ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง · 2018-11-01 · รูปที่ 2.1...
Post on 25-Feb-2020
6 Views
Preview:
TRANSCRIPT
3
บทท 2
ทฤษฎทเกยวของ
2.1 ทฤษฎทางดานเครองกล
2.1.1 มอเตอรไฟฟา
มอเตอรไฟฟา เปนอปกรณไฟฟาทแปลงพลงงานไฟฟาเปนพลงงานกล ในโหมดการทางานปกต
มอเตอรไฟฟาสวนใหญทางานผานการมปฏสมพนธระหวางสนามแมเหลกของแมเหลกในตวมอเตอร และ
สนามแมเหลกทเกดจากกระแสในขดลวดทาใหเกดแรงดดและแรงผลกของสนามแมเหลกทงสอง ในการใช
งานบางอยางเชน ในอตสาหกรรมการขนสงทใชมอเตอรฉดลาก มอเตอรไฟฟาสามารถทางานไดทงการ
สรางพลงงานกล และการผลตพลงงานไฟฟา โดยทในขณะเบรก มอเตอรไฟฟายงผลตพลงงานไฟฟาจาก
พลงงานกล
มอเตอรไฟฟาถกนาไปใชงานทหลากหลายเชน พดลมอตสาหกรรม เครองเปา ปม เครองมอเครองใช
ในครวเรอน และดสกไดรฟ มอเตอรไฟฟาสามารถขบเคลอนโดยแหลงจายไฟกระแสตรง (DC) เชน จาก
แบตเตอร, ยานยนตหรอวงจรเรยงกระแส หรอจากแหลงจายไฟกระแสสลบ (AC) เชน จากไฟบาน
อนเวอรเตอร หรอ เครองปนไฟ มอเตอรขนาดเลกอาจจะพบในนาฬกาไฟฟา มอเตอรทวไปทมขนาดและ
คณลกษณะมาตรฐานสงจะใหพลงงานกลทสะดวกสาหรบใชในอตสาหกรรม มอเตอรไฟฟาทใหญทสดใช
สาหรบการใชงานลากจงเรอ และ การบบอดทอสงน ามนและปมปสบจดเกบน ามนซงมกาลงถง 100 เมกะ
วตต มอเตอรไฟฟาอาจจาแนกตามประเภทของแหลงทมาของพลงงานไฟฟาหรอตามโครงสรางภายในหรอ
ตามการใชงานหรอตามการเคลอนไหวของเอาตพต และอน ๆ
อปกรณเชนขดลวดแมเหลกไฟฟาและลาโพงทแปลงกระแสไฟฟาใหเปนการเคลอนไหว แตไมได
สรางพลงงานกลทใชงานได จะเรยกถกวา actuator และ transducer ตามลาดบ มอเตอรไฟฟาใชสรางแรงเชง
เสนหรอแรงบดหรอ rotary
4
2.1.2โครงสรางของมอเตอร
โรเตอรในมอเตอรไฟฟา สวนทเคลอนทคอโรเตอร ซงจะหมนเพลาเพอจายพลงงานกล โรเตอร
มกจะม ขดลวดตวนาพนอยโดยรอบ ซงเมอมกระแสไหลผาน จะเกดอานาจแมเหลกทจะไปทาปฏกรยากบ
สนามแมเหลกถาวรของสเตเตอร ขบเพลาใหหมนได อยางไรกตามโรเตอรบางตวจะเปนแมเหลกถาวร
และสเตเตอรจะมขดลวดตวนาสลบทกน
ชองวางอากาศระหวางโรเตอรและสเตเตอรจะเปนชองวางอากาศ ซงจะตองมขนาดเลกทสดเทาทจะ
เปนไปได ชองวางขนาดใหญจะมผลกระทบทางลบอยางมากตอประสทธภาพการทางานของมอเตอรไฟฟา
ขดลวด ขดลวดจะพนโดยรอบเปนคอยล ปกตจะพนรอบแกนแมเหลกออนทเคลอบฉนวน เพอให
เปนขวแมเหลกเมอมกระแสไฟฟาไหลผาน
มอเตอรไฟฟามขวสนามแมเหลกในสองรปแบบ ไดแกแบบขวทเหนไดชดเจนและแบบขวทเหนได
ไมชดเจน ในขวทชดเจน สนามแมเหลกของขวจะถกผลตโดยขดลวดพนรอบแกนดานลาง ในขวทไม
ชดเจน หรอเรยกวาแบบสนามแมเหลกกระจาย หรอแบบรอบๆโรเตอร ขดลวดจะกระจายอยในชองบนแกน
รอบโรเตอร มอเตอรแบบขวแฝงมขดลวดรอบสวนหนงของขวเพอหนวงเฟสของสนามแมเหลกของขวนน
ใหชาลง
มอเตอรบางตวขดลวดเปนโลหะหนากวา เชนแทงหรอแผนโลหะทมกจะเปนทองแดง บางทกเปน
อะลมเนยม มอเตอรเหลานโดยปกตจะถกขบเคลอนโดยการเหนยวนาของแมเหลกไฟฟา
ตวสบเปลยนตวสบเปลยนเปนกลไกทใชในการสลบอนพทของมอเตอร AC และ DC เพอใหกระแส
ทไหลในขดลวดในโรเตอรไหลทางเดยวตลอดเวลาในระหวางการหมน ประกอบดวยวงแหวนลน
(องกฤษ:slip ring)ชนเลกๆแยกจากกนดวยฉนวน วงแหวนนยงแยกจากเพลาของมอเตอรดวยฉนวนอกดวย
วงแหวนแตละคทอยตรงขามกนจะเปนขดลวดหนงชด กระแสทจายใหมดขาวตม หรอทเรยกวา armature
ของมอเตอรจะถกสงผานแปรงถาน(องกฤษ: brush)สองตวทแตะอยกบตวสบเปลยนแตละดานทกาลงหมน
อย ซงจะทาใหกระแสจากแหลงจายไฟ AC ทไหลกลบทาง ไหลในขดลวดทศทางเดยวในขณะทโรเตอรหม
นจากขวหนงไปอกขวหนง ในกรณทไมมกระแสแหลงจายไมกลบทางมอเตอรจะ เบรกหยดอยกบท ในแง
ของความกาวหนาทสาคญในชวงไมกทศวรรษทผานมา อนเนองมาจากเทคโนโลยทดขนในการควบคม
อเลกทรอนกส มอเตอรเหนยวนาทควบคมโดยไมใชเซนเซอร และมอเตอรทมสนามแมเหลกถาวร มอเตอร
ทมตวสบเปลยนแบบกลไกไฟฟา กาลงถกแทนทเพมขนดวยมอเตอรเหนยวนาทใชตวสบเปลยนภายนอก
และมอเตอรแบบแมเหลกถาวร
5
2.1.3 มอเตอรแบบสบเปลยนตวเอง
มอเตอร DC แบบกระตนดวยไฟฟา มอเตอร DC ทมตวสบเปลยนจะมหนงชดของขดลวดทพนรอบอ
เมเจอรทขอยบนเพลาโรเตอร เพลายงแบกตวสบเปลยนอยดวย ตวสบเปลยนจะทาตวเปนสวตชไฟแบบ
หมนทใชงานไดนานปในการเปลยนทศทางการไหลของกระแสตามชวงเวลาทไหลในขดลวดของโรเตอร
ในขณะทเพลาหมน ดงนน ทกๆมอเตอร DC ทใชแปรงจะมกระแส AC ไหลผานขดลวดทกาลงหมน
กระแสจะไหลผานหนงหรอมากกวาหนงคของแปรงทแตะอยกบตวสบเปลยน; แปรงเชอมตอแหลงจายไฟ
ภายนอกกบอเมเจอรทกาลงหมน
อเมเจอรทกาลงหมนประกอบดวยหนงหรอมากกวาหนงคอยลของขดลวดทพนรอบแกนเหลกออน
เคลอบฉนวน กระแสจากแปรงไหลผานตวสบเปลยนและขดลวดหนงขดของอเมเจอรทาใหอเมเจอรเปน
แมเหลกชวคราว (แมเหลกทเกดจากไฟฟา) สนามแมเหลกทผลตโดยอเมเจอรจะทาปฏสมพนธกบ
สนามแมเหลกอยกบท ทผลตโดยแมเหลกถาวรหรอจากขดลวดสรางสนามอนๆอยางใดอยางหนง แรง
ระหวางสองสนามแมเหลกมแนวโนมทจะหมนเพลาของมอเตอร ตวสบเปลยนจะสลบกระแสไฟทใหกบ
คอยลในขณะทโรเตอรหมน เปนการรกษาขวแมเหลกของโรเตอรใหอยในแนวทสอดคลองกบขวแมเหลก
ของสเตเตอร เพอใหโรเตอรไมเคยหยดนง (เชนเขมทศทไมหมนไปทางอน) แตชวยใหหมนตราบเทาท
พลงงานถกจายให
มอเตอร DC แบบใชตวสบเปลยนแบบคลาสสกมหลายขอจากด เนองมาจากความจาเปนสาหรบ
แปรงทตองกดกบตวสบเปลยน แรงกดนจะสรางแรงเสยดทานและจะเกดประกายไฟในขณะทแปรงตอ
วงจรและตดวงจรกบคอยลของโรเตอรตอนทแปรงเลอนผานรอยตอทเปนฉนวนระหวางเซกชนหนงไปอก
เซกชนหนง หรอแปรงอาจไปชอตเซกชนทอยตดกน นอกจากน การเหนยวนาของขดลวดโรเตอรทาใหเกด
แรงดนตกครอมในแตละขดเพมขนเมอวงจรของมนจะเปดออก ซงไปเพมประกายไฟของแปรง ประกายไฟ
นจะจากดความเรวสงสดของมอเตอร เนองจากประกายไฟทเรวมากเกนไปจะรอนมากเกนไป, จะกดกรอน
หรอแมกระทงละลายตวสบเปลยน ความหนาแนนของกระแสตอหนวยพนทของแปรง รวมทงคาตวามตาน
ทานจะจากดเอาตพตของมอเตอร การตอและการจากของหนาสมผสยงสรางคลนรบกวน; ประกายไฟยง
สราง Radio Frequency Interference (RFI) ในทสด แปรงจะเสอมสภาพ และตองเปลยนและตวสบเปลยน
เองกเสอมสภาพไดและตองการการบารงรกษา (สาหรบมอเตอรขนาดใหญ) หรอเปลยน (สาหรบมอเตอร
ขนาดเลก) ชดใหญของตวสบเปลยนของมอเตอรขนาดใหญเปนชนสวนทมราคาแพงและตองใชความ
แมนยาในการประกอบหลายชนสวนเขาดวยกน สาหรบมอเตอรขนาดเลก ปกตแลวตวสบเปลยนจะ
ประกอบมาเปนสวนหนงของโรเตอร ดงนนถาตองเปลยนตวสบเปลยน ตองเปลยนโรเตอรทงตว
6
รปท 2.1 การทางานของมอเตอรทใชแปรงโรเตอรสองขว
ในขณะทตวสบเปลยนสวนใหญเปนรปทรงกระบอก บางตวยงเปนจานแบน ประกอบดวยหลายเซก
เมนท (โดยทวไปอยางนอยสาม) ตดตงอยบนฉนวน
แปรงขนาดใหญตองการพนทสมผสขนาดใหญ เพอเพมกาลงของมอเตอรอยางเตมทแตแปรงขนาด
เลกตองการหนาสมผสเลกเพอเพมความเรวของมอเตอรใหเตมทโดยทแปรงไมกระดอนและเกดประกายไฟ
มากเกนไป (แปรงขนาดเลกยงราคาถกกวา) สปรงของแปรงทแขงหนอยยงสามารถใชเพอใหแปรงทางาน
หนกทความเรวสงขนแตดวยคาใชจายทเปนการสญเสยจากแรงเสยดทานสงขน (ประสทธภาพตาลง) และ
เรงใหแปรงและตวสบเปลยนสกหรอเรวขน เพราะฉะนน การออกแบบแปรงของมอเตอร DC ตอง
แลกเปลยนระหวางกาลงงาน ความเรว ประสทธภาพ และการสกหรอ
มอเตอร DC แบบใชแปรงมหาประเภทดงตอไปน:
1. แบบขดลวดพนขนาน
2. แบบพนอนกรม
3. แบบผสม มสองแบบไดแก:
1. ผสมสะสม
2. ผสมทแตกตางกน
4. แบบแมเหลกถาวร (ไมมรปแสดง )
5. Separately excited (ไมมรปแสดง)
7
2.1.4 มอเตอร DC แบบแมเหลกถาวร
มอเตอรแมเหลกถาวรไมไดมสนามแมเหลกจากขดลวดบนสเตเตอรแตอาศยสนามจากแมเหลกถาวร
แทนในการปฏสมพนธกบสนามแมเหลกของโรเตอรเพอสรางแรงบดขดลวดชดเชยทตออนกรมกบอเมเจอร
อาจถกนามาใชในมอเตอรขนาดใหญเพอปรบปรงการสบเปลยนภายใตโหลด เนองจากสนามนมคาคงท จง
ใชปรบความเรวไมได สนามแมเหลกถาวร (สเตเตอร) มความสะดวกในมอเตอรขนาดจว ทจะกาจดการ
บรโภคพลงงานของขดลวด มอเตอร DC ขนาดใหญสวนมากเปนแบบ"ไดนาโม" ทมขดลวดในสเตเตอร ใน
อดต แมเหลกถาวรไมสามารถรกษา flux ทสงไวไดถาถกถอดออกเปนชนๆขดลวดจงจาเปนเพอใหได
ปรมาณของ flux ตามตองการ อยางไรกตาม แมเหลกถาวรขนาดใหญจะมราคาแพง ทงอนตรายและยากทจะ
ประกอบขดลวดจงเปนทนยมสาหรบมอเตอรขนาดใหญเพอลดน าหนกและขนาดมอเตอรแมเหลกถาวร
ขนาดจวอาจใชแมเหลกพลงงานสงททาดวย สารนโอดเมยม หรอสารเชงกลยทธอนๆ เชน สวนใหญเปน
โลหะผสม นโอดเมยม-เหลก-โบรอน ดวยความหนาแนนทสงกวาของฟลกซของสารเหลาน มอเตอรไฟฟา
ทใชแมเหลกถาวรพลงงานสงมความสามารถในการแขงขนนอยกวามอเตอรไฟฟาแบบซงโครนสทถกออก
แบบอยางดสดแบบ single feed และมอเตอรแบบเหนยวนา มอเตอรขนาดจวมโครงสรางคลายกบ
โครงสรางทแสดงในภาพประกอบ ยกเวนวาพวกมนมอยางนอยสามขวโรเตอร (เพอใหแนใจในการสตารท
โดยไมคานงถงตาแหนงของโรเตอร) และตวเครองดานนอกจะเปนทอเหลกทเชอมโยงทางแมเหลกกบ
ภายนอกของแมเหลกสนามรปโคง
2.1.5 มอเตอร DC แบบไมใชแปรง
บางสวนของปญหาของมอเตอร DC ทใชแปรงจะถกตดทงไปในมอเตอรแบบ BLDC ซงแทนท
"สวทชหมน"หรอตวสบเปลยนแบบกลไก ไปเปนแบบสวทชอเลกทรอนกสภายนอก ทจะ synchroniseกบ
ตาแหนงของโรเตอร มอเตอรแบบ BLDC มกจะมประสทธภาพประมาณ 85-90% และสงไดถง 96.5%
ในขณะท มอเตอรกระแสตรงทใช brushgearมกจะมประสทธภาพเพยง 75-80% เทานน
รปคลนสเหลยมคางหมของมอเตอรแบบ BLDC ซงเปน back-emfจะไดบางสวนมาจากขดลวดของส
เตเตอร และบางสวนไดจากการจดตาแหนงของแมเหลกถาวรของโรเตอร เซนเซอรแบบ Hall Effect จะถก
ตดตงอยบนขดลวดของสเตเตอรเพอการตรวจจบตาแหนงโรเตอร เพอใหวงจรควบคมจายกระแสใหชดเฟส
ของขดลวดชดใดชดหนงหรอมากกวาหนงชดเพอใหโรเตอรหมนตามความเรวทตองการ มอเตอร DC ทม
ตวสบเปลยนแบบอเลกทรอนกสจะเปนเหมอนมอเตอร DC ทเอาขางในออกขางนอก
8
BLDC มอเตอรถกใชกนโดยทวไปในทซงการควบคมความเรวอยางแมนยาเปนสงทจาเปน อยางเชน
ในดสกไดรฟของเครองคอมพวเตอรหรอเครองบนทกวดโอเทป, ไดรฟภายใน CD, CD - ROM ( ฯลฯ )
และกลไกภายในผลตภณฑสานกงาน เชนพดลม, เครองพมพเลเซอร และ เครองถายเอกสาร. พวกมนมขอด
หลายอยางมากกวามอเตอรธรรมดา เชน:
• เมอเทยบกบพดลม โดยใชมอเตอร AC ทวไป มอเตอรแบบ BLDC มขดลวดอยบนสเตเตอรทตดอย
กบโครงสรางของมอเตอร ทาใหการระบายอากาศทาไดจากภายนอก การทางานในอากาศทเยนจงทา
ใหมประสทธภาพมากกวา ตวมอเตอรสามารถทาเปนโครงสรางปด ทาใหไมมฝ นละอองผานเขาไป
ได ทาใหสามารถควบคมการทางานไดแมนยาตลอดอายการใชงาน
• เนองจากไมมตวสบเปลยนทสกหรอได อายการใชงานของมอเตอร BLDC จงยาวนานกวามอเตอรท
ใชแปรงและตวสบเปลยนอยางมนยสาคญ ตวสบเปลยนยงสรางคลนรบกวนและเมอไมมตว
สบเปลยนและแปรง มอเตอร BLDC อาจถกใชในอปกรณทไวตอสญญาณไฟฟา เชนเครองเสยงและ
คอมพวเตอร
• เซนเซอร Hall Effect ยงสามารถใชสงสญญาณของเครองวดวามเรวสาหรบการควบคมแบบ closed-
loop (ควบคมเซอรโว) ในพดลม สญญาณเครองวดวามเรวถกนามาใชเปนสญญาณ "Fan OK"
รวมทงใหสญญาณ feedback ของความเรวทมอเตอรกาลงหมนอย
• มอเตอรสามารถ synchroniseกบสญญาณนาฬกาภายในและภายนอกไดงายมาก เพอควบคมความเรว
ไดอยางแมนยา
• BLDC มอเตอรไมมโอกาสทจะเกดประกายไฟ, ซงแตกตางจากมอเตอรทใชแปรง, ทาใหมน เหมาะ
กบสภาพแวดลอมทมสารเคมระเหย และเชอเพลง นอกจากน ประกายไฟยงสรางโอโซน ซงสามารถ
สะสมอยในอาคารทมการระบายอากาศไมด ทาใหเสยงตอการเกดอนตรายตอสขภาพของผอยอาศย
• BLDC มอเตอรมกจะใชในอปกรณขนาดเลกเชน เครองคอมพวเตอรและโดยทวไปจะใชพดลมใน
การกาจดความรอนทไมพงประสงค
• มนเสยงเงยบมาก ซงเปนขอไดเปรยบถาถกนาไปใชในอปกรณทจะมผลกระทบถามการสนสะเทอน
• BLDC มอเตอรททนสมยจะมขนาดกาลงตงแตเศษเสยวของวตตจนถงหลายกโลวตต มอเตอร BLDC
ขนาดใหญทมกาลงสงถงประมาณ 100 กโลวตต ถกใชในรถไฟฟา พวกมนยงมประโยชนอยางม
นยสาคญเครองบนไฟฟาประสทธภาพสง
9
2.1.6 มอเตอรแรงตานแมเหลก
SRM ไมมแปรงหรอแมเหลกถาวรและโรเตอรกไมมกระแสไฟฟา แตแรงบดเกดจากแนวไมตรงกน
เลกนอยของขวแมเหลกบนโรเตอร กบขวแมเหลกบนสเตเตอร โรเตอรจะวางตวเองใหอยในแนว
สนามแมเหลกของสเตเตอร ในขณะทสเตเตอรถก energize โดยกระแสในขดลวด
flux แมเหลกทสรางขนโดยขดลวดจะไปตามเสนทางของแรงตานแมเหลก (องกฤษ: magnetic
reluctance) ทมคานอยทสด (เหมอนกระแสไฟฟาทไหลในทศทางทมความตานทานนอยทสด) นนคอ flux
จะไหลผานขวของโรเตอรทอยใกลกบขวของสเตเตอรทถก energize มากทสด ขวของโรเตอรนนจะ
กลายเปนแมเหลก และสรางแรงบดขน ในขณะทโรเตอรหมน ขดลวดชดตอไปกจะถก energize ไปเรอยๆ
ทาใหโรเตอรยงคงหมนอยตลอด
SRMs ในปจจบนยงคงถกใชในเครองไฟฟาบางอยาง
รปท 2.2 มอเตอรแรงตานแบบแมเหลก แบบ 6/4(6 Stator 4 Rotor)
2.1.7 มอเตอร AC-DC สากล
มอเตอรสากลเปนมอเตอรชนดหนงททางานไดทง AC และ DC เพาเวอร มนเปนมอเตอรแบบใชตว
สบเปลยนและมคอยลสนามของสเตเตอรตอแบบอนกรมกบคอยลของโรเตอรผานทางตวสบเปลยน
มอเตอรสากลสามารถทางานไดดบน AC เพราะ กระแสทงในสเตเตอรและในโรเตอร (ซงทาใหเกด
สนามแมเหลก) จะสลบกน(กลบขว)ทา synchronize กบแหลงจายไฟ ทาใหไดแรงกลเกดขนในทศทางของ
การหมนอยางตอเนอง เปนอสระตอทศทางของแหลงจาย แตเปนไปตามตวสบเปลยนและขวของคอยล
สนาม มอเตอรสากลมแรงบดเรมตนสง หมนทความเรวสงและมน าหนกเบา จงมกถกนามาใชในอปกรณท
เคลอนยายไปมาไดและใชภายในเครอเรอน มนยงงายในการควบคมดวยอเลกทรอนกส ถงอยางไรกตาม ตว
สบเปลยนมแปรงทสกหรอได ดงนนมนจงไมเหมาะทจะใชในงานทตองทางานแบบตอเนองนานๆ
นอกจากนนตวสบเปลยนยงทาใหเกดเสยงรบกวนดวย
10
ในการทางานทความถสายไฟปกต มอเตอรสากลมกจะมขนาดกาลงนอยกวา 1000 วตต มอเตอร
สากลหลายตวยงรวมตวกนเปนพนฐานสาคญของมอเตอรฉดลากแบบดงเดม ใน การเดนรถไฟทใชไฟฟา
ในการใชงานแบบน การใช AC เพอจายกาลงใหมอเตอรไฟฟาทแตเดมถกออกแบบมาใหทางานบน DC จะ
นาไปสการสญเสยประสทธภาพเนองจาก eddy current ไปทาใหชนสวนทเปนแมเหลกรอน โดยเฉพาะอยาง
ยงชนสวนขวสนามของมอเตอร เพราะวา, สาหรบ DCอาจมการใชเหลกแขง (ไมเคลอบ) และปจจบนไม
คอยไดใชแลว
ความไดเปรยบของมอเตอรสากลคอ แหลงจายไฟ AC อาจจะนามาใชกบมอเตอร ทมลกษณะ สมบต
บางอยางทเหมอนกบในมอเตอร DC โดยเฉพาะอยางยง แรงบดชวงเรมตนทสง และการออกแบบทกะทดรด
มากถาทางานดวยความเรวสง ดานลบคอปญหาการบารงรกษาและอายอนแสนสนของตวสบเปลยน
มอเตอรดงกลาวจะใชในอปกรณเชน เครองผสมอาหารและ เครองมอไฟฟา ซงจะใชเปนระยะๆเทานน และ
มกจะมความตองการแรงบดเรมตนสง บนขดลวดสนามอาจม tap ไดหลายจดเพอปรบความเรวเปน
ขนบนได เครองปนน าผลไมในครวเรอน ทโฆษณาวามหลายความเรว มบอยๆทมขดลวดสนามทมหลาย
tap และไดโอด เพอใหแทรกอนกรมเพอเรยงกระแสแบบครงคลนจายใหกบมอเตอร มอเตอรสากลยงถกใช
เปนตวควบคมความเรวอเลกทรอนกสเพอเปนทางเลอกทเหมาะอยางยงสาหรบอปกรณเชนเครองซกผาตาม
บาน มอเตอรสามารถหมนถงซก(ทงเดนหนาและถอยหลง)โดยการเปลยนขดลวดสนามเมอเทยบกบอ
เมเจอร
ในขณะท มอเตอรเหนยวนาแบบกรงกระรอก (SCIM) จะไมสามารถหมนเพลาเรวกวาความถ
สายไฟฟา, มอเตอรสากลสามารถวงดวยความเรวทสงกวามาก สงนจะทาใหมประโยชนสาหรบเครองใชใน
ครวเรอน เชนปนน าผลไม เครองดดฝ น และเครองเปาผม ทตองการความเรวสงและ น าหนกเบา
นอกจากนนยงมใชกนทวไปใน เครองมอไฟฟาแบบพกพาเชน สวาน, เครองขด, เลอยกลมและเลอยจกซอ
ซงลกษณะสมบตของมอเตอรแบบนจะทางานไดด เครองดดฝ นและมอเตอร ตดวชพชจานวนมากใช
ความเรวเกน 10,000 รอบตอนาท ขณะทหลายเครองบดขนาดเลกทคลายกนใชความเรวเกน 30,000 รอบตอ
นาท
รปท 2.3 มอเตอรสากล
11
2.1.8 มอเตอร AC ตวสบเปลยนภายนอก
มอเตอรเหนยวนา AC และแบบซงโครนสถกออกแบบใหไดประโยชนสงสด สาหรบการใชงาน
กบรปคลนแบบซายนหรอคลายแบบซายนเฟสเดยวหรอหลายเฟส เชน สาหรบการใชงานความเรวจาก AC
power grid หรอ ความเรวปรบไดจากตวควบคม VFD (Variable-frequency drive) มอเตอร AC มสองสวน
คอสเตเตอรอยกบทมขดลวดรบไฟ AC เพอผลตสนามแมเหลก ทหมน และ โรเตอรทตดอยกบเพลาเอาตพต
ทใหแรงบดโดยสนามทหมน
มอเตอรเหนยวนาแบบกรงกระรอก(SCIM)และแบบพนรอบโรเตอร(WRIM)
มอเตอรเหนยวนาเปนมอเตอร AC แบบอะซงโครนส ทพลงงานจะถกโอนไปยงโรเตอรโดยการ
เหนยวนาแมเหลกไฟฟา เหมอนการกระทาของหมอแปลงไฟฟา มอเตอรเหนยวนามลกษณะคลายกบหมอ
แปลงทกาลงหมน โดยทสเตเตอรเปนขดปฐมภมและ โรเตอรเปนขดทตยภม มอเตอรเหนยวนาหลายเฟสถก
นามาใชกนอยางแพรหลายในอตสาหกรรม
มอเตอรเหนยวนาอาจจะแบงออกตอไปอกเปน SCIM และ WRIM. มอเตอรเหนยวนาแบบกรง
กระรอกมขดลวดทหนกทาขนจากแทงโลหะตน ปกตเปนอะลมเนยมหรอทองแดง เชอมกนดวยแหวนท
ปลายของโรเตอรทงสองปลาย เมอพจารณาแลวแทงและแหวน มลกษณะเหมอนกรงสาหรบออกกาลงกาย
ของสตวทหมนได จงไดชออยางนน
กระแสทเหนยวนาในขดลวดทาใหเกดสนามแมเหลกทโรเตอร รปรางของแทงโลหะของโรเตอรจะ
เปนตวกาหนดลกษณะสมบตของความเรว-แรงบด ทความเรวตา กระแสทเหนยวนาในกรง กระรอก
เกอบจะอยทความถของ line และมแนวโนมทจะอยในสวนดานนอกของกรงโรเตอร ในขณะทมอเตอรเรง
ความเรว ความถสลปจะลดลงและกระแสจะมากขนในดานในของขดลวด โดย การตกแตงรปรางของแทง
โลหะเพอเปลยนความตานทานของขดลวดทอยดานในและดานนอกของกรง เหมอนกบไดใสความ
ตานทานปรบคาไดเขาไปในวงจรของโรเตอรไดอยางมประสทธภาพ อยางไรกตาม สวนใหญของมอเตอร
ดงกลาวมแทงโลหะทมรปรางเพยงแบบเดยว
รปท 2.4 โรเตอรแบบกรงกระรอก
12
ใน WRIM, ขดลวดโรเตอรทาจากลวดหมฉนวนหลายๆรอบตออยกบ slip ring บนเพลาของ มอเตอร
slip ring นจะตอระหวางขดลวดของโรเตอรกบตวตานทานภายนอกหรออปกรณควบคมอนๆ ตวตานทาน
ชวยควบคมความเรวของมอเตอร แมวาจะเกดพลงงานความรอนจานวนมากกระจายในความตานทาน
ภายนอก ตวแปลงสกตวสามารถตอกบวงจรโรเตอรและจายพลงงานทความถของสลปกลบมา, แทนทจะถก
ทงไปเปลาๆ, เขาระบบสงกาลงผานทางอนเวอรเตอรอกตวหนง หรอเขาทมอเตอร-เจเนอเรเตอรตางหาก
WRIM ใชเปนหลกในการสตารทโหลดความเฉอยสง หรอโหลดทตองการแรงบดเรมตนทสงมากๆ
ตลอดชวงความเรวเตมสด โดยการเลอกตวตานทานอยางถกตองเพอใชในการตานทานรองหรอตวสตารท
แหวนสลป มอเตอรจะสามารถผลตแรงบดสงสดทแหลงจายกระแสคอนขางตา จากความเรวเปนศนย
จนกระทงความเรวเตมสดได มอเตอรประเภทนยงใหความเรวทสามารถควบคมได
ความเรวมอเตอรสามารถเปลยนแปลงไดเพราะวาเสนโคงแรงบดของมอเตอรมการแกไขไดอยางม
ประสทธภาพตามขนาดของความตานทานทเชอมตอกบวงจรโรเตอร การเพมคาความตานทานจะลด
ความเรวของแรงบดสงสดลง ถาความตานทานเพมเกนกวาจดทแรงบดสงสด เกดขนทความเรวเปนศนย,
แรงบดจะลดลงอกตอไป
เมอใชกบโหลดทมเสนโคงแรงบดทเพมขนตามความเรว มอเตอรจะทางานดวยความเรวทแรงบดท
เกดจากมอเตอรจะเทากบแรงบดโหลด การลดโหลดจะทาใหมอเตอรเพมความเรว และการเพมโหลด จะทา
ใหมอเตอรหมนชาลงจนโหลดและแรงบดของมอเตอรมคาเทากน การทางานในลกษณะน ความสญเสย
หรอความรอนในสลปจะกระจายในตวตานทานรองและอาจมความสาคญมาก การควบคมความเรวและ
ประสทธภาพสทธยงแยมากอกดวย
2.1.9 มอเตอรแรงบด
มอเตอรแรงบดเปนรปแบบเฉพาะของมอเตอรไฟฟาทสามารถทางานไดอยางไมมกาหนด ขณะท
ตองหยดกลางคน กลาวคอเมอโรเตอรถกบลอกไมใหหมนโดยไมกอใหเกดความเสยหาย ในโหมดของการ
ทางานแบบน มอเตอรจะจายแรงบดอยางตอเนองใหกบโหลด (จงไดชอน)
การประยกตใชธรรมดาของมอเตอรแรงบดจะเปนมอเตอรตวจายและมอเตอรตวเกบของมวนเทป
ของเทปไดรฟ ในการใชงานแบบน, จะถกขบดวยแรงดนไฟฟาตา, ลกษณะสมบตของ มอเตอรเหลานชวย
ใหเกดแรงดงเบาๆและคอนขางคงทบนเนอเทปไมวาตว capstan (step motor ชนดหนง) จะปอนเทปผาน
หวอานหรอไม เมอใชกบแรงดนไฟฟาทสงขน (และใหแรงบดสงขนดวย) มอเตอรแรงบดยงสามารถทางาน
เดนหนาและถอยหลงไดอยางรวดเรว โดยไมตองมกลไกใดๆเชนเกยรหรอคลทชเพมในโลกของเกม
คอมพวเตอรมอเตอรแรงบดถกใชในการบงคบพวงมาลย
13
การประยกตใชธรรมดาอกประการหนงคอการควบคมลนปกผเสอของเครองยนตสนดาปภายใน
รวมกบตวควบคมอเลกทรอนกส ในการน มอเตอรทางานตานกบแรงสปรงเพอขยบลนปกผเสอ ให
สอดคลองกบเอาตพตของตวควบคม ตวควบคมจะตรวจวดความเรวรอบเครองยนต โดยการนบพลสไฟฟา
จากระบบจดระเบดหรอจากคลนแมเหลกและ, ขนอยกบความเรว, ทาการปรบเปลยนเลกนอยกบจานวน
กระแสเงนทจายใหกบมอเตอร ถาเครองยนตเรมทจะชะลอตวลง เมอเทยบกบความเรวทตองการ กระแสจะ
ถกเพมให มอเตอรจะจายแรงบดมากขน ออกแรงดงตานกบแรงสปรงทดงกลบเพอเปดลนผเสอนน
เครองยนตอาจจะทางานเรวเกนไป ตวควบคมจะลดกระแสลง ทาใหสปรงดงกลบและปดลนผเสอ
2.1.10 มอเตอรซงโครนส
มอเตอรไฟฟาซงโครนสเปนมอเตอร AC ทโดดเดนดวยการหมนของโรเตอรทมขดลวดตดผาน
แมเหลก ในอตราเดยวกบ AC และสงผลใหเกดสนามแมเหลกทขบมน พดไดอกอยางหนงวา ภายใตสภาวะ
การทางานปกตมนมสลปเปนศนย แตกตางจากมอเตอรเหนยวนาซงจะตองมสลปจงจะเกดแรงบด อกแบบ
หนงของมอเตอรซงโครนสเปนเหมอนมอเตอรเหนยวนา ยกเวนโรเตอรจะถกกระตนดวยสนาม DC
แหวนสลปและแปรงถกใชเพอนากระแสไปใหกบโรเตอร ขวทงหลายของโรเตอรเชอมตอซงกนและกน
และหมนทความเรวเดยวกน จงถกเรยกวามอเตอรซงโครนส
มอเตอรซงโครนสตงเวลาพลงงานตา (อยางเชนทใชในนาฬกาไฟฟาดงเดม) อาจมโรเตอรรปถวยทม
แมเหลกถาวรหลายขวอยภายนอกและใชขดลวดในเงาเพอใหแรงบดเรมตน มอเตอรนาฬกาของ Telechronม
ขวเงาสาหรบแรงบดเรมตน และมโรเตอรแบบแหวนสองกานททางานเหมอนกบโรเตอรสองขว
2.1.11 มอเตอรแบบ double feed
มอเตอรแบบ double feed มขดลวดหลายเฟสอสระสองชด ซง มสวนรวมในการใหกาลงงานใน
กระบวนการแปลงพลงงานทมอยางนอยหนงชดของขดลวดทถกควบคมดวยระบบอเลกทรอนกสสาหรบ
การทางานความเรวแปรได ขดลวดหลายเฟสอสระสองชด (เชนอเมเจอรค) เปนจานวนสงสดทใหไวใน
แพคเกจเดยวโดยไมมทอพอโลยซ ากน มอเตอรแบบ double feed เปนเครองทมความเรวในชวงแรงบดคงท
เปนสองเทาของความเรวแบบซงโครนสทความถของการกระตนเดยวกน และเปนสองเทาของแรงบดคงท
ของมอเตอรแบบ single feed ทมชดขดลวดแอคทฟเพยงชดเดยว
14
มอเตอรแบบ double feed สามารถใชสาหรบ converter อเลกทรอนกสขนาดเลก แตคาใชจายของ
ขดลวดโรเตอรและ slip ring อาจชดเชยการประหยดในชนสวนเพาเวอรอเลกทรอนกส ความยงยากหลาย
อยางในการควบคมความเรวใหใกลกบความเรวซงโครนสเปนตวจากดการนาไปประยกตใชงาน
2.1.12 มอเตอรแบบโรเตอรไมใชเหลกหรอไมมแกน
มอเตอรไรแกนขนาดจว หลกการใดๆของมอเตอรทอธบายขางตนไมไดกาหนดวาสวนทเปนเหลก
ของโรเตอรเทานนทหมน ถาวสดแมเหลกออนของโรเตอรจะทาในรปแบบของทรงกระบอก(ยกเวน
ผลกระทบของ hysteresis) ดงนนแรงบดจะกระทาบนขดลวดของแมเหลกไฟฟาเทานน การใชประโยชน
จาก ความเปนจรงนคอมอเตอร DC แบบไรแกน หรอไรเหลก ซงรปแบบเฉพาะของมอเตอร DC แบบ
แมเหลกถาวร เมอทาการเพมประสทธภาพใหมอตราเรงทรวดเรว, มอเตอรเหลานมโรเตอร ทถกสรางขน
โดยไมมแกนกลางเปนเหลก โรเตอรสามารถใชรปแบบของทรงกระบอกทเตมไปดวยขดลวดหรอ
โครงสรางพยงตวเอง ประกอบดวยเฉพาะขดลวดแมเหลกและ
วสดทใชมดรวมกนเทานน โรเตอรสามารถฟตพอดภายในแมเหลกสเตเตอร; กระบอกททาดวย
แมเหลกออนตดอยกบทภายในโรเตอรจะเปน return path สาหรบ flux แมเหลกของสเตเตอร การจดเรยง
แถวทสองขดลวดโรเตอรรอบแมเหลกของสเตเตอร ในการออกแบบแบบนน โรเตอรจะฟตภายในกระบอก
แมเหลกออนทสามารถใชเปน housing สาหรบมอเตอรและ ให return path สาหรบ flux อกดวย
เนองจากโรเตอรมน าหนก(มวล)เบากวามากเมอเทยบกบโรเตอรธรรมดาทเกดจากขดลวดทองแดง
บนเหลกเคลอบ โรเตอรสามารถเรงความเรวไดอยางรวดเรว มกจะทาไดสาเรจในชวงเวลากลคงทต ากวา
หนง msถาใชลวดอะลมเนยมแทนทจะเปนทองแดงทหนกกวามาก แต เนองจากไมมมวลโลหะในโรเตอร
เพอทาหนาทเปนทระบายความรอน แมแตมอเตอรไรแกนขนาดเลกมกจะถกระบายความรอนดวยแรง
อากาศบงคบ ความรอนสงเกนอาจจะมปญหา ในการออกแบบสาหรบมอเตอร DC ไรแกน
ทามกลางประเภทเหลานคอประเภทโรเตอรจาน ทจะอธบายในรายละเอยดในสวนถดไป
มอเตอรสนสาหรบโทรศพทมอถอ บางครงเปนประเภทสนามแมเหลกถาวรทรงกระบอกขนาดจว
แตกยงม ประเภทรปทรงจานทมแผนแมเหลกสนามหลายขวบางๆ และประเภทโรเตอรทมโครงสรางเปนพ
ลาสตคขนรปทตงใจทาใหไมสมดลซงประกอบดวยคอยลไรแกนสองชดผกมดตดกน แปรงโลหะและตว
สบเปลยนแบบแบนเปดปดพลงงานใหกบคอยลของโรเตอร
15
2.1.13 มอเตอรแบบโรเตอรแพนเคกหรอแกน axial
การออกแบบมอเตอรทคอนขางไมปกตของมอเตอรแบบหนงคอมอเตอรแบบอเมเจอรบนโรเตอร
เปนแผนวงจรพมพหรอมอเตอรแพนเคกทมขดลวดเปนรปจานเหมอนแผน CD ทหมนอยระหวางอารเรย
ของแมเหลกพลงสง แมเหลกหลายตวจะจดเรยงเปนวงกลมบนสเตเตอรแบนหนหนาแมเหลกเหลานนไป
ทางโรเตอรโดยมระยะหางเปน air gap การออกแบบลกษณะนเปนทรจกกนทวไปวาเปน มอเตอรแพนเคก
เพราะมลกษณะทแบนมาก แมวาเทคโนโลยแบบนจะมชอหลายยหอตงแตเรมตน เชน ServoDisc
อเมเจอรแผนพมพ(เดมทาบนแผนวงจรพมพ)ทาจากแผนทองแดงเจาะรหลายแผนเคลอบเขาดวยกน
โดยใชวสดททนสมยใหอยในรปของแผนแขงบาง มการผลตจะออกมาทไมซ ากนใน โลกมอเตอรใชแปรง
โดยทมนจะมตวแหวนสบเปลยนอยดวย แปรงจะสมผสโดยตรงบนพนผว อเมเจอรทาใหการออกแบบทง
ชดมขนาดเลกมาก
วธการผลตทางเลอก คอการใชลวดทองแดงวางเรยบกบตวสบเปลยนทวไปพนเปนรปทรงดอก ไม
และกลบดอก ขดลวดจะมความเสถยรโดยทวไปโดยการปดผนกดวยอพอกซไฟฟา ระบบจะเตมอพอกซทม
ความหนดผสมปานกลาง และใหเวลาทเจลนาน
ขอไดเปรยบทไมซ าแบบใครของมอเตอร DC ไรเหลกคอไมมการ cogging (การเปลยนแปรงของ
แรงบดทเกดจากการเปลยนแปลงดงดดระหวางเหลกและแมเหลก) eddy current ทแฝงอยไมสามารถรวมตว
กนในโรเตอรเนองจากมนไรเหลกโดยสนเชง แมแตโรเตอรยงถกเคลอบ สงนสามารถเพมประสทธภาพได
อยางมาก แตตวควบคมความเรวตองใชอตราการเปลยนสงทสงขน(>40 kHz) หรอ DC อนเนองมาจากแรง
เหนยวนาแมเหลกไฟฟาลดลง
มอเตอรเหลานแตเดมถกคดคนมาเพอขบ capstan ของตวขบเทปแมเหลกในอตสาหกรรม
คอมพวเตอร ทตองใชเวลานอยทสดทจะถงความเรวใชงานและระยะทางในการหยดใหสนทสด เปนสง
สาคญ มอเตอรแพนเคกยงคงมการใชกนอยางแพรหลายในระบบควบคมเซอรโวประสทธภาพสง ทควบคม
หนยนต อตสาหกรรมอตโนมตและอปกรณการแพทย เนองจากความหลากหลายของการสรางทใชไดใน
ขณะน เทคโนโลยถกนามาใชในการใชงานจากวงการทหารทมอณหภมสง ถงปมตนทนตาและเซอรโว
พนฐาน
16
รปท 2.5 แสดงมอเตอรแบบแพนเคก
2.1.14 มอเตอรสเตป
มอเตอรสเตปเปนมอเตอรประเภทหนงทใชบอยเมอตองการการหมนทแมนยา โรเตอรของมอเตอรส
เตปประกอบดวยแมเหลกถาวร หรอโรเตอรสนามแมเหลกออนกบขวแมเหลกสาคญทถกควบคมโดยชด
ของแมเหลกภายนอกทถกสลบดวยระบบอเลกทรอนกส มอเตอรสเตปอาจจะคดวาเปนลกผสมระหวาง
มอเตอรไฟฟา DC และขดลวดหมน ในขณะทแตละขดถก energized ไปตามลาดบ โรเตอรจะวางตวเองใน
แนวสนามแมเหลกทผลตโดยสนามพลงขดลวด แตกตางจาก มอเตอรซงโครนสในการประยกตใช มอเตอร
จะไมหมนอยางตอเนอง; มนจะ"กาวทละขน" คอหมนและหยด จากตาแหนงหนงไปยงอกตาแหนงหนงไป
ตามสนามขดลวดทถกจายพลงและหยดจายพลงตามลาดบ โรเตอรอาจหมตไปขางหนาหรอไปขางหลง และ
มนอาจเปลยนทศทาง หยด เรวขน หรอ ชาลง ในเวลาใดกได
ตวขบมอเตอรสเตปอยางงายจะจายพลงหรอหยดจายพลงใหกบขดสวดสนามรวดเดยวใหโรเตอรไป
หยดทตาแหนงใดกได ไดรเวอรทซบซอนมากขน สามารถควบคมพลงทจายใหขดลวดสนามตามสดสวน
ชวยใหโรเตอรหยดในตาแหนงระหวางฟนเฟอง ซงจะทาใหการหมนเปนไปอยางราบรนมาก โหมดการ
ทางานลกษณะน มกจะเรยกวา microsteppingมอเตอรสเตปทควบคมดวยคอมพวเตอรเปนหนงในรปแบบท
หลากหลายมากทสดของระบบการวางตาแหนง โดยเฉพาะอยางยง เมอมสวนหนงของระบบการควบคม
เซอรโวแบบดจตอล
มอเตอรสเตปสามารถหมนไปทมมทเฉพาะเจาะจงดวยขนตอนทไมตอเนองไดอยางงายดาย และดวย
เหตน มอเตอรสเตปจงถกใชสาหรบวางตาแหนงหวอาน/เขยนในเครองฟลอปปดสเกตของคอมพวเตอร
พวกมนถกนามาใชเพอวตถประสงคเดยวกนในดสกไดรฟของคอมพวเตอรกอนยคจกะไบต ทใหความ
แมนยาและความเรวทเพยงพอสาหรบการวางตาแหนงทถกตองของ หวอาน/เขยนของฮารดดสกไดรฟ เมอ
ไดรฟมความหนาแนนของขอมลเพมขน ขอจากดของ ความแมนยาและความเรวของมอเตอรสเตป ทาให
พวกมนลาสมยและสญเสยตวามสามารถในการแขงขนสาหรบฮารดดสก ฮารดดสกไดรฟรนใหมใช
17
ขดลวดเสยงเปนตวขบเคลอนหวอาน (คาวา "วอยซคอยล" หมายถงโครงสรางในลาโพง(ชนดกรวย)ทวไป
โครงสรางนถกใชวางตาแหนงหวอานอยพกหนง ไดรฟททนสมยจะมขดลวดบนเดอยหมน ขดลวดจะโยก
ไปขางหนาและไปขางหลง เหมอนกบใบพดของพดลมทกาลงหมน. อยางไรกตาม เหมอนกบวอยซคอยล
ตวนาคอยลตวกระตนททนสมย (ลวดแมเหลก)เคลอนทตงฉากกบเสนแรงสนามแมเหลก)
มอเตอรสเตปมกจะใชในเครองพมพคอมพวเตอร สแกนเนอรแสง และ เตรองถายเอกสารแบบ
ดจตอล หวพมพ(ของ dot matrix และเครองพมพองคเจท)และลกกลงปอนกระดาษ ในทานองเดยวกน
plotters คอมพวเตอรจานวนมาก (ซงตงแตชวงตนทศวรรษ 1990 ไดถกแทนทดวยองคเจทขนาดใหญ และ
เครองพมพเลเซอร) ทใชมอเตอรสเตปแบบโรตารสาหรบ ปากกาและลกกลง; ทางเลอกทวไปมทงมอเตอรส
เตปเชงเสน หรอ servomotors ทมระบบการควบคมอนาลอกวงปด
สงทเรยกวานาฬกาขอมอควอทซแอนะลอกประกอบดวยมอเตอรสเตปธรรมดาทมขนาดเลกทสด
ไดแกคอยลหนงชดทกนไฟนอยมากและโรเตอรแมเหลกถาวร มมอเตอรชนดเดยวกนเพอขบนาฬกาควอทซ
พลงงานแบตเตอร บางสวนของนาฬกาเหลาน เชน chronographs, ม มากกวาหนงมอเตอรสเตป
ทเกยวของอยางใกลชดในการออกแบบมอเตอรซงโครนส AC สามเฟส, มอเตอรสเตปและ SRMs
จะจดเปนประเภทมอเตอรรลกแตนซปรบได. มอเตอรสเตปยงมกจะใชในเครองพมพ คอมพวเตอร
สแกนเนอร และเครองคอมพวเตอรควบคมเชงตวเลข (CNC ) เครองจกร เชนเราตเตอร, ตวตดพลาสมา และ
เครองกลงซเอนซ
รปท 2.6 มอเตอรสเตปใชโรเตอรทาดวยเหลกออน
18
2.2 เครองสบนา
หลกการทสาคญของเครองสบน าในการสบน า คอ การทใบจกร (Impellers) ซงถกแรงบดของเพลา
บดใหเครองทรอบแกนเพลาดวยความเรวสงในกอนของเหลว บานกงหน (Blade) จะเบยดกบของเหลว ทา
ใหของเหลววงเรวขน และมความเรวเชงมมสงขน มหวความดนสง เมอหลดออกจากชองของบานกงหน
แลวกยงวงดวยความเรวสงตอไป ในสบบางชนดจะลดความเรวของของเหลวนลงดวยเปลอกหอยโขง
(Volute Casing) จะทาใหความเรวลดลงแตหวความดนเพมขนของไหลไปไดไกลยงขน หรอขนสงได
กวาเดม
2.2.1 ความสาคญ
เครองสบน าเปนอปกรณทชวยสบน าหรอทาใหน าเคลอนทจากตาแหนงหนงไปยงอกตาแหนงหนง
ปจจบนเครองสบน าเปนอปกรณทมความจาเปนสาหรบบานพกอาศยโดยเฉพาะอาคารชดหรออาคารทม
ความสงหลายชน เครองสบน าทางานโดยใชพลงงานไฟฟา ความรและความเขาใจเกยวกบปจจยทมผลตอ
ประสทธภาพพลงงานของเครองสบน า จะชวยใหทราบถงแนวทางในการใชงานและบารงรกษาเครองสบน า
อยางถกวธจะทาใหประหยดน าและไฟฟา
2.2.2 ความรเบองตนเกยวกบเครองสบนา
เครองสบน าหรอ ปมน า เปนอปกรณสาหรบขบเคลอนของเหลวหรอกาซผานทางระบบทอปด (Pipe)
ไปสจดหมายการใชงานทตองการโดยการเพมความดนและเพมพลงงานใหแกของไหลนนๆ เปนผลให
ของเหลว นนเคลอนทจากจดหนงไปยงอกจดหนง หรอจากระดบหนงไปยงอกระดบหนง แตกลไกทใชใน
การเพมพลงงานใหของเหลวไมไดจากดอยเฉพาะใบพด อาจเปนไดทงใบพด (Impeller) เกลยว (Screw)
ลกสบ (Piston)ไดอะแฟรม (Diaphragm) เฟอง (Gear) และกลไกอนๆ ซงสามารถทจะถายทอดพลงงาน
ใหกบของเหลวได ซงเครองแตละแบบมความเหมาะสมในการใชงานตางๆ แตกตางกนออกไป การเลอกใช
จะตองพจารณาถงปจจยตางๆ ทเกยวของอกมากมายหลายอยาง ดงรป
19
2.2.3 ประเภทของเครองสบนา
ปมน าสามารถจดแบงประเภทไดหลายรปแบบ และมการเรยกชอแตกตางกนออกไปมากมาย ซงแตท
นยมแบงมอย 2 แบบดวยกน คอแยกตามลกษณะการเพมพลงงานใหแกของเหลว หรอการไหลของ
ของเหลวในปม ซงไดแก • ประเภทแบบปมแรงเหวยง (Centrifugal Pump) เปนปมทมการทางานโดยการ
เพมพลงงานใหแกของเหลวโดยอาศยแรงเหวยงหนจดศนยกลาง ปมแบบนบางครงเรยกวาเปนแบบ Roto –
dynamic
• ประเภทโรตาร (Rotary Pump) เปนปมทมการทางานโดยการเพมพลงงานใหแกของเหลวโดยอาศย
การหมนของฟนเฟองรอบแกนกลาง
• ประเภทลกสบ (Reciprocating Pump) เปนปมทมการทางานโดยการเพมพลงงานใหแก
ของเหลวโดยอาศยการอดโดยตรงในกระบอกสบ
• ประเภทพเศษ (Special Pump) เปนปมทมลกษณะพเศษไมสามารถจดใหอยในสามประเภทขางตน
แยกตามลกษณะการขบดนของเหลวในปม ซงแบงออกไดเปน 2 ประเภทดวยกนคอ
• ปรมาตรแทนทเชงบวก หรอแทนทโดยตรง (Positive Displacement)
ปมน าประเภทปรมาตรแทนทเชงบวก หรอแทนทโดยตรง เปนปมชนดทมการถายเทพลงงานใหแก
ของไหลแบบไมตอเนอง โดยการดดของไหลเขาไปในหองปดแลวลดปรมาตรของหองนนใหเลกลงเพอให
ความดนเพมขน โดยปมทจดอยในประเภทน คอ ปมลกสบ (Reciprocating Pump) และปมโรตาร
(RotaryPump) ปมชนดนจะจายของไหลดวยปรมาตรทแนนอนคาหนงตอการหมนรอบหนงของเพลา และ
สามารถรบความดนทสงขนในระบบไดด ปมประเภทนเหมาะสาหรบสบของไหลในปรมาณทไมมากนก
แตตองการเฮดในระบบทสง
ปมแบบลกสบจะมลกษณะการเคลอนทกลบไปกลบมา โดยมลกสบทาหนาทในการอดของไหล
ภายในกระบอกสบใหมความดนสงขน ของเหลวทใชปมประเภทนจะตองมความสะอาดเพยงพอทไมทา
ใหชนสวนทเคลอนทภายในกระบอกสบเกดการสกหรอทเรวขน การอดตวของของไหลแตละครงจะ
เปนจงหวะตามการเคลอนทกลบไปมาของลกสบ ไมมการตอเนองกนจงทาใหการไหลของของไหลม
ลกษณะเปนหวงๆ (Pulsation)
20
รปท 2.7 ลกษณะของการทางานของปมลกสบในจงหวะดด (ซาย) จงหวะจาย (ขวา)
ปมโรตารทางานโดยเพมพลงงานใหแกของเหลว โดยอาศยการหมนของชนสวนทเรยกวาโรเตอรร
อบแกนกลาง ซงหมนเพอทาใหเกดความแตกตางของความดนภายในระบบ ของเหลวจะถกดดเขาและอดให
เกดแรงดนสงขนแลวปลอยออกมาทางดานปลอย การหมนของโรเตอร จะกอใหเกดการแทนทขอของเหลว
ขนอยางตอเนอง ทาใหของไหลทไหลผานปมมอตราการไหลอยางตอเนองตลอดเวลา ปมแบบนจะมอตรา
การสบตากวาปมประเภทอนๆ เนองจากอตราการแทนทของเหลวมคาต า
รปท 2.8 ปมโรตารชนดปมเฟอง (ซาย) และแบบแผนกวาด (ขวา)
• ไคเนตกส (Kinetic) หรอปรมาตรแทนทไมเชงบวก (Non-positive Displacement)
ปมน าประเภทไคเนตกส เปนปมชนดทมการถายเทพลงงานอยางตอเนอง เพอเพมความเรวใหแกของ
ไหล โดยการใชใบพดทหมนดวยความเรวสงสงถายพลงงานเขาสของไหลโดยตรง ไมมการกกไวใน
ชวขณะใดเลย โดยปมทจดอยในประเภทนไดแก ปมแรงเหวยงหนศนยกลาง (Centrifugal Pump) ปมแบบ
ไหลตามแกน (Axial Flow Pump) และปมแบบไหลผสม (Mixed Flow Pump)
21
ปมแรงเหวยงหนศนยกลาง นยมใชอยางแพรหลาย ชนสวนทหมนอยภายในเรอนปมจะทาใหเกดการ
ขบดนของไหล ของไหลทถกสบจะไหลผานเขาสชองทางเขาซงขนานกบพนระนาบ และถกผลกดนออกไป
ตามแนวรศมของใบพด ตงฉากกบเพลา ดงรป
รปท 2.9 ลกษณะการทางานของ Centrifugal Pump
ปมแบบไหลตามแกนทางานโดยใหของเหลวไหลเขาและออกขนานกบเพลา สามารถใชไดกบของ
ไหลทมสารแขวนลอยปะปนมาดวย นยมใชมากในโรงงานอตสาหกรรมตางๆ ซงตองการความดนตาๆแตม
อตราการไหลสง ดงรป
รปท 2.10 ปมแบบไหลตามแกน Axial Flow Pump
ปมแบบไหลผสมจะขบเคลอนของเหลวทไหลเขามาในทศทางขนานกบเพลา ใหไหลออกจากปม
โดยทามมกบเพลาตงแต 45 – 80 องศา การไหลทงในแนวแกนและในแนวรศมของใบพดจะทาใหเกดแรง
ในแนวรศมและแรงในแนวแกนขน ชวยในการขบดนของไหล นยมใชกบงานทตองการความดนตาๆ แตม
อตราการไหลสง
22
รปท 2.11 ปมแบบผสม Mix Flow Pump
จากวธจาแนกประเภทของปมน าทกลาวมาขางตน สามารถสรปเปนแผนภมการจาแนกประเภทปม
น าตามวธขางตนไดดงรปท 2.12
รปท 2.12 การจาแนกประเภทปมน า
23
2.2.4 ลกษณะของเครองสบนา
การแบงลกษณะของปมใบพดหมน (Turbo Pump) ปมน าใบพดหมนอาจแบงแยกงายๆ ตามลกษณะ
ใบพดได 3 ชนดดงน
ปมหอยโขงแรงเหวยงหนศนย (Centrifugal Pump) เฮดน าเกดจากแรงเหวยงหนศนยจากการหมน
ของใบพด ใชกนอยางแพรหลาย สามารถใชเฮดน าสง
ปมน าการไหลแบบผสม (Mixed Flow Pump) ปมชนดนเฮดน าเกดจากแรงเหวยงหนศนยของใบพด
สวนหนง และเกดจากแรงดงน าของใบพด (Impeller Lift) อกสวนหนง
ปมน าการไหลตามแนวแกน (Axial Flow Pump) เฮดน าจากปมประเภทนเกดจากแรงทใบพดกระทา
ตอของเหลวตามแนวแกน ปมชนดนใชกนแพรหลาย เมอตองการปรมาณการไหลมาก และเฮดตา
2.2.5 เครองสบนาชนดหอยโขง
2.2.5.1 หลกการทางานของเครองสบนาชนดหอยโขง เครองสบนาชนดโวลท ดดนาและสงนาได
อยางไร ?
ในสมยทเราเปนเดกเราคงเคยทดลองเลน โดยใหน าหยดบนรมทกาลงหมนใชไหม? น าหยดเลกๆ จะ
ถกเหวยงใหกระจายออกจากรมทกาลงหมนอยนนในทานองเดยวกนถาเราขวางตมฆอน เราตองหมนตวเรา
ใหเรวทสดกอน เพอทจะขวางตมคอนใหไดไกลทสดเทาทจะไกลไดขอใหเรามาทาการทดลองดสกอยาง
โดยอาศยเครองมองายๆ ทปรากฏในรปขางซายมอน เมอใบพด (impeller) ทกนของอปกรณหมนน าจะหมน
ตามไปดวย การหมนทาใหผวน ายบตวต าทสดตรงสวนกลาง และระดบน าสงสดตามบรเวณขอบของ
อปกรณ เหตผลกคอวาน าเคลอนทออกจากศนยกลางของการหมนภายใตการกระทาของแรงหนศนยกลางท
เกดจากการหมนนน ความดนภายในของนาจะลดทบรเวณศนยกลางแตจะเพมมากขนทบรเวณขอบโดย
หลกการแลวเครองสบน าชนดโวลทกเหมอนกบอปกรณทดลองทแสดงมาแลวขางบนน คอเมอใบพดใน
เครองสบหมน ความดนของน าจะเพมมากขน เพราะแรงหนศนยกลางน าจะถกเหวยงออกจากบรเวณ
ศนยกลางการหมนอยางตอเนอง
24
2.2.5.2 ลกษณะของเครองสบนาชนดหอยโขง
โดยปกตเราจะใชตวแปร 4 ตวแปร เปนเครองบอกลกษณะการทางานของเครองสบน าแตละขนาด
ลกษณะการทางานของเครองสบน าแตละขนาดโดยใชตวแปร 4 ตวเปนตววดเรยกวา พฤตลกษณะ
(characteristic) ของเครองสบ ตวแปรเหลานไดแกอตราการสบ ,เฮดหรอความสงของน าทสามารถสงขนไป
ได ,กาลงทเพลา และประสทธภาพ
1. อตราการสบ (Flow Rate) หมายถงปรมาณ หรอจานวนของน าทเครองสบแตละเครองสบไดตอ
หนวยของเวลา โดยมากจะใชหนวยของอตรสบ ม3 /นาท หรอ ลตร/นาท อยางไรกตามขนาดของเครองสบ
นยมเรยกตามขนาดของทอดด ดงนนมาตรฐานอตสาหกรรมญปน (JIS) จงไดจดทาตารางเครองสบทแสดง
ความสมพนธระหวางขนาดทอดดทเหมาะสมทอตราการสบหนงๆ ดงแสดงในตารางดานซายมอ
2. เฮด (Head) คอแรงดน หรอความสงทเครองสบน าทาได ถอเปนธรรมเนยมวาใหใช หนวยความสง
ของน าทเปนคาเฮด และใชหนวยเปนเมตร (ม.) พฤตลกษณะของเครองสบแบบโวลทกคอ อตราการไหลจะ
เปนปฎภาคกลบกบเฮด หรออกนยหนงกคอวาถาอตราการไหลสงเฮดจะตา และถาอตราการไหลตาเฮดจะ
สง เราสามารถสรางชารตแสดงความสมพนธของอตราการไหลกบเฮดไดโดยใหเฮดอยในแนวแกนตง และ
อตราการไหลในแนวแกนนอน อตรการไหลทเฮดตางๆ เมอกาหนดแตละคา และเชอมตอจด (พลอต)
เหลานดวยกนกจะไดเสนโคงทลดตาลงจากซายไปขวาดงรปทแสดงทางซายมอ
3. กาลงเพลา (Shaft power) กาลงของเครองดนกาลงเปนสงจาเปนสาหรบการขบเพลาของเครองสบ
น าใหหมนตามรอบทกาหนด กาลงเครองฉดถายทอดผานเพลาไปสเพลาของเครองสบน า เรยกวา กาลงเพลา
ถาเราจะสรางชารตแสดงใหเหนความสมพนธระหวางกาลงเพลากบอตราการไหล เรากสามารถทาได
เชนเดยวกบชารตแสดงความสมพนธของเฮดกบอตราการไหล โดยใหแกนนอนเปนอตราการไหล
เหมอนเดม แตใหแกนตงเปนกาลงเพลาแทน ในกรณเชนนกราฟจะโคงตกจากขวาไปซาย กาลงของเครอง
สบจะตองมมากพอทจะชดเชยกาลงทสญเสยไปในเพลา โดยปกตแลวจะใชมอเตอรไฟฟาเปนเครองดน
กาลง ในกรณอยางนจะคดเปนกโลวตต (kW) แตถาเปนเครองสบเปนเครองยนตกาลงสบคดเปนแรงมา (PS)
ประสทธภาพ (Efficiency) สดสวน (ratio) ของงานทไดจากเครองสบ (หมายถง กาลงทใชในการยก
น าทางทฤษฏ) เมอเปรยบเทยบกบกาลงของเพลาทไดจากเครองฉด เรยกวาประสทธภาพ คานมกจะแสดง
หนวยเปนเปอรเซนต (%) เสนโคงแสดงพฤตลกษณะของเครองสบน าเมอใชแกนตงเปนประสทธภาพ และ
แกนนอนเปนอตราการไหล
25
2.3 สงทควรรในการซอปมนา
1. รปรมาณน า
2. รจานวนแรงมา
3. รขนาดทอดดทอสงของปมวากนว
4. ไฟทใชวากเฟส
5. รระยะทางการสงน า
2.3.1 การเลอกซอปม
1.รรายละเอยดการใชน า เชน ถาจะตดตงสปรงเกลอรตองรปรมาณน าและแรงดนของสปรงเกลอร
2.เลอกปมน า ใหเหมาะสมกบการใชงาน เชน ปมทะเล/เคมสาหรบสบน าทะเลหรอเคม, ปมหอยโขง
สาหรบงานเกษตร,งานสปรงเกลอร,งานประปาหมบานหรองานดบเพลง , ปมแชสาหรบงานดดน าบาดาล,
น าดหรอน าเสย
3.เลอกขนาดของปม ในการเลอกปมตองดวาปมสามารถจายปรมาณน าไดมากแคไหนเพยงพอกบ
การใชงานหรอไมและทแรงดนน าทตองการ เชน
– ปรมาณน า 280 ลตร/นาท หรอ 30 m3 / h (ลกบาศกเมตร / ชวโมง)
-แรงดน5บาร(10 m=1bar ) ระยะทางสง50เมตรเทากบ 5บาร
– ขนาดมอเตอร 220 V.หรอ380 V (Volt แรงดนไฟฟาทจายเขามอเตอร)
-50 Hz. (Hertz ความถไฟฟาทมอเตอรใช)
– 400 W. (Wat กาลงไฟฟาทมอเตอรใช)
– 1.6 A. ( Amp กระแสไฟฟา ทมอเตอรใช)
2.1.2.7.1 ปายรายละเอยดขางปม(Name Plate)
ทดานขางของปมสวนใหญจะแสดงรายละเอยดตางๆของปมไวคราวๆ
– ขนาดมอเตอร เชน 220 V. (Volt แรงดนไฟฟาทจายเขามอเตอร)
50 Hz. (Hertz ความถไฟฟาทมอเตอรใช 50 เฮรท)
200 W. (Watt กาลงไฟฟาทมอเตอรใช 200 วตต)
1.2 A. ( Amp กระแสไฟฟา ทมอเตอรใช 1.2 แอมป)
รายละเอยดของมอเตอรน ไมไดใหขอมลโดยตรงเกยวกบความสามารถในการจายน าของปมน า แตก
ประมาณคราวๆได ซงอาจไมเหมาะสมกบการใชงาน
26
– ความสามารถของปม เชน
Q 0.6 – 2.4 m3 / h หมายถงอตราการจายน าของปม ซงสามารถจายน าไดปรมาณ 0.6
ถง 2.4 ลกบาศกเมตร (m3) ในเวลา 1 ชวโมง (h) ซงอตราการจายน านจะสมพนธกบความสงของปลายทอ
หรอกอกทปลอยน าออก
H 1 – 8 m หมายถงปมสามารถสรางแรงดนน า เทยบเปนความสงของน าทปมสามารถ
จายน าได ซงสามารถจายน าไดทความสงของปลายทอสง 1 ถง 8 เมตร (m)
อตราการไหลของน าและแรงดนน า มความสมพนธกนโดยทแรงดนสงจะจายน าไดปรมาณนอย ท
แรงดนตาจจายน าไดปรมาณมาก ดงตวอยางปมขางบน
ถาเปดกอกจายน าออกทความสง 1 เมตร จะจายน าไดในอตรา 24 ลกบาศกเมตรตอชวโมง และถา
เปดกอกจายน าทความสง 8 เมตร จะจายน าไดในอตรา 0.6 ลกบาศกเมตรตอชวโมง ดงนนทกอกน าชนบน
น าจะไหลเบากวาชนลาง
ปมราคาถก บางยหอบอกรายละเอยดความสามารถของปมไมครบถวน ทาใหเกดความเขาใจผด คอ
บอกเฉพาะคาสงสดทปมทางานได เชน
Q MAX 3 m3 / h
h MAX 12 m
แหมเหนรายละเอยดแบบนพาใหเขาใจวาปมนสามารถจายน าไดในอตราการไหล 3 ลกบาศกเมตรตอ
ชวโมง ทความสง(แรงดน) 12 เมตร อยางนบานสชนสง 10 เมตร กใชไดสบายส… เขาใจผดนะ (ไมรวาคน
ทาปมตงใจใหเขาใจผดหรอเปลา)
ทจรงเปนวาปมนสามารถจายน าไดอตราการไหลสงสด 3 ลกบาศกเมตรตอชวโมง ซงโดยทวไปจะ
เกดทความสงปลายทอตามากหรอทหนาปมแคนนเอง และสามารถสงน าไดสงสด 12 เมตร โดยทวไปท
แรงดนสงสดอตราการไหลตามากแทบจะไมไหล พอเราเอาปมนไปตดตง พอเปดกอกทชนส สง 10 เมตร
น ากไหลจดนงพอใหรวามน าไหลแตไมพอใชงาน….
27
2.3.2 กราฟของปม
ปมยหอดๆ สวนใหญแสดงความสามารถในการทางานของปมดวยกราฟ โดยแกนตงเปนแรงดนน า
แกนนอนเปนอตราการจายน า หรอกลบกนกได และมเสนโคงบนกราฟ แสดงวาทตาแหนงความสงตางๆ
นน ปมจะสามารถจายน าไดในอตราการไหลเทาไหร ซงจะเลอกไดละเอยด เหมาะสมมากขน ถาเปนปมน า
สาหรบอตสาหกรรมจะมเสนประสทธภาพอยในกราฟดวย เพอจะเลอกใชงานปมในชวงทประสทธภาพ
สงสด
การเลอกใชปมนนควรเลอกใชในชวงกลางๆของความสามารถของปม ไมควรเลอกใชท
ความสามารถสงสดทปมทาได ซงจะใหประสทธภาพดกวาชวงปลาย และถาคนทาปมใหขอมลเกนจรง ปม
กยงรองรบความตองการของเราไดอย
หนวยของคาตวเลขตางๆ ทใชในปมน า
แรงดน โดยปกตหนวยของแรงดนจะบอกเปนขนาดของแรงทกระทาตอหนงหนวยของ
พนท เชน
แรงดนลมทเราเตมยางรถยนต แรงดน 30 ปอนด/ตารางนว (lbs/in2) หมายถง แรงดนทมขนาดแรงกด
30 ปอนดบนพนทขนาด 1 ตารางนว (หนวยวดแบบองกฤษ)
แรงดน 2 กโลกรม/ตารางเซนตเมตร (kgs/cm2) หมายถง แรงดนทมขนาดแรงกด 2 กโลกรมบนพนท
1 ตารางเซนตเมตร (หนวยวดแบบเมตรก)
ทหนวยมหลายแบบเนองจากในโลกมมาตราของหนวยตางๆหลายมาตรฐาน อยางของไทยกมหนวย
วดความยาว และน าหนกของไทย แตไมนยมใช
ในการบอกขนาดแรงดนของปม นยมบอกขนาดแรงดนเปนความสงของน า โดยสามารถประมาณคา
ไดดงตารางขางลาง
ความสงน า แรงดนประมาณ
10 เมตร 1 kgs/cm2
14.7 lbs/in2
1 bar
— อตราการไหล หรอปรมาณการจายน า โดยปกตจะบอกเปนหนวยของปรมาตรตอหนงหนวยเวลา
เชน
อตราการไหล 1 ลกบาศกเมตรตอชวโมง (m3/h) หมายถงน าไหลไดปรมาตร 1 ลกบาศกเมตรในเวลา
1 ชวโมง
28
อตราการไหล 50 ลตรตอนาท (l/min) หมายถงนาไหลไดปรมาตร 50 ลตรในเวลา 1 นาท
2.4 เฮด (Head)
การเขาใจถงพลงงานของของไหลเปนสงจาเปนในการวเคราะหการทางานและการกาหนดขนาดของ
ปม พลงงานของของไหลประกอบดวยพลงงานสามสวนคอ พลงงานเนองจากความดนของของไหล
พลงงานจลนเนองจากความเรวของของไหล และพลงงานศกยเนองจากความสง พลงงานทงสามสวนนจะม
หนวยในการคานวณเปนหนวย จล (J)
เมอนาพลงงานของไหลมาคานวณเทยบกบน าหนกของของไหล จะมหนวยเปนความสงของของ
ไหลและเรยกวาเฮด มหนวยเปนเมตร (m) ในะบบ SI หรอ นว (in) ในระบบองกฤษ เฮดทงหมดทใชในการ
วเคราะหในระบบปมน าหรอ Total Dynamic Head (TDH) ประกอบดวย พลงงานสามสวนของของไหลของ
ไหลทกลาวมาขางตนและพลงงานทสญเสยไปในระหวางการไหล กลาวคอ เฮดความดน เฮดความเรว เฮด
ความสง และเฮดการสญเสยรวม
2.4.1 เฮดความดน (Pressure Head, HP)
คาความดนนอกจากจะบอกเปนแรงตอหนงหนวยพนท เชน นวตนตอตารางเมตร (N/m2) หรอ
ปอนดตอตารางนว (psi) แลว ถาเปนความดนของของเหลวกมกจะนยมบอกเปนแทงความสงของของเหลว
ทจะกอใหเกดความดนทกาหนดบนผวหนาซงรองรบแทงของเหลวนน ความดนซงบอกเปนแทงความสง
ของของเหลวนเรยกวา เฮดความดน (Pressure Head) โดยความสมพนธระหวางความดน P และเฮดความดน
HP คอ
เมอ γ คอ น าหนกจาเพาะ มหนวยเปน N/m3
ρ คอ ความหนาแนนของของเหลว มหนวยเปน kg/m3
g คอ ความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก มหนวยเปน m/s2
เฮดความเรว (Velocity Head, HV)
29
ของเหลวทไหลในทอหรอทางน าเปดดวยความเรวใดๆ นนมพลงงานจลนอย พลงงานสวนนเมอ
บอกในรปของเฮดความเรว คอ
เมอ V คอ ความเรวของการไหล มหนวยเปน m/s
เฮดความเรวอาจใหคาจากดความอกอยางหนงวา เปนความสงทของเหลวตกลงมาดวยแรงดงดดของ
โลก จนไดความเรวเทากบความเรวในการไหลของของเหลวนน
เฮดสถตย (Potential Head, Z)
เฮดสถตย คอระยะทางตามแนวดงของของเหลวทไหลผานทอหรอทางน าเปดซงมพลงงานศกยอย
ภายใน พลงงานศกยสวนน สามารถเขยนในรปเฮดความสงไดเปน
เฮดความสง = Z
เฮดการสญเสยรวม (Total Head Loss, HL)
Osborne Reynolds วศวกรชาวฝรงเศสไดทาการทดลองเพอแบงรปแบบการไหลของของไหล โดย
กาหนดตามอตราสวนของแรงเฉอย ตอแรงหนด (หรอแรงทเกดเนองจากความฝดของของไหล) และเรยก
อตราสวนของแรงเฉอยกบแรงหนดนวา คาเรยโนลด (Re) คานวณหาไดจากสมการ
เมอ V = ความเรวการไหลในทอ (m/s)
D = ขนาดวดผานศนยกลางทอ (m)
ρ = ความหนาแนนของไหล (kg/m3)
μ = ความหนดสมบรณ (N.s/m2)
υ = ความหนดจลน (m2/s)
30
ถาคา Re ≤ 2000 ถอวาเปนการไหลแบบราบเรยบ
Re ≥ 4000 ถอวาเปนการไหลแบบปนปวน
2000 ≤ Re ≤ 4000 ถอวาเปนการไหลทอยในชวงการเปลยนแปลง
ในขณะทของเหลวไหลผานระบบทอทงทางดานดดและดานจาย พลงงานหรอเฮดในการไหลสวน
หนงจะสญเสยไปเนองจากความฝดระหวางของเหลวกบผนงภายในของทอ และพลงงานหรอเฮดในการ
ไหลอกสวนหนงจะสญเสยไปเนองจากการสญเสยพลงงานจลนเมอไหลผานอปกรณตางๆ ผลรวมของการ
สญเสยพลงงานหรอเฮดทงสองสวนนรวมเรยกวาเฮดการสญเสยรวม
ปจจยทมผลตอประสทธภาพพลงงานของปมน า
ประสทธภาพพลงงานของปมน าขนอยกบปจจยหลายประการ นบตงแต ประเภทและคณภาพของปม
น า การออกแบบและการตดตง สภาวะการใชงาน ตลอดจนการบารงรกษา
สภาวะการใชงานปมมผลอยางมากตอประสทธภาพของปม โดยทางทฤษฎแลว ประสทธภาพของ
ปมจะขนอยกบตวแปรสาคญไดแก ความเรวรอบ อตราการไหล และ เฮด (Head) หรอ ระดบความสงของ
การปมตวอยางลกษณะของความสมพนธของตวแปรดงกลาว
รปท 2.13 รปตวอยางความสมพนธระหวางประสทธภาพปมน ากบความเรวรอบ
การใชปมน าภายหลงการออกแบบและตดตง จาเปนตองมการตรวจสอบและบารงรกษาอยอยาง
ตอเนองเปนประจาเพอใหปมทางานอยางปกตและมประสทธภาพ
31
2.5 ระบบทาความเยน (Refrigeration system)
หลกการทาความเยนเปนกระบวนการถายเทความรอนออกจากพนทหนง ซงตองการทาความเยน
โดยความรอนจะถกสงผานน ายาจากนนนายาจะถายเทความรอนใหกบอากาศภายนอกพนทน ายาจะเปน
ตวกลางในการถายเทความรอนโดยอาศยกระบวนการอดน ายาใหเปนไอ กระบวนการควบแนน
กระบวนการขยายตวและกระบวนการระเหย ซงกระบวนการเหลานจะเกดตามสวนตาง ๆ ของระบบ เชน ท
คอมเพรสเซอร ทคอนเดนเซอรทอปกรณควบคมการไหล เปนตนดงนนการเรยนรเกยวกบหลกการทาความ
เยนใน ทนจงเปนสงจาเปน ทงนเพอใหสามารถวเคราะหระบบทาความเยนไดถกตอง และสามารถซอม
บารงระบบใหมประสทธภาพสงสด
การทาความเยน (Refrigeration) คอกระบวนการถายเทความรอนออกจากพนทหรอ วตถทตองการ
ทาความเยน หรอเปนกระบวนการลดอณหภม และรกษาอณหภมของพนทหรอวตถ ทตองการทา ความเยน
ใหต า กวาอณหภมรอบๆ
2.5.1 ระบบทาความเยนแบบอดไอ (Vapor Compression System)
ระบบทาความเยนและ ปรบอากาศทใชในปจจบนอาศยการทางานแบบอดไอนายาทาความเยนดวย
คอมเพรสเซอรเพอนาน ายาททาความเยนแลวกลบมาใชอก น ายาทาความเยนจะไหลเวยนภายในระบบปด
อยตลอดเวลา ในระบบทาความเยนแบบอดไอ ประกอบไปดวยอปกรณหลก คอ คอยลเยน คอมเพรสเซอร
คอนเดนเซอร และอปกรณควบคมการไหล ซงอปกรณแตละสวนมหนาทดงน
คอยลเยน (Evaporator) ทา หนาทดดความรอนจากพนท หรอวตถทตองการทาความ เยน ไปใชใน
การเดอดกลายเปนไอของน ายา
คอมเพรสเซอร (Compressor) ทาหนาท ดดน ายาใหไหลเวยนภายในระบบพรอมกบอดไอนายาทม
ความดนตา ใหเปนไอน ายาทมความดนสงและอณหภมสง
คอนเดนเซอร (Condenser) ทาหนาทระบายความรอนใหกบไอนายาทม อณหภมสง ออกสอากาศ
ภายนอกระบบ เมอไอน ายาไดรบการระบายความรอนจะเกดการควบแนนเปนน ายาเหลว
อปกรณควบคมการไหล (Expansion Valve) ทาหนาทควบคมการไหลของน ายาทไหลเขาคอยลเยน
32
รปท 2.14 อปกรณหลกในระบบทาความเยน
2.5.2 วฎจกรของการทาความเยน (Refrigeration Cycle)
ในระบบทาความเยนแบบอดไอนายาทาความเยนจะไหลเวยนผานสวนตาง ๆ ของระบบอยตลอดเวลา ในแตละ
รอบนายาจะตองผาน กระบวนการตอไปน คอ
การขยายตว (Expansion) เกดทอปกรณควบคมการไหล
การกลายเปนไอ (Vaporization) เกดทคอยลเยน
การอดไอ (Compression) เกดทคอมเพรสเซอร
การควบแนน (Condensation) เกดทคอนเดนเซอร
2.5.3 การทางานของระบบทาความเยน
ระบบทาความเยนจะทาความเยนได น ายาภายในระบบจะตองไหลเวยนอปกรณททาให น ายา
ไหลเวยนในระบบคอ คอมเพรสเซอรซงเปรยบเสมอนเครองสบทสบน ายาใหไหลเวยนอย ตลอดทระบบ
ทางาน
น ายาทไหลเขาอปกรณควบคมการไหล จะอยในสถานะของเหลวทมความดนสง อณหภมสง
อปกรณควบคมการไหลจะลดความดนของน ายาลง ทาใหจดเดอดของน ายาลดตาลง น ายาทออกจากอปกรณ
ควบคมการไหล จะไหลเขาคอยลเยนเปนละอองน ายา โดยน ายาจะมจดเดอดตากวาอณหภมของวตถทแชอย
ในหองทาความเยน ทาใหเกดการถายเทความ รอนจากวตถทแชไปใหน ายา ๆ เกดการเดอดกลายเปนไอโดย
33
ทอณหภมและความดนของนา ยาคงท ความรอนทใชในการเดอดกลายเปนไอคอ ความรอนแฝงของการ
กลายเปนไอ
น ายาทออกจากคอยลเยนจะอยในสถานะไอทความดนตา อณหภมตาจะถกสงผานทางทอดด เขา
คอมเพรสเซอรขณะทผานทอดดไอของนายาจะไดรบความรอนจากอากาศ รอบ ๆ ทา ใหไอน ายามอณหภม
สงขนแตความดนยงคงท ความรอนชวงนคอความรอนยงยวด
นายาทเขาคอมเพรสเซอรจะอยในสถานะไอทความดนตา อณหภมตา จากนน คอมเพรสเซอรจะอด
ไอน ายาใหมปรมาตรลดลง ทาใหความดนและอณหภมสงขนโดยอณหภมของ ไอจะสงกวาอณหภมไอ
อมตว
ไอน าทออกจากคอมเพรสเซอรจะมอณหภมสงกวาอากาศรอบๆทาใหเกดการระบาย ความรอน
ใหกบอากาศขณะถกสงผานทอจายไปยงคอนเดนเซอรทาใหอณหภมของไอนายาลดลง เทากบอณหภมไอ
น าอมตวแตยงคงสงกวาอณหภมของอากาศรอบคอนเดนเซอร
ไอน าทเขาคอนเดนเซอรจะมความดนสงอณหภมเทากบอณหภมอมตวแตสงกวา อณหภม
ของอากาศรอบ ๆ คอนเดนเซอรทาใหเกดการถายเทความรอน จากไอน าใหกบอากาศ รอบ ๆ คอนเดนเซอร
ผานพนผวคอนเดนเซอร ไอน าเกดการควบแนนเปนของเหลว โดยทความดนและอณหภมยงคงท ความรอน
ทถายเทใหกบอากาศคอ ความรอนแฝงของการควบแนน
น ายาทออกจากคอนเดนเซอร จะอยในสถานะของเหลวอณหภมสง, ความดนสงจะ ไหลเขาถงรบ
น ายา ภายในถงรบน ายาจะประกอบดวยน ายาทอยในสถานะของเหลวกบน ายาทอยใน สถานะไอซงยงไม
ควบแนนลอยอยดานบน
น ายาเหลวจะถกปลอยออกจากถงรบน ายาสงผานทางทอของเหลวเขาอปกรณ ควบคมการไหล
ระหวางทางน ายาซงเปนของเหลวอมตวจะมอณหภมอมตวสงกวาอากาศรอบ ๆ ทอ ทาใหเกดการถายเท
ความรอนจากน ายาไปยงอากาศทาใหอณหภมของน ายาลดลงตากวาอณหภม อมตว ซงกระบวนการนคอ
การซบคลล และเรยกของเหลวทมอณหภมตา กวาอณหภมอมตววา ของเหลวซบคลล ตอจากนการ
ไหลเวยนของน า ยาทาความเยนกจะเรมรอบใหมซงจะ ผานกระบวนการขยายตวกระบวนการเดอดเปนไอ
กระบวนการอดไอและกระบวนการควบแนน กลบเปนของเหลวตามเดมโดยจะหมนเวยนไปเรอย ๆ
ตลอดเวลาของการทางาน
34
ระบบทาความเยนแบบอดไอ (Vapor Compression System) แบงเปน 2 ประเภท คอ
ระบบอดนายาชนเดยว (Single State)
รปท 2.15 ระบบอดน ายาชนเดยว (Single State)
ระบบอดน ายาชนเดยว (Single Stage) เหมาะสาหรบหองอณหภม ตงแต -25 C ขนไป หรอใชทาน าเยน
คอมเพรสเซอรทใช เชน Bitzer รน 4G.2, 6G.2, 6F.2 เปนตน
2.5.4 หลกการทางาน
เมอคอมเพรสเซอรทางาน จะดดไอน ายามาทางทอทางดดจากคอยลเยน และอดไอน ายาออกทาง
ทอสงผานหมอดกน ามน (Oil Separator) เขาสคอนเดนเซอร หมอดกน ามน จะแยกน ามนออกจากไอนายา
แลวสงน ามนกลบเขาคอมเพรสเซอร เพอใชหลอลนในคอมเพรสเซอร สวนของน ามนทดกไวไมหมดจะไป
กบน ายา และคางตามทอ น ายาจะเปนตวพาน ามนสวนนไหลกลบคนเขาคอมเพรสเซอรตอไป
ไอน ายารอนจะถกอดเขาคอนเดนเซอร และถกนาทะเลระบายความรอนออก จนกลายเปนน ายาเหลว และ
ไหลผานไสกรองเพอดดความชนและกรองสงสกปรกออกจากน ายาและน ามนเครอง น ายาจะถกดนไปท
วาลวเอกแปนชน (Expansion Valve) ซงจะมรเลกๆ ทปรบขนาดได คอยปลอยใหน ายาผานเขาไประเหยใน
คอยลเยน (Evaporator) ในปรมาณทพอเหมาะทจะระเหยไดหมดพอด กอนทจะถกดดผาน Accumulator
แลวดดเขาคอมเพรสเซอร แลวอดออกตอไป
35
ระบบอดนายาสองชน (Two State)
รปท 2.16 ระบบอดนายาสองชน (Two State)
ระบบอดน ายา 2 ชน (Two Stage) เหมาะสาหรบใชงานหองทเยนจด (ฟรส) อณหภมตงแต -25 C ลง
ไป คอมเพรสเซอรทใช เชน Bitzer รน S6G.2, S6F.2 เปนตน
รปท 2.17 ระบบอดนายาสองชน (Two State)
36
2.5.5 หลกการทางานระบบอดนายา
ทางานเชนเดยวกบระบบอดน ายาชนเดยว (Single Stage)แตเนองจากคอมเพรสเซอรเรมอดน ายา
ตงแตความดนตา ทาใหการอดเพยงครงเดยวไดความดนไมถง ทาใหน ายาไมรอน และไมมแรงดนพอทจะ
ทาใหไอรอนน ายากลนตวกลบมาเปนของเหลว มาใชงานใหมไดอกครง จงตองมการอดน ายาครงท 2 (Stage
2nd) เพอทจะใหน ายาเหลวกลนตวกลบมาใชใหมทคอนเดนเซอร แตเนองจากความดนเรมตนของการอด
ครงทสองอาจสงเกนไป และรอนเกนไป จะเปนอนตรายตอคอมเพรสเซอร จงจาเปนตองม Expansion
Valve ฉดน ายาเขามาผสมกบไอน ายาทอดจาก Stage 1st เพอไมใหไอน ายากอนอด Stage 2nd รอนจดหรอ
แหงเกนไป ขณะเดยวกนเพอปองกนไมใหน ายาเหลวทฉดเขามา มสภาพของเหลวปนอย จงใช Plate Heat
Exchanger เปนตวแลกเปลยนความรอนกบน ายาเหลวทจะจายให Expansion Valve ทคอยลเยน ทาใหน ายา
ทจายไปคอยลเยนมอณหภมลดลง (Sub Cool) ทาใหทาความเยนไดมากขนดวย
2.6 ระบบวาลว
2.6.1 วาลวแบบ สปรงเชควาลว
รปท 2.18 รปของสปรงเชควาลว
37
สปรงเชควาลว คอ วาลวชนดปดกนน าใหไหลผานไดทางเดยว การทางานของวาลวชนดนจะทางานโดย
อตโนมต คอนาจะไหลผานตววาลวนในทศทางทน าไหลเขา แตถาหากมแรงดนของกระแสน าไหลยอนกลบ
ลนทอยภายในจะปดกนน าทนทเพอหยดไมใหนาทกาลงจะไหลยอนกลบ
2.6.2 วาลวแบบ สปรงฟตวาลว
รปท 2.19 รปของสปรงฟตวาลว
สปรงฟตวาลว คอ วาลวกนน าไหลยอนกลบดวยระบบสปรง และยงมตะแกรงเพอดกกรองตะกอนหรอฝ น
ละอองทปนมากบน า กอนจะไหลเขาไปในปมนา และยงสามารถดกและกกเกบนาไวในทอแลวยงชวยยด
อายการใชงานของปมน า สามารถทนแดงดนไดสงถง 14 บาร รองรบการใชงานไดหลากหลาย เชน ถงเกบ
น าใตดน หรอ บอน าเพอการเกษตร เปนตน
top related