มอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอกคืออะไร และทำงานอย่างไร

มอเตอร์ไฟฟ้า คือเครื่องจักรที่แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล มอเตอร์เหล่านี้มีโครงสร้างเรียบง่าย ใช้งานง่าย ต้นทุนต่ำ ประสิทธิภาพสูง บำรุงรักษาน้อย และเชื่อถือได้ มอเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟสเป็นมอเตอร์ประเภทหนึ่งที่แตกต่างจากมอเตอร์ไฟฟ้าประเภทอื่น ความแตกต่างหลักคือไม่มีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าจากขดลวดโรเตอร์ไปยังแหล่งจ่ายไฟใดๆ กระแสและแรงดันที่ต้องการในวงจรโรเตอร์ได้มาจากการเหนี่ยวนำจากขดลวดสเตเตอร์ นี่คือเหตุผลที่เรียกว่ามอเตอร์เหนี่ยวนำ บทความนี้จะกล่าวถึงมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอก ซึ่งเป็นหนึ่งในประเภทของมอเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟส

มอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอกคืออะไร?

คำจำกัดความ: มอเตอร์กรงกระรอกเป็นมอเตอร์เหนี่ยวนำชนิดหนึ่ง โดยอาศัยหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในการสร้างการเคลื่อนที่ เนื่องจากเพลาส่งกำลังเชื่อมต่อกับส่วนประกอบภายในของโรเตอร์ซึ่งมีลักษณะคล้ายกรง จึงเรียกว่ามอเตอร์กรงกระรอก ฝาปิดปลายทั้งสองข้างซึ่งมีรูปทรงกลมจะเชื่อมต่อกันด้วยแท่งโรเตอร์ ส่วนประกอบเหล่านี้จะทำงานโดยอาศัยแรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF) ที่สร้างขึ้นโดยสเตเตอร์ แรงเคลื่อนไฟฟ้านี้ยังถูกสร้างขึ้นในตัวเรือนภายนอกที่ทำจากแผ่นโลหะเคลือบและขดลวด ส่วนประกอบหลักสองส่วนของมอเตอร์เหนี่ยวนำทุกชนิดคือสเตเตอร์และโรเตอร์ มอเตอร์กรงกระรอกเป็นวิธีการง่ายๆ ในการสร้างผลกระทบจากการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ภาพด้านล่างแสดงมอเตอร์เหนี่ยวนำกรงกระรอก 4 ขั้ว

หลักการทำงานของมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอก

หลักการทำงานของมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกระรอกนั้นอาศัยหลักการของแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อขดลวดสเตเตอร์ได้รับกระแสสลับสามเฟส จะเกิดสนามแม่เหล็กหมุน (RMF) ซึ่งมีความเร็วเรียกว่าความเร็วซิงโครนัส สนามแม่เหล็กหมุนนี้ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำในแท่งโรเตอร์ ส่งผลให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน และเนื่องจากกระแสไฟฟ้าในโรเตอร์นี้เอง ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กในตัวเองขึ้น ซึ่งจะไปมีปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กในสเตเตอร์ ตามหลักการแล้ว สนามแม่เหล็กในโรเตอร์จะเริ่มต้านทานแรงหมุน เมื่อสนามแม่เหล็กหมุนจับโมเมนต์ของโรเตอร์ได้ กระแสไฟฟ้าในโรเตอร์จะลดลงเหลือศูนย์ และจะไม่มีโมเมนต์สัมพัทธ์ระหว่างโรเตอร์กับสนามแม่เหล็กหมุนอีกต่อไป

ดังนั้น แรงสัมผัสที่กระทำต่อโรเตอร์จึงเป็นศูนย์และลดลงชั่วขณะหนึ่ง หลังจากที่โมเมนต์ของโรเตอร์ลดลง กระแสโรเตอร์จะถูกเหนี่ยวนำขึ้นอีกครั้งโดยการสร้างการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่าง RMF และโรเตอร์ขึ้นมาใหม่ ดังนั้น แรงสัมผัสที่กระทำต่อโรเตอร์สำหรับการหมุนจึงกลับคืนมาและเริ่มหมุนตาม RMF ในกรณีนี้ โรเตอร์จะรักษาความเร็วคงที่ ซึ่งน้อยกว่าความเร็วของ RMF และความเร็วซิงโครนัส ในที่นี้ ความแตกต่างระหว่างความเร็วของ RMF และโรเตอร์จะวัดได้ในรูปของสลิป ความถี่สุดท้ายของโรเตอร์สามารถหาได้จากการคูณสลิปกับความถี่ของแหล่งจ่ายไฟ

โครงสร้างมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอก

ชิ้นส่วนที่จำเป็นสำหรับการสร้างมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอก ได้แก่ สเตเตอร์ โรเตอร์ พัดลม และแบริ่ง สเตเตอร์ประกอบด้วยขดลวดสามเฟสที่ทำมุมกัน 120 องศาทางกลและทางไฟฟ้า โดยมีตัวเรือนและแกนเป็นโลหะ เพื่อให้กระแสไฟฟ้าสลับสามารถไหลผ่านได้อย่างมีความต้านทานแม่เหล็กต่ำ ขดลวดจึงถูกติดตั้งบนแกนเหล็กเคลือบ

โรเตอร์ทำหน้าที่แปลงพลังงานไฟฟ้าที่ป้อนเข้าไปให้เป็นพลังงานกล ส่วนประกอบของโรเตอร์ได้แก่ เพลา แกน และแท่งทองแดงลัดวงจร เพื่อหลีกเลี่ยงปรากฏการณ์ฮิสเทอรีซิสและกระแสไหลวนที่ทำให้เกิดการสูญเสียพลังงาน โรเตอร์จึงถูกขึ้นรูปเป็นแผ่นบางๆ และเพื่อป้องกันการกระตุก ตัวนำจึงถูกวางในแนวเฉียง ซึ่งช่วยให้ได้อัตราส่วนการแปลงพลังงานที่ดีด้วย

พัดลมที่ติดตั้งอยู่ด้านหลังใบพัดเพื่อระบายความร้อนช่วยรักษาอุณหภูมิของมอเตอร์ให้อยู่ในระดับที่กำหนด และเพื่อให้การหมุนเป็นไปอย่างราบรื่น จึงมีการติดตั้งตลับลูกปืนไว้ในมอเตอร์ด้วย

ความแตกต่างระหว่างมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอกและมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบวงแหวนสลิป

ข้อดี

ข้อดีของมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอก ได้แก่ ดังต่อไปนี้

โครงสร้างเรียบง่ายและทนทาน

ต้นทุนเริ่มต้นและค่าบำรุงรักษาต่ำ

รักษาความเร็วให้คงที่

ความสามารถในการรับภาระเกินพิกัดสูง

การจัดเตรียมเริ่มต้นแบบง่ายๆ

ค่าตัวประกอบกำลังสูง

การสูญเสียทองแดงในโรเตอร์ต่ำ

ประสิทธิภาพสูง

ข้อเสีย

ข้อเสียของมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอกมีดังต่อไปนี้

มอเตอร์

กระแสเริ่มต้นสูง

ไวต่อการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้ามาก

ค่าตัวประกอบกำลังต่ำเมื่อโหลดเบา

การควบคุมความเร็วเป็นเรื่องยากมาก

แรงบิดเริ่มต้นต่ำมากเนื่องจากความต้านทานของโรเตอร์ต่ำ