Page 1
141
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
หนวยท 5 การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
หวขอเรอง 5.1 ความรพนฐานมอเตอรไฟฟากระแสตรง 5.2 การเรมเดนมอเตอรไฟฟากระแสตรง 5.3 การกลบทศทางการหมนมอเตอรไฟฟากระแสตรง 5.4 การควบคมความเรวมอเตอรไฟฟากระแสตรง 5.5 สรปสาระส าคญ
จดประสงคเชงพฤตกรรม 1. จ าแนกชนดมอเตอรไฟฟากระแสตรงได 2. อธบายการเรมเดนมอเตอรไฟฟากระแสตรงได 3. บอกวธการกลบทศทางการหมนมอเตอรไฟฟากระแสตรงได 4. บอกวธการควบคมความเรวมอเตอรไฟฟากระแสตรงได
ทฤษฎ 2 คาบ ปฏบต 3 คาบ เวลาเรยนรวม 90 คาบ
ชอวชา การควบคมมอเตอรไฟฟา รหสวชา 2104-2009
ใบเนอหา หนาท 1/30
ชอหนวย การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
หนวยท
5 สอนครงท 5-6/18
Page 2
142
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
เนอหาสาระ
5. การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง การใชงานมอเตอรไฟฟากระแสตรง มจ าเปนตองศกษาเกยวกบความรพนฐานของมอเตอรไฟฟากระแสตรง วธเรมเดนมอเตอร วธการหยดมอเตอร และวธการควบคมความเรวมอเตอรไฟฟากระแสตรง เพอใหมอเตอรไฟฟาสามารถท างานตามทตองการไดถกตอง
5.1 ความรพนฐานมอเตอรไฟฟากระแสตรง
มอเตอรไฟฟา (Motor) คอ เครองกลไฟฟาท าหนาทเปลยนพลงงานไฟฟาใหเปนพลงงานกล โดยอาศยหลกการดดและผลกของสนามแมเหลก มอเตอรไฟฟากระแสตรงใชกบแหลงจายไฟฟากระแสตรง มคณสมบตในดานการปรบความเรวไดตงแตความเรวต าสดจนถงสงสด นยมใชเปนตนก าลงในงานอตสาหกรรม เชน การขบเคลอนรถไฟฟา เปนตน
(ก) โครงสรางภายนอก (ข) โครงสรางภายใน
รปท 5.1 โครงสรางภายนอกและโครงสรางภายในของมอเตอรไฟฟากระแสตรง
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 2/30 5
Page 3
143
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
5.1.1 โครงสรางของมอเตอรไฟฟากระแสตรง มอเตอรไฟฟากระแสตรง และเครองก าเนดไฟฟากระแสตรง มโครงสรางและหลกการทคลายกน ประกอบไปดวย 2 สวน คอ สวนทอยกบท (Stator) และสวนทเคลอนท (Rotor)
(ก) สวนทอยกบท (ข) สวนทเคลอนท
รปท 5.2 สวนทอยกบท และสวนทเคลอนทของมอเตอรไฟฟากระแสตรง
1. สวนทอยกบท ประกอบดวย 1) เปลอกหรอโครง (Frame or Yoke) ท าดวยเหลกหลอ (Cast iron) มวนเปนรปทรงกระบอก ท าหนาท ยดขวแมเหลกและสวนประกอบทงหมด และเปนทางเดนของเสนแรงแมเหลก (Magnetic circuit)
รปท 5.3 โครงของมอเตอรไฟฟากระแสตรง
2) ขวแมเหลก (Field pole) ท ามาจากแผนเหลกบาง ๆ (Laminated sheet steel) โดยแตละแผนเคลอบฉนวน อดซอนกนเปนแทงขวแมเหลก ยดตดกบดานในของโครงเหลกดวยสกร (Screw) สวนปลายทท าเปนรปโคงเพอรบรปทรงกลมของตวโรเตอร เรยกวาขวแมเหลก (Pole shoes) แตมมอเตอรขนาดเลกบางชนดจะหลอขวแมเหลกเปนเนอเหลกผนเดยวกบโครงมอเตอร
โครงภายนอก
ขวแมเหลก
ขดลวดสนามแมเหลก
ขดลวดอารเมเจอร
คอมมวเตเตอรแกนเพลา
แกนเหลกอารเมเจอร
N S
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 3/30 5
Page 4
144
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
รปท 5.4 ขวแมเหลก ทมา : https://www.indiamart.com/jinglecorporation/dc-motor-spares.html และ
http://www.ksf-kommutatoren.com/en/product/supplies/
3) ขดลวดสนามแมเหลก (Field coil or Field winding) เปนขดลวดตวน าหมฉนวนพนไวรอบขวแมเหลก ท าหนาทสรางเสนแรงแมเหลกเมอไดรบกระแสไฟฟากระตน (Excitation current) ขดลวดฟลดคอยลม 2 ชนด คอ ขดลวดชนตฟลด (Shunt field) พนดวยลวดเสนเลก มคาความตานทานสง และขดลวดซรสฟลด (Series field) พนดวยขดลวดเสนใหญมคาความตานทานจะต า
รปท 5.5 ขดลวดสนามแมเหลก ทมา : https://www.indiamart.com/proddetail/copper-mixer-motor-field-coil-
13568388373.html
ขดลวดชนตฟลด
ขดลวดซรสฟลด
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 4/30 5
Page 5
145
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
4) แปรงถานและชดยดแปรงถาน (Brush and Brush Holder) แปรงถานท ามาจากคารบอนและแกรไฟต อดเปนแทงสเหลยมผนผา แปรงถานมเสนลวดตวน าทองแดงฝอยตเกลยว เพอตอไปยงวงจรภายนอก แปรงถานถกบรรจอยในชดยดแปรงถาน มสปรงกดแปรงถานใหหนาสมผสของแปรงถานกบซคอมมวเตเตอรตลอดเวลาในขณะทอารเมเจอรหมน ท าหนาทเชอมตอวงจรขดลวด อารเมเจอรจากคอมมวเตเตอรไปยงวงจรภายนอก
รปท 5.6 แปรงถานรปแบบตาง ๆ ทมา : http://www.carbonbrushmanufacturers.com/products/ และ
https://www.groschopp.com/accessory/brushes/
รปท 5.7 ลกษณะการตดตงแปรงถานและชดยดแปรงถาน
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 5/30 5
Page 6
146
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
5) ตลบลกปนหรอปลอกทองเหลอง (Bearing or Bush) ตลบลกปนจะยดตดอยทฝาครอบทง 2 ดานของมอเตอร ท าหนาทเปนตวรองรบน าหนกจากเพลาสวนหมนกบฝาครอบดานใน และลดแรงเสยดทานทเพลาขณะทอารเมเจอรหมน
(ก) ตลบลกปน (ข) ปลอกทองเหลอง
รปท 5.8 ตลบลกปนและปลอกทองเหลอง ทมา : https://www.amazon.com/SKF-Universal
และ https://www.indiamart.com/proddetail/bush-bearing-11160471112.html
6) ฝาปดหวทายหรอฝาครอบ (End plate) จากเหลกหลอเชนเดยวกบโครงมอเตอร ท าหนาทบงคบใหอารเมเจอรหมนในแนวศนยกลางของสนามแมเหลกและอยในศนยกลางของมอเตอร ดานในของฝาครอบจะมตลบลกปนหรอปลอกทองเหลองรองรบแกนเพลาของสวนหมน
2. สวนทเคลอนท ประกอบดวย 1) แกนเพลา (Shaft) เปนแกนเหลกกลมยาว ส าหรบสวมแกนเหลกอารเมเจอร และยดคอมมวเตเตอร ประกอบเปนตวโรเตอร แกนเพลานจะวางอยบนตลบลกปน เพอบงคบใหหมนอยในแนวศนยกลางของมอเตอร
รปท 5.9 สวนทเคลอนท
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 6/30 5
แกนเพลา
แกนเหลกอารเมเจอร
ขดลวดอารเมเจอร
คอมมวเตเตอร
Page 7
147
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
2) แกนเหลกอารเมเจอร (Armature core) ท าดวยแผนเหลก (Laminated sheet steel) เคลอบฉนวน อดซอนกนเปนรปทรงกระบอก ผวดานนอกโดยรอบท าเปนรอง (Slot) แกนเหลกอารเมเจอรเปนทส าหรบบรรจขดลวดอารเมเจอร และทแกนเหลกอารเมเจอรจะเจาะรไวดวยเพอชวยในการระบายความรอนอนเนองมาจากการสญเสย
รปท 5.10 แกนเหลกอารเมเจอร ทมา : http://motorcorechina.it/3-3-yamaha-dc-motor-core.html
3) คอมมวเตเตอร (Commutator) ประกอบดวยแทงทองแดงหลาย ๆ ซ อดเขาดวยกนเปนวงแหวนทรงกระบอก สวมตดไวบนเพลาอนเดยวกนกบแกนเหลกอารเมเจอร ระหวางแทงทองแดงแตละซจะคนดวยฉนวนไมกา (Mica) สวนหวซของคอมมวเตเตอรจะมรองส าหรบใสปลายสายของขดลวดอารเมเจอร คอมมวเตเตอรท าหนาทเรยงไฟฟากระแสสลบใหเปนไฟฟากระแสตรง และน ากระแสไฟฟาจากแปรงถานเขาไปยงขดลวดอารเมเจอร
รปท 5.11 คอมมวเตเตอรรปแบบตาง ๆ ทมา : http://www.cebes.cz/o-nas/
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 7/30 5
Page 8
148
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
4) ขดลวดอาร เมเจอร (Armature or Armature winding) เปนขดลวด ทองแดงเคลอบฉนวนทพนและบรรจลงในรอง (Slot) ของแกนเหลกอารเมเจอร ท าหนาทสรางเสนแรงแมเหลกในอารเมเจอรเมอไดรบกระแสไฟฟากระตน มการพนแบบแลป (Lap) หรอแบบเวฟ (Wave) ขนอยกบการออกแบบมอเตอรชนดนน ๆ ปลายของขดลวดจะถกน าไปเชอมตอเขากบซคอมมวเตเตอร ดงแสดงในรปท 5.12
แบบแลป แบบเวฟ
รปท 5.12 การพนอารเมเจอร แบบแลป (Lap) และ เวฟ (Wave)
รปท 5.13 แสดงโครงสรางสวนตาง ๆ ของมอเตอรไฟฟากระแสตรง
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 8/30 5
1 2 3
แปรงถาน
1 2
คอมมวเตเตอร
1 3
1 2
1
แปรงถาน
คอมมวเตเตอร
1
ขดลวดดานบน ขดลวดดานลาง
ขดลวดดานบน ขดลวดดานลาง
Page 9
149
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
5.1.2 หลกการท างานของมอเตอรกระแสไฟฟาตรง เมอจายไฟฟากระแสตรงใหกบมอเตอร กระแสไฟฟาจะไหลเขาไปในขดลวดสนามแมเหลก (Field coil) สรางสนามแมเหลกขวเหนอ-ใตขน และกระแสไฟฟาอกสวนหนงจะไหลผานแปรงถานและคอมมวเตเตอรเขาไปในขดลวดอารเมเจอรกระตนใหเกดเสนแรงแมเหลกขนรอบ ๆ ตวน าอารเมเจอร และเสนแรงแมเหลกทอารเมเจอรนจะท าปฏกรยากบเสนแรงแมเหลกทขวแมเหลก ท าใหเกดแรงผลกขนบนตวน าอารเมเจอร สงผลใหอารเมเจอรหมนไปได ทศทางของแรงทเกดขนหาไดโดยใช กฎมอซายของเฟลมมง (Fleming left hand rule) แรงทเกดขนนจะอยในแนวทตงฉากกบเสนแรงแมเหลกและกระแสทไหลผานในตวน านน ๆ
รปท 5.14 ขดลวดอารเมเจอรทมกระแสไฟฟาไหลและวางอยในสนามแมเหลก
ลกษณะโครงสรางทวไปของมอเตอรไฟฟากระแสตรงจะเหมอนกบเครองก าเนดไฟฟากระแสตรง (DC Generator) แบงตามลกษณะการตอขดลวดสนามแมเหลกกบอารเมเจอรได 3 แบบดงน 1. มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบอนกรม (DC Series motor) 2. มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนาน (DC Shunt motor) 3. มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบผสม (DC Compound motor)
1. มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบอนกรม มอเตอรไฟฟาชนดนจะมขดลวดซรสฟลดตออนกรมกบขดลวดอารเมเจอร เนองจากขดลวดซรสฟลดมคาความตานทานต า ในขณะเรมหมนจะมกระแสปรมาณมากไหลผานขดลวดซรสฟลดนเทากบกระแสอารเมเจอร ท าใหมลกษณะสมบตแรงบดขณะเรมหมนสง มอตราเรงของแรงบดดมาก ความเรวรอบของมอเตอรขนอยกบโหลดของมอเตอร ถาโหลดของมอเตอรเปลยนแปลงจะท าใหความเรวรอบของมอเตอรเปลยนแปลงดวย และมความเรวสงมากจนเปนอนตรายกบมอเตอรเมอโหลดลดลงมาก นยมไปใชกบงาน มอเตอรสตารตของรถยนต ปนจนยกของ กวานแมแรง รถราง เปนตน
N SF
Fr
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 9/30 5
Page 10
150
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
รปท 5.15 วงจรมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบอนกรม
2. มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนาน มอเตอรไฟฟาชนดนมขดลวดชนตฟลดตอขนานกบขดลวดอารเมเจอร เมอจายแรงดนไฟฟาใหกบมอเตอร กระแสไฟฟาปรมาณนอยแตมคาคงทจะไหลผานขดลวดชนตฟลดกระตนใหเกดสนามแมเหลกทขวแมเหลกทมคาคงท และมกระแสไฟฟาไหลผานแปรงถานและคอมมวเตเตอร เขาสขดลวดอารเมเจอรเพอสรางเสนแรงแมเหลกขนบนตวน าอารเมเจอร ท าใหเกดแรงผลกใหอารเมเจอรหมน มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนานมคณลกษณะแรงบดเรมหมนต า และแรงบดจะเปลยนแปลงไปตามกระแสทไหลผานขดลวดอารเมเจอร แตมความเรวรอบคงท หรอความเรวเปลยนแปลงเพยงเลกนอยตงแตไมมโหลดจนกระทงถงโหลดเตมท นยมน าไปใชกบงาน พดลม สวานแทน เครองเจาะ และเครองกลง เปนตน
รปท 5.16 วงจรมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนาน
3. มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบผสม มอเตอรไฟฟาชนดนน าเอาลกษณะสมบตของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบอนกรม และมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนานมารวมกน โดยขณะทโหลดเปลยนแปลงความเรวรอบของมอเตอรจะคงท หรอเปลยนแปลงนอยกวามอเตอรแบบอนกรมแตมากกวามอเตอรแบบขนาน ท าใหสามารถใชงานไดกวางขวางขน และใหแรงบดเรมหมนสงกวามอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนานแตนอยกวาของมอเตอรอนกรม
ขดลวดซรสฟลด
อารเมเจอรIAแหลงจายไฟฟากระแสตรง
ขดลวดชนตฟลด
อารเมเจอรIAแหลงจายไฟฟากระแสตรง
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 10/30 5
Page 11
151
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบผสม มการตอวงจรมอเตอร 2 ชนด คอ ชอรตชนตคอมปาวดมอเตอร (Short shunt compound motor) และลองชนตคอมปาวดมอเตอร (Long shunt compound motor) 1) ชอรตชนตคอมปาวดมอเตอร การตอวงจรในลกษณะนจะท าใหมอเตอรมแรงบดในขณะเรมหมนสงกวาการตอแบบลองชนตคอมปาวดมอเตอร ในขณะทความเรวรอบจะม การเปลยนแปลงบาง แตเปลยนแปลงนอยกวาซรสมอเตอร เนองจากการทขดลวดชนตฟลดไดรบกระแสทไหลผานมาจากขดลวดซรส ฟลด ดงนนหากโหลดของมอเตอรมมากขดลวดซรส ฟลด ซ งมคา ความตานทานต ากวา ขดลวดชนตฟลดจะดงกระแสมาก ท าใหมกระแสไหลผานขดลวดชนตฟลดนอยลง สงผลใหความเรวรอบของมอเตอรเปลยนแปลง
รปท 5.17 วงจรมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบผสม ชนดชอรตชนตคอมปาวดมอเตอร
2) ลองชนตคอมปาวดมอเตอร เปนตอขดลวดชนตขนานระหวางขดลวดอนกรมและขดลวดอาเมเจอร การตอวงจรในลกษณะน จะสงใหมอเตอรมแรงบดในขณะเรมหมนต ากวาการตอแบบชอรตชนตคอมปาวดมอเตอร ในขณะทความเรวรอบจะมการเปลยนแปลงนอยกวาชอรตชนต คอมปาวดมอเตอร เนองจากการทขดลวดชนตฟลดไดรบกระแสไฟฟาโดยตรงจากแหลงจายท าใหกระแสไฟฟาทไหลผานไปยงขดลวดชนตฟลดจะไมมการเปลยนแปลง แตแรงบดจะลดลงเนองจากกระแสทไหลผานขดลวดซรสฟลดลดลง
รปท 5.18 วงจรมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบผสม ชนดลองชนตคอมปาวดมอเตอร
ขดลวดชนตฟลด
อารเมเจอรIAแหลงจายไฟฟากระแสตรง
ขดลวดซรสฟลด
ขดลวดชนตฟลด
อารเมเจอรIAแหลงจายไฟฟากระแสตรง
ขดลวดซรสฟลด
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 11/30 5
Page 12
152
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
ในการตอวงจรของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบผสมนน สามารถพจารณาผลจากตอวงจรได 2 แบบ คอ แบบควมเลทฟคอมปาวด (Cumulative compound) สนามแมเหลกของขดลวดอนกรมและขดลวดขนานจะเสรมกน และแบบดฟเฟอเรนเชยลคอมปาวด (Differential compound) สนามแมเหลกของขดลวดอนกรมและขดลวดขนานจะมการหกลาง
รปท 5.19 วงจรลองชนตคอมปาวดมอเตอร แบบควมเลทฟ คอมปาวด
รปท 5.20 วงจรลองชนตคอมปาวดมอเตอร แบบดฟเฟอเรนเชยล คอมเปาด
ขดลวดชนตฟลด
อารเมเจอรIAแหลงจายไฟฟากระแสตรง
ขดลวดซรสฟลด ขดลวดชนตฟลด ขดลวดซรสฟลด
แหลงจายไฟฟากระแสตรง
ขดลวดชนตฟลด
อารเมเจอรIAแหลงจายไฟฟากระแสตรง
ขดลวดซรสฟลด ขดลวดชนตฟลด ขดลวดซรสฟลด
แหลงจายไฟฟากระแสตรง
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 12/30 5
Page 13
153
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
5.2 การเรมเดนมอเตอรไฟฟากระแสตรง การเรมเดนมอเตอรไฟฟากระแสตรง เพอลดกระแสไฟฟาในอารเมเจอร และท าใหเกดแรงบดเรมหมน ซงในขณะเรมเดนมอเตอรจะพบวามกระแสไฟฟาจ านวนมากไหลผานอารเมเจอร เนองจากคาความเรวเปนศนยท าใหไมมแรงดนไฟฟาตานกลบ (Back emf.) หรอแรงดนไฟฟาตานกลบเปนศนย เพราะคาความตานทานของอารเมเจอรมคาต ามากประมาณ 0.05-0.5 โอหม ท าใหมกระแสไฟฟาไหลผานอารเมเจอรเปนจ านวนมาก จงท าใหกระแสไฟฟาเรมเดนของมอเตอรจะมคาสงกวาคากระแสเตมพกดถง 15 เทา ซงมคามากพอทจะท าใหแปรงถานและคอมมวเตเตอรช ารด ขดลวด อารเมเจอรไหม มอเตอรไฟฟาเกดความเสยหาย แรงดนไฟฟาทจายใหกบมอเตอรตกสงผลกระทบกบโหลดทอยใกลเคยง
(ก) โครงสรางภายนอกของชดเรมเดนมอเตอร (ข) โครงสรางภายในของชดเรมเดนมอเตอร
รปท 5.21 โครงสรางภายนอกและภายในของชดเรมเดนมอเตอรไฟฟากระแสตรง ทมา : https://www.indiamart.com/chopraco/motor-starters.html และ
http://unoposindia.com/starter.html
เพอใหเกดความปลอดภยในตอนเรมเดนมอเตอร การลดกระแสไฟฟาขณะเรมเดนจงตองตอความตานทานเรมเดนอนกรมเขาไปกบอารเมเจอรเพอจ ากดการไหลของกระแสไฟฟาทอารเมเจอร สวนใหญจะนยมใชรโอสแตต (Rheostat) หรอชดเรมเดน (Starter) ในการเรมเดนจะปรบคา ความตานทานเปนระยะ ๆ เมอมการเรมเดนมอเตอรไฟฟาหมนจะท าใหเกดแรงดนไฟฟาตานกลบ ท าใหกระแสไฟฟาของมอเตอรไฟฟาลดลง และเมอมอเตอรไฟฟาหมนไดตามปกต แลวกท าการปลด ความตานทานออกไปจากวงจร เพราะถาไมปลดความตานทานจะไดแรงดนไฟฟาทไมเตมทเปนสาเหตใหก าลงไฟฟาของมอเตอรไฟฟาลดลงตามไปดวย
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 13/30 5
Page 14
154
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
5.2.1 อปกรณเรมเดนมอเตอรไฟฟากระแสตรง
1. อปกรณควบคมกระแสไฟฟาดวยรโอสแตต (Current control with rheostat) การควบคมกระแสไฟฟาดวยรโอสแตตเปนการปรบรโอสแตตดวยมอ ซงจะตอ รโอสแตตอนกรมกบวงจรมอเตอร ใชในการควบคมแรงดนไฟฟาทจายใหกบมอเตอรไฟฟา รโอสแตตจะเปนตวตานทานทมจดตอแยก (Tap) หลายคา และมสายตอไปยงสวตชทมหลายปม กานปรบของสวตชจะหมนไปตามสดสวนโคงและสมผสปมของสวตชทตอแยกจาก ตวตานทาน ดงนนการปรบกานของสวตชจะเปนการเปลยนแปลงคาความตานทาน ถากานปรบของสวตชหมนไปตามทศทาง “LOWER” จะท าใหคาความตานทานเพมขนเปนผลท าใหคาแรงดนไฟฟาทขวลดลง แตถากานปรบของสวตชหมนไปตามทศทาง “RAISE” จะท าใหคาความตานทานลดลงเปนผลท าใหคาแรงดนไฟฟาทขวเพมสงขน
รปท 5.22 วงจรเรมเดนควบคมกระแสไฟฟาดวยรโอสแตตมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบอนกรม
รโอสแตตใชกบมอเตอรไฟฟากระแสตรงทมขนาดปานกลาง ตวตานทานจะเปนลวดตวน าโลหะผสมทมความตานทานจ าเพาะสง และมสมประสทธอณหภมทต า สวนมอเตอรไฟฟาขนาดใหญจะใชรโอสแตตทท าจากตาขายเหลกหลอประกอบอยกบกลไกสวตช รโอสแตตถกออกแบบใหน ากระแสไฟฟาในการเรมเดนในชวงระยะเวลาสน ๆ การตอรโอสแตตจะอนกรมเขากบมอเตอรไฟฟาเพอลดกระแสขณะเรมเดน อาศยการเลอนจดตอแยกคาความตานทานรโอสแตตทละขนจนมอเตอรเรมหมน และท าการปรบความตานทานของรโอสแตตขนไปเรอย ๆ จนความตานทานถกตดออกจากวงจร
LOWER RAISE
ขดลวดซรสฟลด
อารเมเจอรIAแหลงจายไฟฟากระแสตรง ความตานทานไดเวอรเตอร
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 14/30 5
Page 15
155
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
2. สตารตเตอรแบบ 3 จด (Three point starter) โครงสรางภายในสตารตเตอรแบบ 3 จด ประกอบดวยตวตานทานก าลงไฟฟาสง มขว 3 ขว คอ ขว L ขว A และขว F ดงแสดงในรปท 5.23 L = Line (+) ตอเขาแหลงจายไฟฟากระแสตรงขวบวก A = Armature ตอเขาอารเมเจอรของมอเตอร F = Field ตอเขาขดลวดสนามแมเหลก แลวจงตอเขากบขวลบของแหลงจาย
รปท 5.23 สวนประกอบของสตารตเตอรแบบ 3 จด
สวนประกอบของสตารตเตอรแบบ 3 จด มดงน 1) กานปรบ (Arm handle or Starting handle) 2) ความตานทานส าหรบเรมเดน (Starting resistance) 3) ขดลวดแมเหลกโฮลดง (Holding coil หรอ H.C.)
กานปรบ
FAL
H.C.
ON
OFFขดลวดแมเหลกโฮลดง
ความตานทานส าหรบเรมเดน
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 15/30 5
Page 16
156
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
ขดลวดชนตฟลด
อารเมเจอร IAแหลงจายไฟฟากระแสตรง
FAL
H.C.
ON
OFF
รปท 5.24 วงจรการตอสตารตเตอรแบบ 3 จด
เมอตองการเรมเดนมอเตอรท าไดโดยการปรบกานปรบจากต าแหนง OFF ไปยงความตานทานเรมเดนต าแหนงท 1 และทต าแหนงนกระแสไฟฟาจะถกแบงเปน 2 สวน คอ สวนท 1 กระแสไฟฟาจะไหลผานความตานทานส าหรบเรมเดนไปยงอารเมเจอรแลวครบวงจรทขวลบ สวนท 2 กระแสไฟฟาจะไหลผานวงจรของขดลวดชนตฟลด แลวครบวงจรทขวลบของแหลงจายไฟ ทต าแหนงเรมตนความตานทานทตออนกรมกบอารเมเจอรทงหมดจะจ ากดกระแสทไหลเขาอารเมเจอรและอารเมเจอรเรมหมน จากนนดนกานปรบใหเคลอนทตามลกศรไปต าแหนง ON ซงเปนต าแหนงทความตานทานเรมเดนถกตดออกจากวงจรอารเมเจอร และกานปรบจะถกดดดวยสนามแมเหลกของโฮลดงคอยล มอเตอรจะหมนเตมพกด ถาวงจรของขดลวดชนตฟลดขาดหรอเปด จะท าใหไมมกระแสไหลผานโฮลดงคอยล ท าใหโฮลดงคอยลหมดอ านาจแมเหลก กานปรบจะถกดงกลบไปทต าแหนง OFF มอเตอรจะหยดหมน เปนการปองกนอนตราย เมอวงจรชนตฟลดขาด
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 16/30 5
Page 17
157
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
3. สตารตเตอรแบบ 4 จด (Four point starter) โครงสรางภายในสตารตเตอรแบบ 4 จด ประกอบดวย ตวตานทานก าลงไฟฟาสง มขว 4 ขว คอ ขว P ขว N ขว F และขว A ดงแสดงในรปท P = Positive (+) ตอเขาแหลงจายไฟฟากระแสตรงขวบวก N = Negative (-) ตอเขาแหลงจายไฟฟากระแสตรงขวลบ F = Field ตอเขาขดลวดสนามแมเหลก แลวจงตอเขากบขวลบของแหลงจาย A = Armature ตอเขาอารเมเจอรของมอเตอร
รปท 5.25 สวนประกอบของสตารตเตอรแบบ 4 จด
สวนประกอบของสตารตเตอรแบบ 4 จด มดงน 1) กานปรบ (Arm handle or Starting handle) 2) ความตานทานส าหรบเรมเดน (Starting resistance) 3) ขดลวดแมเหลกโฮลดง (Holding coil หรอ H.C.) 4) ขดลวดความตานทาน (Coil resistance)
กานปรบ
F
ANP
RH.C.
ON
OFF
ขดลวดแมเหลกโฮลดง
ขดลวดความตานทาน
ความตานทานส าหรบเรมเดน
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 17/30 5
Page 18
158
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
รปท 5.26 วงจรการตอสตารตเตอรแบบ 4 จด
เมอตองการเรมเดนมอเตอรท าไดโดยการปรบกานปรบจากต าแหนง OFF ไปสมผสกบความตานทานส าหรบเรมเดนทต าแหนงแรก ทต าแหนงนกระแสไฟฟาจะถกแบงออกเปน 3 สวน คอ สวนท 1 กระแสไฟฟาจะไหลผานความตานทานส าหรบเรมเดนของสตารตเตอรแบบ 4 จด และอารเมเจอร สวนท 2 กระแสไฟฟาจะไหลผานขดลวดสนามแมเหลกและรโอสแตต ส วนท 3 กระแสไฟฟาจะไหลผ านขดลวดแม เหล กโฮลด ง และขดลวด ความตานทาน หรอความตานทานปองกนกระแสไฟฟา (Current protecting resistance) ครบวงจรทขวลบ ทต าแหนงเรมตนความตานทานทตออนกรมกบอารเมเจอรจะถกใชทงหมด ความตานทานจะมคามากกระแสไฟฟาจะไหลเขาอารเมเจอรนอย มอเตอรจะเรมหมน จากนนปรบ กานปรบไปถงต าแหนงสดทาย (ON) ความตานทานเรมเดนถกตดออกจากวงจรของอารเมอเจอร และกานปรบจะถกดดโดยขดลวดแมเหลกโฮลดง มอเตอรจะหมนดวยความเรวเตมพกด แตถาแรงดนไฟฟาลดลงจะท าใหสนามแมเหลกของขดลวดแมเหลกโฮลดงลดลง กานปรบจะถกแรงสปรงดงกลบไปอยทต าแหนง OFF ตามเดม มอเตอรจะหยดหมน
F
ANP
R
H.C.ON
OFF
ขดลวดชนตฟลด
อารเมเจอร IAแหลงจายไฟฟากระแสตรง
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 18/30 5
Page 19
159
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
5.2.2 การเรมเดนดวยวธการควบคมแรงดนไฟฟา
จากรปท 5.27 วงจรการเรมเดนมอเตอรดวยวธการควบคมแรงดนไฟฟา (Voltage control) จะตองใชแหลงจายไฟฟากระแสตรง 2 แหลงจาย คอ แหลงจายไฟฟากระแสตรงสวนท 1 มคาคงทตอเขากบขดลวดสนามแมเหลกของมอเตอร และแหลงจายไฟฟากระแสตรงสวนท 2 สามารถปรบคาไดตอเขากบวงจรอารเมเจอรของมอเตอร ขณะเรมเดนของมอเตอรจะมคากระแสไฟฟาสงมาก ดงนนเพอเปนการลดกระแสไฟฟาของอารเมเจอร และควบคมแรงบดใหคงท จะจายไฟฟากระแสตรงทมคาคงทใหกบวงจรขดลวดสนามแมเหลก จากนนจายแรงดนไฟฟากระแสตรงปรบคาไดใหกบอารเมเจอร เพอควบคมความเรวรอบของมอเตอร
รปท 5.27 วงจรการเรมเดนมอเตอรไฟฟากระแสตรงโดยวธการควบคมแรงดนไฟฟา
ขดลวดชนตฟลด
อารเมเจอรแหลงจายไฟฟา
กระแสตรงปรบคาไดแหลงจายไฟฟากระแสตรงคาคงท
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 19/30 5
Page 20
160
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
5.3 การกลบทศทางหมนของมอเตอรไฟฟากระแสตรง การกลบทศทางหมนของมอเตอรไฟฟากระแสตรงนนสามารถท าได 2 วธ คอ 1. เปลยนทศทางกระแสไฟฟาทไหลผานอารเมเจอร
2. เปลยนทศทางกระแสไฟฟาทไหลผานขดลวดสนามแมเหลก
มอเตอรไฟฟากระแสตรงนนไมสามารถกลบทศทางการหมนไดโดยการสลบขวสายของมอเตอรไฟฟา เพราะจะท าใหกระแสทไหลผานทงอารเมเจอรและขดลวดสนามแมเหลกเปลยนทศทางไปพรอมกนเปนผลใหมอเตอรหมนในทศทางเดม การกลบทางหมนของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบอนกรม ท าไดโดยใชการเปลยนทศทางกระแสไฟฟาทไหลผานอารเมเจอร และการเปลยนทศทางกระแสไฟฟาทไหลผานขดลวดสนามแมเหลก
รปท 5.28 วงจรการกลบทางหมนของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบนกรม โดยเปลยนทศทางกระแสไฟฟาทไหลผานผานอารเมเจอร
รปท 5.29 วงจรการกลบทางหมนของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบอนกรม โดยเปลยนทศทางกระแสไฟฟาทไหลผานขดลวดสนามแมเหลก
แหลงจายไฟฟากระแสตรง
แหลงจายไฟฟากระแสตรง
ขดลวดซรสฟลด ขดลวดซรสฟลด
แหลงจายไฟฟากระแสตรง
ขดลวดซรสฟลด
แหลงจายไฟฟากระแสตรง
ขดลวดซรสฟลด
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 14/30 5
Page 21
161
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
การกลบทางหมนของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนาน โดยใชการเปลยนทศทาง
กระแสไฟฟาทไหลผานอารเมเจอร และการเปลยนทศทางกระแสไฟฟาทไหลผานขดลวดสนามแมเหลก
ทง 2 วธ จะใชสวตชสองขวสบสองทาง (DPDT Switch)
(ก) เปลยนทศทางกระแสไฟฟาทไหลผานผานอารเมเจอรโดยใชสวตชสองขาสบสองทาง
(ข) เปลยนทศทางกระแสไฟฟาทไหลผานขดลวดสนามแมเหลกโดยใชสวตชสองขาสบสองทาง
รปท 5.30 วงจรการกลบทางหมนของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนาน
ขดลวดชนตฟลด
สวตชกลบทศทางหมน
แหลงจายไฟฟากระแสตรง
อารเมเจอร
ขดลวดชนตฟลด
สวตชกลบทศทางหมน
แหลงจายไฟฟากระแสตรง
อารเมเจอร
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 21/30 5
Page 22
162
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
การกลบทศทางหมนของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบคอมปาวด ตองใชวธเปลยน
ทศทางกระแสไฟฟาอารเมเจอรอยางเดยว หรอเปลยนทศทางกระแสทงขดลวดอนกรมและขดลวดขนาน
(ก) เปลยนทศทางกระแสไฟฟาทไหลผานผานอารเมเจอรโดยใชสวตชสองขาสบสองทาง
(ข) เปลยนทศทางกระแสทงขดลวดอนกรมและขดลวดขนาน
รปท 5.31 วงจรการกลบทางหมนของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบคอมปาวด
ขดลวดชนตฟลด
สวตชกลบทศทางหมน
แหลงจายไฟฟากระแสตรง
อารเมเจอร
ขดลวดซรสฟลด
ขดลวดชนตฟลด
แหลงจายไฟฟากระแสตรง
อารเมเจอร
ขดลวดซรสฟลด
ขดลวดชนตฟลด
แหลงจายไฟฟากระแสตรง
อารเมเจอร
ขดลวดซรสฟลด
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 22/30 5
Page 23
163
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
5.4 การควบคมความเรวมอเตอรไฟฟากระแสตรง การควบคมความเรวมอเตอรไฟฟากระแสตรง (Speed control of DC Motor) โดยความเรวของมอเตอรไฟฟากระแสตรงจะเปนสดสวนกบแรงดนไฟฟาตานกลบในอารเมเจอรและเปนสดสวนกลบของความเขมของสนามแมเหลก ความเรวของมอเตอรไฟฟาจะเพมขนเมอความเขมของสนามแมเหลกลดลง หรออาจจะท าใหความเรวเพมไดโดยเพมคาแรงดนไฟฟาทจายมอเตอรไฟฟาระหวางอารเมเจอร
5.4.1 การควบคมความเรวของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบอนกรม การควบคมความเรวของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบอนกรม (Speed control of Series Motor) โดยมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบอนกรมจะมความเรวสงมากจงจ าเปนตองมการควบคม ใหเหมาะสมกบงานทตองการ การควบคมม 2 วธ 1. ใชตวตานทานรโอสแตตการตออนกรมกบวงจรมอเตอร ใชตวตานทานรโอสแตตการตออนกรมกบวงจรมอเตอรเพอลดแรงดนไฟฟา และลดกระแสไฟฟา ทนยมใชเปนแบบลวดนโครม (Nichrome wire) และแบบแผนคารบอน (Carbon plate) เปนตน
รปท 5.32 การควบคมความเรวมอเตอรโดยใชตวตานทานรโอสแตต
แหลงจายไฟฟากระแสตรง
ขดลวดซรสฟลด ตวตานทานรโอสแตต
อารเมเจอร
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 23/30 5
Page 24
164
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
2. ใชการแบงทขดลวดแมเหลก (Tapped field coil) โดยการน าขดลวดแบบมจดตอแยกตอเขากบสวตชเลอก และตออนกรมกบวงจรมอเตอร เพอใหท าการแบงความเรวของมอเตอรเปนไปตามตองการ
รปท 5.33 การควบคมความเรวโดยการแบงขดลวด
ส าหรบมอเตอรขนาดใหญมกระแสสง การควบคมโดยความเรวโดยการตอความตานทาน การปรบคาความตานทานหรอการเลอนปมจะท าใหเกดประกายไฟและเกดความรอนสง จงใชวธแบงกระแสไฟฟาในขดลวดขวแมเหลก (Field diverter) โดยน าความตานทานปรบคาไดตอขนานกบขดลวดสนามแมเหลก ใชปรบความเรว เมอตองการความเรวสง กวาความเรวปกต
รปท 5.34 การควบคมความเรวมอเตอรอนกรมใหสงกวาความเรวปกต
แหลงจายไฟฟากระแสตรง
ขดลวดซรสฟลด ขดลวด
อารเมเจอร
แหลงจายไฟฟากระแสตรง
ขดลวดซรสฟลด
ตวตานทานรโอสแตต
อารเมเจอร
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 24/30 5
Page 25
165
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
เมอตองการความเรวต ากวาความเรวปกตใชความตานทานปรบคาได (Rheostat) ตอขนานกบขดลวดอารเมเจอร
รปท 5.35 การควบคมความเรวมอเตอรใหต ากวาความเรวปกต
5.4.2 การควบคมความเรวของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนาน การควบคมความเรวของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนาน (Speed control of shunt motor) มวธการควบคม 2 วธ 1. การควบคมความเรวโดยการตอความตานทานอนกรมกบอารเมเจอร หรอ การควบคมแบบรโอสแตต (Speed control by Armature series resistance or Rheostat control method) 2. การควบคมความเรวโดยการเปลยนแปลงเสนแรงแมเหลก หรอวธ การควบคมเสนแรงแมเหลก (Speed control by variation of flux or Flux control method)
1. การควบคมความเรวโดยการตอความตานทานอนกรมกบอารเมเจอร หรอการควบคมแบบรโอสแตต เปนวธการควบคมความเรวมอเตอรไฟฟาโดยใชตวตานทานทปรบคาได (Variable rheostat) ตออนกรมเขากบอารเมเจอร ความตานทานทตออนกรมนนจะแตกตางกบ ความตานทานเรมเดนมอเตอรไฟฟา เพราะความตานทานเรมเดนจะตอในชวงเวลาทสนและจะถกตดออกจากวงจร แตความตานทานทใชควบคมความเรวมอเตอรไฟฟาจะตออยในวงจรตลอดเวลา การสญเสยของตวตานทานของรโอสแตตจะมคามากทความเรวต าท าใหประสทธภาพของมอเตอรไฟฟาลดลง จงไมเหมาะสมกบการควบคมความเรวต าในชวงเวลานาน การควบคมความเรววธนจะท าใหความเรวของมอเตอรไฟฟาต ากวาความเรวเมอไมมโหลด เมอแรงดนไฟฟาทจายใหกบมอเตอรมคาคงท การปรบเปลยนคาความตานทานรโอสแตตจะท าใหแรงดนไฟฟาทตกครอมอารเมเจอรเปลยนแปลงไปตามคาความตานทานรโอสแตต เปนผลใหความเรวรอบของอารเมเจอรเปลยนแปลงดวย ในกรณทแรงบดของโหลดคงทความเรวรอบจะเปนสดสวนโดยตรงกบแรงดนไฟฟาทตกครอมอารเมเจอร
แหลงจายไฟฟากระแสตรง
ขดลวดซรสฟลด
ตวตานทานรโอสแตต
อารเมเจอร
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 25/30 5
Page 26
166
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
รปท 5.36 วงจรการควบคมแบบรโอสแตต
ถาโหลดมการเปลยนแปลงอยางเรว จะท าใหความเรวรอบของมอเตอรเปลยนแปลงตามโหลดดวย สามารถแกไขไดโดยการเพมตวตานทานไดเวอรเตอร (Diverter) โดยตอขนานกบอารเมเจอร เมอมการเปลยนแปลงกระแสไฟฟาในอารเมเจอรจะไมท าใหเกดการเปลยนแปลงของแรงดนทตกครอมอารเมเจอร รวมทงความเรวของอารเมเจอรดวย
รปท 5.37 แสดงการตอไดเวอรเตอร
ขอเสยของการควบคมความเรวของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนานโดยการตอความตานทานอนกรมกบอารเมเจอร 1) การเปลยนแปลงความเรวไมไดขนอยกบการปรบคาความตานทานของอปกรณควบคมเพยงอยางเดยว ความเรวของมอเตอรไฟฟาจะเปลยนแปลงตามการเปลยนแปลงของโหลด จงยากทจะรกษาความเรวใหคงทเมอโหลดเปลยนแปลงในทนททนใด 2) เกดก าลงสญเสยจ านวนมากทความตานทานของอปกรณควบคม ก าลงสญเสยดงกลาวจะเปนสดสวนโดยตรงกบการลดลงของความเรว เปนเหตใหประสทธภาพลดลง
ขดลวดชนตฟลด
แหลงจายไฟฟากระแสตรง
ตวตานทานรโอสแตต
อารเมเจอร
ตวตานทานไดเวอรเตอร
ขดลวดชนตฟลด
แหลงจายไฟฟากระแสตรง
ตวตานทานรโอสแตต
อารเมเจอร
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 26/30 5
Page 27
167
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
3) ก าลงสงสดทเกดขนจะลดลงเปนอตราสวนเดยวกนกบความเรว 4) ตองลดปรมาณความรอนซงเกดขนทความตานทานของอปกรณควบคม 5) การควบคมความเรวดวยวธน จะไดความเรวต ากวาความเรวรอบปกต ไมสามารถทจะควบคมความเรวใหสงกวาปกตได เพราะวาแรงดนทอารเมเจอรลดลงเนองจากคา ความตานทานของอปกรณควบคม
2. การควบคมความเรวโดยการเปลยนแปลงเสนแรงแมเหลก หรอวธ การควบคมเสนแรงแมเหลก โดยการใชความตานทานรโอแสตตตออนกรมเขากบขดลวดชนตฟลด เพอควบคมเสนแรงแมเหลกทเกดจากกระแสไฟฟาทไหลในขดลวดชนตฟลด เมอเสนแรงแมเหลกลดลงจะท าใหความเรวรอบของมอเตอรเพมขน และถาเสนแรงแมเหลกเพมมากขนจะท าใหความเรวลดลง การควบคมความเรวมอเตอรไฟฟาแบบน เปนการควบคมความเรวทประหยดทสด และสามารถเพมความเรวใหสงกวาพกดไดในอตราสวน 2 : 1 ส าหรบมอเตอรทไมมอนเตอรโปล การลดลงของเสนแรงแมเหลกมากกวาปกต ท าใหยากตอการลดการอารกในขณะหมนขบโหลด ดงนนเครองทมอนเตอรโปลจงสามารถเพมความเรวใหสงกวาพกดไดมากกวาปกตหลายเทาอตราสวนของความเรวสงสดถงต าสดจะอยระหวาง 6 : 1
รปท 5.38 วงจรการตอตวตานทานรโอสแตดควบคมเสนแรงแมเหลก
ขอดของการควบคมความเรวของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนานโดยเปลยนแปลงเสนแรงแมเหลก การควบคมความเรววธนประหยด สะดวก และใหประสทธภาพสงเปนการควบคมความเรวมอเตอรไฟฟาใหสงกวาความเรวรอบปกต
ขดลวดชนตฟลด
แหลงจายไฟฟากระแสตรง
ตวตานทานรโอสแตต
อารเมเจอร
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 27/30 5
Page 28
168
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
ขอเสยของการควบคมความเรวของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนานโดยเปลยนแปลงเสนแรงแมเหลก ผลจากอารเมเจอรรแอกชนท าใหเสนแรงแมเหลกลดลงมาก คาการสญเสยภายในขดลวดชนตฟลดจะเปลยนไปเพยงเลกนอย เนองจากความตานทานของวงจรชนตฟลดมคามาก คากระแสไฟฟาของขดลวดชนตฟลดจะนอย ความเรวต าสดของมอเตอรไฟฟาอยทคาความตานทานของอปกรณควบคมในวงจรขดลวดชนตฟลดมคาเปนศนย เมอความเรวรอบต าจะไดคาแรงบดสงสด ดงนน การควบคมความเรวดวยวธนจงเหมาะกบโหลดทตองการแรงบดมากเมอความเรวรอบลดลง สวนความเรวสงสดไมมขดจ ากดทางวงจรไฟฟา เนองจากอารเมเจอรมความเรวสง ความเคนในโลหะทใชท าอารเมเจอรเพมมากขนตาม แรงหนศนยกลางทเพมขน พรอมทงแรงเหวยงทกระท ากบลวดตวน าในรองอารเมเจอร อาจเปนสาเหตท าใหอารเมเจอรและวงจรภายในเกดความเสยหายได การควบคมความเรวของมอเตอรไฟฟากระแสตรงทงสองวธดงกลาวขางตน ถาน ามาใชควบคมความเรวของมอเตอรไฟฟาตวเดยวกน กจะสามารถควบคมความเรวไดทงสงกวาและต ากวาความเรวปกตไดตามความตองการ
5.4.3 การควบคมความเรวโดยการปรบขนาดของแรงดนอารเมเจอรดวยวธวารด-ลโอนารด การควบคมความเรวของมอเตอรไฟฟาโดยการปรบแรงดนอารเมเจอรดวยวธของวารด-ลโอนารด (Speed control by Ward Leonard) สามารถควบคมความเรวไดงาย นมนวล มยานของการปรบความเรวไดกวาง ใชในวงจรทตองการความแนนอน เชน ลฟท เครองมอทดลองทางวทยาศาสตร เครองมอทางการแพทย เปนตน การควบคมมอเตอรไฟฟาดวยวธนจะตองท าการปรบคาของเสนแรงแมเหลก และแรงดนปอนอารเมเจอร วธนจะประกอบดวยเครองกลไฟฟาสามเครอง
รปท 5.39 วงจรการควบคมความเรวโดยปรบขนาดแรงดนอารเมเจอรดวยวธวารด-ลโอนารด
MGM3 Phase AC
R1 R2
A1
A2
A1
A2
RSH RSH
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 28/30 5
Page 29
169
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
จากรปท 5.39 เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบแยกวงจรกระแสกระตนขดลวดสนามแมเหลก (Separately excited generator) ถกขบใหหมนโดยมอเตอรเหนยวน าสามเฟสหรอซงโครนสมอเตอร มหนาทควบคมความเรวของเครองก าเนดใหคงท ดงนนแรงดนไฟฟาเหนยวน าทเกดขนในอารเมเจอรของเครองก าเนดจะมการเปลยนแปลงตามคาของความตานทาน R1 ท าใหแรงดนไฟฟาทจายใหอารเมเจอรของมอเตอรไฟฟากระแสตรงเปลยนแปลง เปนผลท าใหความเรวรอบของมอเตอรไฟฟาจะเปลยนแปลงตามไปดวย เพอใหไดยานของการปรบความเรวกวางทสดของวธวารด-ลโอนารด จะใชวธปรบแตงแรงดนไฟฟาทจายใหกบขดลวดสนามแมเหลกของมอเตอรไฟฟากระแสตรง เมอตองการความเรวสงกวาความเรวปกต สามารถท าไดโดยเพมคาความตานทาน R2 ในวงจรชนตฟลดของมอเตอรไฟฟา เพอลดคาของเสนแรงแมเหลกใหนอยลง ท าใหความเรวของมอเตอรไฟฟาสงขน จงเปนผลท าใหแรงดนไฟฟาตานกลบมคาคงท และท าใหกระแสอารเมเจอรมคาคงท สงผลท าใหมอเตอรไฟฟามก าลงเอาตพตคงท และเมอตองการยานความเรวต ากวาความเรวปกต ท าไดโดยเสนแรงแมเหลกจะตองมคาคงท และลดแรงดนทปอนอารเมเจอร ท าใหแรงดนไฟฟาตานกลบลดลงเปนสดสวนกบ การลดลงของแรงดนทจายใหกบขดลวดอารเมเจอร จะสงผลใหความเรวของมอเตอรไฟฟาลดลงดวย ดงนนการปรบแตงคาแรงดนทจายใหกบขดลวดอารเมเจอรของมอเตอรไฟฟาจงท าใหมอเตอรไฟฟามความเรวต ากวาความเรวปกต และแรงบดคงท
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 29/30 5
Page 30
170
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
5.5 สรปสาระส าคญ 1. ความรพนฐานมอเตอรไฟฟากระแสตรง มอเตอรไฟฟากระแสตรง คอ เครองกลไฟฟาท าหนาทเปลยนพลงงานไฟฟาใหเปนพลงงานกล โดยอาศยหลกการดดและผลกของสนามแมเหลก ทใชกบแหลงจายไฟฟากระแสตรง โครงสรางมสวนประกอบ 2 สวน คอ สวนทอยกบท และสวนทเคลอนท หลกการของมอเตอรกระแสไฟฟาตรง คอ จะตองสรางสนามแมเหลกขวเหนอ-ใต ขนทขวแมเหลก และสรางเสนแรงแมเหลกขนรอบ ๆ ตวน าอารเมเจอร ซงเสนแรงแมเหลกทขวแมเหลกจะท าปฏกรยากบเสนแรงแมเหลกทอารเมเจอร ท าใหเกดแรงผลกขนบนตวน าอารเมเจอร สงผลให อารเมเจอรหมนได ทศทางของแรงทเกดขนหาความสมพนธได โดยใชกฎมอซายของเฟลมมง มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบงตามลกษณะการตอวงจรขดลวดสนามแมเหลกกบอารเมเจอรได 3 แบบ ดงน 1.1 มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบอนกรม 1.2 มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนาน 1.3 มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบผสม มการตอวงจร 2 ชนด คอ ชอรตชนต คอมปาวดมอเตอร และลองชนตคอมปาวดมอเตอร 2. การเรมเดนมอเตอรไฟฟากระแสตรง การเรมเดนมอเตอรไฟฟากระแสตรงเพอลดกระแสไฟฟาในอารเมเจอร และใหเกดแรงบดเรมหมน ขณะเรมเดนตองตอความตานทานอนกรมกบอารเมเจอร เพอจ ากดการไหลของกระแสไฟฟาท อารเมเจอร และเมอมอเตอรไฟฟาหมนไดตามปกตแลวจะท าการปลดความตานทานออกจากวงจร 3. การกลบทศทางการหมนมอเตอรไฟฟากระแสตรง สามารถท าได โดยการเปลยนทศทางกระแสไฟฟาทไหลผานอารเมเจอร และเปลยนทศทางกระแสไฟฟาทไหลผานขดลวดสนามแมเหลก 4. การควบคมความเรวของมอเตอรไฟฟากระแสตรง ความเรวของมอเตอรไฟฟากระแสตรงจะเปนสดสวนกบแรงดนไฟฟาตานกลบใน อารเมเจอรและเปนสดสวนกลบของความเขมของสนามแมเหลก - การควบคมความเรวของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบอนกรม มการควบคม 2 วธ คอ ใชตวตานทานรโอสแตตการตออนกรมกบวงจรมอเตอร และใชการแบงทขดลวดสนามแมเหลก - การควบคมความเรวของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนาน มการควบคม 2 วธ คอ การตอความตานทานอนกรมรโอสแตตกบขดลวดอารเมเจอร และการตอความตานทาน รโอสแตต อนกรมกบขดลวดชนตฟลดเพอเปลยนแปลงเสนแรงแมเหลก - การควบคมความเรวโดยการปรบขนาดของแรงดนอารเมเจอรดวยวธวารด - ลโอนารด การควบคมวธนจะปรบคาของเสนแรงแมเหลก และแรงดนทขดลวดอารเมเจอร
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
ใบเนอหาหนวยท หนาท 30/30 5
Page 31
171
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
ค าชแจง 1. ใหนกเรยนตอบค าถามลงในกระดาษ 2. จงตอบค าถามพรอมอธบาย ดงตอไปน 1. จงบอกชอและหนาทของสวนประกอบตาง ๆ ในมอเตอรไฟฟากระแสตรง (10 คะแนน)
หมายเลข 1 คอ .................................ท าหนาท................................................................................... ........
หมายเลข 2 คอ .................................ท าหนาท.................................................................. .........................
หมายเลข 3 คอ .................................ท าหนาท............................................................................... ............
หมายเลข 4 คอ .................................ท าหนาท.......................... .................................................................
หมายเลข 5 คอ .................................ท าหนาท............................................................................... ............
หมายเลข 6 คอ .................................ท าหนาท...........................................................................................
หมายเลข 7 คอ .................................ท าหนาท............................................................................... ............
หมายเลข 8 คอ .................................ท าหนาท....................................................................... ....................
หมายเลข 9 คอ .................................ท าหนาท...........................................................................................
หมายเลข 10 คอ ...............................ท าหนาท...................................................................... .....................
หมายเลข 11 คอ ...............................ท าหนาท................................................................................. ..........
ทฤษฎ 2 คาบ ปฏบต 3 คาบ เวลาเรยนรวม 90 คาบ
ชอวชา การควบคมมอเตอรไฟฟา รหสวชา 2104-2009
แบบฝกหด หนาท 1/2
ชอหนวย การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง
หนวยท
5 สอนครงท 5-6/18
1 2 3 4 5
6
7
8 9 10
11
Page 32
172
เอกสารประกอบการสอน รหส 2104-2009 วชาการควบคมมอเตอรไฟฟา
2. จงบอกลกษณะการตอขดลวดสนามแมเหลกกบอารเมเจอรมกแบบ (2 คะแนน) ตอบ ............................................................................................................................. ............................... ............................................................................................................................. ........................................ .......................................................................................... ...........................................................................
3. อธบายความแตกตางระหวางการตอมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบอนกรมและแบบขนานมาพอเขาใจ (2 คะแนน) ตอบ .................................................................................. ....................................................................... ... ............................................................................................................................. ........................................ ............................................................................................................................................ ......................... ......................................................................................................... ............................................................
4. จงอธบายการเรมเดนมอเตอรไฟฟากระแสตรง (2 คะแนน) ตอบ ............................................................................................................................. ............................... ............................................................................................................................. ........................................ ..................................................................... ................................................................................................ ............................................................................................................................. ........................................ ............................................................................................................................. ........................................
5. จงบอกวธการกลบทศทางการหมนมอเตอรไฟฟากระแสตรง (2 คะแนน) ตอบ ............................................................................................................................................ ................ .................................................................................................................. ................................................... ............................................................................................................................. ........................................ ............................................................................................................................. ........................................ 6. จงบอกวธการควบคมความเรวมอเตอรไฟฟากระแสตรง (2 คะแนน) ตอบ ............................................................................................................................. ............................... .................................................................................................. ................................................................... ............................................................................................................................. ........................................ ................................................................................................................................................... .................. ................................................................................................................ .....................................................
แบบฝกหด หนาท 2/2 5 หนวยท
การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง