มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง (DC motor) เป็นมอเตอร์ที่ใช้กระแสตรงเป็นแหล่งจ่าย เหมาะกับงานที่ต้องการการควบคุมความเร็วและแรงบิดอย่างละเอียด มอเตอร์ DC แบ่งเป็น 3 ชนิดหลักตามวิธีการต่อขดลวดกับแหล่งจ่ายไฟ ได้แก่ มอเตอร์แบบอนุกรม (Series), มอเตอร์แบบอนุขนาน (Shunt) และมอเตอร์แบบผสม (Compound) บทความนี้อธิบายคุณสมบัติ ข้อดี ข้อจำกัด และการใช้งานที่เหมาะสมของแต่ละชนิด พร้อมคำแนะนำการเลือกใช้งาน
- มอเตอร์แบบอนุกรม (Series Motor)
- หลักการต่อ: ขดลวดสนาม (field winding) ต่ออนุกรมกับขดลวดส่วนโรเตอร์ (armature) ทำให้กระแสเดียวไหลผ่านทั้งสนามและอาร์มาเจอร์
- คุณสมบัติเด่น: ให้แรงบิดเริ่มต้นสูงมาก (high starting torque) และแรงบิดแปรตามกระแส ทำให้ตอบสนองแรงโหลดหนักได้ดี
- ข้อดี: เหมาะกับงานที่ต้องการแรงบิดสูงเมื่อเริ่มต้น เช่น เครน รถลาก รอกยก และเครื่องจักรที่มีโหลดสตาร์ทสูง
- ข้อจำกัด: ความเร็วไม่คงที่และอาจสูงเกินไปเมื่อไม่มีโหลด (risk of runaway) จึงไม่เหมาะกับงานที่ต้องการความเร็วคงที่หรือความแม่นยำด้านรอบ
- การใช้งานตัวอย่าง: ยานพาหนะลากจูง รถรอก โรงงานที่ต้องการแรงบิดสตาร์ทสูง
- มอเตอร์แบบอนุขนาน (Shunt Motor)
- หลักการต่อ: ขดลวดสนามต่อขนานกับอาร์มาเจอร์ ทำให้สนามได้รับแรงดันคงที่ (เกือบคงที่) แยกจากกระแสอาร์มาเจอร์
- คุณสมบัติเด่น: ให้ความเร็วรอบค่อนข้างคงที่แม้มีการเปลี่ยนแปลงของแรงบิด (good speed regulation) และสามารถควบคุมความเร็วได้ง่ายด้วยการปรับแรงดันสนามหรืออาร์มาเจอร์
- ข้อดี: เหมาะกับงานที่ต้องการความเร็วคงที่ เช่น เครื่องกลึง เครื่อง CNC พัดลมอุตสาหกรรม และเครื่องจักรที่ต้องการความแม่นยำในการควบคุมรอบ
- ข้อจำกัด: แรงบิดเริ่มต้นต่ำกว่า Series motor จึงอาจไม่เพียงพอสำหรับโหลดสตาร์ทหนักโดยตรง
- การใช้งานตัวอย่าง: เครื่องจักรกลที่ต้องการรอบคงที่ เครื่องปั่น เครื่องฉีดพลาสติก
- มอเตอร์แบบผสม (Compound Motor)
- หลักการต่อ: รวมการต่อทั้งแบบอนุกรมและอนุขนาน โดยมีทั้งขดลวดสนามอนุกรมและขดลวดสนามขนานอยู่ในมอเตอร์เดียวกัน ทำให้ได้คุณสมบัติสองแบบผสมกัน
- คุณสมบัติเด่น: ให้แรงบิดเริ่มต้นที่ดีและรักษาความเร็วได้ดีกว่า Series motor เมื่อมีโหลดแปรผัน
- ข้อดี: เหมาะกับงานที่ต้องการทั้งแรงบิดเริ่มต้นสูงและความสามารถในการรักษารอบ เช่น เครื่องจักรปั๊มใหญ่ สายพานลำเลียงที่มีการเปลี่ยนแปลงโหลด
- ข้อจำกัด: โครงสร้างซับซ้อนกว่าและต้องพิจารณาการออกแบบสนามให้สมดุล ผลการทำงานขึ้นกับสัดส่วนของขดลวดอนุกรมและขดลวดขนาน (long-shunt vs short-shunt)
- การใช้งานตัวอย่าง: ระบบลำเลียงขนาดใหญ่ ปั๊มอุตสาหกรรม เครื่องจักรผสม
การเลือกมอเตอร์ DC ให้เหมาะสม
- ระบุลักษณะโหลด: ต้องการแรงบิดเริ่มต้นสูงหรือความเร็วคงที่เป็นหลัก
- พิจารณาการควบคุมความเร็ว: ถ้าต้องการความแม่นยำสูง เลือก Shunt หรือใช้ระบบควบคุมร่วมกับ BLDC/servo
- ประเมินการบำรุงรักษา: มอเตอร์แบบมีแปรง (Brushed DC) ต้องเปลี่ยนแปรงตามระยะ ในขณะที่ BLDC ลดค่าใช้จ่ายการบำรุงรักษาได้
- คำนึงถึงขนาดและงบประมาณ: Series ให้แรงบิดสูงจากมอเตอร์ขนาดเล็ก แต่ต้องระวัง runaway; Compound เป็นตัวเลือกที่สมดุลแต่ต้นทุนสูงกว่า
คำแนะนำการดูแลรักษาเบื้องต้น
- ตรวจสอบแปรงถ่านและคอมมิวเตเตอร์ (สำหรับ Brushed DC) และเปลี่ยนเมื่อสึกหรอ
- ตรวจสอบการต่อสายและการเชื่อมต่อไฟฟ้าให้แน่นและไม่มีการหลวม
- ทำความสะอาดฝุ่นและตรวจการระบายความร้อนเพื่อป้องกันการลัดวงจรของขดลวด
- ตรวจสอบการหล่อลื่นตลับลูกปืนและการสึกหรอของเพลา
สรุป
มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงมี 3 รูปแบบหลักคือ Series, Shunt และ Compound แต่ละแบบมีข้อเด่นและข้อจำกัดที่แตกต่างกัน การเลือกมอเตอร์ที่เหมาะสมควรพิจารณาจากลักษณะโหลด ความต้องการความเร็ว และข้อจำกัดด้านการบำรุงรักษา