บทท่ี 2 ทฤษฎีและหลักการ

มอเตอรไฟฟาเปนอุปกรณท่ีนิยมใชกันอยางแพรหลายในโรงงานตางเปนอุปกรณท่ีใช

ควบคุมเครื่องจักรกลตางๆในงานอุตสาหกรรม มอเตอรมีหลายแบบหลายชนิดท่ีใชใหเหมาะสมกับงาน ดังนั้นเราจึงตองทราบถึงความหมายและชนิดของมอเตอรไฟฟา ตลอดคุณสมบัติการใชงานของมอเตอรแตละชนิดเพ่ือใหเกิดประสิทธิภาพสูงสุดในการใชงานของมอเตอรนั้น ๆ และสามารถเลือกใชงานใหเหมาะสมกับงานดานการผลิตหรืองานอ่ืนท่ีเกี่ยวของได ดังนั้นเพ่ือศึกษาและปฏิบัติเกี่ยวกับ ชนิดโครงสราง สวนประกอบและหลักการทํางานของมอเตอรกระแสตรง มอเตอรกระแสสลับ 1 เฟส และ 3 เฟส การเริ่มเดินมอเตอร การกลับทางหมุน การตอวงจรมอเตอรตางๆ สัญลักษณท่ีใชในงานควบคุม การเลือกขนาดสายไฟฟาและปองกันอุปกรณควบคุมมอเตอรไฟฟา การควบคุมมอเตอรไฟฟากระแสตรงและกระแสสลับ การตอวงจรขดลวดสปลิตเฟสมอเตอรและมอเตอร 3 เฟส ตอสายวงจรการเริ่มเดินและกลับทางหมุนมอเตอรไฟฟากระแสตรงและกระแสสลับ 1 เฟส และ 3 เฟส

2.1 ความหมายและชนิดของมอเตอรไฟฟา

มอเตอรไฟฟาเปนอุปกรณท่ีนิยมใชกันอยางแพรหลายในโรงงานตางเปนอุปกรณท่ีใชควบคุมเครื่องจักรกลตาง ๆ ในงานอุตสาหกรรม มอเตอรมีหลายแบบหลายชนิดท่ีใชใหเหมาะสมกับงานดังนั้นเราจึงตองทราบถึงความหมายและชนิดของมอเตอรไฟฟาตลอดคุณสมบัติการใชงานของมอเตอรแตละชนิดเพ่ือใหเกิดประสิทธิภาพสูงสุดในการใชงานของมอเตอรนั้น ๆ และสามารถเลือกใชงานใหเหมาะสมกับงานและขบวนการผลิตหรืองานอ่ืนท่ีเกีย่วของได 2.1.1 ความหมายของมอเตอรและการจําแนกชนดิของมอเตอร มอเตอรไฟฟา (MOTOR) หมายถึงเครื่องกลไฟฟาชนิดหนึ่งท่ีเปล่ียนแปลงพลังงาน ไฟฟามาเปนพลังงานกล มอเตอรไฟฟาท่ีใชพลังงานไฟฟาเปล่ียนเปนพลังงานกลมีท้ังพลังงานไฟฟากระแสสลับและพลังงานไฟฟากระแสตรง

2.1.2 ชนิดของมอเตอรไฟฟา มอเตอรไฟฟาแบงออกตามการใชของกระแสไฟฟาได 2 ชนิดดังนี ้

5

2.1.2.1 มอเตอรไฟฟากระแสสลับ (Alternating Current Motor) หรือเรียกวา เอ.ซีมอเตอร (A.C. MOTOR) มอเตอรไฟฟากระแสสลับ เปนมอเตอรท่ีนิยมใชกันมากท่ีสุดในโรงงานอุตสาหกรรม มีขอดี คือ มีความเร็วรอบคงที่และตัวหมุนโรเตอร (Rotor) สวนมากเปนชนิดกรงกระรอก (Squirrel Cage) ไมมีขดลวดพันอยูจึงไมมีอันตรายจากประกายไฟฟาท่ีแปรงถานและคอมมิวเตเตอรเหมือนกับมอเตอรไฟฟากระแสตรงนําไปใชงานไดอยางกวางขวางโดยเฉพาะในโรงงานที่มีแกสหรือน้ํามันที่ไวไฟ ซึ่งมอเตอรไฟฟากระแสตรงไมสามารถนําไปใชไดมอเตอรไฟฟากระแสสลับ สามารถจําแนกชนิดของมอเตอรได ดงันี้

1. มอเตอรไฟฟากระแสสลับชนิด 1 เฟส หรือเรียกวาซิงเกิลเฟสมอเตอร (A.C. Sing Phase) - สปลิทเฟส มอเตอร ( Split - Phase Motor) - คาปาซิเตอรมอเตอร (Capacitor Motor) - รีพัลช่ันมอเตอร (Repulsion - type Motor) - ยูนิเวอรแวซลมอเตอร (Universal Motor) - เช็ดเดดโพล มอเตอร (Shaded - pole Motor)

2. มอเตอรไฟฟาสลับชนิด 2 เฟสหรือเรียกวาทูเฟสมอเตอร (A.C.Two Phase Motor) 3. มอเตอรไฟฟากระแสสลับชนิด 3 เฟสหรือเรียกวาทีเฟสมอเตอร (A.C. Three Phase Motor)

1.2.2 มอเตอรไฟฟากระแสตรง (Direct Current Motor) หรือเรียกวา ดี.ซี มอเตอร (D.C. MOTOR) มอเตอรไฟฟากระแสตรง เปนตนกําลังขับเคล่ือนท่ีสําคัญอยางหนึ่งในโรงงานอุตสาหกรรม เพราะมีคุณสมบัติท่ีเดนในดานการปรับความเร็วได ตั้งแตความเร็วต่ําสุดจนถึงสูงสุด นิยมใชกันมาก ในโรงงานอุตสาหกรรม เชน โรงงานทอผา โรงงานเสนใยโพลีเอสเตอร มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบงตามลักษณะการตอขดลวดสนามแมเหล็กได 3 แบบ คือ

1.มอเตอรแบบอนุกรมหรือเรียกวาซีรสีมอเตอร (Series Motor) 2.มอเตอรแบบอนุขนานหรือเรียกวาชันทมอเตอร (Shunt Motor) 3.มอเตอรไฟฟาแบบผสมหรือเรียกวาคอมเปาวดมอเตอร (Compound Motor)

6

รูปที่ 2.1 แผนผังการจําแนกประเภทของมอเตอร

7

2.2 มอเตอรไฟฟากระแสตรง มอเตอรไฟฟากระแสตรง คือ เครื่องกลไฟฟาท่ีทํางานโดยอาศัยแหลงกําเนิดภายนอกท่ีเปนไฟฟากระแสตรง

2.2.1 โครงสรางของมอเตอรไฟฟากระแสตรง เม่ือพิจารณาภาพตัดของมอเตอรไฟฟากระแสตรง ท่ีแสดงในรูปท่ี 2.2 จะพบวา โครงสราง

ของ มอเตอรประกอบดวย เปลือกนอกของมอเตอร (Iron Frame) ทําดวยเหล็กหลอ ทําหนาท่ีหุม สวนประกอบตาง ๆ ของมอเตอร จะติดตะขอไวเพ่ือใชในการขนยายมอเตอร ตัวหมุนของมอเตอรจะเรียกวา อารเมเจอร (Armature) ทําดวยเหล็กมีแกนกลาง (Shaft) เปนแกนหมุนรอบ อารเมเจอรพันดวยขดลวดสนามแมเหล็ก (Field Coil) และมีขั้วแมเหล็ก (Pole Piece) ยึดติดกับเปลือกของมอเตอร มี แปรงถาน (Brushes) เปนตัวนําไฟฟาจากแหลงจายภายนอกไปจายให

รูปที่ 2.2 โครงสรางของมอเตอรไฟฟา

อารเมเจอร (Armature) คือ ตัวหมุนของมอเตอร อาจเรียกอีกช่ือหนึ่งวา โรเตอร (Rotor) ทําจากแผนโลหะบางอัดซอนกัน (Laminate Sheet Steel) รอบ ๆ แผนทําเปนรอง (Slot) ใชสําหรับใสขดลวดสนามแมเหล็ก ปลายของขดลวดท่ีพันอยูบนอารเมเจอร จะนํามาตอกับคอมมิวเตเตอร (Commutator) ซ่ึงทําดวยซ่ีทองแดง (Segment) ท่ีติดตั้งอยูดานบนของอารเมเจอรและปลายดานหนึ่งของคอมมิวเตเตอร ตอกับขดลวดสนามแมเหล็กท่ีพันอยูกับตัวอารเมเจอร

8

รูปที่ 2.3 อารเมเจอรและคอมมิเตเตอร

แปรงถาน คือ แทงคารบอนท่ีกดแนบกับคอมมิวเตเตอร เพ่ือตอไฟฟาจากวงจรภายนอกเขา

สูคอมมิวเตเตอร แปรงถานจะยึดอยูท่ีกลองใสแปรงถานและมีสปริงเปนตัวกดแปรงถานใหสัมพันธกับคอมมิวเตเตอร ลักษณะของแปรงถานแสดงในรูปท่ี 2.4

รูปที่ 2.4 แปรงถาน

ขั้วแมเหล็กและขดลวดสนาม (Pole Piece and Field Coil) ขั้วแมเหล็กสําหรับมอเตอรกระแสตรงมีลักษณะเปนขั้วแมเหล็กยื่น (Pole Shoes) ดังรูปท่ี 2.5 (ก) และทําจากแผนเหล็กบางอัดซอนกันเหมือนกับอารเมเจอร รอบ ๆ ของขั้วแมเหล็กจะพันดวยขดลวดสนาม ขดลวดนี้จะรับไฟตรงเขามาเพ่ือสรางสนามแมเหล็กระหวางขั้วแมเหล็กของมอเตอร ลักษณะของขดลวดสนามดังรูปท่ี 2.5 (ข)

9

(ก) ขั้วสนามแมเหลก็ (ข) ขดลวดสนาม

รูปที่ 2.5 ขั้วแมเหล็กและขดลวดสนามของมอเตอร

2.2.2 ประเภทของมอเตอรไฟฟากระแสตรง มอเตอรไฟฟากระแสตรง สามารถแบงประเภทของมอเตอรตามลักษณะการตอขดลวด

สนามแมเหล็กได 3 แบบ ดังนี้ 2.2.2.1 มอเตอรแบบขนาน (Shunt Motor)

มอเตอรแบบขนาน คือ มอเตอรท่ีตอขดลวดสนามแมเหล็กซ่ึงนิยมเรียกตามช่ือมอเตอรวาชันทฟลด (Shunt Field) ขนานกับอารเมเจอรของมอเตอร มอเตอรแบบขนานมีคุณสมบัติท่ีดีคือใหความเร็วรอบคอนขางคงท่ีจึงนิยมนําไปใชในเครื่องจักรกลท่ีตองหมุนดวยรอบคงท่ี เชน เครื่องกลึง เครื่องไส เครื่องกัด ฯลฯ ลักษณะการตอมอเตอรไฟฟากระแสตรงแสดงดังรูปท่ี 2.6

รูปที่ 2.6 มอเตอรแบบขนาน

10

2.2.2.2 มอเตอรแบบอนกุรม (Series Motor) มอเตอรแบบอนุกรม คือ มอเตอรท่ีตอขดลวดสนามแมเหล็กอนุกรมกับอารเมเจอร

ของมอเตอรจึงเรียกขดลวดสนามแมเหล็กของมอเตอรชนิดนี้วา ซีรีสฟลด (Series Field) มีคุณลักษณะท่ีดี คือ ใหแรงบิดสูงจึงนิยมใชเปนตนกําลังของรถไฟฟา รถยกของ เครนไฟฟา ความเร็วรอบของมอเตอรอนุกรมนี้จะ ลดลงเม่ือโหลดของมอเตอรเพ่ิมขึ้น เม่ือไมมีโหลดความเร็วจะสูงมาก ดังนั้นเม่ือเริ่มสตารทมอเตอรแบบอนุกรมจึงตองใหมีโหลดตออยูเสมอเพ่ือใหเกิดความปลอดภัยลักษณะของมอเตอรไฟฟากระแสตรง แบบอนุกรมแสดงในรูปท่ี 2.7

รูปที่ 2.7 มอเตอรแบบอนุกรม

2.2.2.3 มอเตอรแบบผสม (Compound Motor) มอเตอรแบบผสมจะนําคุณลักษณะท่ีดีของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนาน

และแบบ อนุกรมมารวมกัน เปนมอเตอรท่ีมีแรงบิดเริ่มหมุนและมีความเร็วรอบคงท่ีกวา มอเตอรอนุกรม การตอมอเตอรแบบผสมมีวิธีการตอขดลวดขนาน (Shunt field) อยู 2 วิธี คือ วิธีท่ีหนึ่ง การตอขดลวดชันท (Shunt field) กับขดลวดอนุกรมและอารเมเจอร เรียกวา ลองชันท (Long Shunt Compound Motor) ดังรูปท่ี 2.8 (ก) และวิธีท่ีสองตอขดลวดชันทขนานกับอารเมเจอร เรียกวา ชอทชันท (Short Shunt Compound Motor) ดังรูปที 2.8 (ข)

11

(ก) Long Shunt (ข) Short Shunt

รูปที่ 2.8 มอเตอรแบบผสม

เม่ือเปรียบเทียบคุณลักษณะของมอเตอรไฟฟากระแสตรงท้ัง 3 แบบ ในดานความเรว็รอบ

และแรงบิดของมอเตอรจะแสดงดังรูปท่ี 2.9

รูปที่ 2.9 กราฟลกัษณะสมบัตขิองมอเตอรไฟฟาเม่ือเปรียบเทียบระหวางความเร็วรอบ

และแรงบดิของมอเตอรไฟฟากระแสตรงทั้ง 3 ชนิด (แบบขนาน, แบบอนกุรม และแบบผสม)

จากรูปท่ี 2.9 จะเห็นวามอเตอรแบบอนุกรม เม่ือเริ่มหมุนจะมีความเร็วรอบสูงกวามอเตอรแบบขนานและมอเตอรแบบผสม สวนของมอเตอรแบบขนานจะมีความเร็วรอบคอนขางคงท่ีแตใหแรงบิดต่ํากวามอเตอรแบบอนุกรมและมอเตอรแบบผสม สวนของมอเตอรแบบผสมจะมีความเร็วรอบคงท่ีกวามอเตอรแบบอนุกรมและใหแรงบิดมากกวามอเตอรแบบขนาน

12

2.3 มอเตอรไฟฟากระแสสลับชนิด 1 เฟส มอเตอรไฟฟากระแสสลับ คือ เครื่องกลไฟฟาท่ีทํางานโดยอาศัยแหลงกําเนิดภายนอกท่ี

เปนไฟฟากระแสสลับมอเตอรไฟฟากระแสสลับแบงออกเปน 2 ชนิด คือ มอเตอรไฟฟากระแสสลับชนิด 1 เฟสและมอเตอรไฟฟากระแสสลับชนิด 3 เฟสโดยท่ีโครงสรางของมอเตอรไฟฟากระแสสลับชนิด 1 เฟส และโครงสรางของมอเตอรไฟฟากระแสสลับชนิด 3 เฟสมีลักษณะคลายกัน

2.3.1 โครงสรางของมอเตอรไฟฟากระแสสลับ สวนท่ีอยูกับท่ีหรือท่ีเรียกวา สเตเตอร (Stator) ทําดวยเหล็กวงกลมแผนบาง ๆ อัดซอนกัน

(Laminated Iron Core) ดังรูปท่ี 2.10 (ก) มีขดลวดสเตเตอร (Stator Coil) ดังรูปท่ี 2.10 (ข) พันอยูใน รองแกนสเตเตอร ดังรูปท่ี 2.10 (ค) ทําหนาท่ีเปนตัวรับกระแสไฟฟาจากภายนอกและเปล่ียนพลังงานไฟฟาใหเปนสนามแมเหล็กโดยสนามแมเหล็กจากขดลวดจะถายทอดไปยังแกนเหล็กเพ่ือทําใหเกิดสนามแมเหล็กจํานวนมากพอท่ีจะทําใหเกิดการเหนี่ยวนําท่ีตัวโรเตอรทําใหโรเตอรหมุน

(ก) สเตเตอร (ข) ขดลวดสเตเตอร (ค) ขดลวดเม่ือวางในสเตเตอร

รูปที่ 2.10 สเตเตอรและขดลวดสเตเตอร

ตัวหมุน หรือท่ีเรียกวา โรเตอร ทําหนาท่ีรับสนามแมเหล็กจากสเตเตอร โดยท่ัวไปโรเตอรมี 2 แบบ คือ

1. โรเตอรแบบกรงกระรอก (Squirrel Cage Rotor) ทําจากแผนโลหะบาง ๆ อัดเขาดวยกัน โดยมีเพลาเหล็กอยูแกนกลางผิวของโรเตอรจะมีรองตามแนวยาวโดยรองนี้จะมีทองแดงหรืออะลูมิเนียมเสนโต ๆ ฝงอยูโดยรอบและหัวทายของทองแดงหรืออะลูมิเนียมเสนนี้มีวงแวนปดรอบ

13

รูปที่ 2.11 โรเตอรแบบกรงกระรอก

2. โรเตอรแบบขดลวด (Wound Rotor) มีลักษณะเปนแกนเหล็กทําจากแผนโลหะบาง ๆ อัดซอนกนัและพันขดลวดอาบน้ํายาในรองแกนโรเตอร

รูปที่ 2.12 โรเตอรแบบขดลวด

ฝาครอบหัวทาย (End Plate) ทําหนาท่ีปดดานขางของมอเตอรและทําหนาท่ีรองรับเพลาท่ีติดกับแกนโรเตอร

รูปที่ 2.13 ฝาครอบหัวทาย

14

สวิตชแรงเหวี่ยงหนีศูนยกลาง (Centrifugal Switch) เปนสวิตซท่ีทํางานโดยอาศัยแรงเหวี่ยง จากแกนหมุนของโรเตอร ทําหนาท่ีตัดกระแสไฟเขาขดลวดสตารท (Starting Winding) หลังจากท่ี มอเตอรหมุนไปแลว

รูปที่ 2.14 สวิตชแรงเหว่ียงหนีศูนยกลาย

2.3.2 ประเภทของมอเตอรไฟฟากระแสสลบัชนดิ 1 เฟส มอเตอรไฟฟากระแสสลับชนิด 1 เฟส คือ มอเตอรท่ีใชกับแหลงจายไฟฟากระแสสลับ

1 เฟส 220 โวลต 50 เฮิรตซหรือขนาดแรงดันท่ีต่ํากวานี้ตามพิกัดของมอเตอร แบงออกได 5 แบบดังนี้

2.3.2.1 สปลิทเฟสมอเตอร (Split - Phase Motor) สปลิทเฟสมอเตอรเปนมอเตอรไฟฟากระแสสลับขนาดเล็กมีกําลังไมเกิน 1 แรงมา

นําไปใชงานอยางกวางขวาง เชน ปมนา พัดลม สวนประกอบของสปลิทเฟสมอเตอรประกอบดวย ฝาครอบสําหรับปดหัวและทายมอเตอร ภายในฝาปดทายมอเตอรจะมีสวิตชแรงเหวี่ยงหนีศูนยกลางติดตั้งอยูตัวหมุนหรือโรเตอรเปนแบบชนิดกรงกระรอกตัวอยูกับท่ีหรือสเตเตอรขดลวดท่ีพันในรองของสเตเตอรมี 2 ชุด คือ ชุดท่ี 1 เรียกกวา ขดรัน (Running Winding) เปนลวดเสนใหญพันจํานวน รอบมาก ชุดท่ี 2 เรียกวา ขดสตารท (Starting Winding) เปนลวดเสนเล็กกวาพันรอบนอยกวาขดรัน ขดลวดท้ังสองนี้จะตอขนานกันเพ่ือใหเกิดสนามแมเหล็กไฟฟา

15

รูปที่ 2.15 สปลิทเฟสมอเตอร

2.3.2.2 คาพาซิเตอรมอเตอร (Capacitor Motor) คาพาซิเตอรมีโครงสรางเหมือนกันกับสปลิทเฟสมอเตอร ตางกันท่ีคาพาซิเตอรตัว

หนึ่งตออนุกรมกับขดสตารทเพ่ิมขึ้นอีก 1 ตัว คาพาซิเตอรมอเตอรนี้มีขนาดตั้งแต 1/20 แรงมา จนถึง 10 แรงมา มอเตอรนี้ใชงานในตูเย็น ตู แช เครื่องอัดลม ปมน้ํา ฯลฯ มีคุณสมบัติพิเศษกวาสปลิทเฟสมอเตอร คือ จะกินกระแสไฟฟาตอนเริ่มสตารทนอยแตใหแรงบิดเริ่มหมุนสูงกวาสปลิทเฟสมอเตอร รูปที่ 2.16 คาพาซิเตอรมอเตอร

16

2.3.2.3 รีพัลชั่นมอเตอร (Repulsion Motor) รีพัลช่ันมอเตอรเปนมอเตอรไฟฟากระแสสลับชนิด 1 เฟส ท่ีมีแรงบิดเริ่มหมุนสูง

มากเพราะใชลักษณะของมอเตอรอนุกรมในการสตารทและเม่ือรีพัลช่ันมอเตอรทํางานจะทํางานเหมือนอินดักช่ันมอเตอรแบบสปลิทเฟสรีพัลช่ันมอเตอรในขณะไมมีโหลดจะมีความเร็วสูงมาก สามารถปรับความเร็วและทิศทางหมุนไดมีขนาดกําลังแรงมาตั้งแต 1/2 ถึง 10 HP ใชกันมากในปมคอมเพรสเซอรขนาดใหญ เชน ในระบบเครื่องทําความเย็น ปมลมและปมน้ําขนาดใหญ เปนตน โครงสรางท่ีสําคัญของรีพัลช่ันมอเตอร ประกอบดวย 5 สวน คือ สเตเตอร โรเตอร แปรงถานและซองแปรงถาน ฝาปดหัวทาย อุปกรณแรงเหวี่ยงหนีศูนยกลาง

รูปที่ 2.17 รีพัลชั่นมอเตอร

2.3.2.4 ยูนิเวอรแซลมอเตอร (Universal Motor) ยูนิเวอรแซลมอเตอรเปนมอเตอรขนาดเล็กมีขนาดกําลังไฟฟาตั้งแต 1/200 แรงมา

ถึง 1/30 แรงมา นําไปใชไดกับแหลงจายไฟฟากระแสตรงและใชไดกับแหลงจายไฟฟากระแสสลับชนิด 1 เฟส มอเตอรชนิดนี้มีคุณสมบัติท่ีเดน คือ ใหแรงบิดเริ่มหมุนสูงนําไปปรับความเร็วรอบไดและปรับความเร็วไดงายท้ังวงจรลดแรงดันและวงจรอิเล็กทรอนิกส นิยมนําไปใชเปนตัวขับเคล่ือนไฟฟาภายในบาน เชน เครื่องบด ผสมอาหาร มีดโกนหนวดไฟฟา เครื่องนวดไฟฟา สวานไฟฟา เปนตน สวนประกอบของยูนิเวอรแซลมอเตอร ประกอบไปดวยโครงหรือเปลือกหุมมอเตอร ขั้วสนามแมเหล็ก อารเมเจอร แปรงถานและฝาปดหัวทายของมอเตอร

17

รูปที่ 2.18 ยูนิเวอรแซลมอเตอร

2.3.2.5 เชดเดดโพลมอเตอร (Shaded-Pole Motor) เชดเดดโพลมอเตอร เปนมอเตอรขนาดเล็กท่ีสุดมีแรงบิดเริ่มหมุนต่ํามาก นําไปใช

งานไดกับเครื่องใชไฟฟาขนาดเล็ก ๆ เชน ไดรเปาผม พัดลมขนาดเล็ก สวนประกอบของเชดเดดโพลมอเตอรท่ีสําคัญมี 3 สวน คือ ตัวหมุนหรือโรเตอร มีลักษณะเปนโรเตอรแบบกรงกระรอก สเตเตอรและขดลวดสนามแมเหล็กจะพันอยูรอบ ๆ แกนของตัวสเตเตอร

รูปที่ 2.19 เชดเดดโพลมอเตอร

18

2.4 มอเตอรไฟฟากระแสสลับชนิด มอเตอรไฟฟากระแสสลับชนิด 3 เฟส แบงออกตามโครงสรางและหลักการทํางานของ

มอเตอร ได 2 แบบ ดังนี ้ 2.4.1 มอเตอรไฟฟากระแสสลับ 3 เฟส แบบอินดกัชั่น (3 Phase Induction Motor) มอเตอรเหนี่ยวนํา เปนมอเตอรไฟฟากระแสสลับ 3 เฟส ท่ีมีคุณสมบัติท่ีดี คือ มีความเร็ว

รอบคงท่ีเนื่องจากความเร็วรอบของมอเตอรเหนี่ยวนําขึ้นอยูกับความถ่ี (Frequency) ของแหลงกําเนิดไฟฟากระแสสลับมีราคาถูกโครงสรางไมซับซอนสะดวกในการบํารุงรักษาเพราะไมมีแปรงถานและคอมมิวเตเตอรเหมือนมอเตอรไฟฟากระแสตรงเม่ือใชรวมกับเครื่องควบคุมความเร็วแบบอินเวอรเตอร (Inverter) สามารถควบคุมความเร็ว (Speed) ไดตั้งแตศูนยจนถึงความเร็วตามพิกัดของมอเตอร นิยมใช เปนตนกําลังในโรงงานอุตสาหกรรมเพ่ือขับเคล่ือนลิฟท ขับเคล่ือนสายพานลําเลียง ขับเคล่ือนเครื่องจักรไฟฟา เชน เครื่องไส เครื่องกลึง เปนตน มอเตอรเหนี่ยวนํา มี 2 แบบคือ

2.4.1.1 มอเตอรเหนี่ยวนําที่มีโรเตอรแบบกรงกระรอก (Squirrel Cage -

Induction Motor) ตัวโรเตอรจะมีโครงสรางแบบกรงกระรอกเหมือนกับโรเตอรของสปลิทเฟส

มอเตอร สําหรับตัวสเตเตอรเปนโครงสรางเหล็กหลออยูภายนอกและภายในเปนเหล็กแผนบาง ๆ อัดซอนกันมีรองและมีการพันขดลวดสเตเตอรเพ่ือสรางสนามแมเหล็กหมุน จํานวน 3 ขด ตามจํานวนของลําดับเฟสของแหลงจายไฟฟากระแสสลับ

รูปที่ 2.20 มอเตอรเหนีย่วนําที่มีโรเตอรแบบกรงกระรอก

19

2.4.1.2 มอเตอรเหนี่ยวนําที่มีโรเตอรแบบขดลวด (Wound Rotor Induction Motor) ตัวโรเตอรจะทําจากเหล็กแผนบาง ๆ อัดซอนกันเปนตัวทุนคลายอารเมเจอรของ

มอเตอรไฟฟากระแสตรงมีรองสําหรับวางขดลวดของตัวโรเตอรเปนขดลวด 3 ชุด สําหรับสรางขั้วแมเหล็ก 3 เฟส เชนกัน ปลายของขดลวดท้ัง 3 ชุดตอกับสลิปริง (Slip Ring) จํานวน 3 อัน สําหรับเปนทางใหกระแสไฟฟาครบวงจรท้ัง 3 เฟส สวนประกอบอ่ืน ๆ ของมอเตอรชนิดนี้เหมือนกันกับชนดิท่ีมีโรเตอรแบบกรงกระรอก

รูปที่ 2.21 มอเตอรเหนีย่วนําที่มีโรเตอรแบบขดลวด การทํางานของมอเตอรเหนี่ยวนําเม่ือจายไฟฟาสลับ 3 เฟส ใหท่ีขดลวดท้ังสองของตัวสเตเตอรจะเกิดสนามแมเหล็กหมุนรอบ ๆ สเตเตอรทําใหตัวหมุนไดรับการเหนี่ยวนําเกิดขั้วแมเหล็กท่ี โรเตอรและขั้วแมเหล็กนี้จะพยายามดึงดูดกับสนามแมเหล็กท่ีหมุนอยูรอบ ๆ ทําใหโรเตอรของมอเตอรเหนี่ยวนําหมุนไปได ความเร็วของสนามแมเหล็กหมุนท่ีตัวสเตเตอรนี้จะคงท่ีตามความถ่ีของไฟฟากระแสสลับดังนั้นโรเตอรของมอเตอรเหนี่ยวนําจึงหมุนตามสนามแมเหล็กหมุนดังกลาวไปดวยความเร็วเทากับความเร็วของสนามแมเหล็กหมุน 2.4.2 มอเตอรไฟฟากระแสสลับ 3 เฟส แบบซิงโครนัส (3 Phase Synchronous Motor) มอเตอรซิงโครนัส เปนมอเตอรไฟฟากระแสสลับท่ีมีขนาดใหญท่ีสุดมีขนาดพิกัดของ กําลังไฟฟาตั้งแต 150 kW (200 HP) จนถึง 15 MW (20,000 HP) มีความเร็วตั้งแต 150 ถึง 1,800 RPM โครงสรางของมอเตอรซิงโครนัสท่ีสําคัญมี 2 สวน คือ สเตเตอรและโรเตอรสเตเตอรของ

20

มอเตอรซิงโครนัสเหมือนกับสเตเตอรของมอเตอรไฟฟากระแสสลับ 3 เฟส แบบอินดักช่ันมีรองสําหรับพัน ขดลวดจํานวน 3 ชุด เฟสละ 1 ชุด เม่ือจายไฟฟากระแสสลับ 3 เฟส ใหกับสเตเตอรจะเกิด สนามแมเหล็กหมุนขึ้นเชนเดียวกับสนามแมเหล็กหมุนของมอเตอรอินดักช่ันสวนของโรเตอร เปนแบบขั้วแมเหล็กยื่น (Salient Poles) และมีขดลวดพันรอบ ๆ ขั้วแมเหล็กยื่นเหลานั้นขดลวดสนามแมเหล็กท่ีพันรอบขั้วแมเหล็กยื่นนี้ตอกับแหลงจายไฟฟากระแสตรงภายนอกเพ่ือสรางขั้วแมเหล็กขึ้นท่ีตัวโรเตอรมอเตอรซิงโครนัสสามารถแบงออกไดเปน 6 ชนิด ดังนี้

2.4.2.1 มอเตอรซิงโครนัสชนิดตัวหมุนพันขดลวด (Wound Field Synchronous -Motor)

สนามแมเหล็กท่ีตัวโรเตอรจะเกิดจากชุดขดลวดกระตุน (Excitation Winding) ท่ีตออยู ท่ีตัวโรเตอรโดยขดลวดชุดดังกลาวจะรับพลังงานไฟฟาจากแหลงจายแรงดันไฟฟากระแสตรงโดยผานทางแปรงถานและวงแหวน (Slip-ring) ความเร็วของสนามแมเหล็กหมุนท่ีเกิดจากสเตเตอรจะมีคาคงท่ีซ่ึงจะขึ้นอยูกับคาความถ่ีของแหลงจายแรงดันไฟฟา แรงบิดจะเกิดจากความสัมพันธระหวางสนามแมเหล็กของสเตเตอรและโรเตอร ดังนั้นมอเตอรซิงโครนัสชนิดตัวหมุนพันขดลวดจะไมสามารถเริ่มเดินเครื่องดวยตนเองไดแตตองอาศัยหลักการเหนี่ยวนําของมอเตอรเหนี่ยวนําขณะเริม่เดินเครื่อง

รูปที่ 2.22 มอเตอรซิงโครนัสชนดิตัวหมุนพันขดลวด

21

2.4.2.2 มอเตอรซิงโครนัสชนิดแมเหล็กถาวร (Permanent Magnet Synchronous -

Motor) สนามแมเหล็กท่ีตัวโรเตอรจะเปล่ียนจากการใชขดลวดพันรอบโรเตอรเปนการใช

แมเหล็กถาวรโดยท่ีแมเหล็กถาวรดังกลาวจะทํามาจากเฟอรไรตแบบ Hard Materials แตเนื่องจากเฟอรไรตแบบ Hard Materials จะมีคา Remanence และ Coercive Force ต่ําทําใหแมเหล็กถาวรจะมีขนาดใหญและน้ําหนัก มาก ปญหาของมอเตอรซิงโครนัสชนิดแมเหล็กถาวร คือ การไมสามารถปรับคากระแสสนามแมเหล็กได ซ่ึงทําใหไมสามารถปรับปรุงคาตัวประกอบกําลังแรงบิด ขณะเริ่มเดินเครื่องตาและแรงเคลื่อนเหนี่ยวนํายอนกลับภายในมีคาแปรตามความเร็วขอดีของมอเตอรซิงโครนัสชนิดแมเหล็กถาวร คือ ไมตองใชแหลงจายไฟฟากระแสตรงและขดลวดสรางสนามท่ีตัวโรเตอรทําใหลดกําลังไฟฟาสูญเสียในขดลวด

รูปที่ 2.23 มอเตอรซิงโครนัสชนดิแมเหลก็ถาวร

2.4.2.3 ซิงโครนัสรีลักซแตนซมอเตอร (Synchronous Reluctance Motor) ซิงโครนัสรีลักซแตนซมอเตอรมีโครงสรางของตัวโรเตอรเปนแบบขั้วยื่นแตไมมี

การใชท้ัง ขดลวดกระตุนสนาม หรือแมเหล็กถาวรในการสรางสนามแมเหล็กท่ีตัวโรเตอรแตอยางใด เสนแรง แมเหล็กในอากาศจะไดมาจากขดลวดอารเมเจอรท่ีสเตเตอรเทานั้นทําใหมอเตอรมีคาตัวประกอบกําลังลาหลังสําหรับโหลดท่ีพิกัดจะมีคาตัวประกอบกําลังอยูระหวาง 0.65 - 0.75 ขอดี ของซิงโครนัสรีลักซแตนซมอเตอร คือ ราคาถูกและโครงสรางทนทานในขณะท่ีขอเสียจะไดแกประสิทธิภาพต่ําคาตัวประกอบกําลังต่ําและกระแสขณะเริ่มเดินเครื่องสูงทําใหในปจจุบันขนาดของซิงโครนัสรีลักซแตนซมอเตอรยังจํากัดอยูท่ีพิกัดไมกี่แรงมาเทานั้น

22

รูปที่ 2.24 ซิงโครนัสรีลักซแตนซมอเตอร

2.4.2.4 มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบไรแปรงถาน (Brushless DC Motor) มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบไรแปรงถานเปนมอเตอรซิงโครนัสท่ีมีโรเตอร

แบบแมเหล็กถาวรมีวงจรอินเวอรเตอรแบบสามเฟส ทําหนาที่ เสมือนเปนแปรงถานและ คอมมิวเตเตอรที่ใชในมอเตอรไฟฟากระแสตรง มีตัวตรวจจับตําแหนงของตัวโร เตอร (Rotor - Position Sensor) ทําหนาท่ีในการแปลงขอมูล (Encoder) ท่ีไดจากตัวโรเตอรเพ่ือนําไปใชในการควบคุมการทํางานของสวิตช่ิงในวงจรอินเวอรเตอรท่ีปอนใหแกขดลวดอารเมเจอรแตถาในกรณีท่ีใชรวมกับแหลงจายไฟฟากระแสสลับหรือรับไฟโดยตรงจากการไฟฟาผานวงจรไซโคลคอนเวอรเตอรหรือดีซีลิงคอินเวอรเตอรบางครั้งจะเรียกวา Brushless AC Motor สําหรับมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบไรแปรงถานท่ีมีอยูท่ัวไปมักจะมีแรงบิดกระเพ่ือมต่ําและใชการขับเคล่ือนมอเตอรแบบเซอรโว

รูปที่ 2.25 มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบไรแปรงถาน

23

2.4.2.5 สเต็ปปงมอเตอร (Stepping Motor) โครงสรางของสเต็ปปงมอเตอรจะประกอบดวยโรเตอรแบบขั้วยื่นจํานวนสองตัว

ประกบกันโดยท้ังท่ีสเตเตอรและโรเตอรแตละตัวจะมีจํานวนขั้วแมเหล็กไมเทากันเพ่ือท่ีจะทําใหมอเตอรไฟฟาแบบสเต็ปปงสามารถเริ่มเดินเครื่องไดดวยตนเองและกลับทิศทางการหมุนได จํานวนขั้วแมเหล็กท่ีสเตเตอรและโรเตอรจะแตกตางกันจํานวน 2 ขั้วแมเหล็ก

รูปที่ 2.26 สเต็ปปงมอเตอร

2.4.2.6 สวิตชรีลักซแตนซมอเตอร (Switched Reluctance Motor) โครงสรางของสวิตชรีลักซแตนซมอเตอรมีโรเตอรแบบขั้วยื่นจํานวนสองตัว

ประกบกันซ่ึงจะมีขั้วแตกตางกันระหวางตัวโรเตอรและตัวสเตเตอรโดยไมมีการพันขดลวดตัว โรเตอรและการลัดวงจรท่ีปลายขดลวดสเตเตอรทําใหงายตอการระบายความรอนท่ีขดลวดสเตเตอรจะไดรับการปอนพลังงานจากขบวนกระแสพัลสท่ีสรางโดยวงจรอิเล็กทรอนิกสกําลังเปนผลทําใหความเร็วในการหมุนมีความตอเนื่องและอัตราสวนระหวางแรงบิดตอแรงเฉื่อยมีคาสูงมอเตอรไฟฟาชนิดนี้มีประสิทธิภาพเทียบเทามอเตอรไฟฟาแบบเหนี่ยวนํา

24

รูปที่ 2.27 สวิตชรีลักซแตนซมอเตอร

2.5 มอเตอรซิงโครนัสชนดิแมเหลก็ถาวร โครงสรางของมอเตอรซิงโครนัสชนิดแมเหล็กถาวรแสดงดังรูปท่ี 2.28 เปนมอเตอร 3 เฟส มีขั้วแมเหล็ก 4 ขั้ว (2 คูขั้ว) ประกอบดวยขดลวดท่ีอยูกับท่ี เรียกวา ขดลวดสเตเตอร (Stator -Winding) และสวนท่ีเคล่ือนท่ี เรียกวา โรเตอรซ่ึงเปนแมเหล็กถาวรโดยมีชองอากาศ (Air Gap) คั่นกลาง ระหวางท้ังสองสวนซ่ึงโครงสรางสเตเตอรของมอเตอรซิงโครนัสชนิดแมเหล็กถาวรเหมือนกับมอเตอรซิงโครนัส 3 เฟส ท่ัว ๆ ไปท่ีจายไฟใหขดลวดท่ีโรเตอร คือ มีขดลวดสเตเตอร 3 เฟส พันอยูในรองสล็อตโดยท่ีขดลวดมีการวางใหมีการกระจายเปนไซน (Sinusoidal- Distribution) เพ่ือสรางแรงเคล่ือนแมเหล็กไฟฟาใหหมุนเปนวงกลมขณะท่ีขดลวดบนโรเตอรถูกแทนดวยแมเหล็กถาวรทําใหไมมีคาสูญเสียจากขดลวดถาเปรียบเทียบกับมอเตอรท่ีมีขดลวดท่ีกําลังเทากัน

รูปที่ 2.28 โครงสรางของมอเตอรซิงโครนัสชนดิแมเหลก็ถาวร 3 เฟส มีขั้วแมเหล็ก 4 ขั้ว (2 คูขั้ว)

25

มอเตอรซิงโครนัสชนิดแมเหล็กถาวรจะมีตัวโรเตอรแบบขั้วยื่น (Salient Pole Rotor) ซ่ึงมีชองวางอากาศไมสมํ่าเสมอ ฟลักซแมเหล็กในชองอากาศ ณ ตําแหนงตาง ๆ จะมีการกระจายตัวไมเทากัน เนื่องจากตองวิ่งผานความไมสมมาตรของชองอากาศใน 2 แกนหลัก คือ แกนแมเหล็กของโรเตอร (Direct Axis) และแกนท่ีตั้งฉากกัน (Quadrature Axis) ดังนั้นแรงดันท่ีขั้วจึงถูกเหนี่ยวนําขึ้นใน 2 แกนหลัก คือ Vd และ Vq มอเตอรซิงโครนัสชนิดแมเหล็กถาวร (Permanent Magnet Synchronous- Motor; PMSM) มีขอดีกวามอเตอรชนิดอ่ืน คือ ในมอเตอรเหนี่ยวนํากระแสสเตเตอรจประกอบดวยกระแสสนามแม เหล็กในแกน ซ่ึง เปนองคประกอบในการสร างสนามแม เหล็กแต ในมอเตอรซิงโครนัสเม่ือโรเตอรเปนแมเหล็กถาวรจึงไมจําเปนตองมีกระแสสนามแมเหล็กในแกนใหกับ สเตเตอรจากลักษณะดังกลาวท่ีกําลังงานของมอเตอรเทา ๆ กัน มอเตอรซิงโครนัสชนิดแมเหล็กถาวรจะทํางานท่ีเพาเวอรแฟกเตอร (Power Factor) สูงกวาทําใหประสิทธิภาพสูงกวาดวยเม่ือเปรียบเทียบกับมอเตอรซิงโครนัสท่ัว ๆ ไปท่ีจะตองจายไฟฟากระแสตรงใหกับโรเตอรเพ่ือสรางสนามแมเหล็กใหกับโรเตอรดังนั้นในมอเตอรซิงโครนัสธรรมดาจึงตองมีแปรงถานกับสลิปริงซ่ึงนั่นทําใหมีการสูญเสียท่ีโรเตอรและตองการการบํารุงรักษาแปรงถาน จึงทําใหมีการพัฒนามาเปนแบบ มอเตอรซิงโครนัสชนิดแมเหล็กถาวรท่ีไมตองมีขดลวดสรางสนามแมเหล็ก (Field Coil) แหลงจายไฟฟากระแสตรงและวงแหวนสลิปริงเพราะถูกแทนท่ีดวยแมเหล็กถาวร มอเตอรซิงโครนัสชนิดแมเหล็กถาวรมีแรงดันไฟฟาเหนี่ยวนําตานกลับ (Back EMF) ท่ีเปนไซนดังนั้นจึงตองการกระแสสเตเตอรเปนไซน เพื่อสรางแรงบิดใหคงที่ เชนเดียว กับมอเตอรซิงโครนัส นอกจากนั้นมอเตอรซิงโครนัสชนิดแมเหล็กถาวรยังมีน้ําหนักเบาขนาดเล็กและแรงเฉื่อยต่ํากวาเม่ือเทียบกับมอเตอรท่ีคาพิกัดเดียวกัน แตขอดอย คือ มีราคาแพงเนื่องจากราคาของแมเหล็กถาวรท่ีมีราคาแพงและคุณสมบัติของแมเหล็กแปรผันตามอุณหภูมิและเปล่ียนแปลงตามเวลา 2.6 แบบจําลองทางคณิตศาสตรของมอเตอรซิงโครนัสชนดิแมเหล็กถาวร

แบบจําลองของมอเตอรซิงโครนัสชนิดแมเหล็กถาวร ในรูปท่ี 2.29 แสดงขดลวดสเตเตอรของ เฟส (a , b , c) วางหางกัน 120 องศาทางไฟฟาและจุดตอของแตละเฟสของ a , b และ c จะมีความตานทานตออนุกรมกับความเหนี่ยวนํา โดยเทียบกับแกนของการอางอิงโรเตอร (แกนดี - คิว) ท่ีหมุนดวยความเร็วเชิงมุม r ท่ีตําแหนงเชิงมุม r วัดระหวางขดลวดสเตอรของแกนเอ (a-axis) และขดลวดโรเตอรของแกนดี (d-axis) สวนรูปท่ี 2.30 แสดงวงจรสมมูลของมอเตอรซิงโครนัสชนิดแมเหล็กถาวรท่ีเขียนบนแกนอางอิงโรเตอร

26

รูปที่ 2.29 แบบจําลองของมอเตอรซิงโครนัสชนดิแมเหลก็ถาวร

(ก) q-axis circuit (ข) d-axis circuit

รูปที่ 2.30 วงจรสมมูลของมอเตอรซิงโครนัสชนดิแมเหล็กถาวรที่เทียบกบัแกนอางองิของโรเตอร

2.7 การทดสอบสภาพมอเตอร

มอเตอรนับเปนอุปกรณท่ีสําคัญสําหรับเครื่องจักรตาง ๆ เนื่องจากการทําหนาท่ีเปนตัวตนกําลัง โดยแปลงพลังงานไฟฟาเปนพลังงานกลเพ่ือขับโหลดตาง ๆ ความเส่ือมสภาพจากการใชงานหรือความผิดปกติตาง ๆ ท่ีเกิดขึ้นเนื่องจากโรเตอรและสเตเตอรตองรับแรงท่ีเกิดจากสนามแมเหล็กอยูตลอดเวลาความเสียหายท่ีเกิดขึ้นทางกลจากความรอนและทางไฟฟาจะกระทบโดยตรงกับประสิทธิภาพในการทํางานและอายุการใชงานของมอเตอรเทคโนโลยีในปจจุบันท่ีนํามาใชตรวจสภาพหรือวิเคราะหความเสียหายมอเตอรแบงออกเปน 2 กลุมใหญ ๆ คือ การตรวจวิเคราะหท่ีตอง

27

ทําขณะท่ีมอเตอรหยุดทํางาน (On - Line Motor Analysis) และการตรวจวิเคราะหท่ีทําในขณะท่ีมอเตอรทํางาน (Off - Line Motor Analysis)

การตรวจวิเคราะหท่ีทําในขณะท่ีมอเตอรทํางานท่ีคอนขางใหมสําหรับอุตสาหกรรมนิยมนํามาใชกันมากในประเทศอุตสาหกรรมช้ันนําเนื่องจากไมจําเปนตองหยุดมอเตอรเพ่ือทําการตรวจสอบใหเสียเวลาในการผลิต , วิเคราะหจากขอมูลจริงขณะทํางานจริง เชน ความส่ันสะเทือนขณะทํางานท่ีโหลดจริง , อุณหภูมิจริงขณะทํางานหรือกระแสไฟฟาท่ีเกิดขึ้นท่ีโหลดจริงในชวงนั้น ๆ ทําใหสามารถประเมินสภาพปจจุบันของมอเตอรไดตรงความเปนจริงมากท่ีสุด เพ่ือวางแผนบํารุงรักษาแกไขไดตรงกับปญหาและสภาพนั้น ๆ ไดอยางเหมาะสมและทันทวงที เปนตน เทคโนโลยีในปจจุบันท่ีนํามาใชตรวจสภาพหรือวิเคราะหความเสียหายมอเตอรท่ีทําในขณะท่ีมอเตอรทํางาน ไดแก การวัดและวิเคราะหความส่ันสะเทือนการวัดและวิเคราะหอุณหภูมิการวัดและวิเคราะหกระแสไฟฟาและเสนแรงแมเหล็กการวัดและวิเคราะหความส่ันสะเทือนกระแสไฟฟาและเสนแรงแมเหล็กอาศัยการแยกความถ่ีจากสัญญาณท่ีวัดจากเซ็นเซอร เพ่ือนํามาหาสาเหตุของความผิดปกตสิวนการวัดและวิเคราะหอุณหภูมิเปนการประเมินสภาพความผิดปกติตาง ๆ ท่ีใหผลออกมาในรูปของความรอนเพ่ือหลีกเล่ียงหรือปองการการใชงานในสภาวะอุณหภูมิสูงเกิน (Over Heat) ซ่ึงอาจนําไปสูการเส่ือมไหมของฉนวนหรือแบริ่งเสียหายเนื่องจากขาดสารหลอล่ืนและปญหาอ่ืน ๆ ท่ีอาจเกิดขึ้นตามมา

ผลกระทบท่ีเกิดจากการส่ันสะเทือนท่ีเห็นไดชัดเจนคือการหลวมคลอนของช้ินสวนตางๆ เชน แบริ่ง ขดลวด การแตกราวของฉนวนท่ีนําไปสูการลัดวงจร ผลกระทบจากความรอน อุณหภูมิเพ่ิม(Temperature Rise) ของมอเตอรนําไปสูการเส่ือมของฉนวนสารหลอล่ืนมีความหนืดลดลงอาจทําใหแบริ่งเสียหายเนื่องจากการขาดสารหลอล่ืน

ผลกระทบทางไฟฟา เชน กระแสและแรงดันไฟฟาไมสมดุล แรงดันตกหรือเกิน การหลวมของจุดตอ การลัดวงจรภายในขดลวด การแตกราวของตัวนําโรเตอร นําไปสูความรอนหรือการส่ันสะเทือนในท่ีสุด ปญหาจากกระแสท่ีไหลผานแกนเพลาท่ีเรียกวา Shaft Current สามารถสรางความเสียหายแกแบริ่งไดเม่ือกระแสนี้ไหลผานแบริ่ง

นอกจากวิ ธีการท่ีกลาวมา ยังมีวิ ธีการทดสอบและตรวจสอบมอเตอรด วยการวัดคาพารามิเตอรตางๆของมอเตอรเพ่ือวิเคราะหสภาพของมอเตอร ซ่ึงตองทําในขณะมอเตอรหยุดทํางาน เชน วัดสภาพการเปนฉนวนไฟฟา ดวยวิธี Polarization Index และ Step Voltage Test การไมสมดุลของคาความเหนี่ยวนําความตานทานของขดลวดในแตละเฟส การทดสอบคาความตานทานแมเหล็กระหวางโรเตอรและสเตเตอร ท้ังนี้การวัดและทดสอบเหลานี้สวนใหญจะกระทําภายหลังจากการซอมหรือติดตั้งมอเตอร

28

ปญหาสาเหตุและลักษณะความผิดปกติท่ีเกิดขึ้นหรือกําลังจะเกิดขึ้นท่ีสามารถตรวจวิเคราะหจากความส่ันสะเทือน อุณหภูมิ กระแสไฟฟาและเสนแรงแมเหล็ก รวมถึงกระแสเหนี่ยวนําท่ีแกนเพลา ในขณะท่ีมอเตอรนั้น ๆ ยังทํางานไดอยู

2.7.1 การวิเคราะหการส่ันสะเทอืน (Vibration Analysis)

รูปที่ 2.31 โรเตอรแบบกรงกะรอก (Squirrel Cage Rotor) ของมอเตอรเหนีย่วนํา

2.7.1.1 โรเตอรคดเนื่องจากอุณหภูมิ (Rotor Thermal Bow) ในการออกแบบมอเตอรผูผลิตมักลดขนาดเสนผานศูนยกลางของโรเตอรลงและ

เพ่ิมความยาวใหมากขึ้นเพ่ือลดตนทุนและเพ่ิมประสิทธิภาพในการทํางานของมอเตอรเม่ือโรเตอรยาวขึ้นความรอนท่ีเกิดขึ้นจากการทํางานซ่ึงแปรผันตามโหลดอาจทําใหแกนเหล็กโรเตอรและ สเตเตอรมีโอกาสคดงอได นอกจากออกแบบแลวการใชงานก็เปนอีกสาเหตุหนึ่งท่ีสําคัญท่ีทําใหโรเตอรคดงอได เชน จากการสตารทมอเตอรภายใตภาวะโหลดหนักอยูบอยครั้ง ซ่ึงตัวนําโรเตอรท่ีอยูภายใตขั้วแมเหล็กจะมีกระแสไหลผานจํานวนมากจะเกิดความรอนสูงกวาตัวนําอ่ืน ๆ ความรอนท่ีไมสมํ่าเสมอบนโรเตอรนี้ท่ีทําใหโรเตอรโกงหรือคด นําไปสูภาวะไมสมดุลทางกล ซ่ึงเม่ือมอเตอรเย็นตัวปญหานี้จะหายไป

2.7.1.2 ชองอากาศไมสมมาตร (Uneven Air Gap) ชองอากาศ คือ ชองวางระหวางผิวดานในสเตเตอรถึงผิวโรเตอร ซ่ึงในการ

ออกแบบมอเตอรผูผลิตพยายามออกแบบใหชองอากาศมีความสมมาตรหรือสมํ่าเสมอตลอดเสนรอบวงของโรเตอร มอเตอรเหนี่ยวนําขนาดใหญจะมีคาความไมสมมาตรอยูท่ี 5 - 10% ปญหาชองอากาศไมสมมาตร (Uneven or Eccentric) อาจมีมากขึ้นจากการซอม การประกอบรวมถึงการติดตั้ง

29

ทีไมเหมาะสม เชน การขันยึดระหวางแทนมอเตอรและฐานรองท่ีไมไดระดับกันทําใหสเตเตอรบิดตัวเกิดปญหาชองอากาศไมสมมาตรขึ้นไดเม่ือเกิดภาวะไมสมมาตรหรือสมํ่าเสมอของชองอากาศผลท่ีตามมาคือกระแสไหลในตัวนําไมสมดุลและแรงบิดไมสมดุลบโรเตอรเกิดการส่ันสะเทือนขึ้นซ่ึงมีความถ่ีแปรตามสนามแมเหล็กหมุน (Rotating Magnetic Field) ท่ีความถ่ี100 Hz หรือสองเทาของความถ่ีไฟฟาแรงบิดท่ีเกิดขึ้นจะแปรผกผันกับกําลังสองของระยะหางระหวางโรเตอรและสเตเตอร ดังนั้นการไมสมมาตรของชองอากาศเพียงเล็กนอยก็ทําใหเกิดการส่ันสะเทือนท่ีรุนแรงได

การวัดความไมสมมาตรของชองอากาศอาจใชวิธีติดตั้งอุปกรณวัดระยะชองอากาศท่ีติดตั้งผานชองท่ีเจาะผานตัวเรือนของแบริ่ง ผูผลิตมอเตอรบางรายอาจเตรียมชองดังกลาวเอาไวใหแลวแตสวนมากการใชเครื่องมือวัดเชน Analyzer จะเปนวิธีท่ีสะดวกและใหความถูกตองมากกวาวิธีอ่ืน

รูปที่ 2.32 รูปจําลองกระแสไหลในโรเตอรแบบกรงกะรอก

2.7.1.3 สเตเตอรหลวมคลอน (Loose Stator Core/Laminations) การเผาขดลวดเพ่ือรื้อขดลวดมาพันใหมท่ีไมมีการควบคุมอุณหภูมิอาจทําใหแผน

โลหะบาง Laminate ท่ีประกอบเปนแกนเหล็กสเตเตอรเกิดการผิดรูปไปหรืออาจทําใหฉนวนเคลือบแผน Laminate ชํารุดเสียหายหรือการนําเอาขดลวดท่ีเผาออกจากรองสล็อตท่ีไมเหมาะสมอาจทําใหรองสล็อตบิดหรือแยกออกและการเผาอาจทําใหโครงเหล็กสเตเตอรบิดและขยายตัวกระแสไหลวน (Eddy Current) ท่ีเกิดขึ้นจากการเหนี่ยวนําบนแผน Laminate ท่ีวางชิดกันอาจลัดวงจรหากันเกิดประกายไฟและความรอนขึ้นการผิดรูปของแกนเหล็กจะทําใหเกิดปญหาชองอากาศไมสมมาตรตามมา

30

2.7.1.4 โรเตอรหลวมคลอน (Loose Rotor) การเปล่ียนแปลงโหลดหรือแรงดันไฟฟาอยางฉับพลันทําใหโรเตอรมีอุณหภูมิสุงขึ้น

และขยายตัว (กระแสเพ่ิมขึ้นฉับพลัน) บางครั้งโรเตอรก็อาจคลอนไปมาบนเพลาไดเกิดการส่ันสะเทือนความถ่ีและฮารโมนิกสขึ้น ซ่ึงมักเกิดขึ้นในชวงท่ีอุณหภูมิเปล่ียน

2.7.1.5 โรเตอรไมสมมาตร (Eccentric Rotor) กรณีรูปทรงของโรเตอรไมสมมาตรจะเกิดแรงไมสมดุลทางแมเหล็กท่ีเรียกวา

Pole Pas Frequency : FP ปรากฏเปน Side Band อยูรอบ ๆ ความถ่ีโดย

ความถ่ีล่ืนไถล (Slip Frequency) = (ความเร็วสนามแมเหล็กหมุน – ความเร็วโรเตอร) / 60 Hz และความเร็วสนามแมเหล็กหมุน (Rotating Magnetic Field) = 120 x ความถ่ี / จํานวนขั้วแมเหล็ก RPM

รูปที่ 2.33 รูปจําลองสวนตางๆในมอเตอรไฟฟากระแสตรง 2.7.1.6 ขดลวดหลวมคลอน (Loose Windings) กรณีถาขดลวดบนสเตเตอรเกิดหลวมเล็กนอยจะทําใหเกิดความถ่ีส่ันสะเทือนท่ี 100 Hz รุนแรงมากขึ้น ยิ่งทําใหเกิดปญหาการแตกหลุดของฉนวนของขดลวดซ่ึงนําไปสูการลัดวงจรของขดลวด การลัดวงจรลงกราวนและสเตเตอรเสียหายในท่ีสุด 2.7.1.7 ปญหาตัวนําโรเตอร (Rotor Bar Problems)

การเสียหายหลักของมอเตอรไฟฟาขนาดใหญ คือการราว (Crack) ซ่ึงผลท่ีตามมาคือความรอนและการแตกหักของตัวนําท่ีโรเตอร โดยเฉพาะมอเตอรท่ีสตารทในขณะมีโหลดบอยครั้งการสตารทมอเตอรแตละครั้งจะกอใหเกิดความเครียดบนตัวนําโรเตอร เนื่องจากมีกระแส

FP = ความถ่ีล่ืนไถล X จํานวนขัว้แมเหล็ก …Hz

31

ไหลผานตัวมันสูงสุดในขณะท่ีมอเตอรเริ่มเดินต่ํากวาความเร็วซิงโครนัส กระแสท่ีไหลผานตัวนําจํานวนมากกอใหเกิดความรอนและการขยายตัวของตัวนําโรเตอร ซ่ึงทําใหความตานทานไฟฟาในแตละตัวนําแตกตางกัน สงผลใหเกิดความรอนไมเทากันและการขยายตัวท่ีไมเทากัน นําไปสูการแตกราวของจุดตอท่ีเ ช่ือมระหวางตัวนําและแหวนลัดวงจรดานหัวและทายของโรเตอร ในขณะเดียวกันการแตกราวของตัวนําก็ยิ่งทําใหความตานทานไฟฟาของตัวนําเพ่ิมขึ้น กระแสจํานวนมากท่ีไหลผานก็ทําใหเกิดความรอนสูงมากขึ้นและเกิดการแตกราวมากขึ้นอีกในขณะเดียวกันตัวนําอ่ืนใกลเคียงก็ตองรับภาระกระแสท่ีสูงขึ้นแทนตัวนําท่ีแตกท่ีมีกระแสไหลนอยลงตามความตานทานท่ีมากขึ้นเกิดความรอนภายในตัวโรเตอรและโรเตอรคดในท่ีสุด

ความผิดปกติในมอเตอรกระแสตรงการส่ันสะเทือนในมอเตอรกระแสตรงอาจเกิดไดจากการผิดรูปหรือเกิดหลุมท่ีซ่ีคอมมิวเตเตอรหรือหนาแปรงถาน (Brush) และซ่ีคอมมิวเตเตอร (Segment) สัมผัสกันไมสนิท ความถ่ีท่ีเกิดขึ้นจะเรียกวา Segment Pass Frequency ซ่ึง

ในระบบควบคุมความเร็วอิเล็กทรอนิกสสําหรับมอเตอรกระแสตรงขนาดใหญท่ีมักใช

อุปกรณสารกึ่งตัวนําท่ีเรียกวา (Silicon Controlled Rectifiers) (SCRs) ในการแปลงไฟฟากระแสสลับสามเฟสเปนไฟฟากระแสตรง (Rectifier) ซ่ึงอุปกรณดังกลาวจะสรางแรงดันกระแสตรงท่ีมีการระรอก (Ripple) ท่ีมีความถ่ี 3 เทา (Half wave) และ 6 เทาของความถ่ีไฟฟา (Full Wave) ตามลักษณะวงจร เม่ือกระแสไฟฟาเหลานี้ปอนเขาสูมอเตอรจะทําใหเกิดการส่ันสะเทือนท่ีความถ่ีดังกลาว 2.7.2 การวิเคราะหอุณหภูมิ (Thermal Analysis)

การใชงานมอเตอรท่ีมีความรอนสูงเปนเวลานานทําใหอายุการใชงานของมอเตอรลดลง ซ่ึงขึ้นอยูกับอุณหภูมิเพ่ิม (Temperature Rise) ท่ียอมรับไดของฉนวนขดลวดและอุณหภูมิของแบริ่ง เนื่องจากคาอุณหภูมิเพ่ิมทุก 10 องศา จะทําใหอายุการใชงานของฉนวนลดลงครึ่งหนึ่งและความรอนสูงยังสงผลกับความหนืด (Viscosity) ของสารหลอล่ืนในแบริ่งอาจทําใหแบริ่งเสียหายจากการขาดสารหลอล่ืนไดเร็วขึ้น ดังนั้นการวัดอุณหภูมิเพ่ือปองกันการใชงานมอเตอรขณะเกิดความรอนสูงเปนเวลานานเปนส่ิงท่ีควรกระทําตามมาตรฐาน IEC 85 ไดแบงฉนวนออกเปนคลาส ดังตัวอยางในตารางท่ี 2.1

Segment Pass Frequency = เทากับความถ่ีในการหมุนของมอเตอร x จํานวนซ่ีคอมมิวเตเตอร

32

ตารางที ่2.1 คลาสของฉนวนตาม IEC 85

คลาส

อุณหภูมิสูงสุดท่ีทนไดของฉนวน

(°C)

อุณหภูมิหองสูงสุด (°C)

อุณหภูมิเพ่ิมสุงสุดท่ียอมรับได (°K)

คาเผ่ือทางอุณหภูมิ (°C)

Class A 105 40 60 5

Class B 130 40 80 10

Class E 120 40 75 5

Class F 155 40 105 10

Class H 180 40 125 15

รูปที่ 2.34 กราฟความสัมพันธระหวางอายุของฉนวนและอุณหภูมิเพ่ิม

หมายเหต ุคาเผ่ือทางอุณหภูมิ เปนคาท่ีเผ่ือไวระหวางอุณหภูมิเฉล่ียของขดลวดและอุณหภูมิ ณ จุด

รอนท่ีสุด (Hottest Point) โดย อุณหภูมิเพ่ิมสูงสุดท่ียอมรับได = อุณหภูมิสุงสุด – อุณหภูมิหองสูงสุด – คาเผ่ือ

อุณหภูมิเพ่ิมทุก 10 องศา คิดจากอุณหภูมิหองสูงสุด 40 องศา ทําใหอายุของฉนวนลดลงประมาณครึ่งหนึ่ง โดยอายุการใชงานของฉนวนสัมพันธกับอุณหภูมิเพ่ิม ดังรูปท่ี 2.34

33

การวัดอุณหภูมิแบบเปรียบเทียบแนวโนม (Trending) เปนวิธีท่ีสะดวกรวดเร็วในการประเมินสภาพความรอนสูงเกิน (Over Heat) ในมอเตอร สาเหตุหลักของความรอนสูงเกิน เกิดจากการใชงานเกินพิกัด แบริง่ยึดติดและการเยื้องศูนย (Misalignment) นอกจากนี้ความผิดปกติอ่ืน ๆ ท่ีอาจกอใหเกิดความรอนสูงเกินไดคือการระบายความรอนท่ีจํากัด อุณหภูมิบรรยากาศโดยรอบสูง อัตราการใชงาน (Duty Cycle) ท่ีมากเกินไปและแหลงจายไฟผิดปกติ เชน แรงดันตกเกินหรือ ไมสมดุล

การวัดอุณหภูมิควรทําในขณะมอเตอรอยูในภาวะคงตัว (Steady State) โดยตําแหนงวัดอุณหภูมิตาง ๆ ท่ีแนะนํามีอยู 7 ตําแหนงดวยกันคือ จุดบริเวณผิวดานขางของมอเตอรบริเวณแบริ่งท้ังสองดาน บริเวณกลองตอสายและบริเวณประกับโหลด (Coupling)

รูปที่ 2.35 ตําแหนงตางๆในการวัดอุณหภูมิของมอเตอร

การวัดอุณหภูมิยังมีปจจัยตางๆท่ีมีผลกับการวิเคราะห เชน โหลด อุณหภูมิหองความรอนจากรังสีจากดวงอาทิตยและตําแหนงท่ีวัดอุณหภูมิเพ่ิมเปนผลของกําลังสูญเสียตาง ๆ เชน แรงเสียดทาน (Bearing Friction) แรงลมตานการหมุน (Windage) ความสูญเสียในแกนเหล็ก (Core Loss) การสูญเสียในขดลวด (Copper Loss หรือ I² R Loss) และ Stray Load Loss ซ่ึง Stray Load Loss และCopper loss จะขึ้นอยูกับโหลด โดยการสูญเสียในขดลวดถือวามีมากท่ีสุดและอยูในรูปของความรอน ดังนั้นใน

34

การวิเคราะหปญหาความรอนแบริ่งและท่ีผิวของมอเตอรแบบแนวโนมจึงจําเปนตองนํา

สภาวะโหลดมาพิจารณาดวย ส่ิงท่ีตองตระหนักคืออุณหภูมิหองยิ่งสูงทําใหผิวของมอเตอรมีอุณหภูมิสูงขึ้นตาม นอกจากนี้ความรอนจากรังสีดวงอาทิตยขณะใชงานภายใตแสงแดด สี ความหนาและคุณสมบัติของโลหะก็สงผลกับอุณหภูมิผิวท่ีวัดได เพ่ือหลีกเล่ียงหรือลดผลกระทบดังกลาว การวัดอุณหภูมิผิวควรวัดในตําแหนงท่ีไมไดรับแสงและอยูต่ํากวาเสนผานศูนยกลางในแนวนอน

อีกปจจัยท่ีสําคัญท่ีมีผลตออุณหภูมิผิวคือตําแหนงวัดโดยท่ัวไปตําแหนงท่ีมีอุณภูมิสูงสุดคอืตําแหนงท่ีมีมวลมากสุดและการระบายความรอนทําไดนอยสุด ดังนั้นในมอเตอรแบบเปด (Open -Enclosure) ตําแหนงท่ีอุณหภูมิสูงท่ีสุดจะอยูท่ีกลางมอเตอรในขณะท่ีมอเตอรแบบปด (Totally - Enclose) ตําแหนงท่ีอุณหภูมิสูงท่ีสุดคือตําแหนงใดก็ตามท่ีอยูระหวางกึ่งกลางถึงตําแหนงท่ีไดรับลมระบายความรอนจากพัดลมนอยท่ีสุด อุณหภูมิมอเตอรรอบแนวรัศมีจะแตกตางกันออกไปตามลักษณะการระบายความรอนรวมถึงระยะหางของสเตเตอรกับตัวเรือนมอเตอรจะมีคาไมเทากันตลอดแนวรัศมีมอเตอรยิ่งสเตเตอรอยูหางจากโครงมอเตอรนอยเทาใดคาท่ีวัดไดก็จะคงท่ีและถูกตองมากขึ้นในการวัดอุณหภูมิผิวแบบเปรียบเทียบแนวโนวควรทําการวัดในตําแหนงเดิมหรือใกลเคียงกับตําแหนงเดิมทุกครั้งและควรเลือกวัดในตําแหนงท่ีสเตเตอรอยูใกลกับโครงมอเตอรมากท่ีสุด

ในการพิจารณาอุณหภูมิเพ่ิมของมอเตอรสําหรับการวิเคราะหแบบเปรียบเทียบแนวโนม เพ่ือชดชยผลของอุณหภูมิหองและสภาวะโหลดคาอุณหภูมิเ พ่ิมหลังชดเชยผลของโหลด (Normalized Temperature Rise) จะเปนดังนี้

TN คือ Normalized Temperature Rise Tpt คือ อุณหภูมิท่ีวัดได Tamb คือ อุณหภูมิบรรยากาศ % load คือ รอยละของโหลดขณะทําการวดัเทียบกับโหลดสูงสุดของมอเตอร

ในการวิเคราะหแบบแนวโนมการเพ่ิมขึ้นของคา Normalized Temperature Rise แสดงถึงความผิดปกติและความรุนแรงของปญหา

35

2.7.3 การวิเคราะหกระแสมอเตอร (Motor Current Analysis / Current Signature Analysis: CSA)

อุปกรณท่ีใชวัดกระแสโดยมีแบบตางๆกันดังรูปท่ี 2.36

รูปที่ 2.36 เคร่ืองวัดกระแสแบบตางๆ

2.7.3.1 ปญหาตัวนําโรเตอร (Rotor Bar Problems) ตัวนําโรเตอร (Rotor Bar) เม่ือเคล่ือนท่ีอยูในสนามแมเหล็กจะกําเนิดความถ่ีท่ี

เรียกวา Pole Pass Frequency (FP) ปรากฏอยูใน Spectrum ของกระแสโดยสนามแมเหล็กหมุนท่ีสเตเตอร (Rotating Magnetic Field) จะเคล่ือนท่ีเร็วกวาโรเตอรและโรเตอรเคล่ือนท่ีตามการหมุนของสนามแมเหล็กหมุนในลักษณะไถล แสดงวาขั้วแมเหล็กท้ังหมดของสนามแมเหล็กหมุนท่ีสเตเตอรจะเล่ือนตัดตัวนําใด ๆ บนโรเตอรดวยความเร็วล่ืนไถล (Slip Speed) โดยความถ่ีท่ีเกิดขึ้นนี้เรียกวา Pole Pass Frequency : FP

Pole Pass Frequency จะเกิดขึ้นตามปกติและปรากฏอยูโดยรอบความถ่ีหลัก 50 Hz

ในลักษณะ Side Band (การวัดสัญญาณส่ันสะเทือน ความถ่ีนี้จะปรากฏเปน Side Band รอบ ๆความถ่ี) โดยขนาดแอมปลิจูดเม่ือเปรียบเทียบกับความถ่ีหลัก (Line Frequency) จะใชบอกความรุนแรงของความผิดปกติ โดยจากรูปท่ี 2.37 ถาขนาด Pole Pass Frequency นอยกวาขนาด Spectrum

FP = ความถ่ีล่ืนไถล X จํานวนขัว้แมเหล็ก

36

ของความถ่ีหลัก (50 Hz) 54 dB แสดงวาโรเตอรสภาพเปนปกติ แตถานอยกวา 45 dB แสดงวา โรเตอรเริ่มเสียหาย เชน จุดตอตาง ๆ หลวมทําใหความตานทานเพ่ิมขึ้นหรือตัวนําแตกราวเปนตน

รูปที่ 2.37 Spectrum กระแสมอเตอร

2.7.4 การวิเคราะหเสนแรงแมเหล็กมอเตอร (Motor Flux Analysis) การวัดเสนแรงแมเหล็กเพ่ือนําสัญญาณมาวิเคราะหความถ่ี อาศัยปรากฏการณท่ีเสนแรง

แมเหล็กท่ีเกิดขึ้นจากกระแสไฟฟามีความไมสมดุลอยูบางเล็กนอยตามปกติทําใหการวัดเสนแรงแมเหล็กสามารถทําไดตามตําแหนงตาง ๆ รอบมอเตอร

รูปที่2.38 Flux Coil รุน 343 และ Analyzer จาก CSI

จากการศึกษาของ Stewart V. Bowers (6) จาก CSI พบวาความผิดปกติตาง ๆ ของมอเตอรท่ีสงผลกบัการเปล่ียนแปลงของเสนแรงแมเหล็กในการวัดเปรียบเทียบโดยติดตั้ง Flux Coil ในแนวรัศมีแนวนอน แนวตั้งและแนวแกนตรงจุดศูนยกลางดานทายมอเตอร พบวาความผิดปกติตาง ๆ จะ

37

ทําใหเสนแรงแมเหล็กท่ีวัดในแนวแกนมีการเปล่ียนแปลงมากท่ีสุด ในขณะท่ีการวัดในแนวรัศมีท้ังแนวนอนและแนวตั้งพบวามีการเปล่ียนแปลงนอยมาก แตจากการทดลองพบวาความผิดปกติจากแรงดันไมสมดุลจะสามารถพบไดจากการวัดในแนวรัศมีเชนกันแตนอยกวาแนวแกนอยูพอสมควร บางตําแหนงสามารถใหคาท่ีดีกวาแนวอ่ืนแตขึ้นอยูกับตําแหนงการติดตั้ง Flux Coil และขึ้นอยูกับมอเตอรแตละตัวนอกจากนี้ยังมีปจจัยท่ีสําคัญสงผลกับพารามิเตอรของมอเตอรซ่ึงจะสัมพันธกับคาความรุนแรงโดยรวมของสัญญาณจากการวัดเสนแรงแมเหล็ก คือโหลดของมอเตอรและสภาวะแรงดันไมสมดุล ตัวแปรท้ังสองจะสงผลใหพารามิเตอรของมอเตอรเปล่ียนไปความผิดปกติจากแรงดันไมสมดุลจะปรากฏใน Spectrum โดยมีความถ่ีหลักบวกกับความถ่ีในการหมุนของมอเตอรคูณจํานวนขั้วแมเหล็กหารสอง (LF + NP/2) แมการไมสมดุลของแรงดันจะเกิดขึ้นเล็กนอยก็ตาม จากการทดลองกับมอเตอร 50 แรงมาพบวาท่ีแรงดันไมสมดุล 3% จะทําใหขนาดแอมปลิจูดของความถ่ี LF + NP/2 เปล่ียนไป 0.61%

ในการวัดเปรียบเทียบดูแนวโนม ปจจัยท่ีกลาวมาจึงมีความสําคัญอยางยิ่งกับความถูกตองของขอมูลในการนําไปวิเคราะหจากการศึกษาพบวาสภาวะโหลดควรแตกตางกันไมเกิน 10 ถึง 15% ใน กา รเ ปรี ยบ เที ยบ แน วโ นม และ ตํ า แห นง ท่ีวั ดค วร เป นตํ าแ หน ง เ ดิม ทุก ครั้ ง

รูปที่ 2.39 ตัวอยาง Motor Flux Spectrum

การวัดเสนแรงแมเหล็ก จะไมมีบรรทัดฐานในการบอกความรุนแรงของปญหา ตองอาศัย

การเปรียบเทียบคากับคาอางอิง (Base Line) ของมอเตอรท่ีมีอาการปกติ ดังนั้นการวัดแบบดูแนวโนมจึงเปนชองทางหนึ่งในการตรวจดูสภาพความเส่ือมและแนวโนมของปญหาของมอเตอรความถ่ีท่ีปรากฏใน Spectrum สวนใหญจะสัมพันธกับความเร็วรอบของมอเตอรซ่ึงคลายกับ Spectrum ของกระแส ขอมูลท่ีไดจากการวัดจะชวยใหสามารถตรวจสอบความผิดปกติของโรเตอรและสเตเตอรไดตั้งแตเบ้ืองตนโดยจํานวนความถ่ี Side Band จะบอกความรุนแรงของปญหาความ

38

ผิดปกติท่ีสามารถตรวจวัดไดทางเสนแรงแมเหล็กดวย Flux Coil จะคลายกับการวัดกระแส เชน ตัวนําโรเตอรชํารุด แรงดันไมสมดุล และความผิดปกติกับสเตเตอร ขอมูลท่ีวัดไดท้ังหมดจะปรากฏท่ียานความถ่ีต่ํา โดยท่ัวไปประมาณ 200 Hz

2.7.4.1 ปญหาสเตเตอร (Stator Problems) ความถ่ีปรากฏใน Flux Spectrum จะมีส่ิงท่ีบอกถึงความผิดปกติบนสเตเตอรคือ

ระดับแอมปลิจูดของ Side Band ท่ีความถ่ีในการหมุนของมอเตอร รอบ ๆ ความถ่ีหลัก 50 Hz และ แอมปลิจูดของความถ่ีหลัก จากรูปท่ี 2.40 เปน Spectrum ของมอเตอรปกติ และรูปท่ี 2.41 เปน Spectrum ของมอเตอรท่ีขดลวดสเตเตอรลัดวงจรระหวางรอบ จะเห็นวาแอมปลิจูดของ Side Band รอบ ๆ ความถ่ีหลักมีขนาดเพ่ิมขึ้นเม่ือมีการลัดวงจร

รูปที่ 2.40 Flux Spectrum ของมอเตอรปกต ิ

รูปที่ 2.41 Flux Spectrum ของมอเตอรที่ขดลวดสเตเตอร ลัดวงจร

39

2.7.4.2 ปญหาโรเตอร (Rotor Problems) ความถ่ีท่ีสัมพันธกับปญหาท่ีโรเตอร คือ Pole Pass Frequency : FP ซ่ึงปรากฏเปน

Side Sand อยูรอบ ๆ ความถ่ีโดย ในการวิเคราะหจําเปนตองวิเคราะหกระแสรวมดวย แอมปลิจูดของ Side Band

อาจมีคามากตามตําแหนงการติดตั้ง Flux Coil ซ่ึงอาจแตกตางเม่ือเทียบกับ Spectrum กระแสซ่ึง แอมปลิจูดของ Side Band มักจะต่ํากวาแอมปลิจูดความถ่ีหลัก 50 Hz อยางไรก็ตามเม่ือเกิดปญหาท่ีโรเตอรแอมปลิจูดของ Side Band ของการวัดท้ังสองแบบก็จะเพ่ิมขึ้นเหมือนกันแตถาแอมปลิจูดของ Side Band จากการวัดกระแสไมเพ่ิมขึ้นแตเพ่ิมขึ้นจากการวัดเสนแรงแมเหล็ก แสดงวาปญหาเกิดท่ีสเตเตอรและจากการศึกษาของบริษัท CSI พบวาแอมปลิจูดของความถ่ีหลัก 50 Hz จะเพ่ิมขึ้นถาปญหาลัดวงจรระหวางรอบของขดลวดมีมากขึ้นจากการวัดในแนวแกน

รูปที่ 2.42 Flux Spectrum ของมอเตอรมีปญหาทีโ่รเตอร

FP = ความถ่ีล่ืนไถล X จํานวนขั้วแมเหล็ก

40

รูปที่ 2.43 Flux Spectrum ของมอเตอรมีปญหาทีโ่รเตอรภายหลังการแกไข

2.7.4.3 แรงดันไมสมดุล (Voltage Imbalance) แรงดันไมสมดุลจะทําใหลักษณะเสนแรงแมเหล็กในวงจรแมเหล็กไมสมดุล

แอมปลิจูดของความถ่ี LF + NP/2 ท่ีเกิดขึ้นจะแปรตามแรงดันไมสมดุล

รูปที่ 2.44 ความเสียหายที่ผิวแบร่ิงจากกระแสจากแกนเพลา

เสนแรงแมเหล็กบางสวนท่ีเกิดจากความไมสมมาตรของแกนเหล็กจะเหนี่ยวนําใหเกิดแรงเคล่ือนไฟฟาท่ีแกนเพลามอเตอรเกิดกระแสไหลระหวางสเตเตอรโรเตอรและโครงมอเตอรครบวงจรโดยผานแบริ่งจากงานวิจัยพบวากระแสท่ีแกนเพลาเกิดจากหลายสาเหตุ คือ แมเหล็กไฟฟา (Electromagnetic) ไฟฟาสถิตย (Electrostatic) แรงดันภายนอกท่ีจายใหโรเตอรหรืออาเมเจอรของมอเตอรกระแสตรงและเสนแรงแมเหล็กกระจายตัวไมสมมาตรจากการวางขดลวดกระแสจากไฟฟาสถิตยมักพบในเครื่องกังหันไอน้ําจากอิเล็กตรอนท่ีเกิดจากไอน้ําวิ่งผานผิวใบ

41

เครื่องจักรท่ีใชสายพานขับและ Wet Gas Compressor ก็มักจะพบปญหานี้ในการวัดกระแสท่ีแกนเพลาจะใช Shaft Brush ตอออกมาจากเพลาผานตัวตานทาน 1 โอหมท่ีตออนุกรมมายังกราวนดและวัดแรงดันตกครอมตัวตานทานแรงดันท่ีวัดไดจะขึ้นอยูกับความตานทานของกราวนกับแบริ่งโดยแรงดันจะมีองคประกอบตาง ๆ เชน กระแสตรงรวมกับกระแสสลับท่ีมีความถ่ีมอเตอรหมุนปรากฏเปน Side Band ของความถ่ีหลักแตไมมีต่ําสุดของแรงดันท่ีแนนอน (Threshold) มาตรฐาน IEEE 112 - 1991 ไดแนะนําวาใหวัดคายอดสูงสุดของแรงดันกระแสตรงรวมกับคายอดสูงสุดของแรงดันกระแสสลับความถ่ีหลักแตในมาตรฐานไมไดระบุระดับสูงสุดของแรงดันไววาควรเปนเทาใด

ตารางที ่2.2 แสดงแหลงกําเนิดกระแสที่แกนเพลาและลักษณะสัญญาณที่วัดได

แหลงกําเนิด Spectrum และ Waveform

แมเหล็กไฟฟา แรงดันกระแสตรงรวมกับแรงดนักระแสสลับ มีความถ่ีเทากับความถ่ีในการหมุนของมอเตอรและมีฮารโมนิกส (แรงดันอยูในชวง mV)

ไฟฟาสถิตย แรงดันกระแสตรงรวมกับแรงดนักระแสสลับ มีความถ่ีเทากับความถ่ีในการหมุนของมอเตอรในขณะท่ี Waveform มีลักษณะคลายฟนเล่ือยตามลักษณะการประจุและคายประจุของกระแสซ่ึงแอมปลิจูดจะสูงกวา 1V

แหลงจายภายนอก แรงดันกระแสตรงรวมกับแรงดนักระแสสลับ มีความถ่ีเทากับความถ่ีของชุดเรียงกระแส (Rectifier)

ความไมสมมาตรของการวางขดลวด

ไมมีแรงดันกระแสตรง มีสัญญาณกระแสสลับท่ีความถ่ีหลักและมีฮารโมนกิส (แรงดันอยูในชวง mV)

42

รูปที่ 2.45 ความถี่ส่ันสะเทือนของการ Electric Discharge จากกระแสที่แกนเพลา

นอกจากนี้ในการวัดการส่ันสะเทือนก็สามารถตรวจวัดกระแสแกนเพลาไดเชนกัน งานวจิยัโดย David Kowal วาราว 8% ของการเสียหายของแบริ่งท้ังหมดเกิดจากการเหนี่ยวนําและ 25% สําหรับมอเตอรท่ีปรับความเร็วโดยวิธี Electronic Switching โดยในงานวิจัยระบุวากลุมความถ่ีของพลังงานนี้อยูในชวง 2000 – 4000 Hz และจะพบความถ่ี Side Band เทากับความถ่ี BPFO หรือBPFI ของแบริ่งอยูรอบ ๆ ดังในรูปท่ี 2.45

มาตรฐาน NEMA MG 1-1993, Section IV, Part 31 ไดระบุวามอเตอรท่ีมีขนาดเฟรมมากกวา 500 ระดับแรงดันท่ีแกนเพลาเทียบกับกราวนดตั้งแต 300 mV ขึ้นไปจะทําใหเกิดการ อารกขึ้นแตระดับแรงดันท่ีทําใหแบริ่งเริ่มเสียหายยังไมชัดเจนแตจากการศึกษาอยูท่ี 50 V ขึ้นไป สวนในกรณีมอเตอรท่ีปรับความเร็วดวย Electronic Switching จะมีคาตั้งแต 3 V ขึ้นไป

การตรวจสอบความผิดปกติตาง ๆ ในมอเตอรสามารถทําไดหลายวิธีการวิเคราะหจากความถ่ีกระแสไฟฟา เสนแรงแมเหล็กและอุณหภูมิเปนส่ิงท่ีสามารถบอกถึงปญหาท่ีเกิดขึ้นทางไฟฟาไดเปนอยางดี นอกจากนี้ยังสามารถตรวจพบปญหาทางกลไดอีกดวยแตท้ังนี้จําเปนตองอาศัยเครื่องมือวดัการส่ันสะเทือนเขามาชวยวิเคราะหความรุนแรงหรือสภาพของปญหารวมดวย การนําเครื่องมือตาง ๆ มาใชประกอบกันในการวิเคราะหจะชวยใหผูวิเคราะหสามารถระบุปญหาไดงายและถูกตองยิ่งขึ้น