• Subcribe to Our RSS Feed

ชุดทดลองการควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงด้วย PWM

ชุดทดลองการควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงด้วย PWM

(PWM Controller Lab Kit for DC Motor)

ปีการศึกษา: 2554

วัตถุประสงค์และประโยชน์

  1. เพื่อเป็นสื่อการเรียนการสอนประกอบวิชาเครื่องกลไฟฟ้า
  2. เพื่อให้นักเรียนได้ฝึกปฏิบัติการควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงได้อย่างถูกต้อง
  3. เพื่อให้นักเรียนได้ทดลองการควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงด้วย PWM
  4. เพื่อให้นักเรียนที่ใช้ชุดทดลองมีทัศนคติที่ดีต่อวิชาชีพ

บทสรุปงานสิ่งประดิษฐ์ที่นำเสนอ

การเรียนวิชาเครื่องกลไฟฟ้ากระแสตรงของนักเรียนระดับปวส. จะเป็นการศึกษาถึงการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงรวมไปถึงการควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง โดยโครงสร้างของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงนั้นจะประกอบไปด้วยขดลวด 2 ชุด คือ 1. ขดลวดชุดฟิลด์ และ 2. ขดลวดชุดอาร์เมเจอร์

การที่จะทำให้มอเตอร์เกิดการหมุนได้นั้นจะต้องมีการจ่ายแรงดันให้กับขดลวดทั้ง 2 ชุด ส่วนการที่จะควบคุมความเร็วของมอเตอร์นั้นจะต้องควบคุมปริมาณการไหลของกระแสให้กับขดลวดทั้ง 2 ชุด ในการเรียนการสอนเรื่องการควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงนั้น ในอดีตการจะควบคุมความเร็วของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงจะต้องมีอุปกรณ์ต่อร่วมที่จะทำการควบคุมกระแสให้กับขดลวดชุดฟิลด์ และชุดอาร์เมเจอร์โดยการใช้รีโอสตัตปรับค่าได้ทำให้มีการสูญเสียกำลังงานไปกับรีโอสตัด และวงจรก็ยังมีการยุ่งยากแรงบิดที่ได้จากมอเตอร์ก็มีน้อย ต่อมาได้พัฒนามาใช้อุปกรณ์ไทริสเตอร์ในการควบคุมแต่วงจรก็ยังมีขนาดใหญ่อยู่ จึงได้มีการคิดค้นการควบคุมด้วยหลักการของพัลซ์วิดมอดูเลชั่น (Pulse Width Modulation) หรือ PWM ซึ่งเป็นวิธีการควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบันนั่นเอง โดยชุดทดลองการควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงด้วย PWM นี้ ประดิษฐ์ขึ้นมาเพื่อให้นักเรียนมีความรู้ความเข้าใจและเพิ่มทักษะในการควบคุมมอเตอร์อีกรูปแบบหนึ่งซึ่งจะให้ประสิทธิภาพสูง เกิดการสูญเสียกำลังไฟฟ้าต่ำ และยังได้แรงบิดของมอเตอร์ในรอบต่ำๆ ได้ อีกทั้งขนาดของวงจรก็มีขนาดที่เล็กลงเพราะใช้วงจรด้านอิเล็กทรอนิกส์มาช่วยในการควบคุม

ในการออกแบบนั้นได้มีการทดลองใช้ IC 494  ซึ่งเป็นเบอร์ที่นิยมใช้ในภาคจ่ายไฟของคอมพิวเตอร์เพราะมีการกำหนดค่าความถี่ของสัญญาณพัลซ์ที่จะออกทางเอาท์พุทได้โดยการเปลี่ยนค่า CT และ RT อีกทั้งอุปกรณ์ต่อร่วมก็มีน้อย สามารถที่จะจ่ายสัญญาณพัลซ์ออกมาได้ และก็ได้มีการทดลองในส่วนชุดขับมอเตอร์ก็จะใช้ IC เบอร์ IR 2110 ซึ่งทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์ไดร์เวอร์ส่งต่อให้กับ มอสเฟตคือเบอร์ IRFP 150N ซึ่งมอสเฟตเบอร์นี้รองรับกระแสสูงและยังทนแรงดันได้สูง เมื่อทดลองขับมอเตอร์ได้จริง จึงออกแบบลาย PCB  และกล่องที่จะประกอบชุดวงจรเข้าไป

ในขั้นตอนของการวิเคราะห์งานนั้นได้มีการใช้งานควบคุมขดลวดชุดฟิลด์และชุดอาร์เมเจอร์ของมอเตอร์  DC ขนาด 48 โวลท์โดยมีการปรับควบคุมที่ชุดฟิลด์ให้มีกระแสพอที่จะสร้างสนามแม่แหล็กได้จากนั้นจึงมีการจ่ายควบคุมที่ขดลวดชุดอาร์เมเจอร์ ผลที่ได้คือมอเตอร์จะเริ่มมีการหมุนจากความเร็วรอบต่ำไปหาความเร็วรอบสูง และเมื่อปรับลดกระแสฟิลด์ลงก็จะทำให้มอเตอร์มีความเร็วรอบที่สูงขึ้น

จากการที่ได้ออกแบบและทดลองจนวิเคราะห์งานนั้นชุดทดลองการควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงนี้สามารถที่จะควบคุมความเร็วของมอเตอร์ได้มีอย่างประสิทธิภาพ เมื่อเทียบกับหลักการควบคุมรูปแบบเก่าๆที่จะต้องสูญเสียกำลังไฟฟ้าในรูปของความร้อนและวงจรที่มีขนาดใหญ่ การควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงด้วย PWM นั้นปัจจุบันมีการใช้งานที่แพร่หลาย เช่น นำไปใช้ในรถจักรยานไฟฟ้า สกุตเตอร์ไฟฟ้า รถกอลฟ์ หรืองานอื่นๆ ที่ใช้มอเตอร์กระแสตรง ดังนั้น
ชุดทดลองมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงชุดนี้จึงถือว่าเป็นสื่อการเรียนการสอนอักชิ้นหนึ่งที่จะทำให้นักเรียนได้เข้าใจการทำงานของการควบคุมมอเตอร์ที่ทันต่อเทคโนโลยีในปัจจุบันอีกทั้งยังได้สัมผัสกับการใช้งานจริงซึ่งจะก่อให้เกิดทักษะ และสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในหน้าที่การงานหรือในชีวิตประจำวันได้เป็นอย่างดี

ทฤษฎี / หลักวิชาการที่นำมาใช้ในการประดิษฐ์คิดค้น

PWM หรือ Pulse Width Modulation คือการสร้างสัญญาณพัลซ์ขึ้นมาโดยที่สัญญาณพัลซ์นั้นสามารถที่จะปรับความถี่และปรับเปอร์เซนดิวตี้ไซเคิลของสัญญาณได้ หรือการปรับความกว้างของสัญญาณพัลซ์นั่นเองยิ่งความกว้างของพัลซ์มากมอเตอร์ก็จะทำงานมากรอบจะสูง และถ้าความกว้างของพัลซ์น้อยมอเตอร์ก็จะได้รอบต่ำดังรูป

รูปแสดงความกว้างของพัลซ์

รูปแสดงความกว้างของพัลซ์

จากรูปแสดงความกว้างของพัลซ์ โดยรูปบนสุดจะมีความกว้างมากถ้าส่งไปให้ชุดขับมอเตอร์ก็จะทำให้มอเตอร์มีกระแสไหลผ่านมากตามผลที่ได้ความเร็วรอบจะสูง และเมื่อเทียบกับรูปล่างจะเห็นว่าความกว้างของพัลซ์มีค่าน้อยถ้าส่งไปให้กับชุดขับมอเตอร์ก็จะได้ความเร็วรอบที่ต่ำลงมา

คุณสมบัติหรือคุณลักษณะเฉพาะของผลงานสิ่งประดิษฐ์

  1. เป็นชุดทดลองการควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงด้วย PWM
  2. ใช้งานควบคุมมอเตอร์ขนาด 48 VDC
  3. มีพาแนลมิเตอร์เพื่อแสดงผลทั้งกระแสและแรงดัน
  4. สามารถควบคุมมอเตอร์ได้ 2 ชุด
  5. ใช้กับไฟฟ้ากระแสลับ 220 V

วัสดุอุปกรณ์

ตัวต้านทาน, คาปาซิเตอร์, ไดโอด, เพาเวอร์ไดโอด, เพาเวอร์มอสเฟต, LED, VR, IC, ซอกเกท IC, ฮีทซิงค์, แผ่น PCB, หม้อแปลงไฟฟ้า, พาแนลโวลท์มิเตอร์, พาแนลแอมป์มิเตอร์, กล่องอลูมิเนียม, ขั้วฟิวส์, ฟิวส์, สายไฟ, ขั้วไบดิ้ง

ผู้รับผิดชอบโครงงาน

นาย คมกริช มุสิกะนันทน์ แผนกวิชาอิเล็กทรอนิกส์ ปวส.2/1 (หัวหน้า)
นาย ชานนท์ สีปานนาค แผนกวิชาอิเล็กทรอนิกส์ ปวส.2/1

ที่ปรึกษาโครงงาน

อาจารย์เสถียร สาระพงษ์, อาจารย์เอกรินทร์ มีหิรัญ

ชุดทดลองควบคุมมอเตอร์

6,012 views