สุรยุทธ นามภูมี

 มอเตอร์ 1 เฟส

วงจรไฟฟ้าเบื้องต้นของมอเตอร์คอมเพรสเซอร์ 1 เฟส

วงจรไฟฟ้าของคอมเพรสเซอร์เครื่องปรับอากาศ เป็นสิ่งสำคัญอย่างหนึ่ง ที่ทำให้มอเตอร์คอมเพรศเซอร์สตาร์ทออกตัว และรันต่ออย่างราบรื่นไปจนกว่าจะตัดไฟเพื่อหยุดการทำงาน 

 

ซึ่งในบทความฉบับนี้ ผู้เขียนขอกล่าวถึงวงจรไฟฟ้าที่ใช้ในการสตาร์ทออกตัวและรันมอเตอร์คอมเพรสเซอร์ ที่ใช้ในเครื่องปรับอากาศ ระบบไฟแบบ 1 เฟส หรือแบบเฟสเดียว (Single Phase) เป็นหลัก

 

คอมเพรสเซอร์ของเครื่องปรับอากาศ ที่ใช้กันอยู่ในที่พักอาศัย เป็นคอมเพรสเซอร์แบบปิดสนิท ที่มีการนำเอาส่วนของตัวอัดสารทำความเย็น คือคอมเพรสเซอร์ และรส่วนต้นกำลังคือมอเตอร์ มารวมไว้ด้วยกันภายในชุดเดียวกัน มอเตอร์ที่ใช้ขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์ ในระบบไฟฟ้า 1 เฟส จะใช้เป็นมอเตอร์แบบสปลิทเฟส (Split-phase motor)
 

ภายในสปลิทเฟสมอเตอร์จะมีขดลวดพันอยู่ 2 ชุด คือ

1. ขดรันหรือขดเมน (Running Winding, Main Winding) พันด้วยลวดเส้นใหญ่ มีจำนวนรอบมาก ขณะที่คอมเพรสเซอร์ทำงาน ขดลวดรันนี้จะมีไฟฟ้าไหลผ่านอยู่ตลอดเวลา ไม่ว่าจะเป็นการเริ่มสตาร์ท หรือช่วงที่รันทำงานปกติ

2. ขดสตาร์ท (Starting winding) เป็นขดลวดชุดที่สองสำหรับเริ่มหมุน พันด้วยลวดเส้นเล็ก และจำนวนรอบน้อยกว่าขดรัน โดยทั่วไปจะออกแบบให้ขดลวดสตาร์ททำงานเต็มที่เพียงในช่วงที่มอเตอร์เริ่มออกตัวเท่านั้น แต่ภายหลังที่มอเตอร์หมุนออกตัวได้ปกติ ขดลวดสตาร์ทจะถูกตัดการทำงานลง เพราะถ้าปล่อยให้กระแสไฟจ่ายเข้าสู่ขดลวดสตาร์ทแบบเต็มที่ จะทำให้ขดลวดสตาร์ทร้อนจัดจนไหม้ได้ ซึ่งในมอเตอร์แบบสปลิทเฟสทั่วไป อุปกรณ์ในการตัดไฟที่จ่ายเข้าขดสตาร์ท จะใช้เป็น สวิตช์แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง
 

สวิตช์แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง (Centrifugal switch)

สวิตช์แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง ทำหน้าที่ตัดวงจรสตาร์ท โดยโครงสร้างของสวิตช์แรงเหวี่ยง จะประกอบด้วยส่วนสำคัญ 2 ส่วน คือส่วนที่อยู่กับที่ (Stationary part) จะประกอบติดอยู่กับฝาปิดหัวท้ายของมอเตอร์ ซึ่งเป็นส่วนของหน้าสัมผัสหรือหน้าทองขาวอยู่ 2 อัน และส่วนที่หมุน (Rotating part) ซึ่งเป็นส่วนที่ติดอยู่กับเพลาของโรเตอร์ 

การทำงานของสวิทช์หนีศูนย์กลาง จะเริ่มทำงานเมื่อความเร็วรอบของมอเตอร์ได้ 75 เปอร์เซ็นต์ ของความเร็วรอบสูงสุด เพราะที่ความเร็วในระดับนี้ จะทำให้ส่วนที่ติดอยู่กับแกนเพลาของโรเตอร์มีแรงเหวียงหนีศูนย์กลางพอที่จะผลักดันส่วนที่ติดตั้งอยู่กับฝาของมอเตอร์ออกไป ทำให้หน้าสัมผัสแยกออกจากกันตัดวงจรขดสตาร์ทอย่างอัตโนมัติ

 

แต่ มอเตอร์สปลิทเฟสที่ใช้ในคอมเพรสเซอร์ ไม่สามารถตัดวงจรของขดลวดสตาร์ทด้วย สวิตช์แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง ได้ จึงจำเป็นต้องมีการนำ รีเลย์หรือคาปาซิเตอร์ มาเป็นอุปกรณ์ช่วย ในการสตาร์ทและรันมอเตอร์
 


มอเตอร์คอมเพรสเซอร์ที่ใช้ในเครื่องปรับอากาศนั้น ส่วนของมอเตอร์ไฟฟ้าที่บรรจุอยู่ภายในตัวถังของคอมเพรสเซอร์ จะใช้เป็นมอเตอร์แบบสปลิทเฟส อาจมีจำนวนรอบการทำงานสูงสุดได้ถึง 2,900 รอบ/นาที 

โดยการต่อใช้งาน จะมีหลักหรือขั้วต่อสายโผล่ออกมานอกตัวเรือนหรือตัวถังคอมเพรสเซอร์ จำนวน 3 ขั้ว 

แบ่งเป็น ขั้ว R, ขั้ว S และ ขั้ว C
ขั้ว R (Run) เป็นขั้วที่ต่อมาจากปลายสายด้านหนึ่งของขดลวดรัน
ขั้ว S (Start) เป็นขั้วที่ต่อมาจากปลายสายด้านหนึ่งของขดลวดสตาร์ท
ขั้ว C (Common) เป็นขั้ว ที่เป็นจุดรวมของปลายสายอีกด้านหนึ่ง ที่มาจากขดรันและขดสตาร์ท
 

การต่อวงจรไฟฟ้า เพื่อให้มอเตอร์คอมเพรสเซอร์ เริ่มเดินและเดินต่อไปจนกว่าจะหยุดจ่ายไฟ มีการต่อวงจรใช้งานหลายหลายรูปแบบ ทั้งนี้ การต่อวงจรแต่ละแบบ จำเป็นต้องพิจารณาให้เหมาะสมกับการใช้งานและขนาดกำลังของมอเตอร์คอมเพรสเซอร์

รูปแบบการต่อวงจรไฟฟ้าของมอเตอร์คอมเพรสเซอร์ แบบต่างๆ

1.วงจรไฟฟ้าของมอเตอร์คอมเพรสเซอร์แบบ RSIR (Resistance Start Induction Run)
วงจรมอเตอร์คอมเพรสเซอร์แบบ RSIR ทำงานโดยอาศัยรีเลย์ช่วยสตาร์ท ชนิดทำงานด้วยกระแส (Current Relay) ขณะเริ่มทำงาน รีเลย์จะต่อวงจรให้ทั้งขดลวดรันและขดลวดสตาร์ตครบวงจร สร้างแรงบิดมากพอให้คอมเพรสเซอร์เริ่มทำงานได้ แต่หลังจากนั้น เมื่อมอเตอร์หมุนออกตัวได้แล้ว รีเลย์จะตัดวงจรไฟฟ้าเพื่อไม่ให้มีกระแสไฟฟ้าจ่ายไปยังขดสตาร์ท เหลือขดลวดรันทำงานแต่เพียงขดเดียว 

วงจรสตาร์ทมอเตอร์แบบนี้ จะใช้ได้เฉพาะคอมเพรสเซอร์ขนาดเล็ก เช่น แบบที่ใช้ในตู้น้ำเย็น ตู้เย็น ซึ่งกำลังของมอเตอร์จะต้องมีขนาดไม่เกิน 1/3 แรงม้า เพราะมอเตอร์ระดับนี้จะต้องการกำลังทั้งช่วงสตาร์ตและช่วงทำงานปกติไม่มากนัก
 


2.วงจรไฟฟ้าของมอเตอร์คอมเพรสเซอร์แบบ CSIR (Capacitor Start Induction Run)
CSIR เป็นการต่อวงจรมอเตอร์คล้ายกับแบบ RSIR ต่างกันเพียงแค่เพิ่มคาปาซิเตอร์แบบสตาร์ทเข้ามา ต่ออนุกรมระหว่างหน้าสัมผัสของรีเลย์และขดลวดสตาร์ทของมอเตอร์ การต่อวงจรแบบนี้จึงให้แรงบิดในช่วงเริ่มต้นดีกว่าแบบ RSIR 

ส่วนช่วงหลังจากที่สตาร์ทออกตัวแล้ว การรันมอเตอร์เพื่อทำงานต่อไป ก็จะทำงานเหมือนกับแบบ RSIR 

วงจรนี้ จะใช้งานในเครื่องทำความเย็นขนาดเล็ก จนถึงขนาด 3/4 แรงม้า
 


3.วงจรไฟฟ้าของมอเตอร์คอมเพรสเซอร์แบบ PSC (Permanent Split Capacitor)
การต่อวงจรมอเตอร์คอมเพรสเซอร์ แบบ PSC จะใช้คาปาซิเตอร์แบบรัน มาต่ออนุกรมโดยถาวรกับขดลวดสตาร์ทของมอเตอร์ คาปาซิเตอร์และขดลวดสตาร์ทจะมีกระแสไฟฟ้าจ่ายให้ทั้งช่วงสตาร์ท และช่วงทำงานปกติโดยไมมีรีเลย์มาตัดวงจร
โดยในช่วงแรกที่เริ่มของการทำงาน ขดสตาร์ทจะได้รับประจุไฟฟ้าจากคาปาซิเตอร์ ทำให้เกิดแรงบิดเพิ่มในตอนสตาร์ทช่วยให้หมุนออกตัวได้ และหลังจากสตาร์ทออกตัวไปได้แล้ว ขดสตาร์ทจะถูกจำกัดกระแสไหลผ่าน โดยใช้ค่าความต้านทานในตัวคาปาซิเตอร์มาช่วยจำกัดกระแสที่ไหลผ่านขดสตาร์ทให้อยู่ในระดับที่เหมาะสม

และด้วยเพราะขณะทำงาน มีกระแสผ่านทั้งขดลวดรันและขดลวดสตาร์ต  ทำให้มีกำลังขับดีกว่าวงจรสตาร์ท แบบ RSIR และ CSIR ใช้ในเครื่องทำความเย็นและเครื่องปรับอากาศตั้งแต่ขนาดเล็ก จนถึง 5 แรงม้า 

โดยการสตาร์ทมอเตอร์แบบนี้ จะนิยมใช้เฉพาะในระบบทำความเย็น ที่สามารถถ่ายเทความดันระหว่างด้านความดันสูงและความดันต่ำ (balance pressure) ได้ ในขณะคอมเพรสเซอร์หยุดทำงาน เช่น ระบบที่ใช้ capillary tube (แคปทิ้ว)
วงจรการสตาร์ทมอเตอร์แบบนี้พบได้เป็นปกติในแอร์บ้านทั่วๆไป ที่เป็นแอร์ระบบธรรมดา (Fix speed) ซึ่งใช้คอมเพรสเซอร์โรตารี่ขนาดไม่ใหญ่มาก 
 


4.วงจรไฟฟ้าของมอเตอร์คอมเพรสเซอร์แบบ CSR (Capacitor Start and Run)
CSR เป็นการต่อวงจรมอเตอร์คล้ายกับแบบ PSC ต่างกันเพียงการเพิ่มคาปาซิเตอร์แบบสตาร์ทต่ออนุกรมกับขดลวดสตาร์ทของมอเตอร์ โดยมีรีเลย์ช่วยสตาร์ทชนิดทำงานด้วยค่าความต่างศักย์ไฟฟ้า (Potential relay) ใช้เป็นตัวตัดคาปาซิเตอร์สตาร์ทไม่ให้ทำงานหลังจากมอเตอร์เริ่มต้นทำงานและหมุนได้ความเร็วประมาณ 75 % ของความเร็วรอบปกติ
โดยวงจรสตาร์ทมอเตอร์แบบนี้เป็นวงจรที่ช่วยให้มอเตอร์ให้กำลังช่วงเริ่มต้นได้ดียิ่งขึ้น แต่ช่วงหลังจากสตาร์ทออกตัวเสร็จ ในการรันปกตินั้น มอเตอร์จะทำงานเหมือนกับการต่อวงจรแบบ PSC 

วงจรสตาร์ทมอเตอร์แบบนี้จึงถูกนำไปใช้กับระบบที่ไม่สามารถ balance pressure ขณะคอมเพรสเซอร์หยุดทำงานได้ เช่น ระบบที่ใช้ลิ้นลดความดันชนิด เทอร์โมเอ็กแพนชั่นวาล์ว (thermostatic expansion valve) เพราะในระบบพวกนี้มอเตอร์จะต้องการแรงบิดที่สูงมากเพื่อขับโหลดในช่วงสตาร์ท

และยังเหมาะสมกับการใช้งาน กับเครื่องปรับอากาศขนาดใหญ่ เพราะช่วยให้การสตาร์ทออกตัวของมอเตอร์ทำได้ง่ายในเวลาที่สั้นกว่า ซึ่งวงจรชนิดนี้ นิยมนำมาใช้กับมอเตอร์คอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบ ที่มีกำลังแรงม้าตั้งแต่ 1 HP ขึ้นไป หรือในเครื่องปรับอากาศขนาด 20,000 BTU ขึ้นไป