ทำไมอินดัคชั่นมอเตอร์จึงมีกระแสขณะสตาร์ทสูง

โดย : Admin

เรียบเรียงโดย : สุชิน  เสือช้อย (แอดมิน)

ทำไมอินดัคชั่นมอเตอร์จึงมีกระแสขณะสตาร์ทสูง

 

     โดยทั่วไปมอเตอร์เหนี่ยวนำจะดึงกระแสเริ่มต้นสูงเมื่อเปรียบเทียบกับสภาพขณะรันหรือช่วงทำงาน   กระแสเริ่มต้นของมอเตอร์เหนี่ยวนำนี้โดยทั่วไปก็จะเรียกว่ากระแสพุ่งเข้าหรือกระแสอินรัช (Inrush Current) ซึ่งโดยทั่วไปก็จะมีค่าประมาณ 6-8 เท่าของกระแสโหลดเต็มพิกัดของมอเตอร์ 
 
  ยกตัวอย่างเช่นมอเตอร์เหนี่ยวนำที่มีพิกัด 11 KW, 22 แอมป์, 440 โวลต์  ซึ่งจะดึงกระแสไฟฟ้าช่วงเริ่มต้นออกตัวสูงประมาณ 132 แอมป์ และจะลดลงเมื่อมอเตอร์เร่งความเร็วไปที่ใกล้เคียงกับความเร็วพิกัดหรือความเร็วซิงโครนัส (Synchronous Speed )

ขวามือ : แสดงช่วงเวลาของกระแสอินรัช ซึ่งจะวัดช่องกึ่งกลางของกระแสอินรัช
ซ้ายมือ : แสดงการเปรียบเทียบกระแสของการสตาร์ทมอเตอร์แบบต่างต่าง

หลักการทำงานของมอเตอร์เหนี่ยวนำ

เมื่อเริ่มต้นจ่ายกระแสไฟสามเฟสให้ขดลวดสเตเตอร์ของมอเตอร์เหนี่ยวนำ  กระแสไฟฟ้าก็ไหลจะเข้าไปสร้างสนามแม่เหล็กเพื่อทำเกิดเส้นแรงแม่เหล็กหรือฟลักซ์ และทำให้เกิดสนามแม่เหล็กหมุนในช่องว่างอากาศ    และเมื่อฟลักซ์หรือเส้นแรงแม่เหล็กที่เดินทางผ่านช่องว่างอากาศ (Air Gap)ไปได้ก็จะไปตัดกับตัวนำของโรเตอร์ (ตัวนำที่โรเตอร์ต่อลัดวงจรหัวท้ายถึงกันเป็นลักษณะคล้ายกรงกระรอก) ซึ่งก็จะส่งผลทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าขึ้นที่ตัวนำของโรเตอร์และทำเกิดกระแสเริ่มไหลในตัวนำโรเตอร์ จากนั้นก็จะทำให้เกิดปฏิกริยาแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กทั้งสองและทำให้แรงบิดจึงเกิดขึ้น........................

ช่วงสตาร์ทมอเตอร์

การทำงานมอเตอร์เหนี่ยวหนำแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในโรเตอร์นั้นจะขึ้นอยู่กับความเร็วสัมพัทธ์ของความเร็วสนามแม่เหล็กหมุน(หรือความเร็วซิงโครนัส,Ns = 120F/P) และความเร็วของโรเตอร์ (Nr)

โดยช่วงออกตัวหรือช่วงเริ่มสตาร์ท  โรเตอร์จะหยุดนิ่งดังนั้นความเร็วของโรเตอร์จึงเท่ากับศูนย์  (Nr =0 ) ดังนั้นความแตกต่างระหว่างความเร็วซิงโครนัสหรือสนามแม่เหล็กหมุน กับ ความเร็วของโรเตอร์  ซึ่งเรียกว่าความเร็วสลิปจะมีค่าสูงสุดหรือเท่ากับ 1 ดังสมการต่อไปนี้

     S = (Ns - Nr /Ns ) * 100

S = Slip (สลิป)  หรือ Slip Speed (ความเร็วสลิป)
Ns = ความเร็วของสนามแม่เหล็กหมุน หรือ ความเร็วซิงโครนัส (Synchronous Speed ) คำนวนได้จากสูตร = 120 F/P
Nr = ความเร็วโรเตอร์ หรือ โรเตอร์ สปีด Rotor Speed 

และเนื่องจากความเร็วของโรเตอร์เป็นศูนย์ในช่วงเริ่มต้นออกตัวนี้ จึงทำให้ตัวนำของโรเตอร์เกิดการตัดกับสนามแม่เหล็กสูงสุดและส่งผลทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้นสูงสุดในช่วงเริ่มต้น

จากแรงเคลื่อนเหนี่ยวนำก็จะค่อยๆลดลงเมื่อความเร็วของโรเตอร์หมุนเร็วเพิ่มขึ้นและวิ่งเข้าใกล้กับความเร็วสนามแม่เหล็กหมุน

โดยแรงเคลื่อนเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นจะค่อยๆลดลงตามสลิปที่จะลดลง ตามความสัมพันธ์ของสมการดังนี้

Er = s * Es

เมื่อ:
s   =  สลิป
Es =  Stator Voltage หรือ แรงเคลื่อนเหนี่ยวที่สเตเตอร์

 

Er = Es  เมื่อ Nr = 0 และ Slip =1 

จากรูปจะเห็นว่าแรงเคลื่อนเหนี่ยวที่โรเตอร์จะมีค่าสูงสุดช่วงมอเตอร์สตาร์ท หรือ เมื่อสลิปมีค่า = 1  
และค่าอิมพีแดนซ์ของโรเตอร์ก็จะมีค่าอินดัคทีฟสูงช่วงขณะสตาร์ทด้วยเช่นกันดังความสัมพันธ์ต่อไปนี้

  Xr = 2¶ fr L     หรือ   Xr =  2¶ (s*fs) L  ...

 ค่ารีแอกแตนซ์ของโรเตอร์จะขึ้นอยู่กับสลิป  ซึ่งในตอนเริ่มออกตัวหรือสตาร์ท ค่ารีแอกแตนซ์ของโรเตอร์จะสูง เนื่องจากสลิปของมอเตอร์มีค่าเท่ากับ 1  ซึ่งอิมพีแดนซ์และกระแสของโรเตอร์จะมีค่าดังนี้

Zr = Rr  + jswL

และกระแสของโรเตอร์

Ir = Er / Zr  

Ir = sEs / Rr  + jswL   หรือ Es / (Rr /s+jwL)


โดย Rr/s  จะมีค่าเพิ่มขึ้นเมื่อสลิปเพิ่มลดลง  ขณะที่ค่ารีแอกแตนซ์ของโรเตอร์มีค่ามากกว่าความต้านทานของโรเตอร์ และเนื่องจากอัตราส่วนระหว่าง Xr/Rr สูง มอเตอร์จึงใช้กระแสเหนี่ยวนำขนาดใหญ่ นอกจากนี้จากอัตราส่วน Xr/Rr ที่สูงนี้เอง จึงส่งผลให้ตัวประกอบกำลัง (power factor)ของมอเตอร์จึงต่ำมาก  ซึ่งสามารถเป็นวงจรสมมูลย์ดังต่อไปนี้




เมื่อเริ่มต้นสตาร์ทมอเตอร์เหนี่ยวนำ ค่า Rr/s จะมีค่าน้อยจากสลิป (s) มีค่าเป็น 1  ส่วนค Xr จะมีค่าคงที่  และค่าของ Rr/s จะเพิ่มขึ้นตามการเปลี่ยนแปลงของค่าสลิป (s) ที่ลดลงหลังจากที่มอเตอร์มีความเร็วเพิ่มขึ้น  ดังนั้นเมื่อช่วงสตาร์ทออกตัวค่า Xr จะมีค่ามากกว่าค่าของ Rr /s  (Xr>Rr /s)  แต่หลังจากที่มอเตอร์เริ่มเร่งความเร็วขึ้น ค่า Rr/s จะมากกว่า Xr ซึ่งจะส่งผลทำให้กระแสของมอเตอร์จะลดลง


จากเหตุผลดังกล่าว จะเห็นว่าในช่วงสตาร์ทหรือช่วงเริ่มต้น องค์ประกอบที่โรเตอร์จะมีค่าความเหนี่ยวนำสูง (highly inductive) จึงทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำสุงสุดขึ้นที่โรเตอร์ ด้วยเหตุนี้โรเตอร์จึงดึงกระแสที่มีขนาดใหญ่มาก จากนั้นจึงกระแสเริ่มลดลงเมื่อมอเตอร์เร่งความเร็วเพิ่มขึ้นอันเนื่องจากอัตราส่วน Rr/s ที่เพิ่มขึ้นตามค่าสลิปที่ลดลง

 

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