การประหยัดพลังงานของมอเตอร์

การประหยัดพลังงานของมอเตอร์ ก่อนอื่น ต้องทำความเข้าใจประเภทของมอเตอร์ ชนิดของมอเตอร์และการนำมอเตอร์ไปใช้งานประเภทไหน เป็นเบื้องต้นก่อน  มอเตอร์ไฟฟ้าที่ถูกผลิตขึ้นมาใช้งานแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท คือ มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง (DC Motor) เป็นมอเตอร์ที่ต้องใช้กับแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง (DC Source) เป็นมอเตอร์แบบเบื้องต้นที่ถูกผลิตมาใช้งาน และมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC Motor) เป็นมอเตอร์ที่ต้องใช้กับแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ (AC Source) มอเตอร์ชนิดนี้ถูกพัฒนามาจากมอเตอร์กระแสตรง เพื่อให้สามารถใช้งานได้อย่างกว้างขวางมากขึ้น

มอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้กันอยู่จะมี 2 ประเภทหลักๆ คือ

1. มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง ซึ่งใช้งานในระดับปานกลางที่ขนาดไม่สูงมากนัก มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแยกชนิดได้เป็น 3 อย่าง มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงชนิดวงจรขั้วแม่เหล็กขนาน มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงชนิดวงจรขั้วแม่เหล็กอนุกรม มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงชนิดวงจรขั้วแม่เหล็กผสม

2. มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ ซึงใช้งานในอุตสาหกรรมอย่างกว้างขวาง ในกรณีของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับแยกชนิดได้ 2 อย่าง มอเตอร์ซิงโครนัส (Synchronous motor) และมอเตอร์อินดักชั่น โดยมอเตอร์อินดักชั่นจะนิยมมาใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด

มอเตอร์กระแสไฟฟ้ากระแสตรง

หลักการของมอเตอร์กระแสไฟฟ้าตรง (Motor Action)
หลัก การของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง (Motor Action) เมื่อเป็นแรงดันกระแสไฟฟ้าตรงเข้าไปในมอเตอร์ ส่วนหนึ่งจะแปรงถ่านผ่านคอมมิวเตเตอร์เข้าไปในขดลวดอาร์มาเจอร์สร้างสนามแม่ เหล็กขึ้น และกระแสไฟฟ้าอีกส่วนหนึ่งจะไหลเข้าไปในขดลวดสนามแม่เหล็ก (Field coil) สร้างขั้วเหนือ-ใต้ขึ้นจะเกิดสนามแม่เหล็ก 2 สนาม ในขณะเดียวกัน ตามคุณสมบัติของเส้นแรง แม่เหล็ก จะไม่ตัดกันทิศทางตรงข้ามจะหักล้างกัน และทิศทางเดียวจะเสริมแรงกัน ทำให้เกิดแรงบิดในตัวอาร์มาเจอร์ ซึ่งวางแกนเพลาและแกนเพลานี้ สวมอยู่กับตลับลุกปืนของมอเตอร์ ทำให้อาร์มาเจอร์นี้หมุนได้ ขณะที่ตัวอาร์มาเจอร์ทำหน้าที่หมุนได้นี้เรียกว่า โรเตอร์ (Rotor) ซึ่งหมายความว่าตัวหมุนการที่อำนาจเส้นแรงแม่เหล็กทั้งสองมีปฏิกิริยาต่อกัน ทำให้ขดลวดอาร์มาเจอร์ หรือโรเตอร์หมุนไปนั้น
เป็นไปตามกฎซ้ายของเฟลมมิ่ง (Fleming?left hand rule)

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแย่งออกเป็น 3 ชนิดดังนี้
1. เซียรี่ส์มอเตอร์ (Series Motor)
2. ชั้นมอเตอร์ (Shunt Motor)
3. คอมเปานด์มอเตอร์ (Compound Motor)

การกลับทางหมุน กลับได้ 2 วิธี ดังนี้
ก. กลับโดยทิศทางการไหลของกระแสใน Armature

ข. กลับโดยกลับทิศทางการไหลของกระแสใน Field Pole

ชนิดของมอเตอร์กระแสตรงมี 3 ชนิด

มอเตอร์แบบอนุกรม (Series Motor)
คือมอเตอร์ที่ต่อขดลวดสนามแม่เหล็กอนุกรมกับอาร์เมเจอร์ของมอเตอร์ชนิดนี้ว่า ซีรีสฟิลด์
(Series Field)มีคุณลักษณะที่ดีคือให้แรงบิดสูงนิยมใช้เป็นต้นกำลังของรถไฟฟ้ารถยกของ
เครนไฟฟ้า ความเร็วรอบของมอเตอร์อนุกรมเมื่อไม่มีโหลดความเร็วจะสูงมากแต่ถ้ามีโหลดมาต่อ
ความ เร็ว ก็จะลดลงตามโหลด โหลดมากหรือทำงานหนักความเร็วลดลง แต่ขดลวด ของมอเตอร์ ไม่เป็นอันตราย จากคุณสมบัตินี้จึงนิยมนำมาใช้กลับเครื่องใช้ไฟฟ้า ในบ้านหลายอย่างเช่นเครื่องดูดฝุ่น เครื่องผสมอาหาร สว่านไฟฟ้า จักรเย็บผ้า เครื่องเป่าผม มอเตอร์กระแสตรงแบบอนุกรม ใช้งานหนักได้ดีเมื่อใช้งานหนักกระแสจะมากความเร็วรอบ จะลดลงเมื่อไม่มีโหลดมาต่อความเร็วจะสูงมากอาจเกิดอันตรายได้ดังนั้นเมื่อ เริ่มสตาร์ทมอเตอร์แบบอนุกรมจึงต้องมีโหลดมาต่ออยู่เสมอ
มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบขนาน(Shunt Motor)
หรือเรียกว่าชันท์มอเตอร์ มอเตอร์แบบขนานนี้ ขดลวดสนามแม่เหล็กจะต่อ(Field Coil)
จะ ต่อขนานกับขดลวด ชุดอาเมเจอร์ มอเตอร์แบบขนานนี้มีคุณลักษณะ มีความเร็วคงที่ แรงบิดเริ่มหมุนต่ำ แต่ความเร็วรอบคงที่  ชันท์มอเตอร์ส่วนมากเหมะกับงานดังนี้พัดลมเพราะพัดลมต้องการความเร็วคงที่ และต้องการเปลี่ยนความเร็วได้ง่าย
มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบผสม (Compound Motor)
หรือ เรียกว่าคอมเปาวด์มอเตอร์ มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบผสมนี้ จะนำคุณลักษณะที่ดีของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง แบบขนาน และแบบอนุกรมมารวมกัน มอเตอร์แบบผสมมีคุณลักษณะพิเศษคือมีแรงบิดสูง (High staring torque) แต่ความเร็วรอบคงที่ ตั้งแต่ยังไม่มีโหลดจนกระทั้งมีโหลดเต็มที่
มอเตอร์ แบบผสมมีวิธีการต่อนขดลวดขนานหรือขดลวดชันท์อยู่ 2วิธี วิธีหนึ่งใช้ต่อขดลวดแบบชันท์ขนานกับอาเมเจอร์เรียกว่า ชอทชันท์ (Short Shunt Compound Motor)
ทอร์กและการส่งกำลัง

ลักษณะของโหลด                 ความสัมพันธ์ความเร็วรอบ                                             ตัวอย่างของโหลด

                                      กับทอร์ก                           กับกำลัง

กำลังคงที่            ทอร์กแปรผกผันกับความเร็วรอบ            กำลังคงที่                          เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่กำลังคงที่

ทอร์ก คงที่            ทอร์กคงที่                                      กำลังแปรตามความเร็วรอบ     สายพาน,เครื่องปั่น,ด้าย,ปั๊มลูกสูบ

ทอร์ กลดเป็นกำลังสองของความเร็ว         ทอร์กแปรตามกำลังสองของความเร็วรอบ             กำลังแปรตามกำลังสามของความเร็วรอบ        ปั๊นแรงเหวี่ยง,โบลเวอร์

ทอร์กเป็นแรงหมุนที่เกิดขึ้นในมอเตอร์ โดยปกติแล้ว ทอร์กจะมี 10 ชนิดด้วยกัน

ทอร์ กขณะตรึงโรเตอร์ ( Lock-rotor torque) เป็นค่าทอร์กของโรเตอร์ที่ถูกยึดไว้ไม่ให้หมุนเมื่อจ่ายไฟฟ้าให้กับชุดขดลวด ด้านเข้าของมอเตอร์ที่พิกัดกำลังไฟฟ้าของมอเตอร์
ทอร์กเร่ง (Accelerating torque) เป็นค่าทอร์กที่ถูกเร่งขึ้นจากภาวะที่ยังไม่หมุนจนการจ่ายไฟฟ้าด้านเข้าให้มอเตอร์จนเต็มพิกัด
ทอร์ก สุดกำลัง (Breakdown torque) เป็นค่าทอร์กที่เกิดขึ้นในภาวะที่จ่ายกำลังไฟฟ้าด้านเข้าให้มอเตอร์จนเต็ม พิกัดโดยมีความเร็วรอบคงที่
ทอร์กดึงขึ้น (Pull-in torque) เป็นค่าทอร์กที่เกิดในภาวะจ่ายกำลังไฟฟ้าด้านเข้าให้มอเตอร์จนเต็มพิกัด ซึ่งทอร์กนี้เกิดขึ้นในช่วงที่โรเตอร์ถูกเร่งขึ้นจากภาวะที่หยุดนิ่ง จนถึงความเร็วรอบที่เกิดภาวะทอร์กสุดกำลังขึ้น
ทอร์กดึงเข้า (Pull-in torque) เป็นค่าทอร์กที่เกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนความเร็วรอบจากความเร็วสลิป (Slip speed) เป็นความเร็วซิงโคนัส
ทอร์กแบบความต้านทานแม่เหล็ก ( Reluctance torque) เป็นค่าทร์อกที่มีค่าเฉลี่ยอยู่ระหว่างศูนย์และความถี่ที่เป็น2 เท่าของความถี่ของระบบไฟฟ้า
ทอร์กซิงโครนัส (Synchronous torque) เป็นค่าทอร์กที่ภาวะคงที่ (Steady-state) เมื่อทำงานภาวะซิงโครนัสที่พิกัดกำลังไฟฟ้าด้านเข้า
ทอร์กโหลดเต็ม (Full load torque) เป็นค่าทอร์กที่ต้องการเพื่อให้ได้ผลตามพิกัลด้านออกที่ภาวะความเร็วและกำลังด้านเข้าตามพิกัด
ทอร์กดึงออก (Pull out torque) เป็นค่าทอร์กสูงสุดที่ลดกำลังลง
ทอร์กขนานตัดวงจร (Breaking torque) เป็นค่าทอร์กของมอเตอร์ที่ลดความเร็วรอบลงจนถึงความเร็วรอบต่ำสุด
การเลือกขนานมอเตอร์และการเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้งาน
ในการทำงานของมอเตอร์นั้น จะมีการแบ่งลักษณะรอบทำงาน (Duty cycle) ออกเป็น 3 ลักษณะ
1. ใช้งานต่อเนื่อง เป็นการนำมอเตอร์มาใช้งานตามโหลดที่ต้องการ โดยปกติแล้วจะมีโหลดค่อนข้างคงที่ในเวลาที่ต่อเนื่อง ดังนั้น ขนานของมอเตอร์ในกรณีนี้จะต้องเลือกขนานแรงม้าตามโหลดที่ต่อเนื่อง
2. ใช้งานเป็นช่วงๆ เป็นการนำมอเตอร์มาใช้งานในเวลาที่เป็นช่วงหรือคาบ เช่นอาจจะมีโหลดและอาจจะไม่มีโหลดในบางช่วงหรืออาจจะต่อกับโหลดและมีการหยุด เดินเครื่องเป็นช่วงๆ  หรืออาจจะมีโหลดและไม่มีโหลดและมีการเดินหยุดเดินเครื่องเป็นช่วงๆ เป็นต้น ดังนั้นขนาดของมอเตอร์ในกรณีนี้จะต้องเลือกขนาดแรงม้าให้เหมาะกับภาวะที่มี โหลดสูงสุด
3. ใช้งานไม่แน่นอน เป็นการนำมอเตอร์มาใช้งานตามโหลดในเวลาที่ไม่แน่นอน ดังนั้นขนาดของมอเตอร์ในกรณีนี้จะต้องเลือกขนาดแรงม้าที่สูงสุด (Peak) ที่ต้องการใช้และคำนวณเป็นค่าประสิทธิผล(RMS) เพื่อไม่ให้มอเตอร์เกิดความร้อนขึ้น

การเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้งานของมอเตอร์

ลดการใช้พลังงานของอุปกรณ์ที่มีอยู่เดิม โดยการควบคุมความต้องการ (Demand) หรือปรับปรุงตัวประกอบกำลัง
พิจารณา ให้มีการประหยัดเท่าที่จะทำได้ โดยการเปลี่ยนแปลงมอเตอร์ให้มีประสิทธิภาพที่สูงกว่า ซึ่งอาจจะเป็นมอเตอร์ซิงโคนัส หรือมอเตอร์อินดักชั่นชนิดโรเตอร์กรงกระรอกที่มีประสิทธิภาพ
พิจารณาให้มีการประหยัดเท่าที่จะทำได้ โดยปรับปรุงประสิทธิภาพของการส่งกำลังทางกลระหว่างมอเตอร์กับโหลด เช่น
-                   เปลี่ยนจากระบบเกลียวเป็นระบบเกียร์

-                   เปลี่ยนระบบสายพานให้เหมาะสม

-                   วิเคราะห์ให้มีการประหยัดเท่าที่จะทำได้ โดยการเปลี่ยนกระบวนการในการใช้มอเตอร์ เช่น เปลี่ยนกระบวนการใช้งานจากความเร็วคงที่เป็นปรับความเร็วรอบได้ โดยการใช้ INVERTER

การจัดกลุ่มโหลดเพื่อใช้งานกับมอเตอร์ให้ประหยัดพลังงาน

โหลดของมอเตอร์มีองค์ประกอบหลายประการ เช่น ความเร็ว, ทอร์ก และช่วงภาวะในการทำงาน ซึ่งแยกโหลดของเครื่องจักรกลๆ ออกเป็น 3 กลุ่ม

โหลด ที่ต้องการทอร์กคงที่และความเร็วคงที่  โหลดชนิดนี้ถูกบังคับหรือควบคุมด้วยความเร็วคงที่และต้องกาทอร์กคงที่ เช่น พัดลมดูดอากาศห้องน้ำ, ปั๊มน้ำสำหรับหมุนเวียนระบบน้ำ เป็นต้น
โหลดที่ ต้องการทอร์กไม่คงที่แต่ความเร็วคงที่  โหลดชนิดนี้ถูกบังคับหรือควบคุมด้วยความเร็วคงที่และให้ทอร์กเปลี่ยนแปลงได้ เช่น โหลดจำพวกเลื่อนวงเดือน,สายพานลำเรียงแนวราบ เป็นต้น ซึ่งความเร็วรอบขณะที่มีโหลดและไม่มีโหลดจะเท่ากัน แต่ควรลดแรงดันไฟฟ้าของมอเตอร์ลง เพื่อให้สนามแม่เหล็กภายในมอเตอร์มีค่าเหมาะสมขณะที่ไม่มีโหลด จึงจะเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพให้มากขึ้น
โหลดที่ต้องการทอร์กคงที่ แต่ความเร็วไม่คงที่  โหลดชนิดนี้จะต้องการทอร์กคงที่ในทุกความเร็วรอบ เช่น โหลดจำพวกเครื่องเจาะ,เครื่องขัด,เครื่องม้วน เป็นต้น ซึ่งกำลังที่เครื่องจักรต้องการจะเพิ่มขึ้นเมื่อความเร็วรอบเพิ่มขึ้น ส่วนกำลังด้านออกที่เพลาจะแปรเปลี่ยนตามความเร็วรอบ
การสตาร์ตมอเตอร์และควบคุมความเร็วเพื่อประหยัดพลังงาน

การควบคุมมอเตอร์ การควบคุมมอเตอร์ มีจุดประสงค์ที่จะทำให้เกิดความปลอดภัยเกิดการประหยัดพลังงานและมอเตอร์สามารถใช้งานได้สมบูรณ์

การสตาร์ตโดยการต่อตรงเข้ากับสายไฟฟ้าเมน วิธีนี้นิยมใช้กับมอเตอร์ที่มีขนาดไม่เกิน 7.5 แรงม้า

การสตาร์ตโดยจำกัดกระแสสตาร์ต วิธีนี้นิยมใช้กับมอเตอร์ที่มีขนานใหญ่กว่า 7.5 แรงม้าซึ่งแยกย่อยได้อีกหลายวิธี คือ

- สตาร์ตโดยต่อแบบวายและเดินแบบเดลต้า

- สตาร์ตโดยใช้ตัวต้านทาน

- สตาร์ตโดยจำกัดแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้วยมอแปลงออโต

- สตาร์ตโดยใช้ตัวหน่วงรีแอกเตอร์ เป็นต้น

การควบคุมทิศทางการหมุน เช่น ลิฟต์

การป้องกันมอเตอร์ทำงานเกินกำลัง

การควบคุมความเร็วรอบ

การสตาร์ตมอเตอร์ให้ปลอดภัยและประหยัดพลังงาน

-  สตาร์ตแบบแม่เหล็ก (Magnetic stating)

-  สตาร์ตแบบการกลับทิศทางการหมุนได้ (Reversible stating)

-  สตาร์ตด้วยตัวต้านทานปฐมภูมิ (Primary resistance stating)

-  สตาร์ตด้วยหม้อแปลงแบบออโต (Autotransformer stating)

-  สตาร์ตแบบสตาร์-เดลตา (Star-Delta stating)

-  สตาร์โรเตอร์พันด้วยขดลวด (Wound rotor stating)

การประหยัดพลังงานโดยควบคุมความเร็วรอบโดยควบคุมความถี่ไฟฟ้าโดยใช้ INVERTER DIRVE

การ ควบคุมความเร็วรอบโดยควบคุมความถี่ไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟฟ้า (Variable Voltage Variable Frequency ? VVVFซึ่งการควบคุมความเร็วรอบวิธีนี้จะใช้อินเวอร์เตอร์ VVVF หรือใช้ไซโคลคอนเวอร์เตอร์ (Cyclo ? converter)เพื่อทำการปรับแรงดันไฟฟ้าและความถี่ไฟฟ้าที่เหมาะสมให้กับ มอเตอร์ ความเร็ววิธีนี้จะมีประสิทธิภาพสูงและมีความเหมาะสมในการนำมาใช้งานที่โหลด แฟกเตอร์ต่ำกว่า 80% ซึ่งปกติแล้วมอเตอร์ที่มีขนาดตั้งแต่ 15 แรงมาจะใช้การควบคุมเป็นชนิดไทริเตอร์ ส่วนในมอเตอร์ขนานเล็กจะใช้ชนิดทรานซิลเตอร์

หลักการทำงานของอินเวอร์เตอร์(INVERTER)

การ แปลงไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ นิยมเรียกกันว่าอินเวอร์เตอร์ (Inverters) ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลง หรือควบคุมระดับแรงดันไฟฟ้า และความถี่ของไฟฟ้ากระแสสลับได้ อินเวอร์เตอร์ได้นำไปใช้ประโยชน์ต่างๆได้ เช่น
1. แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับสำรอง เมื่อแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับหลักเกิดขัดข้องขึ้น ที่เรียกกันว่า Stand-by Power supplies หรือ Uninteruptible Power Supplies โดยเรียกย่อๆ ว่า UPS ใช้เป็นระบบไฟฟ้าสำรองสำหรับอุปกรณ์ที่สำคัญๆ เช่น คอมพิวเตอร์ เมื่อแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับหลักเกิดขัดข้อง Transfer Switch ซึ่งทำงานด้วยความเร็วถึง 1/1000 วินาที จะต่ออุปกรณ์เข้ากับอินเวอร์เตอร์จ่ายไฟกระแสสลับให้แทน โดยแปลงจากแบตเตอรี่ซึ่งประจุไว้ ขณะที่มีแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับหลัก
2. ใช้ควบคุมความเร็วของมอเตอร์กระแสสลับ โดยการเปลี่ยนความถี่ เมื่อความถี่ของไฟฟ้ากระแสสลับเปลี่ยนแปลง ความเร็วของมอเตอร์จะเปลี่ยนแปลงตามสมการ N=120f/N โดยที่ N = ความเร็วรอบต่อนาที, f = ความถี่ของแหล่งจ่ายไฟฟ้าต่อวินาที และ P = จำนวนขั้วของมอเตอร์ ในการควบคุมนี้ถ้าต้องการแรงบิดคงที่ จะต้องรักษาให้อัตราส่วนของแรงดันต่อความถี่ที่จ่ายเข้ามอเตอร์คงที่ด้วย
3. ใช้แปลงไฟฟ้าจากระบบส่งกำลังไฟฟ้าแรงสูงชนิดกระแสตรง ให้เป็นชนิดกระแสสลับ เพื่อจ่ายให้กับผู้ใช้
4. ใช้ในเตาถลุงเหล็กที่ใช้ความถี่สูง ซึ่งใช้หลักการเหนี่ยวนำด้วยสนามแม่เหล็กทำให้ร้อน ( Induction Heating )

จากรูปบล็อคไดอะแกรมพื้นฐานอย่างง่ายๆ ของอินเวอร์ จะประกอบด้วยส่วนที่สำคัญ ๆ และมีการทำงานดังนี้




Reetifier  circuit:
วง จรเรกติไฟเออร์ หรือวงจรเรียงกระแส : ทำหน้าที่แปลงผันหรือเปลี่ยนจากแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแส ตรง วงจรประกอบด้วย เพาเวอร์ไดโอด 4 ตัว กรณีที่อินพุทเป็นแบบเฟสเดียว หรือมีเพาเวอร์ไดโอด 6 ตัว กรณีที่อินพุตเป็นแบบ 3 เฟส ดังรูป ( สำหรับอินเวอร์เตอร์บางประเภทจะใช้ SCR ทำหน้าที่เป็นวงจรเรกติไฟเออร์ซึ่งทำให้สารมารถควบคุมระดับแรงดันในวงจร ดีซีลิ๊งค์ได้)


DC link :
ดีซีลิ๊งค์ หรือ วงจรเชื่อมโยงทางดีซี  คือวงจรเชื่อมโยงระหว่างวงจรเรียกกระแสและวงจรอินเวอร์เตอร์ (ซึ่งจะอธิบายในหัวข้อถัดไป) ซึ่งจะประกอบด้วยแคปปาซิเตอร์ที่มีขนาดใหญ่ พิกัดแรงดัน ไฟฟ้า 400 VDC หรือ 800 VDC โดยขึ้นอยู่กับแรงดันอินพุตว่าเป็นแบบเฟสเดียวหรือ 3 เฟส  ทำหน้าที่กรองแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่ได้จากวงจรเรียงเรกติไฟเออร์ให้เรียบ ยิ่งขึ้น และทำหน้าที่เก็บประจุไฟฟ้า ขณะที่มอเตอร์ทำงานเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในช่วงสั้นเนื่องจาการเบรคหรือมี การลดความเร็วรอบลงอย่างรวดเร็ว (สำหรับกรณีที่ใช้งานกับโหลดที่มีแรงเฉื่อยมาก ๆ และต้องการหยุดอย่างรวดเร็ว จะเกิดแรงดันสูงย้อนกับมาตกคร่อมแคปปาซิเตอร์และทำให้ แคปปาซิเตอร์เสียหาย ได้ ดังนั้นในทางปฏิบัติจะมีวงจรชอปเปอร์โดยต่อค่าความต้านอนุกรมกับ ทรานซิสเตอร์ และต่อขนานกับแคปปาซิเตอร์ไว้ โดยทรานซิสเตอร์จะทำให้ที่เป็นสวิตซ์ตัดต่อควบคุมให้กระแสไหลผ่านค่าความ ต้านทานเพื่อลดพลังงานที่เกิดขึ้น
Inverter circuit :
วงจรอินเวอร ์ คือส่วนที่ทำหน้าที่แปลงผันจากแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง (ที่ผ่านการกรองจากวงจรดีซีลิ๊งค์) เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ วงจรจะประกอบด้วยเพาเวอร์ทรานซิสเตอร์กำลัง 6 ชุด (ปัจจุบันส่วนใหญ่จะใช้ IGBT) ทำหน้าที่เป็นสวิตซ์ตัดต่อกระแสไฟฟ้าเพื่อแปลงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ โดยอาศัยเทคนิคที่นิยมใช้กันทั่วไปคือ PWM (Pule width modulation)
Control circuit :
วงจร ควบคุม จะทำหน้าที่รับข้อมูลจากผู้ใช้เช่น รับข้อมูลความเร็วรอบที่ต้องการเข้าไปทำการประมวลผล และส่งนำเอาท์พุทออกไปควบคุมการทำงานของทรานซิสเตอร์เพื่อจ่ายแรงดันและความ ถี่ให้ได้ความเร็วรอบและแรงบิดตาม ที่ผู้ใช้งานต้องการ
การแบ่งชนิดของอินเวอร์เตอร์

อิน เวอร์เตอร์มีชนิดต่างๆ ด้วยกันมากมายจนอาจหาที่สิ้นสุดไม่ได้ ยกตัวอย่างเช่น อินเวอร์เตอร์ที่ให้หม้อแปลงเพื่อวัตถุประสงค์ในการลดจำนวนไทริสเตอร์หรือ อินเวอร์เตอร์ซึ่งมี L ต่อแทรกซัพพลายเพื่อวัตถุประสงค์ของการทำให้กระแสที่ออกจากซัพพลายมีค่าคง ที่ ในช่วงระหว่างการคอมมิวเทต (อินเวอร์เตอร์แบบกระแสคงที่) เป็นต้น แต่อย่างไรก็ตามโดยทั่วไปแล้ว เราอาจแบ่งชนิดของอินเวอร์เตอร์ออกตามคุณสมบัติหรือโครงสร้างของวงจรได้ดัง นี้
1. แบ่งตามวิธีการป้อนพลังงานกลับเข้าซัพพลาย
1.1 Self Excite ( อนุกรม/ ขนาน )
1.2 Separatly Excite
2. แบ่งตามวิธีการซึ่งทำให้พลังงานคอมมิวเทติงหายไป
2.1 แบบป้อนกลับเข้าซัพพลาย
2.2 แบบไม่ป้อนกลับเข้าซัพพลาย
3. แบ่งตามคุณสมบัติของเอาท์พุท
3.1 พิจารณาจากลักษณะคลื่น

แบบสเแควร์เวฟ
แบบไซน์เวฟ
3.2 พิจารณาจากจำนวนเฟส

แบบ 1 เฟส
แบบ 3 เฟส
3.3 พิจารณาจากย่านความถี่

แบบความถี่ต่ำ
แบบความถี่สูง
3.4 พิจารณาจากการเปลี่ยนแปลงความถี่

แบบความถี่คงที่
แบบความถี่ปรับเปลี่ยนได้
3.5 พิจารณาจากการเปลี่ยนแปลงโวลเตจ

แบบโวลเตจคงที่
แบบปรับเปลี่ยนโวลเตจได้
ใน รอบหลายปีที่ผ่านมา การพัฒนาเทคโนโลยีไฟฟ้ามีความก้าวหน้าไปมาก ชุดควบคุมความเร็วรอบสำหรับมอเตอร์             เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอก  (Variable Speed Drives, VSDs) จึงมีการนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย เพื่อมาทดแทนการปรับความเร็วรอบระบบทางกล เช่น ระบบไฮดรอลิกคลับปลิ้ง หรือการใช้เกียรเพื่อการทดรอบเป็นช่วง ๆ

ในการเลือกขนาดอินเวอร์เตอร์ให้เหมาะสมกับมอเตอร์ จะต้องคำนึงถึงข้อต่างๆ ดังต่อไปนี้
1. ความสามารถในการขับมอเตอร์ขณะเร่งความเร็ว และความเร็วรอบคงที่  ต้องพิจารณาว่าอินเวอร์เตอร์สามารถจ่ายกระแสที่มอเตอร์ต้องการได้หรือไม่
2. ความสามารถในการขับมอเตอร์ขณะลดความเร็ว ในขณะที่ลดความเร็วมอเตอร์จะทำงานเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและคืนพลังงาน กลับไปให้อินเวอร์เตอร์ ดังนั้น อินเวอร์เตอร์ต้องมีความสามารถในการรับคืนและใช้พลังงานนี้ให้หมดไป
3. การเลือกขนาดอินเวอร์เตอร์ โดยดูจากขนาด และจำนวนมอเตอร์นั้น ให้เลือกอินเวอร์เตอร์ที่มีกระแสพิกัดมากกว่าผลรวมของกระแสมอเตอร์ทุกตัว จุดเด่นของอินเวอร์เตอร์อีกอย่างหนึ่งคือสามารถขับมอเตอร์หลาย ๆ ตัวด้วยอินเวอร์เตอร์
เพียงตัวเดียว แต่วิธีการเดินเครื่องบางแบบอาจต้องเลือกขนาดอินเวอร์เตอร์ที่มีขนาดใหญ่มาก จึงไม่เป็นการประหยัด และเกิดการผิดพลาดในการเลือกขนาดได้ง่ายด้วย อินเวอร์เตอร์ที่ทำงานในโหมดการควบคุมฟลักซ์เวกเตอร์ ไม่สามารถขับมอเตอร์ ได้หลายตัวพร้อมกันจะต้องเปลี่ยนโหมดการควบคุมไปเป็นแบบแรงดันต่อความถี่ เท่านั้นจึงจะขับมอเตอร์ได้หลายตัว

เนื่องจากความเร็วรอบของอินดัค ชั่นมอเตอร์ หรือมอเตอร์เหนี่ยวนำ จะเปลี่ยนแปลงสัมพันธ์กับสมการความเร็วรอบหรือสมการซิงโครนัส-สปีดดังต่อไป นี้
Synchronous speed  (Ns)

= (120 * f ) / P

โดยกำหนดให้:


f = ความถี่กระแสไฟฟ้า
P = จำนวนขั้วแม่เหล็ก

......จากสมการสมซิงโครนัส-สปีดจะเห็นว่าความเร็วรอบของมอเตอร์สามารถปรับเปลี่ยนได้ 2 เส้นทางคือ
1.  เปลี่ยนจำนวนขั้วแม่เหล็ก (P) และ
2. เปลี่ยนแปลงความถี่ของกระแสไฟฟ้าที่จ่ายให้กับมอเตอร์ไฟฟ้า ( f  )

ดัง นั้นหากความถี่กระแสไฟฟ้ามีค่าคงที่คือ 50 Hz. ( หรือ 60 Hz.ในบางประเทศ เช่นอเมริกา ) ความเร็วรอบของมอเตอร์  แต่ละตัวก็จะมีความเร็วรอบที่แตกต่างกัน โดยขึ้นอยู่กับจำนวนขั้วแม่เหล็กของมอเตอร์แต่ละตัว ซึ่งสามารถสรุปได้ตามตารางดังนี้

จำนวนขั้วแม่เหล็ก(P)                                        2           4               6              8            10               15

จำนวนรอบที่ความถี่ 50 Hz.    (RPM)             3000      1500          1000         750         600              500

จำนวนรอบที่ความถี่ 60 Hz.    (RPM)            3600       1800          1200         900         720              600

ตาราง สรุปความสัมพันธ์ของความเร็วรอบของมอเตอร์ที่มีจำนวนขั้วแม่เหล็กที่แตกต่าง กันจะเห็นว่า วิธีการควบคุมความเร็วรอบด้วยการเปลี่ยนจำนวนขั้วแม่เหล็กนั้น ความเร็วจะเปลี่ยนแปลงไปครั้งละมาก ๆ เช่น เปลี่ยนจาก 3000 รอบต่อนาที ไปเป็น 1500 รอบต่อนาที  หรือจาก 1500 รอบต่อนาที ไปเป็น3000 รอบต่อนาที ( กรณีเปลี่ยนจากการต่อแบบ  2 ขั้วแม่เหล็กไปเป็นการต่อแบบ 4 ขั้วแม่เหล็ก หรือจาก 4 ขั้วแม่เหล็กลดลงมาเหลือ 2 ขั้วแม่เหล็ก) ซึ่งการเปลี่ยนแปลงความเร็วรอบในลักษณะนี้ความเร็วรอบที่เปลี่ยนแปลงจะไม่ ละเอียด ,ทำได้เฉพาะในขณะที่ไม่มีโหลด และที่สำคัญคือต้องใช้มอเตอร์ที่ออกแบบพิเศษที่สามารถเปลี่ยนแปลงจำนวนขั้ว แม่เหล็กได้เท่านั้น ทำให้ไม่เหมาะสมกับความต้องการของงานในหลาย ๆประเภทที่ต้องการควบคุมความเร็วรอบในขณะมีโหลดเพื่อให้ความเร็วเหมาะสมกับ ความเร็วของกระบวนการผลิต  ดังนั้นในกระบวนการผลิตทั่วไปจึงนิยมใช้อินเวอร์เตอร์ในการควบคุมความเร็ว รอบของมอเตอร์มากกว่าเนื่องจากสามารถควบ คุมให้มอเตอร์ด้วยความเร็วคงที่  ปรับความเร็วรอบไปที่ความเร็วต่าง ๆ ได้อย่างรวดเร็วและมีความเที่ยงตรงมากกว่า

การเบรกหมายถึง การหน่วงให้ความเร็วรอบของมอเตอร์ให้หมุนช้าลงอย่างรวดเร็วจะด้วยวิธีทางกล หรือไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์  ในบางโรงงานอุตสาหกรรม อาจจะใช้วิธีการเบรกทางกล ซึ่งมีข้อเสียคือต้องการความดูแลและบำรุงรักษา ต้องเปลี่ยนผ้าเบรกและมีผงฝุ่นจากการเบรกหากเป็นโรงงานที่เกี่ยวข้องกับ อาหาร(Food& Beverage) ซึ่งมีข้อห้ามเรื่องผงฝุ่นจากการเบรกอาจจะปนเปื้อนไปกับอาหารหรือในระบบที่ ยากลำบากในการติดตั้งของระบบเบรกทางกลเพิ่มเติมได้หรือต้นทุนในการติดตั้ง ทางกลสูง ส่วนข้อเสียที่เป็นของระบบไฟฟ้าเช่นเมื่อมอเตอร์หยุดหมุนแล้วจะไม่สามารถ เบรกให้Lock อยู่กับที่ได้คือไม่สามารถ holding brake ได้

การเบรกโดยวิธีการฉีดไฟฟ้ากระแสตรง(Dc injection braking)

การ เบรกด้วยวิธีนี้ทำได้โดยการปลดไฟฟ้ากระแสสลับ 3 เฟส ออกจากขั้วของขดลวดสเตเตอร์ออกจากไลน์แล้วจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงเข้าไปกระตุ้นขด ลวดในสเตเตอร์แทน ไฟฟ้ากระแสตรงจะสร้างสนามแม่เหล็กถาวรที่ขดลวดสเตอร์แต่ไม่ได้เป็นสนามแม่ เหล็กหมุนเหมือนไฟฟ้ากระแสสลับ 3 เฟส ตัวโรเตอร์ซึ่งเป็นขดลวดวงจรปิด ที่กำลังหมุนอยู่ด้วยแรงเฉื่อยจะหมุนตัดผ่านสนามแม่เหล็กถาวรจากไฟฟ้ากระแส ตรง จะเกิดการเหนี่ยวนำแล้วมีกระแสไหลในขดลวดโรเตอร์จะสร้างให้เกิดแรงบิดต้าน การหมุน เป็นผลให้กราฟแรงบิดของมอเตอร์เป็นกราฟแรงบิดเป็นแบบย้อนกลับหรือแบบ เงา(Mirror)ใกล้เคียงกับเส้นกราฟของแรงบิดของมอเตอร์ ซึ่งความสูงของเส้นกราฟจะมากหรือน้อยนั้นขึ้นอยู่กับการฉีดปริมาณของกระแส ของไฟฟ้ากระแสตรงที่จ่ายเข้าไปเพื่อทำการเบรกเนื่องจากค่าความต้านทานทาง ไฟฟ้ากระแสตรง(Resistive)จะมีค่าน้อยมากเมื่อเทียบกับค่าความต้านทานทาง ไฟฟ้ากระแสสลับ(Z=R+JXL) จึงจำเป็นจะต้องใช้ไฟฟ้ากระแสตรงที่มีแรงดันต่ำๆซึ่งสามารถทำได้โดยการติด ตั้งหม้อแปลงลดระดับแรงดัน(Step-down Transformer) หรือจะใช้ Thyristor  ที่สามารถควบคุมระดับแรงดัน หรือควบคุมกระแสที่จะจ่ายให้มอเตอร์ขณะเบรกได้

ใน กรณีที่ต้องการเบรกมอเตอร์อย่างรวดเร็ว จำเป็นต้องสร้างแรงบิดสูงเพื่อมาต้านทานแรงเฉื่อยของมอเตอร์จึงจำเป็นต้อง การกระแสเบรกสูง อาจจะสูงถึง 5 เท่าของพิกัดมอเตอร์ดังนั้นเมื่อมอเตอร์หยุดหมุนแล้ว ไฟฟ้ากระแสตรงจะต้องถูกตัดออกโดยอัตโนมัติ หากปล่อยทิ้งไว้จะทำให้มอเตอร์ร้อนและไหม้ได้ในที่สุด

ที่มา : T.G. Control