ทำความเข้าใจ มอเตอร์ไฟฟ้า ก่อนเข้าสู่ยุค EV

มอเตอร์ไฟฟ้า มีความสำคัญกับการใช้ชีวิตประจำวันของทุกคน ในแต่ละวัน พวกเราทุกคนจะต้องใช้เครื่องมือหรืออุปกรณ์ที่มีมอเตอร์ไฟฟ้าเป็นส่วนประกอบอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ไม่ว่าจะเป็นการใช้งานพัดลม, เครื่องปรับอากาศ, ปั๊มน้ำ, ลิฟท์, บันไดเลื่อน เป็นต้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในปัจจุบันมีกระแสการใช้งานยานยนต์ไฟฟ้าเพิ่มมากขึ้น ซึ่งมอเตอร์ไฟฟ้าก็ถือเป็นชิ้นส่วนสำคัญที่ใช้ในระบบส่งกำลัง ดังนั้น จึงสามารถสรุปได้ว่า มอเตอร์ไฟฟ้ามีความสำคัญต่อการใช้ชีวิตประจำวันของพวกเราทุกคนเป็นอย่างมาก

ทำไมต้องทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้า

บางครั้งหลายท่านอาจจะมีคำถามว่า ทำไมเราต้องทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้า เราสามารถใช้มอเตอร์ไฟฟ้าโดยไม่ต้องทดสอบได้หรือป่าว ซึ่งคำตอบของคำถามนี้จะขึ้นอยู่กับความต้องการของผู้ใช้งาน หากเป็นผู้บริโภคที่ซื้อเครื่องมือหรืออุปกรณ์ที่มีมอเตอร์ไฟฟ้าทำงานอยู่ภายใน ก็อาจจะไม่จำเป็นต้องทำการทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้า เนื่องจากการทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้าจะมีขั้นตอนที่ซับซ้อนและต้นทุนที่สูง แต่ถ้าหากเป็นบริษัทที่ผลิตมอเตอร์ไฟฟ้าหรือบริษัทที่นำเข้ามอเตอร์ไฟฟ้า ก็อาจจะมีความจำเป็นต้องทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้าก่อน เพื่อเป็นการตรวจสอบคุณภาพของมอเตอร์ไฟฟ้าที่ผลิตขึ้นหรือนำเข้ามาว่ามีคุณสมบัติตรงตามข้อมูลที่บริษัทต้นทางได้ให้ข้อมูลไว้หรือป่าว ทั้งนี้ อาจจะจำเป็นต้องทดสอบหาประสิทธิภาพและคุณลักษณะเฉพาะของมอเตอร์ไฟฟ้า นอกจากนี้ หากเป็นบริษัทที่ต้องการพัฒนาระบบควบคุมของมอเตอร์ไฟฟ้าเอง ก็จำเป็นต้องทราบข้อมูลจำเพาะของมอเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งโดยทั่วไปแล้ว บริษัทต้นทางมักจะไม่ให้ข้อมูลเหล่านี้ เนื่องจากเป็นข้อมูลเชิงลึกที่อาจจะเป็นความลับทางด้านเทคโนโลยี ดังนั้น บริษัทจึงต้องทำการทดสอบเพื่อหาค่าพารามิเตอร์ต่างๆ เอง

การทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้าทำอย่างไร

โดยทั่วไป การทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้าแบ่งออกเป็น 2 รูปแบบ คือ การทดสอบหาประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้าและการทดสอบหาคุณลักษณะของมอเตอร์ไฟฟ้า มีรายละเอียดดังนี้

1. การทดสอบหาประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้า (Motor Performance Test)

การทดสอบนี้เป็นที่นิยมและรู้จักกันเป็นอย่างดี นั่นคือ การทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้าบนแท่นไดนาโมมิเตอร์ (Dynamometer) โดยเป้าหมายของการทดสอบนี้ คือ การหาประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้าที่ทำงานร่วมกับชุดระบบขับเคลื่อน ในกรณีของมอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้งานในอุตสาหกรรมทั่วไป อาจจะทำการทดสอบที่พิกัดเป็นหลัก เนื่องจากเงื่อนไขการใช้งานของมอเตอร์ไฟฟ้าจะทำงานในย่านที่ไม่กว้างมากนัก แต่ในกรณีของมอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้งานในยานยนต์ไฟฟ้า จำเป็นต้องทำการทดสอบในย่านการทำงานที่กว้าง เพื่อให้ครอบคลุมการใช้งานในการขับขี่ตาม Driving cycle ดังนั้น การทดสอบหาประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้านี้ จึงต้องทำการทดสอบหลายจุดการทำงาน ตั้งแต่ความเร็วต่ำจนกระทั่งถึงความเร็วสูงสุด รวมทั้ง แรงบิดต่ำจนกระทั่งถึงแรงบิดสูงสุด สำหรับตัวอย่างแท่นทดสอบวัดประสิทธิภาพมอเตอร์ไฟฟ้าและแผนผังประสิทธิภาพที่ได้จากการทดสอบ แสดงในรูปที่ และรูปที่ ตามลำดับ

สำหรับ แท่นทดสอบวัดประสิทธิภาพมอเตอร์ไฟฟ้าที่มีให้บริการโดยทีมวิจัยของศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (เนคเทค) มีให้บริการอยู่ 2 แห่ง คือ อุทยานวิทยาศาสตร์ประเทศไทย (Thailand Science Park) จังหวัดปทุมธานี และศูนย์นวัตกรรมการผลิตยั่งยืน (SMC) จังหวัดระยอง โดยมีคุณสมบัติเฉพาะดังแสดงในตารางที่

ตารางที่ 1 คุณสมบัติเฉพาะของแท่นทดสอบวัดประสิทธิภาพมอเตอร์ไฟฟ้าที่ให้บริการโดยเนคเทค

2. การทดสอบหาคุณลักษณะของมอเตอร์ไฟฟ้า (Motor characteristic test)

การทดสอบหาคุณลักษณะของมอเตอร์ไฟฟ้านี้ จะแตกต่างจากการทดสอบวัดประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้า จากที่กล่าวไปข้างต้น การทดสอบวัดประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้าเป็นการทดสอบการทำงานร่วมกันระหว่างมอเตอร์ไฟฟ้าและระบบขับเคลื่อน ในกรณีที่เกิดความผิดพลาดจากมอเตอร์ไฟฟ้าหรือระบบขับเคลื่อนขึ้น การทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้าวิธีนี้ จะไม่สามารถระบุสาเหตุของความผิดพลาดได้โดยตรง ซึ่งอาจจะต้องใช้เวลาในการวิเคราะห์หาสาเหตุค่อนข้างนาน โดยวิธีการแก้ปัญหาดังกล่าวสามารถใช้แท่นทดสอบหาคุณลักษณะของมอเตอร์ไฟฟ้าช่วยในการระบุปัญหาได้ง่ายขึ้น เนื่องจากการทดสอบนี้เป็นการทดสอบเฉพาะมอเตอร์ไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว โดยไม่คำนึงถึงการทำงานของชุดระบบขับเคลื่อน การทดสอบนี้ใช้ชุดระบบขับเคลื่อนมาตรฐานที่ออกแบบไว้สำหรับใช้งานกับแท่นทดสอบนี้โดยเฉพาะ ดังนั้น หากเกิดความผิดพลาดที่เกิดจากมอเตอร์ไฟฟ้า ก็จะสามารถระบุปัญหาได้ทันที แต่ถ้าหากมอเตอร์ไฟฟ้าทำงานได้ตามปกติ ก็แสดงว่าเกิดปัญหาจากชุดระบบขับเคลื่อนแทน

สำหรับภาพรวมของแท่นทดสอบวัดคุณลักษณะของมอเตอร์ไฟฟ้าแสดงในรูปที่ 33 โดยประกอบด้วยอุปกรณ์หลักคือ แท่นรอง (Testbed), อุปกรณ์วัดแรงบิด (Torque sensor), ชุดเกียร์ตัวหนอน (Worm gear), ชุดมอเตอร์เซอร์โว พร้อมระบบขับเคลื่อน (Servo motor drive), ตัวควบคุม (Control cabinet), แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง (DC power supply) และเครื่องคอมพิวเตอร์ที่ใช้สำหรับควบคุมการทำงานและแสดงผลต่างๆ สำหรับตัวอย่างผลการทดสอบที่ได้ เช่น กราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงบิดและมุมควบคุม แสดงในรูปที่ 4 หรือกราฟความสัมพันธ์ระหว่างฟลักซ์สนามแม่เหล็กไฟฟ้ากับกระแสไฟฟ้าบนแกน d และ q แสดงในรูปที่ 5

นอกจากนี้ แท่นทดสอบวัดคุณลักษณะของมอเตอร์ไฟฟ้านี้ยังสามารถนำมาใช้ประโยชน์ในการหาตำแหน่งการติดตั้งชุดวัดตำแหน่งต่างๆ ที่จำเป็นต้องใช้กับมอเตอร์ไฟฟ้า ไม่ว่าจะเป็นชุด Resolver หรือชุด Encoder ซึ่งจำเป็นต้องระบุจุดเริ่มต้นของการหมุนให้ถูกต้อง เพื่อให้สามารถควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด

SMC ให้บริการทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้าอะไรบ้าง

สำหรับแท่นทดสอบวัดคุณลักษณะของมอเตอร์ไฟฟ้าที่มีให้บริการโดยทีมวิจัยของศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (เนคเทค) มีให้บริการอยู่ 2 แห่งเช่นเดียวกัน นั่นคือ อุทยานวิทยาศาสตร์ประเทศไทย (Thailand Science Park) จังหวัดปทุมธานี และศูนย์นวัตกรรมการผลิตยั่งยืน (SMC) จังหวัดระยอง ดังแสดงในตารางที่ 2

ตารางที่ 2 คุณสมบัติเฉพาะของแท่นทดสอบวัดคุณลักษณะมอเตอร์ไฟฟ้าที่ให้บริการโดยเนคเทค

ทั้งนี้ แท่นทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้าที่ติดตั้งที่อุทยานวิทยาศาสตร์ประเทศไทย จังหวัดปทุมธานี ได้เปิดให้บริการกับหน่วยงานภายนอก รวมทั้งบริษัทเอกชน เป็นที่เรียบร้อยแล้ว โดยมีหน่วยงานและบริษัทที่สนใจทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้าเข้ามาติดต่อสอบถามและใช้บริการแล้ว ส่วนแท่นทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้าที่ ศูนย์นวัตกรรมการผลิตยั่งยืน จังหวัดระยอง มีกำหนดเปิดให้บริการช่วงต้นปี 2566 หากผู้สนใจต้องการข้อมูลเพิ่มเติม สามารถติดต่อทีมวิจัยได้โดยตรง หรือสามารถแวะมาเยี่ยมชมการทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้าได้เช่นกัน

บทความโดย ดร.บุรินทร์ เกิดทรัพย์ นักวิจัย เนคเทค

เอกสารอ้างอิง

[1] www.horiba.com