มอเตอร์ ใช้เมื่อมีความจำเป็นต้องเคลื่อนย้ายวัตถุบางอย่าง และประสิทธิภาพของมอเตอร์จะเป็นตัวกำหนดความคุ้มทุนของการเคลื่อนไหว โดยทั่วไปมอเตอร์จะสร้างการเคลื่อนที่แบบหมุนและส่งไปยังส่วนท้ายที่ใช้การเคลื่อนที่นั้น กำลังบางส่วนที่สร้างโดยมอเตอร์จะสูญเสียไประหว่างทางเนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น แรงเสียดทานหรือการสูญเสียความร้อน ประสิทธิภาพของมอเตอร์จึงเป็นอัตราส่วนของพลังงานจริงที่ใช้กับพลังงานที่ใส่เข้าไปในระบบกลไก แน่นอนว่ามอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นรับประกันต้นทุนการดำเนินงานที่ลดลง ซึ่งเป็นสิ่งที่ผู้ใช้มอเตอร์ทุกคนกำลังมองหา
ในบทความนี้ เราจะพยายามอธิบายวิธีที่คุณสามารถตัดสินใจได้อย่างมีข้อมูลมากขึ้นว่ามอเตอร์ตัวใดที่เหมาะกับการใช้งานของคุณมากกว่า
ข้อกำหนดบางประการ
ก่อนที่จะเจาะลึกถึงประสิทธิภาพของมอเตอร์และการประมาณค่า มาดูคำศัพท์สำคัญบางคำก่อน:
งาน
งานคือปริมาณพลังงานที่ต้องใช้ในการเคลื่อนย้ายมวลเป็นระยะทางโดยใช้แรงจำนวนหนึ่ง
พลัง
กำลังคือปริมาณงานที่ทำต่อหน่วยเวลา
อย่างมีประสิทธิภาพ
การวัดปริมาณพลังงานที่ป้อนเข้าสู่ระบบสามารถแปลงเป็นพลังงานเอาต์พุตหรืองานได้
โหลดสูงสุด
โหลดสูงสุดที่เครื่องจักรสามารถส่งมอบได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงพอ
โหลดเต็มที่
โหลดสูงสุดที่เครื่องสามารถให้ได้
ปัจจัยอำนาจ
อัตราส่วนของกำลังจริงต่อกำลังปรากฏในวงจร
กำลังไฟฟ้าจริงคือกำลังไฟฟ้าที่ใช้จริง กำลังไฟฟ้าปรากฏคือกำลังไฟฟ้าทั้งหมดที่ส่งไปยังวงจร
ปีกหมุนของเฮลิคอปเตอร์
ส่วนที่เคลื่อนไหวของมอเตอร์ที่หมุนเพลาเพื่อผลิตพลังงานกล
สเตเตอร์
ชิ้นส่วนคงที่ของมอเตอร์ที่มีขดลวดบางส่วนหรือแม่เหล็กคงที่พร้อมแกนที่ทำจากแผ่นโลหะต่าง ๆ หรือวัสดุเคลือบ
การทำความคุ้นเคยกับคำศัพท์เหล่านี้จะช่วยให้คุณเข้าใจโครงสร้างของมอเตอร์และหลักการทำงานของมอเตอร์ได้ดีขึ้น
การคำนวณประสิทธิภาพของมอเตอร์
ในการคำนวณประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้า จำเป็นต้องกำหนดกำลังไฟฟ้าเข้าและกำลังส่งออกของมอเตอร์ ประสิทธิภาพหมายถึงอัตราส่วนของกำลังไฟฟ้าขาออกต่อกำลังไฟฟ้าเข้า ซึ่งแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ ต่อไปนี้เป็นคำแนะนำทีละขั้นตอน:
กำหนดกำลังไฟฟ้าเข้า (พิน): นี่คือกำลังไฟฟ้าที่จ่ายให้กับมอเตอร์ สูตรคือ Pin = V x I โดยที่ V คือแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับมอเตอร์ และ I คือกระแสที่ไหลผ่านมอเตอร์ ต้องแน่ใจว่าใช้หน่วยที่สอดคล้องกัน (เช่น โวลต์และแอมป์)
วัดหรือคำนวณกำลังขับ (มุ่ย): นี่คือกำลังทางกลที่เกิดจากมอเตอร์ สามารถกำหนดได้หลายวิธีขึ้นอยู่กับการใช้งาน ตัวอย่างเช่น
หากทราบแรงบิด (T) และความเร็วเชิงมุม (ω) ที่เกิดจากมอเตอร์ สามารถใช้สูตร Pout = T x ω ได้
หากมีความเร็วของมอเตอร์ (N) และพิกัดกำลัง (Prated) กำลังเอาท์พุตสามารถประมาณได้เป็น Pout = Prated x (N/Nrated) (โดยที่ Nrated คือความเร็วพิกัดของมอเตอร์)
กำลังคำนวณประสิทธิภาพ (η): ประสิทธิภาพคำนวณเป็น η = (Pout / Pin) x 100% ซึ่งจะให้ประสิทธิภาพเป็นเปอร์เซ็นต์
ตัวอย่างเช่น สมมติว่ามอเตอร์มีกำลังอินพุต 1000 วัตต์ (พิน) และกำลังเอาต์พุต 800 วัตต์ (Pout) ประสิทธิภาพคำนวณดังนี้
η = (800 / 1000) x 100% = 80%
ในกรณีนี้ ประสิทธิภาพของมอเตอร์คือ 80% ซึ่งบ่งชี้ว่า 80% ของพลังงานไฟฟ้าอินพุตถูกแปลงเป็นพลังงานกลที่มีประโยชน์
สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าประสิทธิภาพของมอเตอร์จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น สภาวะโหลด อุณหภูมิ และการออกแบบ ดังนั้นจึงขอแนะนำให้ทำการวัดหรือปรึกษาข้อกำหนดเฉพาะของมอเตอร์เพื่อคำนวณประสิทธิภาพในสถานการณ์จริงได้อย่างแม่นยำ
ประสิทธิภาพของมอเตอร์และคลาสของมัน
ในการวัดประสิทธิภาพของมอเตอร์ โดยทั่วไปจะทำการทดสอบสองประเภท: การทดสอบขณะไม่มีโหลดและการทดสอบโหลด การทดสอบขณะไม่มีโหลดคือเมื่อมอเตอร์ทำงานโดยไม่มีโหลด ในขณะที่การทดสอบโหลดคือเมื่อมอเตอร์ทำงานโดยมีโหลดที่ทราบ ในการทดสอบเหล่านี้ กำลังไฟฟ้าเข้าและกำลังไฟฟ้าเอาท์พุตของมอเตอร์วัดโดยใช้เครื่องมือพิเศษ และประสิทธิภาพคำนวณโดยใช้สูตรที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าประสิทธิภาพของมอเตอร์จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสภาวะโหลด ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องทดสอบมอเตอร์ภายใต้สภาวะการทำงานทั่วไปเพื่อให้ได้การวัดที่แม่นยำ
คณะกรรมการเทคนิคไฟฟ้าระหว่างประเทศ (IEC) และสมาคมผู้ผลิตไฟฟ้าแห่งชาติ (NEMA) ได้กำหนดระดับประสิทธิภาพของมอเตอร์หลายระดับ พิกัดเหล่านี้ขึ้นอยู่กับการสูญเสียสูงสุดที่อนุญาตของมอเตอร์ และกำหนดโดยการออกแบบและขนาดของมอเตอร์ ยิ่งคะแนนประสิทธิภาพสูงเท่าใด ความสูญเสียที่อนุญาตก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น และมอเตอร์โดยรวมก็จะยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้นเท่านั้น
ต่อไปนี้เป็นคลาสประสิทธิภาพของมอเตอร์หลัก:
ประสิทธิภาพมาตรฐาน (IE1, NEMA Design A): นี่คือระดับประสิทธิภาพต่ำสุดสำหรับมอเตอร์ และโดยทั่วไปจะใช้กับมอเตอร์รุ่นเก่าหรือราคาต่ำกว่า มอเตอร์เหล่านี้มีประสิทธิภาพตั้งแต่ 50-90% ขึ้นอยู่กับขนาดและการใช้งาน
ประสิทธิภาพสูง (IE2, การออกแบบ NEMA B): ประสิทธิภาพขั้นต่ำของคลาสนี้สูงกว่าระดับประสิทธิภาพมาตรฐาน 3-6% มอเตอร์เหล่านี้มีประสิทธิภาพมากกว่าและโดยทั่วไปจะใช้ในการใช้งานที่ให้ความสำคัญกับการอนุรักษ์พลังงาน
ประสิทธิภาพระดับพรีเมียม (IE3, NEMA Design C): ประสิทธิภาพขั้นต่ำของคลาสนี้สูงกว่าคลาสประสิทธิภาพสูง 2-3% มอเตอร์เหล่านี้มีประสิทธิภาพสูงสุดและโดยทั่วไปจะใช้ในการใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูงซึ่งประสิทธิภาพการใช้พลังงานและความน่าเชื่อถือเป็นสิ่งสำคัญ
ประสิทธิภาพสูงพิเศษ (IE4, การออกแบบ NEMA D): ระดับประสิทธิภาพขั้นต่ำสำหรับคลาสนี้สูงกว่าคลาสประสิทธิภาพสูง 1-2% มอเตอร์เหล่านี้เป็นมอเตอร์ที่ทันสมัยและมีประสิทธิภาพที่สุดที่มีอยู่ ทำให้มีการสูญเสียน้อยที่สุดและมีประสิทธิภาพโดยรวมสูงสุด
การเลือกมอเตอร์ที่มีระดับประสิทธิภาพสูงกว่าสามารถลดการใช้พลังงานและค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน ในขณะเดียวกันก็ปรับปรุงประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถืออีกด้วย สิ่งสำคัญคือต้องปรึกษาข้อกำหนดเฉพาะของมอเตอร์และทำการวัดเพื่อให้ได้ภาพที่แม่นยำของประสิทธิภาพของมอเตอร์ในการใช้งานจริง
การรักษาสมรรถนะของมอเตอร์และการปรับปรุงประสิทธิภาพของมอเตอร์
ทุกระบบมีการสูญเสียที่ทำให้เอาต์พุตต่ำกว่าอินพุต นั่นเป็นเหตุผลที่เราต้องพิจารณาประสิทธิภาพของระบบ ซึ่งหนึ่งในนั้นคือประสิทธิภาพของมอเตอร์ มีสาเหตุหลายประการที่ทำให้มอเตอร์สูญเสีย เช่น แรงเสียดทาน พลังงานแม่เหล็กของมอเตอร์สูญเสีย และการสูญเสียความต้านทาน แน่นอนว่าการลดการสูญเสียของมอเตอร์จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของมอเตอร์
สิ่งหนึ่งที่ควรคำนึงถึงคือการตรวจสอบมอเตอร์อย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้ยังหมายถึงการติดตามอายุของมอเตอร์ กำลังเอาท์พุตที่ได้รับ และพิกัดกำลังของมอเตอร์เพื่อคำนวณประสิทธิภาพในระยะยาวของมอเตอร์ นอกจากนี้ คุณต้องจับตาดูความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้า ความไม่สมดุลของกระแสไฟฟ้า และตัวประกอบกำลัง (PF) แน่นอนว่าคุณต้องการตัวประกอบกำลังเกือบ 100 เปอร์เซ็นต์
มีหลายวิธีในการปรับปรุงประสิทธิภาพของมอเตอร์:
1.สเตเตอร์ของมอเตอร์เป็นสาเหตุหลักของการสูญเสียมอเตอร์. มีการรายงานการสูญเสียสเตเตอร์ซึ่งคิดเป็นประมาณ 30% หรือมากกว่าของการสูญเสียมอเตอร์โดยรวม เพื่อลดการสูญเสียความต้านทานที่สอดคล้องกัน จำเป็นต้องรักษามวลของขดลวดสเตเตอร์ให้มีค่ามาก
2.สาเหตุสำคัญอีกประการหนึ่งของการสูญเสียมอเตอร์คือฮิสเทรีซิส. การใช้วัสดุคุณภาพสูงกว่า (เช่น เหล็กที่มีซิลิกอน) ช่วยลดการสูญเสียสนามแม่เหล็กของแกนกลาง และลดการสูญเสียด้วย การเพิ่มความยาวของการเคลือบในขณะที่ลดความหนาของการเคลือบยังช่วยลดความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กและช่วยลดการสูญเสียแกนกลางด้วย
3.มีปรากฏการณ์ที่เรียกว่าสลิป ซึ่งเป็นความแตกต่างระหว่างความเร็วของสนามแม่เหล็กกับความเร็วจริงของโรเตอร์และเพลาภายใต้ภาระที่กำหนด. เราต้องลดการลื่นไถล ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องเพิ่มค่าการนำไฟฟ้าของโรเตอร์ ซึ่งสามารถทำได้โดยการใช้วัสดุที่มีความนำไฟฟ้าสูงจำนวนหนึ่ง เช่น ทองแดงที่หล่อขึ้นรูปสำหรับโรเตอร์
4.คุณต้องแน่ใจว่าประสิทธิภาพของระบบทำความเย็นไม่ได้รับผลกระทบ. ในการดำเนินการนี้ คุณสามารถทำความสะอาดสภาพแวดล้อมของมอเตอร์ได้เป็นประจำ และตรวจสอบว่าอากาศที่ไหลไปยังเฟรมและช่องต่างๆ ที่เกี่ยวข้องไม่น่าจะถูกกีดขวาง ในส่วนของโครงมอเตอร์นั้นควรอยู่ในสภาพที่ดี ไม่เพียงแต่จะยึดมอเตอร์ให้เข้าที่เท่านั้น แต่ยังช่วยให้แน่ใจว่าความร้อนจะถูกส่งผ่านจากภายในสู่พื้นผิวด้านนอกอย่างเหมาะสมซึ่งจะถูกระบายความร้อนด้วยอากาศ
5.การใช้วัสดุฉนวนที่ดีกว่า ระหว่างแผ่นลามิเนตหรือแผ่นจะช่วยลดการสูญเสียที่เกิดจากกระแสน้ำวน
6, การหล่อลื่นมอเตอร์เป็นอีกปัจจัยสำคัญในการทำงานอย่างมีประสิทธิภาพของมอเตอร์. ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่ได้ใช้จาระบีประเภทต่างๆ ในเวลาเดียวกัน และช่วงเวลาการหล่อลื่นจะขึ้นอยู่กับอัตราความเร็วที่ติดตั้งของมอเตอร์ ขนาดตลับลูกปืน ประเภทของจาระบี และอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น
โดยสรุป การทำความเข้าใจประสิทธิภาพของมอเตอร์เป็นสิ่งสำคัญ การเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานและลดต้นทุนการดำเนินงาน. ด้วยการเลือกมอเตอร์ที่มีระดับประสิทธิภาพที่สูงกว่า ธุรกิจและบุคคลสามารถก้าวไปสู่ความยั่งยืนและความคุ้มทุนได้อย่างมีนัยสำคัญ ไม่ว่าในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม ระบบการขนส่ง หรือเครื่องใช้ในชีวิตประจำวัน ผลกระทบของมอเตอร์ประสิทธิภาพสูงไม่สามารถกล่าวเกินจริงได้ ดังนั้นเรามาทำงานร่วมกันเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของมอเตอร์ของเราและปูทางไปสู่อนาคตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและมีประสิทธิภาพมากขึ้น เมื่อร่วมมือกัน เราสามารถขับเคลื่อนโลกพร้อมทั้งลดการสูญเสียพลังงานให้เหลือน้อยที่สุด