บทท 2

ทฤษฎและหลกการ

2.1 การวเคราะหเบองตนของสารแมเหลก

เมอกลาวถงแกนแมเหลก จะหมายถงแกนททาจากสารทสามารถเหนยวนาสนามแมเหลก

ได (Ferromagnetic Component) ซงเราพบเหนการใชงานอยท วไปในวงจรไฟฟาคอ แกนหมอ

แปลง หรอ แกนตวเหนยวนานนเอง โดยพนฐานการทางานของหมอแปลง คอ การคปปลง

(Coupling) ของเสนแรงแมเหลกระหวางขดลวดมากกวา 2 ขด และสงผานกาลงงานไฟฟาดวยการ

เปลยนระดบของแรงดนหรอกระแส โดยใชอตราสวนของจานวนรอบระหวางขดลวด สวนตว

เหนยวนาจะเปนการออกแบบพลงงานทสะสมในแกนแมเหลกขณะใชงาน ซงในการออกแบบใช

งานจรงนนมเนอหาทตองศกษาอยางมากเพอใหเกดประสทธภาพทดทสด

การศกษาและทาความเขาใจเกยวกบอปกรณแมเหลก การเลอกใชงาน คอนขางทจะเปน

เรองทจากด เนองจากขอมลทางดานนคอนขางทจะมการใชหนวยวดทหลากหลาย เชน เซนตเมตร-

กรม-วนาท; CGS (Centimeter-Gram-Second), หรอเมตร-กโลกรม-วนาท ; MKS (Meter-Kilogram-

Second) และผสมกบหนวยองกฤษ เชน เออรสเตด (Oersteds) เปนตน

ในเนอหานเราจะศกษาการทางานและปรากฏการณการทางานของสารแมเหลกเบองตน

นอกจากนเราจะศกษาและทาความเขาใจกบลกษณะแกนชนดตาง ๆ เพอสามารถนาเปนแนวทางใน

การเลอกเพอออกแบบใชงานแกนแมเหลกตอไป

Icm

AmperesH =

HB •r

I Compass

Magnetic Field

North Seeking

End of CompassI

Compass

Magnetic Field

Verify With a Compass

รปท 2.1 การเกดสนามแมเหลกเมอมกระแสไฟฟาไหลผานในตวนา

2.1.1 คณสมบตของสนามแมเหลกในชองอากาศ

เสนลวดตวนาใน ชองอากาศ ทมกระแสไหล I จะสรางสนามแมเหลก (Magnetic Field)

ลอมรอบตวนาดงแสดงในรปท 2.1 โดยมความสมพนธ คอ

H = )(10/2 OerstedsrI

4

เมอกระแส ไฟฟาในขดลวดไหลผานในทศทางหนง เขมของเขมทศจะแสดงทศทางของ

เสนแรงแมเหลก และเมอกระแสไหลกลบทศทางเขมทศจะชในทศทางตรงกนขาม จาก

ปรากฏการณนแสดงใหเหนวาสนามแมเหลกมทศทางดวย นนคอเมอกระแสไหลกลบทศทาง

สนามแมเหลก ( H ) จะมทศทางสวนกลบตามกระแส

เมอเรานาเสนลวดตวนาถกนามาพนเรยงกนบนแกนจะทาใหสนามแมเหลกทเกดขนม

ความหนาแนนเพมขนอยางมาก ขดลวดทกาเนดสนามแมเหลกนจะมลกษณะเปนแทงแมเหลก

(แมเหลกไฟฟานนเอง) ดงแสดงในรปท 2.2 เมอขดลวดทางานเหมอนเปนแทงแมเหลก ดงนน

ขดลวดจะเกดขวเหนอและขวใตขน เราจงสามารถแสดงทศทางของสนามแมเหลกทเปลยนแปลง

ตามทศทางของกระแสได

Magnetic PathMagnetic Field I

รปท 2.2 การเกดสนามแมเหลกเมอมแหลงจายเปนไฟฟากระแสตรง

HB oµ=

)(T e s laB

)/( c mAH

รปท 2.3 ความสมพนธระหวางคา B และคา H เมอมแหลงจายเปนไฟฟากระแสตรง

คาของฟลกซแมเหลก (Magnetic Flux) สามารถหาไดจากผลคณของกระแสกบจานวน

รอบในการพน คอ NI ซงเรยกวา Magneto Motive Force (MMF) โดยเปนแรงททาใหเกดการไหล

ของฟลกซ และเราสามารถหาความสมพนธระหวางคาของความหนาแนนของฟลกซ (Flux

Density: B ) กบคาของแรงแมเหลก (Magnetizing Force: H ) สาหรบขดลวดแกนอากาศไดดงรป

ท 2.3 ซงคาความชนของกราฟ คอ HB / เปนคาแสดงความซมซาบของแกน (Permeability)

5

Magnetic PathMagnetic Field

รปท 2.4 การเกดสนามแมเหลกเมอมแหลงจายเปนไฟฟากระแสสลบ

HB oµ=

)(TeslaB

)/( cmAH

รปท 2.5 ความสมพนธระหวางคา B และคา H เมอมแหลงจายเปนไฟฟากระแสสลบ

ถาแบตเตอรในรปท 2.2 ถกแทนทดวยแหลงจายไฟสลบดงรปท 2.4 เราควรจะได

ความสมพนธของกราฟระหวาง B และ H ดงรปท 2.5 ซงเราจะยงคงไดกราฟความสมพนธทเปน

เชงเสนเชนเดมจากคณสมบตของขดลวดแกนอากาศ ดงนน กลาวไดวาดวยความสมพนธทเปนเชง

เสนน การเพมคา H จะทาใหคา B เพมขน และเพมจานวนฟลกซในขดลวดดวย นนคอ

สนามแมเหลกขนาดใหญสามารถสรางไดจากการไหลของกระแสจานวนมาก จากขอนเราจะเหน

ขอจากดอยางแรกของการใชงานในทางปฏบตคอ ความสามารถในการนากระแสของขดลวดแตละ

ขนาดทมอยางจากด ซงเมอคากระแสทสง ๆ จะสงผลใหเกดความรอนทเสนตวนา เพราะ

สนามแมเหลกทมขนาด 0.1 เทสลา ( Tesla: T ) มโอกาสจะทาใหเกดอณหภมของเสนลวดตวนา

สงขนจากอณหภมหองไดถง 40 องศาเซลเซยส

เราสามารถแสดงโครงสรางการทางานของหมอแปลงอยางงาย ๆ ไดดงรปท 2.6 จากรปจะ

เหนวาขดลวดแกนอากาศขดแรกจะมแหลงจายปอนกระแสให ในขณะทขดทสองจะเปดวงจรอย

ขดลวดขดแรกเมอมกระแสไหลผานจะสรางสนามแมเหลกออกมา โดยฟลกซทเกดขนจะมการแยก

เบยงเบนไปตามทศทางตาง ๆ จากขอบของขดลวดอยางไมมขอบเขต แตจะมฟลกซบางสวนท

คลองผานทง 2 ขดเราเรยกวา ฟลกซคลองผาน (Linkage Flux) ฟลกซรวม หรอ ฟลกซเหนยวนา

(Mutual Flux) และมฟลกซทแตกแยกบางสวนซงไมไหลผานขดลวดทง 2 เราเรยกวา ฟลกซรวไหล

(Leakage Flux) ซงฟลกซเฉพาะทคลองผานขดลวดทง 2 ขดน จะเปนตวสงกาลงงานของหมอแปลง

ดงนนหมอแปลงทดควรจะมจานวนฟลกซคลองผานมาก ๆ ในขณะทฟลกซรวไหลควรมจานวน

นอย ๆ

6

Leakage Flux

Primary Secondary

Mutual Flux

รปท 2.6 หลกการของหมอแปลงพนฐาน

2.1.2 พฤตกรรมเสนแรงแมเหลกไฟฟา

เมอเราทาการกระตนสารแมเหลกทนามาทาแกนแมเหลกในรปท 2.8 โดยสมมตใหตวของ

สารเฟอรโรแมกเนตก ( Ferromagnetic) ทใชไมมฟลกซแมเหลกคงคางอยกอน เราจะไดกราฟของ

ความสมพนธของความหนาแนนฟลกซแมเหลก ( B ) และความเขมสนามแมเหลก ( H ) เปนในดง

รปซงจะเหนวาปรากฏการณในชวงแรกเมอมการกระตนดวยคาของ H ทเพมขน คาของ B จะ

คอย ๆ เพมขนจากศนยอยางชา ๆ จนถงจด A ในชวงท 2 เมอมการเพมขนของ H เพยงเลกนอย

จากจด A จะเหนวาการเปลยนแปลงคา B จะเพมขนอยางรวดเรวจนถงจด B จากนนในชวงท 3 จะ

เหนวาการเพมขนของคา B จะชาลงเมอเปรยบเทยบกบการเปลยนแปลงของคา H เราเรยกจด B

นวา จดหก ( Knee Point) สวนในชวงสดทายตงแตจด C ขนไป เปนชวงอมตวของ แกนแมเหลก

อตราความชนของกราฟซงกคอคาความซมซาบของแกนในยานนจะมคาใกลเคยง 1

[ OeGHB /1/ = (Gauss/Oersteds)] ดงนนเมอแกนแมเหลกเขาสสภาวะการอมตวอยางมาก

ขดลวดทมแกนเปนสารแมเหลกนจะมคณลกษณะเหมอนกบเปนขดลวดแกนอากาศ (คาของ m จะ

ลดลงจนกระทง 1=m ) ซงกราฟรปท 2.8 ชวยแสดงรปอยางงาย ๆ ใหเหนลกษณะของการเกดขน

ของฟลกซในแกน จากเรมตนทไมมคาฟลกซจนกระทงเกดการอมตวของแกนแมเหลก

Magnetic Path Length

Magnetic Core

รปท 2.7 วงจรแมเหลกทมเสนแรงแมเหลกไหลผาน

7

A

B

C

Flu

x D

ensi

ty (B

)

Magnetizing Force (H)0

รปท 2.8 ความสมพนธระหวางคา B และ H

Unmagnetized

รปท 2.9 ลกษณะแกนเหลกทยงไมมฟลกซในแกน

Unmagnetized

Magnetic Flux

รปท 2.10 ลกษณะแกนเหลกทมฟลกซในแกนบางสวน

Unmagnetized

Magnetic Flux

รปท 2.11 ลกษณะแกนเหลกทมฟลกซในแกนจนอมตว

8

อยางไรกตาม การอมตวของสารแมเหลกจะมลกษณะแตกตางกนไปตามชนดของเนอสาร

ทแตกตางกน ซงยกตวอยางแสดงคาของ Hmax ททาใหเนอสารตางชนดกนอมตวไดดงตารางท 2.1

ตารางท 2.1 ชนดของเนอสารตอคาความเขมสนามแมเหลกททาใหสารแมเหลกอมตว

ชนดเนอสาร เออรสเตด (Orsteds) kA/m

Alnico 5 , 6 , 8 and 9 3,000-7,000 239-557

Ceramic (Hard Ferrite) 10,000-50,000 796-955

Neodymium-Iron-Boron, Motor Grade 35,000-50,000 2,786-3,980

Neodymium-Iron-Boron, High Energy Grade 30,000-40,000 2,388-3,184

Neodymium-Iron-Boron, Most Bonded 30,000-40,000 2,388-3,184

Neodymium-Iron-Boron, High Temp Bonded 35,000-60,000 2,786-4,776

SmCo 1-5 30,000-40,000 2,388-3,184

SmCo 2-17 35,000-50,000 2,786-3,980

SmCo Low Hci Bonded Grade 20,000-30,000 1,592-2,388

SmCo High Temperature Grade 35,000-50,000 2,786-3,980

2.1.3 ลปฮสเทอรซส (Hysteresis Loop)

เมอสารแมเหลกไดรบการอดฟลกซแมเหลก ( Magnetization) และคายฟลกซแมเหลก

(Demagnetization) อยางเปนวฏจกร (Cycle) เราจะไดผลตอบสนองของ B และ H ดงรปท 2.12

ทจดเรมตน X สารแมเหลกจะยงไมมฟลกซตกคางอย เมอ H มคาเพมขน คาของ B จะเพมขนไป

ตามเสนประเขาหาจดอมตวทคา sB และเมอทาการลดคาของ H ลง เราจะเหนวาคาของ B จะ

ลดลงเขาสจด rB เมอ H มคาเปนศนย ซงตรงจดน แกนแมเหลกยงคงมฟลกซคงคางอยแมวาจะ

ไมไดมการอดฟลกซแมเหลกแลว (ความเขมสนามแมเหลกเปนศนย: H =0) ซงฟลกซทเหลออยใน

แกนนเราเรยกวา ฟลกซแมเหลกคงคาง (Residual Flux หรอ Remnant Flux) และจะทาใหเกดความ

หนาแนนฟลกซแมเหลกคงคางเทากบ rB และเมอคาของ H นอยกวาศนย แสดงวาสนามแมเหลก

มการกลบขวไปจากเดมแรงแมเหลกจะทาการลดฟลกซแมเหลกในทศทางเดมทาให B มคาลดลง

จากตาแหนง rB จนกระทง B =0 ทจดตรง H = cH เราจะเรยกคาความเขมสนามแมเหลกททาให

ความหนาแนนฟลกซแมเหลกเปนศนยนวา Coercive Force ( cH )

9

X

sB−

)(cmTurnsAH ⋅

sH)(TeslaB

1H2H

cH

rB

รปท 2.12 ลปฮสเทอรซส

เมอเราทาการอดฟลกซแมเหลกจนกระทงสารแมเหลกอมตว สารแมเหลกจะยงคงคาฟลกซ

หลงเกดการอมตว ทาใหมคาของความหนาแนนฟลกซแมเหลกคาหนงคอ rsB (Retentively) และ

ถาตองการทจะคายสนามแมเหลกในแกนทงหมด เราจาเปนตองใชคาความเขมสนามแมเหลกคา

หนงคอ esH เพอใหเกดการรเซทแกนใหเปนศนย แตในทางปฏบตแลวการอดฟลกซแมเหลกเพอ

กระตนหมอแปลง จะเหนวา การเพมคา B จะเพมขนจากจดเรมตนอยางไมเปนเชงเสนตามคาของ

H จนกวาแกนแมเหลกจะอมตวตามรปกราฟจากรปกราฟท 2.12 (เสนประ) เพยงครงแรกครงเดยว

เทานน เนองจากวาในการใชงานแกนหมอแปลงจะไมมโอกาสทจะเกดการคายฟลกซแมเหลกอยาง

สมบรณไดอก เมอมการอดฟลกซแมเหลกไปแลวกอนหนาน [การทางานเปนวฏจกร (Cycle)]

ตารางท 2.2 คาของความซมซาบแมเหลก และสมประสทธของอณหภมทแตกตางกน

General Material Properties

Material Mix

No.

Reference

Permeability

Temp. Coef. of

Permeability (+ppm/C)

Coef. of

Lin. Expan.(+ppm/C)

-2 10 95 13

-8 35 255 12

-18 55 385 12

-26 75 825 10

-28 22 415 11

-33 33 635 11

-40 60 950 10

-52 75 650 10

10

2.1.4. คณสมบตของสารเหนยวนาแมเหลก

ขอมลของสารเหนยวนาแมเหลกมกจะกระทาการวดคณสมบตทอณหภมหองซงม

หลากหลายคา ในทนเราจะยกตวอยางเพยงบางสวนทใชในการพจารณาเลอกแกนแมเหลกใชงาน

ขอมลอยางแรกคอคาของความซมซาบแมเหลก (Initial Permeability) ของสารแตละชนด ซงจะม

สมประสทธของอณหภมทแตกตางกน ดงแสดงตวอยางในตารางท 2.2 สวนอกตวอยางหนงแสดง

คณสมบตของเนอสารตางชนดกนมความสามารถในการนาไปใชงานทแตกตางกนออกไป ดง

แสดงในตารางท 2.3

ตารางท 2.3 การนาสารแมเหลกไปใชงานตาง ๆ กนตามชนดของเนอสาร

Typical Application Material (Mix No.)

-2 -8 -18 -26 -28 -33 -40 -52

Light Dimmer Chokes x x

50/60 Hz Differential-Mode EMI Line Chokes x x x

DC Chokes: < 50 kHz or Low Et/N x x x x

DC Chokes: > 50 kHz or High Et/N x x x x

Power Factor Correction Chokes: < 50 kHz x x x x

Power Factor Correction Chokes: >= 50 kHz x x x x

Resonant Inductors: >= 50 kHz x

นอกจากนคาความซมซาบแมเหลกทระบไวในตารางท 2.2 ยงมผลเปลยนแปลงขนอยกบ

คาของทงแรงแมเหลกไฟตรง (DC Magnetizing Force) และแรงแมเหลกไฟสลบ (AC Magnetizing

Force) ทปอนใหกบอปกรณ ดงแสดงตวอยางไดดงรปท 2.13 ซงเราสามารถหาคาของ H ไดจาก

สมการในกราฟโดยแทนคากระแสและความยาวของทางเดนของเสนแรงแมเหลก (Magnetic Path)

สวนในการนาแกนมาออกแบบตวเหนยวนาเรามกจะพจารณาขอมลทเปนคา AL ซงเปน

คาทแสดงอตราระหวางคาความเหนยวนาตอจานวนรอบของขดลวดยกกาลงสอง แทนการใชขอ

มลคาความซมซาบของแกน เนองจากวาคาเปอรเซนตของคาความความซมซาบ จะมสดสวน

โดยตรงกบคาของ AL ทาใหในการในผลตสารเหนยวนาแมเหลกบางครงจะบอกคณลกษณะของ

เนอสารในรปของคา AL แทนการบอกคาความซมซาบ (Permeability) สวนในการวดคา AL ของ

แกนทงหมดจะทาไดจากการใชคายอดของความหนาแนนฟลกซแบบ AC ขนาด 10 เกาส (Gauss)

ทความถการทดสอบ 10 กโลเฮรตซ เนองจากการทดสอบแกนดวยความหนาแนนฟลกซแมเหลกท

คาสง ๆ จะมผลกระทบตอผลการวดอยางมาก

11

AL value vs. gap length

2

7

2

4

103

102

7

10-1 2 4 7 1 2 4

23 CC100

AL

val

ue (n

H/N

)2

Total gap length (mm)23 C AL=52.6xG (nH/N )2- 0.72932

G =225.7xAL (mm)- 1.37163

AL=52.6xG (nH/N )2- 0.74009

G =211.1xAL (mm )- 1.39000100 C

NI vs. AL value

NI (

AT

)

23 C

C100

2

2

4

7103

4

102

7

4

2

107

4

7 72 2410 102 3

AI value (nH/N )2

NI Show the point Where the Exciting Current20% away from its extended linear part.

รปท 2.13 การใชขอมลคา AL ออกแบบตวขดลวดเหนยวนา

2.1.5 ความเหนยวนา (Inductance)

ในการออกแบบตวเหนยวนาเรามกจะนาขอมลคาของ AL มาพจารณา ซงอางองถงคา

ความซมซาบ (Permeability) ของวสดแตละชนด ตวอยางการใชงานกราฟ AL ดงแสดงในรปท

2.13 รวมกบตวอยางดงนคอ

สมมตใหมการพนขดลวดจานวน 100 รอบ กระแส 1 แอมแปร โดยไมมการเปดชองอากาศ

(No Air Gap) จากกราฟรปขวามอ ทอณหภม 23 องศาเซลเซยส เราจะไดคา AL =100 ดงนนคา

ความเหนยวนา (Inductance) ของขดลวดทจะไดจากการพนขดลวดจานวนรอบ 100 รอบ คอ

=∗∗== −92 10)000,10(100)(NALL 1 mH นอกจากนเราสามารถออกแบบคาความ

เหนยวนาในขณะเปดชองอากาศทแกนแมเหลกได ดวยการใชกราฟทางดานซายมอ

2.1.6 ผลตอบสนองเชงความถ (Frequency Response)

โดยทวไปการพนขดลวดมกมการพนทบกนหลายรอบ ซงทาใหเกดคาความเกบประจ

ระหวางแตละรอบขน และสงผลใหเกดการเรโซแนนซดวยตนเองได ( Self-Resonant) ดงนนเพอ

หลกเลยงปรากฏการณน การวดขอมลทความถสงจงทาทขดลวดเพยงขดเดยว

ขอมลผลตอบสนองความถดงกลาวขางตนผผลตจะทาการวด และระบไวในเอกสารขอมล

(Data Sheet) ซงจะมมาควบคกบแกนแมเหลกแตละชนด ทาใหเราสามารถออกแบบการใชงานได

อยางเหมาะสม และเนองจากแกนแตละชนดยงแบงแยกไปตามเนอสารทใชผลตอกดวย ซงจะม

คณสมบตแตกตางกนไป และจะเหมาะสมในการใชงานยานความถทแตกตางกนดงเชนทแสดงไว

ในตารางท 2.3

12

2.2. ความรพนฐานของเครองจกรกลไฟฟาชนดหมน

ในทางปฏบตเครองจกรไฟฟาชนดหมน (Rotating Machine) จะมการเคลอนทแบบเชงมม

ซงแตกตางจากเครองจกรทมการเคลอนทแบบเชงเสน ดงนนจงไดมการแยกเครองจกรเชงเสนออก

จากเครองจกรชนดหมนและเรยกเครองจกรทมการเคลอนทแบบเชงเสนวา Linear Motion

Electromagnetic System (LMES) โดยมลกษณะการเคลอนทของสวนหนงเทยบกบอกสวนหนงใน

แนวนอน และสวนใหญนยมเรยกแรงททาใหเกดการเคลอนทในแนวนอนนวา แรงขบดน (Thrust

Force) และเรยกแรงทอยในแนวตงฉากกบการเคลอนทวา แรงตงฉาก (Normal Force) จากการท

LMES ประกอบดวยแรงขบดนและแรงตงฉากรวม 2 สวน จงถกนาไปใชเปนมอเตอร ( Motor)

มากกวาเปนเจนเนอเรเตอร (Generator)

เปนหลกการโดยทวไปเมอลกษณะโครงสรางของเครองจกรไฟฟาเปลยนไปคณลกษณะ

และคณสมบตการทางาน และวธการออกแบบจะตองเปลยนไปไมมากกนอย ดงนนวธการวเคราะห

แบบเกาจงตองถกดดแปลงและบางครงตองมการพฒนาทฤษฎใหมขนมา

2.2.1 ความแตกตางของเครองจกรกลไฟฟาแบบเชงเสนกบแบบเชงมม

ทฤษฎตาง ๆ เกยวกบเครองจกรไฟฟาจาพวกมอเตอรเปนทฤษฎของเครองจกรไฟฟาแบบ

เชงมม ดงนนการทจะศกษาเกยวกบเครองจกรไฟฟาแบบเชงเสนนนใชผลทไดจากเครองจกรไฟฟา

แบบเชงมม โดยการแยกเครองจกรไฟฟาแบบเชงมมออกแลวคลออกมาเปนแผนราบ ดงรปท 2.14

รปท 2.14 เครองจกรกลไฟฟาแบบเชงมมทถกผาและคลออกเปนแบบเชงเสน

กอนทจะนาทฤษฎของเครองจกรไฟฟาแบบเชง มมมาใชในการออกแบบนน ตองศกษาถง

ความแตกตางของเครองจกรไฟฟาทเกดจากการผาคลออกและดผลทเกดขน เพอปรบปรงระบบให

มประสทธภาพและนามาใชงานไดตามตองการ ในทนจะพจารณาเฉพาะมอเตอรเหนยวนาแบบ

หลายเฟส (Poly-Phase Induction Motor) เทานน

13

แรงทเกดขนบนตวเครองจกรไฟฟา โดยปกตแรงทเกดในตวมอเตอรจะม 2 แบบคอ แรง

แมเหลก (Magnetic Force) และแรงแมเหลกไฟฟา ( Electromagnetic Force) ซงอธบายแตละชนด

ดงน คอ

แรงแมเหลกอาจจะอธบายจากลกษณะของแทงแมเหลกถาวรกบวสดแมเหลก กลาวคอ

แมเหลกถาวรกบวสดทมสภาพเปนแมเหลกจะดดตดกนหรอเกดแตแรงดดเสมอ ไมวาแมเหลกนน

เปนขวเหนอหรอขวใต และแมเหลกถาวรเราสามารถสรางหรอแทนไดจากขดลวดไฟฟา แมเหลกท

ปอนดวยไฟตรง ดงนน เราสามารถสรปไดวาแมเหลกทสรางจากไฟฟากระแสตรง จะเกดเฉพาะ

แรงแมเหลกเทานน

2.2.2 แรงแมเหลกไฟฟา

สามารถอธบายไดจากการใชขดลวดตวนา 2 ขด โดยทขดหนงปอนดวยไฟฟากระแสสลบ

และอกขดหนงลดวงจรไว (Short Circuit) จะเกดแรงทผลกกนขนระหวางขดลวดทงสอง และ

เนองจากขดลวดทถกลดวงจรจะถกเหนยวนาโดยฟลกซแมเหลก ( Magnetic Flux) ทเกดจาก

กระแสไฟฟาสลบจากขดลวดอกขดหนง ทาใหเกดกระแสไหลในทศทางตรงกนขาม และลกษณะ

ของแรงทเกดขนนจะเรยกวา แรงแมเหลกไฟฟา

ลกษณะการเกดแรงดดระหวางแรงแมเหลกกบแรงแมเหลกไฟฟาและเมอนามาพจารณาใน

เครองจกรกลไฟฟาแบบเชงเสน จะเหนวาแรงทเกดจากแมเหลกจะพยายามดงโรเตอร ( Rotor) กบส

เตเตอร (Stator) เขาหากน ทาใหเกดแรงทางกลทตวแมเหลกของโรเตอรกบสเตเตอร สาหรบแรงท

เกดจากแมเหลกไฟฟาทาใหเกดแรงผลกกนระหวางขดลวดของโรเตอรจะเกดแรงแมเหลกเชนกน

โดยจะเกดในแนวรศม ทาใหแรงทเกดขนหกลางกนหมดไปในการทาใหเครองจกรไฟฟาแบบ

เชงมม เคลอนทไดวธหนงกคอ ใชลอ เพอแยกไมใหโรเตอรกบสเตเตอรดดตดกน และใชแรงจาก

แมเหลกไฟฟาทาใหเกดการเคลอนทแตจะเกดปญหาคอ ถาระยะหางระหวางโรเตอรกบสเตเตอร

หางกนมาก จะทาใหเกดการโคงงอได แตถานาเหลกทมคณสมบตทางแมเหลกทตวโรเตอรออกให

เหลอสวนทเปนตวนา ดงนนแรงแมเหลกจะหายไปและสามารถใชตวนาทมลกษณะเปนแผนแทน

กจะทาใหเกดแตแรงผลก จากผลนทาใหเกดการพฒนาเปนเครองจกรกลไฟฟาแบบเชงเสนทไมตอง

ใชลอ เพราะมแรงททาใหโรเตอรกบสเตเตอรแยกกนได

ขอแตกตางทสอง เมอมการเคลอนทในแนวนอน อทธพลของตวสเตเตอรตอโรเตอรท

ปลายดานหนงจะหมดไป ซงทาใหสนามแมเหลกเคลอนท ( Travelling Magnetic Field) ทเกดขน

บนสเตเตอรมลกษณะไมตอเนอง ตลอดความยาวของเครองจกรไฟฟาทาใหเกดขนและเรยก

ปรากฏการณนวา ผลกระทบสวนปลาย (End Effect) ดวยเหตนทาใหคณลกษณะของ เครองจกร

ไฟฟาแบบเชงเสนแตกตางจากเครองจกรไฟฟาแบบเชงมมทาใหมทฤษฎคอนขางยงยาก แตอยางไร

กตาม เราสามารถละเลยผลของ ผลกระทบสวนปลาย ไดเมอ เครองจกรไฟฟาเชงเสน นนมจานว น

14

ระยะหางขวแมเหลก ของสวนทสนมากกวา 4 ขว แตในทางปฏบตแลว ไมสามารถทาได ดงนนผล

ของผลกระทบสวนปลายจงยงมอยเสมอ

2.3 มอเตอรเหนยวนาเชงเสน (Linear Induction Motor)

มอเตอรเหนยวนาแบบเชงเสนทเปนทรจกกนมากทสด คอ มอเตอรเหนยวนาแบบเชงเสน

หลายเฟส ซงในมอเตอรเหนยวนาแบบเชง มม สนามแมเหลกในชองวาง ( Air Gap) จะเปนสนาม

เคลอนท แตในมอเตอรเหนยวนาแบบเชงเสนนนจะแตกตางกนออกไปกลาวคอ จะประกอบดวย

สวนประกอบ สวนหนา และสวนประกอบ สวนทาย ซงเกดมาจากความไมตอเนองของวงจร

แมเหลก แตอยางไรกดสวนประกอบสวนหนามบทบาทมากกวาและเปนตวสรางแรงทตองการ

Primary

Secondary

PrimarySecondary

(SLIM) (DSLIM)

รปท 2.15 ขดลวดปฐมภมแบบ 1 ขาง (SLIM) และแบบ 2 ขาง (DSLIM)

ในการพจารณาความยาวของขดปฐมภม ( Primary) และขดทตยภม (Secondary) แลว

มอเตอรเหนยวนาแบบเชงเสนอาจเปนชนดลดวงจรทางดานปฐมภม หรอลดวงจรทางดานทตยภม

และอาจมขดปฐมภม สองขางหนหนาเขาหากน [Double Side Linear Induction Motor (DSLIM)]

แตถามขดปฐมภมเพยงขางเดยวเราเรยกวา แบบหนงขาง [Single Side Linear Induction Motor LIM

(SLIM)] ดงแสดงในรปท 2.15

τρ )12( − τ

A C B A

A AAA

A AC

C

CC

C

C

C

B

B

B

B

B

B

B

τ

รปท 2.16 การวางขดลวดมอเตอรเหนยวนาแบบเชงเสน

มอเตอรเหนยวนาแบบเชงเสนอาจประกอบดวยขดทตยภมทเปนแผนตวนา ซงบางครง

อาจจะประกบดวยวสดทมสภาพเปนแมเหลกไวทางดานหลง (Back Iron) หรออาจจะมลกษณะเปน

แทงตวนาฝงอยบนวสดแมเหลก (Ladder) สวนทเปนลกษณะของลวดพนอยพบเหนไมบอยนก

15

สวนขดปฐมภมของมอเตอรเหนยวนาแบบเชงเสนอาจม 1, 2 หรอ 3 เฟสกได และในลกษณะของ

ขดปฐมภมของมอเตอรเหนยวนาแบบเชงเสนจะคลายกบมอเตอรเหนยวนาแบบเชงมม

ตามทไดกลาวไวขางตนแลววามอเตอรเหนยวนาแบบเชงเสน ไดมาจากการตดและคล

มอเตอรเหนยวนาแบบเชงเสนออกทาใหเกดเปน แบบแบน (Flat LIM) ถาเรามวนขดลวดปฐมภม

แบบแบนรอบแกนทขนานไปกบทศทางการเคลอนทของสนามแมเหลก ดงแสดงในรปท 2.17 จะ

ไดลกษณะโครงสรางทเปนทรงกระบอก และสนามแมเหลกจะเคลอนทไปตามรกลวง ดานในของ

ขดปฐมภม เรยกมอเตอรใหมนวา ตบลามอเตอร (Tubular Motor) ขอไดเปรยบทเหนไดชดขอหนง

ของตบลาคอไมมสวนตอสวนปลาย

S

Conventional Motor

A B

NN

N

Linear Motor

Direction of Field Travel

N NN N N

Tubular Motor

N N N NS S S S

Direction of Field Travel

SSSS

SS

รปท 2.17 การพฒนาตอยอดจากมอเตอรเชงเสนเปนตบลามอเตอร

ทงมอเตอรเชงเสนแบบแบน และแบบตบลา เปนจาพวกทเสนแรงแมเหลกในแกนเหลกอย

ในทศทางของการเคลอนท ซงเราจะเรยกมอเตอรนวา เปนมอเตอรทมสนามแมเหลกชวงยาว

(Longitudinal Flux Motor) อยางไรกดวงจรแมเหลกไฟฟาอาจดดแปลงใหสนามแมเหลกแตละสวน

(Flux Path) อยในแนวตงฉากกบการเคลอนท ซงทาใหเปน มอเตอรแบบสนามแมเหลกเลอนไหล

(Transverse Flux Motor) ได

2.3.1 การประยกตใชมอเตอรเหนยวนาเชงเสน

กอนทจะมมอเตอรแบบเชงเสนนน มอเตอรแบบเชง มมและอปกรณสาหรบเปลยนการ

เคลอนทเชงมมเปนการเคลอนทเชงเสน เชน เกยร ชดเฟอง ไดถกนามาใชใหเกดการทางานในแบบ

เชงเสน ขอดทเหนไดชดเจนทสดของมอเตอรแบบเชงเสน คอไมตองใชชดเกยร ดงนนเมอ

เปรยบเทยบกบมอเตอรแบบเชง มมแลว มอเตอรแบบเชงเสนนนคงทนและเชอถอไดดกวา และม

ขอดอน ๆ อกคอ

1. มอตราเรงและอตราหนวงสง และการสกกรอนของลอและทางวงนอยกวา

2. การปองกนทางกล ทางไฟฟา และความสามารถในการทนตอสภาพเลวรายสง

3. ความสะดวกในการซอมบารงและสบเปลยน

16

4. ความสามารถในการสรางแรงขบดนโดยปราศจากการสมผสกนทางกล

5. ความสะดวกในการควบคมแรงขบดนและความเรว

มอเตอรเหนยวนาแบบเชงเสนไดถกนาไปใชงานหลายรปแบบ แตรปแบบหนงทนาไปใช

กนอยางกวางขวางและเปนทนาสนใจ คอ การประยกตใชในการขนสงทางบกดวยความเรวสง หรอ

ความเรวปานกลาง ในการประยกตใชงานความเรวสง มอเตอรเหนยวนาแบบเชงเสนตองใหแรงขบ

ดนและแรงยกเพอยกพาหนะใหลอยอยในอากาศ หรอในบางตวอยางอาจจะใชเพยงแคสรางแรงขบ

ดนเทานน และพาหนะถกรองรบไวดวยลอหรอเบาะอากาศ (Air Cushion) กได

ลกษณะเฉพาะของมอเตอรเหนยวนาแบบเชงเสนสาหรบงานทตองการความเรวตา คอ ท

ใชในงานอตสาหกรรม ซงถกนาไปใชในงานทมชวงการเคลอนทสน ๆ (Short Stroke) มระยะ

ประมาณ 0.5-2.0 เมตร

2.3.2 การวเคราะหและแนวทางในการออกแบบมอเตอรเหนยวนาเชงเสน

ในลกษณะการทางานของมอเตอรเหนยวนาเชงเสน เนองจากมความยาวจากด และตองการ

เหนลกษณะการทางานทชดเจน การใชมอเตอรเหนยวนาแบบเชงเสนความเรวสงจะไมเหมาะสม

ดงนนจงเลอกใชมอเตอรเหนยวนาแบบเชงเสนความเรวตา เพอใหชดสาธตทางานไดตรงกบ

ลกษณะรางทมความยาวจากด และเหนลกษณะการทางานไดชดเจนยงขน ซงมอเตอรเหนยวนา

แบบเชงเสนความเรวตาจะอธบายในหวขอถดไปดงน

2.3.3 มอเตอรเหนยวนาแบบเชงเสนความเรวตา

มอเตอรเหนยวนาแบบเชงเสนความเรวตา มคณสมบตทแตกตางจากมอเตอรเหนยวนา

แบบเชงเสนความเรวสงอยางสนเชง ดงนนจงพจารณามอเตอรเหนยวนาแบบเชงเสนความเรวตา

ออกตางหาก โดยทมอเตอรเหนยวนาแบบเชงเสนความเรวตามความเรวเฉลยตากวา 10 เมตรตอ

วนาท สวนมากในการออกแบบมอเตอรเหนยวนาแบบเชงเสนความเรวตาผลของ สนามแมเหลกทม

ชวงยาว (Longitudinal End Effect) เราสามารถละเลยได มอเตอรเหนยวนาแบบเชงเสนความเรวตา

มการประยกตใชงานได 3 แบบคอ

- Single หรอ Double Side Flat LIM ชนด Short Primary ซงประยกตใชงานในวงการ

อตสาหกรรม

- Single Side Flat LIM แบบ Short Primary, Short Secondary ใชสาหรบสายพานลาเลยง

- Tubular LIM แบบ Short Primary ใชสาหรบงานทมชวงทางานสน ๆ

ทฤษฎของมอเตอรเหนยวนาแบบเชงเสนความเรวตาจะพจารณาในรปวงจรสมมล โดยท

ปรากฏการณอน ๆ เชน Transverse End Effect, Skin Effect, Saturation of Solid Back Iron และ

17

Eddy Current จะถกรวมอยในรปของพารามเตอรรวม (Lump Parameter) เพอใหการออกแบบ

ไดผลใกลเคยงความจรงมากทสด ซงจะแยกเปนสวน ๆ ดงน

ก ) การอมตวและ Transverse End Effect อทธพลของการอมตวของแกนเหลก จะถกรวม

โดยคานวณออกมาอยในรปความนาสมม ล (Equivalent Conductivity, eC ) และผลของ Transverse

Effect จะถกรวมและคานวณออกมาในรปของแอรแกปสมมล (Equivalent Air Gap, eG ) โดยทคา

นจะมคาเพมขนจากคาปกตซงในกรณนคา Correction Coefficient taK และ maK จะหาไดจาก

สมการดงตอไปน

[ ]

)1()/(1

22

22

eDr

xreDxtm GSK

KKsGKK+

+= -------------------- (1)

x

tnrmn K

KKK *= -------------------- (2)

[ ]

e

eeDr a

ajsGK

ααtanh)1(Re1 ∆−−

= -------------------- (3)

[ ]

e

eeDeDx a

aTanhsGjsGK

αα∆++

=)(Re1

-------------------- (4)

))(/tanh(tanh)1(1

12/1 acZajsG eeD −++

=∆πα

---------- (5)

)1(**

****2

2

D

eeeD KKg

dCZWG

+=

Οπµο eDjsG+=1;α ---------- (6)

เมอ ea คอความกวางสมมลเพยงครงเดยวของขดปฐมภมซงไดผลรวมของ Lateral Fringing

โดยมคาตามสมการ

oe gaa += -------------------- (7)

ถาผลคณของคา Transverse End Effect สามารถหาไดจากสมการ

18

])]}tanh(*)tanh(1[{

)tanh(1[

1)1(

NMMm

sGK eDta

+−

=<< -------------------- (8)

เมอ eazM )/(π=

))(/( eaczN −= π

π/zac +=

1)1( =<<eDma sGK

2/)1( πα =<<eDsG -------------------- (9)

ข ) Skin Effect ผลของ Skin Effect ในแผนตวนาทตยภมททาจากอลมเนยมหรอทองแดงจะ

มคาโดยทหาไดจากสตร

1)/2cos()/2cosh()/2sin()/2sinh(≥

−+

∗=sasa

sasa

s

asa dddd

ddddddK ------------------- (10)

])/([1 2 cjzalRd se

s

∗∗∗+∗= µωπ ------------------- (11)

ดงนนคาความนาของแผนอลมเนยมทถกตอง เมอรวมกบคาของ Skin Effect แลวจะตองมคา

ตามสมการ

saa Kcc /= ------------------- (12)

ค) Transverse Effect ใน Secondary Back Iron ซงคาความนาของแทงเหลก ( 1C ) จะมคา

นอยกวาของอลมเนยม ดงนนจะพจารณาจากสมการท 8 และ 11 เพอหาคา Coefficient tiK โดย

กาหนดให 0)( =− eaC ซงหมายความวาความกวางของ Back Iron กบความกวางของขดปฐมภม

มคาเทากน ดงนนคา Correction Coefficient ( tiK ) ของเหลกจะหาไดจากสมการ

19

iaziaz

K

e

eti

/)/(/)/tanh(

1

1

ππ

−= ------------------- (13)

เมอ I คอจานวนแผนของ Secondary Back Iron (โดยปกต 3,2,1=I ) และคาความลก

ของสนามแมเหลกทแทงลงไปใน Back Iron ( iD ) คอ

]**)/([Re/1 2ii cwjszalD += π ------------------- (14)

ถาพจารณาความยาวเฉลยของทางเดน วงจรแมเหลกใน Back Iron แลว จะมคาเทากบคา

ของ π/Z และระยะความหนาของ Back Iron มคากบ ( iD ) อตราสวนระหวางชองวางและความ

ตานทานแมเหลกของ Back Iron คอ

µπ

µ****2*

*2

02

icoD DKg

zK = ------------------- (15)

ซงคา µ ของเหลกสามารถหาไดจากขอมลของเหลกนน ๆ คาของชองวางสมมล ge ของ

เครองจกร และความนาสมมลเมอรวมผลของปรากฏการณตาง ๆ คอ

ma

ooDe K

ggKg **)1( += ------------------- (16)

2.3.4 การวเคราะหแบบประมาณโดยใชวงจรสมมล

สาหรบการวเคราะหและออกแบบ Low-speed Flat LIM จะใชประมาณจากวงจรสมมล ซง

ในการหาพารามเตอรของวงจร จะใชสมการทดดแปลงมาจากสมการของมอเตอรเหนยวนาแบบเชง

หมน เพอใชกบมอเตอรเหนยวนาแบบเชงเสนถงแมวาในการวเคราะหไดละเลยผลของ

Longitudinal End Effect แตกใชคา Correction Factor มาชดเชยเพอใหไดคาตอบใกลเคยงความจรง

มากทสด ซงออกมาในรปของคาสมมล ดงนนจงแทนมอเตอรเหนยวนาแบบเชงเสนดวยวงจร

สมมล ดงรปท 2.18

20

R1 X1

Xm

I1

R2/S

I2

รปท 2.18 วงจรสมมลมอเตอรเหนยวนาแบบเชงเสน

คาพารามเตอรตาง ๆ ของวงจรสมมลหาไดจากสมการดงตอไปน

2.3.4.1 ความตานทานของปฐมภม

21

222

1 ***)/1(******2

ZPKKLKLNmqK

RDf

De +=

ρ ------------------- (17)

2.3.4.2 ความเหนยวนารวไหลของปฐมภม (Leakage Reactance lX )

21 ])[(2 NZK

qL

PX edc

ol ∗∆+∗∆+∆∗=

ωµ ------------------- (18)

โดยท

))/4(5(

/5),13.0(12/)31(am

amdedc bg

bgK+∗

=∆−=∆+=∆ ββ -------- (19)

2.3.4.3 ความตานทานของทตยภม

22 )(12 NK

cPzdaR w

cm

e ∗∗∗∗∗

∗= ------------------- (20)

)2/sin()6/sin(

)6/sin( βπππ

∗∗

=qq

Kw ------------------- (21)

21

2.3.4.4 กดเนสซ แฟคเตอร (Goodness Factor)

e

wom gP

NKzX∗∗

∗∗∗∗∗= 2

2)(6πωµ

------------------- (22)

2/ RXG m= ------------------- (23)

VFTSF

TWP ∗=∗== และ SUSV )1( −= ------------------- (24)

กาลงเครองกลทเกดขนจากกาลงไฟฟา (Develop Power)

ssRIPd /)1(* 222 −= ------------------- (25)

จากสมการ VFTSF

TWP ∗=∗== และ SUSV )1( −=

ดงนน กาลงกลทเกดขนทตวมอเตอรเหนยวนาแบบเชงเสน คอ

)1(* ssUxFdP −= ------------------- (26)

เมอ (25) = (26) ดงนน

ssRIsUF sx /)1(*)1(* 222 −=− ------------------- (27)

ดงนน แรงทางกลทเกดจากกระแสไฟฟา คอ

]}1)/1[(**/{)*( 22

21 += sGUsRIF sx ------------------- (28)

ดงนน คาทคานวณไดจากสมการ (27) เปนคาตอเฟส

Input Power sRIRIP /**)( 2221

211 += ------------------- (29)

22

ประสทธภาพ = 1/ PPd

Power Factor = 111 / IVP

อตราสวนระหวาง Output Force / Input Power

])*1(*1[*

1

2

22

2

111

SGGS

RRUP

FK

s

x

+== ------------------- (30)

Diff 1K เทยบกบ S เพอหาคากาลงสงสด จะไดผลลพธ

1=SG ------------------- (31)

ซงเปนคาททาใหเกดแรงผลกสงสดท Input Power คงท ๆ คาหนง

หมายเหต

1=SG

เพราะเปน Motor คา Slip จะไมเปนลบ และ Goodness Factor ไมเปนลบ จะเหน

วามคา จะทาใหอตราสวนระหวาง 1/ PFx มคาสงสด หรอจะมคาสงสด ทจด 1=SG ซง

เราจะใชคานในการหาคาแรงผลกสงสดท Rated Speed

2.3.4.5 แรงในแนวตงฉาก ใน Side Flat LIM แรงในแนวตงฉากระหวางปฐมภมกบทตย

ภมมสวนประกอบ 2 สวนไดแก

1) แรงดด )( naF เปนแรงแมเหลกทเกดขนระหวางแกนเหลก ของขดลวดปฐมภม กบ

Back Iron ของทตยภมหาไดจากสมการ

zpKNI

JpzLGSg

zJLaF w

mee

mena *

***23:2:

)1(****** 1

12222

21

20 ==

+=π

µ

2) แรงผลก )( nrF เปนแรงแมเหลกไฟฟาทเกดขนระหวางตวนาบนปฐมภมกบแผนตวนา

ทตยภมทมกระแสไหล ซงหาไดจากสมการ

)1(***)(

*)/(*****2 22

2102

ee

emaeenr Gsg

GsJzdcwszaF

+−=

µπ ------------------- (32)

23

ดงนนผลรวมของแรงตงฉาก คอ )( nF

nrnan FFF += ------------------- (33)

ในชวงทสลป ( Slip) มคาตา หรอวงดวยความเรวใกลซงโครนสสปค (Synchronous Speed)

แรงในแนวตงฉากจะเกดแตแรงดด แตในขณะทอยในชวงทสลปมคาสง ๆ หรอมอเตอรเกอบหยด

นง แรงในแนวตงฉากจะเปนแรงผลก

โดยทวไปมอเตอรเหนยวนาแบบเชงเสนความเรวตาคาของ eG จะมคานอยและจะลดลง

เมอสลปมคาเพมขน ดวยเหตนแรงในแนวตงฉากทความเรวตา ๆ โดยทวไปจะเปนแรงดงดด เพยง

อยางเดยวเทานน

2.4 การควบคมความเรวรอบของมอเตอรเหนยวนา

มอเตอรเหนยวนาถกนาไปใชงานแพรหลายเนองจากการใชงานงายและคงทน แตมปญหา

กบการใชงานอยบางตรงทการปรบความเรวรอบอยางตอเนอง แลวมอเตอรเหนยวนาไมสามารถทา

ไดดวยวธงาย ๆ ซงจะตางกบมอเตอรไฟตรง สามารถสรปสน ๆ เกยวกบการปรบความเรวรอบของ

มอเตอรทงในลกษณะแบบตอเนองหรอปรบเปนขน ๆ ดงน

วธการควบคมความเรวรอบของมอเตอรเหนยวนาน เมอพจารณาจากสมการความเรวของ

มอเตอรคอ PolefNs /120= ดงนนการควบคมความเรวของมอเตอรเหนยวนา สามารถทาได

โดยการควบคมความถของแหลงจายไฟฟา ( f ) สลปของโรเตอร ( S ) และจานวนขวของสเตเตอร

( Pole ) และวธการควบคมทเหมาะสมทสด คอ การควบคมความถของแหลงจายไฟโดยใช

อนเวอรเตอรเพราะจะทาใหการควบคมมความตอเนอง ประสทธภาพของมอเตอรสง ในขณะทการ

ควบคมความเรวโดยการเปลยนจานวนขวจะทาไดจากดคอ ชวงการเปลยนความเรวแคบและไม

ตอเนองและใชไดกบมอเตอรเหนยวนาทออกแบบไวพเศษเทานน สวนการควบคมความเรวโดย

การควบคมสลปนนความเรวรอบของมอเตอรจะขนอยกบปจจย 2 อยางคอ การปรบทแรงดนตรง

ทางดานสเตเตอรและการปรบคาความตานทานโรเตอร ซงทงสองวธเปนวธการทยงยากและม

ขดจากดในการปรบ

2.4.1 การควบคมความเรวโดยการควบคมสลป

วธการควบคมความเรวรอบของมอเตอรเหนยวนานทาได 2 วธคอ

24

2.4.1.1 การควบคมแรงดนของสเตเตอร

การควบคมแรงดนของสเตเตอรนชวงของความเรวรอบของมอเตอรจะแคบ และไม

เหมาะสมกบงานทตองการแรงบดเรมตนสงสาหรบกราฟแสดงความสมพนธระหวางแรงบด -

ความเรวของมอเตอรเหนยวนาทไดจากวธการควบคมแรงดนของสเตเตอรน ดงแสดงตามรปท 2.19

ซงแรงบดจะเปลยนตามแรงดนทจายใหกบขด ลวดสเตเตอรของมอเตอร และกราฟของแรงบด -

ความเรวของโหลดนนดงแสดงในรปท 2.19 เชนกน ลกษณะของแรงบดโหลดนจะแปรโดยตรงกบ

ความเรว

วธนมขอดคอทาไดงายและราคาถก แตมขอเสยคอแรงบดสงสดของมอเตอรจะลดลงเมอ

แรงดนสเตเตอรลดลง ทาใหชวงการควบคมความเรวแคบและเหมาะสาหรบโหลดทแรงบดเพมขน

สมพนธกบความเรว เชน พดลม และปมแบบหอยโขง

2.4.1.2 การควบคมความตานทานของโรเตอร วธการนสามารถใชไดเฉพาะมอเตอร

เหนยวนาแบบวาวดโรเตอรเทานนการปรบความเรวของมอเตอรแบบวาวดโรเตอรนนสามารถทา

ไดโดยตอความตานทานภายนอกอนกรมกบขดลวดโรเตอรโดยผานทางสลปรง แลวเมอเพมความ

ตานทานภายนอกจะทาใหเสนกราฟแรงบดและความเรวของมอเตอรเปลยนแปลงไป ดงรปท 2.19

การควบคมวธนมยานการปรบความเรวไมกวาง ในการเพมความตานทานเขาไปในวงจรของโร

เตอรมาก ๆ จะทาใหมอเตอรมการสญเสยมากขน และคาสลปมคาสงมากขนเปนผลใหมอเตอรม

ประสทธภาพตาลง

R2

V2

V

T

0 ว รเ มา วค

แรงบ

ด

โหลดV1

V2

V1 R2

R2 V1 > V2R2 R2' > R2" > R2"'

รปท 2.19. กราฟแรงบด-ความเรวรอบเมอเปลยน RotorR และ StatorV

2.4.2 การควบคมจานวนขวของสเตเตอร วธนจะใชไดกบมอเตอรทไดมการออกแบบมา

ใหสามารถเปลยนจานวนขวไดเทานน ขดลวดสเตเตอรของมอเตอรออกแบบไวใหสามารถเปลยน

การตอขดลวดหลาย ๆ ชด ทาใหเกดจานวนขวทตางกนโดยทจานวนขวของขดลวดสเตเตอร

25

เปลยนเปนอตราสวน 2 : 1 ทาใหไดความเรวรอบ 2 เทาดวยวธการนเราจะไดมอเตอรททางานทคา

ความเรวรอบได 2 คา เชน จากความเรว 1,500 รอบตอนาท (4 ขว) เปลยนเปน 750 รอบตอนาท (8

ขว) ในรปท 2.20 แสดงการตอภายในของขดลวด 1 เฟส ทาใหเกดอตราสวน 2 : 1 การเปลยนแปลง

ความเรวโดยการควบคมจานวนขวของสเตเตอรเหมาะกบงานทไมตองการควบคมความเรวอยาง

ตอเนองจะไดความเรวเปนขน ๆ และกระตก แตกมผลดหลายอยางจงนยมใชกนมากในระบบขบ

เคลอนทไมตองการความเรวราบเรยบมากนก เชน พดลม ปนจน และลฟต เปนตน

aS S SN N N

b c d g h

(ก) บบแกลหเมแมา นสดว ลด 8 Pole

Se f

a b

cd

e f

gh

8 Pole

aS N N

b c d g h

Se f

a b

cd

e f

gh

4 Pole

(ข) บบแกลหเมแมา นสดว ลด 4 Pole

รปท 2.20 การเปลยนขวแมเหลกของมอเตอรแบบ 4/8 Pole

2.4.3 การควบคมความเรวโดยการควบคมความถ ไฟฟา วธนไดรบความนยมมากใน

ปจจบนซงจะใชอนเวอรเตอรขบเคลอนเพอทจะใหไดแรงดนและความถทางเอาตพตนนเปนไป

ตามทตองการของหลกการควบคมความเรวรอบของมอเตอร ชนดของมอเตอรทใชจะตองม

คณสมบตทมคาสลปตา ซงจะเปนการเพมประสทธภาพและความเรวของมอเตอรจะเปลยนตามการ

เปลยนความเรวซงโครนสของสนามแมเหลกในชองวางอากาศ (Air Gap Flux) ทอยระหวางสวน

สเตเตอรและโรเตอร ซงการทจะเปลยนความเรวซงโครนสสามารถทาไดโดยการแปรเปลยน

ความถของชดอนเวอรเตอรแตการเพมความเรวของมอเตอรโดยการเพมความถของแรงดนเอาตพต

ของอนเวอรเตอรอยางเดยวน จะทาใหสนามแมเหลกในชองวางอากาศของมอเตอรลดลง ซงเมอ

สนามแมเหลกในชองวางอากาศลดลง จะทาใหแรงบดสงสดของมอเตอรลดลง แตการทจะรกษา

สนามแมเหลกในชองวางอากาศและแรงบดสงสดใหคงท จาเปนตองเพมแรงดนเอาตพตของ

26

อนเวอรเตอรตามความถดวย นนคอ รกษาอตราสวนของแรงดนเอาตพต (V ) ตอความถ ( f ) หรอ

V / f ใหคงททาใหแรงบดสงสดคงทนนเอง และในรปท 2.21 แสดงเสนกราฟแรงบด -ความเรว

เมอเปลยนแปลงคาทงแรงดน และความถของมอเตอรเหนยวนาสามเฟส จากรปท 2.21 จะเหนไดวา

ทความถ 60 เฮรตซ แรงดน 460 โวลต มความเรวซงโครนส 1,800 รอบตอนาท มแรงบดเรมหมน

80 นวตนตอเมตร ( N-m) กระแสขณะเรมสตารท 120 แอมป เมอลดแรงดนและความถลงเหลอ 70

เปอรเซนต คอ 115 โวลต 15 เฮรตซ กระแสขณะสตารทลดลงเหลอ 80 แอมป และเกดแรงบดเรม

หมน 160 นวตนตอเมตร

ดงนนการลดความถลง จะเพมแรงบดเรมหมนและลดกระแสขณะสตารทลง จงนบไดวา

เปนขอดในการเปลยนความเรวดวยการควบคมความถ แตการทจะควบคมมอเตอรเหนยวนาใหม

แรงบดสงสดคงท จะทาไดในยานอตราความเรวตากวากาหนด (Base Speed) เทานน

300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 Speed

40

80

120

160

แรงบ

ด (ก

ระแส

)

ว รเ มา วค

T&I

115 V 15 Hz

460 V 60 Hz 690 V 90 Hz

ด บง รแ

กระแส

0

รปท 2.21 เสนกราฟแรงบด-ความเรว และกระแส-ความเรวของมอเตอรเหนยวนา

ในยานความถตา ๆ การรกษาใหแรงดนตอความถ (V / f ) คงทจะไมเพยงพอทจะทาให

แรงบดสงสดมคาคงททงนเพราะทความถตา ๆ คาความตานทานของขดลวดสเตเตอรจะมคาสงจะ

ทาใหมแรงดนตกครอมสง เปนผลทาใหเกดการสญเสยขนในขดลวดสเตเตอร ดงนนจะตองเพม

แรงดนทแหลงจายใหกบสเตเตอรของมอเตอรเหนยวนา เพอชดเชยแรงดนทตกครอมความ

ตานทานของสเตเตอรทาใหการเปลยนแปลงแรงดนกบความถเปนไปตามเสนทบของกราฟ แสดง

ดงรปท 2.22 แทนการเปลยนแปลงตามเสนประซงเปนกราฟแรงดนตอความถมคาคงท

27

ทง คด บง รแ กาลงคงท

กระแส

แรงดนด บง รแ

Volt

แรงด

น (p

u.)

0 0.1ความถ (pu.)

Frequency2.5

0.1

รปท 2.22 ความสมพนธระหวางแรงดน แรงบด กบความถไฟฟาของมอเตอร

ทง คด บง รแ กาลงคงท

กระแส

แรงดนด บง รแ

T

แรงด

น (p

u.)

0 0.1ว รเ มา วค (pu.)

Speed2.5

0.1

รปท 2.23 กราฟแรงบด-ความเรวของมอเตอรเหนยวนาเมอควบคมดวยวธ VVVF

ในยานความถทสงกวาความถทกาหนดจะไมสามารถรกษาแรงบดใหคงทไดเนองจากจะ

ทาใหมอเตอรเกดโอเวอรโหลด (Over Load) ซงจะทาใหมอเตอรเสยหายได ดงนนจงรกษาแรงดน

ใหคงทตามทกาหนด (Rated Voltage) ซงจะทาใหแรงบดสงสดลดลงเนองจากการลดลงของ

สนามแมเหลกในชองวางอากาศ เมอเพมความเรวเพมขน ดงแสดงในรปท 2.23 การควบคม

ความเรวในยานนกาลงเอาตพตสงสดของมอเตอรจะมคาคงทดวยการลดความเขมขอ ง

สนามแมเหลกหรอเรยกวาเปนการทางานในยานกาลงคงท (Constant Power Region) เนองจากการ

ควบคมความเรวของมอเตอรเหนยวนาโดยวธนเปนการเปลยนแปลงทงแรงดนและความถ ดงนนจง

เรยกการควบคมดวยวธนวา การควบคมโดยการ ปรบแรงดนและความถ (Variable Voltage

Variable Frequency Drive: VVVF) การควบคมความเรวมอเตอรโดยใชวธ VVVF นจะสามารถเรง

ความเรวจากศนยไปสความเรวทตองการโดยมแรงบดสงสดได

28

2.5 หมอแปลงไฟฟา 1 เฟส

หมอแปลงไฟฟาเปนอปกรณสาหรบแปลงแรงดนไฟฟากระแสสลบใหมแรงดนเพมขน

หรอลดลง หรอในบางกรณใชในการแยกการตอถงกนทางไฟฟา โดยมอตราการแปลงแรงดนเปน

1 : 1 โครงสรางของหมอแปลงแสดงดงรปท 2.24 ในรปขดลวด 21 HH − เปนขดลวดปฐมภม

(Primary) หรอขดลวดดานรบไฟ สวนขดลวด 21 XX − เปนขดลวดทตยภม (Secondary) หรอ

ขดลวดดานจายไฟ เครองหมายจด (•) ทแสดงไวขาง ๆ ขดลวดทงสองแสดงวาปลายขดลวดดานนน

มศกยไฟฟาเปนบวกหรอลบพรอม ๆ กน

Primary Voltage

Vp

Primary Current

IpH1

H2

Primary WindingNp Turns Flux

X2

Secondary WindingNs Turns

X1

Secondary VoltageVs

Secondary Current

Is

รปท 2.24 โครงสรางของหมอแปลง

กระแสทไหลเขาทางขวของขดลวดดานหนงจะทาใหขวของขดลวดอกดานหนงเปนขวทม

ศกยไฟฟาสง (+) ถามโหลดตออยทางขดลวดอกดานหนงนน กระแสไฟฟาจะไหลออกจากดาน

ศกยไฟฟาสง (+) น อนงหมอแปลงเปนอปกรณไฟฟาในวงจรกระ แสสลบ หากจะพจารณาโดย

ละเอยดในกรณนทใชกบไฟฟากระแสสลบรปคลนไซน จะสงเกตไดวา ขณะคลนครงบวกกบครง

คลนลบ ทศทางของกระแสจะตรงขามกน เครองหมายจงกลบขวดวย ดงนน ในแตละคาบจะมการ

กลบขวตามทศทางกระแส ซงในทางปฏบตหรอในตารามกไมสนใจวาเปนครงบวกหรอครงลบ

การเขยนในแผนภาพเพยงเพอใหรวา ในขณะเวลาหนง ๆ สมมตวามกระแสไหลเขาดานหนงอก

ดานหนงแรงดนตกครอมจะเกดในลกษณะใด

เมอปอนแรงดนไฟฟากระแสสลบใหกบหมอแปลง จะเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวนาขนท

ขดลวดปฐมภม และทตยภม ซงจากกฎการเหนยวนาของฟาราเดย

1e = dtdN φ

1− ------------------- (34)

2e = dtdN φ

2− ------------------- (35)

29

เมอ 1e คอ แรงเคลอนไฟฟาเหนยวนาทขดลวดปฐมภม

2e คอ แรงเคลอนไฟฟาเหนยวนาทขดลวดทตยภม

ดงนน 2

1

ee

= 2

1

NN

------------------- (36)

ถาสมมตใหหมอแปลงเปนหมอแปลงในอดมคต คอ เสนแรงแมเหลกทคลองขดลวด N1

คลองขดลวด N2 ดวย (ไมมสนามแมเหลกรวไหล) ไมคดความตานทานของขดลวด ไมคดการ

สญเสยในแกนเหลก และกระแสไฟฟาทสรางเสนแรงแมเหลกมคานอยมาก ดงนนความสมพนธ

ของแรงดน กระแสและจานวนขดลวดของหมอแปลงไฟฟาเปนไปดงสมการ

2

1

VV

= 2

1

NN

= 1

2

II

= a ------------------- (37)

เมอ a คอ อตราสวนการแปลงของหมอแปลง (Transformer Ration)

1N คอ จานวนรอบของขดลวดปฐมภม

2N คอ จานวนรอบของขดลวดทตยภม

21,VV คอ คาแรงดนทขวขดลวดปฐมภมและขดลวดทตยภมตามลาดบ

21, II คอ คากระแสทไหลผานขดลวดปฐมภมและขดลวดทตยภมตามลาดบ

ในกรณของหมอแปลงแปลงลง (Step-Down Transformer) a จะมคานอยกวา 1 สวนหมอ

แปลงแปลงขน (Step-Up Transformer) a จะมคามากกวา 1

2.5.1 อมพแดนซในวงจรหมอแปลง

เมออมพแดนซ LZ ตอกบแหลงจายไฟฟาโดยตรง อมพแดนซทเหนโดยแหลงจายไฟฟา

คอ LZ เมอหมอแปลงตออยในวงจร (ก) อมพแดนซทเหนโดยแหลงจายไฟฟาจะไมเทากบ LZ แต

จะมคาอมพแดนซสมมลคอ ZP

30

Vac

I1 I2

V1 V2 ZL

(ก) (ข)

Vac

It

n1 n2

ZL ZP=a2ZLVt

รป 2.25 (ก) โหลด PZ ไดรบกาลงไฟฟาจากแหลงจายผานหมอแปลง

(ข) แหลงจายมองเหนอมพแดนซกลายเปน PZ

อตราสวนการแปลงของหมอแปลง คอ a = 1

2

2

1

2

1

II

NN

VV

== --------- (38)

อมพแดนซทตอกบขดลวดทตยภม คอ LZ = 1

2

IV

------------------- (39)

แหลงจายแรงดนมองเหนอมพแดนซ คอ PZ = 2

2

IV

------------------- (40)

จาก 1V = 2aV

และ 1I = aI2

ดงนน PZ = aI

aVIV

/2

2

2

2 =

= LZaIVa 2

2

22 = ----------- (41)

นนคอ หมอแปลงมคณสมบตในการแปลงอมพแดนซ

2.5.2 วงจรสมมลของหมอแปลงไฟฟา

ในรปท 2.25 (ก) จะเหนไดวา เมอหมอแปลงไมมภาระไฟฟา นนคอ เมอขดลวดทตยภมไม

มกระแสไหล จะยงคงมกระแสไหลเขาสหมอแปลงทางดานขดลวดปฐมภม กระแสนเรยกวา

กระแสขณะไรภาระ (No-Load Current: OI ) เวกเตอรของกระแสและแรงดนของหมอแปลงจะเปน

ดงรปท 2.26

31

RC

(ก)

I1

jx1

n1 n2

In+0Xm

Im

IoR1 jx2R2

I2

V1 V2

RC

(ข)

I1

In+0

Xm

Im

Iojx01R01

I2

V1 V2

(ค)

jx01R01

V1 V2

I2I1

R01 = R1+R2

= R1+a2R2

X01 = X1+X2

= X1+a2X2

อ� มเ

รปท 2.26 วงจรสมมลของหมอแปลงไฟฟา

(ก) เมอแยกพารามเตอรออก

(ข) เมอยายพารามเตอรขดลวดทตยภมมาไวทางดานปฐมภม

(ค) เมอไมคดกระแสขณะไรภาระ

Io

V1In+0

Im

รปท 2.27 เวกเตอรของกระแสและแรงดนของหมอแปลงขณะไรโหลด

32

2.5.3 ประสทธภาพของหมอแปลง

ประสทธภาพของหมอแปลงสามารถคานวณได ถารวงจรสมมลของหมอแปลง การสญเสย

ของหมอแปลงม 2 สวน คอ การสญเสยทแกนเหลกของหมอแปลง ซงการสญเสยนเกดขนท คาของ

R และ C ซงมคาแปรตามกาลงสองของแรงดนทปอนใหหมอแปลง ถาแรงดนทปอนในหมอ

แปลงคงท การสญเสยทแกนเหลกจะมคาคงท การสญเสยสวนทสองคอ การสญเสยทขดลวดของ

หมอแปลง การสญเสยในสวนนเกดขนท 01R การสญเสยในขดลวดแปรตามกาลงสองของกระแส

โหลด ถากระแสโหลดมคาคงท การสญเสยในสวนนจะคงท การสญเสยทงสองนทสภาวะใด ๆ

สามารถเขยนไดดงน

การสญเสยในแกนเหลกทแรงดนใด ๆ

CoreP = OCOC

PVV

2

------------------- (42)

การสญเสยในขดลวดทกระแสใด ๆ

CopperP = SCSC

PII

2

------------------- (43)

การสญเสยทงหมดในหมอแปลงทสภาวะใด ๆ

LossesP = CopperCore PP + ------------------- (44)

เมอ V = แรงดนทจายเขา

I = กระแสทไหลเขา

OCV = แรงดนททาการทดสอบเปดวงจร

SCI = กระแสททาการทดสอบลดวงจร

OCP = กาลงไฟฟาสญเสยเมอทดสอบเปดวงจรทแรงดน OCV

SCP = กาลงไฟฟาสญเสยเมอทดสอบลดวงจรทแรงดน SCI

ประสทธภาพของหมอแปลง ( )η = %100∗

Input

Output

PP

---------------- (45)

33

เมอ กาลงไฟฟาเขา InputP = 111 cosθIV

กาลงไฟฟาออก OutputP = CorelossRIRIIV −−− 22

212

1111 cosθ

2.5.4 เสถยรภาพของแรงดนไฟฟา (Voltage Regulation)

เปนอตราสวนของแรงเคลอนไฟฟาทลดลงไปจากตอนทยงไมไดจายไฟ กบขณะทจายไฟ

เตมท อนเนองจากคาอมพแดนซของหมอแปลง เพอทจะทราบวาแรงดนไฟฟาทโหลดเพมหรอลดก

เปอรเซนต

% Voltage Regulation = %100∗−

−

−−

LoadOn

LoadOnLoadNo

VVV

------------------- (46)

2.5.5 หมอแปลงแบบปรบแรงดน (Auto Transformer)

หมอแปลงออโต เปนหมอแปลงทมบางสวนของขดลวดใชรวมกนทงดานรบและดาน

จายไฟ จงทาใหประหยดขดลวดเมอเทยบกบหมอแปลง 2 ขดลวด แตมขอเสยคอ ไมมคณสมบตใน

การแยกวงจรทางดานจายไฟออกจากดานรบไฟ วงจรการตอหมอแปลงออโต แสดงดงรปท 2.28

(Step Down)

I1

n1

n2 V2

V1

I2

I3

I2

n2

n1V1

V2

I1

I3

(Step Up)

รปท 2.28 หมอแปลงแบบปรบระดบแรงดนได

พจารณาหมอแปลงออโต ดงรปท 2.28 ขดลวดชดบนเรยกวา ขดลวดอนกรม ( Series

Winding) ขดลวดชดลางเรยกวา ขดลวดรวม ( Common Winding) โดยความสมพนธของแรงดน

และกระแสนน กมหลกการเชนเดยวกบหมอแปลงธรรมดานนเอง

34

2.5.6 โครงสรางของหมอแปลง

หมอแปลงแบงออกตามการใชงานของระบบไฟฟากาลงได 2 แบบคอ หมอแปลงไฟฟา

ชนด 1 เฟส และหมอแปลงไฟฟาชนด 3 เฟสแตละชนดมโครงสรางสาคญประกอบดวย

1. ขดลวดปฐมภม (Primary Winding) ทาหนาทรบแรงเคลอนไฟฟา

2. ขดลวดทตยภม (Secondary Winding) ทาหนาทจายแรงเคลอนไฟฟา

3. แผนแกนเหลก (Core) ทาหนาทเปนทางเดนสนามแมเหลกไฟฟา

4. ขวตอสายไฟ (Terminal) ทาหนาทเปนจดตอสายไฟกบขดลวด

5. แผนปาย (Name Plate) ทาหนาทบอกรายละเอยดประจาตวหมอแปลง

6. อปกรณระบายความรอน ( Coolant) ทาหนาทระบายความรอนใหกบขดลวด เชน

อากาศ, พดลม, นามน หรอใชทงพดลม และนามนชวยระบายความรอน เปนตน

7. โครง (Frame) หรอตวถงของหมอแปลง ( Tank) ทาหนาทบรรจขดลวด และแกนเหลก

รวมทงการตดตงระบบระบายความรอนใหกบหมอแปลงขนาดใหญ

8. สวตชและอปกรณควบคม ( Switch Controller) ทาหนาทควบคมการเปลยนขนาดของ

แรงเคลอนไฟฟา และมอปกรณปองกนไฟฟาชนดตาง ๆ รวมอยดวย

วสดทใชทาขดลวดหมอแปลงโดยทวไปทามาจากสายทองแดงเคลอบนายาฉนวน มขนาด

และลกษณะลวดเปนทรงกลมหรอแบนขนอยกบขนาดของหมอแปลง ลวดเสนโตจะม

ความสามารถในการจายกระแสไดมากกวาลวดเสนเลก

หมอแปลงขนาดใหญมกใชลวดถกแบบตเกลยวเพอเพมพนทสายตวนาใหมทางเดนของ

กระแสไฟมากขน สายตวนาทใชพนขดลวดบนแกนเหลกทงขดลวดปฐมภมและขดลวดทตยภมอาจ

มจดตอแยก (Tap) เพอแบงขนาดแรงเคลอนไฟฟา (ในหมอแปลงขนาดใหญจะใชการเปลยน จดตอ

แยกดวยสวตชอตโนมต)

2.5.6.1 ฉนวนของหมอแปลง ( Insulator) สายทองแดงจะตองผานการเคลอ บนายาฉนวน

เพอปองกนไมใหขดลวดลดวงจรถงกนได การพนขดลวดบนแกนเหลกจงควรมกระดาษอาบนายา

ฉนวนคนระหวาชนของขดลวดและคนแยกระหวางขดลวดปฐมภมกบทตยภมดวยในหมอแปลง

ขนาดใหญมกใชกระดาษอาบนายาฉนวนพนรอบสายตวนากอนพนเปนขดลวดลงบนแกนเหลก

นอกจากนยงใชนามนชนดทเปนฉนวนและระบายความรอนใหกบขดลวดอกดวย

2.5.6.2 แกนเหลก ( Core) แผนเหลกทใชทาหมอแปลงจะมสวนผสมของสารกงตวนา

ซลกอน เพอรกษาความหนาแนนของเสนแรงแมเหลกทเกดขนรอบขดลวดไว แผนเหลกแตละชน

เปนแผนเหลกบางเรยงตอกนหลายชนทาใหมความตานทานสงและชวยลดการสญเสยบนแกน

เหลกทสงผลใหเกดความรอนหรอทเรยกวากระแสไหลวนบนแกนเหลกโดยทาแผนเหลกใหเปน

35

แผนบางหลายแผนเรยงซอนประกอบขนเปนแกนเหลกของหมอแปลง ซงมดวนกนหลายรปแบบ

เชน แผนเหลกแบบ Core และแบบ Shell

2.5.6.3 ขวตอสายไฟ ( Terminal) โดยทวไปหมอแปลงขนาดเลกจะใชขวตอไฟฟาตอเขา

ระหวางปลายขดลวดกบสายไฟฟาภายนอก และถาเปนหมอแ ปลงขนาดใหญจะใชแผนทองแดง

(Bus Bar) และบชชงกระเบองเคลอบ (Ceramic) ตอเขาระหวางปลายขดลวดกบสายไฟฟาภายนอก

2.5.6.4 แผนปาย ( Name Plate) แผนปายจะตดไวทตวถงของหมอแปลงเพอแสดง

รายละเอยดประจาตวหมอแปลง อาจเรมจากชอบรษทผผลต ชนด รนและขนาดของหมอแปลง

ขนาดกาลงไฟฟา แรงเคลอนไฟฟาดานรบไฟฟาและดานจายไฟฟา ความถใชงาน วงจรขดลวด

ลกษณะการตอใชงาน ขอควรระวง อณหภม มาตรฐานการทดสอบ และอน ๆ

ขอกาหนดทางไฟฟาสาหรบหมอแปลงไฟฟา

1. ไมเปลยนแปลงความถไปจากเดม

2. กาลงไฟฟาของหมอแปลงดานปฐมภมเทากบดานทตยภม เชน หมอแปลงขนาดพกดท

VA100 , V20 / V5 จะมแรงเคลอนไฟฟาทางดานขดลวดปฐมภม V20 สวนในทางดานขดลวด

ทตยภมจะมแรงเคลอนไฟฟา V5 แตกาลงไฟฟาทจายออกจะยงคงท VA100

2.5.7 ประเภทและชนดของหมอแปลงไฟฟา

หมอแปลงอาจแบงไดหลายวธ เชน แบงตามพกดกาลง ระดบแรงดนไฟฟา หรอ

จดประสงคการใชงาน

สาหรบในประเทศไทย อาจจะแบงหยาบ ๆ ไดดงน

1. หมอแปลงกาลง (Power Transformer) เปนหมอแปลงทใชในการสงผานพลงงานใน

ระบบสงกาลงไฟฟา โดยทวไปจะมขนาดตงแต 1 VAM ขนไปจนถงหลายรอย VAM

2. หมอแปลงจาหนาย (Distribution Transformer) เปนหมอแปลงทใชในระบบจาหนาย

ของการไฟฟาสวนภมภาค และการไฟฟานครหลวง

3. หมอแปลงสาหรบเครองวดทางไฟฟา ( Instrument Transformer) เปนหมอแปลงทมได

ใชเพอการสงผานพลงงาน แตใชเพอแปลงกระแสไฟฟา หรอแรงดนไฟฟา จากระบบแรงดนสงให

มขนาดทเหมาะสมกบเครองมอวดคาตาง ๆ เชน มเตอร

ชนดของหมอแปลงไฟฟา

การจาแนกหมอแปลงตามขนาดกาลงไฟฟามดงน

1. ขนาดเลกจนถง 1 VA เปนหมอแปลงทใชกบการเชอมตอระหวางสญญาณในงาน

อเลกทรอนกส

2. ขนาด 1-1 ,000 VA เปนหมอแปลงทใชกบงานดานเครองใชไฟฟาภายในบานขนาดเลก

36

3. ขนาด 1 kVA -1 MVA เปนหมอแปลงทใชกบงานจาหนายไฟฟาในโรงงาน สานกงาน ท

พกอาศย

4. ขนาดใหญตงแต 1 MVA ขนไป เปนหมอแปลงทใชกบงานระบบไฟฟากาลง ในสถาน

ไฟฟายอย การผลตและจายไฟฟา

นอกจากนหมอแปลงยงสามารถจาแนกชนดตามจานวนรอบของขดลวดไดดงน

1. หมอแปลงแรงเคลอนไฟฟาเพม (Step-Up) ขดลวดทตยภมจะมจานวนรอบมากกวา

ขดลวดปฐมภม

2. หมอแปลงแรงเคลอนไฟฟาลง (Step-Down) ขดลวดทตยภมจะมจานวนรอบนอยกวา

ขดลวดปฐมภม

3. หมอแปลงทมจดตอแยก (Tap) ทาใหมขนาดของแรงเคลอนไฟฟาไดหลายระดบ

4. หมอแปลงทใชสาหรบแยกวงจรไฟฟาออกจากกน (Isolating) ขดลวดทตยภมจะม

จานวนรอบเทากนกบขดลวดปฐมภมหรอมแรงเคลอนไฟฟาเทากนทงสองดาน

ก) หมอแปลงแบบปรบเลอนคาได (Variable) ขดลวดทตยภมและขดลวดปฐมภมจะเปน

ขดลวดขดเดยวกน หรอเรยกวาหมอแปลงออโต ( Auto-Transformer) มกใชกบการปรบขนาด

แรงเคลอนไฟฟาใหกบวงจรไฟฟาตามตองการ และสาหรบวารแอค ( Variac) นนเปนชอเรยก

ทางการคาของหมอแปลงออโตทสามารถปรบคาไดดวยการเลอนจดตอของขดลวด

ข) หมอแปลงกระแส (Current Transformer: CT) ถกออกแบบมาใหใชงานรวมกบ

เครองวดกระแสไฟฟาหรออปกรณไฟฟาบางอยางทตองตอรวมกนในวงจรเดยวกนแตตองการ

กระแสไฟตา หมอแปลงกระแสจะทาหนาทแปลงขนาดกระแสลงตามอตราสวนระหวางปฐมภมตอ

ทตยภมเชน 300 : 5 หรอ 100 : 5 เปนตน สาหรบหมอแปลงกระแส 300 : 5 หมายถงหมอแปลงจะ

จายกระแสทตยภม 5 A หากไดรบกระแสปฐมภม 300 A หมอแปลงกระแสจะตองมโหลดตอไวกบ

ทตยภมเพอปองกนทตยภมเกดแรงเคลอนไฟฟาสงในขณะทปฐมภมมกระแสไฟฟาผาน และถา

หมอแปลงกระแสไมไดใชงาน ควรใชสายไฟลดวงจร หรอตอวงจรไวกบขวทตยภมดวย

การหาขวของหมอแปลงไฟฟา

ขวของหมอแปลงมความสาคญเพอจะนาหมอแปลงมาตอใชงานไดอยางถกตอง การหาขว

หมอแปลงมหลกการทดสอบโดยการตอขดลวดปฐมภมและทตยภมอนกรมกนซงจะทาใหเกด

แรงเคลอนไฟฟาขวเสรมกน ( Additive Polarity) หรอขวหกลางกน ( Subtractive Polarity) ถาขว

เสรมกนเครองวดจะอานคาไดมากกวาแรงเคลอนไฟฟาทจายใหกบหมอแปลง แตถาขวหกลางกน

เครองวดจะอานคาไดนอยกวาแรงเคลอนไฟฟาทจายใหกบหมอแปลง

37

V1 V2

V3

Polarity Test

V1

V3

V2

รปท 2.29 การหาขวของหมอแปลงไฟฟา

การหาขวหมอแปลงมความสมพนธระหวางขวแรงเคลอนไฟฟาดานสงและ

แรงเคลอนไฟฟาดานตา เมอเราจายแรงเคลอนไฟฟาใหกบขว 1H และ 2H สวนขดลวดทเหลอคอ

ขว 1X และ 2X สงทควรรในการทดสอบคอ อตราสวนของแรงเคลอนไฟฟาระหวางปฐมภมกบ

ดานทตยภม และเพอความปลอดภย ไมควรทจะจายแรงเคลอนไฟฟาทดสอบเกนกวาขนาดของ

ขดลวดแรงเคลอนไฟตา ตวอยางเชน หมอแปลง 480/120 จะมอตราสวนของแรงเคลอนไฟฟา

ระหวางปฐมภมกบทตยภมเทากบ 4 ดงนนหากจายแรงเคลอนไฟฟา 120 V ใหกบขดลวดปฐมภม

จะทาใหมแรงเคลอนไฟฟาดานทตยภม 120/4 เทากบ 30 V ซงจะไมทาใหมแรงเคลอนไฟสงเกดขน

ในระหวางการทดสอบ