มอเตอร์กระแสสลับ (AC) คืออุปกรณ์ที่แปลงพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) เป็นพลังงานกล และการทำงานจะอาศัยหลักการแม่เหล็กไฟฟ้าพื้นฐาน เพื่อทำความเข้าใจกลไกการทำงานของมอเตอร์ เรามาทำความเข้าใจองค์ประกอบสำคัญและลำดับเหตุการณ์ที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่กัน

 

ก่อนอื่นเรามาระบุส่วนประกอบหลักกันก่อน มอเตอร์กระแสสลับส่วนใหญ่ โดยเฉพาะมอเตอร์เหนี่ยวนำทั่วไป ประกอบด้วยส่วนประกอบหลักสองส่วน ได้แก่ สเตเตอร์ และ โรเตอร์สเตเตอร์คือส่วนที่อยู่นิ่งด้านนอกของมอเตอร์ ประกอบด้วยชุดแม่เหล็กไฟฟ้า (เรียกว่า ขดลวดสเตเตอร์) เรียงตัวเป็นวงกลมรอบแกนกลาง ขดลวดเหล่านี้เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ ในทางกลับกัน โรเตอร์คือส่วนที่อยู่นิ่งด้านใน ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นแกนทรงกระบอก ทำจากแผ่นโลหะเคลือบหลายแผ่น มีแท่งนำไฟฟ้า (มักเป็นทองแดงหรืออะลูมิเนียม) ฝังอยู่บนพื้นผิว ก่อตัวเป็นโครงสร้างแบบ “กรงกระรอก” ในมอเตอร์เหนี่ยวนำหลายรุ่น แท่งเหล่านี้มีวงแหวนลัดวงจรที่ปลายทั้งสองด้าน ทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้

 

ความมหัศจรรย์ของมอเตอร์ AC เริ่มต้นจาก สนามแม่เหล็กหมุน เกิดจากสเตเตอร์ เมื่อกระแสสลับไหลผ่านขดลวดสเตเตอร์ ขดลวดแต่ละอันจะกลายเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีขั้วกลับด้านเมื่อกระแสสลับสลับกัน (เนื่องจากกระแสสลับเปลี่ยนทิศทางเป็นระยะ) ที่สำคัญคือ ขดลวดสเตเตอร์มีระยะห่างกันเป็นมุมเฉพาะ (โดยปกติจะห่างกัน 120 องศาในมอเตอร์สามเฟส) และเชื่อมต่อกับเฟสของแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับที่ไม่ซิงค์กัน ความแตกต่างของเฟสนี้ทำให้สนามแม่เหล็กที่สเตเตอร์สร้างขึ้นหมุนรอบแกนได้อย่างราบรื่นด้วยความเร็วที่เรียกว่า ความเร็วแบบซิงโครนัสซึ่งขึ้นอยู่กับความถี่ของไฟฟ้ากระแสสลับและจำนวนขั้วในขดลวดสเตเตอร์ ตัวอย่างเช่น แหล่งจ่ายไฟ 60 เฮิรตซ์ที่มีสเตเตอร์ 4 ขั้วจะสร้างความเร็วซิงโครนัสที่ 1,800 รอบต่อนาที (RPM)

 

ต่อไป, การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า เข้ามามีบทบาทในการขับเคลื่อนโรเตอร์ให้หมุน เมื่อสนามแม่เหล็กหมุนจากสเตเตอร์ตัดผ่านแท่งตัวนำของโรเตอร์ จะเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในแท่งโรเตอร์ (ตามกฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์) กระแสเหนี่ยวนำนี้จะสร้างสนามแม่เหล็กของตัวเองรอบโรเตอร์ (กฎของแอมแปร์) อันตรกิริยาระหว่างสนามแม่เหล็กหมุนของสเตเตอร์และสนามแม่เหล็กของโรเตอร์ก่อให้เกิดแรงบิด ซึ่งเป็นแรงบิดที่ทำให้โรเตอร์เคลื่อนที่ตามสนามแม่เหล็กหมุน

 

ในมอเตอร์เหนี่ยวนำ โรเตอร์จะไม่เคยไปถึงความเร็วซิงโครนัสของสนามแม่เหล็กของสเตเตอร์เลย ความแตกต่างนี้เรียกว่า ลื่นเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อรักษาการเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าในโรเตอร์ หากโรเตอร์มีความเร็วเท่ากับความเร็วซิงโครนัส จะไม่มีการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างโรเตอร์และสนามแม่เหล็ก ดังนั้นจึงไม่มีการเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าและไม่เกิดแรงบิด ในทางกลับกัน โรเตอร์จะหมุนด้วยความเร็วที่ต่ำกว่าเล็กน้อย (โดยทั่วไปจะน้อยกว่าความเร็วซิงโครนัสในมอเตอร์มาตรฐาน 2-5%) เพื่อให้เกิดการเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าและแรงบิดอย่างต่อเนื่อง

 

โดยสรุปแล้ว มอเตอร์กระแสสลับทำงานผ่านการประสานกันของสนามแม่เหล็กหมุน (ซึ่งเกิดจากขดลวดไฟฟ้ากระแสสลับของสเตเตอร์) และการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า (ซึ่งเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในโรเตอร์ ก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กที่โต้ตอบกับสนามของสเตเตอร์เพื่อสร้างแรงบิด) กระบวนการอันชาญฉลาดนี้จะแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นการเคลื่อนที่เชิงกลได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้มอเตอร์กระแสสลับมีความจำเป็นอย่างยิ่งในการใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่เครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือนไปจนถึงเครื่องจักรอุตสาหกรรม