บทที่ 9 การควบคุมแรงบิดและความเร็วรอบของมอเตอร์

เราสามารถออกแบบระบบควบคุมมอเตอร์ให้สามารถควบคุมความเร็วรอบ ความเร่ง ค่าแรงบิด โดยอาศัยความสามารถของอุปกรณ์ควบคุมอย่างเช่น ตัวอินเวอร์เตอร์ VFD ดังนั้นในบทนี้จะกล่าวถึงตัวอุปกรณ์ควบคุมที่สามารถทำงานตามที่เราต้องการได้เป็นหลัก ซึ่งเราจะแบ่งลักษณะการควบคุมออกเป็น 3 ประเภท ดังนี้

  1. งานที่ต้องการควบคุมแรงบิดอย่างเดียว
  2. งานที่ต้องการควบคุมความเร็วรอบอย่างเดียว
  3. งานที่ต้องการควบคุมทั้งแรงบิดและความเร็วรอบพร้อมกัน

ต้องการการควบคุมแรงบิดของมอเตอร์เพียงอย่างเดียว

การควบคุมแรงบิดของมอเตอร์ หรือ Torque Control ที่ต้องการความเที่ยงตรงสูง สามารถควบคุมได้โดยการทำ Loop Feedback โดยอาศัยเซนเซอร์ในการตรวจจับค่าแรงบิด แล้วนำมาป้อนกับให้กับอุปกรณ์ควบคุมมอเตอร์ เช่น VFD หรือ Invertor แต่ในปัจจุบันเทคโนโลยีได้ก้าวหน้าไปไกล จึงได้มีความทำลูปป้อนกลับโดยอาศัยฟังก์ชั่น sensor less หรือบางที่ก็จะใช้คำว่า Vector control ซึ่งล้วนแล้วแต่มีพื้นฐานเดียวกันกันทั้งหมด

งานที่จำเป็นต้องความคุมแรงบิดนั้น เราได้เคยอธิบายไว้แล้วในบทก่อนๆ หน้านี้  เช่น ต้องการควบคุมการม้วนเก็บผ้าสำหรับโรงงานทอผ้า ซึ่งไม่สนใจเรื่องของความเร็วรอบในการม้วนเก็บผ้าสักเท่าไหร่ แต่จะเน้นแรงดึงที่โรลม้วนผ้า เพื่อป้องกันการย่นของหน้าผ้า

อุปกรณ์ที่ใช้ในการควบคุมมอเตอร์ที่ต้องการควบคุมแรงบิดนั้นเราคงไม่สามารถใช้การ Start Motor แบบ DOL หรือ Start Delta ได้ คงต้องมองไปถึงอุปกรณ์ที่เป็น VFD หรือตัวปรับความเร็วมอเตอร์ ซึ่งจะสามารถเลือกรุ่นที่มีฟังก์ชั่นที่สามารถควบคุมแรงบิดได้ ส่วนการ Start Motor แบบ Soft Start นั้นจะไม่สามารถควบคุมแรงบิดของมอเตอร์ได้ในขณะที่มอเตอร์หมุน หรือทำงานอยู่ แต่สามารถควบคุมแรงบิดมอเตอร์ขณะ Start หรือ Stop motor ได้ แต่ก็จะมีใช้เฉพาะบางงานที่จำเป็นเท่านั้น เช่น การควบคุมแรงบิดของมอเตอร์ปั้มขณะหยุดทำงาน เพื่อป้องกันการเกิด Water hammer ในระบบน้ำ ซึ่งเป็นสาเหตุทำให้ปั้มน้ำ หรืออุปกรณ์ในระบบท่อได้รับความเสียหาย

ต้องการการควบคุมความเร็วรอบของมอเตอร์เพียงอย่างเดียว

การควบคุมความเร็วรอบของมอเตอร์แบบ 3 Phase AC induction motor ในอดีตจำเป็นต้องใช้ Motor แบบ 2 speed หรือจะใช้ชุดเกียร์เพื่อช่วยในการเพิ่มความเร็วหรือลดความเร็วมอเตอร์ ซ฿่งสามารถทำได้แต่ไม่ความปรับค่าความเร็วรอบได้อย่างละเอียด จนปัจจุบันได้มีการพัฒนาอิเล็กทรอนิกส์อุตสาหกรรม โดยใช้อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ ในการควบคุมมอเตอร์ ซึ่งจากสมการหาความเร็วรอบของมอเตอร์สามารถหาได้จาก ns = 120f/p ซึ่งมีหน่วยเป็น RPM หรือรอบต่อนาที นั้น จะเห็นได้ว่าเราสามารถปรับค่าความเร็วรอบได้โดยการปรับเปลี่ยนค่าความถี่ที่จ่ายให้กับตัวมอเตอร์ ซึ่งก็จะสามารถปรับได้ตั้งแต่ 0-60Hz หรือมากกว่า จนกระทั้งได้ความเร็วที่ต้องการ แต่ทั้งนี้ก็ต้องดูประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้าเองด้วยว่าสามารถใช้งานได้ที่ความถี่ตั้งแต่เท่าไหร่ เนื่อจากค่าความต้านของขดลวดในมอเตอร์นั้นก็จะเปลี่ยนแปลงตามไป มีผลทำให้มอเตอร์กินกระแสมากขึ้น หรือน้อยลง ซึ่งแปรผันตรงกับค่าความร้อนที่จะเกิดขึ้น

ต้องการควบคุมทั้งแรงบิด และความเร็วรอบพร้อมกัน

สำหรับงานที่ต้องควบคุมทั้งความเร็วรอบและแรงบิดที่เกิดขึ้นกับมอเตอร์ให้ได้ค่าที่เป็นไปตามกราฟ หรือรูปแบบที่ต้องการ ถือว่าเป็นเฉพาะ จำเป็นต้องใช้ตัวความคุมมอเตอร์ที่มีฟังก์ชั่นพิเศษที่มีความฉลาด เนื่องจากตัวคอนโทรลเลอร์เองจะควบคุมทั้งค่าแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และความถี่ที่จ่ายให้กับมอเตอร์เพื่อที่จะสามารถควบคุมทั้งแรงบิด และความเร็วรอบไปพร้อมๆ กัน