เมื่อพูดกันถึงคุณสมบัติของมอเตอร์แล้ว
เรามักจะพิจารณากันถึงคุณสมบัติต่างๆ เช่น ความเร็วรอบของมอเตอร์, แรงม้ามอเตอร์,
กระแสที่ใช้หรือความร้อนจากตัวมอเตอร์
แต่ปัจจัยที่สำคัญอีกอันหนึ่งซึ่งเรามักจะมองข้ามไปก็คือ แรงบิดหรือทอร์คของมอเตอร์นั่นเอง
ทอร์คของมอเตอร์นั้นจะเป็นปัจจัยสำคัญในการที่จะทำให้เราสามารถใช้งานมอเตอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพและช่วยลดค่าไฟของมอเตอร์
ความเข้าใจในเรื่องทอร์คของมอเตอร์จำเป็นสำหรับการเลือกมอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดและสามารถใช้งานได้อย่างดีที่สุดกับงานแต่ละอย่าง
เพราะราคาของมอเตอร์นั้นขึ้นกับแรงบิดของมอเตอร์โดยตรง
ถ้าสามารถเลือกมอเตอร์ที่มีแรงบิดเหมาะสมกับโหลด
ก็จะทำให้มอเตอร์ทำงานได้ประสิทธิภาพ แต่ถ้าเลือกมอเตอร์ที่มีแรงบิดสูงๆ
ไปใช้กับโหลดที่ต้องการแรงบิดต่ำแล้ว ประสิทธิภาพการทำงานของมอเตอร์จะตกลงไปเป็นอย่างมาก
เมื่อพูดถึงทอร์คในเรื่องเกี่ยวกับมอเตอร์นั้น
จะมีความหมายเป็น 2 นัย นัยแรกก็คือ ทอร์คของตัวมอเตอร์คือ
แรงบิดที่มอเตอร์สามารถให้ในการขับโหลดได้ ที่เรียกว่า มอเตอร์ทอร์ค (motor torque)
ซึ่งเป็นแรงบิดที่แกนเพลาของมอเตอร์ปกติจะกำหนดค่าเป็น ฟุต-ปอนด์ นัยที่สองคือ
โหลดทอร์ค (load torque)
คือแรงบิดที่แกนเพลาของโหลดที่ต้องการในการหมุนให้ได้รอบที่ถูกต้อง และปกติ
จะมีค่าเป็นฟุต-ปอน เช่นเดียวกัน
ตามมาตรฐานจะกำหนดแต่เพียงค่าของแรงม้าและความเร็ว แต่ค่าแรงม้าและค่าแรงบิดของมอเตอร์จะมีความสัมพันธ์กันโดยสูตร ต่อไปนี้คือ
แรงม้ามอเตอร์ = แรงบิดที่แกนเพลาของมอเตอร์ (ฟุต-ปอนด์ * ความเร็วรอบ)
5250
5250
แนวทางในการเลือกมอเตอร์ใช้งาน
ในแง่ของการสิ้นเปลืองค่าใช้จ่ายแล้ว
แนวทางที่สำคัญ 2 ประการซึ่งเราควรจะยึดในการเลือกซื้อมอเตอร์มาใช้งาน ก็คือ
1.
เลือกมอเตอร์ให้มีกำลังเพียงพอกับการใช้งานเท่านั้น
อย่าเลือกมอเตอร์ที่มีขนาดใหญ่เกินไป
2.
พยายามลดการนำเอามอเตอร์มาใช้งานในสภาวะที่โหลดมีค่าต่ำเป็นเวลานานๆ
ในแง่ของการใช้งานแล้วจะมีทอร์คของมอเตอร์อยู่
3 ประการที่จะต้องนำมาพิจารณา นั่นก็คือ
1.
ทอร์คในสภาวะการใช้งานปกติ (steady state torque)
2.
ทอร์คสำหรับการเร่งรอบความเร็ว (acceleration torque)
3.
ทอร์คสำหรับการเริ่มหมุนจากสภาวะหยุดนิ่ง หรือค่าทอร์คสูงสุด (starting or break anay torque)
ในการที่จะนำเอามอเตอร์ไปใช้งานอย่างได้ผลนั้น
ผู้ใช้จำเป็นที่จะต้องเข้าใจถึงคุณสมบัติของมอเตอร์ตามมาตรฐานชนิด NEMA DESIGN B ที่แสดงให้เห็นทอร์คที่เกิดขึ้นเทียบกับความเร็วรอบต่างๆ
ของมอเตอร์
ทอร์คในสภาวะการใช้งานปกติ
ทอร์คในสภาวะการใช้งานปกติของโหลดนั้น
คือทอร์คที่โหลดต้องการสำหรับการทำงานอย่างต่อเนื่อง มีผลเกี่ยวกับความร้อนที่เกิดขึ้นด้วย ดังนั้นมอเตอร์จะต้องสามารถใช้งานได้อย่างต่อเนื่อง
ค่าแรงม้าที่ระบุไว้บนแผ่นป้ายของมอเตอร์จะเป็นสิ่งรับประกันว่าโหลดที่มีค่าดังกล่าวนี้จะสามารถใช้งานได้อย่างต่อเนื่อง
โดยไม่ก่อให้เกิดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจนเกินกว่าค่าที่ฉนวนของมอเตอร์จะทนได้
รายละเอียดที่แสดงไว้บนแผ่นป้ายของมอเตอร์จะบอกข้อมูลอื่นๆ
ที่เกี่ยวกับการใช้งานโหลดน้อยมาก
ด้วยเหตุนี้ทอร์คที่โหลดต้องการในสภาวะการใช้งานตามปกติจึงมักจะไม่ค่อยเหมาะกับโหลดที่มอเตอร์สามารถจ่ายให้ได้
ดังนั้นมอเตอร์ตามมาตรฐานของ NEMA จึงมีการกำหนดค่าของปัจจัยบริการ (service
factor) (ปกติจะมีค่า 1.15 สำหรับมอเตอร์ชนิดกันหยดน้ำกระเซ็น หรือ (drip
proof motor)
ทั้งนี้เพื่อให้มอเตอร์สามารถใช้งานได้กับสภาวะโหลดเกินกำลังที่อาจจะเกิดขึ้นในบางครั้ง
ทอร์คสำหรับการเร่งรอบความเร็ว
การเร่งรอบความเร็วของโหลดส่วนใหญ่นั้น
โดยปกติแล้วจะไม่ใช่ปัญหาอะไร ยกเว้นในกรณีที่โหลดซึ่งถูกขับนั้น
มีค่าความเฉื่อยสูง
ซึ่งเวลาที่ใช้ในการเร่งรอบความเร็วจากสภาวะหยุดนิ่งจนถึงรอบความเร็วปกตินั้นอาจจะกลายเป็นปัญหาที่สำคัญได้โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่เวลาดังกล่าวนั้นเกินกว่า
10 วินาที เหตุผลเรื่องนี้สามารถแสดงได้ดังในรูปที่ 2 ที่ผ่านมา
ซึ่งแสดงให้เห็นว่ามอเตอร์จะดึงกระแสไฟฟ้าสูงมาก ในขณะที่เริ่มหมุน
จนกว่ามันจะมีรอบความเร็วตามปกติ ถ้ากระแสที่มีค่าสูงของมอเตอร์นี้มีอยู่นานจะเกินไป
ค่าการสูญเสียก็จะทำให้มอเตอร์เกิดความร้อนจัดหรือทำให้อุปกรณ์ป้องกันในวงจรไฟฟ้าเกิดการ
trip บ่อยครั้ง
ซึ่งล้วนแต่เป็นสภาวะที่ไม่อาจยอมรับได้
เวลาที่ใช้ในการเร่งรอบความเร็วนี้จะขึ้นกับค่าความเฉื่อยของอุปกรณ์ที่หมุนเป็นหลัก
อย่างไรก็ตาม เวลานี้ก็ยังขึ้นกับค่าความแตกต่างของทอร์คที่โหลดต้องใช้ในการหมุน
และทอร์คที่มอเตอร์สามารถจ่ายให้ได้ที่แต่ละความเร็วรอบดังในรูปที่ 3 จะเป็นมอเตอร์มาตรฐานชนิด NEMA B ซึ่งใช้กับโหลดที่ต้องการค่าทอร์คคงที่
การเลือกมอเตอร์ที่มีขนาดใหญ่กว่าปกติย่อมทำให้มีทอร์คสำหรับการเร่งรอบความเร็ว
เหลือพอสำหรับแก้ปัญหาดังกล่าวนี้ แต่ก็จะทำให้ตุ้นทุนของมอเตอร์สูงขึ้น
และสำหรับการใช้งานในสภาวะปกตินั้นมอเตอร์จะถูกใช้งานที่ค่าเปอร์เซ็นต์ของทอร์คต่ำลงกว่าทอร์คปกติ
อันทำให้มอเตอร์ถูกใช้งานในสภาพที่มีประสิทธิภาพต่ำ
ทอร์คสำหรับการเริ่มต้นหมุน
โหลดบางประเภทอาจจะก่อให้เกิดปัญหาในด้านของทอร์คสำหรับการเริ่มต้นหมุนอุปกรณ์นั้น
ค่าความเสียดทานในขณะที่ชิ้นส่วนเริ่มเกิดการหมุน (static friction)
จะมีค่าสูงกว่าความเสียดทานในขณะที่มีการหมุน (rolling friction) แล้วหรือไม่นั้นจะขึ้นกับชนิดของแบริ่งที่ใช้
โดยเฉพาะอย่างยิ่งแบริ่งแบบปลอก (sleeve bearing)
ซึ่งต้องอาศัยน้ำมันหล่อลื่นเลี้ยงแบริ่ง ดังนั้น
ก่อนที่แกนเพลาของโหลดจะหมุนไปได้นั้น
ทอร์คของมอเตอร์จะต้องสามารถเอาชนะค่าทอร์คที่โหลดต้องใช้ในขณะเริ่มต้นหมุน ซึ่งมีค่าสูงกว่าทอร์คในขณะที่โหลดได้หมุนไปแล้ว
และก็เช่นเดียวกับกรณีอื่น
ๆ การเลือกมอเตอร์ที่มีขนาดใหญ่ขึ้นจะสามารถแก้ปัญหานี้ได้
แต่จะทำให้เกิดความสูญเสียพลังงานในสภาพการใช้งานตามปกติ ดังนั้น
จึงควรเลือกมอเตอร์ที่มีคุณสมบัติเหมาะสำหรับการใช้กับงานบางประเภท โดยเฉพาะซึ่งเป็นทางเลือกที่ดีกว่าการใช้มอเตอร์ชนิดทั่วไปในการขับโหลดดังกล่าว
ผลของการเปลี่ยนแปลงความถี่ของกระแสไฟฟ้า
และแรงดันไฟฟ้าที่มีผลต่อทอร์คของมอเตอร์
ในปัจจุบันนี้ได้มีการคิดค้นอุปกรณ์ที่ใช้เปลี่ยนแปลงค่าความถี่ของกระแสไฟฟ้า
ซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรอบความเร็วของมอเตอร์
อย่างไรก็ตามในเรื่องของการเปลี่ยนแปลงทอร์คของมอเตอร์ที่เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงความถี่ของกระแสไฟฟ้านั้นกลับเป็นเรื่องที่แทบจะไม่มีใครเคยพูดถึง
ทั้งที่การเปลี่ยนแปลงทอร์คมอเตอร์นั้นจะมีผลต่อการใช้งานมอเตอร์เป็นอย่างมาก
ในที่นี้เราจะพูดถึงผลของการเปลี่ยนแปลงความถี่กระแสไฟฟ้าที่มีผลต่อทอร์คของมอเตอร์
และในขณะเดียวกันก็จะได้กล่าวถึงผลการเปลี่ยนแปลงค่าแรงดันไฟฟ้าที่มีทอร์คของมอเตอร์ด้วยเช่นกัน
อันจะทำให้ผู้ใช้สามารถนำไปพิจารณาในการเลือกมอเตอร์ใช้ขับโหลดในกรณีที่มีการเปลี่ยนแปลงค่าความถี่กระแสไฟฟ้า
หรือค่าแรงดันไฟฟ้าดังกล่าว โดยจะกล่าวถึงมอเตอร์ชนิดเหนี่ยวนำ (induction motor)