เนื้อหาวันที่ : 2007-03-19 18:08:35 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 20234 views

การเบรกอินดักชั่นมอเตอร์ 3 เฟส ด้วยระบบไฟฟ้า

ข้อดีของการเบรกด้วยไฟฟ้า เมื่อเทียบกับทางกล เช่น ไม่ต้องการการบำรุงรักษาเปลี่ยนผ้าเบรก หรือทำให้มีผงฝุ่นจากระบบเบรก โดยเฉพาะในโรงงานทางด้านอาหาร และยังสามารถติดตั้งระบบเบรกเพิ่มเติมได้ หลังจากมอเตอร์ใช้งานอยู่ก่อนแล้ว

การเบรก หมายถึง การหน่วงความเร็วรอบของมอเตอร์ให้หมุนช้าลงอย่างรวดเร็ว เมื่อเปรียบเทียบกับสนามแม่เหล็กหมุน จะด้วยวิธีทางกล หรือด้วยวิธีทางไฟฟ้า ในที่นี้จะข้อกล่าวเฉพาะการเบรกด้วยทางไฟฟ้าเท่านั้น

.

ข้อดีของการเบรกด้วยไฟฟ้า เมื่อเทียบกับทางกล เช่น ไม่ต้องการการบำรุงรักษาเปลี่ยนผ้าเบรก หรือทำให้มีผงฝุ่นจากระบบเบรก โดยเฉพาะในโรงงานทางด้านอาหาร และยังสามารถติดตั้งระบบเบรกเพิ่มเติมได้ หลังจากมอเตอร์ใช้งานอยู่ก่อนแล้ว ส่วนข้อเสียที่เป็นของระบบไฟฟ้าบางวิธี คือไดนามิกส์อาจจะไม่ดี และไม่สามารถทำการเบรกให้หยุดสนิท หรือเมื่อมอเตอร์หยุดหมุนแล้ว จะไม่สามารถเบรกให้ Lock อยู่กับที่ได้ คือไม่สามารถ Holding Brake ได้ เช่น

.

การเบรกแบบปลั๊ก (Plug Braking)

การเบรกด้วยวิธีนี้คือการเบรกด้วยวิธีกลับทางหมุนนั้นเอง เป็นวิธีที่นิยมทำกันและเป็นวิธีที่ง่ายของการเบรกทางไฟฟ้าและต้องการวงจรเพิ่ม น้อย ดังแสดงในรูปที่ 1

.

                                      รูปที่ 1 วงจรกำลัง และวงจรควบคุม Plug Braking

.

โหมดการทำงาน

การสตาร์ท:  กดสวิตช์ S1Q ทำให้ K1M ทำงาน มอเตอร์ก็เริ่มทำงาน หน้าสัมผัสของ F3V เป็นตัววัดความเร็วรอบ จะเปลี่ยนตำแหน่งเมื่อความเร็วรอบต่ำ ๆ

.

การหยุด: กดสวิตช์ S0Q ทำให้ K1M หยุดทำงานและ K2V ทำงาน มอเตอร์หยุดทำงานเป็นแบบ Plug Braking มอเตอร์กลับทางหมุนที่ความเร็วต่ำทำให้ F3V กลับมายังตำแหน่งเดิม ทำให้ K2V หยุดทำงานซึ่ง Plug Braking สิ้นสุดลง

.

การสับเปลี่ยนการต่อของ 2 เฟสทำให้ทิศทางการหมุนของสนามแม่เหล็กกลับทิศ ทำให้มอเตอร์เกิดการเบรก ค่าแรงบิดเฉลี่ยขณะทำการเบรกด้วยวิธีนี้จะมีค่าสูงกว่าค่าแรงบิดล็อกโรเตอร์ดังแสดงในรูปที่ 2 ตัวตรวจจับความเร็ว (Speed Monitor: F3V) มีไว้เพื่อป้องกันมอเตอร์ที่กำลังหมุนกลับทิศทางทันทีทันใดหลังจากหยุดนิ่ง

.

รูปที่ 2 การสตาร์ต, การเบรกและการกลับทางหมุนของอินดักชั่นมอเตอร์ชนิดกรงกระรอก

.

การนำไปใช้งานของวิธีการเบรกแบบนี้ไม่ควรใช้เวลาในการเบรกนานเกิน 5 วินาที ทั้งนี้จะต้องตรวจสอบความสามารถการรองรับกระแสสูงของมอเตอร์แต่ละรุ่น และขึ้นอยู่กับงานที่ขับด้วย เช่น ใช้ในการขับเกียร์ของเครื่องกว้านด้วยอินดักชั่นมอเตอร์ชนิดสลิปริงซึ่งมีไดนามิกส์การเบรกต่ำ โดยไดนามิกส์แปรตามความต้านทานของโรเตอร์ที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามกราฟลักษณะสมบัติของแรงบิดดังแสดงในรูปที่ 2

.

การเบรกโดยจ่ายพลังงานคืน (Regenerative Braking)

การเบรกด้วยวิธีนี้ทำได้โดยการขับมอเตอร์ที่ต่อกับเครื่องจักรหมุนซึ่งเป็นโหลดให้มีความเร็วสูงกว่าความเร็วซิงโครนัส หรือความเร็วสนามแม่เหล็กหมุน ทำให้มอเตอร์เกิดการเบรก และจ่ายพลังงานกลับคืนสู่แหล่งจ่ายของระบบ หรือ Regenerative

.

การเบรกเมื่อมอเตอร์หมุนที่ความเร็วต่ำกว่าความเร็วสนามแม่เหล็กหมุน สามารถทำได้โดยการต่อคาปาซิเตอร์ (Capacitor Bank) เข้าไปให้กับขั้วของมอเตอร์เป็นช่วง ๆ ทำให้เกิดการจ่ายพลังงานเป็นสนามแม่เหล็กหมุน ที่ความเร็วรอบของมอเตอร์ต่ำ ๆ การเบรกเกิดขึ้นจากสาเหตุการจ่ายกระแสรีแอกตีฟ (Reactive) จากการต่อคาปาซิเตอร์นั้นเอง อย่างไรก็ตามการเบรกด้วยวิธีนี้ไม่คอยนิยมใช้เพราะค่าใช้จ่ายสำหรับคาปาซิเตอร์ที่นำมาต่อสูง และเสียพื้นที่ในการติดตั้งคาปาซิเตอร์

.

การเบรกโดยการลัดวงจร (Short–circuit Braking)

การเบรกด้วยวิธีนี้ทำได้โดยเปิดวงจรมอเตอร์ออกจากแหล่งจ่าย แล้วทำการลัดวงจรที่ขั้วสเตเตอร์เข้าด้วยกันก็จะเกิดการเบรก ที่สำคัญขณะลัดวงจรจะทำให้เกิดการอาร์กที่สวิตช์ ซึ่งวิธีนี้สามารถทำได้ง่ายแต่ไม่สามารถคาดคะเนเวลาที่ทำการเบรก และเวลาที่มอเตอร์จะหยุดนิ่งว่าใช้เวลาเท่าไร

.

วิธีนี้จะไม่เห็นผลกับมอเตอร์ที่ขับโหลดที่มีความเฉื่อยสูง เพราะฟลักซ์แม่เหล็กในมอเตอร์จะลดลงอย่างเร็วเมื่อลัดวงจร แต่เนื่องจากความเฉื่อยสูงจึงไม่สามารถทำให้มอเตอร์หยุดหมุนได้โดยทันที ซึ่งเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กหมดทำให้การลัดวงจรไม่มีผลต่อการเบรก

.

การเบรกโดยฉีดไฟฟ้ากระแสตรง  (DC Injection Braking)

การเบรกด้วยวิธีนี้ทำได้โดยปลดขดลวดสเตเตอร์ออกจากไลน์ แล้วจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงเข้าไปกระตุ้นขดลวดในสเตเตอร์แทน เป็นผลให้กราฟแรงบิดของมอเตอร์เป็น กราฟแรงบิดเป็นแบบย้อนกลับ หรือแบบเงา (Mirror) ใกล้เคียงกับเส้นกราฟของแรงบิดของมอเตอร์ ซึ่งความสูงของเส้นกราฟจะมากหรือ น้อย นั้นขึ้นอยู่ กับการฉีดปริมาณกระแสของไฟฟ้ากระแสตรงที่จ่ายเข้าไปเพื่อทำการเบรก

.

รูปที่ 3 เส้นโค้งแรงบิดเบรกที่มีการเบรกโดยฉีดไฟกระแสตรงที่เปรียบเทียบกับเส้นโค้งแรงบิดของมอเตอร์

.

สนามแม่เหล็กที่สร้างมาจากไฟฟ้ากระแสตรงเพื่อเบรก  ที่ไหลในขดลวดสเตเตอร์สามารถหาได้จากเส้นกราฟ Magnetization ของมอเตอร์ หลังจากแปลงไฟฟ้าตรงเป็นค่าสมมูลทางไฟสลับในรูปของของกระแสเฟส         

                                                                                                                 

ค่ากระแสเฟสสมมูลทางไฟฟ้ากระแสสลับ คือกระแสที่สร้าง mmf. และแรงบิดเดียวกันจากไฟฟ้ากระแสตรง

.

                                               รูปที่ 4 ไดอะแกรมวงจรสำหรับการเบรกแบบฉีดไฟฟ้ากระแสตรง

.

การสตาร์ตมอเตอร์

กดสวิตช์ปุ่มกด S1 ทำให้คอนแทกเตอร์ K1 ทำงาน หน้าสัมผัส K1 ล็อกสวิตช์ S1 และคอนแทกเตอร์ช่วย K4 ก็จะทำงานเช่นกัน หน้าสัมผัส NC ของ K1 จะล็อกไม่ให้ K2 และ K3 ทำงาน หน้าสัมผัส NC ของ K4 จะช่วยล็อกให้การทำงานเป็นไปตามลำดับ

.

การหยุดมอเตอร์ด้วยการฉีดไฟฟ้ากระแสตรง

โดยกดสวิตช์ปุ่มกด S2 ทำให้คอนแทกเตอร์ K1 หยุดทำงาน (มอเตอร์ได้รับไฟฟ้ากระแสตรงหลังจาก K2 และ K3 ทำงาน) หน้าสัมผัส NO ของ K2 และ K3 ทำให้ตัวนับเวลา (Timer) K5 เริ่มทำงาน เมื่อถึงเวลาของการฉีดสิ้นสุดจะปลดการฉีดออกโดยทำให้ K2 และ K3 หยุดทำงาน

.

แรงบิดมอเตอร์จะแปรผันตามกำลังที่ช่องอากาศ (Air-gap Power) เมื่อมีการหมุนก็จะทำให้เกิดค่าสูญเสียในโรเตอร์ ถ้าไม่พิจารณาสลิป และกระแสสร้างสนามแม่เหล็ก แรงบิดมอเตอร์จะแปรผันตามกระแสยกกำลังสอง ซึ่งมีสมการของแรงบิดดังนี้

.

เมื่อ Mm คือแรงบิดมอเตอร์ที่เปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับโหลดเช่นเดียวกับกระแสของมอเตอร์ Im ขณะมอเตอร์หมุนอยู่ และกระแสเฟสสมมูลทางไฟสลับ I’1 ค่าทั้งหมดนำมาคำนวณแรงเบรก  ขณะมอเตอร์หมุนได้

.

อย่างไรก็ตาม  ในการวางแผนทางวิศวกรรมจะมีการขยายการคำนวณในทางปฏิบัติดังนี้

สมการนี้ใช้สำหรับการคำนวณหาค่าได้ ถ้ารู้ข้อมูลจากแคตาล็อกของมอเตอร์ เป็นค่ากระแสไฟฟ้ากระแสสลับ เริ่มเบรกขณะทำการจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง ถ้ามอเตอร์มีแรงบิดภายนอก  เข้ามาประกอบค่า  จะมีสมการเป็น

.

.

ซึ่งถ้าหากมีค่าพารามิเตอร์ต่าง ๆ ของมอเตอร์ ก็จะสามารถคำนวณ หาค่ากระแสเบรก  ได้คือ

.

 เมื่อ                    คือกระแสตรงที่จ่ายในการเบรก [A]

                    k           คือค่าแฟกเตอร์ในวงจรเบรก

                             คือค่ากระแสล็อกโรเตอร์ต่อเฟส [A] ถ้าเป็นการต่อแบบเดลต้าได้  (ค่าจากแคตาล็อก)

                    J           คือโมเมนต์ หรือความเฉื่อยรวมของมอเตอร์และของโหลด [kg.m2]

                           คือความเร็วพิกัดมีหน่วยเป็นรอบต่อนาที [rev/min]

                           คือเวลาเป็นวินาที่ ที่ใช้ในการเบรก (ยอมให้ไม่เกิน 10 วินาที เพราะอุณหภูมิจะสูงเกิน)

                           คือแรงบิดหน่วง (Retarding Torque) ของโหลด [Nm]

                           คือแรงบิดล็อกโรเตอร์ [Nm]

                     f           คือแฟกเตอร์แรงบิดเบรกของมอเตอร์ (Breaking Torque) ตามโรงงานผู้ผลิตโดยทั่วไปจะมีค่าประมาณ 1 – 2 เท่า

                           คือค่ากระแสพิกัดต่อเฟส ถ้าต่อแบบเดลต้า 

                             คือค่ากระแสพิกัด ของมอเตอร์

.

                                                           รูปที่ 5 การต่อมอเตอร์สำหรับเบรกโดยฉีดไฟฟ้ากระแสตรง

.

นอกจากนี้ หากเรารู้ อุณหภูมิในขณะทำงาน และค่าความต้านทานภายในมอเตอร์ เราสามารถคำนวณหาค่าแรงดัน  ที่จ่ายเพื่อทำการเบรกมอเตอร์ จากอุณหภูมิในขณะทำงานได้ตามสมการ

 

เมื่อ                 คือแรงดันเบรกไฟฟ้ากระแสตรง [V]

                C          คือแฟกเตอร์สำหรับการเบรก [ตามรูปที่ 5]

                      คือกระแสเบรกไฟฟ้ากระแสตรง [A]

                   คือความต้านทานต่อเฟสของขดลวดมอเตอร์ ณ.อุณหภูมิที่ทำงาน [W]

                    คือความต้านทานต่อเฟสของขดลวดที่อุณหภูมิ 20 °C [W]

สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.

ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด