เซอร์โวมอเตอร์ตอนที่ 1

 

เซอร์โวมอเตอร์คืออะไร?
ทำไมต้องเซอร์โวมอเตอร์?
เซอร์โวมอเตอร์ดีกว่าอย่างไร?
จะใช้งานเซอร์โวมอเตอร์ต้องมีอะไรบ้าง?

หลายๆท่านคงสงสัยแล้วกำลังค้นหาจาก Google วันนี้เรามีคำตอบมาอธิบายทุกท่านในอีกมุมหนึ่ง หวังว่าบทความนี้จะเป็นประโยนช์ให้กับทุกท่านได้

ผมขอเริ่มจากคำถามที่ว่า

ในปัจจุบัน มอเตอร์ที่เราใช้อยู่ตามโรงงานอุตสาหกรรมคงหนีไม่พ้น อินดักชั่น มอเตอร์ (Induction motors) หรือมอเตอร์เหนี่ยวนำ ซึ่ง อินดักชั่น มอเตอร์ องค์ประกอบภายในอย่างคราวๆ คือ สเตเตอร์ และโรเตอร์ โดยทั้ง 2 ส่วน เป็น ขดลวด แล้วจ่ายไฟให้เกิดการเหนี่ยวนำทำให้เกิดแรงผลักหรือทอร์ค (Torque) นั่นเอง

โดยอินดักชั่น มอเตอร์มีข้อเสียคือมันจะมี slip  ซึ่ง slip คือ ความเร็วของโรเตอร์จะหมุนช้ากว่าความเร็วซิงโครนัส (Synchronous Speed)

มาดูทางฝั่งเซอร์โว มอเตอร์กันบ้าง  สเตเตอร์ของเซอร์โว มอเตอร์นั้นเป็นขดลวด ไม่ต่างกับ อินดักชั่น มอเตอร์ส่วนโรเตอร์ของเซอร์โว มอเตอร์นั้น เป็นแม่เหล็กถาวรแรงสูง  หมายความว่าตัวโรเตอร์จะมีเส้นแรงแม่เหล็กถาวรที่เราจะรู้ทิศแน่นอน ทำให้ตัวไดร์ฟ (Drive) สามารถส่งองศาไฟฟ้าที่ถูกต้องไปให้ขดลวด เพื่อให้เกินแรงผลักสูงสุด นี่จึงเป็นคำตอบที่ว่าเซอร์โว มอเตอร์มีทอร์คดีกว่าอินดักชั่น มอเตอร์ที่ขนาดกิโลวัตต์เท่ากัน

อีกความหมายคือเซอร์โว มอเตอร์ประหยัดไฟฟ้ากว่า (ค่าไฟเท่ากันเซอร์โวให้แรงบิดดีกว่า) ทั้งนี้ยังส่งผลให้เซอร์โว มอเตอร์มีความเร็วรอบที่สูงกว่าอีกด้วย

เซอร์โว มอเตอร์ทำงานงานได้อย่างไร?

ไดร์ฟ หรือ ที่ใครหลายๆคนเรียกว่าตัว Amp จะมีหน้าที่จ่ายไฟให้มอเตอร์หมุน ที่ด้านท้ายของเซอร์โว มอเตอร์จะมี Encoder เป็นตัวป้อน Feedback กลับไปยังตัวไดร์ฟ เพื่อให้ไดร์ฟรู้ว่าตอนนี้ เซอร์โว มอเตอร์หมุนไปที่องศาไหนแล้ว

ทำไมต้องเป็นเช่นนั้น? เนื่องด้วยมอเตอร์เป็นแม่เหล็กถาวร เส้นแรงแม่เหล็กจะคงที่ เพื่อการที่ไดร์ฟจะได้จ่ายองศาที่ถูกต้องเพื่อให้ได้แรงผลักสูงสุดนั้นเอง  แล้วทุกคนจะมีคำถามต่อว่า ต่างกันอย่างไรกับอินดัก ชั่นมอเตอร์ที่ติดตั้ง Encoder ถ้าเซอร์โว มอเตอร์ถอด Encoder ที่ท้ายมอเตอร์ออกมันจะไม่ใช่เซอร์โว มันจะเป็นเพียง PMM หรือชื่อเต็มๆของมันก็คือ มอเตอร์ชนิดแม่เหล็กถาวร (Permanent Magnet Motor) ซึ่งเจ้าตัวนี้จะใช้ไดร์ฟทั่วไปขับไม่ได้ ต้องเป็นไดร์ฟที่สามารถขับเจ้า PMM ได้เท่านั้น

ถามว่าทอร์คเป็นอย่างไร ? ลองดูสมการข้างล่างนี้เลยครับ

Induction Motor < Permanent Magnet Motor < Servo Motor

แล้วถ้าเราเอา Permanent Magnet Motor ต่อ Encoder เองจะได้ Servo หรือไม่ คำตอบคือไม่สามารถทำเองได้ครับ  เนื่องจากเราไม่มีเครื่องมือที่ทำให้รู้ว่าเส้นแรงแม่เหล็ก ตอนนี้อยู่ตำแหน่งไหนแล้ว Encoder อยู่ตรงไหนต้องให้ทางโรงงานผู้ผลิตเป็นคนประกอบให้  อาจจะมีบางท่านโต้แย้งว่าตนสามารถประกอบและใช้งานได้ คำตอบคือ ทำได้ครับ ใช้งานได้ แต่ทอร์คจะไม่ได้ Maximum อย่างที่มันควรจะป็นที่ออกมาจากโรงงานผู้ผลิต ถ้าเซอร์โว มอเตอร์เสียเนื่องจาก Encoder สามารถส่งให้โรงงาน Remanufacturing ใหม่ได้  แต่เปลี่ยนตัวใหม่ดีกว่าครับ

รู้หรือไม่ว่ากราฟทอร์คของเซอร์โว มอเตอร์และ อินดัก ชั่นมอเตอร์ที่ต่อไดร์ฟหน้าตาเป็นอย่างไร ?

รูปที่ 2 แสดงกราฟทอร์คของ servo motor และ induction motor

จากกราฟ ทั้ง 2 จะเห็นได้ว่าเซอร์โว มอเตอร์จะให้ทอร์คสูงสุดตั้งแต่เริ่มออกตัว (รอบต่ำๆ) จนถึงความเร็วสูงสุดตาม name plate แล้วจะตกลงแบบเป็นเส้นตรง (Linear) เมื่อเทียบกับอินดัก ชั่นมอเตอร์จะให้ทอร์คเป็นรูปคล้ายพาราโบล่า (Parabola) แล้วจะได้ทอร์คสูงสุดตาม name plate แล้วก็จะตกลง เห็นได้ว่าประสิทธิภาพของเซอร์โว มอเตอร์จะเหนือว่าอินดัก ชั่นมอเตอร์ในทุกทาง

ดังนั้นเราจะมีเกณฑ์การเลือกใช้เซอร์โว มอเตอร์หรือ อินดัก ชั่นมอเตอร์อย่างไร? มาดูกันเลยครับ

  1. งานที่ต้องการ ความแม่นยำสูงแน่นอนคงหนีไม่พ้นเซอร์โว มอเตอร์ ถามว่าอินดัก ชั่นมอเตอร์ติด encoder ทำได้ คำคอบคือ ได้ แต่แน่นอนประสิทธิภาพก็จะด้อยกว่า ต้องถามดูว่ายอมรับ error ได้แค่ไหน
  2. ทอร์คสูง แน่นอนที่กิโลวัตต์ที่เท่ากันและในกรณีความเร็วรอบต่ำเซอร์โว มอเตอร์ให้ทอร์คสูงกว่า
  3. ความเร็วรอบคงที่ ปั้มน้ำ ปั้มลม แน่นอนเซอร์โว มอเตอร์ก็ทำได้ แต่คงจะไม่ดีนักเพราะต้องจ่ายแพงกว่า อินดัก ชั่นมอเตอร์ก็สามารถทำงานได้ ดังนั้นในลักษณะงานเช่นนี้อินดัก ชั่นมอเตอร์จึงเป็นคำตอบที่ดีกว่า
  4. งานสายพาน หรือ Conveyor จะเลือกเป็นอะไร ถ้าแค่ Jog ไปเรื่อยๆอินดัก ชั่นมอเตอร์ก็ได้ แต่ถ้าต้องการรู้ตำแหน่งของบน Conveyor แล้วมีเซอร์โว มอเตอร์มาเพื่อต้องการแปะสต็กเกอร์สินค้าที่ต้องการ Reject ทิ้ง หรือต้องการหนีบของเข้ากล่องด้วยเครื่องจักร ทั้งนี้ถ้าทุกท่านไม่มั่นใจในการออกแบบ สามารถติดต่อเราเพื่อให้เข้าไปคุยแล้วช่วยเลือกผลิตภัณฑ์ได้

ทั้งหมดนี้เป็นเพียงความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเซอร์โว มอเตอร์ หวังว่าทุกท่างคงได้ความรู้ไม่มากก็น้อย ทางเราหวังว่าท่านจะติดตามกระทู้ของเราในฉบับต่อๆไป สำหรับฉบับหน้าผมจะมาสอนเรื่องการสั่งงานเซอร์โว มอเตอร์ว่าจะมีแบบไหนแล้วแต่ละแบบทำงานอย่างไรได้บ้าง สำหรับวันนี้สวัสดีครับ

ท่านสามารถติดตามเกร็ดความรู้และสินค้าเกี่ยวกับเซอร์โว มอร์เตอร์ (Servo Motor) ได้ที่ http://sonicautomation.co.th/article/

หากท่านใดมีข้อสอบถามเกี่ยวกับเซอร์โว มอเตอร์  หรือ ระบบควบคุมอัตโนมัติในโรงงาน สามารถติดต่อเราได้ที่

Sonic Line@ : @Sonicautomation หรือกดได้ที่ https://line.me/R/ti/p/%40qlr3969k