สืบเนื่องจากระบบหน่วยวัดทางด้านงานวิศวกรรมที่ใช้ รวมทั้งระบบไฟฟ้าในโลกนี้สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ระบบใหญ่ ๆ คือ NEMA Standard ซึ่งส่วนใหญ่จะใช้ในประเทศอเมริกา หรือละตินอเมริกา รวมทั้งบางประเทศ ที่เป็นเมืองขึ้นในเครือจักรภพอังกฤษ เช่นประเทศออสเตรเลีย (โชคดีที่เมืองไทยไม่ได้เป็นเมืองขึ้น) เช่น หน่วยวัดระยะเป็นนิ้ว ฟุต หลา ไมล์ อุณหภูมิเป็นองศาฟาเรนไฮน์ น้ำหนักเป็นปอนด์ ส่วนอีกระบบ หนึ่ง คือ IEC หรือ SI unit ส่วนใหญ่จะเป็นประเทศยุโรป เอเชีย และประเทศอื่น ๆ รวมทั้งประเทศไทย เช่น หน่วยวัดระยะเป็นมิลลิเมตร เมตร กิโลเมตร อุณหภูมิเป็นองศาเซลเซียส น้ำหนักเป็นกิโลกรัม เป็นต้น

สำหรับประเทศไทย วิศวกรส่วนใหญ่ในประเทศจะคุ้นเคยกับระบบ IEC หรือ SI เสียเป็นส่วนใหญ่ ประกอบกับระบบไฟฟ้าในบ้านเราก็เหมือนกับระบบไฟฟ้าในประเทศยุโรป กล่าวคือ ระบบไฟฟ้าจะเป็นแบบแรงดัน 220-230 V, 380-400V, 660-690 V, 3,000-3,300 V และมีความถี่คือ 50Hz ทำให้มาตรฐานต่าง ๆ รวมทั้งมาตรฐานทางระบบไฟฟ้าในประเทศไทยจึงมีความใกล้เคียงกับมาตรฐาน IEC เป็นอย่างมาก ส่วนระบบ NEMA ระบบไฟฟ้าจะเป็นแบบแรงดัน 110-120 V, 460V, 2,300 V, 4,160 V และมีความถี่ที่แตกต่างกันคือ 60Hz

ดังนั้นการออกแบบอุปกรณ์ไฟฟ้า รวมถึงมอเตอร์ไฟฟ้าของบริษัทผู้ผลิตในกลุ่มประเทศอเมริกา จะออกแบบมอเตอร์ให้มีความเหมาะสมกับการใช้งานของระบบไฟฟ้าของประเทศนั้น ๆ ยกตัวอย่างเช่น มอเตอร์ ขนาด 10 แรงม้า 440V 4 ขั้ว จะมีความเร็วรอบโดยประมาณ 1,800 รอบต่อนาที แต่มอเตอร์ทาง IEC จะเป็นขนาด 7.5 kW 400V 4 ขั้ว จะมีความเร็วรอบโดยประมาณ 1,500 รอบต่อนาที จะเห็นได้ว่าส่วนที่แตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัดคือ ขนาดของแรงดัน และความเร็วรอบมอเตอร์ที่ออกแบบมาแตกต่างกัน ทำให้ตลาดในประเทศไทยส่วนใหญ่จะเป็นมอเตอร์ที่มีการนำเข้ามอเตอร์ตามมาตรฐาน IEC มากกว่า 80% ของการนำเข้ามอเตอร์ทั้งหมด* ^{(ข้อมูลจากกรมศุลกากร)} แต่ในบางครั้งอาจจะมีมอเตอร์ที่ติดกับ OEM (Original Manufacture Equipment) ที่ผลิตจากประเทศอเมริกา ที่ออกแบบมาใช้กับมาตรฐาน NEMA มาใช้ คำถามที่มักจะพบได้บ่อย ๆ เช่น

- หากเรานำมอเตอร์ ที่ออกแบบตามมาตรฐาน NEMA ขนาด 10 แรงม้า 1,800 รอบต่อนาที มาใช้ในบ้านเรายังจะสามารถขับโหลดได้หรือไม่ ?

- ถ้านำมาใช้จะต้องทำอย่างไรบ้าง และมีข้อควรคำนึงถึงอย่างไร ?

- ทำไมประสิทธิภาพของ เครื่องจักรถึงลดลง เมื่อนำมาใช้กับบ้านเรา ?

คำถามเหล่านี้ สามารถวิเคราะห์ และอธิบายได้ เนื่องจากผลกระทบจากระบบไฟฟ้าที่ไม่เหมือนกัน ก่อนที่จะตอบคำถาม เราควรจะมีความเข้าใจในด้านต่าง ๆ ของผลกระทบที่มีต่อเครื่องจักร และมอเตอร์เสียก่อน

มอเตอร์คือเครื่องจักรกลที่ทำหน้าที่เปลี่ยนจากพลังงานไฟฟ้าในรูปของแรงดัน กระแส ความถี่ เป็นพลังงานกล ในรูปของแรงบิด และความเร็วรอบ โดยปกติมอเตอร์นั้นมีหลายชนิดด้วยกัน ในที่นี้จะขอพูดถึงเฉพาะมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ ชนิดเหนี่ยวนำแบบกรงกระรอก (AC Squirrel Cage Induction Motor) ซึ่งมีการใช้อย่างแพร่หลายมากที่สุด

จากรูปที่ 1 และ 2 แสดงมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ ชนิดเหนี่ยวนำแบบกรงกระรอก แบบหุ้มมิด (TEFC AC Squirrel Cage Induction Motor) มอเตอร์ทั้งแบบ IEC และ NEMA การออกแบบค่อนข้างจะเหมือนกัน อาจจะแตกต่างกันบ้าง เช่น เทอร์มินอลต่อสายที่ไม่เหมือนกัน ความสูงหรือเฟรมที่ออกแบบมาไม่เหมือนกันเพราะมาตรฐานที่แตกต่างกันเป็นต้น มอเตอร์ประเภทนี้ จะใช้พัดลมที่ติดอยู่กับตัวโรเตอร์ระบายความร้อน จากครีบระบายความร้อน เป็นแบบที่พบเห็นและใช้กันโดยทั่วไปมากที่สุด และมอเตอร์ชนิดนี้ยังสามารถติดตั้งพัดลมระบายความร้อนภายนอกเพิ่มเติม เพื่อเพิ่มความสามารถในการระบายความร้อนได้ด้วย มอเตอร์แบบนี้สามารถติดตั้งได้ทั้งภายในและภายนอกอาคาร และสามารถทนต่อสภาวะแวดล้อมทั้งน้ำ และฝุ่นได้ดี ตามมาตรฐาน IEC-IP 55

.

- หากเรานำมอเตอร์ ที่ออกแบบตามมาตรฐาน NEMA 60 Hz มาใช้ในบ้านเรา 50Hz จะมีผลกระทบหรือข้อควรคำนึงถึงมีอะไรบ้าง ?

จากคำนิยามของมอเตอร์คือ เครื่องจักรกลที่ทำหน้าที่ เปลี่ยนจากพลังงานไฟฟ้าในรูปของ แรงดัน (U) กระแส (I) ความถี่ (f, Hz) เป็นพลังงานกลในรูปของ แรงบิด (Torque) และ ความเร็วรอบ (Speed) จากคำนิยาม จึงขอวิเคราะห์ออกเป็นส่วน ๆ ดังต่อไปนี้

 1. ผลกระทบต่อความเร็วรอบ (Speed)

เมื่อเรานำมอเตอร์อเมริกาที่ออกแบบให้ใช้ที่ระบบความถี่ 60 Hz 4 ขั้ว ความเร็วรอบประมาณ 1,800 รอบต่อนาทีมาใช้ที่ระบบไฟฟ้า 50 Hz ความเร็วรอบจะเปลี่ยนไปเป็นประมาณ 1,500 รอบต่อนาที ตามสูตร

ความเร็วรอบมอเตอร์ (Speed) = 120 x ความถี่ (Hz)/จำนวนขั้วแม่เหล็ก (Pole)

- หากเรานำเอาเครื่องจักรสำเร็จรูปที่มีมอเตอร์ติดกับ OEM (Original Manufacture Equipment) ที่ผลิตจากประเทศอเมริกา ซึ่งออกแบบตามระบบไฟฟ้าของประเทศอเมริกามาใช้ เช่นพัดลม (Fan or Blower) หรือ ปั้มน้ำ (Water Pump) สำเร็จรูปมาใช้จะมีผลกระทบอย่างไร ?

ตามกฎพลศาสตร์ ปริมาณลม หรือน้ำ จะขึ้นอยู่กับความเร็วรอบยกกำลังสาม (Q~n³) ดังนั้นเมื่อเรานำมอเตอร์อเมริกาที่ออกแบบให้ใช้ที่ระบบความถี่ 60 Hz ความเร็วรอบ 1,800 รอบต่อนาที มาใช้ที่ระบบไฟฟ้า 50 Hz ความเร็วรอบจะเป็น 1,500 รอบต่อนาที จะทำให้ประสิทธิภาพของเครื่องจักรลดลงตามตามกฎพลศาสตร์ของไหล ผลลัพธ์จะได้ปริมาณลม หรือน้ำจะได้ไม่เต็มที่ตาม (Q~n³) แต่จะไม่มีผลกระทบต่อตัวมอเตอร์เองมากนัก เพราะการใช้พลังงานไฟฟ้าก็จะลดลงไปด้วยตามสัดส่วนของพลังงานที่จ่ายออกไป

2.  ผลกระทบต่อระบบระบายความร้อนมอเตอร์

มอเตอร์กรงกระรอก หรือ อินดักชั่นมอเตอร์ โดยส่วนใหญ่จะมีการระบายความร้อนเป็นแบบชนิด IC411 หรือ แบบ Self Cool หรือ TEFC (Total Enclosure Fan Cool) โดยจะมีพัดลมอยู่สองชุด แยกวงจรลมออกเป็นวงจรลมร้อนภายใน และภายนออก โดยวงจรลมภายในจะมีครีบใบพัดติดที่ตัวโรเตอร์ทำหน้าที่ตีลมให้มีการหมุนเวียนภายในห้องโรเตอร์ให้ลมกระจายโดยทั่ว เพื่อสามารถนำพาเอาความร้อนจากตัวโรเตอร์เองและขดลวดสเตเตอร์ ถ่ายเทไปยังผิวของโครงสร้างตัวมอเตอร์ โดยวิธีการนำพาระบายความร้อน ส่วนวงจรลมด้านนอกจะมีพัดลมติดด้านท้ายของตัวโรเตอร์ด้านนอกโครงมอเตอร์ ทำหน้าที่ดูดลมเย็นจากทางด้านท้าย (Non Drive End) ผ่านทางครีบด้านนอกเพื่อช่วยนำพา และระบายความร้อนออกจากตัวโครงสร้างมอเตอร์ ดังรูปที่ 3

หากวิเคราะห์ดูตามหลักพลศาสตร์ การระบายความร้อน ส่วนที่ร้อนที่สุดคือส่วนกลางตัวมอเตอร์ เพราะอยู่ใกล้แหล่งกำเนิดความร้อนคือ ขดลวดสเตเตอร์มากที่สุด ส่วนที่มีอุณหภูมิต่ำที่สุดคือส่วนท้ายตัวมอเตอร์เพราะอยู่ใกล้แหล่งลมเย็นที่ระบายความร้อมมากที่สุด

จากรูปที่ 3 ประสิทธิภาพของการระบายความร้อน ทั้งด้านนอก และภายในตัวมอเตอร์ ซึ่งขึ้นอยู่กับปริมาณลมที่ระบายความร้อน และความเย็นของลม ในขณะที่ปริมาณลมก็ขึ้นอยู่กับความเร็วของพัดลมยกกำลังสาม (Q~n³) ตามกฎพลศาสตร์ ดังนั้นเมื่อเรานำมอเตอร์อเมริกาที่ออกแบบให้ใช้ที่อุณหภูมิแวดล้อมเท่ากัน ที่ระบบความถี่ 60 Hz ความเร็วรอบ 1,800 รอบต่อนาที มาใช้ที่ระบบไฟฟ้า 50 Hz ความเร็วรอบ 1,500 รอบต่อนาที จะทำให้ประสิทธิภาพของการระบายความร้อนของมอเตอร์ลดลง ทำให้ความสามารถในการรองรับกระแสก็จะลดลงตามไปด้วย ทำให้มอเตอร์ไม่สามารถขับโหลดได้เต็มพิกัดตามขนาดกระแสพิกัด หากเรานำมอเตอร์ไปขับยังกระแสพิกัด ผลที่ตามมาคือ มอเตอร์จะร้อนกว่าพิกัดที่ออกแบบไว้ ทำให้อายุการใช้งานของมอเตอร์สั้นลงอย่างรวดเร็ว

ดังนั้นหากต้องการนำมอเตอร์อเมริกาออกแบบที่ 60 Hz มาใช้ที่ระบบไฟฟ้า 50 Hz ควรตรวจดูความร้อนที่เพิ่มขึ้นที่ตัวมอเตอร์ โดยทั่วไปมอเตอร์ Class F Utilization Class B หมายถึง ฉนวนของขดลวดมีความสามารถทนความร้อนได้ไม่เกิน 155 ^๐C และจะยอมให้มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นจากการใช้งานได้ไม่เกิน 80 ^๐C จากอุณหภูมิแวดล้อม ยกตัวอย่างเช่น อุณหภูมิแวดล้อม 40 ^๐C เมื่อขับมอเตอร์เต็มรอบ ความร้อนที่ขดลวดเพิ่มขึ้นเป็น 125 ^๐C นั่นหมายความว่ามอเตอร์กำลังขับโหลดเกินกำลัง เพราะอุณหภูมิที่ยอมรับได้ คือ อุณหภูมิไม่เกิน 40 ^๐C + 80 ^๐ C = 120 ^๐C

การเพิ่มของอุณหภูมิจะเป็นผลทำให้เกิดการสูญเสียของการแปลงพลังงานจากพลังงานไฟฟ้าไปเป็นพลังงานกลในกรณีของมอเตอร์

นั้นคือกำลังสูญเสียขึ้นอยู่กับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ การที่อุณหภูมิของขดลวดเพิ่มขึ้นสามารถคำนวณจากการเพิ่มขึ้นของความต้านทานของขดลวด

อุณหภูมิกับอายุการใช้งานของมอเตอร์

อายุการใช้งานของมอเตอร์จะยาวนาน หรือสั้นลง ส่วนสำคัญคืออายุการใช้งานของฉนวนที่ขดลวด ส่วนอื่น ๆ เช่นแบริ่ง ซึ่งเป็นอุปกรณ์ทางกลสามารถที่จะพอมองเห็นได้ด้วยตา หรือฟังด้วยเสียงได้ และการเปลี่ยนอุปกรณ์เหล่านี้ ไม่ยากและราคาไม่สูงมากนัก

มอเตอร์ส่วนใหญ่เกินกว่า 80% จะเสียอันเนื่องมาจากเกิดการลัดวงจรของขดลวด การลัดวงจรอาจจะเกิดจากปัญหาทางกลที่สามารถมองเห็นได้ง่าย แต่สาเหตุใหญ่ที่อยู่เบื้องหลัง คือฉนวนเสื่อมคุณภาพก็เพราะความเป็นฉนวนไม่สามารถทำหน้าที่เป็นฉนวนทนแรงดันไฟฟ้าสูงสุดได้ จึงทำให้เกิดแรงดันทะลุฉนวน เกิดการลัดวงจรทางไฟฟ้า หรือลัดวงจรลงดิน

ฉนวนเสื่อมคุณภาพสาเหตุใหญ่เกิดจากอุณหภูมิเกิน เพราะอุณหภูมิเกินจะทำให้คุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุเปลี่ยนไป ความเป็นฉนวนของขดลวดเสื่อมคุณภาพ ทำให้เกิดการลัดวงจรลงโครง หรือระหว่างขดลวด

อุณหภูมิเกินนั้นมีสาเหตุมาจากหลายปัจจัย เช่น สภาพแวดล้อมไม่ตรงกับที่ออกแบบ, มอเตอร์ขับโหลดเกินทำให้กระแสเกิน, การสตาร์ทและหยุดบ่อยเกินไป จะมีกระแสเป็นจำนวนมากในตอนที่มอเตอร์สตาร์ตทำให้ร้อนจัด, หรือการเลือกมอเตอร์ไม่เหมาะสมกับสภาพการใช้งานเป็นต้น

ดังนั้นปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่ก่อให้เกิดผลกระทบกระเทือนต่ออายุการใช้งานของมอเตอร์ก็คือ ความร้อนเกินนั้นเอง

โดยปกติฉนวนสำหรับมอเตอร์ควรจะมีอายุการใช้งาน 15-20 ปี ถ้ามอเตอร์นั้นทำงานภายใต้สภาวะแวดล้อมตามการที่ออกแบบเอาไว้ หากอุณหภูมิของฉนวนเพิ่มขึ้นทุก ๆ 10 องศาเซลเซียส อายุการใช้งานของฉนวนจะสั้นลงโดยประมาณ 50% ยกตัวอย่างเช่น ตามข้อมูลตามสถิติ ฉนวน Class F (155 ^๐C) นำไปใช้งานที่อุณหภูมิเพิ่มขึ้นตาม Class F (105^๐K) จะมีอายุการใช้งานประมาณ 60,000 ชั่วโมง แต่หากนำไปใช้งานที่อุณหภูมิเพิ่มขึ้นตาม Class B (80 ^๐K) จะมีอายุการใช้งานประมาณ 150,000 ชั่วโมง เป็นต้น

3.  ผลกระทบจากแรงดันไฟฟ้า (Voltage)

แรงดันไฟฟ้าสำหรับประเทศไทยจะเป็นระบบ 220~230 V 1 phase, 380~400V, 660~690 V, 3,000~3,300 V ส่วนระบบ NEMA ระบบไฟฟ้าจะเป็นแบบแรงดัน 110-120 V 1 phase, 460V, 2,300 V, หรือ 4,160 V

- หากเรานำมอเตอร์ที่ออกแบบ 460 V มาใช้ที่ แรงดัน 380-400V จะมีผลกระทบอย่างไรบ้าง ?

U = แรงดันไลน์ (Line to Line Voltage)

Us = แรงดันเฟส (Phase Voltage)

I_A = กระแสเริ่มหมุนของแหล่งจ่าย (Lock Rotor Current in Supply)

I_S = กระแสเริ่มหมุนต่อเฟส (Lock-Rotor Current/Phase)

M_A = แรงบิดเริ่มหมุน (Lock Rotor Torque)

Z = อิมพีแดนซ์ต่อ 1 เฟส (Impedance of One Phase)

K = ค่าคงที่ ขึ้นอยู่กับมอเตอร์ (Constant Depending on Motor Data)

ตามรูปที่ 6 แรงบิด (Torque or M_A) มอเตอร์ที่เพลาจะแปลผกผันตามแรงดันไฟฟ้ายกกำลังสอง (T~ U²) แสดงว่าหากนำมอเตอร์ที่ออกแบบที่ความถี่เดียวกันแต่แรงดันไฟฟ้า 460 V, มาใช้ที่แรงดันไฟฟ้า 400 V นั่นคือแรงดันไฟฟ้าลดลงจากที่ออกแบบไว้เดิม 13% จะทำให้แรงบิดพิกัดมอเตอร์ลดลงจากเดิมเหลือเพียง 76% ของแรงบิดพิกัดเดิม

ในทางตรงกันข้ามหากเรานำมอเตอร์ตัวเดียวกันนี้ไปขับโหลดที่แรงบิดพิกัดของมอเตอร์ (Rated Torque or M_A) ตามคุณสมบัติของมอเตอร์จะพยายามขับโหลดให้ได้ โดยพยายามดึงกระแสไฟฟ้าเพื่อมาเพิ่มแรงบิดขับโหลด ทำให้กระแสเพิ่มขึ้นเกินพิกัด นั่นแสดงว่ามอเตอร์กำลังทำงานที่จุด Over Load เกินแรงบิดที่จุดควรจะใช้งานไปถึง 24% ความเร็วรอบของมอเตอร์จะลดลงเล็ก น้อย อันเนื่องมาจาก Slip ของมอเตอร์จะมากกว่าปกติ มอเตอร์ทำงานหนักขึ้น กระแสซึ่งแปลผันตามแรงบิดจะเพิ่มขึ้นเกินพิกัดของมอเตอร์ ทำให้มอเตอร์จะร้อนกว่าปกติ เมื่อความร้อนเพิ่มสูงขึ้น อาจจะทำความเสียหายให้แก่ฉนวนของขดลวดมอเตอร์ได้ หรือทำให้อายุการใช้งานสั้นลงอย่างรวดเร็ว

ตามมาตรฐานการผลิตมอเตอร์ไม่ว่าจะเป็น NEMA หรือ IEC จะมีค่าที่ยอมรับได้ของแรงดันที่เปลี่ยนแปลง (Voltage Fluctuate) ± 5% หรือ ±10% ขึ้นอยู่กับบริษัทผู้ผลิตมอเตอร์ ยกตัวอย่างเช่น มอเตอร์ขนาด 10 kW 380 V ±10% มีความหมายว่า เราสามารถนำมอเตอร์ตัวนี้ไปใช้ที่แรงดันไฟฟ้า 342~418 โวลต์ นั่นแสดงว่าหากแรงดันไฟฟ้าลดลงต่ำถึง 342 โวลต์ มอเตอร์ยังสามารถขับโหลดได้เต็มพิกัดที่ 10 kW โดยไม่มีอันตรายต่อตัวมอเตอร์ และไม่ทำให้อายุการใช้งานสั้นลง หรือ เมื่อนำไปใช้ที่แรงดันสูงถึง 418 โวลต์ก็ไม่เกิดผลกระทบใด ๆ ต่อมอเตอร์ได้

.

ปัจจุบันนี้ทางการไฟฟ้าฝ่ายผลิตจะจัดส่งแรงดันที่สูงกว่าปกติ เพราะต้องเผื่อแรงดันตกระหว่างสาย หากโรงงานอยู่ใกล้ต้นทางสายส่ง แรงดันไฟฟ้าอาจจะสูงขึ้นเป็น 400 V แต่หากอยู่ปลายทางสายส่งแรงดันไฟฟ้า อาจจะเป็น 360 V ดังนั้นผู้แทนจำหน่ายในบ้านเราส่วนใหญ่จะนิยมจำหน่ายมอเตอร์ที่มีแรงดันไฟฟ้า 400 โวลต์ ±10% เพราะตามมาตรฐานแรงดันไฟฟ้าในประเทศยุโรปจะผลิตเป็นแรงดัน 400 โวลต์ เป็นมาตรฐาน ทำให้การผลิตเป็นแบบ Mass Production ซึ่งสามารถหาซื้อได้ง่าย และสามารถนำมาใช้ได้กับระบบไฟฟ้า 360~440 โวลต์ ได้โดยไม่เกิดผลเสียหายใด ๆ ต่อตัวมอเตอร์

ดังนั้นการเลือกแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสม วิศวกรไฟฟ้าควรจะวัดแรงดันไฟฟ้าที่โรงงานที่จะทำการติดตั้งว่าที่โรงงานมีระดับแรงดันโดยเฉลี่ยเป็นเท่าใด และควรจะกำหนดให้ตรงกับระดับแรงดันโดยเฉลี่ยจึงจะเป็นการเลือกใช้แรงดันไฟฟ้ามอเตอร์ที่ถูกต้องที่สุด

.

4.  ผลกระทบต่อแรงบิด (Torque)

แรงบิด (Torque) มีหน่วยวัดเป็น นิวตันเมตร ตาม IEC หรือ ปอนด์นิ้ว ตามมาตรฐาน NEMA กำลังขาออกของมอเตอร์ จะแปลผันตาม แรงบิด ส่วนแรงบิดจะแปลผันตรงกับกระแสที่จ่ายเข้ามอเตอร์โดยตรง

Power Output =   wT = 2w(n/60) x T = nT/9.55

w                 =   ความเร็วเชิงมุม = 2w(n/60)

T                 =   แรงบิด มีหน่วยเป็น นิวตันเมตร

n                  =   ความเร็วรอบ มีหน่วยเป็น รอบต่อนาที

ปริมาณ หรือขนาดของกระแสจะถูกจำกัดด้วยความร้อนที่สะสมที่ขดลวด หรือความสามารถในการระบายความร้อน ดังนั้นหากต้องการนำมอเตอร์อเมริกาออกแบบที่ 60 Hz มาใช้ที่ระบบไฟฟ้า 50 Hz หากความร้อนสะสมไม่เกินข้อกำหนด มอเตอร์ เช่น มอเตอร์ Class F Utilization Class B หมายถึง ฉนวนของขดลวดมีความสามารถทนความร้อนได้ไม่เกิน 155 ^๐C และจะยอมให้มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นจากการใช้งานได้ไม่เกิน 80 ^๐K จากอุณหภูมิแวดล้อม ก็ไม่มีปัญหาประการใดในการขับโหลดที่แรงบิดพิกัดนั้น ๆ

5.  ผลกระทบต่อกำลังมอเตอร์ (Power)

จากประสบการณ์ของผู้เขียนพบว่า ผู้ผลิตมอเตอร์ชั้นนำ ซึ่งมีโรงงานผลิตมอเตอร์ทั้งในยุโรป และในประเทศอเมริกา ได้กำหนดค่าแฟกเตอร์ในการออกแบบขนาดกำลังมอเตอร์ ในโครงสร้างภายนอกเดียวกัน รุ่นเดียวกัน ที่แรงดันไฟฟ้าถูกต้องตรงกัน หากนำไปออกแบบเป็นมอเตอร์ที่ใช้ระบบความถี่ไฟฟ้าที่แตกต่างกัน 60 Hz มอเตอร์ตัวเดียวกันนี้สามารถเพิ่มกำลังมอเตอร์ได้ 15-20% นั่นหมายความว่า หากต้องการนำมอเตอร์อเมริกาออกแบบที่แรงดันเดียวกันแต่ความถี่ 60 Hz มาใช้ที่ 50 Hz ควรจะนำมาใช้ที่ค่ากำลังมอเตอร์สูงสุดไม่เกิน 80-85% ของกำลังพิกัดมอเตอร์ที่ออกแบบโครงสร้างเดียวกัน ทำไมจึงเป็นเช่นนั้น ?

จากเหตุผลหลาย ๆ อย่างดังที่กล่าวมาแล้วข้างต้น ยกตัวอย่างเช่น เมื่อออกแบบที่แรงบิดเท่ากัน แต่ความเร็วรอบ หรือ ความเร็วเชิงมุม (w) ลดลง 17% (1,800 è1,500 rpm) กำลังขาออกก็จะลดลงไปด้วยตามสัดส่วน (P = wT) นั่นแสดงว่ากำลังขาออกสามารถทำได้เพียง 83% ของกำลังพิกัดมอเตอร์เดิม

6.  ผลกระทบต่อเพาเวอร์เฟกเตอร์ (cos j)

ค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ (cos j) ในแง่ของผู้ใช่ไม่น่าจะเป็นกังวลใจมากนัก เพราะผลกระทบมีค่อนข้าง น้อย และเราสามารถแก้ค่าเพาเวอร์เฟกเตอร์ (cos j) ได้โดยใส่คาปาซิเตอร์แก้ได้โดยไม่ยากนัก อย่างไรก็ตามพอจะวิเคราะห์ให้ดูง่าย ๆ ได้เช่น ตามรูปที่ 6 มอเตอร์จะประกอบไปด้วยขดลวดหลักที่สเตเตอร์ 3 ขดต่อแบบ เดลต้า หรือ สตาร์ ซึ่งมีทั้งค่าความต้านทานเป็นส่วน น้อย และค่าอินดักแตนซ์ (jX_L) เป็นส่วนประกอบใหญ่

.

หากไม่นำเอาตัวแปลอื่นมาวิเคราะห์ ค่าอินดักแตนซ์ (jX_L) จะแปลผันตามค่าความถี่ ตามสูตร X_L = 2wfL เมื่อค่าความถี่เปลี่ยนแปลงไปจากเดิม 60 Hz è 50 Hz หรือ ความถี่ลดลงประมาณ 17% จะทำให้ ค่าอินดักแตนซ์ (jX_L) ลดลงจากเดิมไปด้วย 17% ในขณะที่ค่าความต้านทานของขดลวดยังคงเท่าเดิม ทำให้ค่า Z หรืออิมพีแดนซ์ (Impedance) ลดลงไปด้วย ทำให้ค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ (cos j) จะดีขึ้นกว่าเดิม

7.  ผลกระทบต่อประสิทธิภาพ

ประสิทธิภาพเป็นหัวข้อหนึ่งที่มีการพูดถึงมากในยุคของการประหยัดพลังงาน เพราะนับวันพลังงานมีแต่จะมีราคาสูงขึ้นทุกวัน ประสิทธิภาพบ่งบอกถึงเงินที่ต้องจ่ายไปจากการใช้พลังงาน และเป็นตัวแปลในการตัดสินใจซื้อมอเตอร์ตัว หนึ่ง รวมไปถึงค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานที่จะมีตามมาตลอดอายุการใช้งานของมอเตอร์

ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ไฟฟ้า รวมทั้งมอเตอร์นั้นสามารถหาได้จาก พลังงานที่ออกมา หารด้วย พลังงานที่ใส่เข้าไปในอุปกรณ์นั้น ๆ

วิธีการวัดประสิทธิภาพของมอเตอร์นั้นมีหลายวิธี ทั้งแบบทางตรง หรือวิธีทางอ้อมโดยวัดค่าความสูญเสียแทนการวัดโดยตรง ซึ่งมีหลากหลายมาตรฐาน ทั้ง IEEE112 หรือ IEC34-2 แต่วิธีที่เที่ยงตรงที่สุด คือ การวัดโดยตรง โดยวัดกำลังขาเข้าในรูปของกำลังไฟฟ้า และวัดกำลังขาออกในรูปของแรงบิด และความเร็วรอบ (Direct Measurement) โดยใช้วิธีการทดสอบขับโหลดเทียม และวัดแรงบิดด้วย Torque Meter ความเร็วรอบที่จุดพิกัดแรงบิด ด้านขาออกของมอเตอร์ ตามสูตรต่อไปนี้

ถึงแม้ว่าวิธีการวัดประสิทธิภาพ โดยวิธีวัดโดยตรงจะเป็นวิธีที่เที่ยงตรงที่สุดก็ตาม แต่จะมีค่าใช้จ่าย และยุ่งยากมากกว่าการวัดโดยทางอ้อมที่วัดค่าสูญเสียที่ No Load เพื่อมาหาค่าประสิทธิภาพมอเตอร์ จะเห็นว่าตัวแปรที่กระทบต่อประสิทธิภาพของมอเตอร์นั้นมีหลายตัว ดังที่กล่าวมาแล้วข้างต้น นอกจากนี้ยังมีตัวแปลอื่น ๆ ที่ส่งผลต่อการเปรียบเทียบค่าประสิทธิภาพ ยกตัวอย่างเช่น อุณหภูมิ ตามการทดสอบปกติจะทำการทดสอบที่อุณหภูมิห้อง 20 ^๐C แล้วจึงมาคำนวณหาค่าสูญเสียที่อุณหภูมิที่จุดใช้งาน

- หากเรานำมอเตอร์ ที่ออกแบบตามมาตรฐาน NEMA มาใช้ในบ้านเรา ประสิทธิภาพจะเป็นอย่างไร ?

.

ยกตัวอย่างเช่น เมื่อความเร็วรอบมอเตอร์ลดลง กำลังด้านขาออกย่อมลดลงไปด้วย แต่กำลังขาเข้าก็จะลดลงตามไปด้วย เมื่อความถี่เปลี่ยนไป ค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ก็จะเปลี่ยนไป ค่าพลังงานขาเข้าก็จะลดลงตามไปด้วย จะเห็นว่ามีค่าตัวแปล มากมายเข้ามาเกี่ยวข้อง จึงยากที่จะตอบคำถามถึงเรื่องประสิทธิภาพ แต่พอจะสรุปได้ว่า ค่าประสิทธิภาพที่ 50 Hz เปรียบเทียบกับ 60 Hz ไม่มีผลแตกต่างกันมากนัก ยกตัวอย่างเช่น มอเตอร์โครงสร้างเดียวกัน ออกแบบให้ไปใช้ที่ 60 Hz กำลัง 30 kW 4 Pole มีประสิทธิภาพ 92.4% มอเตอร์โครงสร้างเดียวกันนี้ เมื่อออกแบบไปใช้ที่ 50 Hz กำลังจะทำได้แค่เพียง 22 kW 4 Pole มีประสิทธิภาพ 93.2% เป็นต้น

.

ส่วนผลกระทบอื่น ๆ ไม่ได้ถือว่าเป็นข้อกังวลมากนัก เช่น เสียงอาจจะลดลงประมาณ 4 dB(A) เมื่อมาใช้กับไฟ 50 Hz เป็นต้น สุดท้ายนี้ ในการเลือกใช้มอเตอร์ จะเป็นการดีที่สุด หากสามารถเลือกมอเอตร์ที่ออกแบบให้ตรงกับสภาพแวดล้อมที่จะนำไปใช้ หากมีความจำเป็นที่จะต้องนำมอเตอร์ 60 Hz มาใช้กับระบบไฟฟ้าบ้านเรา สิ่งที่ต้องสังเกตุเป็นพิเศษคื่อความร้อนที่เพิ่มขึ้นจากการใช้งานต้องไม่เกินกำหนดนั่นเอง