เหตุใดมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับจึงมักเกิด “กระแสไฟกระชากสูง” ในขณะสตาร์ท? ปรากฏการณ์นี้ก่อให้เกิดอันตรายอะไรบ้าง และจะป้องกันได้อย่างมีประสิทธิภาพในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมได้อย่างไร?

ในสถานที่ผลิตทางอุตสาหกรรม เข็มแอมมิเตอร์ของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ (โดยเฉพาะมอเตอร์อะซิงโครนัส) มักจะเบี่ยงเบนอย่างรวดเร็วเมื่อเริ่มทำงาน แสดงให้เห็นถึง “กระแสไฟกระชาก” ที่เกินกระแสไฟพิกัดมาก กระแสไฟเริ่มต้นของมอเตอร์ขนาดเล็กและขนาดกลางบางตัวอาจสูงถึง 5-7 เท่าของค่าพิกัด และของมอเตอร์ไฟฟ้าแรงสูงขนาดใหญ่จะสูงกว่านั้นมาก ปรากฏการณ์นี้ไม่เพียงแต่สร้างความยุ่งยากให้กับผู้ปฏิบัติงานและบุคลากรด้านการบำรุงรักษาอุปกรณ์เท่านั้น แต่ยังซ่อนอันตรายด้านความปลอดภัยที่อาจเกิดขึ้นอีกด้วย เพื่อตอบคำถามนี้ เราจำเป็นต้องเริ่มต้นจากหลักการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับและวิเคราะห์อันตรายและมาตรการแก้ไขร่วมกับสภาพการทำงานจริง

1. สาเหตุหลักของกระแสสตาร์ทที่สูงเกินไป

ลักษณะการสตาร์ทของมอเตอร์อะซิงโครนัสกระแสสลับมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับ “สนามแม่เหล็กหมุน” และ “อัตราส่วนสลิป” เมื่อมอเตอร์หยุดนิ่ง ความเร็วรอบของโรเตอร์จะเป็น 0 และอัตราส่วนสลิป s=1 (อัตราส่วนสลิป s = (ความเร็วซิงโครนัส – ความเร็วรอบของโรเตอร์)/ความเร็วซิงโครนัส) ในขณะนี้ ความเร็วที่ตัวนำของโรเตอร์ตัดกับสนามแม่เหล็กหมุนจะถึงค่าสูงสุด และแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำและกระแสเหนี่ยวนำของโรเตอร์ก็จะถึงค่าสูงสุดตามไปด้วย ตามหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า สนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสของโรเตอร์จะทำปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็กของสเตเตอร์ เพื่อรักษาสมดุลของสนามแม่เหล็ก สเตเตอร์จะเพิ่มกระแสโดยอัตโนมัติเพื่อชดเชยอิทธิพลของสนามแม่เหล็กของโรเตอร์ ซึ่งในที่สุดจะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของกระแสสตาร์ทของสเตเตอร์

จากมุมมองของวงจร ค่าอิมพีแดนซ์สมมูลที่ต่ำมากของมอเตอร์ในช่วงเริ่มต้นการทำงานถือเป็นปัจจัยสำคัญอีกประการหนึ่ง ในสภาวะหยุดนิ่ง ขดลวดสเตเตอร์ของมอเตอร์สามารถพิจารณาได้ว่าเป็นวงจรอนุกรมของ “ความต้านทาน + รีแอกแทนซ์รั่วไหล” ในขณะนี้ รีแอกแทนซ์เหนี่ยวนำของขดลวดจะมีค่าต่ำสุดเนื่องจากโรเตอร์ไม่หมุน และความต้านทานเองก็มีค่าน้อย ตามกฎของโอห์ม I=U/Z ภายใต้แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด การลดลงของอิมพีแดนซ์ Z จะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นอย่างมากของกระแส I โดยตรง นอกจากนี้ แท่งโรเตอร์ของมอเตอร์อะซิงโครนัสแบบกรงทำจากโครงสร้างแท่งอลูมิเนียมหล่อหรือทองแดง และความต้านทานของวงจรโรเตอร์มีค่าน้อยในช่วงเริ่มต้นการทำงาน ซึ่งยิ่งทำให้ผลของการขยายกระแสเพิ่มมากขึ้น

2. อันตรายหลักของกระแสสตาร์ทสูง

กระแสสตาร์ทที่สูงเกินไปจะส่งผลเสียต่อระบบส่งไฟฟ้า มอเตอร์ และอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้อง สำหรับระบบส่งไฟฟ้า กระแสไฟกระชากสูงในระยะสั้นจะทำให้แรงดันไฟฟ้าของระบบลดลงอย่างฉับพลัน ซึ่งอาจทำให้อุปกรณ์อื่นๆ ในระบบส่งไฟฟ้าเดียวกันทำงานผิดปกติ (เช่น เครื่องมือวัดความแม่นยำ ระบบควบคุม PLC) และอาจทำให้ระบบตัดไฟและไฟดับได้ สำหรับมอเตอร์ กระแสไฟที่สูงเกินไปจะทำให้ขดลวดสเตเตอร์รับแรงไฟฟ้ามหาศาล การสตาร์ทบ่อยครั้งเป็นเวลานานอาจทำให้ฉนวนของขดลวดเสื่อมสภาพและเสียหาย ทำให้เกิดการลัดวงจรระหว่างขดลวด ในขณะเดียวกัน ความร้อนจูลที่เกิดจากกระแสไฟจะทำให้อุณหภูมิของขดลวดสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้มอเตอร์มีอายุการใช้งานสั้นลง

ในการผลิตภาคอุตสาหกรรม กระแสไฟกระชากขณะสตาร์ทอาจส่งผลกระทบต่อเสถียรภาพของระบบกลไกได้เช่นกัน ความผันผวนของแรงบิดขณะสตาร์ทที่สอดคล้องกับกระแสไฟฟ้าสูง จะทำให้ส่วนเชื่อมต่อระหว่างมอเตอร์และโหลด (เช่น พัดลม ปั๊มน้ำ สายพานลำเลียง) รับแรงกระแทก ส่งผลให้เกิดความเสียหายทางกล เช่น ข้อต่อหลวมและการสึกหรอของเฟือง และเพิ่มต้นทุนการบำรุงรักษาอุปกรณ์ ในสถานการณ์ที่ติดไฟได้และระเบิดได้ (เช่น อุตสาหกรรมเคมี เหมืองถ่านหิน) กระแสไฟขณะสตาร์ทอาจทำให้เกิดประกายไฟ ซึ่งเป็นอันตรายต่อความปลอดภัย

3. กลยุทธ์การควบคุมที่มีประสิทธิภาพในสถานการณ์ภาคอุตสาหกรรม

ตามระดับกำลังไฟฟ้าและข้อกำหนดสภาวะการทำงานที่แตกต่างกัน วิธีการระงับกระแสกระชากที่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท ได้แก่ “การสตาร์ทแบบลดแรงดัน” และ “การสตาร์ทแบบนุ่มนวล” สำหรับมอเตอร์อะซิงโครนัสขนาดเล็กและขนาดกลาง (โดยทั่วไปต่ำกว่า 55 กิโลวัตต์) การสตาร์ทแบบลดแรงดันเป็นทางเลือกที่ประหยัดและใช้งานได้จริง แนวคิดหลักคือการลดแรงดันสเตเตอร์ขณะสตาร์ทเพื่อลดกระแสสตาร์ท วิธีการทั่วไป ได้แก่ การสตาร์ทแบบสตาร์-เดลต้า (Y-Δ) การสตาร์ทแบบลดแรงดันด้วยหม้อแปลงอัตโนมัติ และการสตาร์ทแบบลดแรงดันด้วยรีแอคเตอร์ ในบรรดาวิธีเหล่านี้ การสตาร์ทแบบสตาร์-เดลต้าเป็นวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด ในระหว่างการสตาร์ท ขดลวดสเตเตอร์จะต่อแบบสตาร์ ทำให้แรงดันของขดลวดแต่ละเฟสลดลงเหลือ 1/√3 ของค่าพิกัด และกระแสสตาร์ทจะลดลงเหลือ 1/3 ของการสตาร์ทโดยตรง หลังจากความเร็วของมอเตอร์เพิ่มขึ้นแล้ว จะเปลี่ยนไปต่อแบบเดลต้าเพื่อคืนค่าการทำงานที่แรงดันพิกัด

สำหรับมอเตอร์ขนาดใหญ่ (มากกว่า 100 กิโลวัตต์) หรือสถานการณ์ที่ต้องการความราบรื่นในการสตาร์ทสูง (เช่น ลิฟต์ เครื่องมือกลที่มีความแม่นยำสูง) ซอฟต์สตาร์เตอร์และตัวแปลงความถี่เป็นทางเลือกที่ดีกว่า ซอฟต์สตาร์เตอร์ใช้การควบคุมเฟสของตัวเรียงกระแสแบบซิลิคอนควบคุม (SCR) เพื่อทำให้แรงดันไฟฟ้าของสเตเตอร์เพิ่มขึ้นอย่างราบรื่นจากต่ำไปสูง กระแสสตาร์ทสามารถควบคุมได้ที่ 2-3 เท่าของค่าพิกัด หลีกเลี่ยงการเพิ่มขึ้นและลดลงของแรงดันไฟฟ้าอย่างฉับพลัน ในขณะเดียวกันก็มีฟังก์ชันป้องกันกระแสเกินและโอเวอร์โหลด และเหมาะสำหรับลักษณะโหลดที่หลากหลาย ตัวแปลงความถี่ควบคุมการสตาร์ทมอเตอร์โดยการเปลี่ยนความถี่ของแหล่งจ่ายไฟ ในระหว่างการสตาร์ท ความถี่จะเพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไปจาก 0 และความเร็วจะเพิ่มขึ้นอย่างราบรื่นพร้อมกัน กระแสสตาร์ทสามารถจำกัดได้ภายในค่าพิกัด และยังสามารถใช้งานฟังก์ชันควบคุมความเร็วได้ ซึ่งเป็นการแก้ปัญหาได้สองอย่างในสถานการณ์ที่ต้องการการทำงานที่ความเร็วแปรผัน (เช่น การควบคุมความเร็วและการประหยัดพลังงานของพัดลมด้วยการแปลงความถี่)

นอกจากนี้ ยังสามารถใช้มาตรการเสริมต่างๆ เช่น “การสตาร์ททีละขั้นตอน” หรือ “การสตาร์ทโดยการลดภาระ” สำหรับภาระเฉพาะได้ ตัวอย่างเช่น สำหรับอุปกรณ์ที่มีภาระหนัก เช่น สายพานลำเลียง จะตัดภาระออกด้วยคลัตช์ก่อนสตาร์ท และจะต่อภาระอีกครั้งเมื่อมอเตอร์หมุนถึงความเร็วพิกัดแล้ว สำหรับอุปกรณ์คอมเพรสเซอร์ สามารถใช้บายพาสวาล์วเพื่อลดแรงดันในกระบอกสูบ ลดแรงต้านในการสตาร์ท และลดกระแสสตาร์ททางอ้อมได้

โดยสรุป กระแสสตาร์ทที่สูงเกินไปของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นโดยธรรมชาติอันเนื่องมาจากคุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้า แต่สามารถควบคุมอันตรายที่เกิดขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยวิธีการสตาร์ทที่ถูกต้องตามหลักวิทยาศาสตร์ ในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม จำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น กำลังของมอเตอร์ ลักษณะโหลด และกำลังการผลิตของระบบส่งไฟฟ้า เพื่อเลือกวิธีการระงับกระแสสตาร์ทที่ “ประหยัดและเหมาะสม” หรือ “แม่นยำและควบคุมได้” เพื่อความปลอดภัยของอุปกรณ์และเพิ่มเสถียรภาพในการผลิต

เรื่องก่อนหน้า

เหตุใดมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับขนาดใหญ่ในอุตสาหกรรมจึงต้องใช้ซอฟต์สตาร์เตอร์?

เรื่องถัดไป

สาเหตุหลักที่ทำให้ความเร็วรอบของมอเตอร์กระแสตรงไม่คงที่คืออะไร และมีวิธีแก้ไขอย่างไรบ้าง?