ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ

 

                 มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ  หมายถึง  มอเตอร์ที่ใช้กับระบบไฟฟ้ากระแสสลับ  เป็นเครื่องกลไฟฟ้าที่ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้เป็นพลังงานกล  ส่วนที่ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าคือขดลวดในสเตเตอรืและส่วนที่ทำหน้าที่ให้พลังงานกล คือ ตัวหมุนหรือโรเตอร์  ซึ่งเมื่อขดลวดในสเตเตอร์ได้รับพลังงานไฟฟ้าก็จะสร้างสนามแม่เหล็กขึ้นมาในตัวทที่อยู่กับที่หรือสเตเตอร์  ซึ่งสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นนี้จะมีการเคลื่อนที่หรือหมุนไปรอบ ๆ สเตเตอร์  เนื่องจากการต่างเฟสของกระแสไฟฟ้าในขดลวดและการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้า  ในขณะที่สนามแม่เหล็กเคลื่อนที่ไปสนามแม่เหล็กจากขั้วเหนือก็จะพุ่งเข้าหาขั้วใต้  ซึ่งจะไปตัดกับตัวนำที่เป็นวงจรปิดหรือขดลวดกรงกระรอกของตัวหมุนหรือโรเตอร์  ทำให้เกิดการเหนี่ยวนำของกระแสไฟฟ้าขึ้นในขดลวดของโรเตอร์  ซึ่งสนามแม่เหล็กของโรเตอร์นี้จะเคลื่อนที่ตามทิศทางการเคลื่อนที่จองสนามแม่เหล็กที่สเตเตอร์  ก็จะทำให้โรเตอร์ของมอเตอร์เกิดจะพลังงานกลสามารถนำไปขับภาระที่ต้องการหมุนได้

 

                 ชนิดของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ

             มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับแบ่งออกเป็น 2 ชนิดใหญ่ ๆ คือ มอเตอร์อะซิงโครนัสและมอเตอร์ซิงโครนัส  ซึ่งที่กล่าวในบทนี้จะเป็นมอเตอร์อะซิงโครนัส  ที่เรียกว่ามอเตอร์ชนิดเหนี่ยวนำ  ซึ่งจะมีขนาดตั้งแต่เล็ก ๆไปจนถึงขนาดหลายร้อยแรงม้า  มอเตอร์ชนิดเหนี่ยวนำมีทั้งที่เป็นมอเตอร์ชนิด 1 เฟสและชนิดที่เป็นมอเตอร์ 3 เฟส  มอเตอร์ชนิดเหนี่ยวนำนั้นส่วนมากแล้วจะหมุนด้วยความเร็วคงที่แต่ก็มีบางชนิดที่สามารถเปลี่ยนแปลงความเร็วได้ เช่น มอเตอร์สลิปริงหรือมอเตอร์ชนิดขดลวดพัน  ซึ่งจะเป็นมอเตอร์ชนิด 3 เฟส

                 มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับชนิดเหนี่ยวนำเป็นเครื่องกลไฟฟ้าที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้เป็นพลังงานกล  ในการเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้เป็นพลังงานกลนี้  โรเตอร์ไม่ได้รับพลังงานไฟฟ้าโดยตรงแต่จะได้จากการเหนี่ยวนำ  ดังนั้นจึงเรียกว่ามอเตอร์ชนิดเหนี่ยวนำซึ่งแบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ

1        มอเตอร์ชนิดกรงกระรอก  ซึ่งมีทั้งที่เป็นมอเตอร์  1  เฟสและชนิดที่เป็น  3  เฟส

2        มอเตอร์ชนิดขดลวดพันหรือชนิดวาวนด์หรือมอเตอร์สลิปริง  ซึ่งจะเป็นมอเตอร์ชนิด      3  เฟส

                 โดยทั่วไป  มอเตอร์ทุกประเภทจะมีส่วนประกอบหลัก หรือส่วนประกอบเบื้องต้นคล้ายกันคือสเตเตอร์หรือตัวที่อยู่กับที่และโรเตอร์หรือตัวหมุน  แต่จะแตกต่างกันในเรื่องของรายละเอียดของส่วนประกอบปลีกย่อยอื่นๆ

 

                 ส่วนประกอบของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ

             1  สเตเตอร์หรือตัวอยู่กับที่  ( Stator )  จะเป็นส่วนที่อยู่กับที่ซึ่งจะประกอบด้วยโครงของมอเตอร์  แกนเหล็กสเตเตอร์  และขดลวด

                         1.1  โครงมอเตอร์  ( Frame  or Yoke )  จะทำด้วยเหล็กหล่อทรงกระบอกกลวง  ฐานส่วนล่งจะเป็นขาตั้ง  มีกล่องสำหรับต่อสายไฟอยู่ด้านบนหรือด้านข้าง  ดังแสดงในรูปที่ 2 โครงจะทำหน้าที่ยึดแกนเหล็กสเตเตอร์ให้แน่นอยู่กับที่ผิวด้านนอกของโครงมอเตอร์  จะออกแบบให้มีลักษณะเป็นครีบ  เพื่อช่วยในการระบายความร้อน

                         ในกรณีที่เป็นมอเตอร์ขนาดเล็ก ๆ โครงจะทำด้วยเหล็กหล่อ  แต่ถ้าเป็นมอเตอร์ขนาดใหญ่  โครงจะทำด้วยเหล็กหล่อเหนียว  ซึ่งจะทำให้มอเตอร์มีขนาดเล็กกะทัดรัดมากขึ้น  แต่ถ้าใช้เหล็กหล่อก็จะให้มีขาดใหญ่  นำหนักมาก

                         นอกจากนี้แล้วโครงของมอเตอร์ยังอาจทำด้วยเหล็กหล่อเหนียวม้วนเป็นแผ่นม้วนรูปทรงกระบอก  แล้วเชื่อมติดกันให้มีความแข็งแรง  เช่น  มอเตอร์สปลิตเฟส  เป็นต้น

                         1.2  แกนเหล็กสเตเตอร์  ( Stator  Core )  ทำด้วยแผ่นเหล็กบาง ๆ มีลักษณะกลม  เจาะตรงกลางและเซาะร่องภายในโดยรอบ  แผ่นเหล็กชนิดนี้เรียกว่า ลามิเนท  ซึ่งจะถูกเคลือบด้วย       ซิลิกอน  เหล็กแต่ละแผ่นจะมีความหนาประมาณ 0.025 นิ้ว  ดังแสดงในรูป ที่ 3 ( A )  หลังจากนั้นจึงนำไปอัดเข้าด้วยกันจนมีความหนาที่เหมาะสม  เรียกว่าแกนเหล็กสเตเตอร์  ดังแสดงในรูปที่ 3 ( B )

                         1.3  ขดลวด  ( Stator  Winding )  จะมีลักษณะป็นเส้นลวดทองแดงเคลือบฉนวนที่เรียกว่า อีนาเมล ( Enamel )  พันอยู่ในร่องของแกนเหล็กสเตเตอร์ตามรูปแบบต่าง ๆ ของการพันมอเตอร์

                 2  โรเตอร์หรือตัวหมุน  ( Rotor )  มอเตอร์ชนิดเหนี่ยวนำจะมีโรเตอร์ 2 ชนิด คือ โรเตอร์แบบกรงกระรอกและโรเตอร์แบบขดลวดพันหรือแบบวาวนด์  ซึ่งจะมีส่วนประกอบดังนี้คือ  แกนเหล็ก   โรเตอร์ ขดลวด  ใบพัด  และเพลา  ดังจะไดกล่าวรายละเอียดต่อไป

                         2.1  โรเตอร์แบบกรงกระรอก  ( Squirrel  cage  rotor  )  จะประกอบด้วยแผ่นเหล็กบาง ๆ ที่เรียกว่าแผ่นเหล็กลามิเนท  ซึ่งจะเป็นแผ่นเหล็กชนิดเดียวกันกับสเตเตอร์  มีลักษณะเป็นแผ่นกลม ๆ เซาะร่องผิวภายนอกเป็นร่องโดยรอบ  ตรงกลางจะเจาะรูสำหรับสวมเพลา  และจะเจาะรูรอบ ๆ รูตรงกลางที่สวมเพลาทั้งนี้เพื่อช่วยให้ในการระบายความร้อน  และยังทำให้โรเตอร์มีน้ำหนักเบาลง  เมื่อนำแผ่นเหล็กไปสวมเข้ากับแกนเพลาแล้วจะได้เป็นแกนเหล็กโรเตอร์  หลังจากนั้นก็จะใช้แท่งตัวทองแดงหรือแท่งอะลูมิเนียมหล่ออัดเข้าไปในร่องของแกนเหล็กสเตเตอร์เข้าไปวางทั้งสองด้านด้วย  วงแหวนตัวนำทั้งนี้เพื่อให้ขดลวดครบวงจรไฟฟ้าหรืออาจนำแกนเหล็กสเตเตอร์เข้าไปในแบบพิมพ์แล้วฉีดอะลูมิเนียมเหลวเข้าไปในร่อง  ก็จะได้อะลูมิเนียมอัดแน่นอยู่ในร่องจนเต็มและจะได้ขดลวดตัวนำแบบกรงกระรอกฝังอยู่ในแกนเหล็ก  ดังแสดงในรูปที่ 4

                 ขดลวดในโรเตอร์นั้นจะเป็นลักษณะของตัวนำที่เป็นแท่งซึ่งอาจใช้ทองแดง  หรืออะลูมิเนียมประกอบเข้าด้วยกันเป็นลักษณะคล้ายกรงนกหรือกรงกระรอก

                         2.2  โรเตอร์แบบขดลวดพันหรือแบบวาวนด์  ( Wound  Rotor )  โรเตอร์ชนิดนี้จะมีส่วนประกอบคล้าย ๆ กับโรเตอร์แบบกรงกระรอก  คือ มีแกนเหล็กที่เป็นแผ่นลามิเนทอัดเข้าด้วยกันแล้วสวมเข้าที่เพลา  แต่จะแตกต่างกันตรงที่ขดลวด  จะเป็นเส้นลวดชนิดที่หุ้มด้วยน้ำยาฉนวนอีนาเมลพันลงไปในร่องสล็อตของโรเตอร์จำนวน 3 ชุด  ซึ่งจะมีลักษณะเหมือนกับที่พันบนสเตเตอร์ของมอเตอร์ 3 เฟสแล้วต่อวงจรขดลวดเป็นแบบสตาร์  โดยนำปลายทั้ง 3 ที่เหลือต่อเข้ากับวงแหวนตัวนำ  ทั้งนี้เพื่อให้สามารถต่อวงจรของขดลวดของโรเตอร์เข้ากับตัวต้านทานที่ปรับค่าได้ที่อยู่ภายนอกตัวมอเตอร์  เพื่อการปรับค่าความต้านทานของโรเตอร์  ซึ่งจะสามารถควบคุมความเร็วของโรเตอร์ได้  ดังแสดงในรูปที่ 6

                 3  ฝาครอบ  ( End  Plate )  ส่วนมากจะทำด้วยเหล็กหล่อ  เจาะรูตรงกลางและคว้านเป็นรูกลมใหญ่เพื่อัดแบริ่งหรือตลับลูกปืนรองรับแกนเพลาของโรเตอร์  ดังแสดงในรูปที่ 1

                 4.  ฝาครอบใบพัด  ( Fan  End  Plate )  จะมีลักษณะเป็นแผ่นเหล็กเหนียวขึ้นรูปให้มีขนาดสวมฝาครอบได้พอดี  มีรูเจาะเพื่อระบายอากาศ  และยึดติดกับฝาครอบด้านที่มีใบพัด  ส่วนใหญ่จะมีในมอเตอร์ 3 เฟสและมอเตอร์ 1 เฟสขนาดใหญ่

                 5.  ใบพัด  ( Fan )  จะทำด้วยเหล็กหล่อ  มีลักษณะเท่ากันทุกครีบเท่ากันทุกครีบ  จะสวมยึดอยู่บนเพลาด้านตรงข้ามกันกับเพลางาน  ใบพัดนี้จะช่วยในการระบายอากาศและความร้อนได้มากทีเดียวใบพัดนี้ส่วนใหญ่จะมีในมอเตอร์ 3 เฟสและมอเตอร์ 1 เฟสขนาดย่อยถึงขนาดใหญ่  เช่นเดียวกับฝาครอบใบพัด

                 6.  สลักเกลียว  ( Bolt )  จะทำด้วยเหล็กเหนียวจะมีลักษณะเป็นเกลียวตลอด  ถ้าเป็นมอเตอร์ 3 เฟส  จะประกอบด้วยสลักเกลียว 8 ตัว  ทำหน้าที่ยึดฝาครอบให้ติดกับโครง  ถ้าเป็นมอเตอร์   1 เฟสขนาดเล็ก  เช่น  มอเตอร์สปลิตเฟสจะเป็นสลักเกลียวยาวตลอดความยาวของตัวมอเตอร์  ทำเกลียวเฉพาะด้านปลายและมีน็อตขันยึดไว้  ดังนั้นจึงมีเพียง 4 ตัว

บทสรุป

                 มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ

                   จะมี 2ประเภทใหญ่ ๆ คือ

1. มอเตอร์อะซิงโครนัส  ( Asynchronous  motor )

2. มอเตอร์ซิงโครนัส  (Synchronous  motor )  ซึ่งจะเป็นมอเตอร์ประเภทที่อาศัยหลักการเหนี่ยวนำ

                 โรเตอร์ของมอเตอร์เหนี่ยวนำ

                   จะมี 2 ประเภท คือ

1. โรเตอร์แบบกรงกระรอก  ( Squirrel  cage  rotor )  ซึ่งจะมีลักษณะเป็นตัวนำหลายตัวประกอบเข้าด้วยกันเป็นรูปทรงกระบอก  แล้วลัดวงจรหัวท้ายด้วยวงแหวนตัวนำ

2. โรเตอร์แบบขดลวดพันหรือแบบวาวนด์  ( Wound  rotor )  จะมีลักษณะเป็นขดลวดพันในร่องสล็อตของโรเตอร์จำนวน 3 ชุด  ขดลวดด้านปลายต่อเข้าด้วยกันเป็นแบบสตาร์  ด้านต้นต่อเข้ากับวงแหวนลื่นหรือสลิปริง ( Slip  ring )

                 ส่วนประกอบทั่วไปของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ

                   จะประกอบด้วย

1. สเตเตอร์หรือตัวอยู่กับที่ ( Stator )  มีลักษณะเป็นแผ่นลามิเนทประกอบเข้าด้วยกันเป็นแกนเหล็ก  มีร่องเอาไว้สำหรับพันขดลวดเพื่อทำหน้าที่เป็นตัวกำเนิดสนามแม่เหล็กและเป็นวงจรปม่เหล็ก

2. โรเตอร์หรือตัวหมุน  ( Rotor )  มีลักษณธเป็นแกนเหล็กทรงกระบอกจะหมุนอยู่ในช่องสเตเตอร์ซึ่งจะทำหน้าที่กำเนิดกำลังกลเพื่อส่งไปขับโหลด

3. ฝาครอบทั้ง 2 ด้าน  ( End  Plate )   จะมีหน้าที่ยึดโรเตอร์ให้หมุนอยู่ในช่องของ  สเตเตอร์อย่างสมดุล