3 Phase In duction motor (Squirral cage)

โดย : Admin

เรียบเรียงโดย : สุชิน เสือช้อย (แอดมิน)

 

พื้นฐานมอเตอร์เหนี่ยวนำ 3 เฟส แบบกรงกระรอก

 

อะซิงโครนัสมอเตอร์ (Asynchronouse Motor) หรือ อินคัคชั่นมอเตอร์ (Induction Motor) หรือมอเตอร์เหนี่ยวนี้โดยทั่วไปจะมีทั้งที่เป็นแบบสามเฟสและแบบเฟสเดียว

*** ต่อไปนี้แอดมินจะขอใชัคำว่ามอเตอร์เหนี่ยวนำแทนคำว่า อะซิงโครนัส และ อินดัคชั่นมอเตอร์ ในการเขียนบทความนี้

นอกจากนั้นมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบสามเฟสนี้ยังแบ่งประเภทได้อีกเป็นสองประเภทคือ มอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอก ( Squirrel Cage Motor) และ มอเตอร์เหนี่ยวนำแบบวาวด์โรเตอร์ ( Wound Rotor Motor) หรือมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบ สลิป-ริง (Slip-Ring Motor)

ส่วนมอเตอร์เหนี่ยวเฟสเดียวก็เช่นกัน ก็ยังมีการแบ่งแยกออกเป็นประเภทต่างๆอีกหลายประเภทซึ่งแอดมินจะได้เขียนอธิบายในตอนถัดไป...สำหรับเนื้อหาในตอนนี้จะขอเน้นเฉพาะเนื่อหาของมอเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟสแบบกรงกระรอกก่อนเท่านั้น

 

โครงสร้างของมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอก

 มอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอกนี้จะมีโครงสร้างสองส่วนหลักๆด้วยกัน คือ ส่วนที่อยู่กับที่หรือสเตเตอร์ (Stator) และส่วนที่หมุนเคลื่อนที่หรือโรเตอร์ (Rotor)

ซ้ายมือ : รูปโครงสร้างหลัก  ขวามือ : รูปโรเตอร์และรายละเอียดปลีกย่อยของโรเตอร์


 
คำศัพท์ต่างๆที่ใช้เรียกโครงสร้างของมอเตอร์


 

  โครงสร้างของสเตเตอร์
    
   ส่วนที่อยู่กับที่ของมอเตอร์ชนิดนี้ก้จะประกอบไปด้วยขดลวด 3 ชุด ซึ่งฝั่งอยู่ในร่องสล๊อทซึ่งเป็นแกนเหล็กลามิเนต  ส่วนต้นและปลายของขดลวดแต่ละขดก็จะถูกนำมาต่อเข้ากับเทอร์มินอลต่อสายที่ด้านข้างของตัวมอเตอร์  เพื่อต่อวงจรให้เหมาะสมตามลักษณะแหล่งจ่ายของแต่ละพื้นที่ที่มีการนำมอเตอร์นี้ไปใช้งาน  ซึ่งจะต่อวงจรได้ทั้งแบบสตาร์และเดลต้าโดยขึ้นอยู่กับระดับแรงดันของแหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้าที่มีใช้งานอยู่ในพื้นที่นั้นๆ

   ชมคลิปอธิบายการต่อวงจรอย่างละเอียด => การต่อมอเตอร์ 3 เฟส <= คลิก
 

 โครงสร้างของโรเตอร์
 สำหรับโครงสร้างของโรเตอร์ชนิดนี้ จะประกอบไปด้แท่งอลูมิเนียม หรือ อลูมิเนียม บาร์ (aluminum bar) ฝังอยู่ในแผ่นเหล็กลามิเนต และมิการเชื่อมต่อหัวท้ายให้ติดกันซึ่งมีรูปร่างคล้ายกับกรงกระรอก ดังตัวอย่าง

 

การทำงานของมอเตอร์ 3 เฟสแบบกรงกระรอก

    การทำงานของมอเตอร์ชนิดนี้จะอาศัยการเหนี่ยวนำเป็นกลไกสำคัญในการทำให้โรเตอร์เกิดการหมุน กล่าวคือเมื่อมีการจ่ายไฟ 3 เข้าไปยังขดลวดสเตเตอร์ ก็จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กรอบๆตัวนำและหมุนเคลื่อนที่เปลี่ยนแปลงตามไปเวลาแปรผันตามรูปคลื่นไซน์ (Sine Wave )ที่เป็นแหล่งจ่ายไฟ  
  
สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นนี้จะเรียกสั้นๆง่ายๆว่า "ว่าสนามแม่เหล็กหมุน" (magnetic rotating field )  ซึ่งจะหมุนด้วยความเร็วตามสมการ  Ns = 120 * F / P  ซึ่งโดยทั่วไปก็มักจะเรียกปรากฏการณ์นี้อีกชื่อหนึ่งว่า ความเร็วซิงโครนัส หรือ โครนัสสปีด  (Synchronouse Speed)

  *** F คือความถี่ของกระแสไฟฟ้า  50 หรือ 60 เฮิร์ท  ส่วน P คือจำนวนข้ัวแม่เหล็กที่เกิดจากการพันขดลวดที่สเตอร์ ซึ่งมีจำนวนเป็นเลขคู่ 2,4,6,8,10 หรือ 12 ขั้ว ขึ้นที่กับการออกแบบ

ซ้ายมือ:ตัวอย่างการพันขดลวดสเตเตอร์ของมอเตอร์ 3 เฟส แบบที่เป็นชนิด 2 ขั้วแม่เหล็ก
ขวามือ : แสดงการเกิดผลรวมของเส้นแรงแม่เหล็กหรือเส้นแรงแม่เหล็กลัพธ์ ซึ่งทำให้เกิดแกนกลางของขั้วแม่เหล็ก และทำให้มีขั้วเหนือและขั้วใต้หมุนเปลี่ยนแปลงตามเวลาแปรผันไปตามรูปคลื่นไซน์ของแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายเข้าไปยังขดลวด (ตัวอย่างมอเตอร์ที่เป็นชนิด 2 ขั้วแม่เหล็ก)

รูปแสดงการเกิดสนามแม่เหล็กหมุน โดยเวกเตอร์ สีแดง สีน้ำเงินและสีเหลือง จะเป็นตัวแสดงปริมาณสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นในขดลวดสเตเตอร์แต่ละชุด ซึ่งจะมีค่ามากน้อยไม่เท่ากันในแต่ละช่วงเวลา โดยจะขึ้นอยู่กับขนาดแรงดันของแต่ละเฟสในช่วงเวลานั้น  ส่วนเวคเตอร์สีดำจะแสดงผลรวมหรือเส้นแรงแม่เหลํกลัพธ์ (Resultant Flux) ที่เกิดขึ้นในแต่ละองศาการหมุน




ตารางแสดง ความเร็วของมอเตอร์ของสนามแม่เหล็กหมุน หรือชิงโครนัสสปีด ที่เกิดขึ้นสเตเตอร์หลังจากที่มีการป้อนแรงดันให้กับขดลวดสเตเตอร์   โดยที่ความเร็วซิงโครนัสหรือความเร็วสนามแม่เหล็กหมุนนี้จะขึ้นอยู่กับความถี่ของแหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าและจำนวนการลงขดลวดที่สเตเตอร์ว่าออกแบบ ว่ามีจำนวนขั้วแม่เหล็กกี่ขั้ว

 

การทำงาน (ต่อ)

   หลังจากป้อนไฟเข้าขดลวดสเตเตอร์แล้ว ก็จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กหมุนและหมุนด้วยเร็วเท่ากับความเร็วซิงโครนัสสปีดดังที่อธิบายมาแล้วด้านบน ...จากนั้นก็จะทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่าสนามแม่เหล็กหมุนก็จะวิ่งตัดกับตัวนำ (แท่งอลูมิเนียมหรืออลูมิเนียมบาร์ที่ฝังอยู่ในแกนเหล็กในตัวโรเตอร์)  ซึ่งก็จะให้เกิดการเหนี่ยวขึ้นในโรเตอร์

   และเมื่อเกิดการเหนี่ยวขึ้นที่โรเตอร์ ก็จะทำให้เกิดกระแสไหลในตัวนำ (แท่งอลูมิเนียม) และทำให้เกิดเส้นแรงแม่เหล็กขึ้นรอบๆตัวนำ

  หลังจากเมื่อเกิดเส้นแรงแม่เหล็กขึ้นรอบๆตัวนำ ซึ่งจะมีทิศทางตรงกันข้ามกับเส้นแรงแม่เหล็กเกิดจากขดลวดสเตเตอร์  และจะเกิดการผลักกันซึ่งทำให้โรเตอร์เกิดการหมุนเคลื่อนที่

รูปแสดงปฏิกริยาที่เกิดขึ้นระหว่างเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้นที่สเตเตอร์ กับ เส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้นที่โรเตอร์

 

 

 

เอกลักษณ์และคุณสมบัติ

  โดยธรรมชาติของมอเตอร์ชนิดนี้จะทำงานหรือหมุนได้นั้นจะต้องอาศัยหลักการเหนี่ยว  ซึ่งอาศัยความเร็วที่แตกต่างกันระหว่างความเร็วของโรเตอร์ กับความเร็วสนามแม่เหล็กหมุนที่คำนวนได้จากสมการ Ns = 120 *F / P

  โดยทั้วไปความเร็วของโรเตอร์จะมีค่าน้อยกว่าความเร็วสนามแม่เหล็กหมุน ซึ่งโดยทั่วไปจะแตกต่างกันอยู่ 3-5 %  ซึ่งตามทฤษฏีจะเรียกความเร็วที่แตกต่างกันนี้ว่าความเร็วสลิปหรือความเร็วลื่นไถล ซึ่งสามารถคำนวนได้จากสมการดังนี้ (ค่าสลิปจะคิดเป็นเปอร์เซ็นต์)

                          ความเร็วสลิป Slip (%S) = [ (Ns - Nr / Ns) * 100 %]

                          Ns ความเร็วซิงโครนัส หรือความเร็วสนามแม่เหล็กหมุน Ns = (120 *F/P)
                          Nr  ความเร็วของโรเตอร์ (ความเร็วที่ระบุบนแผ่นป้ายมอเตอร์ หรือ Name Plate)

 

รูปแสดง คุณสมบัติด้านความเร็วกับแรงบิด




 ข้อดีและข้อด้อย

   มอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอกนี้ ปัจจุบันเป็นที่นิยมอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม เนื่องจากว่ามีโครงสร้างที่ง่ายไม่ซับซ้อน  ขนาดกระทัดและน้ำหนักเบา การบำรุงรักษาน้อย และประสิทธิภาพสูงกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงหรือดีซีมอเตอร์ซึ่งเป็นเจนเนอเรชั่นแรกๆ  นอกจากนั้นยังหาซื้อได้ง่ายเนื่องจากปัจจุบันเป็นที่นิยมหาซื้อได้ง่าย

  สำหรับจำกัดที่ชัดเจน ก็คือความเร็วไม่คงที่ เนื่องจากมีสลิป  และการควบคุมความเร็วทำได้ยากกว่าหากเปรียบเทียบกับมอเตอร์ดีซี ซึ่งต้องใช้เทคโนโลยีที่ยุ่งยากและซับซ้อนกว่า (เขียนตามทฤษฏีเก่าๆ)

  แต่อย่างไรก็ตามกาลเวลาได้เปลี่ยนไป  ปัจจุบันการควบคุมมอเตอร์ชนิดนี้ไม่ว่าจะเป็นการสตาร์ทหรือการควบคุมความเร็วของมอเตอร์มิใช่เป็นเรื่องยากอีกต่อไป  ซึ่งเทคโนโลยีที่ใช้ควบคุมมอเตอร์ชนิดนี้ได้มีจำหน่ายอย่างแพร่หลายในตลาดอุตสาหกรรม

  ปัจจุบันมอเตอร์ชนิดนี้ถือว่ามีการใช้งานมากที่สุดในอุตสาหกรรม เนื่องจากเป็นชนิดที่ตอบโจทย์อุตสาหกรรมได้มากที่สุด






 

คลิปอื่นที่เกี่ยวข้อง ซึ่งมีอยู่ในเพลลิสช่องยูทูปของ 9engineer.com โดยใช้ชื่อช่องว่า Technology talk Channel 

 1. วงจรและวิธีการสตาร์ทแบบไดเร็คออนไลน์  DOL
 2. วงจรควรคุมการกลับทางหมุน
 3. วงจรและวิธีการสตาร์ทแบบสตาร์ เดลต้า  Y-D Starter
 4. การสตาร์แบบออโตทรานส์ฟอร์เมอร์  Auto transformer starter
 5. การต่อขดลวดมอเตอร์ อย่างไรไม่ให้เกิดการใหม้หรือเสียหาย
 6. การเช็ตโอเวอร์โหลดรีเลย์
 7.การเช็ตโอเวอร์โหลดรีเลย์กับมอเตอร์ที่มีเซอร์วิสแฟคเตอร์
 8.รีเลย์กับคนแทคเตอร์ต่างกันอย่างไร
 9.อื่นๆ

 

เนื้อหาโดย: 9engineer.com (http://www.9engineer.com/)