มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ: ชิ้นส่วน ประเภท การเดินสายไฟ และวิธีการทำงาน

อย่างไร. มอเตอร์เอซี ได้ผล

มอเตอร์ AC แปลงพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับเป็นพลังงานการหมุนเชิงกลผ่านหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับถูกจ่ายให้กับขดลวดสเตเตอร์ มันจะสร้างสนามแม่เหล็กหมุน (RMF) ความเร็วที่สนามนี้หมุนเรียกว่า ความเร็วซิงโครนัส กำหนดโดยความถี่ของแหล่งจ่ายไฟและจำนวนคู่ขั้วแม่เหล็กในสเตเตอร์: Ns = 120f / P ที่ไหน f คือความถี่ของแหล่งจ่ายในหน่วย Hz และ P คือจำนวนเสา

ในมอเตอร์เหนี่ยวนำ ซึ่งเป็นประเภทมอเตอร์กระแสสลับที่พบมากที่สุด สนามแม่เหล็กที่กำลังหมุนจะตัดผ่านตัวนำโรเตอร์และเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าภายในตัวนำตามกฎของฟาราเดย์ กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำนั้นสร้างสนามแม่เหล็กของตัวเอง และปฏิสัมพันธ์ระหว่างสนามโรเตอร์กับสนามหมุนของสเตเตอร์จะสร้างแรงบิดที่ขับเคลื่อนโรเตอร์ให้หมุน โรเตอร์จะทำงานช้ากว่าความเร็วซิงโครนัสเล็กน้อยเสมอ ความแตกต่างของความเร็วนี้เรียกว่า ลื่น โดยทั่วไปแล้วจะอยู่ที่ 2–8% ในมอเตอร์เหนี่ยวนำมาตรฐาน หากไม่มีการสลิป จะไม่มีการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างสนามกับตัวนำโรเตอร์ ไม่มีการเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้า และไม่มีการสร้างแรงบิด

ในมอเตอร์ AC แบบซิงโครนัส โรเตอร์จะถูกกระตุ้นด้วยสนามไฟฟ้ากระแสตรงแทนหรือใช้แม่เหล็กถาวร เพื่อล็อคให้หมุนด้วยความเร็วซิงโครนัสที่แน่นอนโดยไม่มีการสลิปเป็นศูนย์ ทำให้มอเตอร์ซิงโครนัสเป็นตัวเลือกที่ต้องการซึ่งการทำงานด้วยความเร็วคงที่อย่างแม่นยำเป็นสิ่งสำคัญ เช่น ในกลไกนาฬิกา เครื่องจักรสิ่งทอบางชนิด และไดรฟ์ความเร็วแปรผันที่มีประสิทธิภาพสูง

ชิ้นส่วนของมอเตอร์กระแสสลับ

การทำความเข้าใจสถาปัตยกรรมภายในของมอเตอร์ AC ช่วยในการระบุยูนิตที่ถูกต้อง การวินิจฉัยข้อผิดพลาด และการวางแผนช่วงเวลาการบำรุงรักษา ส่วนประกอบที่สำคัญได้แก่:

• สเตเตอร์: ส่วนประกอบด้านนอกแบบอยู่กับที่ซึ่งบรรจุแกนเหล็กเคลือบและขดลวดทองแดง แกนสเตเตอร์ถูกสร้างขึ้นจากการเคลือบเหล็กซิลิคอนบางๆ ซ้อนกันเพื่อลดการสูญเสียกระแสไหลวน ขดลวดจะถูกพันเข้าไปในช่องในแกนกลางและเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ AC
• โรเตอร์: ชุดประกอบภายในแบบหมุนที่ติดตั้งอยู่บนเพลาส่งออก ในมอเตอร์เหนี่ยวนำกรงกระรอก โรเตอร์ประกอบด้วยแท่งตัวนำอะลูมิเนียมหรือทองแดงที่ลัดวงจรที่ปลายแต่ละด้านด้วยวงแหวนปลาย ในมอเตอร์โรเตอร์แบบพันแผล โรเตอร์จะบรรทุกขดลวดสามเฟสที่เชื่อมต่อกับตัวต้านทานภายนอกผ่านวงแหวนสลิป
• เพลาส่งออก: เพลาเหล็กตันที่ถ่ายโอนแรงบิดเชิงกลไปยังโหลดที่ขับเคลื่อน เส้นผ่านศูนย์กลางเพลาและขนาดร่องสลักได้รับมาตรฐานภายใต้ข้อกำหนดขนาดเฟรม IEC หรือ NEMA
• ตลับลูกปืน: โดยทั่วไปแล้ว ตลับลูกปืนเม็ดกลมร่องลึกที่ปลายขับเคลื่อน (DE) และปลายที่ไม่ใช่ไดรฟ์ (NDE) แบริ่งรองรับโหลดในแนวรัศมีและแนวแกนที่กำหนดโดยโรเตอร์และโหลดที่ขับเคลื่อน และเป็นอุปกรณ์ทดแทนในการบำรุงรักษาที่พบบ่อยที่สุด
• บังปลาย (กระดิ่งปลาย): โครงสร้างเหล็กหล่อหรืออะลูมิเนียมที่ปิดปลายแต่ละด้านของโครงมอเตอร์ โดยยึดตลับลูกปืนให้อยู่ในตำแหน่งและปิดล้อมส่วนประกอบภายใน
• พัดลมและฝาครอบพัดลม: มอเตอร์ AC ส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบ TEFC (ระบายความร้อนด้วยพัดลมแบบปิดทั้งหมด) โดยมีพัดลมระบายความร้อนภายนอกติดตั้งอยู่ที่ส่วนขยายเพลาปลายที่ไม่ใช่ไดรฟ์ ซึ่งล้อมรอบด้วยฝาครอบพัดลมที่ทำจากเหล็กอัด พัดลมจะดึงอากาศโดยรอบไปเหนือครีบโครงมอเตอร์เพื่อกระจายความร้อน
• กล่องเทอร์มินัล (กล่องรวมสัญญาณ): ตัวเรือนทนฝนและแดดบนโครงมอเตอร์ที่มีขั้วต่อการเชื่อมต่อขดลวด (โดยทั่วไปจะมีป้ายกำกับ U1, V1, W1, U2, V2, W2 ภายใต้อนุสัญญา IEC) นี่คือจุดที่เชื่อมต่อสายไฟและลิงก์การกำหนดค่าแบบสตาร์/เดลต้า
• กรอบ: โครงสร้างภายนอก ซึ่งมักจะเป็นเหล็กหล่อแบบซี่หรือโลหะผสมอะลูมิเนียม ซึ่งให้การสนับสนุนทางกล ทำหน้าที่เป็นตัวระบายความร้อน และรองรับขายึดหรือหน้าแปลนสำหรับการติดตั้ง

ส่วนประกอบเพิ่มเติมที่มีอยู่ในมอเตอร์แต่ละประเภท ได้แก่ ลื่น rings and brushes (มอเตอร์เหนี่ยวนำโรเตอร์โรเตอร์) สวิตช์สตาร์ทแบบแรงเหวี่ยง (มอเตอร์สตาร์ทตัวเก็บประจุแบบเฟสเดียว) และ ตัวเก็บประจุ (การออกแบบรันคาปาซิเตอร์เฟสเดียวและคาปาซิเตอร์สตาร์ท/รัน)

ประเภทของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ

มอเตอร์ AC แบ่งออกเป็นสองตระกูลหลัก — เหนี่ยวนำ (อะซิงโครนัส) และซิงโครนัส — แต่ละตระกูลมีประเภทย่อยหลายประเภทที่ปรับให้เหมาะกับความต้องการในการใช้งานที่แตกต่างกัน

สำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ มอเตอร์เหนี่ยวนำกรงกระรอกสามเฟส ยังคงเป็นตัวเลือกเริ่มต้น ไม่ต้องใช้แปรง แหวนสลิป หรือการกระตุ้นจากภายนอก ทำให้เป็นตัวเลือกที่มีการบำรุงรักษาต่ำที่สุดและคุ้มค่าที่สุดสำหรับการโหลดที่ความเร็วคงที่ ไดรฟ์ความถี่แปรผัน (VFD) ได้ขยายความสามารถในการใช้งานไปสู่การใช้งานแบบปรับความเร็วได้ซึ่งก่อนหน้านี้ต้องใช้มอเตอร์กระแสตรงหรือโรเตอร์แบบพันแผล

ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับแผนภาพการเดินสายไฟมอเตอร์ AC

การเดินสายไฟมอเตอร์ AC อย่างถูกต้องถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำงานที่ปลอดภัย และได้คุณลักษณะแรงบิดและความเร็วที่ถูกต้อง การกำหนดค่ากล่องขั้วต่อจะแตกต่างกันไปตามประเภทของมอเตอร์และแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่าย แต่เนื้อหาต่อไปนี้จะครอบคลุมสถานการณ์ที่พบบ่อยที่สุด

มอเตอร์แรงดันไฟฟ้าคู่สามเฟส (สตาร์ / เดลต้า)

มอเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟสส่วนใหญ่จะพันกันสำหรับระดับแรงดันไฟฟ้าสองระดับ — โดยทั่วไปคือ 230V/400V หรือ 400V/690V — และกล่องขั้วต่อประกอบด้วยตัวนำหกตัวที่มีป้ายกำกับ U1, V1, W1 (การสตาร์ทการม้วน) และ U2, V2, W2 (ปลายการม้วน) แรงดันไฟฟ้าจะกำหนดการเชื่อมต่อ:

• การเชื่อมต่อแบบสตาร์ (Y) — แรงดันไฟฟ้าสูงกว่า: เชื่อมโยง U2, V2 และ W2 เข้าด้วยกันเพื่อสร้างจุดดาวที่เป็นกลาง เชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟสามเฟสเข้ากับ U1, V1, W1 ขดลวดแต่ละอันจะมองเห็นแรงดันไฟฟ้าระหว่างเฟสถึงเป็นกลาง ใช้เมื่อแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟตรงกับแรงดันไฟฟ้าพิกัดที่สูงกว่าของมอเตอร์ (เช่น แหล่งจ่ายไฟ 400V บนมอเตอร์ 230/400V)
• การเชื่อมต่อเดลต้า (Δ) — แรงดันไฟฟ้าต่ำ: เชื่อมโยง U1 กับ W2, V1 กับ U2, W1 กับ V2 ทำให้เกิดวงปิด เชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟสามเฟสกับขั้วต่อแต่ละคู่ที่ต่อกัน การพันแต่ละครั้งจะเห็นแรงดันไฟฟ้าเต็มเส้นต่อเส้น ใช้เมื่อแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟตรงกับแรงดันไฟฟ้าพิกัดต่ำกว่าของมอเตอร์ (เช่น แหล่งจ่ายไฟ 230V บนมอเตอร์ 230/400V)

สตาร์ท-เดลต้า เป็นวิธีการสตาร์ทแบบนุ่มนวลทั่วไปสำหรับมอเตอร์ขนาดใหญ่: มอเตอร์สตาร์ทแบบสตาร์ (แรงดันไฟฟ้าลดลงในแต่ละขดลวด = กระแสสตาร์ทต่ำกว่า โดยทั่วไปคือ 1/3 ของกระแสพุ่งตรงออนไลน์) จากนั้นจะเปลี่ยนเป็นเดลต้าเมื่อเข้าใกล้ความเร็วเต็ม ซึ่งช่วยลดการรบกวนการจ่าย แต่ยังช่วยลดแรงบิดสตาร์ทด้วยปัจจัย 1/3 เดียวกัน ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับการใช้งานสตาร์ทที่มีโหลดต่ำเท่านั้น

การเดินสายไฟมอเตอร์เฟสเดียว

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียวจำเป็นต้องมีวงจรสตาร์ทเสริมเนื่องจากการจ่ายไฟแบบเฟสเดียวเพียงอย่างเดียวไม่สามารถสร้างสนามแม่เหล็กที่กำลังหมุนได้ โดยทั่วไปการจัดเรียงอาคารผู้โดยสารจะประกอบด้วย:

• ขั้วต่อขดลวดหลัก (M): เชื่อมต่อโดยตรงผ่านสายและเป็นกลาง
• เริ่มต้นขั้วต่อขดลวด (S): เชื่อมต่อแบบขนานกับขดลวดหลักแต่ต่ออนุกรมกับตัวเก็บประจุสตาร์ท ตัวเก็บประจุสร้างการกระจัดของเฟส (ประมาณ 90°) ระหว่างกระแสของขดลวดหลักและกระแสเสริม ทำให้เกิดสนามหมุนที่แข็งแกร่งพอที่จะพัฒนาแรงบิดเริ่มต้น
• สวิตช์แรงเหวี่ยงหรือรีเลย์ PTC: ยกเลิกการเชื่อมต่อขดลวดสตาร์ทเมื่อมอเตอร์ถึงความเร็วซิงโครนัสประมาณ 75–80% ความล้มเหลวของสวิตช์นี้ - เปิดค้างไว้ (มอเตอร์ไม่สตาร์ท) หรือปิดอยู่ (เริ่มไขลานร้อนเกินไปและไหม้) - เป็นหนึ่งในความผิดปกติของมอเตอร์เฟสเดียวที่พบบ่อยที่สุด

การกลับการหมุนของมอเตอร์

การกลับทิศทางการหมุนของมอเตอร์สามเฟสจำเป็นต้องสลับเฟสจ่ายสองในสามเฟสที่ขั้วมอเตอร์ ตัวอย่างเช่น การแลกเปลี่ยนการเชื่อมต่อที่ U1 และ V1 สิ่งนี้จะกลับทิศทางของสนามแม่เหล็กที่กำลังหมุนและส่งผลให้โรเตอร์ สำหรับมอเตอร์เฟสเดียว การกลับรายการทำได้โดยการสลับจุดเชื่อมต่อการสตาร์ทของขดลวดที่สัมพันธ์กับขดลวดหลัก มอเตอร์บางตัวมีเครื่องหมายขั้วต่อเฉพาะเพื่อจุดประสงค์นี้ ในขณะที่มอเตอร์บางตัวต้องมีการเชื่อมต่อใหม่ภายใน

การต่อสายดินและการป้องกันการโอเวอร์โหลด

การติดตั้งมอเตอร์ AC ทุกครั้งต้องมีก การเชื่อมต่อสายดินป้องกัน (PE) ติดกับโครงมอเตอร์ ต่อกับสายดินจ่ายที่กล่องขั้วต่อ นอกจากนี้ได้รับการจัดอันดับอย่างเหมาะสม รีเลย์โอเวอร์โหลดความร้อน หรือควรติดตั้งรีเลย์ป้องกันมอเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ในวงจรจ่ายไฟ โดยตั้งค่าเป็นพิกัดกระแสเต็มโหลด (FLC) ของมอเตอร์ การป้องกันการโอเวอร์โหลดเป็นการป้องกันเบื้องต้นต่อโหมดความล้มเหลวของมอเตอร์ที่พบบ่อยที่สุด: กระแสไฟเกินเป็นเวลานานจากโหลดเกินทางกล เฟสเดียว หรือการระบายอากาศแบบจำกัดที่ทำให้อุณหภูมิของขดลวดสูงเกินขีดจำกัดระดับฉนวน