สตาร์ตมอเตอร์อย่างไร ?? [22 December 2021]
ในอาทิตย์นี้ Pump Guru ก็จะมากล่าวถึงอุปกรณ์ที่เป็นของคู่กันกับปั๊มของเราอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้
นั่นก็คือ “มอเตอร์” นั่นเอง และในการที่เราจะสตาร์ตมอเตอร์ขึ้นมานั้น
ก็มีด้วยกันหลากหลายวิธี แล้ววิธีไหนถึงจะเป็นวิธีที่เหมาะสมกับระบบของเราที่สุด
เราจะมาหาคำตอบกัน
สวัสดีครับ ก่อนอื่นเลย เรามาทำความรู้จักกับกราฟความสัมพันธ์
ระหว่างแรงบิดมอเตอร์ / แรงบิดต้านของโหลดประเภทต่าง ๆ กับความเร็วรอบของมอเตอร์
และกราฟความสัมพันธ์ระหว่างกระแสที่จ่ายให้แก่มอเตอร์ กับความเร็วรอบของมอเตอร์
ดังนี้
หากสังเกตจากกราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงบิดกับความเร็วของมอเตอร์
เราจะเห็นปัญหาที่ผู้ใช้งานมอเตอร์จะต้องเผชิญหากต้องสตาร์ตเครื่องขึ้นมา
นั่นก็คือในช่วงเวลาเริ่มต้นมอเตอร์ต้องใช้กำลังในการเอาชนะแรงต้าน
ทำให้เกิดการสะสมของกระแส เกิดเป็นกระแสกระชาก (Inrush
Current) ซึ่งอาจกินกระแสได้มากถึง
7-8 เท่าของกระแสใช้งานปกติ
(ตามที่แสดงในกราฟความสัมพันธ์ระหว่างกระแส
กับความเร็วรอบ) ซึ่งกระแสที่เพิ่มขึ้นสูงขึ้นนี้ก็อาจจะส่งผลเสียต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าอื่น ๆ โดยรอบ
หรือทำให้ไฟฟ้าภายในโรงงานตกเลยก็ได้ นอกจากนี้แรงบิดกระชากของมอเตอร์ก็ส่งผลต่ออายุการใช้งานของอุปกรณ์ทางกลอื่น
ๆ ได้ ดังนั้นแล้ว การเลือกวิธีการสตาร์ตมอเตอร์ จึงควรเลือกวิธีการที่เหมาะสม
เพื่อที่จะส่งผลเสียหายต่ออุปกรณ์น้อยที่สุด
สิ่งที่เราควรจะพิจารณาก็ได้แก่ ลักษณะการใช้งานมอเตอร์ในงานที่ต่างประเภทกัน
ก็จะมีลักษณะของแรงต้านที่ต่างกัน โดยลักษณะของงานประเภท ขับสายพาน ขับเครื่องบด
แรงต้านจะมีลักษณเป็นเส้นตรงคงที่ ลักษณะของงานประเภท ขับเครื่องคอมเพลสเซอร์
ก็จะมีลักษณะเป็นเส้นตรง แต่มีความชัดค่อย ๆ เพิ่มขึ้น
หรือลักษณะของงานประเภทปั๊มน้ำ ปั๊มหอยโข่ง พัดลม โบลเวอร์
แรงต้านจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว (Exponential) เป็นต้น นอกจากนี้ ยังต้องพิจารณาถึง
ขนาดของแรงต้าน ซึ่งจะเป็นตัวกำหนดค่าแรงบิดตอนเริ่มต้นของมอเตอร์ และค่าโมเมนต์ความเฉื่อย
ซึ่งเป็นตัวกำหนดค่าความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงการหมุน ซึ่งจะเป็นตัวกำหนดระยะเวลาในการสตาร์ต
ก็เป็นอีกค่าหนึ่งที่จะเป็นตัวกำหนดความเร็วในการสตาร์ตของมอเตอร์ กล่าวคือ
ยิ่งสิ่งที่ถูกขับมีค่าโมเมนต์ความเฉื่อยมาก
เวลาที่ใช้ในการสตาร์ตก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย
ตอนนี้เราก็ได้รู้จักกับ แรงบิดของมอเตอร์ แรงต้าน กระแสกระชาก และโมเมนต์ความเฉื่อยกันแล้ว
เราก็มาดูกันว่าวิธีการในการสตาร์ตมอเตอร์ ซึ่งวันนี้เราจะขอนำเสนอทั้งหมด 4 วิธีที่นิยมพบเจอกันทั่วไปกัน
พร้อมทั้งกล่าวถึงข้อดี และข้อเสียไปพร้อม ๆ กันเลย ได้แก่
1.
การสตาร์ตแบบ Direct Online
(DOL)
เป็นวิธีการสตาร์ตที่ง่ายที่สสุด ถูกที่สุด และมีการใช้อย่างแพร่หลาย
และยิ่งไปกว่านั้น
การสตาร์ตด้วยวิธีการนี้ยังเป็นวิธีที่อุณหภูมิภายในตัวมอเตอร์เพิ่มขึ้นน้อยที่สุด
โดยหลักการเพียงแค่ต่อมอเตอร์เข้ากับแหล่งจ่ายไฟโดยตรง โดยไม่ต้องมีระบบควบคุมใด ๆ
ข้อเสียของวิธีการนี้ก็คือ ผลของกระแสกระชาก
ที่อย่างที่กล่าวไปเบื้องต้นแล้วว่า สามารถพุ่งขึ้นสูงได้ถึง 7-8 เท่า
ของกระแสใช้งานปกติ จึงเป็นเหตุให้การใช้งานการสตาร์ตแบบ DOL
นี้
เหมาะแค่กับมอเตอร์ขนาดเล็ก ๆ ที่ใช้งานกระแสที่ไม่สูงมาก
หรือหากจำเป็นต้องใช้งานกับมอเตอร์ขนาดใหญ่ ก็ควรพิจารณาถึงกระแสกระชาก
และผลเสียที่อาจเกิดขึ้นตามมาด้วย นอกจากนี้
การสตาร์ตมอเตอร์ด้วยวิธีการนี้ควนจะต้องพิจารณาถึงอุปกรณ์ป้องกันระบบไฟฟ้า
และตัวมอเตอร์เองด้วย เช่น Over-Current Protection,
Under-Voltage Protection, Short Circuit Protection เป็นต้น
2.
การสตาร์ตแบบ Star – Delta
สำหรับมอเตอร์ไฟฟ้าแบบ 3 เฟส หากเราเดินสายชุด Stator แบบ Delta ค่ากำลังที่ได้จะมีค่าเป็น
3 เท่าของ
การเดินสาย Stator แบบ Star แต่ค่ากระแสของการเดินสายในชุด Stator แบบ Star จะใช้เพียงแค่ 1/3 ของกระแสใช้งานในชุด
Stator แบบ Delta ดังนั้น
เราจึงนำเอาหลักการนี้ไปใช้งานในการสตาร์ตของมอเตอร์เพื่อปรับลดการใช้กระแสในตอนสตาร์ต
โดยการสตาร์ตโดยใช้สายไฟแบบ Star เพื่อลดปริมาณของกระแสในขณะสตาร์ต
และทำงานโดยใช้สายไฟในชุด Delta เพื่อเพิ่มค่ากำลังและแรงบิดสำหรับการใช้งาน
ข้อเสียของการใช้วิธีการนี้ก็คือ
ถึงแม้ว่าจะสามารถลดกระแสลงมาได้ถึง 1/3 แต่ค่าแรงบิดเองก็ถูกลดลงเช่นกัน
โดยลดลงเหลือเพียงแค่ 33% เท่านั้นในขณะสตาร์ต
นอกจากนี้การที่แรงบิดของมอเตอร์ลดลง ส่วนต่างระหว่างแรงบิดของมอเตอร์กับแรงต้านที่แคบลงทำให้อัตราเร่งของมอเตอร์ลดลงไปด้วย
การสับสวิตช์จากวงจร Star ไปยัง Delta (แรงบิดมอเตอร์เพิ่มขึ้นทันที) ส่งผลให้อัตราเร่งของมอเตอร์เพิ่มขึ้นอย่างกะทันหัน
และนำไปสู่กระแสกระชาก ไม่ต่างไปจากการสตาร์ตแบบ DOL เช่นกัน
จากกราฟก็จะเห็นว่ายิ่งแรงต้านเข้าใกล้
แรงบิดของมอเตอร์มากเท่าไหร่ มอเตอร์ยิ่งต้องการอัตราเร่งมากขึ้นเท่านั้น
ส่งผลให้ค่ากระแสกระชากสูงขึ้นตามไปด้วย
ดังนั้นสำหรับประเภทของโหลดที่มีการเพิ่มขึ้น มีการเปลี่ยนแปลงเช่น คอมเพลสเซอร์
หรือปั๊ม ก็ควรคำนึงถึงเรื่องนี้ด้วย
3.
การสตาร์ตแบบ Soft Starter
เป็นการสตาร์ตโดยใช้ระบบควบคุมผ่านระบบอีเล็กโทรนิค ซึ่งใช้การควบคุมปรงดันเริ่มต้นของกระแสที่จ่ายให้แก่มอเตอร์ให้เหมาะสมกับค่าแรงบิดของแรงต้าน
(ให้เพียงพอที่จะชนะแรงต้าน)
ซึ่งการจัดการลักษณะนี้จะช่วยให้การสตาร์ตมอเตอร์นิ่มนวลขึ้น
และลดกระแสกระชากขณะสตาร์ตได้อย่างดี นอกจากนี้ในบางรุ่นยังสามารถทำฟังก์ชั่น Soft Stop ได้
ซึ่งในระบบปั๊มน้ำ จะช่วยป้องกันการเกิดปรากฏการณ์ค้อนน้ำ
(Water Hammer) ได้อีกด้วย
กล่าวคือ หากทำการปิดการทำงานของมอเตอร์ที่ไม่มีฟังก์ชัน Soft
Stop การหยุดอย่างกะทันหันจะส่งผลให้ของเหลวที่ไหลอยู่ในระบบท่อไหลกลับมากระแทกปั๊มได้
การค่อย ๆ หยุด ค่อย ๆ ลดความเร็วของของเหลวก็จะช่วยยืดอายุการทำงานของปั๊มเราอีกด้วย
ข้อเสียของวิธีการนี้ก็คือ
ไม่สามารถปรับค่าความเร็วรอบและแรงบิดของมอเตอร์ได้ขณะที่ใช้งาน อุปกรณ์ Soft Starter จะทำงานแค่ในช่วงขณะสตาร์ตและกำลังหยุดเท่านั้น
ไม่ได้ทำงานตลอดเวลา ด้วยเหตุนี้จึงไม่ช่วยในการประหยัดพลังงานเหมือนกับ VFD
ในแต่ละรุ่นของ Soft Starter ยังมีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน
และต้องเลือกให้เหมาะสมกับระบบของเรา ในส่วนของราคาก็ค่อนข้างสูงหากเทียบกับการสตาร์ตแบบ
DOL และ Star-Delta
4.
การสตาร์ตโดยใช้ Variable
Frequency Drive (VFD)
Variable Frequency Drive (VFD) หรือ Variable Speed Drive (VSD) เป็นอุปกรณ์ทางไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่ทำหน้าที่เพิ่มหรือลดความถี่ของกระแสไฟฟ้า
ซึ่งทำให้สามารถควบคุมได้ทั้งแรงบิดและกระแสของมอเตอร์ ในหลักการที่คล้าย ๆ
กับการสตาร์ตด้วย Soft Starter แต่เป็นการจำกัดโดยใช้ความถี่ของกระแสไฟฟ้าแทน
ซึ่งข้อดีของการใช้งาน VFD ก็คือสามารถควบคุมความเร็วของมอเตอร์ได้ตลอดการใช้งาน รวมถึงสามารถทำ
Soft Stop ได้อีกด้วย
ไม่เหมือนกับ Soft Starter ที่ทำการควบคุมได้แค่ตอนสตาร์ตหรือหยุดเครื่องเท่านั้น
และยังช่วยในเรื่องของการประหยัดพลังงานอีกด้วย
ข้อเสียของ VFD
ก็คือราคาที่สูงกว่าวิธีการที่กล่าวมาทั้งหมด
และในการเลือกใช้งานจำเป็นต้องคำนึงถึงอุณหภูมิและการถ่ายเทความร้อนของมอเตอร์
หากมอเตอร์มีการถ่ายเทความร้อนที่ไม่เหมาะสมก็ทำให้เกิดความเสียหายได้ นอกจากนี้ เช่นเดียวกันกับ Soft
Starter ในแต่ละรุ่นก็ยังมีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน
การเลือกให้เหมาะสมกับอุปกรณ์ของเราจึงเป็นสิ่งที่ต้องคำนึงถึงเสมอ
เป็นยังไงบ้างครับ สำหรับวิธีการสตาร์ตมอเตอร์ทั้ง 4 แบบ
ในการเลือกวิธีการในการสตาร์ตครั้งหน้า ก็อย่าลลืมคิดถึงประเภทของการใช้งาน
ขนาดของแรงต้าน กระแสกระชาก ระยะเวลาในการสตาร์ต และข้อดีข้อเสียของวิธีการต่าง ๆ
กันด้วยนะครับ และที่สำคัญอย่าลืมติดตาม Pump Guru กับบทความความรู้ดี ๆ จากเรากันด้วยนะครับ
เรียบเรียงและจัดทำ โดย อานนท์ ยอดพินิจ
ที่มา:
https://mall.factomart.com/guide-to-motor-control/why-different-starting-methods/
https://automationforum.co/starting-methods-of-motor/
https://mall.factomart.com/when-to-use-soft-starter-and-vfd/
https://realpars.com/vfd-vs-soft-starter/
https://www.youtube.com/watch?v=CVYkilD7fm0
