ยูนิเวอร์แซลมอเตอร์

ยูนิเวอร์แซลมอเตอร์ หรือซีรีส์วาวด์มอเตอร์ เป็นขนาดเล็กตั้งแต่ แรงม้า นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายทั่วไป ส่วนมากจะเป็นมอเตอร์ประกอบเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดเล็ก เป็นเครื่องมือช่าง และมีใช้งานในครัวเรือน มีความเร็วสูงมาก ให้แรงบิดเริ่มหมุนดี และสะดวกต่อการใช้งาน

ส่วนประกอบของยูนิเวอร์แซลมอเตอร์ มีทั้งหมด 5 ส่วน ได้แก่

1 ขั้วแม่เหล็กสเตเตอร์ (Stator Pole) เป็นแบบขั้วแม่เหล็กยื่น ทำจากเหล็กแผ่นบางๆ อัดเรียงกันแน่นด้วยหมุดย้ำ ส่วนมากจะทำเป็นชนิด 2 ขั้ว ที่แกนเหล็กสเตเตอร์มีขดลวดทองแดงพันไว้ เพื่อทำให้เกิดสนามแม่เหล็กเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดนี้

2 อาร์เมเจอร์ (Armature) เป็นส่วนที่หมุนทำจากเหล็กแผ่นบางๆ อัดเรียงติดกันแน่นเข้ากับเพลาที่ผิวด้านนอกจะทำเป็นสลอตไปตามทางยาวไว้โดยรอบ อาจเป็นแบบสลอตตรงหรือสลอตเฉียง และที่ปลายด้านหนึ่งจะมีคอมมิวเตเตอร์ติดตั้งอยู่ ส่วนภายในสลอตอาร์เมเจอร์จะพันด้วยขดลวดทองแดงและปลายขดลวดจะต่อเข้ากับซี่คอมมิวเตเตอร์

3 คอมมิวเตเตอร์ (Commutator) เป็นทางผ่านของกระแสไฟฟ้าที่มาจากแปรงถ่านเข้าไปยังขดลวดอาร์เมเจอร์ คอมมิวเตเตอร์ประกอบด้วยซี่ทองแดงหลายๆ ซี่วางเรียงเข้าด้วยกันเป็นรูปทรงกระบอกและมีฉนวนไมก้าคั่นระหว่างซี่ทองแดงแต่ละซี่

4 ฝาปิดหัวท้าย (End Plate) ทำจากเหล็กเหนียวยึดเข้ากับโครงด้วยสลักเกลียว ฝาปิดหัวท้ายนี้เป็นตัวยึดส่วนหมุนให้เคลื่อนที่อยู่ในแนวศูนย์กลางตลอดเวลา และเป็นที่ติดตั้งแบริ่งที่รองรับเพลาอาร์เมเจอร์และฝาปิดด้านหนึ่งจะติดตั้งซองแปรงถ่าน 2 ชุด

5 แปรงถ่าน (Brush) ทำจากผงกราไฟต์ มีหน้าที่นำกระแสไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายไฟฟ้าภายนอกเข้าสู่คอมมิวเตเตอร์ แปรงถ่านนี้จะอยู่ในซองแปรงถ่านอย่างเหมาะสม

หลักการทำงานของยูนิเวอร์แซลมอเตอร์

เมื่อจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงหรือไฟฟ้ากระแสสลับให้กับวงจรของยูนิเวอร์แซลมอเตอร์ ดังแสดงในรูปที่ 7.4 ก. โดยชั่วขณะหนึ่งที่กระแสไฟฟ้าไหลเข้ามอเตอร์ที่ขั้วด้านบนหรือขั้วบวก (+) และไหลออกจากมอเตอร์ทางขั้วด้านล่างหรือขั้วลบ ( – ) และถ้าในขณะเดียวกันให้กระแสไฟฟ้าที่ไหลในขดลวดอาร์เมเจอร์ไหลเข้าที่ขดลวดด้านบนและไหลออกที่ขดลวดด้านล่าง เมื่อพิจารณาทิศทางการหมุนของอาร์เมเจอร์แล้ว มอเตอร์จะหมุนในทิศทางทวนเข็มนาฬิกา แต่ถ้าสมมติว่ากระแสไฟฟ้าไหลเข้ามอเตอร์ที่ขั้วด้านล่างและไหลออกที่ขั้วด้านบนดังแสดงในรูปที่ 7.4 ข. ถ้าในขณะเดียวกันให้กระแสไฟฟ้าที่ไหลในขดลวดอาร์เมเจอร์ไหลเข้าที่ขดลวดด้านล่างและไหลออกที่ขดลวดด้านบน เมื่อพิจารณาทิศทางการหมุนของอาร์เมเจอร์แล้วมอเตอร์ก็ยังหมุนในทิศทางทวนเข็มนาฬิกาเช่นเดียวกับรูปที่ 7.4 ก. ดังนั้นจะเห็นได้ว่าการเปลี่ยนทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าในขดลวดฟีลด์คอยล์ และอาร์เมเจอร์ไม่มีผลต่อทิศทางการหมุนของมอเตอร์เช่นเดียวกับการสลับสายไฟที่ต่อเข้ามอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงก็จะไม่มีผลต่อทิศทางการหมุนของมอเตอร์

คุณลักษณะและการนำไปใช้งาน ยูนิเวอร์แซลมอเตอร์จะมีคุณลักษณะให้แรงบิดขณะเริ่มเดินสูงมาก มีความเร็วสูงในขณะที่ไม่มีโหลดเช่นเดียวกับเอซีซีรีส์ส์มอเตอร์ ซึ่งอาจจะมีความเร็วรอบสูงถึง 20000 รอบต่อนาที แต่ก็สามารถแก้ไขหรือป้องกันอันตรายได้โดยการใช้ชุดเฟืองเกียร์ต่อเข้ากับเพลาของมอเตอร์เพื่อลดความเร็วรอบ และเพิ่มแรงบิด แต่ยูนิเวอร์แซลมอเตอร์จะมีความเร็วรอบต่ำลงเมื่อมีโหลดส่วนใหญ่จะนำไปใช้งานประกอบเข้ากับเครื่องใช้ไฟฟ้าชนิดต่างๆ เช่น จักรเย็บผ้า สว่านมือไฟฟ้า กบไสไม้ไฟฟ้า เครื่องดูดฝุ่น เครื่องผสมอาหาร เลื่อยจิกซอร์ และเครื่องขัดกระดาษทราย

การกลับทิศทางหมุนของยูนิเวอร์แซลมอเตอร์สามารถทำได้โดยการเปลี่ยนทิศทางการไหลของกระแสที่ขดลวดอาร์เมเจอร์ หรือขดลวดฟีลด์คอยล์อย่างใดอย่างหนึ่ง ซึ่งเป็นการกลับทิศทางการหมุนของยูนิเวอร์แซลมอเตอร์ โดยการสลับปลายสายของขดลวดอาร์เมเจอร์

การควบคุมความเร็วรอบของยูนิเวอร์แซลมอเตอร์ยูนิเวอร์แซลมอเตอร์สามารถควบคุมความเร็วรอบของการหมุนได้ดังนี้

1 การใช้ความต้านทาน (Resistance Method) ตัวต้านทานที่ใช้เป็นชนิดแท่งคาร์บอน (Carbon pile) หรือลวดความต้านทาน (Resistance wire) จะต่ออนุกรมกับขดลวดมอเตอร์ เช่น มอเตอร์จักรเย็บผ้า เปลี่ยนค่าความต้านทานโดยใช้เท้าเหยียบกดกล่องความต้านทาน ถ้าแผ่นคาร์บอนเรียงชิดกัน จะได้ค่าความต้านทานนั้นลดลง ทำให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่จ่ายให้มอเตอร์มีค่ามากขึ้น ความเร็วรอบของมอเตอร์ก็จะสูงขึ้น

2 การลด-เพิ่มขดลวดสนามแม่เหล็ก (Tipped field)โดยการต่อขดลวดสนามแม่เหล็กออกมาเป็นช่วงๆ เพื่อปรับลดหรือเพิ่ม ทำให้ความเร็วรอบของมอเตอร์เปลี่ยนแปลงตามไปด้วย

3 การใช้สวิตช์แรงเหวี่ยง (Centrifugal Switch) การทำงานเมื่อมอเตอร์หมุนทำให้เกิดแรงเหวี่ยง แรงเหวี่ยงนี้จะทำให้หน้าสัมผัสของสวิตช์เปิดวงจรไม่ให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านสวิตช์นี้ ทำให้มอเตอร์หมุนช้าลงจนถึงความเร็วที่ปรับตั้งไว้ หน้าสัมผัสของสวิตช์แรงเหวี่ยงจะปิดวงจร อีกครั้งมอเตอร์ก็จะหมุนเร็วขึ้น เป็นจังหวะสลับกันไปซึ่งการตัดและต่อวงจรเกิดขึ้นเร็วมาก เพื่อป้องกันการเกิดประกายไฟและหน้าสัมผัสของสวิตช์แรงเหวี่ยงสึกหรอจึงใช้คาปาซิเตอร์และตัวต้านทานต่อคร่อมกับสวิตช์แรงเหวี่ยงไว้