การพันขดลวดมอเตอร์ขนาดเล็ก

Introduction
โดยทั่วไปมอเตอร์ที่มีขนาดวัตต์ต่ำ ๆ ขนาด 746 วัตต์ (1 แรงม้า) มักจะใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่มีขนาดเล็ก มอเตอร์เหล่านี้มีหลายชนิด เช่น

• slit phase induction motor
• capacitor start induction motor
• capacitor start and run induction motor
• repulsion induction motor
• repulsion start-induction run motor
• shaded-pole induction motor
• universal motor

มอเตอร์ขนาดเล็กถูกนำมาใช้งานเพิ่มมากขึ้นในโรงงานอุตสาหกรรม โรงงานขนาดเล็ก สถานที่ทำงาน และตามบ้านเรือน เนื่องจากมีมอเตอร์แบบต่างๆ หลายแบบ การศึกษาเรื่องการพันมอเตอร์จึงเป็นสิ่งสำคัญ

การพันขดลวดใหม่

     การพันขดลวดใหม่เป็นการนำเอาขดลวดชุดใหม่พันแทนขดลวดชุด

เดิมเสียหรือไหม้การออกแบบมอเตอร์ แต่ละชิ้นนั้นจะต้องใช้ช่างเทคนิคที่มีความสามารถสูง และถ้าหากจะใช้ช่างธรรมดาแล้ว ช่างผู้นั้นจะต้องมีความชำนาญ และมีความในทางเทคนิคเป็นอย่างดี เนื่องจากมอเตอร์ขนาดเล็กมีหลายแบบ จึกทำให้พันขดลวดมีความยุ่งยากมากขึ้น

ในปัจจุบันการพันขดลวดมีความหมายเหมือนกับการพันขดลวดใหม่เพราะว่าใช้เทคนิคอย่างเดียวกัน แม้ว่าผู้ที่ทำการพันขดลวดจะมีภาระเพิ่มมากขึ้น เพราะนอกจากการจะต้องกำหนดข้อมูลเกี่ยวกับการพันขดลวดแล้ว ยังต้องทำการพันขดลวดเพื่อให้มอเตอร์ทำงานได้ โดยไม่ทราบวิธีการออกแบบที่ผู้ผลิตทำไว้เลย

 ขดลวดของมอเตอร์

            มอเตอร์จะเกิดแรงบิดได้ก็ต่อเมื่อเกิดแรงกระทำระหว่างสนามแม่เหล็กสองสนาม สนามแม่เหล็กดังกว่างเกิดจากขดลวดสองชุดซึ่งมีกระแสไหลผ่าน ขดลวดชุดแรกวางอยู่กับที่รอบนอก ซึ่งเรียกว่า สเตเตอร์(stator) ส่วนอีกขดหนึ่งหมุนอยู่ด้านในเรียกว่า โรเตอร์ หรืออาร์เมเจอร์(rotor or armature) สำหรับมอเตอร์กระแสสลับแบบอินดักชั่น (induction type) หรือแบบรีพัลชั่น(repulsion type) นั้น ขดลวดที่สเตเตอร์จะเหมือนกัน โดยที่รอบๆสเตเตอร์จะมี สลอต(slot) ยกเว้นมอเตอร์แบบเชดเดดโพลขดลวดของสเตเตอร์จะต่อกับแหล่งจ่ายไฟ ซึ่งทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก มีผลเนี่ยวนำไปยังโรเตอร์ ทำให้เกิดกระแสไหลในโรเตอร์ สำหรับยูนิเวอร์แซลมอเตอร์ และมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงขดลวดที่ทำเป็นขั้วแม่เหล็กพันอยู่บนขั้วที่ยื่นออกมา และขดลวดนี้จะต่ออนุกรมกับขดลวดอาร์เมเจอร์ แล้วจึงต่อเข้ากับแหล่งจ่ายไฟ

slit phase induction motor

       มอเตอร์ชนิดนี้ใช้กับไฟเฟสเดียวตัวโรเตอร์เป็นแบบกรงกระรอก ส่วนสเตเตอร์ทำด้วยแผ่นเหล็กบางๆอาบน้ำยา อัดซ้อนกัน ขดลวดที่สเตเตอร์มีสองชุดคือ ขดลวดรัน กับ ขดลวดช่วยหรือขดลวดสตาร์ต ทั้งขดลวดรันและขดลวดสตาร์ตต่อคร่อมอยู่กับแหล่งจ่ายไฟ เมื่อความเร็วรอบของมอเตอร์ได้ 80 เปอร์เซ็นต์ของความเร็วสูงสุด ขดลวดสตาร์ตจะถูกตัดออกจากวงจรของแหล่งจ่ายไฟโดยสวิตช์แรงเหวี่ยง ถ้าหาเราไม่ใช้สวิตช์ดังกล่าว อาจจะใช้รีเลย์อนุกรมกับขดลวดรันก็ได้ เมื่อความเร็วรอบของมอเตอร์เพิ่มมากขึ้น กระแสในขดลวดจะลดลงทำให้รีเลย์หยุดทำงาน วงจรของขดลวดสตาร์ตจะถูกตัดออกจากแหล่งจ่ายไฟ ในกรณีที่ขดลวดสตาร์ตไม่ถูดตัดออกไปจากวงจรภายในระยะเวลา2-3วินาทีขดลวดจะเริ่มร้อนทันทีและก็จะไหม้ในที่สุด

มอเตอร์แบบอินดักชั่นหรือแบบสปลิตเฟสมีคุณสมบัติเหมือนกันมอเตอร์แบบขนาดคือความเร็วรอบค่อนข้างคงที่เมื่อภาระหรือโหลดเปลี่ยนไป

capacitor start induction motor
     มอเตอร์ชนิดนี้เป็นมอเตอร์เฟสเดียวที่มีโครงสร้างเหมือนกับ Slip-phase motor แต่มีแรงบิดสูงกว่าและกินกระแสน้อยกว่า เนื่องจากมีคาปาซิเตอร์ต่ออนุกรมกับขดลวดสตาร์ต วงจรของขดลวดสตาร์ตจะถูกตัดออกจากวงจรแหล่งจ่ายโดยสวิตช์แรงเหวี่ยงหรืออุปกรณ์อย่างอื่นเมื่อถึงความเร็วรอบที่กำหนด

     ในมอเตอร์แบบคาปาซิเตอร์สตาร์ตคาปาซิเตอร์รัน จะมีคาปาซิเตอร์สองตัวต่ออยุ่ซึ่งทำให้มีคาปาซิเตอร์เหลืออยู่ในวงจรของขดลวดสตาร์ตในขณะมอเตอร์กำลังหมุน ดังนั้นจึงทำให้เพาเวอร์แฟคเตอร์ ของวงจรดีขึ้น มอเตอร์จะกินกระแสน้อยซึ่งมีผลทำให้ความร้อนไม่สูงมาก

     ในงานที่มีโหลดน้อยๆ และต้องการใช้คาปาซิเตอร์รันมอเตอร์ เราอาจใช้คาปาซิเตอร์เพียงตัวเดียวต่ออนุกรมกับขดลวดสตาร์ต และไม่ต้องมีสวิตช์ตัดวงจรของขดลวดสตาร์ตออกจากแหล่งจ่ายไฟในขณะที่ทำการขับโหลด

repulsion induction motor

       มอเตอร์ชนิดนี้เป็นมอเตอร์เฟสเดียว ที่สเตเตอร์มีขดลวดเพียงชุดเดียว โรเตอร์มีความคล้ายคลึงกับอาร์เมเจอร์ในระบบไฟฟ้ากระแสตรงที่มีคอมมิวเตเตอร์ แปรงถ่านจะถูกลัดวงจร กระแสไฟที่ไหลในโรเตอร์เกิดขึ้นจากผมของสนามแม่เหล็กที่สเตเตอร์และการเกิดขั้วแม่เหล็กที่โรเตอร์ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของแปรงถ่านที่วางอยู่บนซี่คอมมิวเตเตอร์ ถ้าหากขั้วแม่เหล็กที่สเตเตอร์กับโรเตอร์เหมือนกันก็จะเกิดการผลักกัน ในกรณีที่แนวแกนของแปรงถ่านมีทิศทางเดียวกับแนวแกนของลวดสเตเตอร์ มอเตอร์จะไม่หมุน ณ ตำแหน่งนี้เรียกว่า ตำแหน่งสะเทิน เหตุที่มอเตอร์ไม่หมุนก็เนื่องจากขั้วที่สเตเตอร์กับโรเตอร์เหมือนกันถ้าต้องการกลับทิสทางการหมุนของมอเตอร์ ก็ให้หมุนแปรงถ่านไปอยุ่ตรงข้ามกับตำแหน่งสะเทิน หรืออาจจะต่อปลายสายของขดลวดสเตเตอร์ออกมาแล้วใช้สวิตช์เป็นตัวกลับทิศทางก็ได้ เพื่อป้องกันการสึกหรอของแปรงถ่าน แปรงถ่านจะถูกยกขึ้นหลังจากที่ทำการสตาร์ตมอเตอร์แล้ว มอเตอร์จะทำงานแบบอินดักชั่นในขณะที่หมุนโดยมีอุปกรณ์ชนิดหนึ่งมาทำการลัดวงจรที่ซี่คอมมิวเตเตอร์ทั้งหมด อุปกรณ์นิดนี้คือ เครื่องมือที่ทำงานด้วยแรงเหวี่ยง ซึ่งทำงานเหมือนสวิตช์แรงเหวี่ยง เพื่อที่จะหลีกเลี่ยงความลำบากที่จะทำอุปกรณ์มาลัดวงจรที่ซี่คอมมิวเตเตอร์ นั้งดันโรเตอร์ตัวนี้จะต้องเป็นแบบกรงกระรอก โดยฝังไว้ใต้สลอต และมีคุณสมบัติเหมือนกับอินดักชั่นมอเตอร์ ถ้าหากต้องการปรับความเร็วรอบของรีพัลชั่นมอเตอร์แบบธรรมดา (ซึ่งไม่มีกลไกสำหรับลัดวงจรและทำการยกแปรงถ่าน) สามารถทำได้โดนขยับแปรงถ่าน ซึ่งเราจะต้องต่อมือหมุนไว้ที่ฝาครอบหัวท้ายของมอเตอร์

     คุณสมบัติของมอเตอร์ชนิดนี้เหมือนกับมอเตอร์แบบอนุกรม คือ ถ้าโหลดลดลงความเร็วรอบจะเพิ่มขึ้น การเกิดคอมมิวเตชั่นไม่สามารถแก้ไขให้หมดไปได้ แต่จะทำให้ดีขึ้นโดยการเปลี่ยนแปรงถ่านใหม่บ่อยๆ

shaded-pole induction motor three-phase motor
     เป็นมอเตอร์ขนาดเล็กใช้กับไฟเฟสเดียว นิยมใช้กันมาก เนื่องจากเป็นแบบง่ายๆ และค่อนข้างจะแข็งแรง โรเตอร์เป็นแบบกรงกระรอก สเตเตอร์มีขั้วแม่เหล็กแบบขั้วยืนออกมาคล้ายกับแบบยูนิเวอร์แซลมอเตอร์และขดลวดที่พันอยู่บนต่อคร่อมกับแหล่งจ่ายไฟ แต่ละขั้วที่สเตเตอร์เป็นแบบแผ่นเหล็กอัดซ้อนกันและถูกตัดออกเป็นช่อง แต่ส่วนที่ถูกแบ่งออกจะมีปลอกทองแดงหนาสวมอยู่ ปลอกทองแดงนี้เราเรียกว่า เชดเดดคอยล์

three-phase motor 
     ในสถานที่ที่มีระบบไฟสามเฟส มักจะนิยมใช้มอเตอร์สามเฟสมากกว่ามอเตอร์เฟสเดียว มอเตอร์ชนิดนี้โรเตอร์เป็นแบบกรงกระรอก มีขดลวดสามชุดพันอยู่ที่สเตเตอร์ (มอเตอร์สองเฟสมีขดลวดที่สเตเตอร์สองชุด) มอเตอร์ชนิดนี้ไม่จำเป็นไม่ต้องมีขดลวดสตาร์ตหรือสวิตช์แรงเหวี่ยง

universal motor d.c. motor

       มอเตอร์ชนิดนี้ใช้ได้ทั้งไฟเฟสเดียวและไฟฟ้ากระแสตรง มีขนาดตั้งแต่ 10 วัตต์ถึง 400 วัตต์ มีโครงสร้างเหมือนกับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแต่ต่างกันตรงขั้วแม่เหล็ก มอเตอร์ชนิดนี้ที่ขั้วจะทำแบบแผ่นเหล็กอัดว้อนกัน และขดลวดสนามแม่เหล็กจะต่ออนุกรมกับอาร์เมเจอร์ความเร็วรอบของมอเตอร์ชนิดนี้มักจะไม่ต่ำกว่า 2000 รอบต่อนาที

     ถ้าต้องการให้มอเตอร์ใช้งานได้ทั้งกับไฟฟ้ากระแสสลับและกระแสตรงที่มีความเร็วรอบน้อยกว่า 3000 รอบต่อนาทีโดยมีคุณสมบัติการใช้งานเหมือนกัน จะต้องควบคุมขดลวดที่สนามแม่เหล็ก โดยการต่อแยกขดลวดสนามแม่เหล็กออกมา

     มอเตอร์ชนิดนี้มีคุณสมบัติเหมือนกับมอเตอร์แบบอนุกรม ดังนั้นความเร็วรอบจะอยู่ในพิกัด ถ้าหากต่อโหลดหรือภาระให้กับมอเตอร์อยู่ในพิกัด ในกรณีที่โหลดลดลงความเร็วรอบจะเพิ่มขึ้น มอเตอร์ชนิดนี้เหมาะที่จะใช้งานจำพวกโหลดคงที่หรืองานที่ไม่ต้องการการขับด้วยความเร็วรอบคงที่ งานดังกล่าวได้แก่ พัดลม เครื่องดูดฝุ่น จักรเย็บผ้า และเครื่องมือไฟฟ้าบางอย่าง แปรงถ่านของยูนอเวอร์แซลมอเตอร์มักจะสึกค่อนข้างเร็ว ดังนั้นมอเตอร์ชนิดนี้จะไม่ใช้งานหนักๆเป็นระยะเวลานานๆ

d.c. motor 
     แม้ว่าแกนขั้วแม่เหล็กของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง ไม่จำเป็นต้องทำเป็นแบบเหล็กแผ่นอัดซ้อนกัน แต่มอเตอร์ชนิดนี้ที่มีขนาดเล็กๆ ซึ่งไม่ถึง 1 แรงม้า มักนิยมทำแกนขั้วแม่เหล็กป็นเหล็กแผ่นอัดซ้อนกัน โดยที่แกนขั้วแม่เหล็กและโครงภายใน (yoke) เป็นแผ่นเดียวกันแกนขั้วแม่เหล็กเป็นแบบขั้วยื่นออกมา และพันขดลวดสนามแม่เหล็กเพียงชุดเดียว มอเตอร์ชนิดนี้มักจะทำขั้วแม่เหล็กสองขั้วมากว่า 4 ขั้ว ส่วนอาร์เมเจอร์ก็ทำเป็นแบบเหล็กแผ่นอัดซ้อนกันมีสลอตสำหรับพันขดลวด และสวมอยู่บนเพลาเหล็ก

     มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงมี 3 แบบคือ มอเตอร์แบบอนุกรม มอเตอร์แบบขนาน และมอเตอร์แบบผสม มอเตอร์แบบอนุกรมใช้กับงานที่ต้องการแรงบิดสูงในขณะเริ่มหมุน และความเร็วรอบของมอเตอร์จะเพิ่มขึ้นเมื่อโหลดลดลง มอเตอร์ชนิดนี้ไม่ควรใช้กับโหลดที่ต้องการความเร็วรอบคงที่ เว้นแต่ว่าโหลดมีค่าคงที่แน่นอน ส่วนมอเตอร์แบบขนานหรือแบบผสม ความเร็วรอบค่อนข้างคงที่เมื่อโหลดเปลี่ยนแปลง

     การควบคุมความเร็วรอบของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงทำได้หลายวิธี เช่น ในมอเตอร์แบบอนุกรมสามารถควบคุมความเร็วรอบได้โดยการนำความต้านทานมาต่ออนุกรมกับมอเตอร์ในวงจร วิธีนี้ทำให้ความเร็วรอบลดลงได้ 1 ใน 4 ของความเร็วรอบสูงสุด สำหรับมอเตอร์แบบขนานและแบบผสม สามารถรดความเร็วรอบได้โดยนำความต้านทานมาต่ออนุกรมกับอาร์เมเจอร์ทำให้ความเร็วลดลงได้ 1 ใน 10 หรือน้อยกว่าความเร็วรอบสูงสุด และให้แรงบิดได้เต็มที่ตามพิกัดตลอดช่วงของความเร็วที่ใช้งาน ความเร็วรอบของมอเตอร์ทั้งสองชนิดที่กล่าวอาจจะเพิ่มได้โดยใช้ตัวต้านทานต่ออนุกรมกับขดลวดขนาน ซึ่งความเร็วรอบอาจจะเพิ่มถึง 100 เปอร์เซ็นต์ทั้งนี้ต้องขึ้นอยู่กับการออกแบบมอเตอร์ ในกรณีนี้แรงบิดจะลดลงถ้าหากความเร็วรอบเพิ่มขึ้น
**************************************************
ติดตามรายละเอียดเพิ่มอีก ที่นี้ เร็วๆนี้ครับ