3

บทท 2

ทฤษฎทเกยวของ

2.1 ทฤษฎทางดานเครองกล

2.1.1 มอเตอรไฟฟา

มอเตอรไฟฟา เปนอปกรณไฟฟาทแปลงพลงงานไฟฟาเปนพลงงานกล ในโหมดการทางานปกต

มอเตอรไฟฟาสวนใหญทางานผานการมปฏสมพนธระหวางสนามแมเหลกของแมเหลกในตวมอเตอร และ

สนามแมเหลกทเกดจากกระแสในขดลวดทาใหเกดแรงดดและแรงผลกของสนามแมเหลกทงสอง ในการใช

งานบางอยางเชน ในอตสาหกรรมการขนสงทใชมอเตอรฉดลาก มอเตอรไฟฟาสามารถทางานไดทงการ

สรางพลงงานกล และการผลตพลงงานไฟฟา โดยทในขณะเบรก มอเตอรไฟฟายงผลตพลงงานไฟฟาจาก

พลงงานกล

มอเตอรไฟฟาถกนาไปใชงานทหลากหลายเชน พดลมอตสาหกรรม เครองเปา ปม เครองมอเครองใช

ในครวเรอน และดสกไดรฟ มอเตอรไฟฟาสามารถขบเคลอนโดยแหลงจายไฟกระแสตรง (DC) เชน จาก

แบตเตอร, ยานยนตหรอวงจรเรยงกระแส หรอจากแหลงจายไฟกระแสสลบ (AC) เชน จากไฟบาน

อนเวอรเตอร หรอ เครองปนไฟ มอเตอรขนาดเลกอาจจะพบในนาฬกาไฟฟา มอเตอรทวไปทมขนาดและ

คณลกษณะมาตรฐานสงจะใหพลงงานกลทสะดวกสาหรบใชในอตสาหกรรม มอเตอรไฟฟาทใหญทสดใช

สาหรบการใชงานลากจงเรอ และ การบบอดทอสงน ามนและปมปสบจดเกบน ามนซงมกาลงถง 100 เมกะ

วตต มอเตอรไฟฟาอาจจาแนกตามประเภทของแหลงทมาของพลงงานไฟฟาหรอตามโครงสรางภายในหรอ

ตามการใชงานหรอตามการเคลอนไหวของเอาตพต และอน ๆ

อปกรณเชนขดลวดแมเหลกไฟฟาและลาโพงทแปลงกระแสไฟฟาใหเปนการเคลอนไหว แตไมได

สรางพลงงานกลทใชงานได จะเรยกถกวา actuator และ transducer ตามลาดบ มอเตอรไฟฟาใชสรางแรงเชง

เสนหรอแรงบดหรอ rotary

4

2.1.2โครงสรางของมอเตอร

โรเตอรในมอเตอรไฟฟา สวนทเคลอนทคอโรเตอร ซงจะหมนเพลาเพอจายพลงงานกล โรเตอร

มกจะม ขดลวดตวนาพนอยโดยรอบ ซงเมอมกระแสไหลผาน จะเกดอานาจแมเหลกทจะไปทาปฏกรยากบ

สนามแมเหลกถาวรของสเตเตอร ขบเพลาใหหมนได อยางไรกตามโรเตอรบางตวจะเปนแมเหลกถาวร

และสเตเตอรจะมขดลวดตวนาสลบทกน

ชองวางอากาศระหวางโรเตอรและสเตเตอรจะเปนชองวางอากาศ ซงจะตองมขนาดเลกทสดเทาทจะ

เปนไปได ชองวางขนาดใหญจะมผลกระทบทางลบอยางมากตอประสทธภาพการทางานของมอเตอรไฟฟา

ขดลวด ขดลวดจะพนโดยรอบเปนคอยล ปกตจะพนรอบแกนแมเหลกออนทเคลอบฉนวน เพอให

เปนขวแมเหลกเมอมกระแสไฟฟาไหลผาน

มอเตอรไฟฟามขวสนามแมเหลกในสองรปแบบ ไดแกแบบขวทเหนไดชดเจนและแบบขวทเหนได

ไมชดเจน ในขวทชดเจน สนามแมเหลกของขวจะถกผลตโดยขดลวดพนรอบแกนดานลาง ในขวทไม

ชดเจน หรอเรยกวาแบบสนามแมเหลกกระจาย หรอแบบรอบๆโรเตอร ขดลวดจะกระจายอยในชองบนแกน

รอบโรเตอร มอเตอรแบบขวแฝงมขดลวดรอบสวนหนงของขวเพอหนวงเฟสของสนามแมเหลกของขวนน

ใหชาลง

มอเตอรบางตวขดลวดเปนโลหะหนากวา เชนแทงหรอแผนโลหะทมกจะเปนทองแดง บางทกเปน

อะลมเนยม มอเตอรเหลานโดยปกตจะถกขบเคลอนโดยการเหนยวนาของแมเหลกไฟฟา

ตวสบเปลยนตวสบเปลยนเปนกลไกทใชในการสลบอนพทของมอเตอร AC และ DC เพอใหกระแส

ทไหลในขดลวดในโรเตอรไหลทางเดยวตลอดเวลาในระหวางการหมน ประกอบดวยวงแหวนลน

(องกฤษ:slip ring)ชนเลกๆแยกจากกนดวยฉนวน วงแหวนนยงแยกจากเพลาของมอเตอรดวยฉนวนอกดวย

วงแหวนแตละคทอยตรงขามกนจะเปนขดลวดหนงชด กระแสทจายใหมดขาวตม หรอทเรยกวา armature

ของมอเตอรจะถกสงผานแปรงถาน(องกฤษ: brush)สองตวทแตะอยกบตวสบเปลยนแตละดานทกาลงหมน

อย ซงจะทาใหกระแสจากแหลงจายไฟ AC ทไหลกลบทาง ไหลในขดลวดทศทางเดยวในขณะทโรเตอรหม

นจากขวหนงไปอกขวหนง ในกรณทไมมกระแสแหลงจายไมกลบทางมอเตอรจะ เบรกหยดอยกบท ในแง

ของความกาวหนาทสาคญในชวงไมกทศวรรษทผานมา อนเนองมาจากเทคโนโลยทดขนในการควบคม

อเลกทรอนกส มอเตอรเหนยวนาทควบคมโดยไมใชเซนเซอร และมอเตอรทมสนามแมเหลกถาวร มอเตอร

ทมตวสบเปลยนแบบกลไกไฟฟา กาลงถกแทนทเพมขนดวยมอเตอรเหนยวนาทใชตวสบเปลยนภายนอก

และมอเตอรแบบแมเหลกถาวร

5

2.1.3 มอเตอรแบบสบเปลยนตวเอง

มอเตอร DC แบบกระตนดวยไฟฟา มอเตอร DC ทมตวสบเปลยนจะมหนงชดของขดลวดทพนรอบอ

เมเจอรทขอยบนเพลาโรเตอร เพลายงแบกตวสบเปลยนอยดวย ตวสบเปลยนจะทาตวเปนสวตชไฟแบบ

หมนทใชงานไดนานปในการเปลยนทศทางการไหลของกระแสตามชวงเวลาทไหลในขดลวดของโรเตอร

ในขณะทเพลาหมน ดงนน ทกๆมอเตอร DC ทใชแปรงจะมกระแส AC ไหลผานขดลวดทกาลงหมน

กระแสจะไหลผานหนงหรอมากกวาหนงคของแปรงทแตะอยกบตวสบเปลยน; แปรงเชอมตอแหลงจายไฟ

ภายนอกกบอเมเจอรทกาลงหมน

อเมเจอรทกาลงหมนประกอบดวยหนงหรอมากกวาหนงคอยลของขดลวดทพนรอบแกนเหลกออน

เคลอบฉนวน กระแสจากแปรงไหลผานตวสบเปลยนและขดลวดหนงขดของอเมเจอรทาใหอเมเจอรเปน

แมเหลกชวคราว (แมเหลกทเกดจากไฟฟา) สนามแมเหลกทผลตโดยอเมเจอรจะทาปฏสมพนธกบ

สนามแมเหลกอยกบท ทผลตโดยแมเหลกถาวรหรอจากขดลวดสรางสนามอนๆอยางใดอยางหนง แรง

ระหวางสองสนามแมเหลกมแนวโนมทจะหมนเพลาของมอเตอร ตวสบเปลยนจะสลบกระแสไฟทใหกบ

คอยลในขณะทโรเตอรหมน เปนการรกษาขวแมเหลกของโรเตอรใหอยในแนวทสอดคลองกบขวแมเหลก

ของสเตเตอร เพอใหโรเตอรไมเคยหยดนง (เชนเขมทศทไมหมนไปทางอน) แตชวยใหหมนตราบเทาท

พลงงานถกจายให

มอเตอร DC แบบใชตวสบเปลยนแบบคลาสสกมหลายขอจากด เนองมาจากความจาเปนสาหรบ

แปรงทตองกดกบตวสบเปลยน แรงกดนจะสรางแรงเสยดทานและจะเกดประกายไฟในขณะทแปรงตอ

วงจรและตดวงจรกบคอยลของโรเตอรตอนทแปรงเลอนผานรอยตอทเปนฉนวนระหวางเซกชนหนงไปอก

เซกชนหนง หรอแปรงอาจไปชอตเซกชนทอยตดกน นอกจากน การเหนยวนาของขดลวดโรเตอรทาใหเกด

แรงดนตกครอมในแตละขดเพมขนเมอวงจรของมนจะเปดออก ซงไปเพมประกายไฟของแปรง ประกายไฟ

นจะจากดความเรวสงสดของมอเตอร เนองจากประกายไฟทเรวมากเกนไปจะรอนมากเกนไป, จะกดกรอน

หรอแมกระทงละลายตวสบเปลยน ความหนาแนนของกระแสตอหนวยพนทของแปรง รวมทงคาตวามตาน

ทานจะจากดเอาตพตของมอเตอร การตอและการจากของหนาสมผสยงสรางคลนรบกวน; ประกายไฟยง

สราง Radio Frequency Interference (RFI) ในทสด แปรงจะเสอมสภาพ และตองเปลยนและตวสบเปลยน

เองกเสอมสภาพไดและตองการการบารงรกษา (สาหรบมอเตอรขนาดใหญ) หรอเปลยน (สาหรบมอเตอร

ขนาดเลก) ชดใหญของตวสบเปลยนของมอเตอรขนาดใหญเปนชนสวนทมราคาแพงและตองใชความ

แมนยาในการประกอบหลายชนสวนเขาดวยกน สาหรบมอเตอรขนาดเลก ปกตแลวตวสบเปลยนจะ

ประกอบมาเปนสวนหนงของโรเตอร ดงนนถาตองเปลยนตวสบเปลยน ตองเปลยนโรเตอรทงตว

6

รปท 2.1 การทางานของมอเตอรทใชแปรงโรเตอรสองขว

ในขณะทตวสบเปลยนสวนใหญเปนรปทรงกระบอก บางตวยงเปนจานแบน ประกอบดวยหลายเซก

เมนท (โดยทวไปอยางนอยสาม) ตดตงอยบนฉนวน

แปรงขนาดใหญตองการพนทสมผสขนาดใหญ เพอเพมกาลงของมอเตอรอยางเตมทแตแปรงขนาด

เลกตองการหนาสมผสเลกเพอเพมความเรวของมอเตอรใหเตมทโดยทแปรงไมกระดอนและเกดประกายไฟ

มากเกนไป (แปรงขนาดเลกยงราคาถกกวา) สปรงของแปรงทแขงหนอยยงสามารถใชเพอใหแปรงทางาน

หนกทความเรวสงขนแตดวยคาใชจายทเปนการสญเสยจากแรงเสยดทานสงขน (ประสทธภาพตาลง) และ

เรงใหแปรงและตวสบเปลยนสกหรอเรวขน เพราะฉะนน การออกแบบแปรงของมอเตอร DC ตอง

แลกเปลยนระหวางกาลงงาน ความเรว ประสทธภาพ และการสกหรอ

มอเตอร DC แบบใชแปรงมหาประเภทดงตอไปน:

1. แบบขดลวดพนขนาน

2. แบบพนอนกรม

3. แบบผสม มสองแบบไดแก:

1. ผสมสะสม

2. ผสมทแตกตางกน

4. แบบแมเหลกถาวร (ไมมรปแสดง )

5. Separately excited (ไมมรปแสดง)

7

2.1.4 มอเตอร DC แบบแมเหลกถาวร

มอเตอรแมเหลกถาวรไมไดมสนามแมเหลกจากขดลวดบนสเตเตอรแตอาศยสนามจากแมเหลกถาวร

แทนในการปฏสมพนธกบสนามแมเหลกของโรเตอรเพอสรางแรงบดขดลวดชดเชยทตออนกรมกบอเมเจอร

อาจถกนามาใชในมอเตอรขนาดใหญเพอปรบปรงการสบเปลยนภายใตโหลด เนองจากสนามนมคาคงท จง

ใชปรบความเรวไมได สนามแมเหลกถาวร (สเตเตอร) มความสะดวกในมอเตอรขนาดจว ทจะกาจดการ

บรโภคพลงงานของขดลวด มอเตอร DC ขนาดใหญสวนมากเปนแบบ"ไดนาโม" ทมขดลวดในสเตเตอร ใน

อดต แมเหลกถาวรไมสามารถรกษา flux ทสงไวไดถาถกถอดออกเปนชนๆขดลวดจงจาเปนเพอใหได

ปรมาณของ flux ตามตองการ อยางไรกตาม แมเหลกถาวรขนาดใหญจะมราคาแพง ทงอนตรายและยากทจะ

ประกอบขดลวดจงเปนทนยมสาหรบมอเตอรขนาดใหญเพอลดน าหนกและขนาดมอเตอรแมเหลกถาวร

ขนาดจวอาจใชแมเหลกพลงงานสงททาดวย สารนโอดเมยม หรอสารเชงกลยทธอนๆ เชน สวนใหญเปน

โลหะผสม นโอดเมยม-เหลก-โบรอน ดวยความหนาแนนทสงกวาของฟลกซของสารเหลาน มอเตอรไฟฟา

ทใชแมเหลกถาวรพลงงานสงมความสามารถในการแขงขนนอยกวามอเตอรไฟฟาแบบซงโครนสทถกออก

แบบอยางดสดแบบ single feed และมอเตอรแบบเหนยวนา มอเตอรขนาดจวมโครงสรางคลายกบ

โครงสรางทแสดงในภาพประกอบ ยกเวนวาพวกมนมอยางนอยสามขวโรเตอร (เพอใหแนใจในการสตารท

โดยไมคานงถงตาแหนงของโรเตอร) และตวเครองดานนอกจะเปนทอเหลกทเชอมโยงทางแมเหลกกบ

ภายนอกของแมเหลกสนามรปโคง

2.1.5 มอเตอร DC แบบไมใชแปรง

บางสวนของปญหาของมอเตอร DC ทใชแปรงจะถกตดทงไปในมอเตอรแบบ BLDC ซงแทนท

"สวทชหมน"หรอตวสบเปลยนแบบกลไก ไปเปนแบบสวทชอเลกทรอนกสภายนอก ทจะ synchroniseกบ

ตาแหนงของโรเตอร มอเตอรแบบ BLDC มกจะมประสทธภาพประมาณ 85-90% และสงไดถง 96.5%

ในขณะท มอเตอรกระแสตรงทใช brushgearมกจะมประสทธภาพเพยง 75-80% เทานน

รปคลนสเหลยมคางหมของมอเตอรแบบ BLDC ซงเปน back-emfจะไดบางสวนมาจากขดลวดของส

เตเตอร และบางสวนไดจากการจดตาแหนงของแมเหลกถาวรของโรเตอร เซนเซอรแบบ Hall Effect จะถก

ตดตงอยบนขดลวดของสเตเตอรเพอการตรวจจบตาแหนงโรเตอร เพอใหวงจรควบคมจายกระแสใหชดเฟส

ของขดลวดชดใดชดหนงหรอมากกวาหนงชดเพอใหโรเตอรหมนตามความเรวทตองการ มอเตอร DC ทม

ตวสบเปลยนแบบอเลกทรอนกสจะเปนเหมอนมอเตอร DC ทเอาขางในออกขางนอก

8

BLDC มอเตอรถกใชกนโดยทวไปในทซงการควบคมความเรวอยางแมนยาเปนสงทจาเปน อยางเชน

ในดสกไดรฟของเครองคอมพวเตอรหรอเครองบนทกวดโอเทป, ไดรฟภายใน CD, CD - ROM ( ฯลฯ )

และกลไกภายในผลตภณฑสานกงาน เชนพดลม, เครองพมพเลเซอร และ เครองถายเอกสาร. พวกมนมขอด

หลายอยางมากกวามอเตอรธรรมดา เชน:

• เมอเทยบกบพดลม โดยใชมอเตอร AC ทวไป มอเตอรแบบ BLDC มขดลวดอยบนสเตเตอรทตดอย

กบโครงสรางของมอเตอร ทาใหการระบายอากาศทาไดจากภายนอก การทางานในอากาศทเยนจงทา

ใหมประสทธภาพมากกวา ตวมอเตอรสามารถทาเปนโครงสรางปด ทาใหไมมฝ นละอองผานเขาไป

ได ทาใหสามารถควบคมการทางานไดแมนยาตลอดอายการใชงาน

• เนองจากไมมตวสบเปลยนทสกหรอได อายการใชงานของมอเตอร BLDC จงยาวนานกวามอเตอรท

ใชแปรงและตวสบเปลยนอยางมนยสาคญ ตวสบเปลยนยงสรางคลนรบกวนและเมอไมมตว

สบเปลยนและแปรง มอเตอร BLDC อาจถกใชในอปกรณทไวตอสญญาณไฟฟา เชนเครองเสยงและ

คอมพวเตอร

• เซนเซอร Hall Effect ยงสามารถใชสงสญญาณของเครองวดวามเรวสาหรบการควบคมแบบ closed-

loop (ควบคมเซอรโว) ในพดลม สญญาณเครองวดวามเรวถกนามาใชเปนสญญาณ "Fan OK"

รวมทงใหสญญาณ feedback ของความเรวทมอเตอรกาลงหมนอย

• มอเตอรสามารถ synchroniseกบสญญาณนาฬกาภายในและภายนอกไดงายมาก เพอควบคมความเรว

ไดอยางแมนยา

• BLDC มอเตอรไมมโอกาสทจะเกดประกายไฟ, ซงแตกตางจากมอเตอรทใชแปรง, ทาใหมน เหมาะ

กบสภาพแวดลอมทมสารเคมระเหย และเชอเพลง นอกจากน ประกายไฟยงสรางโอโซน ซงสามารถ

สะสมอยในอาคารทมการระบายอากาศไมด ทาใหเสยงตอการเกดอนตรายตอสขภาพของผอยอาศย

• BLDC มอเตอรมกจะใชในอปกรณขนาดเลกเชน เครองคอมพวเตอรและโดยทวไปจะใชพดลมใน

การกาจดความรอนทไมพงประสงค

• มนเสยงเงยบมาก ซงเปนขอไดเปรยบถาถกนาไปใชในอปกรณทจะมผลกระทบถามการสนสะเทอน

• BLDC มอเตอรททนสมยจะมขนาดกาลงตงแตเศษเสยวของวตตจนถงหลายกโลวตต มอเตอร BLDC

ขนาดใหญทมกาลงสงถงประมาณ 100 กโลวตต ถกใชในรถไฟฟา พวกมนยงมประโยชนอยางม

นยสาคญเครองบนไฟฟาประสทธภาพสง

9

2.1.6 มอเตอรแรงตานแมเหลก

SRM ไมมแปรงหรอแมเหลกถาวรและโรเตอรกไมมกระแสไฟฟา แตแรงบดเกดจากแนวไมตรงกน

เลกนอยของขวแมเหลกบนโรเตอร กบขวแมเหลกบนสเตเตอร โรเตอรจะวางตวเองใหอยในแนว

สนามแมเหลกของสเตเตอร ในขณะทสเตเตอรถก energize โดยกระแสในขดลวด

flux แมเหลกทสรางขนโดยขดลวดจะไปตามเสนทางของแรงตานแมเหลก (องกฤษ: magnetic

reluctance) ทมคานอยทสด (เหมอนกระแสไฟฟาทไหลในทศทางทมความตานทานนอยทสด) นนคอ flux

จะไหลผานขวของโรเตอรทอยใกลกบขวของสเตเตอรทถก energize มากทสด ขวของโรเตอรนนจะ

กลายเปนแมเหลก และสรางแรงบดขน ในขณะทโรเตอรหมน ขดลวดชดตอไปกจะถก energize ไปเรอยๆ

ทาใหโรเตอรยงคงหมนอยตลอด

SRMs ในปจจบนยงคงถกใชในเครองไฟฟาบางอยาง

รปท 2.2 มอเตอรแรงตานแบบแมเหลก แบบ 6/4(6 Stator 4 Rotor)

2.1.7 มอเตอร AC-DC สากล

มอเตอรสากลเปนมอเตอรชนดหนงททางานไดทง AC และ DC เพาเวอร มนเปนมอเตอรแบบใชตว

สบเปลยนและมคอยลสนามของสเตเตอรตอแบบอนกรมกบคอยลของโรเตอรผานทางตวสบเปลยน

มอเตอรสากลสามารถทางานไดดบน AC เพราะ กระแสทงในสเตเตอรและในโรเตอร (ซงทาใหเกด

สนามแมเหลก) จะสลบกน(กลบขว)ทา synchronize กบแหลงจายไฟ ทาใหไดแรงกลเกดขนในทศทางของ

การหมนอยางตอเนอง เปนอสระตอทศทางของแหลงจาย แตเปนไปตามตวสบเปลยนและขวของคอยล

สนาม มอเตอรสากลมแรงบดเรมตนสง หมนทความเรวสงและมน าหนกเบา จงมกถกนามาใชในอปกรณท

เคลอนยายไปมาไดและใชภายในเครอเรอน มนยงงายในการควบคมดวยอเลกทรอนกส ถงอยางไรกตาม ตว

สบเปลยนมแปรงทสกหรอได ดงนนมนจงไมเหมาะทจะใชในงานทตองทางานแบบตอเนองนานๆ

นอกจากนนตวสบเปลยนยงทาใหเกดเสยงรบกวนดวย

10

ในการทางานทความถสายไฟปกต มอเตอรสากลมกจะมขนาดกาลงนอยกวา 1000 วตต มอเตอร

สากลหลายตวยงรวมตวกนเปนพนฐานสาคญของมอเตอรฉดลากแบบดงเดม ใน การเดนรถไฟทใชไฟฟา

ในการใชงานแบบน การใช AC เพอจายกาลงใหมอเตอรไฟฟาทแตเดมถกออกแบบมาใหทางานบน DC จะ

นาไปสการสญเสยประสทธภาพเนองจาก eddy current ไปทาใหชนสวนทเปนแมเหลกรอน โดยเฉพาะอยาง

ยงชนสวนขวสนามของมอเตอร เพราะวา, สาหรบ DCอาจมการใชเหลกแขง (ไมเคลอบ) และปจจบนไม

คอยไดใชแลว

ความไดเปรยบของมอเตอรสากลคอ แหลงจายไฟ AC อาจจะนามาใชกบมอเตอร ทมลกษณะ สมบต

บางอยางทเหมอนกบในมอเตอร DC โดยเฉพาะอยางยง แรงบดชวงเรมตนทสง และการออกแบบทกะทดรด

มากถาทางานดวยความเรวสง ดานลบคอปญหาการบารงรกษาและอายอนแสนสนของตวสบเปลยน

มอเตอรดงกลาวจะใชในอปกรณเชน เครองผสมอาหารและ เครองมอไฟฟา ซงจะใชเปนระยะๆเทานน และ

มกจะมความตองการแรงบดเรมตนสง บนขดลวดสนามอาจม tap ไดหลายจดเพอปรบความเรวเปน

ขนบนได เครองปนน าผลไมในครวเรอน ทโฆษณาวามหลายความเรว มบอยๆทมขดลวดสนามทมหลาย

tap และไดโอด เพอใหแทรกอนกรมเพอเรยงกระแสแบบครงคลนจายใหกบมอเตอร มอเตอรสากลยงถกใช

เปนตวควบคมความเรวอเลกทรอนกสเพอเปนทางเลอกทเหมาะอยางยงสาหรบอปกรณเชนเครองซกผาตาม

บาน มอเตอรสามารถหมนถงซก(ทงเดนหนาและถอยหลง)โดยการเปลยนขดลวดสนามเมอเทยบกบอ

เมเจอร

ในขณะท มอเตอรเหนยวนาแบบกรงกระรอก (SCIM) จะไมสามารถหมนเพลาเรวกวาความถ

สายไฟฟา, มอเตอรสากลสามารถวงดวยความเรวทสงกวามาก สงนจะทาใหมประโยชนสาหรบเครองใชใน

ครวเรอน เชนปนน าผลไม เครองดดฝ น และเครองเปาผม ทตองการความเรวสงและ น าหนกเบา

นอกจากนนยงมใชกนทวไปใน เครองมอไฟฟาแบบพกพาเชน สวาน, เครองขด, เลอยกลมและเลอยจกซอ

ซงลกษณะสมบตของมอเตอรแบบนจะทางานไดด เครองดดฝ นและมอเตอร ตดวชพชจานวนมากใช

ความเรวเกน 10,000 รอบตอนาท ขณะทหลายเครองบดขนาดเลกทคลายกนใชความเรวเกน 30,000 รอบตอ

นาท

รปท 2.3 มอเตอรสากล

11

2.1.8 มอเตอร AC ตวสบเปลยนภายนอก

มอเตอรเหนยวนา AC และแบบซงโครนสถกออกแบบใหไดประโยชนสงสด สาหรบการใชงาน

กบรปคลนแบบซายนหรอคลายแบบซายนเฟสเดยวหรอหลายเฟส เชน สาหรบการใชงานความเรวจาก AC

power grid หรอ ความเรวปรบไดจากตวควบคม VFD (Variable-frequency drive) มอเตอร AC มสองสวน

คอสเตเตอรอยกบทมขดลวดรบไฟ AC เพอผลตสนามแมเหลก ทหมน และ โรเตอรทตดอยกบเพลาเอาตพต

ทใหแรงบดโดยสนามทหมน

มอเตอรเหนยวนาแบบกรงกระรอก(SCIM)และแบบพนรอบโรเตอร(WRIM)

มอเตอรเหนยวนาเปนมอเตอร AC แบบอะซงโครนส ทพลงงานจะถกโอนไปยงโรเตอรโดยการ

เหนยวนาแมเหลกไฟฟา เหมอนการกระทาของหมอแปลงไฟฟา มอเตอรเหนยวนามลกษณะคลายกบหมอ

แปลงทกาลงหมน โดยทสเตเตอรเปนขดปฐมภมและ โรเตอรเปนขดทตยภม มอเตอรเหนยวนาหลายเฟสถก

นามาใชกนอยางแพรหลายในอตสาหกรรม

มอเตอรเหนยวนาอาจจะแบงออกตอไปอกเปน SCIM และ WRIM. มอเตอรเหนยวนาแบบกรง

กระรอกมขดลวดทหนกทาขนจากแทงโลหะตน ปกตเปนอะลมเนยมหรอทองแดง เชอมกนดวยแหวนท

ปลายของโรเตอรทงสองปลาย เมอพจารณาแลวแทงและแหวน มลกษณะเหมอนกรงสาหรบออกกาลงกาย

ของสตวทหมนได จงไดชออยางนน

กระแสทเหนยวนาในขดลวดทาใหเกดสนามแมเหลกทโรเตอร รปรางของแทงโลหะของโรเตอรจะ

เปนตวกาหนดลกษณะสมบตของความเรว-แรงบด ทความเรวตา กระแสทเหนยวนาในกรง กระรอก

เกอบจะอยทความถของ line และมแนวโนมทจะอยในสวนดานนอกของกรงโรเตอร ในขณะทมอเตอรเรง

ความเรว ความถสลปจะลดลงและกระแสจะมากขนในดานในของขดลวด โดย การตกแตงรปรางของแทง

โลหะเพอเปลยนความตานทานของขดลวดทอยดานในและดานนอกของกรง เหมอนกบไดใสความ

ตานทานปรบคาไดเขาไปในวงจรของโรเตอรไดอยางมประสทธภาพ อยางไรกตาม สวนใหญของมอเตอร

ดงกลาวมแทงโลหะทมรปรางเพยงแบบเดยว

รปท 2.4 โรเตอรแบบกรงกระรอก

12

ใน WRIM, ขดลวดโรเตอรทาจากลวดหมฉนวนหลายๆรอบตออยกบ slip ring บนเพลาของ มอเตอร

slip ring นจะตอระหวางขดลวดของโรเตอรกบตวตานทานภายนอกหรออปกรณควบคมอนๆ ตวตานทาน

ชวยควบคมความเรวของมอเตอร แมวาจะเกดพลงงานความรอนจานวนมากกระจายในความตานทาน

ภายนอก ตวแปลงสกตวสามารถตอกบวงจรโรเตอรและจายพลงงานทความถของสลปกลบมา, แทนทจะถก

ทงไปเปลาๆ, เขาระบบสงกาลงผานทางอนเวอรเตอรอกตวหนง หรอเขาทมอเตอร-เจเนอเรเตอรตางหาก

WRIM ใชเปนหลกในการสตารทโหลดความเฉอยสง หรอโหลดทตองการแรงบดเรมตนทสงมากๆ

ตลอดชวงความเรวเตมสด โดยการเลอกตวตานทานอยางถกตองเพอใชในการตานทานรองหรอตวสตารท

แหวนสลป มอเตอรจะสามารถผลตแรงบดสงสดทแหลงจายกระแสคอนขางตา จากความเรวเปนศนย

จนกระทงความเรวเตมสดได มอเตอรประเภทนยงใหความเรวทสามารถควบคมได

ความเรวมอเตอรสามารถเปลยนแปลงไดเพราะวาเสนโคงแรงบดของมอเตอรมการแกไขไดอยางม

ประสทธภาพตามขนาดของความตานทานทเชอมตอกบวงจรโรเตอร การเพมคาความตานทานจะลด

ความเรวของแรงบดสงสดลง ถาความตานทานเพมเกนกวาจดทแรงบดสงสด เกดขนทความเรวเปนศนย,

แรงบดจะลดลงอกตอไป

เมอใชกบโหลดทมเสนโคงแรงบดทเพมขนตามความเรว มอเตอรจะทางานดวยความเรวทแรงบดท

เกดจากมอเตอรจะเทากบแรงบดโหลด การลดโหลดจะทาใหมอเตอรเพมความเรว และการเพมโหลด จะทา

ใหมอเตอรหมนชาลงจนโหลดและแรงบดของมอเตอรมคาเทากน การทางานในลกษณะน ความสญเสย

หรอความรอนในสลปจะกระจายในตวตานทานรองและอาจมความสาคญมาก การควบคมความเรวและ

ประสทธภาพสทธยงแยมากอกดวย

2.1.9 มอเตอรแรงบด

มอเตอรแรงบดเปนรปแบบเฉพาะของมอเตอรไฟฟาทสามารถทางานไดอยางไมมกาหนด ขณะท

ตองหยดกลางคน กลาวคอเมอโรเตอรถกบลอกไมใหหมนโดยไมกอใหเกดความเสยหาย ในโหมดของการ

ทางานแบบน มอเตอรจะจายแรงบดอยางตอเนองใหกบโหลด (จงไดชอน)

การประยกตใชธรรมดาของมอเตอรแรงบดจะเปนมอเตอรตวจายและมอเตอรตวเกบของมวนเทป

ของเทปไดรฟ ในการใชงานแบบน, จะถกขบดวยแรงดนไฟฟาตา, ลกษณะสมบตของ มอเตอรเหลานชวย

ใหเกดแรงดงเบาๆและคอนขางคงทบนเนอเทปไมวาตว capstan (step motor ชนดหนง) จะปอนเทปผาน

หวอานหรอไม เมอใชกบแรงดนไฟฟาทสงขน (และใหแรงบดสงขนดวย) มอเตอรแรงบดยงสามารถทางาน

เดนหนาและถอยหลงไดอยางรวดเรว โดยไมตองมกลไกใดๆเชนเกยรหรอคลทชเพมในโลกของเกม

คอมพวเตอรมอเตอรแรงบดถกใชในการบงคบพวงมาลย

13

การประยกตใชธรรมดาอกประการหนงคอการควบคมลนปกผเสอของเครองยนตสนดาปภายใน

รวมกบตวควบคมอเลกทรอนกส ในการน มอเตอรทางานตานกบแรงสปรงเพอขยบลนปกผเสอ ให

สอดคลองกบเอาตพตของตวควบคม ตวควบคมจะตรวจวดความเรวรอบเครองยนต โดยการนบพลสไฟฟา

จากระบบจดระเบดหรอจากคลนแมเหลกและ, ขนอยกบความเรว, ทาการปรบเปลยนเลกนอยกบจานวน

กระแสเงนทจายใหกบมอเตอร ถาเครองยนตเรมทจะชะลอตวลง เมอเทยบกบความเรวทตองการ กระแสจะ

ถกเพมให มอเตอรจะจายแรงบดมากขน ออกแรงดงตานกบแรงสปรงทดงกลบเพอเปดลนผเสอนน

เครองยนตอาจจะทางานเรวเกนไป ตวควบคมจะลดกระแสลง ทาใหสปรงดงกลบและปดลนผเสอ

2.1.10 มอเตอรซงโครนส

มอเตอรไฟฟาซงโครนสเปนมอเตอร AC ทโดดเดนดวยการหมนของโรเตอรทมขดลวดตดผาน

แมเหลก ในอตราเดยวกบ AC และสงผลใหเกดสนามแมเหลกทขบมน พดไดอกอยางหนงวา ภายใตสภาวะ

การทางานปกตมนมสลปเปนศนย แตกตางจากมอเตอรเหนยวนาซงจะตองมสลปจงจะเกดแรงบด อกแบบ

หนงของมอเตอรซงโครนสเปนเหมอนมอเตอรเหนยวนา ยกเวนโรเตอรจะถกกระตนดวยสนาม DC

แหวนสลปและแปรงถกใชเพอนากระแสไปใหกบโรเตอร ขวทงหลายของโรเตอรเชอมตอซงกนและกน

และหมนทความเรวเดยวกน จงถกเรยกวามอเตอรซงโครนส

มอเตอรซงโครนสตงเวลาพลงงานตา (อยางเชนทใชในนาฬกาไฟฟาดงเดม) อาจมโรเตอรรปถวยทม

แมเหลกถาวรหลายขวอยภายนอกและใชขดลวดในเงาเพอใหแรงบดเรมตน มอเตอรนาฬกาของ Telechronม

ขวเงาสาหรบแรงบดเรมตน และมโรเตอรแบบแหวนสองกานททางานเหมอนกบโรเตอรสองขว

2.1.11 มอเตอรแบบ double feed

มอเตอรแบบ double feed มขดลวดหลายเฟสอสระสองชด ซง มสวนรวมในการใหกาลงงานใน

กระบวนการแปลงพลงงานทมอยางนอยหนงชดของขดลวดทถกควบคมดวยระบบอเลกทรอนกสสาหรบ

การทางานความเรวแปรได ขดลวดหลายเฟสอสระสองชด (เชนอเมเจอรค) เปนจานวนสงสดทใหไวใน

แพคเกจเดยวโดยไมมทอพอโลยซ ากน มอเตอรแบบ double feed เปนเครองทมความเรวในชวงแรงบดคงท

เปนสองเทาของความเรวแบบซงโครนสทความถของการกระตนเดยวกน และเปนสองเทาของแรงบดคงท

ของมอเตอรแบบ single feed ทมชดขดลวดแอคทฟเพยงชดเดยว

14

มอเตอรแบบ double feed สามารถใชสาหรบ converter อเลกทรอนกสขนาดเลก แตคาใชจายของ

ขดลวดโรเตอรและ slip ring อาจชดเชยการประหยดในชนสวนเพาเวอรอเลกทรอนกส ความยงยากหลาย

อยางในการควบคมความเรวใหใกลกบความเรวซงโครนสเปนตวจากดการนาไปประยกตใชงาน

2.1.12 มอเตอรแบบโรเตอรไมใชเหลกหรอไมมแกน

มอเตอรไรแกนขนาดจว หลกการใดๆของมอเตอรทอธบายขางตนไมไดกาหนดวาสวนทเปนเหลก

ของโรเตอรเทานนทหมน ถาวสดแมเหลกออนของโรเตอรจะทาในรปแบบของทรงกระบอก(ยกเวน

ผลกระทบของ hysteresis) ดงนนแรงบดจะกระทาบนขดลวดของแมเหลกไฟฟาเทานน การใชประโยชน

จาก ความเปนจรงนคอมอเตอร DC แบบไรแกน หรอไรเหลก ซงรปแบบเฉพาะของมอเตอร DC แบบ

แมเหลกถาวร เมอทาการเพมประสทธภาพใหมอตราเรงทรวดเรว, มอเตอรเหลานมโรเตอร ทถกสรางขน

โดยไมมแกนกลางเปนเหลก โรเตอรสามารถใชรปแบบของทรงกระบอกทเตมไปดวยขดลวดหรอ

โครงสรางพยงตวเอง ประกอบดวยเฉพาะขดลวดแมเหลกและ

วสดทใชมดรวมกนเทานน โรเตอรสามารถฟตพอดภายในแมเหลกสเตเตอร; กระบอกททาดวย

แมเหลกออนตดอยกบทภายในโรเตอรจะเปน return path สาหรบ flux แมเหลกของสเตเตอร การจดเรยง

แถวทสองขดลวดโรเตอรรอบแมเหลกของสเตเตอร ในการออกแบบแบบนน โรเตอรจะฟตภายในกระบอก

แมเหลกออนทสามารถใชเปน housing สาหรบมอเตอรและ ให return path สาหรบ flux อกดวย

เนองจากโรเตอรมน าหนก(มวล)เบากวามากเมอเทยบกบโรเตอรธรรมดาทเกดจากขดลวดทองแดง

บนเหลกเคลอบ โรเตอรสามารถเรงความเรวไดอยางรวดเรว มกจะทาไดสาเรจในชวงเวลากลคงทต ากวา

หนง msถาใชลวดอะลมเนยมแทนทจะเปนทองแดงทหนกกวามาก แต เนองจากไมมมวลโลหะในโรเตอร

เพอทาหนาทเปนทระบายความรอน แมแตมอเตอรไรแกนขนาดเลกมกจะถกระบายความรอนดวยแรง

อากาศบงคบ ความรอนสงเกนอาจจะมปญหา ในการออกแบบสาหรบมอเตอร DC ไรแกน

ทามกลางประเภทเหลานคอประเภทโรเตอรจาน ทจะอธบายในรายละเอยดในสวนถดไป

มอเตอรสนสาหรบโทรศพทมอถอ บางครงเปนประเภทสนามแมเหลกถาวรทรงกระบอกขนาดจว

แตกยงม ประเภทรปทรงจานทมแผนแมเหลกสนามหลายขวบางๆ และประเภทโรเตอรทมโครงสรางเปนพ

ลาสตคขนรปทตงใจทาใหไมสมดลซงประกอบดวยคอยลไรแกนสองชดผกมดตดกน แปรงโลหะและตว

สบเปลยนแบบแบนเปดปดพลงงานใหกบคอยลของโรเตอร

15

2.1.13 มอเตอรแบบโรเตอรแพนเคกหรอแกน axial

การออกแบบมอเตอรทคอนขางไมปกตของมอเตอรแบบหนงคอมอเตอรแบบอเมเจอรบนโรเตอร

เปนแผนวงจรพมพหรอมอเตอรแพนเคกทมขดลวดเปนรปจานเหมอนแผน CD ทหมนอยระหวางอารเรย

ของแมเหลกพลงสง แมเหลกหลายตวจะจดเรยงเปนวงกลมบนสเตเตอรแบนหนหนาแมเหลกเหลานนไป

ทางโรเตอรโดยมระยะหางเปน air gap การออกแบบลกษณะนเปนทรจกกนทวไปวาเปน มอเตอรแพนเคก

เพราะมลกษณะทแบนมาก แมวาเทคโนโลยแบบนจะมชอหลายยหอตงแตเรมตน เชน ServoDisc

อเมเจอรแผนพมพ(เดมทาบนแผนวงจรพมพ)ทาจากแผนทองแดงเจาะรหลายแผนเคลอบเขาดวยกน

โดยใชวสดททนสมยใหอยในรปของแผนแขงบาง มการผลตจะออกมาทไมซ ากนใน โลกมอเตอรใชแปรง

โดยทมนจะมตวแหวนสบเปลยนอยดวย แปรงจะสมผสโดยตรงบนพนผว อเมเจอรทาใหการออกแบบทง

ชดมขนาดเลกมาก

วธการผลตทางเลอก คอการใชลวดทองแดงวางเรยบกบตวสบเปลยนทวไปพนเปนรปทรงดอก ไม

และกลบดอก ขดลวดจะมความเสถยรโดยทวไปโดยการปดผนกดวยอพอกซไฟฟา ระบบจะเตมอพอกซทม

ความหนดผสมปานกลาง และใหเวลาทเจลนาน

ขอไดเปรยบทไมซ าแบบใครของมอเตอร DC ไรเหลกคอไมมการ cogging (การเปลยนแปรงของ

แรงบดทเกดจากการเปลยนแปลงดงดดระหวางเหลกและแมเหลก) eddy current ทแฝงอยไมสามารถรวมตว

กนในโรเตอรเนองจากมนไรเหลกโดยสนเชง แมแตโรเตอรยงถกเคลอบ สงนสามารถเพมประสทธภาพได

อยางมาก แตตวควบคมความเรวตองใชอตราการเปลยนสงทสงขน(>40 kHz) หรอ DC อนเนองมาจากแรง

เหนยวนาแมเหลกไฟฟาลดลง

มอเตอรเหลานแตเดมถกคดคนมาเพอขบ capstan ของตวขบเทปแมเหลกในอตสาหกรรม

คอมพวเตอร ทตองใชเวลานอยทสดทจะถงความเรวใชงานและระยะทางในการหยดใหสนทสด เปนสง

สาคญ มอเตอรแพนเคกยงคงมการใชกนอยางแพรหลายในระบบควบคมเซอรโวประสทธภาพสง ทควบคม

หนยนต อตสาหกรรมอตโนมตและอปกรณการแพทย เนองจากความหลากหลายของการสรางทใชไดใน

ขณะน เทคโนโลยถกนามาใชในการใชงานจากวงการทหารทมอณหภมสง ถงปมตนทนตาและเซอรโว

พนฐาน

16

รปท 2.5 แสดงมอเตอรแบบแพนเคก

2.1.14 มอเตอรสเตป

มอเตอรสเตปเปนมอเตอรประเภทหนงทใชบอยเมอตองการการหมนทแมนยา โรเตอรของมอเตอรส

เตปประกอบดวยแมเหลกถาวร หรอโรเตอรสนามแมเหลกออนกบขวแมเหลกสาคญทถกควบคมโดยชด

ของแมเหลกภายนอกทถกสลบดวยระบบอเลกทรอนกส มอเตอรสเตปอาจจะคดวาเปนลกผสมระหวาง

มอเตอรไฟฟา DC และขดลวดหมน ในขณะทแตละขดถก energized ไปตามลาดบ โรเตอรจะวางตวเองใน

แนวสนามแมเหลกทผลตโดยสนามพลงขดลวด แตกตางจาก มอเตอรซงโครนสในการประยกตใช มอเตอร

จะไมหมนอยางตอเนอง; มนจะ"กาวทละขน" คอหมนและหยด จากตาแหนงหนงไปยงอกตาแหนงหนงไป

ตามสนามขดลวดทถกจายพลงและหยดจายพลงตามลาดบ โรเตอรอาจหมตไปขางหนาหรอไปขางหลง และ

มนอาจเปลยนทศทาง หยด เรวขน หรอ ชาลง ในเวลาใดกได

ตวขบมอเตอรสเตปอยางงายจะจายพลงหรอหยดจายพลงใหกบขดสวดสนามรวดเดยวใหโรเตอรไป

หยดทตาแหนงใดกได ไดรเวอรทซบซอนมากขน สามารถควบคมพลงทจายใหขดลวดสนามตามสดสวน

ชวยใหโรเตอรหยดในตาแหนงระหวางฟนเฟอง ซงจะทาใหการหมนเปนไปอยางราบรนมาก โหมดการ

ทางานลกษณะน มกจะเรยกวา microsteppingมอเตอรสเตปทควบคมดวยคอมพวเตอรเปนหนงในรปแบบท

หลากหลายมากทสดของระบบการวางตาแหนง โดยเฉพาะอยางยง เมอมสวนหนงของระบบการควบคม

เซอรโวแบบดจตอล

มอเตอรสเตปสามารถหมนไปทมมทเฉพาะเจาะจงดวยขนตอนทไมตอเนองไดอยางงายดาย และดวย

เหตน มอเตอรสเตปจงถกใชสาหรบวางตาแหนงหวอาน/เขยนในเครองฟลอปปดสเกตของคอมพวเตอร

พวกมนถกนามาใชเพอวตถประสงคเดยวกนในดสกไดรฟของคอมพวเตอรกอนยคจกะไบต ทใหความ

แมนยาและความเรวทเพยงพอสาหรบการวางตาแหนงทถกตองของ หวอาน/เขยนของฮารดดสกไดรฟ เมอ

ไดรฟมความหนาแนนของขอมลเพมขน ขอจากดของ ความแมนยาและความเรวของมอเตอรสเตป ทาให

พวกมนลาสมยและสญเสยตวามสามารถในการแขงขนสาหรบฮารดดสก ฮารดดสกไดรฟรนใหมใช

17

ขดลวดเสยงเปนตวขบเคลอนหวอาน (คาวา "วอยซคอยล" หมายถงโครงสรางในลาโพง(ชนดกรวย)ทวไป

โครงสรางนถกใชวางตาแหนงหวอานอยพกหนง ไดรฟททนสมยจะมขดลวดบนเดอยหมน ขดลวดจะโยก

ไปขางหนาและไปขางหลง เหมอนกบใบพดของพดลมทกาลงหมน. อยางไรกตาม เหมอนกบวอยซคอยล

ตวนาคอยลตวกระตนททนสมย (ลวดแมเหลก)เคลอนทตงฉากกบเสนแรงสนามแมเหลก)

มอเตอรสเตปมกจะใชในเครองพมพคอมพวเตอร สแกนเนอรแสง และ เตรองถายเอกสารแบบ

ดจตอล หวพมพ(ของ dot matrix และเครองพมพองคเจท)และลกกลงปอนกระดาษ ในทานองเดยวกน

plotters คอมพวเตอรจานวนมาก (ซงตงแตชวงตนทศวรรษ 1990 ไดถกแทนทดวยองคเจทขนาดใหญ และ

เครองพมพเลเซอร) ทใชมอเตอรสเตปแบบโรตารสาหรบ ปากกาและลกกลง; ทางเลอกทวไปมทงมอเตอรส

เตปเชงเสน หรอ servomotors ทมระบบการควบคมอนาลอกวงปด

สงทเรยกวานาฬกาขอมอควอทซแอนะลอกประกอบดวยมอเตอรสเตปธรรมดาทมขนาดเลกทสด

ไดแกคอยลหนงชดทกนไฟนอยมากและโรเตอรแมเหลกถาวร มมอเตอรชนดเดยวกนเพอขบนาฬกาควอทซ

พลงงานแบตเตอร บางสวนของนาฬกาเหลาน เชน chronographs, ม มากกวาหนงมอเตอรสเตป

ทเกยวของอยางใกลชดในการออกแบบมอเตอรซงโครนส AC สามเฟส, มอเตอรสเตปและ SRMs

จะจดเปนประเภทมอเตอรรลกแตนซปรบได. มอเตอรสเตปยงมกจะใชในเครองพมพ คอมพวเตอร

สแกนเนอร และเครองคอมพวเตอรควบคมเชงตวเลข (CNC ) เครองจกร เชนเราตเตอร, ตวตดพลาสมา และ

เครองกลงซเอนซ

รปท 2.6 มอเตอรสเตปใชโรเตอรทาดวยเหลกออน

18

2.2 เครองสบนา

หลกการทสาคญของเครองสบน าในการสบน า คอ การทใบจกร (Impellers) ซงถกแรงบดของเพลา

บดใหเครองทรอบแกนเพลาดวยความเรวสงในกอนของเหลว บานกงหน (Blade) จะเบยดกบของเหลว ทา

ใหของเหลววงเรวขน และมความเรวเชงมมสงขน มหวความดนสง เมอหลดออกจากชองของบานกงหน

แลวกยงวงดวยความเรวสงตอไป ในสบบางชนดจะลดความเรวของของเหลวนลงดวยเปลอกหอยโขง

(Volute Casing) จะทาใหความเรวลดลงแตหวความดนเพมขนของไหลไปไดไกลยงขน หรอขนสงได

กวาเดม

2.2.1 ความสาคญ

เครองสบน าเปนอปกรณทชวยสบน าหรอทาใหน าเคลอนทจากตาแหนงหนงไปยงอกตาแหนงหนง

ปจจบนเครองสบน าเปนอปกรณทมความจาเปนสาหรบบานพกอาศยโดยเฉพาะอาคารชดหรออาคารทม

ความสงหลายชน เครองสบน าทางานโดยใชพลงงานไฟฟา ความรและความเขาใจเกยวกบปจจยทมผลตอ

ประสทธภาพพลงงานของเครองสบน า จะชวยใหทราบถงแนวทางในการใชงานและบารงรกษาเครองสบน า

อยางถกวธจะทาใหประหยดน าและไฟฟา

2.2.2 ความรเบองตนเกยวกบเครองสบนา

เครองสบน าหรอ ปมน า เปนอปกรณสาหรบขบเคลอนของเหลวหรอกาซผานทางระบบทอปด (Pipe)

ไปสจดหมายการใชงานทตองการโดยการเพมความดนและเพมพลงงานใหแกของไหลนนๆ เปนผลให

ของเหลว นนเคลอนทจากจดหนงไปยงอกจดหนง หรอจากระดบหนงไปยงอกระดบหนง แตกลไกทใชใน

การเพมพลงงานใหของเหลวไมไดจากดอยเฉพาะใบพด อาจเปนไดทงใบพด (Impeller) เกลยว (Screw)

ลกสบ (Piston)ไดอะแฟรม (Diaphragm) เฟอง (Gear) และกลไกอนๆ ซงสามารถทจะถายทอดพลงงาน

ใหกบของเหลวได ซงเครองแตละแบบมความเหมาะสมในการใชงานตางๆ แตกตางกนออกไป การเลอกใช

จะตองพจารณาถงปจจยตางๆ ทเกยวของอกมากมายหลายอยาง ดงรป

19

2.2.3 ประเภทของเครองสบนา

ปมน าสามารถจดแบงประเภทไดหลายรปแบบ และมการเรยกชอแตกตางกนออกไปมากมาย ซงแตท

นยมแบงมอย 2 แบบดวยกน คอแยกตามลกษณะการเพมพลงงานใหแกของเหลว หรอการไหลของ

ของเหลวในปม ซงไดแก • ประเภทแบบปมแรงเหวยง (Centrifugal Pump) เปนปมทมการทางานโดยการ

เพมพลงงานใหแกของเหลวโดยอาศยแรงเหวยงหนจดศนยกลาง ปมแบบนบางครงเรยกวาเปนแบบ Roto –

dynamic

• ประเภทโรตาร (Rotary Pump) เปนปมทมการทางานโดยการเพมพลงงานใหแกของเหลวโดยอาศย

การหมนของฟนเฟองรอบแกนกลาง

• ประเภทลกสบ (Reciprocating Pump) เปนปมทมการทางานโดยการเพมพลงงานใหแก

ของเหลวโดยอาศยการอดโดยตรงในกระบอกสบ

• ประเภทพเศษ (Special Pump) เปนปมทมลกษณะพเศษไมสามารถจดใหอยในสามประเภทขางตน

แยกตามลกษณะการขบดนของเหลวในปม ซงแบงออกไดเปน 2 ประเภทดวยกนคอ

• ปรมาตรแทนทเชงบวก หรอแทนทโดยตรง (Positive Displacement)

ปมน าประเภทปรมาตรแทนทเชงบวก หรอแทนทโดยตรง เปนปมชนดทมการถายเทพลงงานใหแก

ของไหลแบบไมตอเนอง โดยการดดของไหลเขาไปในหองปดแลวลดปรมาตรของหองนนใหเลกลงเพอให

ความดนเพมขน โดยปมทจดอยในประเภทน คอ ปมลกสบ (Reciprocating Pump) และปมโรตาร

(RotaryPump) ปมชนดนจะจายของไหลดวยปรมาตรทแนนอนคาหนงตอการหมนรอบหนงของเพลา และ

สามารถรบความดนทสงขนในระบบไดด ปมประเภทนเหมาะสาหรบสบของไหลในปรมาณทไมมากนก

แตตองการเฮดในระบบทสง

ปมแบบลกสบจะมลกษณะการเคลอนทกลบไปกลบมา โดยมลกสบทาหนาทในการอดของไหล

ภายในกระบอกสบใหมความดนสงขน ของเหลวทใชปมประเภทนจะตองมความสะอาดเพยงพอทไมทา

ใหชนสวนทเคลอนทภายในกระบอกสบเกดการสกหรอทเรวขน การอดตวของของไหลแตละครงจะ

เปนจงหวะตามการเคลอนทกลบไปมาของลกสบ ไมมการตอเนองกนจงทาใหการไหลของของไหลม

ลกษณะเปนหวงๆ (Pulsation)

20

รปท 2.7 ลกษณะของการทางานของปมลกสบในจงหวะดด (ซาย) จงหวะจาย (ขวา)

ปมโรตารทางานโดยเพมพลงงานใหแกของเหลว โดยอาศยการหมนของชนสวนทเรยกวาโรเตอรร

อบแกนกลาง ซงหมนเพอทาใหเกดความแตกตางของความดนภายในระบบ ของเหลวจะถกดดเขาและอดให

เกดแรงดนสงขนแลวปลอยออกมาทางดานปลอย การหมนของโรเตอร จะกอใหเกดการแทนทขอของเหลว

ขนอยางตอเนอง ทาใหของไหลทไหลผานปมมอตราการไหลอยางตอเนองตลอดเวลา ปมแบบนจะมอตรา

การสบตากวาปมประเภทอนๆ เนองจากอตราการแทนทของเหลวมคาต า

รปท 2.8 ปมโรตารชนดปมเฟอง (ซาย) และแบบแผนกวาด (ขวา)

• ไคเนตกส (Kinetic) หรอปรมาตรแทนทไมเชงบวก (Non-positive Displacement)

ปมน าประเภทไคเนตกส เปนปมชนดทมการถายเทพลงงานอยางตอเนอง เพอเพมความเรวใหแกของ

ไหล โดยการใชใบพดทหมนดวยความเรวสงสงถายพลงงานเขาสของไหลโดยตรง ไมมการกกไวใน

ชวขณะใดเลย โดยปมทจดอยในประเภทนไดแก ปมแรงเหวยงหนศนยกลาง (Centrifugal Pump) ปมแบบ

ไหลตามแกน (Axial Flow Pump) และปมแบบไหลผสม (Mixed Flow Pump)

21

ปมแรงเหวยงหนศนยกลาง นยมใชอยางแพรหลาย ชนสวนทหมนอยภายในเรอนปมจะทาใหเกดการ

ขบดนของไหล ของไหลทถกสบจะไหลผานเขาสชองทางเขาซงขนานกบพนระนาบ และถกผลกดนออกไป

ตามแนวรศมของใบพด ตงฉากกบเพลา ดงรป

รปท 2.9 ลกษณะการทางานของ Centrifugal Pump

ปมแบบไหลตามแกนทางานโดยใหของเหลวไหลเขาและออกขนานกบเพลา สามารถใชไดกบของ

ไหลทมสารแขวนลอยปะปนมาดวย นยมใชมากในโรงงานอตสาหกรรมตางๆ ซงตองการความดนตาๆแตม

อตราการไหลสง ดงรป

รปท 2.10 ปมแบบไหลตามแกน Axial Flow Pump

ปมแบบไหลผสมจะขบเคลอนของเหลวทไหลเขามาในทศทางขนานกบเพลา ใหไหลออกจากปม

โดยทามมกบเพลาตงแต 45 – 80 องศา การไหลทงในแนวแกนและในแนวรศมของใบพดจะทาใหเกดแรง

ในแนวรศมและแรงในแนวแกนขน ชวยในการขบดนของไหล นยมใชกบงานทตองการความดนตาๆ แตม

อตราการไหลสง

22

รปท 2.11 ปมแบบผสม Mix Flow Pump

จากวธจาแนกประเภทของปมน าทกลาวมาขางตน สามารถสรปเปนแผนภมการจาแนกประเภทปม

น าตามวธขางตนไดดงรปท 2.12

รปท 2.12 การจาแนกประเภทปมน า

23

2.2.4 ลกษณะของเครองสบนา

การแบงลกษณะของปมใบพดหมน (Turbo Pump) ปมน าใบพดหมนอาจแบงแยกงายๆ ตามลกษณะ

ใบพดได 3 ชนดดงน

ปมหอยโขงแรงเหวยงหนศนย (Centrifugal Pump) เฮดน าเกดจากแรงเหวยงหนศนยจากการหมน

ของใบพด ใชกนอยางแพรหลาย สามารถใชเฮดน าสง

ปมน าการไหลแบบผสม (Mixed Flow Pump) ปมชนดนเฮดน าเกดจากแรงเหวยงหนศนยของใบพด

สวนหนง และเกดจากแรงดงน าของใบพด (Impeller Lift) อกสวนหนง

ปมน าการไหลตามแนวแกน (Axial Flow Pump) เฮดน าจากปมประเภทนเกดจากแรงทใบพดกระทา

ตอของเหลวตามแนวแกน ปมชนดนใชกนแพรหลาย เมอตองการปรมาณการไหลมาก และเฮดตา

2.2.5 เครองสบนาชนดหอยโขง

2.2.5.1 หลกการทางานของเครองสบนาชนดหอยโขง เครองสบนาชนดโวลท ดดนาและสงนาได

อยางไร ?

ในสมยทเราเปนเดกเราคงเคยทดลองเลน โดยใหน าหยดบนรมทกาลงหมนใชไหม? น าหยดเลกๆ จะ

ถกเหวยงใหกระจายออกจากรมทกาลงหมนอยนนในทานองเดยวกนถาเราขวางตมฆอน เราตองหมนตวเรา

ใหเรวทสดกอน เพอทจะขวางตมคอนใหไดไกลทสดเทาทจะไกลไดขอใหเรามาทาการทดลองดสกอยาง

โดยอาศยเครองมองายๆ ทปรากฏในรปขางซายมอน เมอใบพด (impeller) ทกนของอปกรณหมนน าจะหมน

ตามไปดวย การหมนทาใหผวน ายบตวต าทสดตรงสวนกลาง และระดบน าสงสดตามบรเวณขอบของ

อปกรณ เหตผลกคอวาน าเคลอนทออกจากศนยกลางของการหมนภายใตการกระทาของแรงหนศนยกลางท

เกดจากการหมนนน ความดนภายในของนาจะลดทบรเวณศนยกลางแตจะเพมมากขนทบรเวณขอบโดย

หลกการแลวเครองสบน าชนดโวลทกเหมอนกบอปกรณทดลองทแสดงมาแลวขางบนน คอเมอใบพดใน

เครองสบหมน ความดนของน าจะเพมมากขน เพราะแรงหนศนยกลางน าจะถกเหวยงออกจากบรเวณ

ศนยกลางการหมนอยางตอเนอง

24

2.2.5.2 ลกษณะของเครองสบนาชนดหอยโขง

โดยปกตเราจะใชตวแปร 4 ตวแปร เปนเครองบอกลกษณะการทางานของเครองสบน าแตละขนาด

ลกษณะการทางานของเครองสบน าแตละขนาดโดยใชตวแปร 4 ตวเปนตววดเรยกวา พฤตลกษณะ

(characteristic) ของเครองสบ ตวแปรเหลานไดแกอตราการสบ ,เฮดหรอความสงของน าทสามารถสงขนไป

ได ,กาลงทเพลา และประสทธภาพ

1. อตราการสบ (Flow Rate) หมายถงปรมาณ หรอจานวนของน าทเครองสบแตละเครองสบไดตอ

หนวยของเวลา โดยมากจะใชหนวยของอตรสบ ม3 /นาท หรอ ลตร/นาท อยางไรกตามขนาดของเครองสบ

นยมเรยกตามขนาดของทอดด ดงนนมาตรฐานอตสาหกรรมญปน (JIS) จงไดจดทาตารางเครองสบทแสดง

ความสมพนธระหวางขนาดทอดดทเหมาะสมทอตราการสบหนงๆ ดงแสดงในตารางดานซายมอ

2. เฮด (Head) คอแรงดน หรอความสงทเครองสบน าทาได ถอเปนธรรมเนยมวาใหใช หนวยความสง

ของน าทเปนคาเฮด และใชหนวยเปนเมตร (ม.) พฤตลกษณะของเครองสบแบบโวลทกคอ อตราการไหลจะ

เปนปฎภาคกลบกบเฮด หรออกนยหนงกคอวาถาอตราการไหลสงเฮดจะตา และถาอตราการไหลตาเฮดจะ

สง เราสามารถสรางชารตแสดงความสมพนธของอตราการไหลกบเฮดไดโดยใหเฮดอยในแนวแกนตง และ

อตราการไหลในแนวแกนนอน อตรการไหลทเฮดตางๆ เมอกาหนดแตละคา และเชอมตอจด (พลอต)

เหลานดวยกนกจะไดเสนโคงทลดตาลงจากซายไปขวาดงรปทแสดงทางซายมอ

3. กาลงเพลา (Shaft power) กาลงของเครองดนกาลงเปนสงจาเปนสาหรบการขบเพลาของเครองสบ

น าใหหมนตามรอบทกาหนด กาลงเครองฉดถายทอดผานเพลาไปสเพลาของเครองสบน า เรยกวา กาลงเพลา

ถาเราจะสรางชารตแสดงใหเหนความสมพนธระหวางกาลงเพลากบอตราการไหล เรากสามารถทาได

เชนเดยวกบชารตแสดงความสมพนธของเฮดกบอตราการไหล โดยใหแกนนอนเปนอตราการไหล

เหมอนเดม แตใหแกนตงเปนกาลงเพลาแทน ในกรณเชนนกราฟจะโคงตกจากขวาไปซาย กาลงของเครอง

สบจะตองมมากพอทจะชดเชยกาลงทสญเสยไปในเพลา โดยปกตแลวจะใชมอเตอรไฟฟาเปนเครองดน

กาลง ในกรณอยางนจะคดเปนกโลวตต (kW) แตถาเปนเครองสบเปนเครองยนตกาลงสบคดเปนแรงมา (PS)

ประสทธภาพ (Efficiency) สดสวน (ratio) ของงานทไดจากเครองสบ (หมายถง กาลงทใชในการยก

น าทางทฤษฏ) เมอเปรยบเทยบกบกาลงของเพลาทไดจากเครองฉด เรยกวาประสทธภาพ คานมกจะแสดง

หนวยเปนเปอรเซนต (%) เสนโคงแสดงพฤตลกษณะของเครองสบน าเมอใชแกนตงเปนประสทธภาพ และ

แกนนอนเปนอตราการไหล

25

2.3 สงทควรรในการซอปมนา

1. รปรมาณน า

2. รจานวนแรงมา

3. รขนาดทอดดทอสงของปมวากนว

4. ไฟทใชวากเฟส

5. รระยะทางการสงน า

2.3.1 การเลอกซอปม

1.รรายละเอยดการใชน า เชน ถาจะตดตงสปรงเกลอรตองรปรมาณน าและแรงดนของสปรงเกลอร

2.เลอกปมน า ใหเหมาะสมกบการใชงาน เชน ปมทะเล/เคมสาหรบสบน าทะเลหรอเคม, ปมหอยโขง

สาหรบงานเกษตร,งานสปรงเกลอร,งานประปาหมบานหรองานดบเพลง , ปมแชสาหรบงานดดน าบาดาล,

น าดหรอน าเสย

3.เลอกขนาดของปม ในการเลอกปมตองดวาปมสามารถจายปรมาณน าไดมากแคไหนเพยงพอกบ

การใชงานหรอไมและทแรงดนน าทตองการ เชน

– ปรมาณน า 280 ลตร/นาท หรอ 30 m3 / h (ลกบาศกเมตร / ชวโมง)

-แรงดน5บาร(10 m=1bar ) ระยะทางสง50เมตรเทากบ 5บาร

– ขนาดมอเตอร 220 V.หรอ380 V (Volt แรงดนไฟฟาทจายเขามอเตอร)

-50 Hz. (Hertz ความถไฟฟาทมอเตอรใช)

– 400 W. (Wat กาลงไฟฟาทมอเตอรใช)

– 1.6 A. ( Amp กระแสไฟฟา ทมอเตอรใช)

2.1.2.7.1 ปายรายละเอยดขางปม(Name Plate)

ทดานขางของปมสวนใหญจะแสดงรายละเอยดตางๆของปมไวคราวๆ

– ขนาดมอเตอร เชน 220 V. (Volt แรงดนไฟฟาทจายเขามอเตอร)

50 Hz. (Hertz ความถไฟฟาทมอเตอรใช 50 เฮรท)

200 W. (Watt กาลงไฟฟาทมอเตอรใช 200 วตต)

1.2 A. ( Amp กระแสไฟฟา ทมอเตอรใช 1.2 แอมป)

รายละเอยดของมอเตอรน ไมไดใหขอมลโดยตรงเกยวกบความสามารถในการจายน าของปมน า แตก

ประมาณคราวๆได ซงอาจไมเหมาะสมกบการใชงาน

26

– ความสามารถของปม เชน

Q 0.6 – 2.4 m3 / h หมายถงอตราการจายน าของปม ซงสามารถจายน าไดปรมาณ 0.6

ถง 2.4 ลกบาศกเมตร (m3) ในเวลา 1 ชวโมง (h) ซงอตราการจายน านจะสมพนธกบความสงของปลายทอ

หรอกอกทปลอยน าออก

H 1 – 8 m หมายถงปมสามารถสรางแรงดนน า เทยบเปนความสงของน าทปมสามารถ

จายน าได ซงสามารถจายน าไดทความสงของปลายทอสง 1 ถง 8 เมตร (m)

อตราการไหลของน าและแรงดนน า มความสมพนธกนโดยทแรงดนสงจะจายน าไดปรมาณนอย ท

แรงดนตาจจายน าไดปรมาณมาก ดงตวอยางปมขางบน

ถาเปดกอกจายน าออกทความสง 1 เมตร จะจายน าไดในอตรา 24 ลกบาศกเมตรตอชวโมง และถา

เปดกอกจายน าทความสง 8 เมตร จะจายน าไดในอตรา 0.6 ลกบาศกเมตรตอชวโมง ดงนนทกอกน าชนบน

น าจะไหลเบากวาชนลาง

ปมราคาถก บางยหอบอกรายละเอยดความสามารถของปมไมครบถวน ทาใหเกดความเขาใจผด คอ

บอกเฉพาะคาสงสดทปมทางานได เชน

Q MAX 3 m3 / h

h MAX 12 m

แหมเหนรายละเอยดแบบนพาใหเขาใจวาปมนสามารถจายน าไดในอตราการไหล 3 ลกบาศกเมตรตอ

ชวโมง ทความสง(แรงดน) 12 เมตร อยางนบานสชนสง 10 เมตร กใชไดสบายส… เขาใจผดนะ (ไมรวาคน

ทาปมตงใจใหเขาใจผดหรอเปลา)

ทจรงเปนวาปมนสามารถจายน าไดอตราการไหลสงสด 3 ลกบาศกเมตรตอชวโมง ซงโดยทวไปจะ

เกดทความสงปลายทอตามากหรอทหนาปมแคนนเอง และสามารถสงน าไดสงสด 12 เมตร โดยทวไปท

แรงดนสงสดอตราการไหลตามากแทบจะไมไหล พอเราเอาปมนไปตดตง พอเปดกอกทชนส สง 10 เมตร

น ากไหลจดนงพอใหรวามน าไหลแตไมพอใชงาน….

27

2.3.2 กราฟของปม

ปมยหอดๆ สวนใหญแสดงความสามารถในการทางานของปมดวยกราฟ โดยแกนตงเปนแรงดนน า

แกนนอนเปนอตราการจายน า หรอกลบกนกได และมเสนโคงบนกราฟ แสดงวาทตาแหนงความสงตางๆ

นน ปมจะสามารถจายน าไดในอตราการไหลเทาไหร ซงจะเลอกไดละเอยด เหมาะสมมากขน ถาเปนปมน า

สาหรบอตสาหกรรมจะมเสนประสทธภาพอยในกราฟดวย เพอจะเลอกใชงานปมในชวงทประสทธภาพ

สงสด

การเลอกใชปมนนควรเลอกใชในชวงกลางๆของความสามารถของปม ไมควรเลอกใชท

ความสามารถสงสดทปมทาได ซงจะใหประสทธภาพดกวาชวงปลาย และถาคนทาปมใหขอมลเกนจรง ปม

กยงรองรบความตองการของเราไดอย

หนวยของคาตวเลขตางๆ ทใชในปมน า

แรงดน โดยปกตหนวยของแรงดนจะบอกเปนขนาดของแรงทกระทาตอหนงหนวยของ

พนท เชน

แรงดนลมทเราเตมยางรถยนต แรงดน 30 ปอนด/ตารางนว (lbs/in2) หมายถง แรงดนทมขนาดแรงกด

30 ปอนดบนพนทขนาด 1 ตารางนว (หนวยวดแบบองกฤษ)

แรงดน 2 กโลกรม/ตารางเซนตเมตร (kgs/cm2) หมายถง แรงดนทมขนาดแรงกด 2 กโลกรมบนพนท

1 ตารางเซนตเมตร (หนวยวดแบบเมตรก)

ทหนวยมหลายแบบเนองจากในโลกมมาตราของหนวยตางๆหลายมาตรฐาน อยางของไทยกมหนวย

วดความยาว และน าหนกของไทย แตไมนยมใช

ในการบอกขนาดแรงดนของปม นยมบอกขนาดแรงดนเปนความสงของน า โดยสามารถประมาณคา

ไดดงตารางขางลาง

ความสงน า แรงดนประมาณ

10 เมตร 1 kgs/cm2

14.7 lbs/in2

1 bar

— อตราการไหล หรอปรมาณการจายน า โดยปกตจะบอกเปนหนวยของปรมาตรตอหนงหนวยเวลา

เชน

อตราการไหล 1 ลกบาศกเมตรตอชวโมง (m3/h) หมายถงน าไหลไดปรมาตร 1 ลกบาศกเมตรในเวลา

1 ชวโมง

28

อตราการไหล 50 ลตรตอนาท (l/min) หมายถงนาไหลไดปรมาตร 50 ลตรในเวลา 1 นาท

2.4 เฮด (Head)

การเขาใจถงพลงงานของของไหลเปนสงจาเปนในการวเคราะหการทางานและการกาหนดขนาดของ

ปม พลงงานของของไหลประกอบดวยพลงงานสามสวนคอ พลงงานเนองจากความดนของของไหล

พลงงานจลนเนองจากความเรวของของไหล และพลงงานศกยเนองจากความสง พลงงานทงสามสวนนจะม

หนวยในการคานวณเปนหนวย จล (J)

เมอนาพลงงานของไหลมาคานวณเทยบกบน าหนกของของไหล จะมหนวยเปนความสงของของ

ไหลและเรยกวาเฮด มหนวยเปนเมตร (m) ในะบบ SI หรอ นว (in) ในระบบองกฤษ เฮดทงหมดทใชในการ

วเคราะหในระบบปมน าหรอ Total Dynamic Head (TDH) ประกอบดวย พลงงานสามสวนของของไหลของ

ไหลทกลาวมาขางตนและพลงงานทสญเสยไปในระหวางการไหล กลาวคอ เฮดความดน เฮดความเรว เฮด

ความสง และเฮดการสญเสยรวม

2.4.1 เฮดความดน (Pressure Head, HP)

คาความดนนอกจากจะบอกเปนแรงตอหนงหนวยพนท เชน นวตนตอตารางเมตร (N/m2) หรอ

ปอนดตอตารางนว (psi) แลว ถาเปนความดนของของเหลวกมกจะนยมบอกเปนแทงความสงของของเหลว

ทจะกอใหเกดความดนทกาหนดบนผวหนาซงรองรบแทงของเหลวนน ความดนซงบอกเปนแทงความสง

ของของเหลวนเรยกวา เฮดความดน (Pressure Head) โดยความสมพนธระหวางความดน P และเฮดความดน

HP คอ

เมอ γ คอ น าหนกจาเพาะ มหนวยเปน N/m3

ρ คอ ความหนาแนนของของเหลว มหนวยเปน kg/m3

g คอ ความเรงเนองจากแรงดงดดของโลก มหนวยเปน m/s2

เฮดความเรว (Velocity Head, HV)

29

ของเหลวทไหลในทอหรอทางน าเปดดวยความเรวใดๆ นนมพลงงานจลนอย พลงงานสวนนเมอ

บอกในรปของเฮดความเรว คอ

เมอ V คอ ความเรวของการไหล มหนวยเปน m/s

เฮดความเรวอาจใหคาจากดความอกอยางหนงวา เปนความสงทของเหลวตกลงมาดวยแรงดงดดของ

โลก จนไดความเรวเทากบความเรวในการไหลของของเหลวนน

เฮดสถตย (Potential Head, Z)

เฮดสถตย คอระยะทางตามแนวดงของของเหลวทไหลผานทอหรอทางน าเปดซงมพลงงานศกยอย

ภายใน พลงงานศกยสวนน สามารถเขยนในรปเฮดความสงไดเปน

เฮดความสง = Z

เฮดการสญเสยรวม (Total Head Loss, HL)

Osborne Reynolds วศวกรชาวฝรงเศสไดทาการทดลองเพอแบงรปแบบการไหลของของไหล โดย

กาหนดตามอตราสวนของแรงเฉอย ตอแรงหนด (หรอแรงทเกดเนองจากความฝดของของไหล) และเรยก

อตราสวนของแรงเฉอยกบแรงหนดนวา คาเรยโนลด (Re) คานวณหาไดจากสมการ

เมอ V = ความเรวการไหลในทอ (m/s)

D = ขนาดวดผานศนยกลางทอ (m)

ρ = ความหนาแนนของไหล (kg/m3)

μ = ความหนดสมบรณ (N.s/m2)

υ = ความหนดจลน (m2/s)

30

ถาคา Re ≤ 2000 ถอวาเปนการไหลแบบราบเรยบ

Re ≥ 4000 ถอวาเปนการไหลแบบปนปวน

2000 ≤ Re ≤ 4000 ถอวาเปนการไหลทอยในชวงการเปลยนแปลง

ในขณะทของเหลวไหลผานระบบทอทงทางดานดดและดานจาย พลงงานหรอเฮดในการไหลสวน

หนงจะสญเสยไปเนองจากความฝดระหวางของเหลวกบผนงภายในของทอ และพลงงานหรอเฮดในการ

ไหลอกสวนหนงจะสญเสยไปเนองจากการสญเสยพลงงานจลนเมอไหลผานอปกรณตางๆ ผลรวมของการ

สญเสยพลงงานหรอเฮดทงสองสวนนรวมเรยกวาเฮดการสญเสยรวม

ปจจยทมผลตอประสทธภาพพลงงานของปมน า

ประสทธภาพพลงงานของปมน าขนอยกบปจจยหลายประการ นบตงแต ประเภทและคณภาพของปม

น า การออกแบบและการตดตง สภาวะการใชงาน ตลอดจนการบารงรกษา

สภาวะการใชงานปมมผลอยางมากตอประสทธภาพของปม โดยทางทฤษฎแลว ประสทธภาพของ

ปมจะขนอยกบตวแปรสาคญไดแก ความเรวรอบ อตราการไหล และ เฮด (Head) หรอ ระดบความสงของ

การปมตวอยางลกษณะของความสมพนธของตวแปรดงกลาว

รปท 2.13 รปตวอยางความสมพนธระหวางประสทธภาพปมน ากบความเรวรอบ

การใชปมน าภายหลงการออกแบบและตดตง จาเปนตองมการตรวจสอบและบารงรกษาอยอยาง

ตอเนองเปนประจาเพอใหปมทางานอยางปกตและมประสทธภาพ

31

2.5 ระบบทาความเยน (Refrigeration system)

หลกการทาความเยนเปนกระบวนการถายเทความรอนออกจากพนทหนง ซงตองการทาความเยน

โดยความรอนจะถกสงผานน ายาจากนนนายาจะถายเทความรอนใหกบอากาศภายนอกพนทน ายาจะเปน

ตวกลางในการถายเทความรอนโดยอาศยกระบวนการอดน ายาใหเปนไอ กระบวนการควบแนน

กระบวนการขยายตวและกระบวนการระเหย ซงกระบวนการเหลานจะเกดตามสวนตาง ๆ ของระบบ เชน ท

คอมเพรสเซอร ทคอนเดนเซอรทอปกรณควบคมการไหล เปนตนดงนนการเรยนรเกยวกบหลกการทาความ

เยนใน ทนจงเปนสงจาเปน ทงนเพอใหสามารถวเคราะหระบบทาความเยนไดถกตอง และสามารถซอม

บารงระบบใหมประสทธภาพสงสด

การทาความเยน (Refrigeration) คอกระบวนการถายเทความรอนออกจากพนทหรอ วตถทตองการ

ทาความเยน หรอเปนกระบวนการลดอณหภม และรกษาอณหภมของพนทหรอวตถ ทตองการทา ความเยน

ใหต า กวาอณหภมรอบๆ

2.5.1 ระบบทาความเยนแบบอดไอ (Vapor Compression System)

ระบบทาความเยนและ ปรบอากาศทใชในปจจบนอาศยการทางานแบบอดไอนายาทาความเยนดวย

คอมเพรสเซอรเพอนาน ายาททาความเยนแลวกลบมาใชอก น ายาทาความเยนจะไหลเวยนภายในระบบปด

อยตลอดเวลา ในระบบทาความเยนแบบอดไอ ประกอบไปดวยอปกรณหลก คอ คอยลเยน คอมเพรสเซอร

คอนเดนเซอร และอปกรณควบคมการไหล ซงอปกรณแตละสวนมหนาทดงน

คอยลเยน (Evaporator) ทา หนาทดดความรอนจากพนท หรอวตถทตองการทาความ เยน ไปใชใน

การเดอดกลายเปนไอของน ายา

คอมเพรสเซอร (Compressor) ทาหนาท ดดน ายาใหไหลเวยนภายในระบบพรอมกบอดไอนายาทม

ความดนตา ใหเปนไอน ายาทมความดนสงและอณหภมสง

คอนเดนเซอร (Condenser) ทาหนาทระบายความรอนใหกบไอนายาทม อณหภมสง ออกสอากาศ

ภายนอกระบบ เมอไอน ายาไดรบการระบายความรอนจะเกดการควบแนนเปนน ายาเหลว

อปกรณควบคมการไหล (Expansion Valve) ทาหนาทควบคมการไหลของน ายาทไหลเขาคอยลเยน

32

รปท 2.14 อปกรณหลกในระบบทาความเยน

2.5.2 วฎจกรของการทาความเยน (Refrigeration Cycle)

ในระบบทาความเยนแบบอดไอนายาทาความเยนจะไหลเวยนผานสวนตาง ๆ ของระบบอยตลอดเวลา ในแตละ

รอบนายาจะตองผาน กระบวนการตอไปน คอ

การขยายตว (Expansion) เกดทอปกรณควบคมการไหล

การกลายเปนไอ (Vaporization) เกดทคอยลเยน

การอดไอ (Compression) เกดทคอมเพรสเซอร

การควบแนน (Condensation) เกดทคอนเดนเซอร

2.5.3 การทางานของระบบทาความเยน

ระบบทาความเยนจะทาความเยนได น ายาภายในระบบจะตองไหลเวยนอปกรณททาให น ายา

ไหลเวยนในระบบคอ คอมเพรสเซอรซงเปรยบเสมอนเครองสบทสบน ายาใหไหลเวยนอย ตลอดทระบบ

ทางาน

น ายาทไหลเขาอปกรณควบคมการไหล จะอยในสถานะของเหลวทมความดนสง อณหภมสง

อปกรณควบคมการไหลจะลดความดนของน ายาลง ทาใหจดเดอดของน ายาลดตาลง น ายาทออกจากอปกรณ

ควบคมการไหล จะไหลเขาคอยลเยนเปนละอองน ายา โดยน ายาจะมจดเดอดตากวาอณหภมของวตถทแชอย

ในหองทาความเยน ทาใหเกดการถายเทความ รอนจากวตถทแชไปใหน ายา ๆ เกดการเดอดกลายเปนไอโดย

33

ทอณหภมและความดนของนา ยาคงท ความรอนทใชในการเดอดกลายเปนไอคอ ความรอนแฝงของการ

กลายเปนไอ

น ายาทออกจากคอยลเยนจะอยในสถานะไอทความดนตา อณหภมตาจะถกสงผานทางทอดด เขา

คอมเพรสเซอรขณะทผานทอดดไอของนายาจะไดรบความรอนจากอากาศ รอบ ๆ ทา ใหไอน ายามอณหภม

สงขนแตความดนยงคงท ความรอนชวงนคอความรอนยงยวด

นายาทเขาคอมเพรสเซอรจะอยในสถานะไอทความดนตา อณหภมตา จากนน คอมเพรสเซอรจะอด

ไอน ายาใหมปรมาตรลดลง ทาใหความดนและอณหภมสงขนโดยอณหภมของ ไอจะสงกวาอณหภมไอ

อมตว

ไอน าทออกจากคอมเพรสเซอรจะมอณหภมสงกวาอากาศรอบๆทาใหเกดการระบาย ความรอน

ใหกบอากาศขณะถกสงผานทอจายไปยงคอนเดนเซอรทาใหอณหภมของไอนายาลดลง เทากบอณหภมไอ

น าอมตวแตยงคงสงกวาอณหภมของอากาศรอบคอนเดนเซอร

ไอน าทเขาคอนเดนเซอรจะมความดนสงอณหภมเทากบอณหภมอมตวแตสงกวา อณหภม

ของอากาศรอบ ๆ คอนเดนเซอรทาใหเกดการถายเทความรอน จากไอน าใหกบอากาศ รอบ ๆ คอนเดนเซอร

ผานพนผวคอนเดนเซอร ไอน าเกดการควบแนนเปนของเหลว โดยทความดนและอณหภมยงคงท ความรอน

ทถายเทใหกบอากาศคอ ความรอนแฝงของการควบแนน

น ายาทออกจากคอนเดนเซอร จะอยในสถานะของเหลวอณหภมสง, ความดนสงจะ ไหลเขาถงรบ

น ายา ภายในถงรบน ายาจะประกอบดวยน ายาทอยในสถานะของเหลวกบน ายาทอยใน สถานะไอซงยงไม

ควบแนนลอยอยดานบน

น ายาเหลวจะถกปลอยออกจากถงรบน ายาสงผานทางทอของเหลวเขาอปกรณ ควบคมการไหล

ระหวางทางน ายาซงเปนของเหลวอมตวจะมอณหภมอมตวสงกวาอากาศรอบ ๆ ทอ ทาใหเกดการถายเท

ความรอนจากน ายาไปยงอากาศทาใหอณหภมของน ายาลดลงตากวาอณหภม อมตว ซงกระบวนการนคอ

การซบคลล และเรยกของเหลวทมอณหภมตา กวาอณหภมอมตววา ของเหลวซบคลล ตอจากนการ

ไหลเวยนของน า ยาทาความเยนกจะเรมรอบใหมซงจะ ผานกระบวนการขยายตวกระบวนการเดอดเปนไอ

กระบวนการอดไอและกระบวนการควบแนน กลบเปนของเหลวตามเดมโดยจะหมนเวยนไปเรอย ๆ

ตลอดเวลาของการทางาน

34

ระบบทาความเยนแบบอดไอ (Vapor Compression System) แบงเปน 2 ประเภท คอ

ระบบอดนายาชนเดยว (Single State)

รปท 2.15 ระบบอดน ายาชนเดยว (Single State)

ระบบอดน ายาชนเดยว (Single Stage) เหมาะสาหรบหองอณหภม ตงแต -25 C ขนไป หรอใชทาน าเยน

คอมเพรสเซอรทใช เชน Bitzer รน 4G.2, 6G.2, 6F.2 เปนตน

2.5.4 หลกการทางาน

เมอคอมเพรสเซอรทางาน จะดดไอน ายามาทางทอทางดดจากคอยลเยน และอดไอน ายาออกทาง

ทอสงผานหมอดกน ามน (Oil Separator) เขาสคอนเดนเซอร หมอดกน ามน จะแยกน ามนออกจากไอนายา

แลวสงน ามนกลบเขาคอมเพรสเซอร เพอใชหลอลนในคอมเพรสเซอร สวนของน ามนทดกไวไมหมดจะไป

กบน ายา และคางตามทอ น ายาจะเปนตวพาน ามนสวนนไหลกลบคนเขาคอมเพรสเซอรตอไป

ไอน ายารอนจะถกอดเขาคอนเดนเซอร และถกนาทะเลระบายความรอนออก จนกลายเปนน ายาเหลว และ

ไหลผานไสกรองเพอดดความชนและกรองสงสกปรกออกจากน ายาและน ามนเครอง น ายาจะถกดนไปท

วาลวเอกแปนชน (Expansion Valve) ซงจะมรเลกๆ ทปรบขนาดได คอยปลอยใหน ายาผานเขาไประเหยใน

คอยลเยน (Evaporator) ในปรมาณทพอเหมาะทจะระเหยไดหมดพอด กอนทจะถกดดผาน Accumulator

แลวดดเขาคอมเพรสเซอร แลวอดออกตอไป

35

ระบบอดนายาสองชน (Two State)

รปท 2.16 ระบบอดนายาสองชน (Two State)

ระบบอดน ายา 2 ชน (Two Stage) เหมาะสาหรบใชงานหองทเยนจด (ฟรส) อณหภมตงแต -25 C ลง

ไป คอมเพรสเซอรทใช เชน Bitzer รน S6G.2, S6F.2 เปนตน

รปท 2.17 ระบบอดนายาสองชน (Two State)

36

2.5.5 หลกการทางานระบบอดนายา

ทางานเชนเดยวกบระบบอดน ายาชนเดยว (Single Stage)แตเนองจากคอมเพรสเซอรเรมอดน ายา

ตงแตความดนตา ทาใหการอดเพยงครงเดยวไดความดนไมถง ทาใหน ายาไมรอน และไมมแรงดนพอทจะ

ทาใหไอรอนน ายากลนตวกลบมาเปนของเหลว มาใชงานใหมไดอกครง จงตองมการอดน ายาครงท 2 (Stage

2nd) เพอทจะใหน ายาเหลวกลนตวกลบมาใชใหมทคอนเดนเซอร แตเนองจากความดนเรมตนของการอด

ครงทสองอาจสงเกนไป และรอนเกนไป จะเปนอนตรายตอคอมเพรสเซอร จงจาเปนตองม Expansion

Valve ฉดน ายาเขามาผสมกบไอน ายาทอดจาก Stage 1st เพอไมใหไอน ายากอนอด Stage 2nd รอนจดหรอ

แหงเกนไป ขณะเดยวกนเพอปองกนไมใหน ายาเหลวทฉดเขามา มสภาพของเหลวปนอย จงใช Plate Heat

Exchanger เปนตวแลกเปลยนความรอนกบน ายาเหลวทจะจายให Expansion Valve ทคอยลเยน ทาใหน ายา

ทจายไปคอยลเยนมอณหภมลดลง (Sub Cool) ทาใหทาความเยนไดมากขนดวย

2.6 ระบบวาลว

2.6.1 วาลวแบบ สปรงเชควาลว

รปท 2.18 รปของสปรงเชควาลว

37

สปรงเชควาลว คอ วาลวชนดปดกนน าใหไหลผานไดทางเดยว การทางานของวาลวชนดนจะทางานโดย

อตโนมต คอนาจะไหลผานตววาลวนในทศทางทน าไหลเขา แตถาหากมแรงดนของกระแสน าไหลยอนกลบ

ลนทอยภายในจะปดกนน าทนทเพอหยดไมใหนาทกาลงจะไหลยอนกลบ

2.6.2 วาลวแบบ สปรงฟตวาลว

รปท 2.19 รปของสปรงฟตวาลว

สปรงฟตวาลว คอ วาลวกนน าไหลยอนกลบดวยระบบสปรง และยงมตะแกรงเพอดกกรองตะกอนหรอฝ น

ละอองทปนมากบน า กอนจะไหลเขาไปในปมนา และยงสามารถดกและกกเกบนาไวในทอแลวยงชวยยด

อายการใชงานของปมน า สามารถทนแดงดนไดสงถง 14 บาร รองรบการใชงานไดหลากหลาย เชน ถงเกบ

น าใตดน หรอ บอน าเพอการเกษตร เปนตน