Linear Induction Motor

ตัวอย่างลิเนียร์มอเตอร์และชุดคอนโทรลที่ใช้งานอุตสาหกรรม

ย้อนหลังไปประมาณ 6 ปีครึ่งที่ผ่านมา ผมได้รับโอกาสไห้ไปฝึกอบรมเกี่ยวกับ AC Drives ที่เยอรมันพร้อมกับไปดูงานแสดงสินค้าและเทคโนโลยี Hanover Fair 2000 ซึ่งเป็นงานแสดงสินค้าและเทคโนโลยีระดับโลกและยิ่งใหญ่ที่สุดในยุโรป บรรยากาศภายในงานต้องยอมรับว่าตื่นตาตื่นใจและยิ่งใหญ่สมราคา ภายในมีสินค้าและเทคโนโลยีให้ได้ดูและศึกษามากมายและครบถ้วนทุกสาขา ผู้นำเทคโนโลยีแต่ละค่ายนำสินค้ามาแสดงกันแบบเต็มอัตราศึกชนิดที่ว่าถ้าจะดูให้ได้น้ำได้เนื้ออย่างน้อยต้องใช้เวลาสักสามวันเป็นอย่างต่ำ

นอกเหนือจากเทคโนโลยีอื่นที่มีให้ชมมากมายแล้ว ยังมีสิ่งหนึ่งที่ทำผมรู้สึกสนใจอย่างยิ่งนั่นคือมอเตอร์ที่เคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงหรือลิเนียร์มอเตอร์ (Linear Motors) และชุดควบคุมที่เรียกว่าลิเนียร์ไดร์ฟ(Linear Drives) (โดยส่วนตัวแล้วผมเคยอ่านแต่ในหนังสือและยังไม่เคยเห็นการประยุกต์ใช้ในงานอุตสาหกรรมบ้านเรามาก่อน) เครื่องจักรที่มีการเคลื่อนที่ในแนวราบหรือเส้นตรงและขับเคลื่อนโดยตรงโดยที่ไม่มีการต่อผ่านระบบส่งกำลังทางกลเช่น เฟืองโซ่ เกียร์หรือสายพาน ทั้งหลายที่เคยเห็นจะใช้กระบอกสูบนิวแมติกส์หรือไฮดรอลิกส์เป็นตัวขับเคลื่อน
ครั้นเมื่อได้มาเห็นการประยุกต์ใช้งานและสมรรถนะของลิเนียร์มอเตอร์ที่นี่ ทำให้ผมเกิดความรู้สึกว่ามอเตอร์ประเภทนี้จะต้องเป็นที่นิยมแพร่หลายในงานอุตสาหกรรมและการประยุกต์ใช้งานอื่นๆอย่างแน่นอน จึงทำให้ผมมีแรงจูงใจในการเรียบเรียงบทความนี้ขึ้นมา โดยคาดหวังว่าคงมีประโยชน์บ้างไม่มากก็น้อยสำหรับเพื่อนๆสมาชิกท่านที่สนใจทางด้านนี้

Linear motor คืออะไร
โดยทั่วไปลิเนียร์มอเตอร์มีอยู่ด้วยกันหลายแบบด้วยกันเช่น Linear Synchronous Motor (LSM) ,DC linear Motors ,Stepping Linear Motor และ Linear Induction motor (LIM) แต่ในที่จะกล่าวถึงเฉพาะ LIM เท่านั้นก่อน เนื่องจากเป็นชนิดที่มีการประยุกต์งานมากที่สุดอุตสาหกรรมและอื่นๆ
	อินดักชั่น ลิเนียร์มอเตอร์เป็นมอเตอร์ที่หลักการพื้นฐานเช่นเดียวกับมอเตอร์อินดัคชั่นแบบกรงกระรอกที่หมุนเคลื่อนที่แบบโรตารี โดยเปลี่ยนจากมอเตอร์ที่เคยสร้างแรงบิดหมุนขับเคลื่อนเครื่องจักรที่เป็นทรงกระบอกมาเป็นการสร้างแรงขับเคลื่อนในแนวราบ ซึ่งหากจะพูดถึงโดยหลักการของมอเตอร์ชนิดนี้ ก็ถือได้ว่าไม่ใช่เทคโนโลยีใหม่แต่อย่างใด แต่เป็นเพียงอาศัยการออกแบบทางโครงสร้างที่แตกต่างกันเท่านั้น (แตกต่างทางโครงสร้างและแนวการเคลื่อนที่เท่านั้น) แต่ผลที่ได้อันเนื่องจากคิดและการออกแบบที่แตกต่างนี้ทำให้เกิดข้อดีหลายประการเมื่อเปรียบเทียบกับระบบเดิมๆที่ใช้อยู่ เช่นทำให้สามารถการลดส่วนที่เคลื่อนที่ลงได้ (no moving part) ทำให้เสียงเงียบหรือเบาลงในขณะที่ใช้งาน (silent operation) ลดการบำรุงรักษา(reduce maintenance) นอกจากนั้นยังทำให้มีขนาดกะทัดรัด (compact size) ซึ่งง่ายต่อการติดตั้ง เป็นต้น ปัจจุบัน LIM มีหลากหลายขนาดให้เลือกใช้งาน กล่าวคือมีตั้งแต่ขนาดเล็กที่มีทอร์คต่ำๆไม่กี่นิวตันเมตร (Nm) จนถึงขนาดที่มีทอร์คหรือแรงบิดเป็นหลักพันนิวตันเมตร (ขึ้นอยู่กับขนาดและพิกัดกำลัง)
ส่วนคุณสมบัติด้านความเร็วนั้น ขีดความสามารถของมอเตอร์ชนิดนี้สามารถควบคุมความเร็วได้ตั้งแต่ศูนย์ขึ้นไป(Zero) จนถึงหลายๆเมตรต่อวินาที (โดยขึ้นอยู่กับการออกแบบและความถี่) ส่วนการควบคุมความเร็ว การสตาร์ท(start) การหยุด(stop) หรือการกลับทางหมุน(reversing)ก็สามารถทำได้ด้วยการใช้วิธีที่ง่ายๆ และวิธีที่ซับซ้อน

LIM มีข้อดีอย่างไร LIM สามารถควบคุมได้ด้วยวิธีง่ายๆ และสะดวกต่อการใช้งาน มีการตอบสนองการเคลื่อนที่ที่รวดเร็ว(fast response) มีอัตราเร่งสูง (high acceleration ) สามารถสร้างแรงเบรกได้ นอกจากนั้นความเร็วยังไม่ขึ้นอยู่กับความฝืดอันเนื่องจากการสัมผัส(contact friction) ไม่จำเป็นต้องใช้โซ่หรือเกียร์ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิด backlash ในระบบ ไม่ต้องทำการหล่อลื่น (lubricate) ไม่ต้องบำรุงรักษา (no maintenance) โครงสร้างง่าย มีส่วนที่เคลื่อนที่น้อย ค่าใช้จ่ายต่ำกรณีใช้งานนานๆ
LIM มีหลักการทำงานอย่างไร โครงสร้างและหลักการทำงานของมอเตอร์เหนี่ยวนำเชิงเส้นหรือลิเนียร์อินดักชั่นมอเตอร์ จะมีลักษณะคล้ายกับกับมอเตอร์เหนี่ยวนำที่แบบโรตารี่ทั่วไป ซึ่งประกอบด้วย 2 ส่วนที่สำคัญคือ สเตเตอร์ (Stator หรือ Primary) และ โรเตอร์ (Rotor หรือ Secondary)

      แนวคิด
         หลักการคิดก็คือก็เริ่มต้นกระทำคล้ายกับว่านำมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอกมาผ่าออกแล้วคลี่ออกเป็นออกเป็นแผ่นเรียบดังรูป (ซึ่งยังประกอบด้วยขดลวดสามเฟสเช่นเดียวกับมอเตอร์ทั่วไป)

      ส่วนโรเตอร์ก็เช่นเดียว(กรณีของเหนี่ยวนำทั่วไปโรเตอร์จะเป็นแท่งตัว) ส่วนมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบลิเนียร์จะคลี่ตัวนำให้เป็นแผ่นเรียบ(2) แล้วประกอบด้วย reaction plate iron (3) แต่ถ้าใช้stators สองส่วน(5) ก็สามารถเอาreaction plate iron ออกได้

      เมื่อจ่ายไฟสามเฟสขดลวดสเตอร์ ก็จะเกิดคลื่นสนามแม่เหล็ก(magnetic field)ที่วิ่งผ่านไปมาที่ผิวของสเตเตอร์ แทนที่สนามแม่เหล็กหมุนในกรที่เป็นแบบโรตารี่ การเคลื่อนที่กลับ หรือกลับทิศทางการเคลื่อนที่ก็ทำได้โดยการสลับเฟสที่ต่อกับขอลวด โดยที่ reaction plate จะทำหน้าที่เหมือนกับเป็นโรเตอร์ ซึ่งจะเป็นแผ่นอลูมิเนียม หรือทองแดง เมื่อมีการเคลื่อนที่ของสนามแม่เหล็กที่เกิดจากขอลวดสเตแตอร์ก็จะทำให้เกิดการเหนี่ยวนำขึ้นที่แผ่นตัวนำ เกิดกระแสไหลและเกิดสนามแม่เหล็กขึ้นซึ่งเรียกว่าสนามแม่เหล็กต้านทุติยภูมิ ( secondary field)

LIM ควรนำไปประยุกต์ใช้งานที่ไหนหรืออย่างไร

การใช้งานLIM สามารถกล่าวแบบสรุปสั้นๆว่า สามารถเอาไปใช้งานที่ใดก็ได้ที่ต้องการการเคลื่อนที่แบบเส้นตรง หรือใช้กับอุปกรณ์ที่ต้องการแรงขับเคลื่อนในแนวราบ หรือเครื่องจักรกลที่พิจารณาแล้วว่าไม่เหมาะต่อการใช้การขับเคลื่อนแบบโรตารี หรือเครื่องจักรกลที่ไม่ประสงค์จะใช้ระบบส่งกำลังทางกล(Mechanical transmissions)เช่นเฟืองโซ่ เกียร์หรือสายพานต่างๆ เข้ามาเกี่ยวข้อง
LIM เป็นอุปกรณ์ทางอุดมคติ (ideal) ที่ออกแบบมาสำหรับใช้กับงานที่มีข้อจำกัดในเรื่องของพื้นที่เป็นอย่างดี ช่วยให้สามารถลดขนาดและความใหญ่เทอะทะของเครื่องจักรลง นอกจากนั้นยังสามารถใช้ได้กับสภาพแวดล้อมที่เป็นอันตรายเสี่ยงต่อการติดไฟได้อีกด้วย (hazardous environments)

แหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้า (Power Supply)
มอเตอร์ชนิดนี้ที่ผลิตมาใช้งานในอุตสาหกรรม โดยทั่วไปแล้วส่วนใหญ่จะออกแบบมาใช้กับไฟ 3 เฟส (แบบ 1 เฟสก็มี แต่ว่าจะเป็นขนาดที่มีกำลังขับเคลื่อนไม่มาก โดยหลักการก็คล้ายกับมอเตอร์อินดักชั่นแบบโรตารี่ ที่ขนาดพิกัดกำลังใหญ่ๆก็มักจะเป็นแบบ 3 เฟส) โดยทั่วไปก็ออกแบบให้สอดคล้องกับแรงดันไฟฟ้ามาตรฐานเช่น 220/380/400/415/460 V. ที่ความถี่ 50 หรือ 60 Hz. เป็นต้น

หมายเหตุ : www.9engineer.com ขอสงวนสิทธิ์ในการรับรองความถูกต้องในข้อมูล เนื้อหา ภายในเว็บไซด์

Linear Induction Motor (LIM) พื้นฐานเกี่ยวกับมอเตอร์ไฟฟ้าเหนี่ยวนำแบบเชิงเส้น

Linear Induction Motor (LIM)
พื้นฐานเกี่ยวกับมอเตอร์ไฟฟ้าเหนี่ยวนำแบบเชิงเส้น