มอเตอร์...ในอุตสาหกรรม

มอเตอร์เป็นเครื่องจักรกลไฟฟ้าที่หมุนได้โดยอาศัยหลักการเหนี่ยวนำทางแม่เหล็ก เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้เป็นพลังงานกล ซึ่งประกอบด้วย 2 ส่วนใหญ่ๆคือ ส่วนที่อยู่กับที่เรียกว่าสเตเตอร์ (Stator) และส่วนที่หมุนเรียกว่าโรเตอร์ (Rotor)

มอเตอร์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมสามารถจัดเป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ มอเตอร์กระแสตรงและ มอเตอร์กระแสสลับ มอเตอร์กระแสสลับ ที่ใช้อย่างแพร่หลายมากที่สุดคือ มอเตอร์เหนี่ยวนำ (Induction Motor)

รูปที่ 1 ประเภทของมอเตอร์

ประเภทของมอเตอร์

1. มอเตอร์กระแสตรง

ใช้หลักการจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงเข้าทั้งขดลวดที่อยู่กับที่และที่เคลื่อนที่ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าผลักดันขึ้นทำให้มอเตอร์หมุน สามารถควบคุมความเร็วรอบได้อย่างแม่นยำ จึงใช้ในงานที่ต้องการความแม่นยำในการควบคุมความเร็วรอบ  โดยเฉพาะอย่างยิ่งเครื่องจักรขนาดใหญ่

มอเตอร์กระแสตรง ภาพจาก : rungcharassaeng.nanasupplier.com

2. มอเตอร์กระแสสลับ

เป็นมอเตอร์ที่ใช้แพร่หลายมากที่สุดในปัจจุบัน เนื่องจากราคาไม่สูง บำรุงรักษาน้อย และไม่จำเป็นต้องมีชุดขับเคลื่อนเหมือนมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง โครงสร้างของมอเตอร์เหนี่ยวนำประกอบด้วยขดลวดชุดที่อยู่กับที่ (Stator) และตัวนำอยู่ที่โรเตอร์ สนามแม่เหล็กที่สเตเตอร์จะเหนี่ยวนำให้กระแสไหลและเกิดสนามแม่เหล็กที่โรเตอร์ สนามแม่เหล็กไฟฟ้าจากตัวนำทั้งสองชุดดึงดูดกัน ทำให้เกิดการหมุน ด้วยข้อได้เปรียบในเรื่องการบำรุงรักษาที่ง่าย  และเทคโนโลยีการควบคุมความเร็วรอบที่ดีขึ้น  ทำให้มอเตอร์เหนี่ยวนำถูกนำไปใช้งานอย่างกว้างขวาง

มอเตอร์กระแสสลับ ภาพจาก : repairmoter.com

หลักการทำงาน

มอเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ใช้เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้เป็นพลังงานกล มอเตอร์มีหลายขนาด หรือ พิกัด ตั้งแต่ขนาดไม่กี่สิบวัตต์จนถึงหลายเมกกะวัตต์ ขนาดของมอเตอร์จะพิจารณาที่กำลังงานทางกลที่มอเตอร์ตัวนั้นออกแบบมาให้ทำงานได้สูงสุด เช่น มอเตอร์ขนาด 45 กิโลวัตต์จะออกแบบมาให้จ่ายกำลังงานกลได้สูงสุด 45 กิโลวัตต์ มิได้หมายความว่ามอเตอร์ไฟฟ้ากินไฟ 45 กิโลวัตต์

  รูปที่ 2 การใช้พลังงานของมอเตอร์

กำลังไฟฟ้าที่มอเตอร์ใช้จะขึ้นอยู่กับภาระทางกลของมอเตอร์นั้น ถ้าภาระทางกลมากจะใช้พลังงานไฟฟ้าสูงและต่ำลงเมื่อภาระทางกลลดลง  พลังงานไฟฟ้าที่มอเตอร์ใช้จะขึ้นกับกำลังไฟฟ้า (กิโลวัตต์) ที่มอเตอร์ใช้และช่วงเวลาที่ทำงานถ้ากำลังไฟฟ้าสูงก็จะใช้พลังงานมากหรือชั่วโมงการทำงานสูงก็จะใช้พลังงานมากเช่นกัน

รูปที่ 3 ความสัมพันธ์ของมอเตอร์และอุปกรณ์ขับเคลื่อนต่างๆ

ตัวอย่าง มอเตอร์ขับพัดลมขนาด 55 kW วัดกำลังไฟฟ้าได้ 20 kW พัดลมทำงานวันละ 16 ชั่วโมงและ 300 วัน / ปี ค่าไฟฟ้าเฉลี่ย 4 บาท / kWh จะมีการใช้พลังงานและค่าใช้จ่ายดังนี้
พลังงานไฟฟ้า = 20 kW × 16 ชั่วโมง/วัน × 300 วัน/ปี = 96,000 kWh / ปี
ค่าไฟฟ้าของมอเตอร์ = 96,000 kWh × 4 บาท / kWh = 384,000 บาท / ปี

แผ่นป้ายประจำมอเตอร์ (Name Plate)

การใช้งานมอเตอร์อย่างถูกต้องเหมาะสม  มีข้อมูลในการใช้งานหลายอย่างที่กำหนดไว้ที่แผ่นป้ายประจำมอเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งข้อมูลหลักๆ ได้แก่

รูปที่ 4 แผ่นป้ายประจำมอเตอร์

ตารางประกอบรูปที่ 4 แผ่นป้ายประจำมอเตอร์

ข้อควรระวังในการเลือกใช้มอเตอร์

1)   การเลือกระดับการป้องกันฝุ่นและน้ำ (IP) ให้เหมาะสมกับสภาพของพื้นที่ที่ติดตั้งมอเตอร์ โดยทั่วไปจะอ้างอิงมาตรฐาน IEC ซึ่งใช้รหัสตัวเลข 2 ตัว แสดงระดับการป้องกันฝุ่น และกันน้ำ ตามลำดับ ดังนี้

ตารางที่ 1 การป้องกันฝุ่นและกันน้ำตามมาตรฐาน IEC

ตามตัวอย่าง IP55 แสดงว่าป้องกันฝุ่นทั่วๆ ไป และป้องกันน้ำที่ลงมาในแนวดิ่ง โดยทั่วไปมอเตอร์ที่ใช้งานในร่มมักจะเลือก IP54 และใช้งานกลางแจ้งจะเป็น IP65 เป็นต้น

2) การต่อขั้วสายของมอเตอร์ (CONNECTION) ซึ่งจะบอกค่าแรงดันไฟฟ้า ของมอเตอร์ซึ่งจะต้องสอดคล้องกับระดับแรงดันไฟฟ้าภายในโรงงาน เช่น ถ้าแผ่นป้ายระบุ  D 380 V / Y 660 V หมายถึง ถ้าเข้าสายที่ขั้วมอเตอร์แบบ D จะใช้กับแรงดัน 380 V ถ้าเข้าสายแบบ Y จะใช้กับแรงดัน 660 V เป็นต้น ตามตัวอย่างแผ่นป้ายประจำมอเตอร์ จะต่อกับแรงดันไฟฟ้าแบบ D 380 V

รูปที่ 5 การต่อสายเข้ามอเตอร์

ประสิทธิภาพและการสูญเสียของมอเตอร์

ประสิทธิภาพของมอเตอร์ขึ้นอยู่กับค่าของการสูญเสียที่เกิดขึ้นในตัวมอเตอร์ โดยทั่วๆ ไปแล้วการสูญเสียในมอเตอร์จะมาจาก 2 ส่วนคือ

• ค่าการสูญเสียขณะที่มอเตอร์ไม่มีภาระ (No-Load Losses) เป็นการสูญเสียที่มีค่าคงที่และไม่ขึ้นกับโหลดของมอเตอร์เป็นการสูญเสียที่แกนเหล็ก (Core loss) การสูญเสียจากแรงลมและแรงเสียดทาน (Windage and Friction loss)
• ค่าการสูญเสียขณะมีภาระ (Load Losses) ซึ่งเป็นการสูญเสียที่สเตเตอร์ (Stator loss) โรเตอร์ (Rotor loss) และจากภาระการใช้งาน (Stray loss)

รูปที่ 6 กราฟแสดงประสิทธิภาพของมอเตอร์แบบเหนี่ยวนำเทียบกับภาระ

เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุดควรให้มอเตอร์ทำงานที่ประมาณ 80-100%ของพิกัด แต่อย่าให้เกินพิกัด เพราะจะทำให้เกิดความร้อนเพิ่มสูงขึ้นอาจทำให้มอเตอร์เสียหายได้

Download

หนังสือคู่มือ (E-book) ด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อม 

Bibliography
กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน. (2555). การตรวจวิเคราะห์การอนุรัก์พลังงาน ในมอเตอร์.  กระทรวงพลังงาน, คู่มือการตรวจวิเคราะห์การอนุรักษ์พลังงาน สำหรับวิสาหกิจขนาดกลางและขนาดย่อม (pp. 4-2 - 4-5).