บทความ : ดร.บุรินทร์ เกิดทรัพย์
ทีมวิจัยมอเตอร์และการแปลงผันกำลังงาน (MAP)
กลุ่มวิจัยการควบคุมและอิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูง (ACERG)
เนคเทค สวทช.
ในแต่ละวันเราทุกคนจะต้องใช้เครื่องมือหรืออุปกรณ์ที่มีมอเตอร์ไฟฟ้าเป็นส่วนประกอบอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ไม่ว่าจะเป็นการใช้งานพัดลม เครื่องปรับอากาศ ปั๊มน้ำ ลิฟท์ บันไดเลื่อน เป็นต้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในปัจจุบันมีกระแสการใช้งานยานยนต์ไฟฟ้าเพิ่มมากขึ้น ซึ่งมอเตอร์ไฟฟ้าถือเป็น ชิ้นส่วนสำคัญที่ใช้ในระบบส่งกำลัง ดังนั้นมอเตอร์ไฟฟ้าจึงมีความสำคัญ ต่อการใช้ชีวิตประจำวัน ของพวกเราทุกคนเป็นอย่างมาก
ทำไมต้องทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้า
“ทำไมต้องทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้า” คำตอบของคำถามดังกล่าวขึ้นอยู่กับความต้องการของผู้ใช้งาน …
หากเป็นผู้บริโภคที่ซื้อเครื่องมือหรืออุปกรณ์ที่มีมอเตอร์ไฟฟ้าทำงานอยู่ภายใน อาจจะไม่จำเป็นต้องทำการทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้า เนื่องจากการทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้า จะมีขั้นตอนที่ซับซ้อนและต้นทุนที่สูง แต่ถ้าหากเป็นบริษัทที่ผลิตมอเตอร์ไฟฟ้า หรือบริษัทที่นำเข้ามอเตอร์ไฟฟ้า อาจจะมีความจำเป็นต้องทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้าก่อน
เพื่อเป็นการตรวจสอบคุณภาพของมอเตอร์ไฟฟ้าที่ผลิตขึ้นหรือนำเข้ามาว่ามีคุณสมบัติตรงตามข้อมูลที่บริษัทต้นทางได้ให้ข้อมูลไว้หรือไม่ ทั้งนี้อาจจะจำเป็นต้องทดสอบหาประสิทธิภาพ และคุณลักษณะเฉพาะของมอเตอร์ไฟฟ้านอกจากนี้ หากเป็นบริษัทที่ต้องการพัฒนาระบบควบคุมของมอเตอร์ไฟฟ้าเองก็จำเป็นต้องทราบข้อมูลจำเพาะของมอเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งโดยทั่วไปแล้ว บริษัทต้นทางมักจะไม่ให้ข้อมูลเหล่านี้ เนื่องจากเป็นข้อมูลเชิงลึกที่อาจจะเป็นความลับทางด้านเทคโนโลยี ดังนั้น บริษัทจึงต้องทำการทดสอบเพื่อหาค่าพารามิเตอร์ต่างๆ เอง
การทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้าทำอย่างไร
โดยทั่วไปการทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้า แบ่งออกเป็น 2 รูปแบบ คือ การทดสอบหาประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้าและการทดสอบหาคุณลักษณะของมอเตอร์ไฟฟ้า มีรายละเอียดดังนี้
1. การทดสอบหาประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้า (Motor Performance Test)
การทดสอบนี้เป็นที่นิยมและรู้จักกันเป็นอย่างดี นั่นคือ การทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้าบนแท่นไดนาโมมิเตอร์ (Dynamometer) โดยเป้าหมายของการทดสอบนี้คือการหาประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้าที่ทำงานร่วมกับ ชุดระบบขับเคลื่อนในกรณีของมอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้งานในอุตสาหกรรมทั่วไป อาจจะทำการทดสอบที่พิกัดเป็นหลัก เนื่องจากเงื่อนไขการใช้งานของมอเตอร์ไฟฟ้าจะทำงานในย่านที่ไม่กว้างมากนัก แต่ในกรณีของมอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้งานในยานยนต์ไฟฟ้าจำเป็นต้องทำการทดสอบในย่านการทำงานที่กว้างเพื่อให้ครอบคลุมการใช้งานในการขับขี่ตาม (Drivingcycle) ดังนั้น การทดสอบหาประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้านี้ จึงต้องทำการทดสอบหลายจุดการทำงาน ตั้งแต่ความเร็วต่ำจนกระทั่งถึงความเร็วสูงสุดรวมทั้งแรงบิดต่ำจนกระทั่งถึงแรงบิดสูงสุด
ตัวอย่างแท่นทดสอบวัดประสิทธิภาพมอเตอร์ไฟฟ้า และแผนผังประสิทธิภาพที่ได้จากการทดสอบ แสดงในรูปที่ 1 และรูปที่ 2 ตามลำดับ
รูปที่ 1 ตัวอย่างแท่นทดสอบวัดประสิทธิภาพมอเตอร์ไฟฟ้า [1]
รูปที่ 2 ตัวอย่างแผนผังประสิทธิภาพมอเตอร์ไฟฟ้าที่ได้จากการทดสอบ [1]
สำหรับแท่นทดสอบวัดประสิทธิภาพมอเตอร์ไฟฟ้าที่มีให้บริการ โดยทีมวิจัยของศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (เนคเทค สวทช.) มีให้บริการอยู่ 2 แห่ง คือ อุทยานวิทยาศาสตร์ประเทศไทย (Thailand SciencePark) จังหวัดปทุมธานี และศูนย์นวัตกรรมการผลิตยั่งยืน (SMC) จังหวัดระยอง โดยมีคุณสมบัติเฉพาะ ดังแสดงในตารางที่ 1
2. การทดสอบหาคุณลักษณะของมอเตอร์ไฟฟ้า (Motor characteristic test)
การทดสอบหาคุณลักษณะของมอเตอร์ไฟฟ้านี้ จะแตกต่างจากการทดสอบวัดประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้า จากที่กล่าวไปข้างต้น การทดสอบวัดประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้าเป็นการทดสอบการทำงานร่วมกันระหว่าง
มอเตอร์ไฟฟ้า และระบบขับเคลื่อน ในกรณีที่เกิดความผิดพลาดจากมอเตอร์ไฟฟ้าหรือระบบขับเคลื่อนขึ้น การทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้าวิธีนี้ จะไม่สามารถระบุสาเหตุของความผิดพลาดได้โดยตรง ซึ่งอาจจะต้องใช้เวลาในการวิเคราะห์หาสาเหตุค่อนข้างนาน โดยวิธีการแก้ปัญหาดังกล่าวสามารถใช้แท่นทดสอบหาคุณลักษณะของมอเตอร์ไฟฟ้าช่วยในการระบุปัญหาได้ง่ายขึ้น เนื่องจาก การทดสอบนี้เป็นการทดสอบเฉพาะมอเตอร์ไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว โดยไม่คำนึงถึงการทำงานของชุดระบบขับเคลื่อน
การทดสอบนี้ใช้ชุดระบบขับเคลื่อนมาตรฐานที่ออกแบบไว้สำหรับใช้งานกับแท่นทดสอบนี้โดยเฉพาะ ดังนั้น หากเกิดความผิดพลาดที่เกิดจากมอเตอร์ไฟฟ้าก็จะสามารถระบุปัญหาได้ทันที แต่ถ้าหากมอเตอร์ไฟฟ้าทำงานได้ตามปกติ ก็แสดงว่าเกิดปัญหาจากชุดระบบขับเคลื่อนแทน
สำหรับภาพรวมของแท่นทดสอบวัดคุณลักษณะของมอเตอร์ไฟฟ้าแสดงในรูปที่ 3 โดยประกอบด้วยอุปกรณ์หลักคือ แท่นรอง (Testbed), อุปกรณ์วัดแรงบิด (Torque sensor), ชุดเกียร์ตัวหนอน (Worm gear), ชุดมอเตอร์เซอร์โว พร้อมระบบขับเคลื่อน (Servo motor drive), ตัวควบคุม (Control cabinet), แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง (DC power supply) และเครื่องคอมพิวเตอร์ที่ใช้สำหรับควบคุมการทำงาน และแสดงผลต่างๆ สำหรับ ตัวอย่างผลการทดสอบที่ได้ เช่น กราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงบิดและมุมควบคุมแสดงในรูปที่ 4 หรือ กราฟความสัมพันธ์ระหว่างฟลักซ์สนามแม่เหล็กไฟฟ้า กับกระแสไฟฟ้าบนแกน d และ q แสดงในรูปที่ 5
รูปที่ 3 ภาพรวมของแท่นทดสอบวัดคุณลักษณะของมอเตอร์ไฟฟ้า
รูปที่ 4 กราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงบิดและมุมควบคุม
รูปที่ 5 กราฟความสัมพันธ์ระหว่างฟลักซ์สนามแม่เหล็กไฟฟ้ากับกระแสไฟฟ้าบนแกน d และ q
นอกจากนี้ แท่นทดสอบวัดคุณลักษณะของมอเตอร์ไฟฟ้านี้ยังสามารถนำมาใช้ประโยชน์ ในการหาตำแหน่ง การติดตั้งชุดวัดตำแหน่งต่างๆ ที่จำเป็นต้องใช้กับมอเตอร์ไฟฟ้า ไม่ว่าจะเป็นชุด Resolver หรือชุด Encoder ซึ่งจำเป็นต้องระบุจุดเริ่มต้นของการหมุนให้ถูกต้อง เพื่อให้สามารถควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด
บริการทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้าจาก SMC
สำหรับแท่นทดสอบวัดคุณลักษณะของมอเตอร์ไฟฟ้า ที่มีให้บริการโดยทีมวิจัยของศูนย์เทคโนโลยี อิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (เนคเทค สวทช.) มีให้บริการอยู่ 2 แห่งเช่นเดียวกัน นั่นคือ อุทยานวิทยาศาสตร์ประเทศไทย (Thailand Science Park) จังหวัดปทุมธานี และศูนย์นวัตกรรมการผลิตยั่งยืน (SMC) จังหวัดระยอง ดังแสดงในตารางที่ 2
ทั้งนี้ แท่นทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้าที่ติดตั้งที่อุทยานวิทยาศาสตร์ประเทศไทย จังหวัดปทุมธานี ได้เปิดให้บริการกับหน่วยงานภายนอก รวมทั้งบริษัทเอกชนเป็นที่เรียบร้อยแล้ว โดยมีหน่วยงานและบริษัทที่สนใจทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้าเข้ามาติดต่อสอบถามและใช้บริการแล้วส่วนแท่นทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้าที่ ศูนย์นวัตกรรมการผลิตยั่งยืน จังหวัดระยอง มีกำหนดเปิดให้บริการช่วงต้นปี 2566 หากผู้สนใจต้องการข้อมูลเพิ่มเติม สามารถติดต่อทีมวิจัยได้โดยตรง หรือสามารถแวะมาเยี่ยมชมการทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้าได้เช่นกัน
เอกสารอ้างอิง
[1] www.horiba.com
ติดต่อ ศูนย์นวัตกรรมการผลิตยั่งยืน (SMC)
112 อุทยานวิทยาศาสตร์ประเทศไทย
ถนนพหลโยธิน ตำบลคลองหนึ่ง
อำเภอคลองหลวง จังหวัดปทุมธานี 12120
เว็บไซต์ : https://www.nectec.or.th/smc
Facebook : https://www.facebook.com/smceeci