การเลือกมอเตอร์เกียร์ AC ที่เหมาะสม: คู่มือขนาดและกำลังไฟฟ้า

ไปที่บล็อกใด ๆ เกี่ยวกับมอเตอร์เกียร์ AC คุณก็จะได้อ่านเรื่องเกี่ยวกับมอเตอร์เกียร์ AC และเพิกเฉยต่อการใช้งานที่สำคัญที่สุดของมอเตอร์เหล่านี้ หัวข้อนี้จะไม่เน้นที่ตัวมอเตอร์ แต่จะเน้นการใช้งานของมอเตอร์ในระบบปรับอากาศ ตัวมอเตอร์เหล่านี้ถือเป็นศูนย์กลางของระบบปรับอากาศเลยทีเดียว สิ่งที่ดีที่สุดคือ มอเตอร์เหล่านี้มีขนาดและกำลังที่เหมาะสม ซึ่งเหมาะกับการใช้งานที่ต้องการประสิทธิภาพการประหยัดพลังงานสูง พร้อมอายุการใช้งานที่ยาวนาน โปรดระลึกไว้เสมอว่าหน่วยทั้งหมดทำงานตามหลักการเดียวกัน หากมอเตอร์เกียร์ไม่ตรงกับหน่วยหรือติดตั้งไม่เหมาะสม ก็อาจทำให้ค่าใช้จ่ายด้านพลังงานสูงขึ้น ความถี่ในการเสียหายของหน่วยเพิ่มมากขึ้น หรือแม้กระทั่งปัญหาร้ายแรงกว่านั้นคือการเกิดภาวะโอเวอร์ฮีต (Overheating)

นี่คือประเด็นหลักที่จะอภิปรายในคู่มือนี้ เราจะพิจารณาองค์ประกอบที่เกี่ยวข้องกับขนาดและกำลังโดยละเอียด เพื่อช่วยให้คุณตัดสินใจได้ว่าแบบใดเหมาะกับความต้องการด้านเครื่องปรับอากาศของคุณที่สุด สำหรับคนส่วนใหญ่ที่กำลังมองหาเครื่องปรับอากาศหรือระบบทำความเย็น การใช้เวลารวมถึงความพยายามในการทำความเข้าใจเกียร์มอเตอร์อย่างลึกซึ้งอาจไม่จำเป็น แต่หนึ่งในสิบของผู้คนอาจให้ความสำคัญกับการประหยัดพลังงานเป็นพิเศษ และต้องการข้อมูลเชิงลึกในรายละเอียดเหล่านี้

โดยเริ่มต้น เมื่อเลือกใช้มอเตอร์เกียร์ AC สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่ามอเตอร์ AC นั้นจะถูกนำไปใช้งานในระบบใด ซึ่งแต่ละระบบของเครื่องปรับอากาศก็มีมอเตอร์ที่ทำหน้าที่เฉพาะ บางตัวใช้ขับพัดลมเป่าลมเพื่อหมุนเวียนอากาศ บางตัวใช้ขับพัดลมคอนเดนเซอร์เพื่อระบายความร้อน หรือขับมอเตอร์ควบคุมแผ่นบังคับลมเพื่อปรับทิศทางการไหลของอากาศ หรือขับมอเตอร์คอมเพรสเซอร์ในบางรุ่น แต่ละหน้าที่มีข้อกำหนดแตกต่างกัน เช่น พัดลมเป่าลมต้องการแรงบิดและรอบคงที่ ในขณะที่พัดลมคอนเดนเซอร์ต้องทำงานภายใต้อุณหภูมิภายนอกที่รุนแรง นอกจากนี้ยังต้องพิจารณาสภาวะแวดล้อมในการใช้งานด้วย เนื่องจากมอเตอร์ภายในอาคารจะได้รับผลกระทบจากสภาพอากาศน้อยกว่า ในขณะที่มอเตอร์ภายนอกอาคารจะต้องทนต่อความชื้น ฝุ่น และอุณหภูมิที่รุนแรง การรู้รายละเอียดเหล่านี้จะช่วยให้สามารถกำหนดข้อกำหนดด้านกำลังไฟฟ้าและขนาดของมอเตอร์ได้อย่างเหมาะสม

แรงบิดคือปริมาณแรงที่ใช้หมุนเพลาของมอเตอร์เพื่อขับเคลื่อนเครื่องปรับอากาศ ซึ่งเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญในการเลือกขนาดมอเตอร์ มอเตอร์จะหยุดทำงานหากแรงบิดไม่เพียงพอ ในทางตรงกันข้าม หากแรงบิดมากเกินไปจะทำให้พลังงานสูญเปล่า ในการคำนวณแรงบิด จำเป็นต้องทราบแรงที่กระทำต่อโหลด ซึ่งเป็นแรงต้านทานของชิ้นส่วน (ในกรณีของพัดลมคือแรงต้านอากาศ) และรัศมีของเพลาที่มอเตอร์ใช้รับแรงดังกล่าว แรงบิด = แรงที่กระทำต่อโหลด × รัศมีของเพลา ตัวอย่างเช่น หากเพลาของพัดลมมีรัศมี 2 นิ้ว และแรงที่กระทำต่อโหลดคือ 10 ปอนด์ แรงบิดจะเท่ากับ 20 ปอนด์-นิ้ว (lb-in) ส่วนชิ้นส่วนที่ซับซ้อนขึ้น เช่น แวกเกต (damper) จะต้องศึกษาจากแผ่นข้อมูลเทคนิคของชิ้นส่วนนั้นเพื่อหาแรงบิดที่แนะนำ

กำลังไฟฟ้าถูกระบุเป็นหน่วยวัตต์ (W) หรือแรงม้า (HP) และเกี่ยวข้องกับปริมาณพลังงานที่มอเตอร์ต้องใช้เพื่อสร้างแรงบิดที่กำหนดไว้ให้ได้ความเร็วที่กำหนด ความสัมพันธ์ระหว่างกำลังกับแรงบิดและความเร็ว (RPM) คือสิ่งที่สำคัญ กำลังของใบมีดในหน่วยวัตต์สำหรับมอเตอร์สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้ กำลังใบมีด (W) = (แรงบิด (N·m) x ความเร็ว (RPM) x π) ÷ 60 โดยข้อควรรู้เพิ่มเติม 1 HP ในหน่วยอิมพีเรียลเท่ากับ 746 W ตัวอย่างเช่น มอเตอร์ที่ต้องการให้ได้ 1500 RPM ที่แรงบิด 10 N·m จะต้องใช้กำลังประมาณ 2.1 HP หรือ 1570 W การคำนวณเหล่านี้ใช้ได้กับมอเตอร์โรตารีแบบอินไลน์ ไม่มีใครอยากเผชิญกับสถานการณ์ที่ไม่คาดคิดโดยไม่เตรียมตัว ด้วยเหตุนี้ การเผื่อกำลังไว้เกินจากความต้องการจริงประมาณ 10 - 15% จึงเป็นสิ่งที่เป็นประโยชน์ในกรณีที่มีภาระเพิ่มขึ้นแบบไม่คาดคิด เช่น การเพิ่มขึ้นของความต้านทานชั่วคราว หรือฝุ่นที่เกาะบนใบพัด

ขนาดมอเตอร์บ่งชี้ถึงขนาดทางกายภาพของมอเตอร์ เช่น ความยาวและเส้นผ่านศูนย์กลาง รวมถึงขนาดของเพลา มอเตอร์ ตลอดจนขนาดทางไฟฟ้าที่เกี่ยวข้อง เช่น หมายเลขเฟรม ซึ่งมีมาตรฐานตามอุตสาหกรรม เช่น มาตรฐาน NEMA ในอเมริกาเหนือ และ IEC ในส่วนอื่น ๆ ของโลก เป็นต้น ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ขนาดทางกายภาพจำเป็นต้องสอดคล้องกับพื้นที่ที่จัดสรรไว้ในหน่วยปรับอากาศ (AC unit) จำเป็นต้องตรวจสอบขนาดของมอเตอร์และเส้นผ่านศูนย์กลางเพลาที่เสนอโดยอ้างอิงจากข้อกำหนดด้านการออกแบบระบบปรับอากาศ เนื่องจากสิ่งเหล่านี้คือขนาดที่ระบบกำหนดให้เส้นผ่านศูนย์กลางเพลาและขนาดมอเตอร์ควรจะเป็น มอเตอร์ที่มีขนาดใหญ่เกินไปก็เป็นปัญหาเช่นเดียวกัน เลขเฟรม เช่น NEMA 56, IEC 112 จะต้องเข้ากันได้กับตัวยึดและข้อต่อต่าง ๆ กล่าวคือ มอเตอร์เฟรม NEMA 56 จะมาพร้อมกับความสูงของเพลาและรูปแบบของสลักเกลียวที่ใช้มาตรฐานเดียวกันกับเครื่องเป่าลมของเครื่องปรับอากาศในบ้านเรือนหลายรุ่น หากไม่ได้ตรวจสอบระยะห่างให้ถูกต้อง ความผิดปกติของเฟรมและข้อบกพร่องของระยะห่างต่าง ๆ อาจส่งผลให้เกิดความไม่มั่นคงได้

การใช้มอเตอร์ AC ในเกียร์มอเตอร์เป็นการเพิ่มกล่องเกียร์เข้าไปในมอเตอร์ เพื่อจุดประสงค์ในการเปลี่ยนค่าความเร็วและแรงบิดของมอเตอร์ โดยใช้อัตราทดเกียร์ในการปรับขนาดความเร็วที่ป้อนเข้าไปให้เป็นความเร็วที่ได้จากทางออก ผู้ใช้สามารถคำนวณหาค่าการลดความเร็วโดยรวมของมอเตอร์และแรงบิดที่เพิ่มขึ้นได้ หากอัตราทดเกียร์อยู่ที่ 10 ต่อ 1 ความเร็วทางออกจะอยู่ที่ 180 รอบต่อนาที พร้อมกับแรงบิดที่ถูกคูณด้วย 10 ในขณะที่มอเตอร์ยังคงทำงานที่ 1800 รอบต่อนาที อัตราทดที่มีค่าสูงกว่าจะให้ความเร็วทางออกที่ต่ำลง ดังนั้นจึงให้แรงบิดที่สูงขึ้น ซึ่งเหมาะมากสำหรับการใช้งานที่ต้องแบกรับน้ำหนักมาก เช่น พัดลมคอนเดนเซอร์ขนาดใหญ่ ในทางกลับกัน อัตราทดที่มีค่าต่ำกว่าจะเหมาะกับการใช้งานที่ต้องการความเร็วสูงและแรงบิดต่ำ เช่น พัดลมเป่าลมขนาดเล็ก ทั้งหมดนี้แสดงให้เห็นว่าทำไมอัตราทดเกียร์จึงต้องสอดคล้องกับความเร็วที่จำเป็นสำหรับชิ้นส่วนที่ใช้งาน ในการยืนยันให้แน่ใจ สามารถดูข้อมูลจำเพาะของชิ้นส่วน AC และใช้ค่าความเร็วที่แนะนำสำหรับการทำงานที่เหมาะสมที่สุด

ต้นทุนในการดำเนินงานสำหรับมอเตอร์เกียร์ AC ถูกจัดประเภทตามสิ่งที่ใช้เป็นชิ้นส่วนหลัก ในขณะที่มอเตอร์เกรด E ที่เหลืออยู่ถูกจัดอยู่ใน IE1, IE2, IE3 และ IE4 ตามลำดับมาตรฐาน ซึ่งทำให้มอเตอร์มีประสิทธิภาพที่ 1 มาตรฐาน, 2 สูง, 3 พิเศษ และ 4 พิเศษสูงสุด ตามลำดับ มอเตอร์ที่จัดอยู่ใน IE3 มีแนวโน้มที่จะใช้พลังงานน้อยลง 10% เมื่อเทียบกับมาตรฐานต่ำกว่าปกติ จึงช่วยประหยัดพลังงานสำหรับผลลัพธ์ที่สูงขึ้น มอเตอร์ประสิทธิภาพสูงมีความคุ้มค่ามากกว่า เนื่องจากค่าใช้จ่ายจะถูกชดเชยผ่านระบบ AC ในระยะยาว โดยเฉพาะเมื่อใช้งานในสถานประกอบการเชิงพาณิชย์ ระเบียบข้อกำหนดของประเทศต่างๆ จะกำหนดให้ใช้มอเตอร์ที่ได้รับการรับรองจาก ENERGY และกลุ่มประหยัดพลังงานอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกัน

ระบบจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ต้องมีความเข้ากันได้กับระบบของมอเตอร์เอง ดังนั้น โปรดตรวจสอบให้แน่ใจว่าแรงดันไฟฟ้าของมอเตอร์ (110, 220, 380) และเฟสที่ต้องการ (บ้านพักอาศัยคือแบบเฟสเดียว และเชิงพาณิชย์คือแบบสามเฟส) สอดคล้องกับแหล่งจ่ายไฟที่มีอยู่ การใช้มอเตอร์ไฟฟ้าที่มีแรงดันไม่ถูกต้อง หากไม่ตรวจสอบให้ถูกต้อง จะทำให้มอเตอร์เสียหายทันที หรือลดประสิทธิภาพการผลิตงานลง ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับความน่าเชื่อถือของมอเตอร์รวมถึงชั้นฉนวน (B, F, H) และชั้นของมอเตอร์เอง ซึ่งจะกำหนดความสามารถของมอเตอร์ในการทนความร้อน ชั้นฉนวนแบบ F เป็นชั้นที่ได้รับความนิยมมากที่สุดสำหรับการใช้งานในระบบ AC โดยมีอุณหภูมิสูงสุดที่ 155°C นอกจากนี้ ยังมีการรับประกันของมอเตอร์ซึ่งสะท้อนถึงความน่าเชื่อถือ โดยทั่วไปการรับประกันมอเตอร์ที่ยาวนานกว่า (สองถึงห้าปี) พร้อมบริการหลังการขายที่ดีกว่า จะช่วยลดความเสี่ยงจากความล้มเหลวที่ไม่คาดคิด ซึ่งเป็นสิ่งที่แบรนด์ที่มีชื่อเสียงสามารถมอบให้ได้

เหมือนเช่นทุกครั้ง โปรดทบทวนข้อมูลจำเพาะของผู้ผลิต ปรับสมดุลโหลดของอุปกรณ์ที่ขับเคลื่อน และตรวจสอบคุณสมบัติการควบคุมความเร็วของมอเตอร์ ระบบซึ่งมีกำลังสูงเกินความต้องการของกระบวนการหรือระบบ จะต้องมีการปรับสมดุลแรงดันไฮดรอลิกหรือแรงดันลมให้เหมาะสมร่วมกับกลไกแบบโทรอยด์ (toroidal mechanism) อย่างระมัดระวัง การประเมินราคาและระยะเวลาจากผู้ผลิตในส่วนของการประกอบและจัดการมอเตอร์ จะช่วยในการเลือกมอเตอร์ที่มีความพร้อมใช้งานสูง ในกรณีที่มอเตอร์ต้องถูกติดตั้งรวมกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบ asynchronous ที่ป้อนไฟฟ้าสองทาง (doubly-fed) ควรขอความช่วยเหลือจากผู้เชี่ยวชาญ เพื่อให้การซิงโครไนซ์กับอุปกรณ์ที่หมุนดำเนินไปได้อย่างสมบูรณ์แบบ