บทที่ 3 การสตาร์ทมอเตอร์ทำไมต้องมีหลายวิธี?

สตาร์ทมอเตอร์ด้วยวิธีไหนดี ? และทำไมต้องมีหลายวิธีนั้น ท่านจะได้ทราบคำตอบจากเนื้อหาในบทนี้ ในการควบคุมมอเตอร์ทั้ง 4 วิธีที่ได้กล่าวมานั้น มีข้อดี ข้อเสียที่แตกต่างกัน ซี่งทางเราได้ย่อยประเด็นที่สำคัญ ในการเลือกวิธีการ start stop มอเตอร์ ได้เป็นดังนี้

การสตาร์ทมอเตอร์อย่างถูกวิธีเป็นสิ่งจำเป็นอย่างมากในการควบคุมมอเตอร์ โดยเฉพาะ Induction motor มอเตอร์ 3 เฟสแบบกรงกระรอก ในการสตาร์ทมอเตอร์นั้นจะมีปัญหามากมายแต่หลักๆ แล้วที่พบบ่อยจะมีอยู่ 2 ปัญหาดังนี้

2 ปัญหาหลักสำหรับการสตาร์ทมอเตอร์

ปัญหาทางไฟฟ้า

โดยขณะเริ่มสตาร์ทนั้นจะเกิดกระแสกระชาก (Inrush current) เป็นผลให้แรงดันไฟตก เกิดผลกระทบต่อระบบไฟฟ้าในไซด์งานนั้นๆ

ปัญหาทางกล

เป็นปัญหาในส่วนของความเร่งที่ไม่สามารถทำความเร็วไปถึงพิกัดความเร็วของมอเตอร์ที่ได้ออกแบบไว้ได้ ตัวอย่างเช่น ปัญหาที่เกิดจากสารหล่อลื่นอาจจะไม่ได้ไหลไปครบทุกส่วนต่างๆ ขณะสตาร์ท ทำให้ไม่สามารถเร่งความเร็วได้

อาจมีข้อกำหนดบางอย่าง เช่น การควบคุมแรงบิด การเร่งความเร็ว และการลดการลื่นไถลในงานบางอย่าง เช่น ลิฟต์หรือเครนยก ซึ่งเป็นเรื่องที่จะยอมไม่ได้ที่ให้มีการลื่นไถลขณะกำลังยกขึ้น

New call-to-action

ดูและเลือกซื้อ ตู้คอนโทรล ตู้ควบคุมปั๊มน้ำ ควบคุมมอเตอร์

ตู้คอนโทรล ตู้ควบคุมปั๊มน้ำ ควบคุมมอเตอร์ ขนาด 0.5 – 3 Hp มี 1 Phase และ 3 Phase มาตฐานยุโรป ปลอดภัยและเชื่อถือได้ พร้อมฟังก์ชั่นป้องกันมอเตอร์ ตู้ทำจากพลาสติกโพลีเอสเตอร์ ทนทาน น้ำหนักเบา ไม่เป็นสนิท และอุปกรณ์ภายในตู้จากแบรนด์ฝั่งยุโรป เกรดงานอุตสาหกรรม พร้อมให้คุณเลือกซื้อได้ที่ LAZADA

สตาร์ทมอเตอร์ด้วยวิธีไหนดี ? และทำไมต้องมีหลายวิธี

สตาร์ทมอเตอร์ด้วยวิธีไหนดี ? และทำไมต้องมีหลายวิธีนั้น ท่านจะได้ทราบคำตอบจากเนื้อหาในบทนี้ ในการควบคุมมอเตอร์ทั้ง 4 วิธีที่ได้กล่าวมานั้น มีข้อดี ข้อเสียที่แตกต่างกัน ซี่งทางเราได้ย่อยประเด็นที่สำคัญ ในการเลือกวิธีการ start stop มอเตอร์ ได้เป็นดังนี้

การควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้าแบบ AC 3 phase Induction motor หรือ Asynchronous motor นั้นสามารถควบคุมให้มอเตอร์เริ่มทำงาน Start motor และควบคุมให้มอเตอร์หยุดทำงาน Stop motor ได้หลากหลายวิธี แต่สำหรับในประเทศไทยที่ใช้ระบบไฟฟ้าแบบ 3 เฟส 380โวลต์ 50Hz จะนิยมใช้การควบคุมมอเตอร์ทั้ง 4 วิธี ซึ่งเนื้อหาในส่วนนี้จะเน้นไปที่เรื่องของข้อดี และข้อเสียในการควบคุมมอเตอร์ในแต่ละวิธี ซึ่งมีรายละเอียดดังนี้

Star-delta Mechanical Starters

Mechanical Starters (DOL, Star-Delta)

แบ่งออกเป็น 2 แบบ คือแบบแมคคานิค Mechanical ได้แก่การสตาร์ทมอเตอร์แบบ Direct Online และแบบ Star Delta ด้วย แมกเนติกคอนแทคเตอร์ ซึ่งมีข้อดีในเรื่องของความไม่ซับซ้อนในการติดตั้งและการใช้งาน ไม่เกิดความร้อนสูญเสียมากภายในตัวในขณะที่ทำงาน เนื่องจากส่วนที่นำกระแสนั้นเป็นหน้าคอนแทค ที่มีความต้านทานต่ำ แต่มีข้อเสียเรื่องของอายุการใช้งานขหน้าคอนแทคจะสั้นกว่าแบบอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากมีการอาร์ก หรือเกิดประกายไฟในขณะที่คอนแทคเตอร์ทำงาน ไม่สามารถปรับเปลี่ยนการทำงานให้เหมาะสมกับ งานทุกประเภท มีความยุ่งยากถ้าต้องปรับปรุงวงจร

Electronic Starters VFD Softstart

Electronic Starters (Soft Starters, VFDs)

แบบที่สองคือแบบ อิเล็กทรอนิกส์ Electronic ได้แก่ตัวควบคุมมอเตอร์แบบ  Softstarter และ VFD หรือ Inverter เป็นนี้เป็นที่นิยมมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากมีข้อดีหลายอย่าง เช่นสามารถลดกระแสกระชากในขณะที่สตาร์ทมอเตอร์ได้เป็นอย่างดี สามารถใช้กับงานที่ต้องมีการหยุดมอเตอร์แบบ Softstop เพื่อป้องกันปัญหาที่จะเกิดขึ้นตามมา และช่วยยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ส่งต่อกับลังจากตัวมอเตอร์ไปยังโหลด เช่น สายพาน ตลับลูกปืน ชุดเกียร์ เนื่องจากมีการลด Mechanical stress ในขณะ Start Motor ได้ดป็นอย่างดี แต่ใช่ว่าจะมีข้อดีอย่างเดียว ขอเสียของการใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในการควบคุมมอเตอร์ ก็คือเรื่องของการระบายอากาศ ที่เกิดจากความร้อนสะสมภายในอุปกรณ์ ซึ่งต้องทำให้ดี ไม่อย่างนั้นจะทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้รับความเสียหายได้โดยง่าย

สตาร์ทมอเตอร์ด้วยวิธีไหนดี ? และทำไมต้องมีหลายวิธีนั้น ท่านจะได้ทราบคำตอบจากเนื้อหาในบทนี้ ในการควบคุมมอเตอร์ทั้ง 4 วิธีที่ได้กล่าวมานั้น มีข้อดี ข้อเสียที่แตกต่างกัน ซี่งทางเราได้ย่อยประเด็นที่สำคัญ ในการเลือกวิธีการ start stop มอเตอร์ ได้เป็นดังนี้

5 ประเด็นสำคัญที่ต้องรู้ในระบบการสตาร์ทมอเตอร์

1. ความสัมพันธ์ของแรงบิดกับความเร็วรอบและกระแสกับความเร็วรอบ

เราจะมาแนะนำ ประเด็นที่สำคัญที่ 1 กันนะครับ จากภาพนี้เป็นกราฟที่ควรรู้นะครับ ถ้าหากว่าคุณเข้าใจกราฟนี้ มันจะเป็นพื้นฐานของแบบระบบควบคุมมอเตอร์และควบคุมความเร็วรอบของมอเตอร์อีกด้วย เรามาดูกราฟแรกกันเลยนะครับ

กราฟแรกนี้ เป็นกราฟที่พ็อตตัวแรงบิด (T) กับความเร็วรอบ (rpm) อันนี้จะเป็นแรงบิดของตัวมอเตอร์ คือ เส้นสีน้ำเงิน ส่วนอันนี้เป็นแรงบิดต้านของโหลด ในกรณีเป็นโหลดประเภทปั๊มน้ำ ส่วนนี้เป็นกราฟที่แสดงความสัมพันธ์ของแรงบิดมอเตอร์กับแรงบิดต้านต่างๆ เปรียบเทียบกับความเร็วรอบของมอเตอร์

ส่วนนี้เป็นช่วงสตาร์ทของมอเตอร์ ตั้งแต่เริ่มต้นสตาร์ทมอเตอร์และค่อยๆที่จะเร่งความเร็วเข้าไป จนกระทั่งถึงความเร็วสูงสุด จุดที่เป็นความเร็วสูงสุดของตัวมอเตอร์ก็คือจุดนี้นะครับ ในกรณีที่ไม่มีโหลด ในขณะที่ในกรณีที่มีโหลด ความเร็วสูงสุดของมอเตอร์ในขณะที่วิ่งก็คือจุดนี้ ส่วนต่างระหว่างแรงบิดของมอเตอร์แบบมีโหลดและไม่มีโหลด ส่วนต่างนี้จะเรียกว่า Slip

ต่อมาเรามาดูความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟ (Current) กับความเร็วรอบของมอเตอร์ ถ้าเกิดต่อตรง ตัวมอเตอร์จะมีกระแสกระชากตอนเริ่มต้นอยู่ แล้วหลังจากนั้นกระแสไฟจะค่อยๆ ลดลงไปเรื่อยๆ จนกระทั่งถึงสูงสุด ในกรณีนี้กระแสไฟจะหยุดอยู่ที่ตรงนี้นะครับ เวลาที่มีโหลด

กราฟ 2 อันนี้เป็นกราฟที่สำคัญสำหรับระบบควบคุมมอเตอร์ เรามาดูว่าใช้กันอย่างไรต่อไปครับ


2. อัตราการเร่งของมอเตอร์ขึ้นอยู่กับส่วนต่างของแรงบิดของมอเตอร์และของโหลด

ประเด็นสำคัญที่ 2 อัตราการเร่งของมอเตอร์ตอนสตาร์ทขึ้นอยู่กับส่วนต่างของแรงบิดของมอเตอร์และแรงบิดของโหลด เรามาดูที่กราฟแรกกัน เส้นสีเขียวนี้คือแรงบิดของมอเตอร์ และเส้นด้านล่างนี้คือแรงบิดต้าน และส่วนต่างของมันเป็นอัตราการเร่งของมอเตอร์ ณ ตอนนี้ ในขณะที่มอเตอร์เร่งเร็วขึ้น เมื่อความเร็วเพิ่มขึ้นก็เช่นกัน อัตราการเร่งของมอเตอร์ก็ขึ้นอยู่กับส่วนต่างของแรงบิดของมอเตอร์กับแรงบิดต้าน

มี 2 ประเด็นที่อยากจะฝากไว้ก็คือ ยิ่งแรงบิดของตัวมอเตอร์ห่างจากแรงบิดต้านของโหลดเท่าไหร่ ยิ่งเร่งแรงเท่านั้น กับประเด็นที่ 2 ก็คือ แรงบิดต้านที่เป็นลักษณะเส้นตรง เป็นลักษณะแรงบิดต้านของสายพานลำเลียง เราจะพูดแรงบิดต้านในประเด็นต่อไป

ส่วนกราฟด้านข้าง (ขวา) เราแสดงให้เห็นถึงโหลดประเภทเดียวกัน โหลดสายพานลำเลียง มอเตอร์ตัวเดียวกัน ซึ่งมีแรงบิดเท่าเดิม แต่ว่าแรงบิดต้านเพิ่มขึ้น ในขณะที่ความแตกต่างระหว่างแรงบิดของตัวมอเตอร์กับแรงบิดต้านของโหลดน้อยลง อัตราการเร่งตอนสตาร์ทของมอเตอร์ย่อมน้อยลงไปด้วย


3. โมเมนต์ความเฉื่อยกำหนดค่าความต้านทานของการเปลี่ยนแปลง

โหลดทั่วไป

  • โมเมนต์ความเฉื่อยน้อย
  • ใช้เวลาสั้นในการสตาร์ทมอเตอร์
  • ใช้โอเวอร์โหลดที่มี Trip class 10 (10 วินาที 600% ของกระแสมอเตอร์)

โหลดหนัก

  • โมเมนต์ความเฉื่อยมาก
  • ใช้เวลานานในการสตาร์ทมอเตอร์
  • ใช้โอเวอร์โหลดที่มี Trip class 30 (30 วินาที 600% ของกระแสมอเตอร์)

ประเด็นต่อไป ประเด็นที่ 3 เราจะพูดถึง Moment of inertia หรือโมเมนต์ความเฉื่อยกำหนดค่าความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลง โมเมนต์ความเฉื่อยขึ้นอยู่กับน้ำหนักและระยะจากศูนย์กลางของการหมุน อันนี้เป็นรูปของโมเม้นต์ความเฉื่อยแบบไม่มีโหลด ส่วนต่อมาเป็นโมเมนต์ความเฉื่อย ขณะมีโหลดเป็นล้อขนาดเล็ก หรือโหลดทั่วไป ส่วนล่างสุดเป็นโมเมนต์ความเฉื่อยขนาดใหญ่

สิ่งที่เรียกว่า Normal Start คือการสตาร์ทแบบปกติ เป็นโมเมนต์ความเฉื่อยแบบธรรมดา เป็นลักษณะของ 2 ตัวนี้ และสิ่งที่เรียกว่า Heavy Duty Start เป็นโมเมนต์ความเฉื่อยขนาดใหญ่ ก็คือด้านล่างนี้ พวก Normal Start จะมีโมเมนต์ความเฉื่อยน้อย ใช้เวลาค่อนข้างสั้นในการสตาร์ทมอเตอร์ ใช้โอเวอร์โหลดรีเลย์ที่มี Trip Class 10 ความหมายของ Trip Class 10 ก็คือ ใช้เวลา 10 วินาทีที่กระแส 600% ของมอเตอร์ ถึงจะทริป

สำหรับ Heavy Duty Start จะมีโมเมนต์ความเฉื่อยมาก ใช้เวลาในการสตาร์ทมอเตอร์นานกว่า และใช้โอเวอร์โหลด รีเลย์ ที่มี Trip Class 30 ความหมายก็คือ ใช้เวลา 30 วินาทีที่กระแส 600% ของมอเตอร์ ถึงจะทริป

สังเกตได้ว่าไม่ว่าจะสตาร์ทแบบ DOL แบบสตาร์-เดลต้า หรือแบบซอฟต์ สตาร์ท ยิ่งมีโมเมนต์ความเฉื่อยมาก ยิ่งใช้เวลานานขึ้น และแน่นอนว่าการสตาร์ทแบบ DOL มีอัตราการเร่งสูงสุด ย่อมสตาร์ทได้เร็วสุด ในขณะที่การสตาร์ทแบบสตาร์-เดลต้า และแบบซอฟต์สตาร์ท จะใช้เวลานานกว่า


4. แต่ละประเภทของโหลดจะมีแรงบิดต้านและโมเมนต์ความเฉื่อยที่แตกต่างกันและมีผลต่อการสตาร์ทมอเตอร์

สำหรับประเภทของโหลดนั้นจะมีแรงบิดและโมเมนต์ความเฉื่อยที่ต่างกัน ดังนั้นเมื่อต้องเลือกวิธีการสตาร์ท ก่อนอื่นเราต้องรู้ก่อนว่าโหลดของเรานั้นมีลักษณะอย่างไร เพื่อให้ได้วิธีการสตาร์ทที่เหมาะสมและลดปัญหาต่างๆที่มักจะพบเจอสำหรัการสตาร์ทมอเตอร์ ซึ่งเราสามารถแบ่งประเภทของโหลดตามแรงบิดของโหลดและโมเมนต์ความเฉื่อยได้ 3 ประเภทดังกราฟที่แสดงดังนี้

แรงบิดแบบคงที่

ตัวอย่างของโหลดที่ต้องการแรงบิดแบบคงที่นั้น ได้แก่ ระบบ สายพานลำเลียง เครื่องบด เครื่องสี เครื่องผสม

แรงบิดแบบเชิงเส้น

ตัวอย่างของโหลดที่ต้องการแรงบิดเพิ่มขึ้นแบบเชิงเส้น ได้แก่ คอมเพรสเซอร์ในระบบปั้มลม

แรงบิดแบบ Exponential

ตัวอย่างของโหลดที่ต้องการแรงบิดแบบ Exponential ได้แก่ ปั๊มหอยโข่ง Centrifugal Pump ในระบบน้ำ และระบบลม พัดลมระบายอากาศ

สายพานลำเลียง

เครื่องบด

ประเด็นที่ 4 เรื่อง แต่ละประเภทของโหลดจะมีแรงบิดต้านและโมเมนต์ความเฉื่อยที่แตกต่างกันและมีผลในการสตาร์ทมอเตอร์ จากภาพกราฟด้านซ้ายนี้ เป็นกราฟแรงบิดของมอเตอร์ ส่วนด้านล่างเป็นแรงบิดของโหลด ในประเภทโหลดสายพานลำเลียงกับประเภทโหลดแบบเครื่องบด แรงบิดต้านจะเป็นลักษณะเส้นตรง สำหรับสายพานลำเลียงที่มีขนาดยาวกับเครื่องบดที่มีโหลดหนักๆ จะมีโมเม้นต์ความเฉื่อยสูง

พัดลมหอยโข่ง

คอมเพรสเซอร์

ปั๊มหอยโข่ง

สำหรับพัดลมหอยโข่งกับปั๊มหอยโข่งจะมีแรงบิดต้านที่เป็นลักษณะกราฟแบบเอ็กโพแนลเชียล คือเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว พัดลมหอยโข่งจะมีโมเม้นต์ความเฉื่อยสูงด้วย ที่มีจากใบพัดของมันที่มีขนาดใหญ่ ปั๊้มหอยโข่งนี้ที่ตัวปั๊มจะมีการสร้าง water hammer หรือค้อนน้ำขึ้น ถ้าเกิดปิดเร็วเกินไป ในขณะที่ปิดเร็วเกินไป น้ำที่ยังเคลื่อนที่อยู่ก็จะชนกับทางตัวปั๊มที่ปิด ทำให้เกิดการกระแทกกลับไปกลับมา สร้างคลื่นในระบบขึ้นได้ ปั๊มที่จำเป็นต้องเปิด-ปิดหลายครั้งใน 1 วัน มักจะมีปัญหาเรื่องการบำรุงรักษาเป็นพิเศษ เพราะฉะนั้นฟังก์ชั่นของการค่อยๆ หรี่ ค่อยๆ ปิด จึงมีความสำคัญสำหรับพวกปั๊มน้ำ

สำหรับโหลดประเภทคอมเพรสเซอร์ก็จะมีแรงบิดต้านที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ แต่ไม่ถึงขนาดว่าเป็นเอ็กโพแนลเซียล ก็จะค่อนข้างเพิ่มขึ้นเป็นแบบแนวตรง ซึ่งเราแสดงให้เห็นว่าแรงบิดต้านกับโมเม้นต์ความเฉื่อยจะแตกต่างกันในแต่ละโหลด ซึ่งมีผลในการเลือกวิธีการสตาร์ทมอเตอร์และหยุดมอเตอร์ด้วย


5. การสตาร์ทมอเตอร์แต่ละวิธี

ประเด็นสำคัญที่ 5 การสตาร์ทมอเตอร์แต่ละวิธี จะมีหลักๆ อยู่ 4 วิธีด้วยกัน เริ่มที่แบบที่ 1 การสตาร์ทมอเตอร์โดยตรง Direct On Line แบบที่ 2 สตาร์ทมอเตอร์แบบสตาร์-เดลต้า เป็นการสตาร์ทแบบที่เริ่มจากวงจร Star แล้วเปลี่ยนเป็น Delta แบบที่ 3 สตาร์ทมอเตอร์แบบใช้ซอฟต์สตาร์ท และแบบที่ 4 การสตาร์ทมอเตอร์แบบที่ใช้ Variable Frequency Drives หรือที่เรียกว่า VFD หรือบางครั้งเรียกว่า VSD Variable Speed Drives หรือเรียกว่า AC Drives ซึ่งชื่อเหล่านี้เหมือนกันหมด

การสตาร์ทมอเตอร์แบบแมคคานิค (Mechanical Starters)

Direct On Line Starter Example

บทที่ 3.1 การสตาร์ทมอเตอร์โดยตรง Direct On Line (DOL)

เป็นการควบคุมมอเตอร์ที่ง่ายมากที่สุด แต่มีข้อเสียมาก เช่นเกิดกระแสกระชากในขณะสตาร์ท ทำให้ไฟตกและเกิิดการสึกหรอของอุปกรณ์ส่งกำลังเร็วกว่าที่กำหนด

บทที่ 3.2 การสตาร์ทมอเตอร์แบบสตาร์-เดลต้า Star-Delta

เป็นวิธีการที่ปรับปรุงมาจาก DOL วงจรมีความสับซ้อนมากขึ้น ออกแบบมาเพื่อลดกระแสกระชากตอนเริ่มสตาร์ท แต่ก็ยังมีกระแสกระชากอยู่ขณะทำการเปลี่ยนจากวงจรสตาร์เป็นเดลต้า จึงไม่เหมาะกับโหลดหนักๆ

การสตาร์ทมอเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ (Electronics Starters)

บทที่ 3.3 การสตาร์ทและสต๊อปมอเตอร์ ด้วย soft starter

เป็นอุปกรณ์ที่ออกแบบมาสำหรับการสตาร์ทและสท็อปมอเตอร์ที่เป็นแบบอิเล็กทรอนิคทำให้การสตาร์ทและสท็อปมอเตอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ไม่สามารถควบคุมความเร็วของมอเตอร์ได้

บทที่ 3.4 การสตาร์ท สต๊อป และ ควบคุมความเร็วรอบของมอเตอร์ด้วย VFD Variable Frequency Drives

เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิคที่ใช้สำหรับเควบคุมมอเตอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ สามารถควบคุมความเร็วรอบและกลับทิศทางได้ แต่ราคาสูงมาก

สรุปผลการเปรียบเทียบวิธีการสตาร์ทมอเตอร์ ทั้ง 4 วิธี

ในบทนี้เราได้ทราบถึงเหตุผลว่าทำไมถึงต้องมีวิธีสตาร์ทและควบคุมมอเตอร์หลายวิธี และเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียของแต่ละวิธี ซึ่งแต่ละวิธีนั้นสามารถจัดการกับปัญหาที่เกิดขึ้นในขณะ Start มอเตอร์ได้มากหรือน้อยแตกต่างกัน โดยเราสรุปปัญหาของการสตาร์ทมอเตอร์ออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่ๆ ดังนี้

  1. ปัญหาทางที่เกิดกับระบบไฟฟ้า
  2. ปัญหาทางที่เกิดกับระบบส่งกำลังทางกล

ปัญหาทางที่เกิดกับระบบไฟฟ้า

ปัญหาทางที่เกิดกับระบบไฟฟ้าในขณะสตาร์ทมอเตอร์นั้น จะเป็นเรื่องของการกินกระแสของมอเตอร์ที่มาก เป็นผลทำให้เกิดกระแสกระชาก (Inrush Current) 7-8 เท่า ของกระแสใช้งานปกติ ซึ่งเป็นคุณลักษณะของ AC Induction Motor ที่ถูกสตาร์ทด้วยวิธี Direct Online DOL อยู่แล้ว นอกจากนี้กระแสกระชาก (Inrush Current) เกิดขึ้นได้อีกในขณะที่มีการเปลี่ยนวงจรจาก Star เป็น Delta ในการสตาร์ทมอเตอร์กับโหลดที่ต้องการแรงบิดแบบคงที่ Constant Torque ซึ่งเป็นพฤติกรรมของการ Start Motor แบบ Star/Delta

ปัญหาทางที่เกิดกับระบบส่งกำลังทางกล

ปัญหาทางที่เกิดกับระบบส่งกำลังทางกลในขณะสตาร์ทมอเตอร์นั้น จะเกิดจากผลกระทบของกระแสกระชาก (Inrush Current) ที่เข้ามาที่มอเตอร์ เป็นผลทำให้เกิดแรงบิดสูงขึ้นจากเดิมชั่วขณะ 3-5 เท่า ของแรงบิดมอเตอร์ฺปกติ ซึ่งทำให้อุปกรณ์ส่งกำลังต่างๆ อายุการใช้งานสั้นลง โดยปัญหาที่เกิดมีดังนี้

  • เกิดการลื่นไถลของสายพานส่งกำลัง และการสึกหรอของตลับลูกปืืน มักเกิดจากการ Start Motor แบบ DOL และแบบ Star/Delta
  • เกิดการสึกหรอที่ห้องเกียร์ ทำให้ต้องซ่อมบำรุงเร็วกว่ากำหนด มักเกิดจากการ Start Motor แบบ DOL

ตารางสรุปวิธีการแก้ปัญหาขณะสตาร์ทมอเตอร์ด้วยวิธีการควบคุมมอเตอร์ทั้ง 4 แบบ

ในตารางด้านล่างนี้จะแสดงให้เห็นถึงปัญหาในขณะ Start และ Stop มอเตอร์ รวมถึงวิธีการควบคุมมอเตอร์ทั้ง 4 แบบ ว่าแบบไหนสามารถจัดการกับปัญหาแบบไหนได้บ้าง และดีที่สุด

ปัญหาในการ Start / Stop Motor

ประเภทของวิธีการสตาร์ท
DOL โดยตรง สตาร์-เดลต้า VFD

ซอฟสตาร์ท

เกิดการลื่นไถลของสายพานส่งกำลัง และการสึกหรออย่างหนักของตลับลูกปืน ทำให้อายุการใช้งานสั้นลงกว่าที่กำหนด

ไม่ได้ ปานกลาง ได้ ได้
เกิดกระแสกระชาก หรือ Inrush current ในระบบสูง ทำให้เกิดปัญหาไฟตก และรบกวนการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ไม่ได้ ได้ ได้ ได้
ห้องเกียร์ Gear boxes ที่ใช้ส่งกำลังจากมอเตอร์ เกิดการสึกหรอเร็วกว่าเดิม ไม่ได้ ไม่ได้ ได้ ได้
สินค้าทีี่อยู่บนสายพานการผลิตได้รับความเสียหาย จากการหยุดมอเตอร์อย่างกระทันหัน (มักเกิดกับสินค้าที่มีความเปราะบาง แตกหักได้) ไม่ได้ ไม่ได้ ได้ ได้
เกิดปัญหา Water hammer ในระบบท่อเมื่อ Stop Motor ของ Pump แบบทันที ทำให้ระบบท่อ ใบพัด รวมถึงอุปกรณ์เซ็นเซอร์ได้รับความเสียหายจากแรงดันที่เกิดขึ้น ไม่ได้ ไม่ได้ ได้ ได้(แก้ได้ด้วย
torque control)

จากเนื้อหาทั้งหมดในบทนี้ และตารางด้านบนจะเห็นได้ว่าในการควบคุมมอเตอร์นั้น สามารถควบคุมได้ 4 วิธี ซึ่งแต่ละวิธีเหมาะสำหรับโหลดและลักษณงานที่แตกต่างกัน โดยถ้าคำนึงถึงงบประมาณในการเริ่มต้นระบบแต่จะต้องมีค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษามากเมื่อใช้งานไปได้สักระยะ การใช้การ Start/Stop motor แบบอุปกรณ์ Mechanical เช่น DOL กับ Star/Delta ถือว่าเป็นตัวเลือกที่ดี แต่ถ้ามองถึงระยะยาว และมีงบประมาณในการเริ่มต้นระบบมากหน่อย จะแนะนำให้ใช้เป็นแบบ Electronics เนื่องจากจะสามารถลดต้นทุนการดูแลรักษาในอนาคต และการขยายระบบได้ดีกว่า นอกจากนี้ยังเหมาะสมกับการใช้งาน กับแก้ปัญหาต่างๆ ในการ Start และ Stop motor ได้ทุก Application การใช้งานตามตารางที่ได้ให้ไว้


Button-N04
Button-Home
คู่มือการสตาร์ทและควบคุมมอเตอร์
คู่มือการสตาร์ทและควบคุมมอเตอร์
คู่มือการสตาร์ทและควบคุมมอเตอร์
คู่มือการสตาร์ทและควบคุมมอเตอร์
คู่มือการสตาร์ทและควบคุมมอเตอร์
คู่มือการสตาร์ทและควบคุมมอเตอร์
คู่มือการสตาร์ทและควบคุมมอเตอร์
คู่มือการสตาร์ทและควบคุมมอเตอร์
คู่มือการสตาร์ทและควบคุมมอเตอร์
คู่มือการสตาร์ทและควบคุมมอเตอร์
คู่มือการสตาร์ทและควบคุมมอเตอร์
คู่มือการสตาร์ทและควบคุมมอเตอร์

คู่มือการสตาร์ทและควบคุมมอเตอร์ โดย Factomart

ในคู่มือชุดนี้เรามีด้วยกันทั้งหมด 12 บท ในการควบคุมมอเตอร์นั้น ถ้าคุณดูเพียงประเด็นใดประเด็นหนึ่ง โดยที่ไม่ดูภาพรวมอาจจะสร้างปัญหาขึ้นได้ในภายหลังได้ รวมถึงการนำมาซึ่งความสิ้นเปลือง เราหวังว่าหลังจากที่คุณได้อ่านคู่มือของเราแล้ว คุณจะสามารถทำ TOR (Term of Requirment) ของโปรเจคของคุณได้อย่างถูกต้องและมีประสิทธิภาพ

4 ประเด็นที่สำคัญในการเลือกวิธีการสตาร์ทมอเตอร์

1. ประเภทอุปกรณ์

ประเภทของอุปกรณ์ที่ใช้ในการควบคุมมอเตอร์ เราแบ่งออกเป็น 2 กลุ่มด้วยกัน คือแบบที่ใช้ Mechanical กับแบบ Electronics ซึ่งทั้งสองแบบมีข้อดีและข้อเสียที่แตกต่างกัน

2. ประเภทของโหลด

ประเภทของโหลดที่นำมาต่อใช้งานกับมอเตอร์ เราแบ่งกลุ่มของโหลดออกเป็น 3 ประเภท คือ โหลดแบบคงที่ โหลดแบบเชิงเส้น และโหลดแบบเอกซ์โพเนนเชียล

3. ประเภทของการใช้งาน

ประเภทของการใช้งานมอเตอร์ ขึ้นอยู่ Application ว่าต้องการควบคุมมอเตอร์แบบไหนบ้าง เช่น งานที่ต้องปรับความเร็วรอบมอเตอร์ งานที่ต้องกลับทางหมุน หรืองานที่ต้องป้องกัน Water Hammer

4. งบประมาณ

งบประมาณที่ใช้ในการควบคุมมอเตอร์แต่ละแบบ เราได้เปรียบเทียบงบประมาณที่ใช้สำหรับการควบคุมทั้ง 4 แบบ และจัดเตรียมข้อมูลของอุปกรณ์ที่ต้องใช้เพื่อให้ง่ายต่อการเลือกซื้อ

1. ประเภทอุปกรณ์ สตาทร์ด้วย Mechanic หรือ Electronic ดี?

Star-delta Mechanical Starters

Mechanical Starters (DOL, Star-Delta)

แบ่งออกเป็น 2 แบบ คือแบบแมคคานิค Mechanical ได้แก่การสตาร์ทมอเตอร์แบบ Direct Online และแบบ Star Delta ด้วย แมกเนติกคอนแทคเตอร์ ซึ่งมีข้อดีในเรื่องของความไม่ซับซ้อนในการติดตั้งและการใช้งาน ไม่เกิดความร้อนสูญเสียมากภายในตัวในขณะที่ทำงาน เนื่องจากส่วนที่นำกระแสนั้นเป็นหน้าคอนแทค ที่มีความต้านทานต่ำ แต่มีข้อเสียเรื่องของอายุการใช้งานขหน้าคอนแทคจะสั้นกว่าแบบอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากมีการอาร์ก หรือเกิดประกายไฟในขณะที่คอนแทคเตอร์ทำงาน ไม่สามารถปรับเปลี่ยนการทำงานให้เหมาะสมกับ งานทุกประเภท มีความยุ่งยากถ้าต้องปรับปรุงวงจร

Electronic Starters VFD Softstart

Electronic Starters (Soft Starters, VFDs)

แบบที่สองคือแบบ อิเล็กทรอนิกส์ Electronic ได้แก่ตัวควบคุมมอเตอร์แบบ  Softstarter และ VFD หรือ Inverter เป็นนี้เป็นที่นิยมมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากมีข้อดีหลายอย่าง เช่นสามารถลดกระแสกระชากในขณะที่สตาร์ทมอเตอร์ได้เป็นอย่างดี สามารถใช้กับงานที่ต้องมีการหยุดมอเตอร์แบบ Softstop เพื่อป้องกันปัญหาที่จะเกิดขึ้นตามมา และช่วยยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ส่งต่อกับลังจากตัวมอเตอร์ไปยังโหลด เช่น สายพาน ตลับลูกปืน ชุดเกียร์ เนื่องจากมีการลด Mechanical stress ในขณะ Start Motor ได้ดป็นอย่างดี แต่ใช่ว่าจะมีข้อดีอย่างเดียว ขอเสียของการใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในการควบคุมมอเตอร์ ก็คือเรื่องของการระบายอากาศ ที่เกิดจากความร้อนสะสมภายในอุปกรณ์ ซึ่งต้องทำให้ดี ไม่อย่างนั้นจะทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้รับความเสียหายได้โดยง่าย

2. ประเภทของโหลดที่ใช้งาน

เราจะพิจารณาจากความสามารถในการ Start motor ที่โหลดประเภทต่างๆ ว่าวิธีการแบบไหนสามารถ start motor ได้ โดยเราแบ่งประเภทของโหลดออกเป็นดังนี้

Different in break torque and motor driving torque

แรงบิดแบบคงที่

ตัวอย่างของโหลดที่ต้องการแรงบิดแบบคงที่นั้น ได้แก่ ระบบ สายพานลำเลียง เครื่องบด เครื่องสี เครื่องผสม

แรงบิดแบบเชิงเส้น

ตัวอย่างของโหลดที่ต้องการแรงบิดเพิ่มขึ้นแบบเชิงเส้น ได้แก่ คอมเพรสเซอร์ในระบบปั้มลม

แรงบิดแบบ Exponential

ตัวอย่างของโหลดที่ต้องการแรงบิดแบบ Exponential ได้แก่ ปั๊มหอยโข่ง Centrifugal Pump ในระบบน้ำ และระบบลม พัดลมระบายอากาศ

3. ประเภทของการใช้งาน

เราพูดถึงการนำมอเตอร์ไปใช้ทำอะไร เช่น ใช้กับงานปั้มนำ้ งานปั้มลม งานเครื่องผสม งานเครื่องบดสับ ซึ่งงานแต่ละประเภท ไม่สามารถใช้การควบคุมมอเตอร์ได้ทุกแบบตามที่กล่าวมา

4. ส่วนสุดท้ายคือเรื่องของงบประมาณ

ซึ่งถ้าเรามีงบประมาณที่ไม่จำกัด การควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้าด้วยอุปกรณ์  VFD ย่อมดีที่สุด แต่ในความเป็นจริงไม่ใช่อย่างนั้น เรายังคงต้องวิเคราะห์ ROI หรือจุดคุ้มทุน ก่อนการตัดสินใจอยู่ดี

จากประเด็นที่ได้กล่าวมากนี้ จึงเป็นคำตอบว่าทำไมถึงมีวิธีการสตาร์ทมอเตอร์หลายวิธี