกับเส้นแรงแม่เหล็กที่พุ่ง เข้าหาขั้วแม่เหล็ก S และเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิด จากกระแสเหนี่ยวนำด้านขวามือจะเสริมกับเส้น แรงแม่เหล็กที่พุ่งเข้าหาขั้วแม่เหล็ก S ทิศทาง การเคลื่ อนที่ของเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดจาก กระแสเหนี่ยวนำนี้หาได้จากกฎมือขวา ลักษณะ เป็นเส้นแรงแม่เหล็กรวมรอบตัวนำภายใต้ขั้ว แม่เหล็ก N จะเห็นได้จากรูปซึ่งเป็นเส้นแรงแม่ เหล็กที่จานแม่เหล็กรอบตัวนำภายใต้ขั้ว
แม่เหล็ก N นี้เกิดจากเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสเหนี่ยวนำและเส้นแรงแม่ เหล็กจากขั้วแม่เหล็ก N เมื่อเป็นเช่นนี้จะทำให้เกิดแรงเคลื่อนที่ไปทางขวามือดัง รูป หรือจานตัวนำจะมีทิศทางการเคลื่อนที่ทวนเข็มนาฬิกา นั่นคือ จานตัวนำจะ เคลื่อนที่ไปทางเดียวกับการเคลื่อนที่ของแท่งแม่เหล็กที่กำหนดไว้ในครั้งแรก ซึ่ง ทิศทางการเคลื่อนที่ของจานตัวนำก็หาได้จากกฎของเฟลมมิ่ง และจานตัวนำซึ่ง เป็นส่วนเคลื่ อนที่นี้จะเคลื่ อนที่หรือหมุนความเร็วที่น้อยกว่าความเร็วที่น้อยกว่า ความเร็วของแท่งแม่เหล็กเคลื่ อนที่หรือแม่เหล็กหมุนเสมอ
ที่ยึดติดอยู่กับโครงเหล็กเคลื่อนที่ทวนเข็มนาฬิกา ก็เหมือนกับว่าให้ขั้วแม่เหล็กอยู่กับ ที่แล้วทำให้ตัวนำทรงกระบอกเคลื่อนที่ตามเข็มนาฬิกา จะเกิดการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ไฟฟ้าที่ตัวนำทรงกระบอก โดยจะเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ทิศทางการเคลื่อนที่ หรือการไหลของกระแสเหนี่ยวนำหาได้จากกฎมือขวาของเฟลมมิ่ง จะได้ว่ากระแส เหนี่ยวนำภายใต้ขั้วแม่เหล็ก N จะไหลจากจากขอบแกนทรงกระบอกเข้าเข้าสู่ภายใต้แม่ เหล็ก N และกระแสเหนี่ยวนำภายใต้ขั้วแม่เหล็ก S จะไหลจะไหลจากแกนทรงกระบอก ผ่านภายใต้ขั้วแม่เหล็ก S ไปยังแกนมือด้านมือ
ดังนั้นทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำภายขั้วแม่เหล็ก N ทั้งสองขั้วนี้ ทั้งสองขั้วนี้จะมี ทิศทางเหมือนกัน คือไหลจากขอบด้านนอกของแกนตัวนำซ้ายมือ ผ่านภายใต้ขั้ว N ไปสู่ ขอบแกนตัวนำขวามือ และทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำภายใต้ขั้วแม่เหล็ก S ทั้งสองก็จะมี ทิศทางเหมือนกันคือไหลจากขอบแกนตัวนำด้านในขวามือ ผ่านภายใต้ขั้วแม่เหล็ก S ออก มาสู่ขอบแกนตัวนำด้านซ้ายมือ เมื่อเกิดกระแสเหนี่ยวนำภายใต้ขั้วแม่เหล็กแล้ว จะทำให้แกนตัวนำทรงกระบอก เคลื่อนที่หมุนไป ซึ่งทิศทางการเคลื่อนที่หมุนไปของแกนตัวนำทรงกระบอกนี้หาได้โดยใช้ กฎมือขวาของเฟลมมิ่ง คือกางนิ้วหัวแม่มือ นิ้วชี้ และนิ้วกลางให้ตั้งฉากแก่กันและกัน เมื่อให้นิ้วชี้แทนทิศทางการเคลื่อนที่ของเส้นแรงแม่เหล็ก N หรือ S นิ้วกลางแทนทิศทาง การไหลของกระแสเหนี่ยวนำภายใต้ขั้วแม่เหล็ก N หรือ S แล้วนิ้วหัวแม่มือจะแทนทิศทาง การเคลื่อนที่ของแกนตัวนำทรงกระบอกที่เคลื่อนที่ไป ดังนั้นจะทำให้แกนตัวนำทรง กระบอก หมุนทวนเข็มนาฬิกาตามทิศทางของขั้วแม่เหล็กที่กำหนดให้เคลื่อนที่ไว้ครั้งแรก
แต่อย่างไรก็ตาม เราไม่สามารถที่จะทำให้ขั้วแม่เหล็กที่ยึดติดอยู่กับโครงของมอเตอร์ เคลื่อนที่ได้ แต่เป็นข้อที่น่าสังเกตก็คือ ถ้าโรเตอร์ของมอเตอร์เคลื่อนที่หมุนไปในทิศทาง ใด ขอให้เข้าใจไว้ว่าสนามแม่เหล็กจากขั้วแม่เหล็กที่ยึดติดกับโครงจะต้องเคลื่อนที่ใน ทิศทางนั้นเสมอ
สนามแม่เหล็กหมุน (Revolving field หรือ Rotating field) สนามแม่เหล็กหมุนในมอเตอร์สองเฟส ก่อนอื่นต้องทำความเข้าใจให้ดีว่า ในมอเตอร์ หนึ่งเฟส จะมีขดลวดสนามแม่เหล็กที่สเตเตอร์หนึ่งชุด ต่อขั้วแม่เหล็กหนึ่งขั้วในมอเตอร์ สองเฟสจะมีขดลวดสนามแม่เหล็กที่สเตเตอร์สองชุดต่อขั้วแม่เหล็กหนึ่งขั้วแม่เหล็กหนึ่ง ขั้ว และในมอเตอร์สามเฟส จะมีขดลวดสนามแม่เหล็กที่สเตเตอร์สามชุด ต่อขั้วแม่เหล็ก หนึ่งขั้ว ดังนั้นในกรณีที่กำลังกล่าวถึงอยู่นี้ เป็นมอเตอร์สองเฟส ถ้าเป็นมอเตอร์ชนิดสอง ขั้วแม่เหล็กหรือสองโพล คือมีขั้ว N หนึ่งขั้ว และมีขั้ว S หนึ่งขั้ว ขั้ว N ก็จะมีขดลวดสนาม แม่เหล็ก 2 ชุด และขั้ว S จะมีขดลวดสนามแม่เหล็ก 2 ชุดเช่นเดียวกัน โดยที่ขดลวดแต่ละ ชุดจะพันให้ห่างกัน 90 องศาไฟฟ้า
สนามแม่เหล็กหมุนของมอเตอร์สองเฟสชนิดสองโพล
เพื่อให้เกิดความเข้าในได้ง่าย จะกล่าวถึงขดลวดสเตเตอร์ชนิดที่พันลงในสล๊อทละหนึ่ง คอยล์ที่เรียกว่า Single layer ตามรูป ดังนั้น ขดลวดทั้งชุด A และ B ภายใต้ขั้วแม่เหล็ก N หรือขั้วแม่เหล็ก S นั้นจะพันลงในสล๊อทให้ห่างกัน 90 องศาไฟฟ้า และระบบไฟฟ้าสอง เฟสที่จะป้อนให้กับมอเตอร์นั้น จะทำมุมกัน 90 องศาไฟฟ้าด้วย หรือที่เรียกว่า แรงดัน ไฟฟ้าเฟสที่หนึ่งจะนำหน้าแรงดันไฟฟ้าที่สองเป็นมุม 90 ไฟฟ้า จากรูปหน้าที่แล้ว ขดลวดชุด A หรือ เฟส A จะมีต้นกับปลายคือ +A และ –A ขดลวด ชุด B หรือ เฟส B มีต้นปลายคือ +B และ –B สมมุติให้กระแสไฟฟ้าจากระบบสองเฟสที่ เป็นบวกไฟลเข้าขดลวดด้าน + ออกทางด้าน – และกระแสไฟฟ้าที่เป็นลบไหลเข้าขดลวด ด้าน – ออกทางด้าน + สำหรับรูป เป็นลักษณะกระแสไฟสองเฟสคือ กระแสไฟฟ้า A, IA และกระแสไฟเฟส B, IB กระแสไฟฟ้า IB จะล้าหลังกระแสไฟ IA อยู่ 90 องศาไฟฟ้า
เมื่อป้อนกระแสไฟฟ้า IA และ IB เข้าลดลวดเฟส A และเฟส B จะเกิดผลดังนี้ ณ. จุดที่ 1 กระแส IA มีค่าศูนย์ กระแส IB มีค่าลบสูงสุด (-IB) ดังนั้นกระแส IB จะไหลเข้าขดลวดเฟส B ทีด้าน –B และไหลออกทางด้าน +B เมื่อทราบทิศทาง ของกระแสไหลในขดลวดแต่ละเฟสแล้ว ก็หาทิศทางของเส้นแรงแม่เหล็ก เคลื่อนที่ได้โดยใช้กฎไขควงมือขวา กำขดลวดแต่ละด้าน ให้หัวแม่มือแทนทิศทาง การไหลของกระแส ส่วนนิ้วทั้งสี่ที่เหลือจะแทนทิศทางการเคลื่อนที่ของเส้นแรง แม่เหล็ก ดังนั้นเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจากขดลวดเฟส B จะเคลื่อนที่ทะแยงลง จากขวามือไปสู่ซ้ายมือ หรือจากด้าน +A ไปสู่ด้าน –A ของขดลวดเฟส A
ณ. จุดที่ 2 กระแส IA จะมีค่าเป็นบวก จึงไหลเข้าขดลวดเฟส A ที่ด้าน +A และไหลออกที่ด้าน –A กระแส IB จะมีค่าเป็นลบ จึงไหลเข้าขดลวดเฟส B ที่ด้าน –B และไหลออกที่ด้าน +B เมื่อใช้กฎไขควงมือขวาหาทิศทางของเส้นแรงแม่ เหล็กที่เกิดจากขดลวดทั้งสองเฟสแล้วก็จะได้ว่า เส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจาก ขดลวดเฟส A ที่ด้าน +A และเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจากขดลวดเฟส B ที่ ด้าน –B จะมีทิศทางการเคลื่อนที่เสริมกัน และเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดจากขด ลวดเฟส A ที่ด้าน –A เส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดเฟส B ที่ด้าน +B จะมี ทิศทางการเคลื่อนที่เสริมกัน ทำให้เส้นแรงแม่เหล็กรวมเคลื่อนที่ในแนวระดับ จากขวามือไปซ้ายมือ
ณ. จุดที่ 3 กระแส IA มีค่าเป็นบวก จึงไหลเข้าขดลวดเฟส A ที่ด้าน +A และ ไหลออกที่ด้าน –A กระแส IB จะมีค่าเป็นศูนย์ ดังนั้นขดลวดเฟส B จึงไม่มี กระแสไฟไหลเข้า เมื่อใช้กฎไขควงมือขวา หาทิศทางของเส้นแรงแม่เหล็ก เคลื่ อนที่จะพบว่าเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจะเคลื่ อนที่ทะแยงขึ้นจากขวามือไปสู่ ซ้ายมือ หรือจากด้าน +B ไปสู่ด้าน –B ของขดลวดเฟส B ณ. จุดที่ 4 กระแส IA และ IB เป็นบวกจึงไหลเข้าขดลวดเฟส A และเฟส B ที่ด้าน +A และด้าน +B และไหลออกทางด้าน –A และด้าน –B ตามลำดับ เมื่อใช้ กฎไขควงมือขวาหาทิศทางของเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดทั้งสองเฟส จะพบว่าเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดเฟส A และเฟส B มีทิศทางการ เคลื่อนที่เสริมกัน คือเคลื่อนที่จากด้านล่างขึ้นสู่ด้านบนตามแนวดิ่ง
จากที่ได้กล่าวมาจะสังเกตเห็นว่า สนามแม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดเฟส A และ เฟส B จะเคลื่อนที่จากด้านบนลงสู่ด้านล่างตามทิศทางการเคลื่อนที่ของเข็ม นาฬิกา ถ้าพิจารณษต่อไปอีก สนามแม่เหล็กก็จะเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ การเคลื่อนที่ ของสนามแม่เหล็กไปรอบ ๆ แบบนี้ เรียกว่า สนามแม่เหล็กหมุน ถึงแม้ว่าจะเป็นมอเตอร์แบบสองเฟส ชนิด 4 โพลหรือ 6 โพลก็ตาม เมื่อ พิจารณาการเคลื่อนที่ของสนามแม่เหล็กแล้ว ก็จะได้ในทำนองเดียวกัน ตามรูป ข้างล่าง แสดงให้เห็นถึงสนามแม่เหล็กหมุนของมอเตอร์สองเฟสชน
สนามแม่เหล็กหมุนในมอเตอร์สามเฟส ดังที่ได้กล่าวมาแล้วว่ามอเตอร์สามเฟส ก็คือมอเตอร์ที่มีจำนวนขดลวดภายใต้ ขั้วแม่เหล็กแต่ละขั้วรวมกันสามชุด ซึ่งอาจจะเรียกว่า ชุดที่ 1 ชุดที่ 2 ชุดที่ 3 หรือ เรียกว่าเฟส 1 เฟส 2 เฟส 3 หรือ เฟส A เฟส B เฟส C เป็นต้น พิจารณาสนาม แม่เหล็กหมุนในมอเตอร์สามเฟสได้ดังรูปข้างล่าง ซึ่งในรูปแสดงให้เห็นมอเตอร์ สามเฟสชนิด 4 โพล ซึ่งแต่ละโพลก็จะมีขดลวด 3 ชุดคือ เฟส A เฟส B และเฟส C ในรูปข้างล่างเป็นกระแสไฟฟ้าจากเครื่องกำหนดสามเฟสที่จะป้อนให้กับ มอเตอร์คือกระแส IA, IB และ IC ซึ่งกระแสแต่ละส่วนจะทำมุมกัน 120 องศา ไฟฟ้า
สนามแม่เหล็กหมุนของมอเตอร์สามเฟส
เริ่มพิจารณา จุดที่ (1) ในรูป กระแส IA มีค่าเป็นศูนย์ กระแส IB เป็นลบ กระแส IC เป็นบวก ดังนั้นกระแส IB จะไหลเข้าขดลวดเฟส B ที่ด้าน -B และไหลออก ทางด้าน +B กระแส IC จะไหลเข้าขดลวดเฟส C ที่ด้าน +C และไหลออกทางด้าน –C จะไม่มีกระแสไฟไหลเข้าขดลวดเฟส A เมื่อใช้กฎไขควงมือขวา หาทิศทางการ เคลื่อนที่ของเส้นแรงเม่เหล็กที่เกิดขึ้นแล้ว จะพบว่าเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดจาก ขดลวดเฟส B ที่ด้าน +B และเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดเฟส C ที่ด้าน –C ที่อยู่ใกล้กันจะมีทิศทางเสริมกัน เส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดเฟส Bที่ด้าน –B และเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดเฟส C ที่ด้าน +C ที่อยู่ใกล้กันจะมี ทิศทางเสริมกัน และเส้นแรงแม่เหล็กนี้จะเคลื่อนที่จากขั้ว N ไปสู่ขั้ว S จะได้ขั้วแม่ เหล็ก N ในแนวดิ่งและได้ขั้วแม่เหล็ก S ในแนวนอน
พิจารณาจุดที่ (2) กระแส IA และ IC เป็นบวกและมีค่าเท่ากัน กระแส IB เป็นลบ สูงสุด กระแส IA จะไหลเข้าขดลวดเฟส A ที่ด้าน +A และไหลออกที่ด้าน –A กระแส IC จะไหลเข้าขดลวดเฟส C ที่ด้าน +C และไหลออกที่ด้าน –C กระแส IB จะไหลเข้าขดลวดเฟส B ที่ด้าน –B และไหลออกที่ด้าน +B เมื่อใช้กฎไขควง มือขวาพิจารณาหาทิศทางการเคลื่ อนที่ของเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจะพบว่า ขดลวดเฟส A ที่ด้าน –A ขดลวดเฟส B ทีด้าน +B ขดลวดเฟส C ที่ด้าน –C ที่อยู่ ใกล้กันจะสร้างเส้นแม่เหล็กขึ้นมา มีทิศทางเสริมกัน และขดลวดเฟส A ที่ด้าน + A ขดลวดเฟส B ที่ด้าน –B ขดลวดเฟส C ที่ด้าน +C ที่อยู่ใกล้กันจะสร้างเส้นแรง แม่เหล็กขึ้นมาเสริมกัน ทำให้ขั้วแม่เหล็ก N ในจุดที่ 1 ซึ่งอยู่ในแนวดิ่งเริ่ม เคลื่อนที่ไปทางขวามือห่างจากแนวดิ่งเล็กน้อย และขั้วแม่เหล็ก S ในจุดที่ 1 ซึ่ง อยู่ในแนวนอนเริ่มเคลื่ อนที่ออกห่างจากแนวนอนเล็กน้อยด้วย
พิจาราณาจุดที่ (3) กระแส IA เป็นบวก กระแส IB เป็นลบ กระแส IC เป็น 0 กระแส IA ไหลเข้าขดลวดเฟส A ที่ด้าน A+ และจะไหลออกทางด้าน A- กระแส IB จะไหลเข้าขดลวดเฟส B ที่ด้าน B- และไหลออกที่ด้าน B + ส่วนขดลวดเฟส C จะ ไม่มีกระแสไหล เมื่อใช้กฎมือขวาพิจารณาหาทิศทางเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้นพบ ว่า ขดลวดเฟส A ที่ด้าน –A และขดลวดเฟส B ที่ด้าน +B ที่อยู่ใกล้กันจะสร้าง เส้นแรงแม่เหล็กขึ้นมาเสริมกัน และขดลวดเฟส A ที่ด้าน +A ขดลวดเฟส B ที่ ด้าน -B ที่อยู่ใกล้กันจะสร้างเส้นแรงแม่เหล้กขึ้นมาเสริมกันทำให้ขุ้วแม่เหล็ก N เคลื่อนที่ห่างจากแนวดิ่งมากขึ้น และขั้วแม่เหล้ก S ก็จะเคลื่อนที่ห่างจากแนว นอนมากขึ้นเช่นกัน
พิจารณาจุดที่ (4) กระแส IA เป็นบวกสูงสุด กระแส IB และ IC เป็นลบและมีค่า เท่ากัน กระแส IA จะไหลเข้าขวดลวดเฟส A ที่ด้าน +A และไหลออกที่ด้าน –A กระแส IB และ IC จะไหลเข้าขดลวดเฟส B และเฟส C ที่ด้าน – B และ –C และ ไหลออกที่ด้าน +B และ +C ตามลำดับ เมื่อใช้กฎไขควงมือขวาพิจารณาหา ทิศทางการเคลื่อนที่ของเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจะพบว่า ขวดลวดเฟส A ที่ ด้าน –A ขดลวดเฟส B ที่ด้าน +B ขดลวดเฟส C ที่ด้าน +C ที่อยู่ใกล้กันจะสร้าง เส้นแรงแม่เหล็กขึ้นมาเสริมกัน ขดลวดเฟส A ที่ด้าน+A ขดลวดเฟส B ที่ด้าน – B ขดลวดเฟส C ที่ด้าน –C ที่อยู่ใกล้ดันจะสร้างเส้นแรงแม่เหล็กขึ้นมาเสริมกัน ทำให้ขั้วแม่เหล็ก N เคลื่อนที่ออห่างจากแนวดิ่งมายิ่งขึ้น และขั้วแม่เหล็ก S ก็จะ เคลื่อนที่ออกห่างจากแนวนอนมายิ่งขึ้น และมุมการเคลื่อนที่ของขั้ว S ห่างจาก แนวนอนนี้จะเท่ากับมุมการเคลื่อนที่ของขั้ว N ห่างจากแนวดิ่งด้วย
จากที่ได้กล่าวมาในหัวข้อนี้จะเห็นว่า สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้น จากขดลวดที่พันอยู่กับสเตเตอร์ของมอเตอร์สามเฟส จะ เคลื่อนที่ไปเรื่อย ๆ การเคลื่อนที่ของสนามแม่เหล็กจากขด ลวดสเตเตอร์แบบนี้ เรียกว่าสนามแม่เหล็กหมุน (revolving field หรือ rotating field)
สนามแม่เหล็กหมุนในมอเตอร์หนึ่งเฟส สำหรับมอเตอร์หนึ่งเฟสในหนึ่งขั้วแม่เหล็กจะมีขดลวดเพียงชุดเดียวเท่านั้น สนามแม่เหล็กแทนที่จะหมุนเช่นเดียวกับมอเตอร์ สองเฟส หรือมอเตอร์สาม เฟส แต่จะกลับขั้วจากขั้วเหนือ N เป็นขั้วใต้ S และจะกลับจากขั้วใต้S เป็นขั้ว เหนือ N กลับไปกลับมาเท่านั้น จะทำให้โรเตอร์นั้นไม่หมุน เพื่อที่จะให้โรเตอร์หมุนก็จำเป็นที่จะต้องทำให้สนามแม่เหล็กหมุนก่อน หลัก การขั้นต้นคือการพันขดลวดเข้าไปที่สเตเตอร์อีกชุดหนึ่ง เรียกขดลวดชุดนี้ว่า ขดลวดช่วยหมุน และเรียกขดลวดชุดแรกว่า ขดลวดหลักหรือขดลวดเมน ( Main winding ) ขดลวดหลักหรือขดลวดเมนนี้ก็จะทำให้โรเตอร์หมุนอยู่ ตลอดเวลา จึงเรียกว่าขดลวดรันหรือขดรัน ( Running winding ) และเรียก ขดลวดอีกชุดหนึ่งว่า ขดสตาร์ท ( Starting winding )
โดยการออกแบบจะออกแบบให้ขดลวดสตาร์ทมีค่าความต้านทานสูงๆ และ ให้ขดลวดรันมีค่าอินดั๊กแตนซ์สูงๆ จะทำให้กระแสที่ไหลเข้าขดลวดทั้งสองขด มีมุมเฟสที่ห่างกัน 90 องศาทางไฟฟ้า ส่วนกระแสที่ไหลผ่านขดรันก็จะเกิดขั้ว เหนือ N ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กหมุนขึ้นโดยอาศัยหลักการของมอเตอร์สอง เฟสนั่นเอง เมื่อโรเตอร์หมุนด้วยความเร็วเต็มพิกัดแล้ว ขดสตาร์ทก็จะถูกตัด ออกจากวงจรโดยสวิทช์อัติโนมัติ
ความหมายของพารามิเตอร์ ความเร็วซิงโครนัส ที่กล่าวมาแล้วว่าเมื่อป้อนไฟฟ้ากระแสสลับให้กับขดลวดส เตเตอร์ของมอเตอร์ จะเกิดสนามแม่เหล็กหมุน ความเร็วของสนามแม่เหล็ก หมุนนี้ขึ้นอยู่กับจำนวนขั้วแม่เหล็กและความถี่ของระบบไฟฟ้า ความเร็วของ สนามแม่เหล็กหมุนนี้เราเรียกว่า ความเร็วซิงโคนัส
จำนวนขั้วแม่ ความเร็วซิงโครนัส Ns เหล็กPole fff = 25 = 50 = 60 2 1500 3000 3600 4 750 1500 1800 6 500 1000 1200 8 375 750 900
ความเร็วโรเตอร์ และสลิป ในความเป็นจริงแล้ว โรเตอร์จะหมุนด้วยความที่ต่ำกว่าความเร็วซิงโครนัส เสมอถ้าโรเตอร์หมุนด้วยความเร็วซิงโ ครนัสแล้วจะไม่เกิดการเหนี่ยวนำ แม่เหล็ก ไฟฟ้าและจะไม่เกิดแรงบิดขึ้นมาคือโรเตอร์จะไม่หมุนนั่นเอง เมื่อโรเตอร์หมุนด้วย ความเร็วที่ต่ำกว่าความเร็วซิงโครนัสและความเเตกต่างนี้เองที่เรียกว่าความเร็ว สลิป หรือ สลิป ดังนั้น Slip speed = Ns –Nr รอบต่อนาที เมื่อจะแสดงค่าสลิปอยู่ในรูปเปอร์เซ็นต์ ก็หาได้ดังนี้คือ
ซึ่งค่าสลิปของมอเตอร์ที่ใช้งานทั่วไป ที่โหลด เต็มพิกัดจะมีค่าอยู่ในช่วง 1-10 เปอร์เซ็นต์ และความเร็วโรเตอร์ที่ค่าสลิปใดๆ จะมี
แรงเคลื่อนเหนี่ยวนำและความถี่โรเตอร์ ถ้าโรเตอร์หมุนด้วยความเร็วเท่ากับความ เร็วซิงโครนัส จะไม่เกิดการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้น คือไม่เกิดแรงเคลื่อน เหนี่ยวนำไม่เกิดกระแสเหนี่ยวนำ และจะไม่เกิดความถี่ขึ้นที่โรเตอร์ แต่ถ้าโรเตอร์อยู่ กับที่จะเกิดแรงเคลื่อนเหนี่ยวนำ และเกิดความถี่ขึ้นที่โรเตอร์ และมีค่าเท่ากับ ความถี่ของระบบไฟฟ้าที่ป้อนให้กับมอเตอร์ ณ จุดนี้ มอเตอร์จะมีสลิป = 1 ถ้า มอเตอร์มีสลิป = 0.5 ความถี่โรเตอร์จะมีค่าเป็นครึ่งหนึ่งของค่าความถี่ที่ป้อนให้ กับมอเตอร์ และถ้ามอเตอร์มีสลิป 0.25 ความถี่โรเตอร์จะมีค่าเป็น 25% ของ ความถี่ที่ป้อนให้กับมอเตอร์ ความถี่โรเตอร์ (rotor frequency) จะขึ้นอยู่กับผล ต่างของความเร็วซิงโครนัส และความเร็วโรเตอร์ดังนี้
ดังนั้นความถี่ของโรเตอร์ fr จะมีค่าเท่ากับค่าสลิปคูณ กับความถี่ของระบบไฟฟ้าที่ป้อนให้กับมอเตอร์
สำหรับแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่โรเตอร์นั้น ดังได้กล่าวมาแล้วว่า โรเตอร์จะ หมุนด้วยความเร็วที่ต่ำกว่าความเร็วสเตเตอร์ หรือความเร็วซิงโครนัส เมื่อใดก็ตามถ้า โรเตอร์หมุนด้วยความเร็วเท่ากับความเร็วซิงโครนัสแล้ว จะไม่เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า เหนี่ยวนำขึ้นที่โรเตอร์ดังนั้นเมื่อป้อนไฟฟ้าให้กับมอเตอร์ขณะที่โรเตอร์อยู่กับที่ สนาม แม่เหล็กจากสเตเตอร์จะติดกับโรเตอร์ด้วยอัตราสูงสุด จะเกิดแรงเคลื่อนเหนี่ยวนำ สูงสุดขึ้นที่โรเตอร์ ซึ่งขนาดของแรงเคลื่อนเหนี่ยวนำนี้ จะขึ้นอยู่กับจำนวนรอบชด ลวดสเตเตอร์ขนาดแรงดันไฟฟ้าที่ป้อนให้กับสเตเตอร์ และจำนวนรอบของขดลวด โรเตอร์ด้วย ดังนั้น แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำต่อเฟสที่โรเตอร์จะมีค่าเท่ากับแรงดันที่ ป้อนให้กับสเตเตอร์ต่อเฟสคูณด้วยอัตราส่วนระหว่างจำนวนรอบขดลวดโรเตอร์ต่อ จำนวนรอบขดลวดสเตเตอร์ต่อเฟส
และเมื่อมอเตอร์หมุนด้วยความเร็วที่สลิปใด ๆ ก็ตาม แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยว นำที่เกิดขึ้นที่โรเตอร์จะเปลี่ยนแปลงไปตามสลิปนั้น และมีค่าดังนี้
กำลังและกระแสโรเตอร์ การเปลี่ยนกำลังไฟฟ้าเป้นกำลังทางกลของมอเตอร์นั้นจะเกิดขึ้นที่โรเตอร์ ในอินดั๊กชั่นมอเตอร์ กำลังอินพุทของโรเตอร์ไม่ได้เกิดจากการป้อนไฟฟ้าให้กับ โรเตอร์โดยตรง แต่เป็นการถ่ายทอดผ่านทางช่องว่าง ด้วยการเหนี่ยวนำ ได้ กล่าวมาแล้วว่า ไฟสลับที่ป้อนให้กับขดลวดสเตเตอร์ของมอเตอร์จะเหนี่ยวนำให้ เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ และความถี่ขึ้นในโรเตอร์ ซึ่งแรงเคลื่อนเหนี่ยวนำ ต่อเฟสก็คือ Er = SE2 ถ้าเอาแรงเคลื่อนจำนวนนี้หารด้วยอิมพีแดนซ์ต่อเฟส (Zr) ก็จำได้ค่ากระแสไฟต่อเฟสที่ไหลอยู่ในโรเตอร์ โดยที่อิมพีแดนซ์นี้ก็จะประกอบด้วยรี ซิสแตนซ์ และรีแอคแตนซ์(Rr = R2 และ Xr = SX2) โดยที่ X2 คือ รีแอคแตนซ์ ขณะที่โรเตอร์อยู่กับที่ จะสังเกตเห็นว่า รีแอคแตนซ์จะเป็นสัดส่วนกับสลิป S
กำลังอินพุทของโรเตอร์ต่อเฟส จะประกอบด้วย 2 ส่วนด้วยกันคือ กำลังส่วน ที่ทำให้เกิด ค๊อปเปอร์ลอส และกำลังไฟฟ้าส่วนที่เปลี่ยนเป็นกำลังทางกล และ เขียนได้เป็นสมการได้ดังนี้ กำลังอินพุท = ค๊อปเปอร์ลอส + กำลังทางกล ( เอ้าพุท )
ตัวอย่างที่ 6 ใช้ข้อมูลจากตัวอย่างที่ 5 จงคำนวณหาค่ากระแส โรเตอร์ ถ้า R2 = 0.1 X2= 0.5
ตัวอย่างที่ 7 ใช้ตัวอย่างที่ 5 และ 6 คำนวณหาค่า 1. กำลังอินพุท 2. ค๊อปเปอร์ลอสโรเตอร์ 3. กำลังเอ้าพุทโรเตอร์ในหน่วยวัตต์ 4. กำลังเอ้าพุทในหน่วยแรงม้า ( 1 แรงม้า = 736 วัตต์ )
Search
