การควบคมความเรวและเรมเดนมอเตอรไฟฟากระแสตรง

นายสชาต แตตระกล แผนกวชาชางไฟฟาก าลง วท.พทลง (2561)

ความเรวมอเตอรไฟฟากระแสตรง

สมการความเรวมอเตอรไฟฟากระแสตรง

จากสมการ ความเรวของมอเตอรไฟฟากระแสตรง ความเรวจะเปนสดสวน โดยตรงกบแรงดนตานกลบ (Eb) เปนสดสวนผกผนกบเสนแรงแมเหลก ()

𝑁 = 𝑉𝑡−𝐼𝑎𝑅𝑎

∅ ×

60𝑎

𝑍𝑃

∅𝑍𝑁

60×

𝑃

𝑎 = 𝑉𝑡-𝐼𝑎𝑅𝑎

𝑁 = 𝐸𝑏

∅ ×

60𝑎

𝑍𝑃

จาก

หรอ

การควบคมความเรวมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบอนกรม 1. การปรบแตงคาของเสนแรงแมเหลก (Flux control method)

𝑁 = 𝑉𝑡−𝐼𝑎𝑅𝑎

∅ ×

60𝑎

𝑍𝑃

1. 1 วธฟลดไดเวอรทเตอร (Field diverter) ใชความตานทานปรบคาได ตอขนานกบขดลวดอนกรม สามารถปรบแตงคาของเสนแรงแมเหลกใหลดลง เพอใหความเรวของมอเตอรเพมขน

ขดลวดอนกรม

การควบคมความเรวมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบอนกรม 1. 2 วธอาเมเจอรไดเวอรทเตอร (Armature diverter) ใชความตานทานปรบคาได ตอขนานกบอาเมเจอร สามารถปรบความเรวของมอเตอรใหต ากวาพกดได

ขดลวดอนกรม

ถากระแสอาเมเจอรคงท กระแสของมอเตอรเปลยนเพราะไดเวอรเตอร ท าใหกระแสขดลวดอนกรมเปลยน ความเรวของมอเตอรลดลง

การควบคมความเรวมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบอนกรม 1. 3 เปลยนจดตอแยกของฟลด (Tapping field control) โดยใหจ านวนรอบของขดลวดอนกรมสามารถเปลยนแปลงได หากใชขดลวดฟลดทงชดจะท าใหความเรวต าสด และท าใหความเรวสงขนโดยตดบางสวนของขดลวดอนกรมออกจากวงจร วธนนยมใชในรถลากไฟฟา

ขดลวดอนกรม

การควบคมความเรวมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบอนกรม 2. การปรบแตงคาความตานทานทตออนกรมกบมอเตอร (Variable resistance in series with motor)

ขดลวดอนกรม

การเพมคาความตานทานอนกรมกบอาเมเจอร สงผลใหแรงดนตกครอมอาเมเจอรลดลง ความเรวรอบของมอเตอรจะลดลงดวย วธนมขอเสยทก าลงสวนหนงจะสญเสยเนองจากคาความตานทานดงกลาว

ความตานทาน

การควบคมความเรวมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบอนกรม 3. การควบคมความเรวโดยตอมอเตอรแบบอนกรม-ขนาน (Series parallel Control) การควบคมความเรวระบบน ใชกนมากในรถรางไฟฟา (Electric traction) โดยใชมอเตอรชนดเดยวกน 2 ตว หรอมากกวาหมนขบโหลด เมอตองการความเรวต าจะน ามอเตอรทง 2 มาตออนกรมกน เมอตองการความเรวสงจะตอขนานกน

ตออนกรมกนจะไดความเรวต า ความเรว ¼ เทาการตอแบบขนาน แรงบดเปน 4เทา การตอแบบขนาน

การควบคมความเรวมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบอนกรม 3. การควบคมความเรวโดยตอมอเตอรแบบอนกรม-ขนาน (Series parallel Control)

ตอขนานกนจะไดความเรวสง

การควบคมความเรวมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนาน 1. การควบคมขนาดแรงดนไฟฟาทจายให โดยใชแหลงจายไฟฟากระแสตรงปรบคาได เพอเพมหรอลดขนาดแรงดนไฟฟาของวงจรอาเมเจอร

𝑁 = 𝑉𝑡−𝐼𝑎𝑅𝑎

∅ ×

60𝑎

𝑍𝑃

การควบคมความเรวมอเตอรไฟฟา กระแสตรงโดยการควบคมขนาดแรงดนไฟฟาทจายให

ขอด ควบคมความเรวรอบไดตงแต ศนย จนถงพกด หรอเกนพกดได

ขอเสย 1. ขดลวดอาจเสยหายเมอปรบความเรวเกนพกด 2. ขนาดแรงดนนอยท าใหแรงบดเรมหมนนอย เพราะ นอย

2. การควบคมคาความตานทานในวงจรอาเมเจอร โดยน าตวตานทานมาอนกรมกบขดลวดอาเมเจอร โดยตวตานทานตองทนกระแสไฟฟาไดเทากบหรอมากกวากระแสไฟฟาทอาเมเจอร

3. การควบคมเสนแรงแมเหลกในขดลวดสนามแมเหลกแบบชนท เพอควบคมกระแสทไหลผานขดลวดสนามแมเหลก สงผลใหจ านวนเสนแรงแมเหลกเปลยนแปลงคามากนอยตามตองการ และความเรวของมอเตอรเปลยนแปลง

การควบคมเสนแรงแมเหลกในขดลวดสนามแมเหลกแบบชนท เมอปรบคาความตานทานลดลง สงผลใหกระแสผานขดลวดชนทมากขนท าใหเสนแรงแมเหลกเพมมากขน ท าใหความเรวรอบของมอเตอรลดลง และเมอปรบเพมคาความตานทานมากขน สงผลใหกระแสผานขดลวดชนทนอยลง ท าใหเสนแรงแมเหลกเปลยนแปลงลดลง ความเรวรอบของมอเตอรจะเพมสงขน

กระแสชนทฟลด

Vt (แรงดนปอน)

การควบคมเสนแรงแมเหลกในขดลวดสนามแมเหลกแบบชนท

กระแสชนทฟลด

Vt (แรงดนปอน)

ขอด การเปลยนแปลงความเรวรอบขนอยกบคาความตานทาน (Rheostat) อยางเดยวไมขนกบโหลด ความเรวรอบจงคงทเมอโหลดมการเปลยนแปลง

ขอเสย ไมสามารถปรบความเรวรอบใหต ากวาพกดได เกดก าลงไฟฟาสญเสยจากตวตานทาน Rrhe

การสตารทมอเตอรไฟฟากระแสตรง

D.C. motor starters

ความจ าเปนในการใชอปกรณเรมเดน

ขอด เมอเรมสตารทมอเตอร ขณะทอาเมเจอรยงอยกบท จะไมมแรงเคลอนตานกลบเกดขนในอาเมเจอร ท าใหแรงดนไฟฟาของแหลงจาย (Vt) ทงหมดตกครอมอาเมเจอร และมกระแสไหลผานอาเมเจอรจ านวนมาก เนองจากความตานทานของอาเมเจอรนอยมาก กระแสจ านวนมากนท าใหฟวสขาดและเปนอนตรายกบคอมมวเตเตอรและแปรงถาน จงตองมความตานทานเพอชวยในการจ ากดคากระแสขณะสตารทใหอยในคาทปลอดภย และจะถกตดออกเมออาเมเจอรมความเรวเพมขนและมแรงเคลอนไฟฟาตานกลบ (Eb) เกดขน

การสตารทมอเตอรกระแสตรงขนาดเลก

มอเตอรกระแสตรงขนาดเลก สามารถสตารทไดโดยตรง โดยไมเกดอนตรายใดๆ แกมอเตอร เนองจาก

1. มอเตอรขนาดเลกมความตานทานสงกวามอเตอรขนาดใหญ ดงนนกระแสสตารทไมสงมาก

2. อาเมเจอรมอเตอรขนาดเลกมน าหนกเบา สามารถเรงความเรวรอบใหสงไดรวดเรว

3. กระแสขณะสตารทเกดขนในชวงเวลาสนๆ ไมเพยงพอใหเกดผลกระทบตอสายสง

THREE POINT STARTER

1 2 3

https://www.electrical4u.com/4-point-starter-working-principle-and-construction-of-four-point-starter/

FOUR POINT STARTER

1 2 3 4

https://www.electrical4u.com/4-point-starter-working-principle-and-construction-of-four-point-starter/

1. การเปลยนทศทางกระแสทไหลผานอาเมเจอร 2. เปลยนทศทางกระแสทไหลผานขดลวดสนามแมเหลก(Field coil)

การกลบทศทางการหมนมอเตอรไฟฟากระแสตรง

การกลบทศทางการหมนมอเตอรไฟฟาแบบอนกรม

โดยการเปลยนทศทางกระแสทไหลผานอาเมเจอร

การกลบทศทางการหมนมอเตอรไฟฟาแบบอนกรม

โดยเปลยนทศทางกระแสทไหลผานขดลวดสนามแมเหลก(Field coil)

การกลบทศทางการหมนมอเตอรไฟฟาแบบขนาน

โดยการเปลยนทศทางกระแสทไหลผานอาเมเจอร

การกลบทศทางการหมนมอเตอรไฟฟาแบบผสม

จ าเปนตองเปลยนทศทางกระแสทไหลผานอาเมเจอรเพยงอยางเดยว หรอ เปลยนทศทางกระแสทงขดลวดอนกรม(series field) และขดลวดขนาน (shunt field)

การกลบทศทางการหมนมอเตอรไฟฟากระแสตรง ดวยสวตชและวงจรอเลกทรอนกส

S1 - S4 หมนทวนเขมนาฬกา S3 - S2 หมนตามเขมนาฬกา

Q1 - Q5 หมนทวนเขมนาฬกา Q3 - Q2 หมนตามเขมนาฬกา

การปรบความเรวมอเตอรไฟฟากระแสตรงดวย PWM

PULSE WIDTH MODULATION (PWM)

การควบคมพลงงานทสงออกไปยงอปกรณทตองการควบคม เชน ความแรงมอรเตอร ความสวางของไฟ LED โดยปกตหมายถงการลดแรงดนทสงออกไปยงมอรเตอร แตการลดแรงดนนนเปนแนวทางทตองใชวงจรทซบซอนมความยงยากคอนขางมาก ดงนนโดยทวไปจงนยมใชเทคนคทเรยกวา Pulse Width Modulation (PWM) ซงไมไดลดแรงดน หากแตใชหลกการเปด/ปดมอรเตอรดวยความเรวสงๆ จนผลคาเฉลยของแรงดนทไดออกมาเทยบเทากบการ เปลยนแรงดนโดยตรง เทคนคนท าใหไมตองใชวงจรซบซอน แตการเขยนโปรแกรมจะยงยากขนบาง

PWM นนโดยทวไปจะมการสรางลกคลนสเหลยม (Square Wave) ออกมาโดยก าหนดคาบของสญญาณ (Period) ใหส นๆ ซงปกตคาบจะจะมคาไมเกน 33 ms (30 Hz) ส าหรบการทดลองทวไป และอาจมคานอยถง 0.01 ms (100KHz) หรอนอยกวาในงานอตสาหกรรมบางชนด หลกการส าคญของ PWM คอการปรบเปลยนความกวางของลกคลนในแตละคาบ โดยถาลกคลนสนกจะท าใหแรงดนเฉลยทออกมามคานอย และถาลกคลนยาวแรงดนเฉลยกจะมคามากขน จากรปดานลาง V เฉลย (เสนสสม) จะสงหรอต านนขนอยกบความกวางของลกคลน ซงความกวางของลกคลนนเรยกวา pulse width หรอ Duty Cycle

PWM

Pulse width จะตองนอยกวาคาความยาวคาบเสมอ Duty Cycle จะมหนวยเปน % ของความยาวคาบ เชน ถาคาบ = 10ms และ Duty Cycle = 40% นนหมายความวา Pulse width = 10ms * 0.4 = 4 ms เปนตน

อางอง

ไชยชาญ หนเกด . เครองกลไฟฟา 1 .สมาคมสงเสรมเทคโนโลย(ไทย-ญปน). ดสต สรยราช . เครองกลไฟฟากระแสตรง . ศนยสงเสรมวชาการ. มนตร เงาเดช. เครองกลไฟฟา ไมตร วรวฒจรรยากล . เครองกลไฟฟาเบองตน เลม 1 เครองก าเนดไฟฟา กระแสตรง. ศนยการพมพพลชย, ธวชชย อตถวบลยกล . เครองกลไฟฟา 1 เครองกลไฟฟากระแสตรง. ศนยสงเสรมอาชวะ, สธน แกนตน. เครองกลไฟฟากระแสตรง. ศนยหนงสอเมองไทย. 2556 ศภชย สรนทรวงศ . เครองกลไฟฟา 1 เครองก าเนดไฟฟากระแสตรง. สมาคมสงเสรมเทคโนโลย(ไทย-ญปน).