No.284

วีระศักดิ์ พิรักษา

 

 

ขดลวดสเตเตอร์ เป็นส่วนประกอบสำคัญภายในมอเตอร์ไฟฟ้าสามเฟส หน้าที่หลักของขดลวดสเตเตอร์คือการเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้เป็นพลังงานกล โดยการสร้างสนามแม่เหล็กให้เกิดขึ้นและเกิดการเหนี่ยวนำกับขดลวดโรเตอร์ จนทำให้เกิดพลังงานกลที่สามารถนำไปขับโหลดได้ แต่หากขดลวดสเตเตอร์เกิดความเสียหายขึ้น ทำให้มอเตอร์ไม่สามารถใช้งานได้ กระบวนผลิตก็ต้องหยุดชะงักลง อีกทั้งต้องเสียค่าใช้จ่ายเพิ่มขึ้นในการซ่อมแซม ดังนั้นหากเข้าใจกระบวนการที่ก่อให้เกิดความเสียหายต่อสเตเตอร์ จะทำให้สามารถป้องกันและยืดอายุการใช้งานมอเตอร์ได้

 

          ความล้มเหลวในการทำงานเกือบ 70% ของมอเตอร์ไฟฟ้ามักมาจาก 2 สาเหตุหลัก คือ เกิดจากความเสียหายที่แบริ่งราว 51% (การขาดการหล่อลื่น (Lack of Lubrication) การหล่อลื่นมากเกินไป (Over Lubrication) สารหล่อลื่นผิดประเภท (Wrong Lubricant) การเยื้องศูนย์ (Misalignment) การสั่นสะเทือน (Vibration) การเกิดความร้อนสูง (Over Heating) ภาวะโหลดเกินที่เพลา (Shaft Overload) และเกิดจากความเสียหายที่ขดลวดสเตเตอร์ราว 16% (ความร้อนสูง (Over Heating) ภาระโหลดเกิน (Over Loading)) จากข้อมูลสถิติดังแสดงในรูปที่ 1 แม้นว่าเปอร์เซ็นต์ความเสียหายที่ขดลวดสเตเตอร์ซึ่งเป็นอันดับสองจะห่างจากความเสียหายที่แบริ่งซึ่งเป็นอันดับหนึ่งมากทีเดียว แต่กลับพบว่าขอบเขตของความเสียหาย ค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซม เวลาของการหยุดเดินมอเตอร์/เครื่องจักร (Downtime) จากสาเหตุเกิดความเสียหายที่ขดลวดสเตเตอร์กลับสูงมากกว่าความเสียหายที่มีสาเหตุจากแบริ่ง จึงเป็นเรื่องที่น่าสนใจควรนำมาเสนอในที่นี้

 

 

รูปที่ 1 สาเหตุและชนิดการพังเสียหายของมอเตอร์ไฟฟ้าสามเฟส

 

          อายุการทำงานของขดลวดสเตเตอร์ของมอเตอร์ไฟฟ้าสามเฟสจะสั้นลงอย่างรวดเร็วเมื่อมอเตอร์ถูกใช้งานในสภาวะที่ไม่พึงประสงค์ด้านไฟฟ้า ด้านกล และด้านสภาวะแวดล้อม ภาพประกอบของการพังเสียหายของขดลวดในบทความนี้เน้นความเสียหายที่เกิดขึ้นจากสภาวะด้านไฟฟ้าเป็นหลัก เพื่อช่วยให้สามารถระบุถึงสาเหตุของการพังเสียหายได้อย่างรวดเร็วถูกต้องมากขึ้นและใช้เป็นแนวทางในการระบุปัญหาและกำหนดมาตรการป้องกันต่อไป

 

 

รูปที่ 2 ขดลวดสเตเตอร์ของมอเตอร์ไฟฟ้าสามเฟสในสภาพสมบูรณ์

  

          ขดลวดสเตเตอร์ของมอเตอร์ไฟฟ้าสามเฟสตามรูปที่ 2 ใช้สำหรับพิจารณาเปรียบเทียบกับขดลวดที่พังเสียหายจากสาเหตุต่าง ๆ ในรูปที่ 3-14 ดังนี้

               

          รูปที่ 3-4 การพังเสียหายของขดลวดสเตเตอร์เนื่องจากเกิดซิงเกิลเฟส เป็นผลมาจากการเกิดวงจรเปิดของ 1 เฟสที่จ่ายแรงดันไฟฟ้าให้กับมอเตอร์ไฟฟ้า ตามปกติสาเหตุนี้จะเกิดจากฟิวส์ของเฟสนั้นขาด หรือคอนแทกเตอร์เปิดวงจร 1 เฟส การแตกหักของสายไฟฟ้าหรือการต่อสายไม่ดี/หลุดหลวม

 

          รูปที่ 5-10 ภาพเหล่านี้แสดงถึงการพังเสียหายของฉนวนไฟฟ้าซึ่งมีสาเหตุมาจากขดลวดปนเปื้อนสิ่งสกปรก การขัดถู การสั่นสะเทือน เกิดแรงดันกระชากหรือแรงดันเสิร์จ (Surge Voltage)

 

          รูปที่ 11 ความเสื่อมลงเชิงความร้อนของฉนวนไฟฟ้าในเฟสหนึ่งของขดลวดสเตเตอร์อาจมีเหตุมาจากความไม่เท่ากันของแรงดันไฟฟ้าและความไม่สมดุลของโหลดที่ต่อกับแหล่งจ่ายไฟฟ้า การเชื่อมต่อที่ขั้วต่อไม่ดีหรือมีความต้านทานที่หน้าสัมผัสสูง หมายเหตุ: 1% ของแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลอาจเป็นเหตุผลของการเกิดความไม่สมดุลของกระแสไฟฟ้า 6-10% ได้

 

          รูปที่ 12 ความเสื่อมลงเชิงความร้อนของฉนวนไฟฟ้าในทุกเฟสของขดลวดสเตเตอร์มีเหตุจากดีมานด์ของโหลดเกินจากพิกัดมอเตอร์ หมายเหตุ: การเกิดแรงดันต่ำหรือสูงเกิน (เกินกว่าที่ NEMA Standard กำหนด) ล้วนมีผลต่อการเสื่อมลงของฉนวนไฟฟ้าทั้งสิ้น

 

          รูปที่ 13 การเสื่อมลงเชิงความร้อนของฉนวนทุกเฟสถึงขั้นรุนแรงจะเกิดขึ้นเมื่อมีกระแสสูงมากในขดลวดขณะโรเตอร์ถูกล๊อค และอาจเกิดขึ้นได้เมื่อมีการสตาร์ทมอเตอร์บ่อยครั้งกว่าปกติรวมถึงการกลับทางหมุน

           

          รูปที่ 14 การพังเสียหายของฉนวนเช่นนี้ ปกติจะเกิดขึ้นจากแรงดันกระชากหรือแรงดันเสิร์จซึ่งเกิดขึ้นจากการสวิตชิ่งในวงจรไฟฟ้ากำลัง การเกิดฟ้าผ่าเข้าสู่ระบบไฟฟ้า การดิสชาร์จของคาปาซิเตอร์ และจากอุปกรณ์โซลิดสเตท

 

สรุปแหล่งที่มาของการเสียหายในขดลวดมอเตอร์ไฟฟ้า

 

1. มอเตอร์ซึ่งอยู่ในภาวะรับโหลดเกินเป็นสาเหตุทำให้เกิดความเสื่อมเชิงความร้อน (Thermal Deterioration) ของฉนวนไฟฟ้าทุกเฟสเนื่องจากเกิดอุณหภูมิสูงขึ้นที่ขดลวดเกินกว่าที่จะยินยอมให้เกิดขึ้นขณะมอเตอร์ทำงานปกติ

2. กระแสไฟฟ้าค่าสูงมากที่ไหลในขดลวดเนื่องมาจากโรเตอร์ล๊อคตัวเป็นสาเหตุให้เกิดความเสื่อมเชิงความร้อนของฉนวนไฟฟ้าทุกเฟสของมอเตอร์ไฟฟ้า

3. การพังเสียหายของขดลวดจากสาเหตุเกิดซิงเกิลเฟส (Single Phased) มักเกิดขึ้นโดยนอกเหนือความคาดหมายและค้นหายาก เช่น การหลุดหลวมของจุดต่อ (Loose Connection) การแตกหักของสายจ่ายไฟฟ้าให้กับมอเตอร์ (Broken Supply Line) ฟิวส์ขาดหนึ่งเฟส (Blown Fuse) หรือ เกิดวงจรเปิดที่หน้าคอนแทกต์หนึ่งของแมกเนติกคอนแทกเตอร์สามเฟส
4. จากการสั่นสะเทือน (Vibration) เช่น การเยื้องศูนย์ของเพลา (Shaft Misalignment) การพังเสียหายของแบริ่ง(Damage Bearings) และการเยื้องศูนย์ระหว่างมอเตอร์และโหลดที่ขับ ล้วนเป็นเหตุทำให้มอเตอร์เกิดอาการสั่น ทำให้ฉนวนส่วนที่เปราะเกิดการกะเทาะออก และในที่สุดการสัมผัสกันระหว่างขดลวดและฉนวนก็จะหลุดออกจากกัน

5. แรงดันไฟฟ้าที่ไม่เท่ากันของแต่ละเฟสจะทำให้ฉนวนของมอเตอร์เฟสใดเฟสหนึ่งเสื่อมลง (Degradation) การไม่เท่ากันของแรงดันไฟฟ้ามักมีสาเหตุจากการจัดโหลดประเภทเฟสเดียวที่มาต่อเข้ากับระบบไฟฟ้าสามเฟสจัดได้ไม่สมดุล

6. การพังเสียหายจากแรงดันกระชากหรือแรงดันเสิร์จ (Surge Voltage) ปกติแล้วแรงดันเสิร์จมักจะเกิดขึ้นจากการสวิตชิ่งของวงจรที่มีกระแสสูงหรือการเกิดฟ้าผ่าเข้าสู่ระบบจ่ายไฟฟ้า

7. การสตาร์ทและหยุดเดินบ่อยครั้งของมอเตอร์ที่ไม่ได้ถูกออกแบบมาสำหรับการทำงานลักษณะนี้
8. การระบายความร้อนออกจากมอเตอร์ทำได้ไม่ดีเนื่องจากมีอุณหภูมิแวดล้อมสูง
9. มอเตอร์ทำงานขณะเปียก
10. ค่าความต้านทานของฉนวนต่ำ เนื่องจากฉนวนเริ่มเกิดการเสื่อมสภาพลงตามอุณหภูมิและอายุการใช้งาน
11. ความสกปรกที่ตัวมอเตอร์จะปิดกั้นการระบายความร้อนจากพัดลมทำให้มีอุณหภูมิสูงขึ้นเหนือค่าที่กำหนดไว้ เป็นสาเหตุการเสื่อมของฉนวน

12. ความชื้นมีส่วนมากในการเกิดการกัดกร่อนและเกิดสนิมที่เพลา แบริ่ง และโรเตอร์ ซึ่งจะนำไปสู่การหมุนที่ติดขัดของเพลาขับกระทั่งเกิดการล๊อคตัวของโรเตอร์ได้