มอเตอร์ไฟฟ้าควรที่จะทำงานได้อย่างต่อเนื่องและมีประสิทธิภาพ ในเมื่อยังไม่ถึงเวลาที่ต้องเปลี่ยนใหม่ หรือหมดอายุการใช้งาน แต่ทั้งนี้ อะไรเป็นสาเหตุที่ทำให้เราต้องซ่อมมอเตอร์ไฟฟ้าอยู่บ่อย ๆ หรือต้องเปลี่ยนมอเตอร์ตัวใหม่มาแทนก่อนเวลาอันควร ?

หลาย ๆ คนยังไม่แน่ใจ ว่าอะไรบ้างที่ส่งผลต่อความเสียหายกับตัวมอเตอร์ไฟฟ้า ทำให้การป้องกันความเสียหายทำได้ไม่ดีเพียงพอ สาเหตุบางอย่างเช่น ความร้อนในบริเวณที่ติดตั้งมอเตอร์, ความชื้นในอากาศ, ระบบการหล่อลื่นที่ไม่เหมาะสม, แรงดันไฟฟ้าที่ป้อนให้มอเตอร์ผิดปกติ รวมทั้งสภาวะที่ผิดปกติของโหลดที่ต่ออยู่กับมอเตอร์ ปัจจัยต่าง ๆ เหล่านี้ส่งผลต่ออายุการใช้งานของมอเตอร์ได้เช่นเดียวกับสาเหตุอื่น ๆ ที่เราเคยทราบกันเป็นอย่างดีอยู่แล้ว

สาเหตุที่ทำให้มอเตอร์ไฟฟ้าเสียหาย

ในขณะที่มอเตอร์ไฟฟ้ากำลังทำงานอยู่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการทำงานต่อเนื่องเป็นเวลายาวนาน ขดลวดทองแดงในตัวมอเตอร์จะมีความร้อนสูง และความร้อนจะถ่ายเทมายังตัวโครงของมอเตอร์ด้วย อย่างไรก็ตาม การออกแบบสร้างมอเตอร์ได้มีการคำนึงถึงปัญหาด้านความร้อนเอาไว้ด้วยแล้ว โดยกำหนดเป็นมาตรฐานเอาไว้ กล่าวคือมาตรฐานระดับความหนาของชั้นฉนวนที่เคลือบขดลวดทองแดง แต่หากความร้อนสูงกว่าพิกัดที่กำหนดไว้ ความสามารถในการเป็นฉนวนก็จะเสื่อมลง อุณหภูมิที่สูงขึ้นยังอาจทำให้จาระบีละลาย หรือเกิดเบรกดาวน์ในน้ำมัน เป็นสาเหตุให้ตลับลูกปืนมอเตอร์ชำรุดได้ในทันที

จากที่กล่าวมาข้างต้นนี้ก็ถือเป็นสาเหตุแรกที่ทำให้มอเตอร์ไฟฟ้าเสียหายได้ ซึ่งก็คืออุณหภูมิสูงนั่นเอง และโดยหลักการแล้วอุณหภูมิสูงผิดปกติเกิดขึ้นได้จากสาเหตุดังต่อไปนี้

-  การขับโหลดเกินพิกัดที่ทำได้ (Overloading)

-  การสตาร์ทมอเตอร์บ่อยเกินไป

-  อุณหภูมิของอากาศโดยรอบมีค่าสูง

-  แรงดันอินพุตต่ำ หรือเกิดสภาวะแรงดันไม่สมดุล

-  การเดินเครื่องมอเตอร์ต่อเนื่องเป็นเวลานาน ๆ

-  การระบายอากาศไม่ดีพอ

นอกจากความร้อนแล้ว สาเหตุต่อไปก็คือ ความชื้นในอากาศ (Humidity) ซึ่งผู้เขียนเชื่อว่าหลาย ๆ คนยังไม่เคยคาดคิดว่าจะส่งผลต่อการเสียของมอเตอร์ แต่ถ้าเรามาลองคิดดูว่า หากมอเตอร์ไม่ได้ใช้งานเป็นเวลานาน และถูกจัดเก็บไว้ในห้องที่มีความชื้นสูง ความชื้นจะทำลายคุณสมบัติการเป็นฉนวนของวานิช รวมทั้งวัสดุฉนวนอื่น ๆ ในตัวมอเตอร์ นอกจากนี้ความชื้นก็อาจทำให้ตลับลูกปืนเสียหายได้ ทั้งนี้หากว่าหยดน้ำเข้าไปผสมกับอนุภาคของฝุ่นผงสกปรกที่ปลิวอยู่ในอากาศ ยังอาจสร้างปัญหาเกี่ยวกับคุณสมบัติการนำไฟฟ้าได้อีกด้วย

เมื่อรู้ถึงปัญหาจากความชื้นแล้ว การจัดเก็บมอเตอร์ไฟฟ้าที่ยังไม่ได้ใช้งานก็ควรให้ความสนใจเรื่องของความชื้นในอากาศด้วยก็จะเป็นการดี อย่างไรก็ตามหากมีมอเตอร์ที่เคยเก็บไว้ในห้องที่มีความชื้นสูงเป็นเวลานาน ๆ ก็ควรเดินเครื่องเปล่าเป็นเวลาสัก 1-2 ชั่วโมง ก่อนที่จะนำไปขับโหลด ทั้งนี้เพื่อเป็นการอุ่นเครื่อง และไล่ความชื้นต่าง ๆ ออกไป หรือถ้าจะให้แน่ใจก็อาจใช้เมกะ โอห์ม มิเตอร์ตรวจสอบค่าความต้านทานของฉนวนด้วยก็จะเป็นการดี

การหล่อลื่นที่ไม่เหมาะสม ถือได้ว่าเป็นอีกสาเหตุ หนึ่ง ที่อาจจะทำให้มอเตอร์เสียหายได้ โดยเกิดจากการใช้จาระบีเพื่อหล่อลื่นในส่วนเคลื่อนที่ของเครื่องจักร หรือเพลาที่ต่ออยู่กับมอเตอร์ แต่เชื่อหรือไม่ว่า จาระบีมักจะสร้างปัญหาให้กับมอเตอร์มากกว่าจะเป็นข้อดี ทั้งนี้ก็เพราะจารบีจะเป็นตัวนำเอาสิ่งสกปรกเข้าไปในตลับลูกปืนของมอเตอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าฝุ่นผงโลหะเกาะติดอยู่ในจารบี ก็จะทำให้ระบบหล่อลื่นการหมุนของมอเตอร์เสียหายได้ ซึ่งจาระบีที่ใช้ในอุตสาหกรรม มีหลายประเภทซึ่งผลิตมาจากสารประกอบต่างชนิดกัน การใช้งานจาระบีจะต้องไม่ใช้ปะปนกันหลายประเภท เพราะบางประเภทหากปะปนกันจะลดคุณสมบัติการหล่อลื่น ยกตัวอย่างเช่น จาระบีที่ทำจากสารแบเรียม (Barium) จะมีคุณสมบัติที่ไม่เข้ากันกับจาระบีที่ทำจากสารประกอบแคลเซียม (Calcium) หรือจาระบีที่ทำจากสารประกอบโพลียูเรีย จะไม่เข้ากันกับจาระบีประเภทใดเลย เป็นต้น

ปัญหาเกี่ยวกับระบบการหล่อลื่นที่ไม่เหมาะสมสามารถป้องกันได้ โดยทำความเข้าใจว่ามอเตอร์ไฟฟ้าแต่ละประเภท แต่ละผู้ผลิตนั้นต่างมีข้อกำหนดในการนำเอาระบบหล่อลื่นมาใส่ในมอเตอร์ ที่แตกต่างกัน หรือถ้าจะนำเอาระบบหล่อลื่นเดิมออกไปก็ควรติดต่อกับบริษัทผู้ผลิตมอเตอร์ และผู้ผลิตตลับลูกปืน จะช่วยลดปัญหาในส่วนนี้ได้

แรงดันไฟฟ้าผิดปกติ ความผิดปกติของสัญญาณไฟฟ้ามักจะทำให้เกิดปัญหากับอุปกรณ์ไฟฟ้าได้เสมอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเกิดกับมอเตอร์ไฟฟ้า ทั้งนี้ไม่ว่าจะเป็นระบบไฟฟ้า 1 เฟส หรือ 3 เฟส กำลังไฟฟ้าในอุดมคติควรจะมีลักษณะเป็นสัญญาณรูปคลื่นไซน์ (Sine Wave) ในแต่ละเฟสที่พิกัดแรงดัน และพิกัดความถี่ไฟฟ้า ในหัวข้อของสาเหตุอันเนื่องมาจากความผิดปกติของแรงดันไฟที่ป้อนให้มอเตอร์นี้อาจเกิดขึ้นได้หลายลักษณะดังนี้

ฮาร์มอนิก (Harmonic)

เป็นความผิดปกติในเรื่องของความถี่ปะปนอยู่ในระบบ ซึ่งไม่ใช่ความถี่พื้นฐาน (Fundamental Frequency) และแต่ละฮาร์มอนิกส์จะทำให้มอเตอร์ไฟฟ้ามีความร้อนสูง และประสิทธิภาพการทำงานลดลง

แรงดันเกินพิกัด (Over Voltage)

แรงดันเกินพิกัดเพียงเล็ก น้อย อาจไม่ส่งผลให้มอเตอร์เสียหาย แต่จะทำให้ประสิทธิภาพการทำงาน และค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ลดลง ทั้งนี้ตามมาตรฐานของ NEMA (The National Electric Manufacturer’s Association: ) กำหนดไว้ไม่เกิน 110% ของค่าพิกัด

แรงดันต่ำกว่าพิกัด(Under Voltage)

เมื่อแรงดันที่ป้อนให้มอเตอร์ต่ำกว่าปกติ ย่อมส่งผลให้กระแสไฟฟ้าในมอเตอร์สูงขึ้น และสูงมากจนทำให้ขดลวดทองแดงร้อนขึ้น ดังนั้นเองประสิทธิภาพการทำงานของมอเตอร์จะลดลง ทั้งนี้ NEMA กำหนดไว้ว่าไม่ควรต่ำกว่า 90% ของพิกัด

แรงดันไม่สมดุล (Voltage Unbalance)

รูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าในแต่ละเฟสไม่สมดุล เป็นสาเหตุให้มอเตอร์ไฟฟ้าร้อน และลดประสิทธิภาพการทำงานลง ทั้งนี้ NEMA กำหนดไว้ว่ามอเตอร์ไฟฟ้าไม่ควรต่ออยู่กับระบบที่เกิดแรงดันไม่สมดุลเกิน 5%

 แรงดันพุ่ง(Voltage  Spikes)

หรือแรงดันสูงชั่วขณะ เกิดจากการสับสวิตซ์ของอุปกรณ์ หรือวงจรประเภทตัวเก็บประจุ ถูกตัด/ต่อเข้าในวงจรไฟฟ้าหลัก หรือเกิดจากสัญญาณรบกวนจากระบบแสงสว่าง หรือเกิดคลื่นแทรกจากเสาส่งไฟฟ้าแรงสูง ลักษณะของแรงดันพุ่ง จะเป็นแรงดันสูงมากในช่วงเวลาสั้น ๆ เป็นผลให้เกิดการลัดวงจรระหว่างรอบของขดลวดในมอเตอร์ (Turn-to-Turn) กรณีนี้เองจะทำให้มอเตอร์เสียหายได้

แรงดันมีความถี่ต่ำกว่าปกติ             

หากความถี่ของแรงดันไฟป้อนมอเตอร์ต่ำกว่าปกติจะส่งผลโดยตรงต่อแรงบิดของมอเตอร์

สิ่งสกปรกในตัวมอเตอร์ (Contamination) สิ่งสกปรก หรือฝุ่นผง อาจไม่ได้มาจากภายนอกตัวมอเตอร์เท่านั้น เพราะสิ่งสกปรกที่ทำความเสียหายให้กับมอเตอร์อาจมาจาก ความสึกหรอซึ่งเกิดจากการเสียดสีในตัวมอเตอร์, สนิมกัดกร่อนในตัวมอเตอร์ และเกิดจากความร้อนสูงภายใน

             รูปที่ 2 แสดงการทำความสะอาดขดลวดมอเตอร์ด้วยการพ่น Dry Ice และภาพล่าง หลังจากการทำความสะอาดแล้ว

อนุภาคของสิ่งสกปรกที่ลอยอยู่ในอากาศ มีความสามารถเป็นตัวกัดเซาะ ดังนั้นในขณะที่มอเตอร์ทำงานอยู่ อากาศที่ไหลเวียนในตัวมอเตอร์จะนำพาเอาอนุภาคกัดเซาะไปกัดกินชั้นของวานิชที่เคลือบลวดทองแดง โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าเป็นอนุภาคประเภทเกลือ หรือถ่านหิน ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นตัวนำไฟฟ้า จะทำให้คุณสมบัติของฉนวนเสื่อมลง และหากมีความชื้นมาเกี่ยวข้องด้วยก็จะทำให้เกิดการสะสมของชั้นฝุ่นสกปรก ทำให้ระบบการระบายความร้อนในตัวมอเตอร์ทำได้ไม่ดี และนำไปสู่ปัญหาเรื่องของความร้อนสูงได้ต่อไป

ภาระทางกลของมอเตอร์ผิดปกติ สภาวะทางกลที่ผิดปกติ เกิดได้จากหลายสาเหตุ และเกิดในหลายลักษณะ แต่ทั้งนี้ส่วนใหญ่จะเป็นความเครียดที่เกิดกับตลับลูกปืน ซึงนำไปสู่การทำให้เกิดความไม่สมดุลของเพลามอเตอร์ หรือหากตัวโครงของมอเตอร์ถู กบ ิดจะทำให้เกิดเสียงครางในขณะหมุน นอกจากนี้หากเกิดการบิดเบี้ยวของแกนโรเตอร์ หรือตลับลูกปืน จะทำให้ช่องว่างอากาศ (Air Gap) เกิดไม่สมมาตร ส่งผลให้ขดลวดเกิดความร้อนสูง ดังนั้นแล้วสภาวะที่เราควรหลีกเลี่ยงไม่ให้เกิดขึ้นก็คือ

-  การเชื่อมต่อเพลาขับโหลดที่ไม่ได้ศูนย์ (Misaligned Coupling)

-  การรัดสายพานระหว่างเพลาที่ตึงเกินไป

-  การยึดตัวมอเตอร์ติดกับฐานวางไม่มั่นคง หรือไม่ได้สมดุล

-  การเลือกใช้ตลับลูกปืนไม่เหมาะกับงาน เป็นต้น

 ซ่อมหรือเปลี่ยน ถ้ามอเตอร์เสีย?

จากที่ได้กล่าวถึงสาเหตุหลาย ๆ อย่างที่ทำให้มอเตอร์เสียไปแล้ว ในหัวข้อนี้จะขอกล่าวถึงหลักการเบื้องต้น สำหรับช่วยการพิจารณาว่าเราควรจะซ่อมมอเตอร์ที่เสีย หรือควรเปลี่ยนเป็นมอเตอร์ตัวใหม่ดี คำตอบที่ว่าจะซ่อม หรือจะเปลี่ยนตัวใหม่ดีนั้น วิศวกรไฟฟ้าอาจตัดสินใจจากการพิจารณาว่าค่าซ่อมนั้นถูกกว่าการซื้อมอเตอร์ตัวใหม่ จะอย่างไรก็ตามกับปัญหานี้ ผู้เขียนมีข้อพิจารณามาฝากเพื่อช่วยการตัดสินใจดังนี้

-  ต้นทุนค่าใช้จ่ายเริ่มต้นของการซ่อม และต้นทุนของการซื้อใหม่

-  ประสิทธิภาพที่จะกลับมาของมอเตอร์ที่ซ่อม กับประสิทธิภาพของมอเตอร์ตัวใหม่

-  ความสามารถในการหามอเตอร์ตัวใหม่มาทดแทนตัวเก่าได้

-  มูลค่าซาก (Salvage Value) ของมอเตอร์ตัวเก่า

-  เวลาที่ต้องเสียไปในการรอซ่อมมอเตอร์ที่เสีย

นอกจากนี้แล้วยังมีสูตรคำนวณเบื้องต้นเกี่ยวกับการประหยัดพลังงานต่อปีจากการเปลี่ยนไปใช้มอเตอร์ตัวใหม่ แทนการซ่อม ดังนี้

kW (ที่ประหยัดได้) = hp x L x 0.746 x (1/Eex–1/En)

โดยที่      hp            =    แรงม้าที่เนมเพลต (Name Plate) ของมอเตอร์    

และ มูลค่าที่การประหยัดค่าพลังงานไฟฟ้าต่อปี = (kW ที่ประหยัดได้ x 12 x Demand Charge ต่อเดือน) + (kW ที่ประหยัดได้ x ชั่วโมงการทำงานต่อปี x kWhr ที่พิกัด)

นอกจากสูตรคำนวณที่แสดงไว้ข้างต้นนี้แล้ว ปัจจุบันมีซอฟต์แวร์ความสามารถสูงที่จะช่วยเราคำนวณ เพื่อเปรียบเทียบระหว่างการซ่อม หรือเปลี่ยนมอเตอร์ตัวใหม่ว่าอย่างไหนจะเหมาะสมกับความต้องการมากที่สุด ซอฟต์แวร์ดังกล่าวชื่อว่า MotorMaster+ ผู้ที่สนใจสามารถเข้าไปดูข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่ www.motor.doe.gov

.

เอกสารอ้างอิง

Motor Repair Tech Brief, Office of Industrial Technologies, energy efficiency and Renewable: US Department of Energy