หน้าแรก
คลังความรู้
ควบคุมมอเตอร์ AC
ซอฟต์สตาร์ท · ออโต้ทรานส์

// บทที่ 21.10 · ควบคุมมอเตอร์ AC · Soft Starters & Autotransformers

ซอฟต์สตาร์ทเตอร์ ออโต้ทรานส์ฟอร์เมอร์ และการเปรียบเทียบวิธีสตาร์ทมอเตอร์: กระแส แรงบิด แรงดันตก และราคา

ทุกวิธีที่ลดแรงดันตอนสตาร์ทมีกฎเดียวกันอยู่เบื้องหลัง: กระแสลดตามแรงดัน แต่แรงบิดลดตามกำลังสองของแรงดัน หน้านี้ใช้กฎนั้นเปรียบเทียบวิธีสตาร์ทแบบตัวเลข และอธิบายซอฟต์สตาร์ทเตอร์ซึ่งเป็นตัวเลือกยอดนิยมของงานปั๊มยุคใหม่

เขียนโดย อาจารย์มดอัปเดต 14 ต.ค. 2569

สรุปใน 30 วินาที

ลดแรงดันเป็น $k$ เท่า → กระแส $k$ เท่า แรงบิด $k^2$ เท่า
ซอฟต์สตาร์ท: ไทริสเตอร์ตัดคลื่น ramp แรงดัน จำกัดกระแส 2–4 In แล้วบายพาส
ออโต้ทรานส์ tap $a$ : กระแสมอเตอร์ $a$ เท่า กระแสสาย $a^2$ เท่า แรงบิด $a^2$ เท่า
หยุดนุ่ม (soft stop) ลดค้อนน้ำในท่อปั๊ม — จุดเด่นที่สตาร์-เดลต้าทำไม่ได้

กฎของการสตาร์ทด้วยแรงดันลด กลาง

T1 Reduced-voltage starting การสตาร์ทด้วยแรงดันลด

\frac{V}{V_n} = k \;\Rightarrow\; I_{st} = k\,I_{st,DOL} \qquad T_{st} = k^2\,T_{st,DOL}

T2 Torque at a current limit แรงบิดเมื่อจำกัดกระแส

T_{st} = T_{st,DOL}\left(\frac{I_{lim}}{I_{st,DOL}}\right)^2

ตัวอย่าง T-1

มอเตอร์ Ia/In = 6.5 Ta/Tn = 2.2 จำกัดกระแสที่ 3 In

$k = 3/6.5 = 0.46$ → แรงดันเริ่มต้นราว 46 %
T2: $T_{st} = 2.2(0.46)^2 = 0.47$ Tn — พอสำหรับปั๊มหอยโข่ง (~0.15 Tn) แต่ไม่พอสำหรับสายพานที่มีของ (~1.0–1.5 Tn)
เทียบสตาร์-เดลต้า: กระแส $6.5/3 = 2.2$ In แต่แรงบิด $2.2/3 = 0.73$ Tn — กระแสต่ำกว่าแต่แรงบิดสูงกว่า เพราะแรงดันขดลวดลดเพียง $1/\sqrt3$ ขณะที่กระแสสายลดถึง 1/3 (ทำงานเหมือนออโต้ทรานส์ $a = 0.58$ ในตัวอย่าง T-2)

ซอฟต์สตาร์ทเตอร์ทำงานอย่างไร กลาง

ในแต่ละเฟสมีไทริสเตอร์ (SCR) สองตัวต่อแบบกลับหลังขนาน ตัวควบคุมจุดชนวนไทริสเตอร์ช้ากว่าจุดตัดศูนย์ของแรงดันไปเป็นมุม α ทำให้มอเตอร์ได้รับเพียงส่วนท้ายของแต่ละครึ่งคลื่น ลด α ลงเรื่อย ๆ แรงดัน rms ที่มอเตอร์ก็เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ เมื่อถึงแรงดันเต็ม คอนแทกเตอร์บายพาสภายในปิด ไทริสเตอร์หยุดนำ จึงไม่มีความร้อนสูญเสียขณะเดินปกติ

รูป 1 · คลื่นแรงดันที่มอเตอร์ขณะ ramp: เริ่มจากชิ้นคลื่นแคบ (α ใหญ่) จนเต็มคลื่น จากนั้นบายพาส

T3 RMS voltage vs firing angle (resistive approximation) แรงดัน rms กับมุมจุดชนวน

\frac{V_{rms}}{V} = \sqrt{1 - \frac{\alpha}{\pi} + \frac{\sin 2\alpha}{2\pi}}

สูตร T3 ใช้กับโหลดความต้านทานเพื่อให้เห็นแนวโน้ม มอเตอร์เป็นโหลดเหนี่ยวนำที่กระแสตามหลัง ช่วงนำกระแสจึงยาวกว่านี้ ซอฟต์สตาร์ทเตอร์จริงวัดกระแสแล้วปรับ α แบบป้อนกลับ

โหมดสตาร์ทที่พบ

Voltage ramp: เริ่มที่แรงดันตั้งต้น (30–60 %) แล้วเพิ่มเป็นเส้นตรงในเวลาที่ตั้ง (5–30 s)
Current limit: ปรับแรงดันให้กระแสไม่เกิน k·In (2–4 In) ตลอดการเร่ง
Torque control: คุมแรงบิดให้เพิ่มเรียบ ความเร็วเพิ่มแทบเป็นเส้นตรง เหมาะกับปั๊มและสายพาน
Kick start: จ่ายแรงดันสูงสั้น ๆ ตอนเริ่ม เพื่อเอาชนะแรงเสียดทานสถิต
Soft stop / pump stop: ลดแรงดันช้า ๆ ตอนหยุด ให้น้ำในท่อชะลอตัวไม่กระแทกวาล์วกันกลับ (ค้อนน้ำ)

การต่อและข้อควรระวัง

ต้องมีอุปกรณ์ป้องกันลัดวงจรต้นทาง: เบรกเกอร์สำหรับ Type 1 หรือฟิวส์เซมิคอนดักเตอร์สำหรับ Type 2 ตามตารางผู้ผลิต
ห้ามต่อคาปาซิเตอร์ปรับ PF ระหว่างซอฟต์สตาร์ทเตอร์กับมอเตอร์ — ต่อด้านไฟเข้า และตัดออกขณะ ramp
ตั้งกระแสพิกัดมอเตอร์ คลาสโอเวอร์โหลด จำนวนสตาร์ทต่อชั่วโมงตามที่ผู้ผลิตกำหนด (ไทริสเตอร์ร้อนขณะสตาร์ท)
ต้องมีคอนแทกเตอร์หรือสวิตช์ตัดตอนด้านไฟเข้าสำหรับการแยกไฟเพื่อซ่อม (ไทริสเตอร์ปิดไม่ถือเป็นการแยกไฟ)

สตาร์ทด้วยออโต้ทรานส์ฟอร์เมอร์ ขั้นสูง

ออโต้ทรานส์ฟอร์เมอร์สามเฟสมีแท็ป เช่น 50 % 65 % 80 % มอเตอร์ได้แรงดัน $aV$ กระแสมอเตอร์ลดเป็น $a$ เท่า แต่เพราะหม้อแปลงแปลงกระแส กระแสในสายเมนลดเป็น $a^2$ เท่า — ลดกระแสสายได้ดีกว่าวิธีความต้านทานหรือซอฟต์สตาร์ทที่แรงบิดเท่ากัน ใช้กับมอเตอร์ใหญ่ เช่น ปั๊มสูบน้ำดิบ คอมเพรสเซอร์ใหญ่ (มักทำเป็นแบบ Korndorfer ที่เปลี่ยนจังหวะแบบปิดวงจร)

T4 Autotransformer starter สตาร์ทด้วยออโต้ทรานส์ฟอร์เมอร์ แท็ป $a$

I_{motor} = a\,I_{st,DOL} \qquad I_{line} = a^2\,I_{st,DOL} \qquad T_{st} = a^2\,T_{st,DOL}

ตัวอย่าง T-2

แท็ป 65 % กับมอเตอร์ Ia/In = 7 Ta/Tn = 2.3

$a^2 = 0.4225$ → กระแสสาย $0.4225 \times 7 = 2.96$ In · แรงบิด $0.4225 \times 2.3 = 0.97$ Tn
เทียบซอฟต์สตาร์ทที่กระแสสายเท่ากัน 2.96 In: T2 → $2.3(2.96/7)^2 = 0.41$ Tn เท่านั้น
ออโต้ทรานส์ให้แรงบิดมากกว่าเกือบสองเท่าที่กระแสสายเท่ากัน แลกกับขนาด น้ำหนัก และราคา

เปรียบเทียบทุกวิธี กลาง

รูป 2 · กระแสและแรงบิดตอนเริ่มของมอเตอร์ตัวอย่าง (Ia/In 6.5 · Ta/Tn 2.15)

T5 Supply dip for any method แรงดันตกที่หม้อแปลงสำหรับทุกวิธี

\Delta U\% \approx \frac{\sqrt3\,V_L\,I_{line,st}}{S_{tr}/u_k + \sqrt3\,V_L\,I_{line,st}}\times 100

เกณฑ์	DOL	สตาร์-เดลต้า	ออโต้ทรานส์	ซอฟต์สตาร์ท	VFD
กระแสสาย	6–8 In	2–2.7 In	2–4 In	2–4 In	≤ 1.5 In
แรงบิดเริ่ม	สูงสุด	1/3	a²	(I/Is)²	สูง ควบคุมได้
ความนุ่ม	กระชาก	กระชากสองครั้ง	ปานกลาง	นุ่ม	นุ่มที่สุด
หยุดนุ่ม	✗	✗	✗	✓	✓ (ควบคุมได้)
สายไปมอเตอร์	3	6	3	3 (inside delta 6)	3 สายชีลด์
ฮาร์มอนิก	—	—	—	ขณะ ramp เท่านั้น	ต่อเนื่อง
ราคาเทียบ	1	1.5–2	3–5	2–3	3–6

คำถามที่พบบ่อย

ซอฟต์สตาร์ทเตอร์ปรับความเร็วได้ไหม?

ไม่ได้ ซอฟต์สตาร์ทเตอร์ลดแรงดันแต่ความถี่ยังคงเป็น 50 Hz มอเตอร์จึงเดินที่ความเร็วใกล้พิกัดเสมอเมื่อโหลดปกติ การลดแรงดันขณะมีโหลดทำให้สลิปสูงและร้อน ถ้าต้องการปรับความเร็วต้องใช้อินเวอร์เตอร์

ซอฟต์สตาร์ทเตอร์ต่อเข้าวงจรเดลต้าภายใน (inside delta) คืออะไร?

บางรุ่นต่อไทริสเตอร์อนุกรมกับขดลวดแต่ละชุดภายในเดลต้า ทำให้นำกระแสเพียง 0.58 In จึงใช้ซอฟต์สตาร์ทเตอร์ขนาดเล็กลงได้ แต่ต้องดึงสาย 6 เส้นเหมือนสตาร์-เดลต้า และต้องต่อตามแบบของผู้ผลิตอย่างเคร่งครัด

อาจารย์มด · ธีรวุฒิ แสวงบุญ
อาจารย์สาขาวิชาวิศวกรรมไฟฟ้า มหาวิทยาลัยราชภัฏธนบุรี สมุทรปราการ · ดูโปรไฟล์