what is synchronous motor ?

โดย : Admin

เรียบเรียงโดย : สุชิน เสือช้อย (แอดมิน)

 

ซิงคโครนัสมอเตอร์คืออะไร?

 

ซิงโครนัสมอเตอร์ คือมอเตอร์กระแสสลับอีกชนิดหนึ่งที่มีข้อดีคือโรเตอร์สามารถหมุนด้วยความเร็วคงที่ตลอดเวลา แม้ว่าโหลดจะมีการเปลี่ยนแปลง

โดยความเร็วโรเตอร์จะหมุนเท่ากับความเร็วสนามแม่เหล็กหมุนที่เกิดจากขดชุดขดลวดที่สเตเตอร์ ตามสมการซิงโครนัสสปีด หรือสมการความเร็วซิงโครนัส  Ns = 120 * F / P 

โครงสร้างของซิงโครนัสมอเตอร์

    ชิงโครนัสมอเตอร์จะประกอบไปด้วยสองส่วนที่สำคัญคือส่วนที่อยู่กับที่ซึ่งเรียกว่าสเตเตอร์ (Stator) และส่วนที่หมุนเคลื่อนที่ซึ่งเรียกว่าทับศัพท์ว่าโรเตอร์ (Rotor)

สเตเตอร์ (Stator)
   ในส่วนของสเตเตอร์หรือส่วนที่อยู่กับที่นี้โครงสร้างภายในจะมีขดลวดพันอยู่รอบๆ ซึ่งคล้ายมอเตอร์เหนี่ยวนำ 3 เฟส ซึ่งขดขวดสามารถต่อวงจรได้ทั้งแบบสตาร์ (Y) และแบบเดลต้า (D ) 

โรเตอร์ (Rotor)
   ในส่วนของโรเตอร์ หรือ ส่วนที่หมุนเคลื่อนที่นี้จะมีโครงสร้างคล้ายๆกับโรเตอร์ของดีซีมอเตอร์ กล่าวคือที่โรเตอร์จะประกอบด้วยขดลวดและวงแหวนสลิป-ริง (Slip-Ring) หรือวงแหวนลื่นไถล  โดยที่ปลายของขดลวดทั้งสองด้านจะดึงออกมากับวงแหวนลื่นไถลหรือสลิป-ริง

การทำงานของซิงโครนัสมอเตอร์

    ชิงโครนัสมอเตอร์จะทำงานได้ดีนั้นจะต้องอาศัยแหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้าจากสองส่วนด้วย....โดยในส่วนของขดลวดสเตเตอร์จะใช้แหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้าสามเฟสป้อนเข้าไปยังขดลวดเพื่อเป็นตัวสร้างสนามแม่เหล็กหมุน(ซึ่งใช้หลักการเหมือนกับมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบ 3 เฟส)

     ส่วนที่โรเตอ์จะแตกต่าง  กล่าวคือโรเตอร์ของมอเตอร์แบบนี้จะต้องใช้แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง ( DC power supply) จ่ายเข้าไปยังขดลวดที่พันอยู่ที่โรเตอร์เพื่อกระตุ้นให้เกิดสนามแม่เหล็ก หรือทำให้โรเตอร์กลายเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีขั้วแม่เหล็กคงที่


      เริ่มต้นการทำงาน...เมื่อขดลวดสเตเตอร์ได้รับกระแสไฟฟ้าสามเฟส  ขดลวดก็จะเกิดสนามแม่เหล็กและกลายเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าและหมุนด้วยความเร็วตามสมการซิงโครนัสสปีด  Ns= 120 * F / P 

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

     ในขณะเดียวเมื่อมีการจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง เข้าไปที่ขดลวดของโรเตอร์ ... โรเตอร์ก็จะกลายมาเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าเช่นกัน  จากนั้นก็อาศัยหลักการของแม่เหล็กในการทำให้เกิดการหมุนของโรเตอร์   กล่าวเมื่อที่สเตเตอร์กลายเป็นแม่เหล็กและในขณะเดียวกันที่โรเตอร์ก็จะกลายเป็นแม่เหล็กเช่นกันและก็จะดูดเกาะติดกันไปสนามแม่เหล็กหมุนที่เกิดจากขดสเตเตอร์และหมุนด้วยความเร็วเท่าๆกัน ซึ่งพูดแบบชาวบ้านๆได้ว่าแม่เหล็กมันดูดเกาะติดกันไป หรือซิงค์กันไปนั่นเอง  ... ซึ่งเป็นก็เลยกลายเป็นที่มานิยามของคำว่า "ซิงโครนัสมอเตอร์"

ธรรมชาติของแม่เหล็ก...ขั้วเหมือนกันผลักกัน ขั้วต่างกันดูดกัน

 

ตารางแสดง ความเร็วของมอเตอร์แบบชิงโครนัสมอเตอร์  โดยจะขึ้นอยู่กับความถี่ของแหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าและจำนวนการลงขดลวดที่สเตเตอร์ว่าออกแบบให้มีจำนวนขั้วแม่เหล็กเท่าไหร่

 

 

การสตาร์ทซิงโครนัสมอเตอร์

   หลักการทำงานของซิงโครนัสมอเตอร์จากที่กล่าวนั้นถือว่าเป็นเพียงหลักการ แต่ในทางปฏิบัติแล้วมอเตอร์ชนิดนี้จะมีข้อเสียและมีปัญหาในช่วงสตาร์ทหรือช่วงมอเตอร์ออกตัว

   ปัญหาหลักๆเลยก็คือเมื่อจ่ายไฟให้สเตเตอร์ด้วยความถี่คงที่ 50 หรือ 60 เฮิร์ท ก็จะทำให้สนามแม่เหล็กหมูนเร็วมาก (ซึ่งความเร็วจะสัมพันธ์กับความถี่และจำนวนขั้วแม่เหล็กดังตารางที่แสดงด้านบน) ยกตัวอย่างเช่นถ้ามอเตอร์ถูกออกแบบมาเป็นแบบ 4 ขั้วแม่เหล็กและระบบไฟฟ้าเป็นแบบ 50 เฮิร์ท สนามแม่เหล็กก็จะหมุนด้วยความเร็ว 1500 รอบต่อนาที

   จากการที่สนามแม่เหล็กหมุนเร็วมากนี้เอง จึงทำให้โรเตอร์หมุนตามสนามไม่ทันในช่วงออกตัวโดยเฉพาะอย่างยิ่งหากเมื่อเพลาของมอเตอร์ต่ออยู่กับโหลดในขณะสตาร์ท  ซึ่งจะทำให้เพลาของมอเตอร์หมุนส่ายไปๆมาๆ ซึ่งลักษณะเช่นนี้ในทางปฏิบัติจะเรียกว่าเกิดการ lost synchronising  หรือสูญเสียการซิงโครไนซ์

ดังนั้นในทางปฏิบัติต้องมีวิธีการช่วยสตาร์ทเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการ lost synchronising ด้วยการใช้วิธีสตาร์ทต้วยวิธีการเหนี่ยวนำ ซึ่งมีขั้นตอนดังนี้


การเริ่มเดินเครื่องมอเตอร์ด้วยหลักการเหนี่ยวนำ

    การที่จะทำให้โรเตอร์เกาะหรือยึดติดไปพร้อมกับสนามแม่เหล็กหมุนได้นั้นโรเตอร์จะต้องหมุนด้วยความเร็วที่ใกล้เคียงกับความเร็วซิงโครนัส   เพราะแรงยึดติดระหว่างสนามแม่เหล็กหมุนกับโรเตอร์มีค่าจำกัด   ถ้าโรเตอร์อยู่กับที่หรือหมุนช้ามากๆ จะไม่เกิดการยึดติดกันระหว่างสนามแม่เหล็กหมุนกับโรเตอร์ ทำให้โรเตอร์ไม่สามารถหมุนที่ความเร็วซิงโครนัสได้

   การแก้ปัญหาก็โดยทำให้โรเตอร์เริ่มหมุนให้ได้ความเร็วไกล้เคียงกับสนามแม่เหล็กหมุน หรือความเร็วซิงโครนั สเสียก่อนแล้วจึงค่อยจ่ายไฟดีซีให้กับขดลวดของโรเตอร์  ซึ่งในทางปฏิบัติสามารถทำได้ดังนี้

   1. ติดตั้งขวดขดลวดแดมเปอร์ (Damper Winding) ที่ผิวหน้าของขััวแม่เหล็กโรเตอร์ ดังรูปตัวอย่างด้านล่าง
   2. จ่ายไฟ 3 เฟสเข้าขดลวดอาเมเจอร์ช่วงสตาร์ทเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กหมุนในสเตเตอร์
  3. เมื่อเกิดสนามแม่เหล็กหมุน   สนามแม่เหล็กก็จะไปเหนี่ยวนำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าในขดลวดแดมเปอร์ และมีกระแสไหลในขดลวดแดมเปอร์
 4. เมื่อมีกระแสไหลในขดลวดแดมเปอร์ ก็จะเกิดเส้นแรงแม่เหล็กรอบขดลวดแดมเปอร์ และเกิดปฏิกริยาเส้นแรงแม่เหล็ก และทำให้โรเตอร์หมุนเคลื่อนที่ด้วยหลักการเดียวกับมอเตอร์เหนี่ยวนำ

 

5. รูปการเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำบนขดลวดแดมเปอร์และโรเตอร์

6. เมื่อโรเตอร์หมุนตามสนามแม่เหล็กหมุนด้วยความเร็วที่ใกล้เคียงกันแล้ว ก็ให้ทำการจ่ายไฟ DC เข้าไปยังขดลวดที่โรเตอร์ เพื่อเพิ่มอำนาจแม่เหล็กในโรเตอร์   เพื่อให้โรเตอร์สามารถยึดติดกับไปสนามแม่เหล็กหมุนได้มากขึ้นและสามารถขับโหลดได้หนักขึ้น

 

จากที่กล่าวมาตั้งแต่หลักการและการทำงาน จะเห็นว่ามอเตอร์ชนิดนี้มีข้อดีที่ชัดเจนก็คือเป็นมอเตอร์ที่โรเตอร์เหมุนด้วยความเร็วรอบคงที่ตลอดและต่อเนื่อง ไม่วาจะมีโหลดจะแกว่งเพิ่มขึ้นหรือลดลงอย่างไรก็ตาม  ดังนั้นมอเตอร์ชนิดนี้จึงเหมาะสำหรับการประยุกต์ใช้งานกับโหลดที่ต้องการความเร็วคงที่ เช่น โหลดที่เป็นสายพาน บันไดเลื่อน เครื่องรีดเหล็กและเครื่องรีดยางเป็นต้น

 

คุณสมบัติด้านความเร็วและแรงบิดของมอเตอร์แบบซิงโครนัส ซึ่งเปรียบเทียบกับอินดัคชั่น

แต่ว่าข้อเสียก็มีหลายอย่างเช่นกัน  กล่าวคือต้องใช้แหล่งจ่ายทั้งสองแบบคือทั้งแหล่งไฟเอซีสามเฟสและแหล่งจ่ายไฟดีซีสำหรับโรเตอร์   นอกจากนั้นที่โรเตอร์ก็ยังมีขดลวดพัน มีสลิปริงและแปรงถ่าน ซึ่งทำให้เกิดประกายไฟในขณะทำงานซึ่งทำให้เกิดข้อจำกัดในการใช้งานและยังต้องทำการซ่อมบำรุงอย่างต่อเนื่องเช่นเปลี่ยนแปรงหถ่าย ทำความสะอาดสิ่งสกปรกที่เกิดจากแปรงถ่าน นอกจากนั้นยังส่งด้านของประสิทธิภาพอีกด้วยเนื่องจากมีการสูญเสียในส่่วนของโรเตอร์มากกว่าหากเปรียบเทียบกับมอเตอร์เหนี่ยวนำ

 

และเนื่องจากข้อเสียดังที่กล่าวมา รวมถึงปัจจุบันเทคโนโลยีทางด้านการขับเคลื่อนทางเอซี หรือ เอซีไดร์ฟได้เข้ามามีบทบาทอย่างมากในอุตสาหกรรม ซึ่งสามารถควบคุมอินดัคชันมอเตอร์หรือมอเตอร์เหนี่ยวนำให้สามารถมีความเร็วรอบคงได้ตามต้องการแล้ว และสามารถใช้งานแทนทีมอเตอร์แบบนี้ได้แล้ว ซึงก็เลยทำให้มอเตอร์ชนิดนี้ที่มีการดีไชน์แบบเดิมๆหายหน้าไปจากวงการอุตสาหกรรม

ซึ่งปัจจุบันมอเตอร์ซิงโครนัสนี้ได้เปลี่ยนรูปแบบไปแล้ว  มอเตอร์ซิงโครนัสส่วนใหญ่ที่กำลังเข้ามามีบทบาทใช้งานในอุตสาหกรรมมากขี้น ณ ขณะนี้ส่วนใหญ่จะมอเตอร์ซิงโครนัสแบบที่โรเตอร์ถูกออกแบบให้เป็นแม่เหล็กถาวร .... ส่วนรายละเอียดจะเป็นอย่างไรนั้น โปรดติดตามตอนต่อไป หรือรับชมจากคลิปก่อนได้ครับ

 

 

เนื้อหาโดย: 9engineer.com (https://9engineer.com/)