การควบคุมมอเตอร์เบื้องต้น

การพิจารณาการติดตั้งวงจรควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้าเบื้องต้น

ในการติดตั้งวงจรควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้านั้นมีหลักเกณฑ์หรือสิ่งอำนวนความสะดวกต่างๆ ที่จะต้องพิจารณาก่อนการติดตั้ง เพื่อที่จะสามารถใช้ประโยชน์จากมอเตอร์ได้อย่างเต็มที่ และเกิดความปลอดภัยแก่ผู้ที่ใช้งานอย่างสูงสุด โดยมีสิ่งที่จะต้องพิจารณาก่อนการติดตั้งวงจรควบคุมไฟฟ้าดังนี้

1.การบริการทางไฟฟ้า คือ ข้อจำกัดหรือคุณลักษณะของการบริการทางไฟฟ้า เช่น เป็นไฟฟ้ากระแสตรง หรือไฟฟ้ากระแสสลับ จำนวนความถี่ เป็นต้น

2.มอเตอร์ คือ พิจารณาว่ามอเตอร์นั้นมีความเหมาะสมกับการบริการทางไฟฟ้าอยู่หรือไม่ เช่นขนาดของมอเตอร์มีขนาดเหมาะสมพอดีกับการบริการทางไฟฟ้าที่มีอยู่

3.วิธีการควบคุมมอเตอร์ คือ วิธีการควบคุมมอเตอร์ขั้นพื้นฐานนั้นก็คือ วงจรการควบคุมการปิดเปิดมอเตอร์ และวงจรป้องกันมอเตอร์จากความเสียหายที่อาจจะเกิดขึ้นได้จากอุบัติเหตุ ซึ่งทั้งสองวงจรจะมีการติดตังอยู่เสมอภายในวงจรควบคุมมอเตอร์ แต่บางครั้งการใช้งานยังมีวิธีการที่จะต้องพิจารณาเพิ่มขึ้นอีก เช่น การควบคุมมอเตอร์ให้สามารถหมุนกลับทิศทางไปมาได้ หรือการควบคุมมอเตอร์ให้สามารถทำงานได้ความเร็วรอบในระดับต่างๆกัน

4. สิ่งแวดล้อม ในปัจจุบันนี้การพิจารณาเรื่องสิ่งแวดล้อมเป็นเรื่องที่มีความสำคัญมาก ดังที่จะเห็นได้จากมีการตั้งกฎและข้อบังคับต่างๆ ขึ้นมา เพื่อเป็นข้อบังคับหรือข้อปฏิบัติสำหระบผู้ประกอบการเพื่อให้เกิดความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมให้น้อยที่สุด ดังนั้น ในการติดตั้งมอเตอร์จะต้องมีการพิจารณาเรื่องของสิ่งแวดล้อมด้วย เช่น เรื่องของเสียงหรือสภาพแวดล้อมภายในโรงงาน

5. สัญลักษณ์และมาตรฐานทางไฟฟ้า การใช้อุปกรณ์ต่างๆในการติดตั้ง หรือการใช้สัญลักษณ์นั้นก็เพื่อเป็นการบอกขั้นตอนในการควบคุมมอเตอร์ ซึ่งอุปกรณ์และสัญลักษณ์ที่ใช้จะต้องเป็นมาตรฐานสากลและเป็นที่ยอมรับของหน่วยงานที่ควบคุมภายในท้องถิ่นนั้นด้วย

จุดมุ่งหมายในการควบคุมมอเตอร์

1. การเริ่มเดินและหยุดเดินมอเตอร์ เป็นจุดมุ่งหมายเบื้องต้นในการควบคุมมอเตอร์ การเริ่มเดินและการหยุดเดินมอเตอร์นั้นอาจจะดูเป็นเรื่องง่าย แต่ที่แท้จริงแล้วมีความยุ่งยากกอยู่ไม่น้อย เนื่องจากลักษณะของงานที่มีความแตกต่างกันออกไป ดังนั้น การเริ่มเดินและการหยุดเดินมอเตอร์จึงมีหลายลักษณะเพื่อตอบสนองให้ตรงกับงานที่ทำ เช่น การเริ่มเดินแบบเร็วหรือแบบแบบช้า การเริ่มเดินแบบโหลดน้อยหรือเริ่มเดินแบบโหลดมาก การหยุดเดินแบบทันทีหรือหยุดเดินแบบช้าๆ

2. การหมุนกลับทิศทาง การควบคุมมอเตอร์ที่สำคัญอีกอย่างหนึ่ง คือ การทำให้มอเตอร์หมุนกลับทิศทางได้อาจจะโดยอัตโนมัติ หรือใช้ผู้ควบคุมได้

3. การหมุนของมอเตอร์ การควบคุมให้มอเตอร์หมุนให้ปกติตลอดเวลาการทำงานมีจุดมุ่งหมายเพื่อให้เกิดความปลอดภัยแก่มอเตอร์ เครื่องจักรกล โรงงาน และที่สำคัญที่สุดคือ ผู้ใช้งาน

4. การควบคุมความเร็วรอบ การควบคุมความเร็วรอบเป็นอีกเหตุผลหนึ่งในการควบคุมมอเตอร์ โดยการควบคุมความเร็วรอบของมอเตอร์นั้นสามารถทำได้หลายแบบด้วยกัน เช่น การควบคุมความเร็วรอบให้คงที่ การควบคุมความเร็วรอบที่ต่างกัน หรือการควบคุมความเร็วรอบที่สามารถปรับได้ตามต้องการ

5. การป้องกันอันตรายที่จะเกิดแก่ผู้ใช้งาน ในการติดตั้งวงจรความคุมมอเตอร์นั้นก็จะต้องมีการวางแผนป้องกันอันตรายที่จะเกิดแก่ผู้ใช้งาน หรือผู้ที่อยู่ในบริเวณใกล้เคียงด้วย โดยการป้องกันอันตรายที่ดีที่สุดก็คือการอบรมแก่พนักงานที่ปฏิบัติหน้าที่ให้คำนึงถึงความปลอดภัยเป็นอันดับแรกในการทำงานอยู่เสมอ
6. การป้องกันความเสียหายจากอุบัติเหตุ การออกแบบวงจรการควบคุมมอเตอร์ที่ดีควรจะมีการป้องกนความเสียหายให้กับมอเตอร์ เครื่องจักรที่มอเตอร์ติดตั้งอยู่ในโรงงาน หรือความเสียหายต่อชิ้นส่วนที่กำลังอยู่ในสายการผลิตในขณะนั้นไว้ด้วย การป้องกันมอเตอร์จากความเสียหายนั้นมีด้วยกันหลายลีกษณะด้วยกัน เช่น การป้องกันโหลดเกินขนาด การป้องกันการกลับเฟส หรือการป้องกันความเร็วมอเตอร์เกินขีดจำกัด

อุปกรณ์สำหรับใช้ในการควบคุมมอเตอร์เบื้องต้น

สวิตซ์ที่ใช้ในการควบคุม

เป็นสิ่งที่สำคัญที่สุดแต่มักจะถูกมองข้ามไปในวงจรควบคุม ซึ่งสวิตซ์จะมีอยู่หลายลักษณะในการควบคุมแบบต่างๆด้วยกันคือ

1. สวิตซ์ปิดเปิดแบบขึ้นลง เป็นสวิตซ์ที่ใช้ในการควบคุมมอเตอร์เบื้องต้นที่ง่ายที่สุด สวิตซ์ที่ปิดเปิดแบบขึ้นลงใช้ควบคุมการปิดเปิดมอเตอร์ โดยจะใช้ในมอเตอร์ขนาดเล็กที่มีกำลังแรงม้าต่ำ เช่นมอเตอร์ที่หมุนด้วยใบพัดของพัดลม และมอเตอร์ที่ใช้หมุนเป่าลมขนาดเล็ก ซึ่งการปิดเปิดของมอเตอร์ก็สามารถทำได้โดยตรงจากสวิตซ์ปิดเปิดแบบขึ้นลงนี้ โดยไม่จำเป็นต้องมีสวิตซ์แม่เหล็ก หรืออุปกรณ์ช่วยอย่างอื่น ดังนั้น มอเตอร์อาจจะถูกป้องกันอุบัติเหตุที่อาจจะเกิดเกิดจากฟิวส์ หรือเซอร์กิตเบรกเกอร์ ในวงจรย่อยเท่านั้น ดังนั้น ควรที่จะต้องทำความเข้าใจ รู้จักสัญลักษณ์และการทำงานของสวิตซ์แบบนี้

2. สวิตซ์แบบกด เป็นสวิตซ์อีกแบบหนึ่งที่นิยมนำมาใช้ในวงจรการควบคุมมอเตอร์ โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อควบคุมให้มอเตอร์เริ่มเดิน หยุดเดิน หรือเพื่อกลับทางการหมุนของมอเตอร์ สวิตซ์แบบกดจะใช้ในวงจรควบคุมมอเตอร์แบบใช้มือ

3. สวิตซ์แบบหมุน เป็นสวิตซ์แบบหมุนที่มีแกนสำหรับหมุนเพื่อเปลี่ยนตำแหน่งของหน้าสัมผัส ภายในสวิตซ์ให้เปลี่ยนไป โดยใช้การหมุนด้วยมือในลักษณะตามเข็มหรือทวนเข็มนาฬิกา เพื่อทำการควบคุมหน้าสัมผัสของสวิตซ์

4. ลิมิตสวิตซ์ เป็นสวิตซ์ขนาดเล็กทีทำงานโดยการปิดเปิดวงจรควบคุม โดยการเปลี่ยนแปลงในทางกล มาทำให้สวิตซ์ทำงานเพื่อเปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้าที่เข้ามาควบคุมมอเตอร์

5. สวิตซ์อุณหภูมิ สวิตซ์อุณหภูมิถูกนำมาใช้ในวงจรควบคุมมอเตอร์ต่างๆมากมาย โดยมีหลักการทำงาน คือ ให้ของเหลวที่บรรจุในกระเปาะควบคุมอุณหภูมิเกิดการขยายตัวเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นแล้วทำให้เกิดการเปลี่ยนตำแหน่งของหน้าสัมผัสของสวิตซ์ สวิตซ์อุณหภูมิสามารถปรับตั้งอุณหภูมิตามที่เราต้องการได้

6. สวิตซ์ลูกลอย เป็นสวิตซ์ที่ใช้ในการวัดการเพิ่มขึ้นหรือลดลงของเหลวต่างๆ โดยจะใช้ในวงจรการควบคุมมอเตอร์แบบอัตโนมัติเพื่อทำการเปิดปิดวงจรควบคุม เมื่อของเหลวอยู่ในระดับที่ต้องการ การทำงานของสวิตซ์จะใช้ลูกลอยเป็นตัวควบคุมการปิดเปิดของสวิตซ์

7. สวิตซ์แรงดัน เป็นสวิตซ์ที่ใช้เพื่อการควบคุมความดันของเหลวหรือก๊าซให้อยู่ในระดับที่ต้องการ โดยในการควบคุมต้องใช้ความดันที่วัดได้ไปควบคุมการเปิดปิดหน้าสัมผัสของสวิตซ์ เช่น ในการให้มอเตอร์ทำงานต้องเพิ่มแรงดันเข้าไปในถังลม เมื่อความดันภายในถังลดลงและจะเปิดวงจรให้มอเตอร์หยุดทำงานเมื่อความดันภายในถังได้ตามที่กำหนดไว้

8. สวิตซ์ที่ใช้เท้าเหยียบ ในการควบคุมมอเตอร์อีกแบบหนึ่ง คือ การใช้สวิตซ์ที่ใช้เท้าเหยียบ โดยจะมีกระเดื่องสำหรับเหยียบเพื่อใช้ในการควบคุม โดยในสวิตซ์แบบนี้จะใช้ในกรณีที่ผู้ควบคุมทำงานทั้งมือและเท้าในเวลาเดียวกัน

9. Drum - Controller Switcher เป็นสวิตซ์ควบคุมที่จะใช้ในจุดประสงค์ที่พิเศษ โดยปกติจะนิยมใช้ในมอเตอร์ขนาดใหญ่ทั้งในมอเตอร์เฟสเดียว และสามเฟส จะใช้ในการควบคุมการเริ่มเดินหรือการหยุดเดิน หรือควบคุมทิศทางการหมุนของมอเตอร์ การควบคุมจะทำได้โดยการเปลี่ยนตำแหน่งของแกนหมุนด้ายบนของมอเตอร์ด้านบนของสวิตซ์

รีเลย์ (Relay)

เป็นอุปกรณ์ควบคุมวงจรไฟฟ้าที่มีการทำงานในลักษณะเป็น เครื่องกลไฟฟ้า ที่นิยมใช้ในวงจรควบคุมแบบต่างๆ กันอย่างแพร่หลาย โดยโครงสร้างพื้นฐานและการทำงานของรีเลย์จะประกอบไปด้วยขดลวดตัวนำและแกนโลหะที่สามารถเคลื่อนที่ขึ้นลงได้ เรียกว่า อาร์มาเจอร์ โดยอาร์มาเจอร์จะมีหน้าที่เปิดปิดหน้าสัมผัสของรีเลย์ การทำงานของรีเลย์จะเริ่มทำงานได้เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านไปที่ขดลวดตัวนำ ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไปดึงดูดแกนของอาร์มาเจอร์ ถ้าแรงดึงดูดที่เกิดจากสนามแม่เหล็กสามารถชนะแรงดึงของสปริงได้ ก็จะดึงแกนของอาร์มาเจอร์ให้หน้าสัมผัสของรีเลย์มาอยู่ในตำแหน่งอีกทางหนึ่ง แต่ถ้าแรงดึงดูดที่เกิดจากสนามแม่เหล็กไม่สามารถชนะแรงดึงของสปริงได้หน้าสัมผัสของรีเลย์ก็จะอยู่ในตำแหน่งเดิม
รีเลย์จะมีหน้าสัมผัสอยู่สองแบบ คือ แบบปกติเปิดและแบบปกติปิด รีเลย์แบบปกติเปิดหน้าสัมผัสของรีเลย์จะเปิดเมื่อไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านไปยังขดลวดของรีเลย์และหน้าสัมผัสจะปิดเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านไปที่ขดลวดของรีเลย์ ซึ่งการทำงานก็จะตรงกันข้ามกันในรีเลย์แบบปกติปิด รีเลย์มีหลายชนิดด้วยกัน โดยมากรีเลย์จะถูกนำมาใช้ในวงจรการควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้าในลักษณะของการหน่วงเวลาเพื่อทำให้เกิดการทำงานของวงจรควบคุมเป็นไปตามลำดับหรือใช้เพื่อป้องกันอันตรายที่จะเกิดขึ้นภายในวงจรควบคุม

แมกเนติกคอนแทคเตอร์ (Magnetic Contactors)

เป็นสวิตซ์ที่ใช้สำหรับการควบคุมการเริ่มและหยุดเดินของมอเตอร์ โดยจะทำหน้าที่เปิดปิดแหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าสำหรับมอเตอร์ โดยเฉพาะมอเตอร์ขนาดใหญ่ที่มีขนาดเกิน 10 แรงม้าขึ้นไป แมกเนติกคอนแทคเตอร์จะทำหน้าที่ควบคุมการเริ่มและหยุดเดินของมอเตอร์แทนการใช้คนควบคุมโดยตรง ทั้งนี้เพื่อเป็นการป้องกันอันตรายแก่ผู้ควบคุม เพราะกระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจรจะมีปริมาณสูง เนื่องจากมอเตอร์มีขนาดใหญ่ และยังมีจุดประสงค์อีกอย่างหนึ่ง คือ เพื่อให้สามารถทำงานร่วมกับอุปกรณ์อื่นได้อีกในวงจรควบคุมทำให้เกิดความสะดวกและความปลอดภัยมากขึ้น การทำงานจะอาศัยอำนาจแม่เหล็กดึงดูดหน้าสัมผัสให้เชื่อมติดกันทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านไปสู่มอเตอร์ได้ และในแมกเนติกคอนแทคเตอร์ทั่วไปจะมีการติดตั้งรีเลย์ป้องกันกระแสไฟฟ้าเกินไว้ด้วยเสมอ

รีเลย์ช่วย

ฟิวส์

โอเวอร์โหลดรีเลย์

วิธีการควบคุมมอเตอร์ ซึ่งจะมีวิธีการควบคุมอยู่ 2 แบบ ได้แก่

1. การควบคุมด้วยมือ (Manual Control) เป็นการควบคุมมอเตอร์ด้วยมือจะเป็นการควบคุมโดยตรงจากผู้ใช้งาน โดยมากจะใช้ในวงจรควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็ก การควบคุมแบบนี้จะอาศัยคนทำการควบคุมการเริ่มเดิน และการหยุดเดินมอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็กเฟสเดียวที่ใช้การควบคุมด้วยมือ โดยจะให้คนควบคุมการปิดเปิดหน้าสัมผัสเพื่อควบคุมกระแสไฟฟ้าที่ไหลไปสู่มอเตอร์

2. การควบคุมด้วยเครื่องควบคุมจากระยะไกลและแบบอัตโนมัติ (Remote and Automatic Control)
การควบคุมด้วยเครื่องควบคุมจากระยะไกล หรืออาจจะเรียกเป็นการควบคุมแบบกึ่งอัตโนมัติ จะเป็นการควบคุมโดยการใช้การควบคุมปุ่มสวิตซ์เปิดปิดที่แผงควบคุมที่อยู่ภายในห้องควบคุมหรือตู้ควบคุม เพื่อที่จะควบคุมการเริ่มเดินและหยุดเดินของมอเตอร์โดยจะต้องมีอุปกรณ์พิเศษที่จะต้องทำงานร่วมกับสวิตซ์หลัก เช่น ใช้สวิตซ์แม่เหล็กไฟฟ้าทำงานร่วมกับในวงจรเพื่อที่จะให้สวิตซ์แม่เหล็กเป็นตัวควบคุมการจ่ายกระแสไฟฟ้าไปยังมอเตอร์ไฟฟ้าแทนการใช้มือ

การสตาร์ทโดยตรง

วงจรกำลัง

การควบคุมมอเตอร์แบบอัตโนมัติ

จะมีวงจรควบคุมการทำงานคล้ายกับแบบใช้เครื่องควบคุมจากระยะไกลแต่จะมีวงจรควบคุมที่สามารถให้มอเตอร์ทำการเริ่มเดินและหยุดเดินได้อัตโนมัติ สามารถที่จะควบคุมด้วยมือหรือเป็นแบบอัตโนมัติโดยการใช้สวตซ์ลูกลอยควบคุมการเริ่มเดินและหยุดเดินของมอเตอร์