อายุใช้งานของมอเตอร์ไฟฟ้า

อายุใช้งานของมอเตอร์ไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ในการใช้งานมอเตอร์ในอุตสาหกรรมหรือในทางด้านเกษตรกรรมนั้น ผู้ใช้โดยทั่วไปคิดว่ามอเตอร์นั้นแข็งแรงทนทานไม่จำเป็นต้องดูแลมาก ดังนั้นเมื่อติดตั้งเสร็จเรียบร้อยแล้วก็จะใช้งานไปจนกว่าจะมีปัญหาคือ ขดลวดของมอเตอร์เกิดลัดวงจรเสียหาย หรืออุปกรณ์ป้องกันมีการตัดมอเตอร์ออก ซึ่งเมื่อเกิดปัญหามอเตอร์ไม่ทำงาน ผู้ใช้จะให้ความสนใจที่ตัว Over-current relay หรือระบบควบคุมที่มีการตัดมอเตอร์ออก (Trip)โดยการป้องกันตัวเองของระบบควบคุมควรที่จะต้องถามว่าการติดของระบบควบคุมเกิดจากสาเหตุอะไร เพราะถ้าไม่ทราบสาเหตุของปัญหาเมื่อเคยเกิดการตัดระบบออกแล้วโดยปกติจะเกิดซ้ำขึ้นอีก การที่ผู้ควบคุมเครื่องจักรยังไม่ได้แก้ปัญหาที่เป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดการตัดระบบ แต่ทำการแก้ไขที่ปลายเหตุโดยทำให้เครื่องจักรทำงานต่อไปได้ ดังนั้นเมื่อใช้งานต่อไประยะหนึ่งจะเกิดการตัดการทำงานของมอเตอร์อีก ถ้ายังไม่แก้ไขก็จะเกิดปัญหาอย่างนี้ซ้ำๆ จนในที่สุดจะเสียหายอย่างรุนแรงและหาสาเหตุไม่ได้ เพราะในแต่ละครั้งของการตัดของวงจรป้องกันโดยที่ไม่ได้แก้ที่ต้นเหตุของปัญหา ซึ่งในคอลัมน์คลินิคการใช้มอเตอร์ในอุตสาหกรรมนี้จะพยายามเน้นให้เกิดความรู้ความเข้าใจในทางด้านเทคนิคและการบำรุงรักษาเครื่องจักรให้มีอายุยืนยาวคุ้มกับเงินลงทุน และสามารถทำงานโดยไม่ก่อให้เกิดปัญหา มอเตอร์ไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ถ้าจะถามถึงอายุต้องดูองค์ประกอบหลักของมอเตอร์ในแต่ละส่วนว่า แต่ละส่วนมีอายุใช้งานกี่ปี และอะไรเป็นสาเหตุที่ทำให้แต่ละส่วนเสียหาย ซึ่งจะนำไปสู่การใช้งานที่เหมาะสมในอนาคต โดยมีส่วนประกอบหลักๆ ดังนี้คือ 1) ฉนวนของขดลวดภายในมอเตอร์ 2) ลูกปืนที่เป็นส่วนรองรับการเคลื่อนไหวของตัวหมุน 3) สภาพแวดล้อมที่กัดกร่อน รวมไปถึงการออกแบบโครงสร้าง 4) การติดตั้งมอเตอร์ขับภาระทางกล 5) ระบบควบคุมและป้องกันมอเตอร์ ซึ่งนั่นหมายความว่าจะต้องมีการใช้งานอย่างถูกต้อง และเข้าใจเรื่องการบำรุงรักษาจึงสามารถกำหนดอายุของมอเตอร์ได้อย่างถูกต้อง 1) ฉนวนของขดลวดเป็นส่วนที่สำคัญส่วนหนึ่งของมอเตอร์เพราะถ้าฉนวนเสื่อมหรือเสียหายต้องทำการซ่อมขดลวดหรือพันขดลวดใหม่ อายุของฉนวนของขดลวดถ้าอ้างถึงหนังสือ Electrical Machine Design เขียนโดย A.K. Sawhney หน้าที่ 24 เกี่ยวกับอายุของฉนวน Insulation class A ว่าถ้าใช้งานปกติอายุประมาณ 20 ปี และมีสมการความสัมพันธ์ของตัวแปร อุณหภูมิกับอายุของฉนวนซึ่งเป็นสมการที่เกิดจากการคาดการณ์ ซึ่งต้องการชี้ประเด็นว่าถ้าใช้งานที่อุณหภูมิที่สูงขึ้นอายุของฉนวนจะสั้นลง และถ้าลดอุณหภูมิที่ใช้งานให้ต่ำลงอายุก็จะยาวขึ้น ผู้เขียนเองก็เคยมีปัญหาเกิดคำถามว่ารู้ได้อย่างไรว่าอายุประมาณ 20 ปี สำหรับมอเตอร์ที่อยู่ในห้องปฏิบัติการที่ลาดกระบังซึ่งซื้อมาพร้อมกันหลายตัวขณะนี้อายุเกิน 20 ปี แล้วยังคงใช้งานได้ แสดงว่าข้อมูลที่บอกว่ามอเตอร์ใช้งานปกติอายุของฉนวนจะเกิน 20 ปี นั้นเป็นไปได้ แต่ถ้ามีการใช้งานที่ทำให้อุณหภูมิของฉนวนของขดลวดสูงกว่าปกติ ก็จะเกิดผลกระทบกับฉนวนในสองแบบ คือ ถ้าสูงจนทำให้ฉนวนเสื่อมคุณภาพลงจะทำให้อายุของฉนวนสั้นลงแต่ยังคงใช้งานต่อได้ อาการอย่างนี้เกิดจากการที่กระแสไหลเข้ามอเตอร์สูงกว่าพิกัดและมี Over-load relay ช่วยตัดแต่ก็ยังยังส่งผลกระทบคือ ทำให้ฉนวนเสื่อมสภาพลง เหมือนกับวัสดุโดยทั่วไปเมื่อถูกความร้อนอาจจะไม่เสียหายทันทีแต่จะมีการเปลี่ยนสภาพไปบ้าง ซึ่งจะส่งผลกระทบให้อายุของฉนวนสั้นลง แต่เมื่อเกิดซ้ำๆ ช่วงระยะหนึ่งก็จะทำให้ฉนวนเสียหายจะทำให้เกิดการลัดวงจรที่ขดลวดที่เสียหาย ส่วนในอีกกรณีอุณหภูมิสูงมากเกินโดยเกิดจากความผิดปกติแล้วไม่มีอุปกรณ์ป้องกันตัดวงจรออก จะทำให้เกิดความเสียหายที่ฉนวนของขดลวด และเกิดการลัดวงจรในที่สุด ซึ่งในกรณีนี้ครั้งเดียวก็พังทันที ดังนั้น ในกรณีของฉนวนของมอเตอร์การเกิดกระแสไฟฟ้ามากเกินจนทำให้ Over load relay สั่งตัดไฟฟ้าป้อนเข้ามอเตอร์ป้องกันไม่ให้มอเตอร์เสียหายทันที แต่จะส่งผลให้อายุของมอเตอร์สั้นลง วนจะสั้นลงมากน้อยขนาดไหนขึ้นอยู่กับจำนวนครั้งของการเกิด Over- load relay ควรจะทำการแก้ไขหรือหาสาเหตุของการเกิดกระแสป้อนเข้ามอเตอร์เกินค่าพิกัด เพื่อให้เกิดการยืนยันได้ว่าอุณหภูมิที่ใช้งานจริงไม่เกินค่าสูงสุดที่ฉนวนทนได้ 2) อายุของลูกปืนของมอเตอร์ซึ่งขึ้นอยู่กับตัวแปรหลายตัว เช่น ภาระของลูกปืน ความเร็วของมอเตอร์ อุณหภูมิขณะทำงาน เกรดของน้ำมันหล่อลื่น นอกจากตัวแปรของการใช้งานแล้วยังมีส่วนที่จำเป็นอีกอย่างคือ การบำรุงรักษาและการเปลี่ยนตามอายุของลูกปืนซึ่งถูกระบุ เพราะถ้าปล่อยจนกระทั่งลูกปืนสึกหรอจะส่งผลให้ช่องอากาศเปลี่ยนไป จนทำให้กระแสป้อนเข้าสูงขึ้นและเกิดความร้อนที่ตลับลูกปืน และถ้าลูกปืนแตกจะส่งผลให้ตัว Rotor ไปถูกับตัว Stator ซึ่งจะทำให้มอเตอร์เสียหายมาก ดังนั้นการเปลี่ยนลูกปืนตามอายุที่ระบุในแต่ละยี่ห้อรวมถึงการบำรุงรักษาตามข้อกำหนดจะช่วยยืดอายุของมอเตอร์ไฟฟ้าเหนี่ยวนำ 3) สภาพแวดล้อมที่มีสารเคมี จะมีผลทำให้เกิดสนิมกัดกร่อนที่เปลือกของมอเตอร์ จะทำให้เสียสภาพการระบายความร้อนที่ดี รวมถึงระดับของการห่อหุ้ม (Enclosure) ของมอเตอร์ จะช่วยลดผลกระทบจากสภาพแวดล้อมที่จะส่งผลต่อวัสดุภายในของมอเตอร์ ดังนั้นการออกแบบเลือกชนิดของมอเตอร์ให้เหมาะสมกับสภาพแวดล้อม จะทำให้ลดความเสียหายของมอเตอร์ รวมถึงการบำรุงรักษาเพื่อให้สภาพของมอเตอร์พร้อมในการทำงานและจะช่วยลดผลกระทบจากสภาพแวดล้อม สรุปในทางด้านสภาพแวดล้อมถูกกำหนดโดยการออกแบบ และเกรดของมอเตอร์ที่ใช้ว่าออกแบบมาดีขนาดไหน เพราถ้าออกแบบมาดี เช่น การใช้สีที่ทนต่อสภาพแวดล้อม รวมถึงการหมั่นบำรุงรักษาก็สามารถยืดอายุของมอเตอร์ 4) การติดตั้งมอเตอร์ขับภาระทางกล ถ้าติดตั้งได้เหมาะสมในทางด้านระดับไม่มีการบิดระหว่างอุปกรณ์ส่งกำลัง เช่น เกียร์กับมอเตอร์ สายพานกับมอเตอร์รวมถึงอุปกรณ์ต่อประกับ (Coupling) เลือกให้เหมาะสมในการถ่ายทอดกำลังจากมอเตอร์ไปสู่ภาวะทางกล ลดผลกระทบจากการที่ภาระทางกลที่สั่นสะเทือนในแบบต่างๆ กลับมาที่มอเตอร์ทำให้ชิ้นส่วนของมอเตอร์ อาจจะได้รับความเสียหายจากการสั่นสะเทือนของภาระ ดังนั้นอุปกรณ์ต่อประกับก็มีความสำคัญต่อมอเตอร์ ภาระทางกลในตัวของก็อาจส่งผลต่ออายุของมอเตอร์ด้วยเหมือนกัน ถ้าภาระทางกลมีปัญหาอยู่เป็นประจำ ความเสียหายจากภาระทางกลก็ส่งผลกระทบต่อตัวมอเตอร์ทำให้มอเตอร์ต้องใช้กำลังมากขึ้นในการกระจายภาระจนเกิดการ Over-load ซึ่งจะส่งผลเสียหายถึงตัวมอเตอร์ที่ขับเคลื่อนอยู่ทั้งในลักษณะเสียหายทันทีกับในลักษณะเสื่อมสภาพเร็วกว่าปกติ การบำรุงรักษาภาระทางกลเช่นสายพานลำเลียงให้ทำงานอยู่ในสภาพที่ดีเป็นการลดภาระทางกล เพราะถ้าไม่หล่อลื่นรวมถึงการเปลี่ยนลูกกลิ้งที่เสียหายออกกจะทำให้เป็นการบำรุงรักษาภาระทางกล จึงส่งผลกระทบถึงอายุการใช้งานของมอเตอร์ไฟฟ้าเหนี่ยวนำด้วย 5) ระบบควบคุมและป้องกันมอเตอร์ก็เป็นอีกตัวแปรที่จะตอบว่ามอเตอร์ที่ใช้ขับเคลื่อนอยู่ มีอายุกี่ปีหรือใช้งานได้ตามเนื้อแท้ของมอเตอร์ปกติ ในการใช้งานมอเตอร์อยู่ในภาคอุตสาหกรรมการควบคุมที่เหมาะสมจะส่งผลถึงคุณภาพของงานที่ได้รับ เวลาที่ใช้ในการผลิต ต้นทุนและความน่าเชื่อถือ ถ้ามามองถึงอายุการใช้งานมอเตอร์ และอุปกรณ์ต่างๆ ที่ทำงานร่วมกับมอเตอร์ การควบคุมให้มอเตอร์หมุนและหยุดหมุนของมอเตอร์ไฟฟ้าเหนี่ยวนำเป็นช่วงคาบมีอุปกรณ์ให้เลือกใช้ตามความเหมาะสม เช่น – Magnetic Contractor Starter – Soft Starter – PWM Inverter – AC Flux Vector Inverter และแม้ว่าจะเป็นชนิดเดียวกันแต่การออกแบบภายในของแต่ละยี่ห้อส่งผลถึงคุณภาพในการควบคุม รวมถึงส่งผลต่อตัวมอเตอร์ที่แตกต่างกัน ระบบควบคุมมอเตอร์ได้อย่างเหมาะสม ดังนั้นคำว่าเหมาะสมนั้นแสดงถึงการที่ไม่ใช้อุปกรณ์ที่ดีเกินความจำเป็น แต่ก็จะไม่เลือกอุปกรณ์ควบคุมแบบที่ใช้งานได้ไม่เหมาะ คือใช้งานได้ชั่วขณะโดยไม่พังทันทีแต่จะเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็ว การป้องกันก็เป็นอีกส่วนหนึ่งที่อยู่ในระบบควบคุม ดังนั้นระบบป้องกันมอเตอร์ที่ดีควรจะฉลาดและแยกแยะระหว่างการทำงานที่ปกติและผิดปกติ รวมถึงจุดตัดสินใจที่เหมาะสมในการที่จะลดปัญหาของการที่ระบบควบคุมตัดบ่อยเกินไป จะทำให้เกิดความเสียหายแก่ขบวนการผลิต ดังนั้นการตั้งจุดตัดเพื่อป้องกันของตัวอุปกรณ์ควบคุมจึงมีความจำเป็นอย่างสูงที่จะลดผลกระทบจากการใช้งานที่ผิดปกติ เพราะจุดป้องกันที่เหมาะสมจะทำให้เกิดความเสียหายไม่มากหรือน้อย ดังนั้นจุดตัดไม่ว่าจะเป็นกระแสเกินพิกัดของมอเตอร์ อาจจะเป็นอุณหภูมิของมอเตอร์ หรือจะเป็น Unbalance Voltage ของมอเตอร์ จึงเป็นจุดที่ผู้ควบคุมมอเตอร์ควรให้ความสนใจ ซึ่งการตั้งค่ายังมีคำว่าความเหมาะสมเป็นตัวประกอบ นั่นก็หมายความว่าแต่ละเครื่องจักรมีความเหมาะสมที่ไม่เหมือนกันตามการประยุกต์ใช้งาน สรุปรวมว่าอายุของมอเตอร์ถ้าใช้งานปกติควรมีอายุเกิน 10 ปีขึ้นไป ส่วนถ้าการใช้งานแล้วมีอายุสั้นกว่า ต้องดูที่จุดประสงค์ของผู้ออกแบบที่ทำให้มอเตอร์บางตัวอายุสั้นลง เช่น ความต้องการลดต้นทุน ความจำเป็นทางด้านความสะดวกที่จะใช้งานในช่วงเวลาสั้นๆ แล้วน้ำหนักเบาเพื่อรูปร่างที่สวยงาม หรืออะไรก็แล้วแต่ ทุกอย่างก็เป็นเหตุผลของการออกแบบไม่สามารถชี้ชัดลงไปว่าออกแบบผิดหรือถูก ซึ่งผู้ที่จะสามารถสรุปได้ว่าการออกแบบให้อายุใช้งานได้เท่านั้นเท่านี้ควรจะเป็นผู้ผลิตและผู้ใช้