ผลของการแปรเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าและความถี่ที่มีต่อมอเตอร์

ผลของการแปรเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าและความถี่ที่มีต่อมอเตอร์

            มอเตอร์ไฟฟ้าจัดได้ว่าเป็นเครื่องต้นกำลังที่มีความสำคัญมากที่สุดอย่างหนึ่ง วิธีใช้งานมอเตอร์ให้ยาวนานนั้น จำเป็นที่จะต้องเข้าใจสาเหตุต่างๆ เพื่อเป็นการป้องกันมิให้สาเหตุเหล่านั้นมีโอกาสที่จะทำให้มอเตอร์ชำรุดเสียหาย

            ส่วนประกอบที่สำคัญที่จะส่งผลกระทบโดยตรงต่อสมรรถนะของมอเตอร์เมื่อเกิดการแปรเปลี่ยนก็คือ แรงดันไฟฟ้าและความถี่ ดังนั้นเพื่อเป็นการป้องกันมิให้เกิดความเสียหายขึ้นกับมอเตอร์ จึงมีความจำเป็นที่จะต้องตรวจสอบค่าทั้งสองนี้อยู่เสมอ  การตรวจสอบก็ยึดถือคู่มือที่ติดมากับมอเตอร์จากผู้ผลิตเป็นสำคัญ

            โดยทั่วๆ ไปแล้วในการออกแบบมอเตอร์ มักจะออกแบบให้มอเตอร์สามารถทนทานต่อการแปรเปลี่ยนของแรงดันไฟฟ้าได้ ±10% ความถี่ ±5% และผลรวมของการแปรเปลี่ยนทั้งแรงดันและความถี่ไม่เกิน 10%  ถ้าหากการใช้งานเป็นไปตามพิกัดกำลังที่ระบุไว้บนแผ่นป้ายมอเตอร์ ดังนั้นในการเลือกซื้อมอเตอร์มาใช้งานจึงต้องมีการพิจารณาถึงข้อมูลเหล่านี้โดยละเอียด

            กรณีที่ความถี่ของระบบไฟฟ้ามีค่าต่ำลง หรือมีการนำเอามอเตอร์มาใช้งานที่ความถี่ต่ำกว่าที่มอเตอร์ได้รับการออกแบบมา เช่น มอเตอร์ระบบ 60 Hz. มาใช้กับระบบ 50 Hz. นอกจากความเร็ว ซิงโครนัส (synchronous speed : Ns) ของมอเตอร์จะลดลงถึง 17% แล้ว ยังส่งผลถึงความเร็วที่ใช้ในการขับโหลดอีกด้วย นอกจากนี้ยังทำให้เส้นแรงแม่เหล็กของสเตเตอร์ (stator-flux) และกระแสไฟฟ้าที่ใช้ในการสร้างอำนาจแม่เหล็กสูงขึ้น ความร้อนที่เกิดขึ้นในขดลวดและแกนเหล็กก็จะสูงขึ้นด้วย จึงพอสรุปได้ว่า หากความถี่ของระบบไฟฟ้าลดลงจะมีผลทำให้ความเร็วของมอเตอร์ลดลง และมอเตอร์จะร้อนมากขึ้น

            ในทำนองเดียวกันถ้าหากความถี่มีค่าสูงขึ้น หรือมีการนำเอามอเตอร์มาใช้งานที่ความถี่สูงกว่าที่มอเตอร์ได้รับการออกแบบมา เช่น มอเตอร์ระบบ 50 Hz. มาใช้กับระบบ 60 Hz. ความเร็วมอเตอร์จะสูงขึ้นกว่าเดิม 17% เส้นแรงแม่เหล็กของสเตเตอร์และกระแสที่ใช้สร้างอำนาจแม่เหล็กจะลดลง ซึ่งจะมีผลทำให้แรงบิดเริ่มหมุนของมอเตอร์ลดลง ประสิทธิภาพของมอเตอร์จะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเพราะมอเตอร์หมุนด้วยความเร็วรอบที่สูงขึ้น ทำให้มีการระบายความร้อนที่ดี แต่ความสามารถในการรับสภาวะเมื่อเกิดการใช้เกินกำลัง (maximum overload capacity) จะลดลง

            สำหรับกรณีที่แรงดันไฟฟ้าที่ป้อนเข้ามอเตอร์ลดลงนั้น เนื่องจากค่าแรงบิดเริ่มหมุนและค่าแรงบิดสูงสุดขณะทำงาน เป็นสัดส่วนโดยตรงกับค่าแรงดันไฟฟ้าที่ป้อนยกกำลังสอง ดังนั้นหากแรงดันไฟฟ้าลดลงเพียง 10% ก็จะทำให้แรงบิดเริ่มหมุนและแรงบิดลดลงตรามแรงดัน ดังนั้น มอเตอร์จะสตาร์ตไม่ไหว และถ้าหากเกิดแรงดันไฟตกขณะมอเตอร์ฉุดโหลดอยู่ กระแสไฟฟ้าในช่วงนี้จะสูงมากเพราะมอเตอร์จะดึงกระแสจากระบบเข้ามาเพื่อรักษากำลังงานที่จ่ายเข้าให้คงเดิม ถ้ามอเตอร์ไม่มีอุปกรณ์ป้องกัน เช่น รีเลย์ป้องกันกระแสเกินติดไว้เพื่อตัดกระแสและปลดมอเตอร์ออก มอเตอร์จะไหม้ หากยังหมุนต่อไป

            ส่วนกรณีที่แรงดันไฟฟ้าที่ป้อนเข้ามอเตอร์มีค่าสูงเกินกว่าแรงดันกำหนดบนแผ่นป้ายมอเตอร์ไม่ (หากไม่เกิน 10%)  ซึ่งหากการเพิ่มขึ้นของแรงดันนี้เกิดขึ้นในช่วงที่มอเตอร์ทำงานเต็มที่แล้วกลับจะเป็นผลดีคือ กระแสขณะใช้งานจะลดลงอีก 7%  แต่ถ้าหากการเพิ่มขึ้นของแรงดันมีมากกว่า 10% ขึ้นไปจะทำให้สเตเตอร์เกิดการอิ่มตัวของแม่เหล็ก(saturation) ทำให้กินกระแสเพิ่มมากขึ้นได้ และจะร้อนขึ้นจากเดิมมาก

            ในกรณีของมอเตอร์สามเฟส มักจะประสบกับปัญหาระบบไฟฟ้าที่ป้อนเข้ามอเตอร์อยู่ในสภาวะไม่สมดุล (phase unbalance) ปกติแล้วสภาพดังกล่าวมักเกิดจากโหลดในเฟสใดเฟสหนึ่งแตกต่างกันมาก และมากกว่าร้อยละ  50 มักเกิดจากการใช้มอเตอร์เฟสเดียวในโรงงาน ทำให้โหลดของแต่ละเฟสแตกต่างกันไปมาก ซึ่งหากใช้เฉพาะมอเตอร์สามเฟสก็จะไม่ค่อยมีปัญหา แต่เนื่องจากระบบไฟเฟสเดียวยังมีใช้งานอยู่มาก ดังนั้นการที่จะต้องใช้ไฟทั้งสองระบบนี้จึงเป็นปัญหาในการจัดโหลดในแต่ละเฟสให้สมดุลกัน ซึ่งเป็นไปได้ยากมาก

            เมื่อมอเตอร์ถูกใช้งานขณะเกิดภาวะไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้า ก็จะมีผลทำให้อัตราส่วนของกระแสไม่สมดุลเพิ่มขึ้นสูงกว่าอัตราส่วนของแรงดันที่ไม่สมดุลมาก อันจะเป็นสาเหตุที่ทำให้กำลังใช้งานของมอเตอร์ตกลงและอุณหภูมิของมอเตอร์จะสูงมากขึ้น ซึ่งตามปกติแล้วอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของมอเตอร์ขณะใช้งานเต็มที่มักจะสูงกว่าอุณหภูมิห้องไม่เกิน 40 องศาเซลเซียส แต่ถ้าหากแรงดันไฟฟ้าระหว่างเฟสมีสภาพที่ผิดไปจากสมดุลเพียง 3.5% อุณหภูมิของมอเตอร์จะสูงขึ้นกว่าเดิมถึง 25%  ผลก็คือมอเตอร์จะมีอายุการใช้งานสั้นลงกว่าเกณฑ์ปกติ (2 เพราะความร้อนสูงทำให้ฉนวนของขดลวดเสื่อมสภาพลง

            จะเห็นได้ว่ามีความจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องหมั่นตรวจสอบระดับแรงดันไฟฟ้าและความถี่ของระบบไฟฟ้าเป็นระยุอยู่เสมอ และหากพบว่าเกิดสภาวะไม่สมดุลเกินกว่า 1% (ตามมาตรฐานของ NEMA) ควรจะต้องปฏิบัติดังนี้

            1. ตรวจค้นในระบบเพื่อหาจุดผิด เช่น

- มีโหลดในเฟสใดเฟสหนึ่งมากเกินไปหรือไม่ ควรจัดโหลดในแต่ละเฟสให้สมดุลกัน

- ขั้วต่อไฟต่าง ๆหลวม หลุดหรือไม่แน่น ทำให้เกิดปัญหาไฟเดินไม่สะดวก ควรขันให้แน่น และต่อให้ถูกวิธี

- ตรวจชุดหม้อแปลงไฟฟ้าว่ามีวงจรเปิดอันเป็นสาเหตุทำให้มีไฟไม่ครบทั้งสามเฟสอยู่หรือไม่

            2. หากยังแก้ไขภาวะไม่สมดุลยังไม่ได้ ควรลดโหลดของมอเตอร์ลงหรือเลือกใช้มอเตอร์ที่มีพิกัดสูงขึ้นกว่าเดิม
******************************************************************************************************
จำหน่าย Induction Motor "ABB" สนใจติดต่อได้ที่ที่นี้