สัญลักษณ์ การควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้า

1.1 บทนำ

            สถานประกอบการหรืออุตสาหกรรมในประเทศไทย ได้มีการนำเข้าเครื่องจักรเพื่อใช้ในสายงานการผลิต เพื่อลดการใช้กำลังงานและลดต้นทุนการผลิต ซึ่งเครื่องจักรทุกเครื่องจำเป็นต้องใช้มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นเครื่องต้นกำลัง ดังนั้นเพื่อความปลอดภัยในการปฏิบัติงานบุคลากรของโรงงานจะต้องมีความรู้และความเข้าใจในการสั่งการหรือควบคุมคำสั่งนั้นๆ ให้ทำงานได้บรรลุตามวัตถุประสงค์ ฉะนั้นบุคลากรที่เกี่ยวข้องกับงานดังกล่าวจะต้องมีความรู้ความเข้าใจในด้านควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้า ตลอดจนสัญลักษณ์ต่าง ๆ ที่จำเป็นต้องใช้ในวงจรควบคุมมอเตอร์ ซึ่งผู้ผลิตเครื่องจักรแต่ละประเภทอาจใช้สัญลักษณ์ที่แตกต่างกัน

1.2 สัญลักษณ์

            สัญลักษณ์ที่ใช้ในการควบคุมมอเตอร์ได้มีวิวัฒนาการมาเป็นลำดับ ประมาณปี พ.ศ.2510 ประเทศในแถบยุโรป อเมริกา และเอเชียยังใช้สัญลักษณ์ที่แตกต่างกัน จนกระทั่งในปี พ.ศ.2520 (ค.ศ. 1977) จึงได้มีการจัดตั้งองค์การขึ้นโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อกำหนดสัญลักษณ์มาตรฐานของงานด้านวิศวกรรมให้เป็นมาตรฐานเดียวกัน เช่นเดียวกับหน่วยวัดปริมาณความยาว มวล และเวลา ซึ่งใช้มาตรฐาน SI (System International Units) สำหรับงานวิศวกรรมไฟฟ้านั้นใช้มาตรฐาน IEC (International Electrotechnical Commission) ฯลฯ องค์การดังกล่าวมีชื่อว่า International Organization for Standardization

โดยทั่วไปงานที่เกี่ยวข้องกับระบบไฟฟ้า ไม่ว่าจะเป็นอุปกรณ์ป้องกัน หรือการผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้าต่าง ๆ จะต้องมีมาตรฐานเป็นตัวกำหนด ซึ่งมาตรฐานที่ประเทศไทยเราคุ้นเคยก็คือมาตรฐานของประเทศในทวีปยุโรปและอเมริกา ดังนั้นในบทบาทนี้จึงได้รวบรวมสัญลักษณ์ที่เกี่ยวข้องกับงานควบคุมมอเตอร์โดยจำแนกไว้ในตารางที่ 1.1 เป็นการเปรียบเทียบสัญลักษณ์ 4 มาตรฐานคือ สัญลักษณ์ของประเทศเยอรมัน ประเทศอังกฤษ ประเทศอเมริกา/แคนาดา และสัญลักษณ์นานาชาติ (IEC) และตารางที่ 1.2 เป็นสัญลักษณ์อุปกรณ์ที่ใช้ในการควบคุมมอเตอร์มาตรฐานของอเมริกา

ต ารางที่ 1.1 สัญลักษณ์อุปกรณ์ที่ใช้ในวงจรควบคุมมอเตอร์ เปรียบเทียบ 4 มาตรฐาน

ตารางที่ 1.2 สัญลักษณ์ที่ใช้ในวงจรควบคุมมอเตอร์มาตรฐานอเมริกา

1.3 แมกเนติก คอนแทคเตอร์

แมกเนติก คอนแทคเตอร์ หรือเรียกสั้น ๆ ว่า “คอนแทคเตอร์” เป็นอุปกรณ์ตัดต่อวงจรไฟฟ้าซึ่งควมคุมโดยแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อมีกระแสกระตุ้นขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า จะทำให้หน้าสัมผัสของคอมเทคเตอร์ต่อถึงกัน ทำให้วงจรไฟฟ้าครบวงจร กระแสจากแหล่งจ่ายไฟจึงไหลผ่านไปที่โหลดได้ เมื่อตัดกระแสกระตุ้นออก สนามแม่เหล็กไฟฟ้าก็จะหมดไป สปริงจะดันให้หน้าสัมผัสแยกออกจากกัน ทำให้วงจรไฟฟ้าไม่ครบวงจร

คอนแทคเตอร์มีส่วนประกอบที่สำคัญ 3 ส่วน คือ

ก.      ขดลวดสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้า หรือ คอยล์ (Magnetic coil)

ข.      หน้าสัมผัสหลัก คือ คอนแทคเมน (Main contact) ใช้เป็นหน้าสัมผัสสำหรับปิด-เปิด วงจรเครื่องใช้ไฟฟ้า เช่น มอเตอร์หรือโหลดอื่นๆ ที่ต้องการกระแสสูง (Power circuit)ทั้งนี้เพราะว่าหน้าสัมผัสหลักมีขนาดใหญ่ สามารถรับกระแสมาก ๆ ได้

ค.      หน้าสัมผัสช่วย หรือ คอนแทคช่วย (Auxiliary contact) ใช้เป็นหน้าสัมผัสสำหรับปิด-เปิดวงจรควบคุม (Control circuit) หน้าสัมผัสมีขนาดเล็ก รับกระแสได้น้อย

    ข้อดีของคอนแทคเตอร์

        ก.      สามารถตัดต่อวงจรที่มีกระแสสูงได้ ด้วยอุปกรณ์ควบคุมซึ่งกินกระแสต่ำ

        ข.      ใช้กับงานที่มีลักษณะต่อเนื่อง หรืองานซึ่งมีการตัดและต่อวงจรบ่อยๆ

        ค.      เป็นอุปกรณ์ที่แข็งแรงทนทานและใช้งานได้นาน

        ง.       สามารถปรับให้ใช้กับระบบควบคุมอื่นๆ ได้ง่าย

ด้วยสาเหตุดังกล่าว คอนแทคเตอร์จึงถูกนำไปใช้งานอย่างกว้างขวาง ในการตัดต่อวงจรไฟฟ้ากำลังและงานควบคุมมอเตอร์

1.4 รีเลย์ช่วยหรือคอนโทรลรีเลย์ (Auxiliary relay or Control relay)

หมายถึง สวิตส์ที่ทำงานโดยอาศัยอำนาจแม่เหล็กช่วยให้เกิดการตัดต่อวงจรควบคุม มีลักษณะการทำงานเหมือนกับคอนแทคเตอร์ ต่างกันที่หน้าคอนแทคของรีเลย์ช่วยทนกระแสได้ต่ำดังนั้นจังไม่สมควรนำไปต่อเข้ากับโหลด ลักษณะของคอนแทคมีทั้งแบบปกติเปิด (NO) และแบบปกติ (NC) รูปที่ 1-6 เป็นรีเลย์ช่วยสำหรับติดตั้งกับรางเหล็กในตู้ควบคุม

อักษรกำกับอุปกรณ์สำหรับรีเลย์ช่วยสัญลักษณ์ IEC จะมีอักษร A ต่อท้ายตัวอย่าง เช่น K 2 A และ K 3 4 เป็นต้น

1.5 รีเลย์ตั้งเวลาหรือไทม์เมอร์

            เป็นรีเลย์ที่ใช้ในวงจรควบคุมอีกชนิดหนึ่งแต่สามารถปรับตั้งเวลาทำงานของหน้าคอนแทคได้ หมายความว่าจะให้คอนแทคตัดหรือต่อวงจรภายในเวลาที่กำหนดหลังจากจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าสู่ตัวรีเลย์ เรียกว่าไทม์เมอร์แบบออน ดีเลย์ (ON-Delay type) หรือจะให้คอนแทคตัดหรือต่อวงจรภายในเวลาที่กำหนดหลังจากหยุดจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าสู่ตัวรีเลย์ เรียกว่า ไทม์เมอร์ แบบออฟดีเลย์ (OFF -Delay type) รีเลย์ตั้งเวลาแบ่งออกตามลักษณะการทำงานของอุปกรณ์ควบคุมได้หลายชนิด เช่น รีเลย์ตั้งเวลาทำงานโดยอาศัยลม เรียกว่า “อิเล็กทรอนิก ไทม์เมอร์” ดังแสดงในรูปที่ 1-9 ก. รีเลย์ตั้งเวลาทำงานโดยอาศัยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เรียกว่า “อิเล็กทรอนิกส์ ไทม์เมอร์” ดังแสดงในรูปที่ 1-9 ข. และรีเลย์ตั้งเวลาทำงานโดยอาศัยแรงขับมอเตอร์ เรียกว่า “มอเตอร์ ไดรฟ์เวน ไทม์เมอร์”

1.5.1 หน่วงเวลาหลังจากจ่ายไฟเข้า (On-delay) เมื่อจ่ายไฟเข้ารีเลย์ตั้งเวลา หน้าคอนเทคจะอยู่ในสภาพเดิมก่อน เมื่อครบกำหนดเวลาที่ตั้งไว้แล้ว หน้าคอนแทคจึงจะเปลี่ยนสภาพไปเป็นสภาวะตรงข้ามและจะค้างอยู่ในตำแหน่งนั้นจนกว่าจะหยุดการจ่ายไฟเข้ารีเลย์ หน้าคอนแทคจึงกลับสู่สภาพเดิม

    1.5.2 หน่วงเวลาหลังจากตัดไฟออก (Off-delay) เมื่อจ่ายไฟเข้ารีเลย์ตั้งเวลา หน้าคอนแทคจะเปลี่ยนสภาพไปเป็นสภาวะตรงข้ามทันที หลังจากตัดไฟออกจากรีเลย์แล้วจึงเริ่มหน่วงเวลาเมื่อครบกำหนดเวลาที่ตั้งไว้ หน้าคอนแทคจะกลับสู่สภาพเดิมอักษรกำกับอุปกรณ์สำหรับรีเลย์ตั้งเวลา สัญลักษณ์มาตรฐาน IEC จะมีตัวอักษร T ต่อท้าย เช่น K 4

T หรือ K 5 T เป็นต้น สัญลักษณ์ของรีเลย์ตั้งเวลามาตรฐาน U.S./Canada และ มาตรฐานสากล แสดงไว้ใน

1.6 รีเลย์โหลดเกินหรือโอเวอร์

 เป็นอุปกรณ์สำหรับป้องกันมิให้มอเตอร์ทำงานเกินกำลัง หรือป้องกันมิให้มอเตอร์เสียหายเนื่องจากการใช้กระแสไฟฟ้าเกินพิกัดหากกระแสไฟฟ้าไหลเกินกว่าพิกัดจะทำให้ขดลวดภายในมอเตอร์ร้อนขึ้นเรื่อยๆ และไหม้ในที่สุด แต่ถ้าหากภายในวงจรมีรีเลย์โหลดเกินต่อไว้ และปรับตั้งขนาดพิกัดกระแสให้ถูกต้อง รีเลย์โหลดเกินจะทำหน้าที่ตัดวงจรควบคุมมอเตอร์ออกไปก่อนที่มอเตอร์จะไหม้

           โครงสร้างและหลักการทำงานของรีเลย์โหลดเกินที่จะกล่าวต่อไปเป็นรีเลย์โหลดเกินที่ทำงานโดยอาศัยผลของความร้อน จึงเรียกกันทั่วไปว่า “เทอร์มอล โอเวอร์โหลด รีเลย์” (Thermal overload relay) โครงสร้างภายในประกอบด้วยขดลวดความร้อนพันรอบแผ่นโลหะไบเมทอล โดยใช้กระแสที่ไหลผ่านโหลดเป็นตัวควบคุม เมื่อแผ่นโลหะไบเมทอลร้อนจะโค้งงอไปดันคานส่ง (ทำด้วยเบเกอร์ไลท์) เคลื่อนที่ไปดันหน้าคอนแทคของรีเลย์โหลดเกินในวงจรคอบคุมให้เปิดวงจร

รีเลย์โหลดเกินจะถูกออกแบบไว้เป็น 2 ลักษณะ คือ แบบธรรมดา หรือแบบรีเซทอัตโนมัติ (Automatic reset) เมื่อแผ่นไบเมทอลร้อนจะโค้งงอไปดันคานส่งทำให้หน้าคอนแทคเปิดวงจรและจะกลับมาอยู่ในสภาพเดิมเมื่อเย็นลง กับแบบที่มีปุ่มรีเซท (Hand reset) คือเมื่อตัดวงจรแล้ว หน้าคอนแทคจะถูกล็อคไว้ หากต้องการให้วงจรทำงานใหม่ ทำได้โดยกดปุ่มรีเซท

1.7 สวิตช์ปุ่มกด (Push button switch)

               เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการควบคุม เพื่อทำหน้าที่เริ่มเดิน (start) หยุด (stop) เดินหน้า (For-ward) และถอยหลัง (Reverse) เป็นต้น สวิตช์ปุ่มกดมีให้เลือกใช้หลายแบบ

1.8 สวิตช์เลือกหรือซีเล็คเตอร์ สวิตช์ (Selector switch)

เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในวงจรควบคุม เพื่อทำหน้าที่เลือกทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าหรือตัดกระแสไม่ให้ไหลผ่านวงจรได้ตามต้องการ รูปที่ 1-14 เป็นสวิตช์เลือกแบบธรรมดา แบบก้านยาว และสวิตช์เลือกแบบกุญแจ

1.9 ลิมิตสวิตช์ (Limit switch)

                 ลิมิตสวิตช์ เป็นสวิตช์ที่ใช้ในการควบคุมมอเตอร์ซึ่งจะต้องทำงานร่วมกันกับแมกเนติกคอนแทคเตอร์เสมอ เพื่อควบคุมเครื่องจักรให้ ทำงานโดยอัตโนมัติ เช่น ควบคุมให้เลื่อนไปทางซ้ายและขวา ควบคุมให้เลื่อนขึ้นและลง เป็นต้น               

1.1 สวิตช์ความดัน หรือเพรชเชอร์ สวิตช์ (Puessure switches)

                 ในงานอุตสาหกรรมมีความจำเป็นต้องใช้เพรชเชอร์ สวิตช์ ในงานที่ต้องการควบคุมความดันให้ได้ตามต้องการ เช่น อุปกรณ์ที่ทำงานด้วยลมในระบบนิวเมติก (Pneumatic) หรือน้ำมันในระบบไฮดรอลิก (Hydraulie)

1.11 สวิตช์เลือกแบบดรัม ( Drum switch)

ประกอบด้วยชุดคอนแทคที่ติดตั้งบนแกนฉนวน ที่สามารถเคลื่อนที่ได้ เมื่อหมุนรอบแกนจะทำให้หน้าคอนแทคเกิดการเปลี่ยนแปลง จากปกติปิดเป็นเปิด และจากปกติเปิดเป็นปิดได้ตามความต้องการ  สวิตช์เลือกแบบดรัมสามารถนำไปใช้งานได้มากมาย อาทิ สวิตช์ เลือกสำหรับโวลท์มิเตอร์ (Voltmetre selector switch) สวิตช์เลือกสำหรับแอมป์มิเตอร์ (Ammeter selector switch) สวิตช์เลือกสำหรับเริ่มเดินและหยุดมอเตอร์  (On-off switch) สวิตช์เลือกสำหรับกลับทางหมุนมอเตอร์ (Forward and reverse switch) สวิตช์เลือกสำหรับสตาร์ทมอเตอร์แบบสตาร์- เดลต้า