คาปาซิ เตอร์มอเตอร์ (Capacitor Motor)

เป็ นมอเตอร์ไฟฟ้ ากระแสสลับ 1 เฟส ที่มี ลักษณะโครงสร้างและส่วนประกอบที่คล้ายกับสปลิทเฟสมอเตอร์แต่จะแตกต่างตรงที่มี คาปาซิเตอร์ต่อร่วมดว้ย ส่งผลทา ใหม้อเตอร์ชนิดนี้มีคุณสมบัติที่พิเศษกวา่ สปลิทเฟสมอเตอร์คือจะ มีแรงบิดขณะสตาร์ทสูงในขณะที่ใช้กระแสขณะสตาร์ทน้อยกว่าซึ่งคาปาซิเตอร์มอเตอร์จะมีขนาด ตั้งแต่1/20 แรงม้าถึง 10 แรงม้า จึงเป็ นที่นิยมใช้งานในอุปกรณ์เช่น ปั๊มน้า ตูแ้ช่ ตูเ้ย็น เป็ นต้น

นอกจากนี้คาปาซิเตอร์มอเตอร์ยังสามารถแบ่งออกไดเ้ป็น 3 ชนิดได้แก่

2.1 คาปาซิเตอร์สตาร์ทมอเตอร์ (Capacitor Start Motor)

2.2 คาปาซิเตอร์รันมอเตอร์ (Capacitor Run Motor)

2.3 คาปาซิเตอร์สตาร์ทและรันมอเตอร์ (Capacitor Start and Run Motor)

หลักการทำงานของคาปาซิเตอร์มอเตอร์

โดยลักษณะโครงสร้างทั่วไปของคาปาซิเตอร์ สตาร์ทมอเตอร์ซึ่งมีลักษณะเหมือนกับสปลิทเฟสมอเตอร์แต่มีข้อแตกต่างตรงที่ขดลวดที่ใช้ในชุด สตาร์ทจะมีขนาดใหญ่และจำนวนรอบของขดลวดมากกว่าขดลวดชุดรัน นอกจากนี้ยังมีการต่อตัว คาปาซิเตอร์ (ชนิดอิเล็กโทรไลต์) อนุกรมเข้ากับชุดขดลวดสตาร์ทเพื่อให้มีแรงบิดในตอนสตาร์ท สูงขึ้นและมีสวิตช์แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง(Centrifugal Switch) เพื่อทำหน้าที่ตัดวงจรคาปาซิสเตอร์ และขดสตาร์ท

หลักการทำงานของคาปาซิเตอร์สตาร์ทมอเตอร์

มีลักษณะเหมือนกับสปลิทเฟสมอเตอร์แต่เนื่องจากขดลวดชุดสตาร์ท ต่ออนุกรมกับคาปาซิเตอร์ส่งผลทา ให้มีแรงบิดขณะสตาร์ทสูงมาก หลังจากสตาร์ทแล้วเมื่ออัตรา เร่งของมอเตอร์ไดถึง 75 เปอร์เซ็นต์ทำ ให้สวิตช์แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง (Centrifugal Switch)จะ ตัดวงจรชุดขดลวดสตาร์ทออก

2. คาปาซิเตอร์รันมอเตอร์ (Capacitor Run Motor) มีลักษณะโครงสร้าง ทั่วไปเหมือนกับคาปาซิเตอร์สตาร์ทมอเตอร์แต่ไม่มีข้อที่แตกต่างคือจะไม่มีสวิตช์แรงเหวี่ยงหนี ศูนย์กลาง (Centrifugal Switch) ซึ่งตัวคาปาซิเตอร์(ชนิดน้ำมันหรือกระดาษฉาบโลหะ) จะต่ออยู่ ในวงจรตลอดเวลา ส่งผลทา ให้ค่าพาวเวอร์แฟคเตอร์ดีขึ้น แต่เนื่องจากขดลวดชุดสตาร์ทต้องใช้งาน ตลอดเวลา ดังน้ัน การออกแบบจึงต้องให้กระแสไฟฟ้ าไหลผ่านขดลวดน้อยกว่าแบบคาปาซิเตอร์ สตาร์ท โดยการปรับลดค่าของคาปาซิสเตอร์ลง ท าให้แรงบิดลดลงกว่าแบบคาปาซิสเตอร์สตาร์ท แต่ยังสูงคงกว่าแบบสปลิทเฟสมอเตอร์

3. คาปาซิเตอร์สตาร์ทและรันมอเตอร์ (Capacitor Start and Run Motor)ลักษณะ โครงสร้างมอเตอร์ชนิดน้ีจะมีคาปาซิเตอร์2 ตัวต่ออย่กู บัวงจรคือคาปาซิเตอร์สตาร์ท ต่ออนุกรมอยู่ กับสวิตช์แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง (Centrifugal Switch) ส่วนคาปาซิเตอร์รันจะต่ออยู่กับวงจร ตลอดเวลา โดยที่คาปาซิเตอร์ท้้งสองจะต่อขนานกัน โดยที่ค่าของคาปาซิเตอร์ท้ังสองตัวจะมีค่า แตกต่างกัน ซึ่งคาปาซิเตอร์ที่ต่อกบัขดลวดชุดสตาร์ทจะมีค่ามากกว่าตัวที่ต่อกับขดลวดชุดรัน คาปาซิเตอร์สตาร์ทและรันมอเตอร์ได้มีการออกแบบให้มีแรงบิดขณะสตาร์ท สูงขึ้นโดยตัวคาปาซิสเตอร์รันต่อขนานกับตัวคาปาซิเตอร์สตาร์ท โดยตัวของคาปาซิเตอร์สตาร์ทจะ เพิ่มกระแสให้ชุดขดลวดสตาร์ทจนเมื่ออัตราเร่งของมอเตอร์ได้ถึง75 เปอร์เซ็นต์ส่วนคาปาซิเตอร์ รันต่ออยใู่นวงจรตลอดเวลาจึงทำให้มอเตอร์ที่มีอัตรากำลังสตาร์ทสูงและมีแรงบิดทีดีมีเสถียรภาพ

คาปาซิเตอร์มอเตอร์มีขนาดตั้งแต่ แรงม้า มีการนำไปใช้อย่างกว้างขวางทั้งในโรงงานอุตสาหกรรมและเครื่องใช้ภายในบ้าน เช่น เครื่องซักผ้า เครื่องทำความเย็น ปั้มน้ำ ปั้มลม พัดลมและเครื่องปรับอากาศ เป็นต้น คาปาซิเตอร์มอเตอร์มีส่วนประกอบเหมือนกับสปลิตเฟสมอเตอร์ทุกอย่าง เพียงแต่เพิ่มคาปาซิเตอร์เข้าไปอีก 1 ตัวหรือ 2 ตัว ซึ่งต่ออนุกรมกับขดลวดชุดสตาร์ต เพื่อให้มีแรงบิดเริ่มเดินสูงขึ้น

คาปาซิเตอร์มอเตอร์ทั้ง 3 ชนิด มีคุณลักษณะและการนำไปใช้งานที่แตกต่างกัน แต่สิ่งที่เหมือนกัน คือขดลวดสเตเตอร์ 2 ชุด คือ ขดลวดชุดรันและขดลวดชุดสตาร์ต พันอยู่ในสลอตของสเตเตอร์ วางห่างกัน 90 องศาไฟฟ้า และขดลวดชุดสตาร์ตต่ออนุกรมกับคาปาซิเตอร์

เนื่องจากสปลิตเฟสมอเตอร์มีแรงบิดเริ่มเดินค่อนข้างต่ำ เพราะว่ากระแสไฟฟ้าในขดลวดชุดสตาร์ตกับขดลวดชุดรันต่างเฟสกันเป็นมุมโดยประมาณ 30–50 องศาไฟฟ้า ดังนั้นเมื่อต้องการให้มอเตอร์มีแรงบิดเริ่มเดินสูง จะต้องใช้คาปาซิเตอร์ต่อเข้ากับวงจรขดลวดชุดสตาร์ต เพื่อให้กระแสไฟฟ้าในขดลวดทั้งสองชุดมีมุมต่างเฟสกันมากยิ่งขึ้นประมาณเกือบ 90 องศาไฟฟ้า

คาปาซิเตอร์มอเตอร์แบ่งออกได้เป็น 3 ชนิด แต่ละชนิดมีคุณลักษณะที่แตกต่างกัน แต่สิ่งที่เหมือนกันก็คือ มีขดลวดสเตเตอร์จำนวน 2 ชุด ซึ่งขดลวดชุดรันกับขดลวดชุดสตาร์ตวางมุมห่างกัน 90 องศาไฟฟ้า และขดลวดชุดสตาร์ตจะมีคาปาซิเตอร์ต่ออยู่เสมอ

4.1 คาปาซิเตอร์สตาร์ตมอเตอร์ (Capacitor Start Motor) มอเตอร์แบบนี้มีส่วนประกอบเหมือนกับสปลิตเฟสมอเตอร์ แต่เพิ่มคาปาซิเตอร์อีก 1 ตัว เพื่อต่ออนุกรมกับขดลวดชุดสตาร์ตเท่านั้น เมื่อต่อคาปาซิเตอร์อนุกรมกับขดลวดชุดสตาร์ตแล้ว ทำให้กระแสไฟฟ้าของขดลวดชุดสตาร์ต ( ) นำหน้าแรงเคลื่อนไฟฟ้า (V) ที่ป้อนให้กับมอเตอร์ ซึ่งจะนำหน้ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับค่าความจุของคาปาซิเตอร์ ส่วนกระแสไฟฟ้าของขดลวดชุดรันยังคงล้าหลังแรงเคลื่อนไฟฟ้า เหมือนเดิม จากเวกเตอร์ไดอะแกรมดังแสดงในรูปที่ 4.4กระแสไฟฟ้าของขดลวดชุดสตาร์ตนำหน้ากระแสไฟฟ้าของขดลวดชุดรัน ประมาณเกือบ 90 องศาไฟฟ้า

หลักการทำงานเหมือนกับสปลิตเฟสมอเตอร์ เมื่อมอเตอร์หมุนได้ความเร็วประมาณ 75 % ของความเร็วเต็มพิกัด สวิตช์แรงเหวี่ยงจะเปิดวงจรขดลวดชุดสตาร์ตและคาปาซิเตอร์ออก มอเตอร์จะทำงานต่อไปโดยอาศัยขดลวดชุดรันเพียงชุดเดียว

คุณลักษณะและการนำไปใช้งาน การต่อคาปาซิเตอร์เข้าไปในวงจรขดลวดชุดสตาร์ต ทำให้มอเตอร์แบบนี้มีแรงบิดเริ่มเดินสูงประมาณ 350–450 % ของแรงบิดเต็มพิกัด มีแรงบิดสูงสุดประมาณ 540 %ของแรงบิดเต็มพิกัด มีค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ และประสิทธิภาพเมื่อโหลดเต็มพิกัดประมาณ 80 – 95 % และ 55 – 65 % ตามลำดับ และมีกระแสขณะเริ่มสตาร์ตประมาณ 400–500 %ของกระแสเต็มพิกัดเมื่อเปรียบเทียบกับสปลิตเฟสมอเตอร์ที่ขนาดเท่ากัน กระแสเริ่มเดินจะต่ำกว่าและให้แรงบิตสูงกว่า

พิกัดกำลังของมอเตอร์แบบนี้ประมาณ แรงม้า เหมาะกับงานประเภทปั้มน้ำชนิดต่างๆ คอมเพรสเซอร์ เครื่องบดน้ำแข็ง สายพานลำเลียง เครื่องเจาะ หินเจียระไน และงานขับโหลดด้วยสายพานที่มีความฝืดสูงๆ

ค่าความจุของคาปาซิเตอร์ที่มีความเหมาะสมใช้กับมอเตอร์นั้นมีความจุ ตั้งแต่ 21–189 ทนพิกัดแรงเคลื่อนไฟฟ้าได้ไม่น้อยกว่า 220 V และเป็นคาปาซิเตอร์แบบอิเล็กโทรไลต์ ที่ใช้กับแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระแสสลับ

การกลับทางหมุนคาปาซิเตอร์มอเตอร์ ทำได้เช่นเดียวกันกับสปลิตเฟสมอเตอร์ คือ สลับคู่สายของขดลวดชุดรัน หรือขดลวดชุดสตาร์ตอย่างใดอย่างหนึ่ง

4.2 คาปาซิเตอร์รันมอเตอร์ (Capacitor Run Motor) โครงสร้างมีส่วนประกอบคล้ายกับ คาปาซิเตอร์สตาร์ตมอเตอร์ แตกต่างกันตรงที่ไม่มีสวิตช์แรงเหวี่ยง ทั้งคาปาซิเตอร์และขดลวดชุดสตาร์ตจะต่ออยู่ในวงจรตลอดเวลา ทั้งขณะเริ่มเดินและขณะเดินเครื่องใช้งาน คาปาซิเตอร์ที่ใช้เป็นชนิดบรรจุน้ำมันใช้กับไฟฟ้ากระแสสลับ ทนแรงเคลื่อนไฟฟ้าได้สูง มีฉนวนคั่นระหว่างแผ่นอะลูมิเนียม ฉนวนทำด้วยกระดาษบางๆ อาบด้วยน้ำมันฉนวน แล้วม้วนเป็นรูปทรงกระบอกบรรจุในกล่องอะลูมิเนียมหรือพลาสติก คาปาซิเตอร์แบบนี้มีค่าความจุต่ำ แต่สามารถต่อใช้งานได้เป็นระยะนาน

คุณลักษณะและการนำไปใช้งาน คาปาซิเตอร์รันมอเตอร์มีการออกแบบไว้ 2 ลักษณะ ดังนี้

1. แบบแรงบิดเริ่มเดินต่ำมีขนาดพิกัดกำลังตั้งแต่ แรงม้า แรงบิดเริ่มเดินประมาณ60 – 75 % ของแรงบิดเต็มพิกัด และแรงบิดสูงสุดประมาณ 225 % ของแรงบิดเต็มพิกัด ค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์และประสิทธิภาพเมื่อโหลดเต็มพิกัดประมาณ 80 – 95 % และ 55 – 65 %ตามลำดับ ไม่เหมาะกับงานขับโหลดด้วยสายพาน แต่เหมาะสมกับงานที่ยึดติดกับเพลาของมอเตอร์โดยตรง เช่น พัดลมชนิดต่างๆ โบลว์เวอร์ และโหลดอื่นๆ ที่ต้องการแรงบิดเริ่มเดินต่ำ

2. แบบแรงบิดเริ่มเดินปกติมีขนาดพิกัดกำลังตั้งแต่ แรงม้า มีแรงบิดสูงสุดประมาณ 200 % ของแรงบิดเต็มพิกัด มีค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์และประสิทธิภาพเมื่อโหลดเต็มพิกัดประมาณ80 – 95 % และ 55 – 65 % ตามลำดับ เหมาะสมกับงานขับโหลดด้วยสายพาน และโหลดที่ยึดติดกับเพลาของมอเตอร์โดยตรง เช่น พัดลม โบลว์เวอร์ คอมเพรสเซอร์ ปั้มน้ำและโหลดอื่นๆ ที่ต้องการแรงบิดเริ่มเดินพอประมาณ

กระแสขณะสตาร์ตประมาณ 400 – 500 % ของกระแสเต็มพิกัด การต่อคาปาซิเตอร์ไว้ในวงจรตลอดเวลาช่วยให้มอเตอร์มีแรงบิดเริ่มเดิน และขณะเดินเครื่องใช้งานสม่ำเสมอ ทำให้มีความเร็วรอบคงที่สม่ำเสมอ และเสียงเงียบ

การกลับทางหมุนทำได้ง่ายกว่ามอเตอร์เหนี่ยวนำ 1 เฟส ชนิดอื่นๆ โดยการสับสวิตช์ซึ่งโยกได้ 2 ทางเพื่อเลือกทิศทางการหมุน ซึ่งใช้มากในโบลว์เวอร์และพัดลมดูดอากาศ

4.3 คาปาซิเตอร์สตาร์ตและรันมอเตอร์(Capacitor Start and Run Motor) มอเตอร์แบบนี้มีส่วนประกอบคล้ายกับคาปาซิเตอร์สตาร์ตมอเตอร์ แตกต่างกันที่มีการเพิ่มคาปาซิเตอร์รันเข้าไปอีก 1 ตัว หรือบางทีเราเรียกมอเตอร์ชนิดนี้ว่า มอเตอร์คาปาซิเตอร์สองค่า (Two–Value Capacitor Motor)

หลักการทำงานของคาปาซิเตอร์สตาร์ตและรันมอเตอร์ ประกอบด้วยคาปาซิเตอร์2 ตัวที่ต่อในวงจร โดยคาปาซิเตอร์ตัวแรกเป็นชนิดอิเล็กโตรไลต์ ทำหน้าที่เป็นคาปาซิเตอร์สตาร์ต อีกตัวหนึ่งเป็นชนิดบรรจุน้ำมันทำหน้าที่เป็นคาปาซิเตอร์รัน ซึ่งคาปาซิเตอร์ชนิดบรรจุน้ำมันจะต่ออนุกรมกับขดลวดชุดสตาร์ตตลอดเวลาที่มอเตอร์ทำงาน ส่วนคาปาซิเตอร์ชนิดอิเล็กโตรไลต์จะต่ออนุกรมกับสวิตช์แรงเหวี่ยง แล้วต่อขนานกับคาปาซิเตอร์ชนิดบรรจุน้ำมัน ขณะเริ่มเดินคาปาซิเตอร์ทั้งสองตัวจะต่อขนานกันจะได้ค่าความจุเพิ่มขึ้น ทำให้มอเตอร์มีแรงบิดเริ่มเดินสูง เมื่อมอเตอร์หมุนไปด้วยความเร็วประมาณ 75 %ของความเร็วเต็มพิกัด สวิตช์แรงเหวี่ยงจะเปิดวงจรตัดคาปาซิเตอร์ชนิดอิเล็กโตรไลต์ออกจากวงจร เหลือเพียงแต่คาปาซิเตอร์ชนิดบรรจุน้ำมันเพียงตัวเดียวที่ต่ออนุกรมกับขดลวดชุดสตาร์ต

คุณลักษณะและการนำไปใช้งาน คาปาซิเตอร์สตาร์ตและรันมอเตอร์มีแรงบิดเริ่มเดินสูง อีกทั้งขณะหมุนไปแล้ว จะให้การหมุนที่เรียบสม่ำเสมอ เหมาะกับงานคอมเพรสเซอร์ของเครื่องทำความเย็นและเครื่องปรับอากาศ ปั้มลมขนาดใหญ่ โรงสีข้าวในครัวเรือน เป็นต้น

การกลับทางหมุนทำได้เช่นเดียวกันกับคาปาซิเตอร์สตาร์ตมอเตอร์ โดยสลับคู่สายของขดลวดชุดรันหรือชุดสตาร์ตชุดใดชุดหนึ่ง

4.4 การควบคุมความเร็วคาปาซิเตอร์มอเตอร์

คาปาซิเตอร์มอเตอร์ที่ใช้ในการปรับความเร็วรอบส่วนใหญ่จะเป็นชนิดคาปาซิเตอร์รันมอเตอร์ ส่วนใหญ่จะเป็นมอเตอร์พัดลม เช่น พัดลมตั้งโต๊ะ พัดลมตั้งพื้น พัดลมเพดาน พัดลมติดผนัง พัดลมคอยส์เย็นเครื่องปรับอากาศและอื่นๆ ซึ่งมีวิธีการปรับความเร็ว 3 แบบด้วยกัน คือ

4.4.1 แบบใช้ขดโช้กต่ออนุกรมเข้ากับขดรันเหมือนในสปลิตเฟสมอเตอร์

4.4.2 แบบใช้หม้อแปลงออโตภายนอกต่ออนุกรมเข้ากับมอเตอร์ในการปรับแทปเพิ่มลดขดลวดสนามแม่เหล็ก

4.4.3 แบบใช้วงจร R – C ภายนอกต่ออนุกรมเข้ากับมอเตอร์ในการปรับแทปเพิ่ม-ลดค่าอิมพีแดนซ์ (Z) ของวงจรมอเตอร์