บทท 2 ทฤษฎทเกยวของ

2.1 ไมโครคอนโทรลเลอร MCS-51 ไมโครคอนโทรลเลอร MCS-51 ไดจดใหมสวนประกอบภายใน เพออ านวยความสะดวกแกผใช เชน ไทมเมอร/เคาเตอร พอรตอนกรม (Serial port) และส าหรบไมโครคอนโทรลเลอรบางตว อาจมสวนอนเพมเตมเขามาอก เชนเบอร AT80C515, AT80C535 มวงจรแปลงสญญาณอนาลอกเปนสญญาณดจตอล (Analog to Digital Converter)

2.1.1 คณสมบตทวไปของไมโครคอนโทรลเลอรตระกล MCS-51 เนองจากคณสมบตของไมโครคอนโทรลเลอรแตละเบอรนนจะมความแตกตางกนในรายละเอยด ในทนจะขออางถงเบอร AT89S52 ของบรษท Atmel ซงเปนไมโครคอนโทรลเลอรขนาด 8 บต มคณสมบตคอ -มหนวยความจ าแบบแฟลช (Flash Memory) ขนาด 8 กโลไบท -โปรแกรมผานพอรตอนกรมมาตรฐาน SPI (SPI Serial Interface) -สามารถโปรแกรมและลบซ าไดนบ 1000 ครง -มหนวยความจ าแบบ EEPROM ขนาด 2 กโลไบต -สามารถโปรแกรมและลบซ าไดนบ 1000 ครง -ใชแหลงจายไฟกระแสตรงขนาด 5 โวลต ( ท างานในชวง 4-6 โวลต ) -ท างานดวยสญญาณนาฬกาตงแต 0-24 MHz -สามารถปองกนหนวยความจ าได 3 ระดบ -มหนวยความจ าขอมล (RAM) ขนาด 256 ไบต -ม 32 บตอสระสามารถเขาถงระดบบตได -มไทเมอร/ เคาเตอรขนาด 16-bit ทงหมด 2 ตว -รองรบอนเตอรรปตได 8 แหลง -สามารถสอสารขอมลแบบอนกรมไดดวย UART Channel -มโหมดการท างานแบบ Low Power Idle และ Power Down เพอประหยดพลงงาน -ม Watchdog Timer เพอใหการท างานของระบบสามารถ Reset ไดอตโนมต

4 2.1.2 สถาปตยกรรมของไมโครคอนโทรลเลอรตระกล MCS-51 (เบอร AT89S52) การจดเรยงขาของ MCS-51(เบอร AT89S52) เปนไปตามรปท 2.1

VCCP 0.0 (AD0)

(T2) P 1.0

P 2.0 (A8)

PSENALE / PROGEA/VPPP 0.7 (AD7)P 0.6 (AD6)P 0.5 (AD5)P 0.4 (AD4)P 0.3 (AD3)P 0.2 (AD2)P 0.1 (AD1)

P 2.1 (A9)P 2.2 (A10)P 2.3 (A11)

P 2.4 (A12)P 2.5 (A13)P 2.6 (A14)P 2.7 (A15)

(T2 EX) P 1.1P 1.2

RSTP 1.7P 1.6P 1.5P 1.4P 1.3

XTAL2

GND

P 3.7P 3.6P 3.5P 3.4P 3.3P 3.2P 3.1

XTAL1

P 3.0( RXD )( TXD )

( INT1 )

( T1 )

( INT0 )

( T0 )

123456789

11

13

10

14

12

151617181920

403938373635343332

30

28

31

27

29

262524232221

( WR )( RD )

รปท 2.1 การจดขาของ MCS-51(เบอร AT89S52)

- VCC ตอไฟเลยง (Supply Voltage 5 V) - GND ตอกราวด (Ground) - Port 0 (P0.0-P0.7) เปนพอรต 2 ทศทางขนาด 8 บตสามารถท างานได 2 หนาทคอเปน

พอรตอนพตเอาตพตทวไป และใชเปนพอรตส าหรบตดตอกบหนวยความจ าภายนอกคอรบสงขอมล และก าหนดแอดเดรสไบตต า (A0-A7)

- Port 1 (P1.0-P1.7) เปนพอรต 2 ทศทางขนาด 8 บต มการตอความตานทาน (Pull-up Resistant) ไวภายใน ท าหนาทเปนพอรตอนพตเอาตพตทวไป นอกจากนยงใชงานเปนขาอนพตเอาตพตของไทเมอร 2

- Port 2 (P2.0-P2.7) เปนพอรต 2 ทศทางขนาด 8 บต มการตอความตานทาน (Pull-up Resistant) ไวภายใน สามารถท างานได 2 หนาทคอเปนพอรตอนพตเอาตพตทวไป และใชเปนพอรตส าหรบตดตอกบหนวยความจ าภายนอกคอรบสงขอมล และก าหนด แอดเดรสไบตสง (A8-A15)

- Port 3 (P3.0-P3.7) เปนพอรต 2 ทศทางขนาด 8 บตและ มการตอความตานทาน (Pull-up Resistant) ไวภายใน ท าหนาทคอเปนพอรตอนพตเอาตพตทวไป ยงใชงานเปนสญญาณควบคมการตดตอกบหนวยความจ า การอนเตอรรปต และอนๆ

- RST เปนขาอนพตทใชรบสญญาณส าหรบรเซตซพย ซพยจะถกรเซตเ มอขานเปนลอจก “1” นาน 2 แมชนไซเคล หรอ 24 ไซเคลของสญญาณนาฬกา

P1.0-P1.7

XTAL

C

R

P3.0-P3.7

Micr

ocon

trolle

r M

CS-51

C

C A0-A7

P0.0-P0.7D0-D7

A8-A15P2.0-P2.7

5

- ALE/PROG ท าหนาทเปนขาเอาตพตเมอซพยตองการตดตอกบหนวยความจ าภายนอกจะท าการสงสญญาณพลสออกมาทขานเพอท าการแอดเดรสไบตต าของหนวยความจ าภายนอก และขานจะเปนอนพตเมออยในระหวางโปรแกรมแฟลช

- PSEN เปนขาเอาตพตใชในการตดตอกบหนวยความจ าโปรแกรมภายนอกคอเมอซพยท าการประมวลผลกบหนวยความจ าภายนอกขานจะแอคทฟสองครง

- EA/VPP เปนขาเอาตพตและตองการลอจก “0” เพอยอมใหซพยสามารถเขาถงหนวยความจ าภายนอกไดซงอยทต าแหนง 0000H ถง FFFFH นอกจากนแลวขานยงใชรบไฟ 12 โวลต เพอใชในระหวางทท าการโปรแกรมแฟลช

- XTAL1 เปนขาอนพตของวงจรออสซลเลเตอรแอมปลไฟเออร และยงเปนอนพตของวงจรก าเนดสญญาณนาฬกาภายใน

- XTAL2 เปนขาเอาตพตของวงจรออสซลเลเตอรแอมปลไฟเออร

2.1.3 สญลกษณและค าสงของ MCS-51 เปนไปตามตารางท 2.1

ตารางท 2.1 สญลกษณและค าสงของ MCS-51

สญลกษณ ความหมาย

Rn หมายถง รจสเตอรใชงานทวไป R0-R7 ทถกเลอกใชในขณะนน @Ri หมายถง รจสเตอรใชงานทวไป R0 หรอ R1 ทเขาถงขอมลไดโดยออม direct หมายถง ขอมลขนาด 8 บต ทใชก าหนดคาต าแหนงหนวยความจ า

ส าหรบเกบขอมลภายใน ประกอบดวยหนวยความจ าเกบขอมลทวไป ต าแหนง 0-127 และ หนวยความจ า เกบขอมลทใชเปนรจสเตอรใชงานเฉพาะ ต าแหนง 128-255

bit หมายถง คาต าแหนงของบตขอมลในหนวยความจ าทเขาถงในระดบบต #data หมายถง ขอมลขนาด 8 บตทก าหนดในค าสง #data16 หมายถง ขอมลขนาด 16 บตทก าหนดในค าสง rel หมายถง คาต าแหนงหนวยความจ าขนาด 8 บต ทคดแบบมเครองหมาย

ในค าสง SJMP และการกระโดดแบบมเงอนไขทกค าสง addr11 หมายถง คาต าแหนงหนวยความจ าขนาด 11 บต ใชเปนคาต าแหนง

หนวยความจ าปลายทาง (ภายในขอบเขต 2048 ต าแหนง) ในค าสง AJMP และ ACALL

6

ตารางท 2.1 สญลกษณและค าสงของ MCS-51 (ตอ)

ค าสง ความหมาย addr11 หมายถง คาต าแหนงหนวยความจ าขนาด 11 บต ใชเปนคาต าแหนง

หนวยความจ าปลายทาง (ภายในขอบเขต 2048 ต าแหนง) ในค าสง AJMP และ ACALL

addr16 หมายถง คาต าแหนงหนวยความจ าขนาด 16 บต ใชเปนคาต าแหนงหนวยความจ าปลายทาง (ภายในขอบเขต 65536 ต าแหนง) ในค าสง LJMP และ LCALL

MOV A,Rn ยายขอมลจาก Rn ไป A MOV A,direct ยายขอมลจากหนวยความจ า direct ไป A MOV A,@Ri ยายขอมลจากหนวยความจ าทเกบอยในต าแหนง Ri ไป A MOV A,#data ยายคาคงท 8 บตไปเกบท A MOV Rn,A ยายขอมลจาก A ไป Rn MOV Rn,direct ยายขอมลจากหนวยความจ า direct ไป Rn MOV direct,A ยายขอมลจาก A ไปยงหนวยความจ า direct MOV direct,Rn ยายขอมลจาก Rn ไปยงหนวยความจ า direct MOV direct,direct ยายขอมลระหวางหนวยความจ าภายใน MOV direct,@Ri ยายขอมลจากหนวยความจ าทเกบอยในต าแหนง Ri ไปยงหนวยความจ า

direct MOV direct,#data ยายคาคงท 8 บต ไปยงหนวยความจ า direct MOV @Ri,A ยายขอมลใน A ไปยงหนวยความจ า Ri MOV @Ri,direct ยายขอมลจากหนวยความจ า direct ไปยงหนวยความจ า Ri MOV @Ri,#data ยายคาคงท 8 บต ไปยงหนวยความจ า Ri MOV DPTR,#data16 ยายคาคงท 16 บต ไปยง DPTR MOVC A,@A+DPTR ยายขอมลจากหนวยความจ าขอมลทสมพทธกบ DPTR ไปยง A MOVC A,@A+PC ยายขอมลจากหนวยความจ าขอมลทสมพทธกบ PC ไปยง A MOVX A,@Ri ยายขอมลจากหนวยอนพตทเกบอยในต าแหนง Ri ไปยง A MOVX A,@DPTR ยายขอมลจากหนวยความจ าทเกบอยในต าแหนง DPTR ไปยง A MOVX @Ri,A ยายขอมลทเกบอยใน A ไปยงหนวยเอาตพตต าแหนง Ri

7

ตารางท 2.1 สญลกษณและค าสงของ MCS-51 (ตอ)

สญลกษณ ความหมาย

MOVX @DPTR,A ยายขอมลทเกบอยใน A ไปยงหนวยความจ าต าแหนง DPTR MOV C,bit ยายคา bit ไปยง Carry flag MOV bit,C ยายคาแฟลก Carry ไปยง bit JNC rel กระโดด ถาคาแฟลก Carry เปน 0 JC rel กระโดด ถาคาแฟลก Carry เปน 1 JB bit,rel กระโดด ถาคา bit เปน 1 JNB bit,rel กระโดด ถาคา bit เปน 0 JBC bit,rel กระโดด ถาคา bit เปน 1 และเปลยนคา bit เปน 0

JZ rel กระโดดไปยงต าแหนงทสมพทธกบต าแหนงปจจบน ถาหากคา A เปนคา 00H

JNZ rel กระโดดไปยงต าแหนงทสมพทธกบต าแหนงปจจบน ถาหากคา A ไมเปนคา 00H

CJNE A,direct,rel เปรยบเทยบคา A กบหนวยความจ า direct และกระโดดไปยงต าแหนงทสมพทธกบต าแหนงปจจบน ถาคาไมเทากน

CJNE A,#data,rel เปรยบเทยบคา A กบคาคงท และกระโดดไปยงต าแหนงทสมพทธกบต าแหนงปจจบน ถาคาไมเทากน

CJNE Rn,#data,rel เปรยบเทยบคา Rn กบคาคงท และกระโดดไปยงต าแหนงทสมพทธกบต าแหนงปจจบน ถาคาไมเทากน

CJNE @Ri,#data,rel เปรยบเทยบคาใน Ri กบคาคงท และกระโดดไปยงต าแหนงทสมพทธกบต าแหนงปจจบน ถาคาไมเทากน

DJNZ Rn,rel ลดคาใน Rn และกระโดดไปยงต าแหนงทสมพทธกบต าแหนงปจจบน ถาคาไมเปน 0

DJNZ direct,rel ลดคาในหนวยความจ า direct และกระโดดไปยงต าแหนงสมพทธกบต าแหนงปจจบน ถาคาไมเปน 0

SJMP rel กระโดดไปยงต าแหนงสมพทธกบต าแหนงปจจบน AJMP addr11 กระโดดไปยงต าแหนงจากคาแอดเดรส 11 บต LJMP addr16 กระโดดไปยงต าแหนงจากคาแอดเดรส 16 บต

8

ตารางท 2.1 สญลกษณและค าสงของ MCS-51 (ตอ)

ค าสง ความหมาย AJMP addr11 กระโดดไปยงต าแหนงจากคาแอดเดรส 11 บต LJMP addr16 กระโดดไปยงต าแหนงจากคาแอดเดรส 16 บต JMP @A+DPTR กระโดดไปยงต าแหนงทสมพทธกบ A+DPTR ACALL addr11 ไปท าโปรแกรมยอยจากคาแอดเดรส 11 บต LCALL addr16 ไปท าโปรแกรมยอยจากคาแอดเดรส 16 บต RET สนสดการท าโปรแกรมยอย แลวกลบไปยงต าแหนงถดไปทกระโดดมา RETI สนสดการท าโปรแกรมยอย อนเตอรรปท INC A เพมคาใน A INC Rn เพมคาใน Rn INC direct เพมคาในหนวยความจ า Direct INC @Ri เพมคาในหนวยความจ าทต าแหนง Ri INC DPTR เพมคาใน DPTR DEC A ลดคาใน A DEC Rn ลดคาใน Rn DEC direct ลดคาในหนวยความจ า Direct DEC @Ri ลดคาในหนวยความจ าทเกบอยใน Ri DEC DPTR ลดคาใน DPTR MUL AB คณ A กบ B แลวเกบคาใน BA DIV AB หาร A กบ B แลวเกบคาใน A เกบเศษใน B DA A ท า Decimal adjust คาใน A ADD A,Rn บวกคา Rn กบ A ADD A,direct บวกคาในหนวยความจ าDirect กบ A เกบผลลพธใน A ADD A,@Ri บวกคาในหนวยความจ าต าแหนง Ri กบ A เกบผลลพธใน A ADD A,#data บวกคาคงท 8 บต กบ A เกบผลลพธใน A ADDC A,Rn บวกคา Rn กบ A พรอมแฟลก Carry เกบผลลพธใน A ADDC A,direct บวกคาในหนวยความจ าDirect กบA พรอมแฟลก Carry เกบผลลพธใน A

9

ตารางท 2.1 สญลกษณและค าสงของ MCS-51 (ตอ)

ค าสง ความหมาย ADDC A,@Ri บวกคาในหนวยความจ าต าแหนง Ri กบ A พรอมแฟลก Carry เกบผลลพธใน A ADDC A,#data บวกคาคงท 8 บต กบ A พรอมแฟลก Carry เกบผลลพธใน A SUBB A,Rn ลบคา Rn กบ A พรอมแฟลก Borrow เกบผลลพธใน A SUBB A,direct ลบคาในหนวยความจ า Direct กบ A พรอมแฟลก Borrow เกบผลลพธใน A

SUBB A,@Ri ลบคาในหนวยความจ าทเกบอยใน Ri กบ A พรอมแฟลก Borrow เกบผลลพธใน A

SUBB A,#data ลบคาคงท 8 บต กบ A พรอมแฟลก Borrow เกบผลลพธใน A CLR A ท าคาใน A ใหเปนศนย CPL A กลบคาบตใน A เปนตรงขามทกบต RL A หมนบตใน A ไปทางซาย 1 บตและบต 0 เปนคาจากบต 7

RLC A หมนบตใน A ไปทางซาย 1 บตและคาจากบต 7 น าไปเกบในแฟลก Carry และบตทอยในแฟลก Carry ไปเปนบตท 0

RR A หมนบตใน A ไปทางขวา 1 บตและบต 7 เปนคาจากบต 0

RRC A หมนบตใน A ไปทางขวา 1 บตและคาจากบต 0 น าไปเกบในแฟลก Carry และบตทอยในแฟลก Carry ไปเปนบตท 7

SWAP A สลบคาสบตซายกบสบตขวาภายใน A PUSH direct ยายขอมลหนวยความจ า direct ไปเกบยง Stack POP direct ยายขอมลจาก Stack ไปยงหนวยความจ า direct CLR C ท าคาแฟลก Carry ใหเปน 0 CLR bit ท าคา bit ใหเปน 0 SETB C ท าคาแฟลก Carry ใหเปน 1 SETB bit ท าคา bit ใหเปน 1 CPL C กลบคาแฟลก Carry ใหเปนตรงขาม CPL bit กลบคา bit ใหเปนตรงขาม ORL C,bit OR คา bit กบแฟลก Carry เกบผลลพธใน C ORL C,/bit OR คา not bit กบแฟลก Carry เกบผลลพธใน C ANL C,bit AND คา bit กบแฟลก Carry เกบผลลพธใน C ANL C,/bit AND คา not bit กบแฟลก Carry เกบผลลพธใน C

10 2.2 มอเตอรไฟฟากระแสสลบชนด 1 เฟส (AC Single Phase)

มอเตอรไฟฟากระแสสลบชนด 1 เฟส (AC Single Phase) เปนเครองกลไฟฟาชนดหนงทมหลกการคอ แปลงพลงงานไฟฟามาเปนพลงงานเครองกล โดยไฟฟาทใชเปนไฟฟากระแสสลบ มอเตอรไฟฟากระแสสลบชนด 1 เฟส หรอเรยกวา ซงเกลเฟสมอเตอร (AC Single Phase) มหลายชนดดงน

2.2.1 มอเตอรไฟฟากระแสสลบสปลทเฟสมอเตอร (Split-Phase Motor) มอเตอรไฟฟากระแสสลบเฟสเดยวแบบสปลทเฟสมอเตอร มนาดแรงมาตงแต 1/4

แรงมา, 1/3 แรงมา, 1/2 แรงมา แตจะมขนาดไมเกน 1 แรงมา บางทนยมเรยกวาอนดกชนมอเตอร (Induction Motor) มอเตอรชนดนนยมใชงานมากในตเยน เครองสบน าขนาดเลก เครองซกผา เปนตน

รปท 2.2 สปลทเฟสมอเตอร [14]

สวนประกอบทส าคญของสปลทเฟสมอเตอรมดงน โรเตอร (Rotor) โรเตอรท าดวยแผนเหลกบางๆ (Laminated) อดซอนกนเปนแกน

และมเพลารอยทะลเหลกบางๆเพอยดอดแนน รอบโรเตอรนจะมรอง ซงตามทางยาวในรองนจะมทองแดงหรออลมเนยมเสนโตๆฝงอย โดยรอบปลายของทองแดงหรออลมเนยมนจะเชอมตดอยกบวงแหวนทองแดงหรออลมเนยม ซงมลกษระคลายกรงกระรอก จงเรยกชอวา โรเตอรกรงกระรอก (Squirrel Cage Rotor)

รปท 2.3 โรเตอรแบบกรงกระรอก [14]

11

รปท 2.4 โครงสรางภายในของโรเตอร [14]

รปท2.5 ลกษณะแทงตวน าทฝงอยในโรเตอร [14]

สเตเตอร (Stator) สเตเตอรเปนโครงสรางสนามแมเหลก ซงประกอบไปดวยแผนเหลกบางๆมรองส าเรจไวใสขดลวดเรยกวา ชองสลอต (Slot) อดเปนปกแผนอยภายในกรอบโครง (Frame) ซงเฟรมนนจะท ามาจากเหลกหลอ (Cast Iron) หรอเหลกเหนยว (Steel) ทสเตเตอรของสปลทเฟสมอเตอรจะมขดลวดพนอย 2 ชดคอ ขดรน (Running Winding) พนดวยลวดเสนใหญจ านวนรอบมาก โดยขดลวดรนจะมกระแสไฟฟาไหลผานอยตลอดเวลา ไมวาจะเปนการเรมสตารทหรอท างานปกต สวนขดลวดชดทสองส าหรบเรมหมนเรยกวา ขดสตารท (Starting Winding) พนดวยลวดเสนเลกและจ านวนรอบนอยกวาขดรน ขดลวดสตารทจะตออนกรมอยกบสวตชแรงเหวยงหนศนยกลางแลวจงน าไปตอขนานกบขดรน

รปท 2.6 สเตเตอรยดอยกบโครง [14]

รปท 2.7 ลกษณะรองสลอต [14]

ฝาครอบมอเตอร ฝาครอบมอเตอรทงสองขาง สวนใหญท ามาจากเหลกหลอหรอ

เหลกเหนยว ฝาทงสองขางจะถกยดดวยสลกเกลยวใหแนน และยงมแบรงแบบตลบลกปน (Ball Bearing) ส าหรบรองเพลาในการหมนของโรเตอรใหตรงแนวศนยกลางไมเกดการเสยดสกบสเต

12 เตอร และทฝาปดอกดานหนงจะมสวนประกอบของสวทชแรงเหวยงหนศนยกลางอยในสวนทเปนหนาสมผสทอยกบท

รปท 2.8 ฝาปดหวทายและฝาครอบหว [14]

สวตชแรงเหวยงหนศนยกลาง (Centricfugal Switch) สวตชแรงเหวยงหนศนยกลางท าหนาทตดลงจรสตารทหรอเรยกวา สวตชวงจรตดสตารท สวตชแรงเหวยงนประกอบดวยสวนส าคญ 2 สวนคอ สวนทอยกบท (Stationary Part) ซงประกอบตดอยกบฝาปดหวทายของมอเตอร 2 ชน ซงเปนสวนของหนาสมผสและสวนทหมน (Rotating Part) ทตดอยกบเพลาของโรเตอร การท างานของสวตชหนศนยกลางคอ เมอความเรวรอบของมอเตอรถง 75 เปอรเซนตของความเรวรอบสงสดของมอเตอร จะท าใหสวนทตดอยกบแกนเพลาของโรเตอรผลกดนสวนทตดตงอยกบฝาของมอเตอร ท าใหหนาสมผสแยกออกจากกนตดวงจรขดสตารทอยางอตโนมต

รปท 2.9 สวนทอยกบทและสวนทเคลอนท [14]

2.2.2 มอเตอรไฟฟากระแสสลบคาปาซเตอรมอเตอร (Capacitor Motor) คาปาซเตอรเปนมอเตอรไฟฟากระแสสลบชนด 1 เฟสทมลกษณะคลายสปลทมอ

เตอรมาก ตางกนตรงทมคาปาซเตอรเพมขนมา ท าใหมอเตอรแบบนมคณสมบตพเศษกวาสปลทเฟสมอเตอรคอมแรงบดขณะสตารทสง ใชกระแสขณะสตารทนอย มอเตอรชนดนมขนาดตงแต 1/20 แรงมา ถง 10 แรงมา มอเตอรชนดนนยมใชงานเกยวกบ ปมน า เครองอดลม ตแช ตเยน ฯลฯ

รปท 2.10 คาปาซเตอรมอเตอร [14]

13

หลกการท างานของคาปาซเตอร ลกษณะโครงสรางทวไปของคาปาซเตอรมอเตอรเหมอนกบสปลทเฟส แตวา

วงจรขดลวดสตารทถกพนดวยขดลวดใหญขนกวาสปลทเฟส และพนจ านวนรอบมากขนกวาขดลวดชดรน แลวตอตวคาปาซเตอร (ชนดอเลกโทรไลต) อนกรมเขาในวงจรขดลวดสตารท มสวตชแรงเหวยงหนศนยกลางตดตวคาปาซเตอรและขดสตารทออกจากวงจร

คาปาซเตอรมอเตอรแบงออกเปน 3 แบบ คอ 2.2.2.1 คาปาซเตอรสตารทมอเตอร (Capacitor Start Motor)

การท างานของคาปาซเตอรสตารทมอเตอรเหมอนกบแบบสปลทเฟสมอเตอร แตเนองดวยขดลวดชดสตารทตออนกรมกบคาปาซเตอร ท าใหกระแสทไหลเขาขดลวดสตารทถงจดสงสดกอนขดลวดชดรน จงท าใหกระแสในขดลวดสตารทน าหนาขดลวดชดรนซงน าหนามากกวาแบบสปลทเฟสมอเตอร คาปาซเตอรสตารทมอเตอรจงมแรงบดขณะสตารทสงมาก หลงจากสตารทแลวมอเตอรจะหมนดวยความเรวรอบถง 75 เปอรเซนตของความเรวสงสดของสวตชแรงเหวยงหนศนยกลาง แลวคาปาซเตอรจะถกตดจากวงจร

2.2.2.2 คาปาซเตอรรนมอเตอร (Capacitor Run Motor)

ลกษณะโครงสรางทวไปของคาปาซเตอรรนมอเตอรเหมอนกบคาปาซเตอรสตารทมอเตอร แตไมมสวตชแรงเหวยง และตวคาปาซเตอรจะตออยในวงจรตลอดเวลา ท าใหคาเพาวเวอรแฟคเตอรดขน และเนองจากขดลวดชดสตารทใชงานตลอดเวลา การออกแบบจงตองใหกระแสผานขดลวดนอยกวาแบบคาปาซเตอรสตารท โดยการลดคาของคาปาซเตอรลง ดงนนแรงบดจงลดลงกวาแบบคาปาซเตอรแตยงสงกวาแบบสปลทเฟสมอเตอร

2.2.2.3 คาปาซเตอรสตารทและรนมอเตอร (Capacitor Start and Run Motor)

ลกษณะโครงสรางของคาปาซเตอรสตารทและรนมอเตอรน จะมคาปาซเตอร 2 ตวคอ คาปาซเตอรสตารทและคาปาซเตอรรน โดยคาปาซเตอรสตารทตออนกรมอยกบสวตชแรงเหวยงหนศนยกลาง หรอเรยกวา เซนตฟกลสวต สวนคาปาซเตอรรนจะตออยกบวงจรตลอดเวลา คาปาซเตอรทงสองจะตอขนานกน ซงคาคาปาซเตอรทงสองนนมคาแตกตางกน มอเตอรคาปาซเตอรสตารทและรนไดมการออกแบบใหมแรงบดขณะสตารทสงขน โดยคาปาซเตอรรนตอขนานกบคาปาซเตอรสตารท เมอมอเตอรไฟฟาหมนไปไดความเรวรอบ 75 เปอรเซนตของความเรวรอบสงสด สวนคาปาซเตอรรนตออยในวงจรตลอดเวลา จงท าใหมอเตอรมก าลงสตารทสงและก าลงหมนสงดวย

สวนประกอบของคาปาซเตอรมอเตอร 1) โรเตอรเปนแบบกรงกระรอก

2) สเตเตอรประกอบดวยขดลวด 2 ชดคอ ชดสตารท และชดรน

14

3) ฝาปดหวปดทายประกอบดวย ปลอกทองเหลอง (Bush) หรอตลบ

ลกปน (Ball Bearing) ส าหรบรองรบเพลา

4) คาปาซเตอร หรอคอนเดนเซอร (Capacitor or Condenser) 2.2.3 รพลชนมอเตอร (Repulsion Motor)

รพลชนมอเตอรเปนมอเตอรไฟฟากระแสสลบ 1 เฟส ทมโรเตอรเปนวาวดใหแรงบดสง เหมาะส าหรบใชงานทตองการแรงบดเรมหนมมากๆเชน มอเตอรของเครองปมลมขนาดใหญ มอเตอรของเครองปมน าขนาดใหญ มอเตอรของเครองท าความเยนขนาดใหญหรอตแช เปนตน

รปท 2.11 รพลชนมอเตอร [14]

หลกการท างานของรพลชนมอเตอร อปกรณแรงเหวยงหนศนยกลาง จะท าหนาทกดวงแหวนตวน า (Neck Lace)

ใหตดกบซคอมมวเตเตอรเหมอนกบลดวงจรคอมมวเตเตอร การลดซคอมมวเตเตอรนน เพอใหขณะทมอเตอรสตารทไปแลวทความเรวประมาณ 75 เปอรเซนตของความเรวพกดมอเตอร อปกรณแรงเหวยงหนศนยกลางนจะท างานโดยกดวงแหวนตวน าลดซคอมมวเตเตอร ท าใหมอเตอรหมนรนแบบอนดกชน เพราะขณะนโรเตอรจะมคณสมบตเหมอนโรเตอรแบบกรงกระรอก รพลชนมอเตอรบางชนดจะมตวยกแปรงถานออกจากคอมวเตเตอร ในขณะทอปกรณแรงเหวยงหนศนยกลางท างานอกดวย

สวนประกอบทส าคญของรพลชนมอเตอรประกอบไปดวย 5 สวนส าคญคอ 1) สเตเตอร (Stator) สเตเตอรของรพลชนมอเตอรจะมขดลวดพนอยเพยงชด

เดยวเหมอนกนขดรนของสปลทเฟสมอเตอร

รปท 2.12 สเตเตอร [14]

15

2) โรเตอร (Rotor) คอตวหมนของรพลชนมอเตอร ลกษณะเหมอนกบอาร

เมเจอรของมอเตอรกระแสตรงคอ มขดลวดพนอยในรอง (Slots) และปลายของขดลวดจะไปตอตรง

ขวคอมมวเตเตอร

รปท 2.13 โรเตอร [14]

3) แปรงถานและซองแปรงถาน (Brush and Brush Holder) แปรงถานท าจาก

แทงคารบอนมสองอนตอดวยสายตวน าถงกน วาอยบนซองแปรงถาน

และมสปรงกดเหมอนกบมอเตอรไฟฟากระแสตรง

รปท 2.14 แปรงถานและซองแปรงถาน [14]

4) ฝาปดหวทาย (End Plate)

5) อปกรณแรงเหวยงหนศนยกลาง (Centrifugal Device)

2.2.4 ยนเวอรแซลมอเตอร (Universal Motor) ยนเวอรแซลมอเตอร เปนมอเตอรขนาดเลกมขนาดก าลงไฟฟาตงแต 1/200 แรงมา

ถง 1/30 แรงมา น าไปใชไดกบแหลงจายไฟฟากระแสตรง และใชไดกบแหลงจายไฟฟากระแสสลบชนด 1 เฟส มอเตอรชนดนมคณสมบตทโดดเดนคอ ใหแรงบดเรมหมนสง น าไปปรบตงความเรวไดงายทงวงจรลดแรงดนและวงจรควบคมอเลกทรอนกส นยมน าไปใชเปนตวขบเครองใชไฟฟาภายในบานเชน เครองบดและผสมอาหาร มดโกนหนวดไฟฟา เครองนวดไฟฟา มอเตอรจกรเยบผา สวานไฟฟา เปนตน

รปท 2.15 ลกษณะของยนเวอรแซลมอเตอร [14]

16

หลกการท างานของยนเวอรแซลมอเตอร

ยนเวอรแซลมอเตอรนน ขดลวดอารเมเจอรและขดลวดสนามแมเหลกจะตออนกรมกน เมอจายไฟฟาเขาไปจะเกดขวแมเหลกขนทตวอารเมเจอรและทขวสนามแมเหลก ท าใหเกดแรงผลกกนท าใหมอเตอรหมนไปได

สวนประกอบของยนเวอรแซลมอเตอร 1) ฝาปดหวทาย (End Plate) ลกษณะเหมอนมอเตอรไฟฟากระแสตรงทวไป

ตรงกลางมรองส าหรบใสเพลาของมอเตอร และมลกปนรองรบเพลาทงสองดาน

2) โครงสราง (Frame) เปนเปลอกหมมอเตอร ท าดวยเหลกเหนยวและ

เหลกหลอ มรปรางหลายแบบ สวนใหญมลกษณะเปนทรงกระบอก

3) ขวสนามแมเหลก (Field Pole) จะม 2 ขว โดยท าจากแกนเหลกบางๆอด

ซอนกน (Laminated Core)

รปท 2.16 ขวสนามแมเหลก [14]

4) อารเมเจอร (Armature) มโครงสรางเหมอนกบอารเมเจอรของมอเตอร

ไฟฟากระแสตรงคอ เปนแทงกลมมรองส าหรบพนขดลวดอารเมเจอร

รปท2.17 อารเมเจอร [14]

5) แปรงถาน (Brush) ท าดวยคารบอนตดตงในซองแปรงถาน มสปรงกด

แปรงถานใหแนนกบคอมมวเตเตอรเพอน ากระแสไฟฟาเขาและออกจากมอเตอร

2.2.5 เชลเดดโพลมอเตอร (Shaded Pole Motor)

เชลเดดโพลมอเตอร เปนมอเตอรทมขนาดเลกทสด มแรงบดเรมหมนต ามาก น าไปใชงานไดกบเครองใชไฟฟาขนาดเลกๆเชน ไดรเปาผม พดลมขนาดเลก

17

รปท 2.18 ลกษณะโดยทวไปของเชดเดดโพลมอเตอร [14]

หลกการท างานของเชดเดดโพลมอเตอร จะมขดลวดทชวยหมนคอลวดทองแดงเสนใหญทพนอยกบขวสนามแมเหลก

เรยกวา เชดเดด (Shaded Coil) หรอ ขดลวดชวยหมน (Auxiliary Winding) เมอจายไฟฟากระแสสลบเขาขดลวดสเตเตอรของมอเตอร จะเกดเสนแรงแมเหลกเคลอนทผานโรเตอรของมอเตอรและมสนามแมเหลกสวนหนงทผานขดลวดเชดเดด ท าใหเกดแรงแมเหลกบดเบยวไป การบดเบยวไปนท าใหเกดแรงบดหมนขนาดเลกๆ

สวนประกอบของเชดเดดโพล 1) ขดลวดสนามแมเหลก จะพนอยรอบๆแกนของตวสเตเตอร

2) โรเตอร (ตวหมน) มลกษณะเปนโรเตอรแบบกรงกระรอก

3) สเตเตอร เปนแผนเหลกบางวางซอนกน บรเวณขวสนามแมเหลกแตละ

ดานแบงเปน 2 สวน สวนทเลกกวาจะมวงแหวนทองแดงพนอยรอบๆ

4) วงแหวนทองแดง (Shaded Coil)

รปท 2.19 สวนประกอบของเชดเดดโพล [14]

2.3 อนเวอรเตอร (Inverter) การแปลงไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบ นยมเรยกกนวาอนเวอรเตอร (Inverters)

ซงสามารถเปลยนแปลง หรอควบคมระดบแรงดนไฟฟาและความถของไฟฟากระแสสลบได 2.3.1 รายละเอยดและหลกการท างานของวงจรอนเวอรเตอร

18

รปท 2.20 บลอคไดอะแกรมของวงจรอนเวอรเตอร [12]

รปท 2.21 วงจรอนเวอรเตอร [15]

จากรปบลอคไดอะแกรมพนฐานของอนเวอรเตอร จะประกอบดวยสวนทส าคญๆ และมการท างานดงน

2.3.1.1 Rectifier circuit วงจรเรกตไฟเออร หรอวงจรเรยงกระแส : ท าหนาทแปลงผน

หรอเปลยนจากแรงดนไฟฟากระแสสลบเปนแรงดนไฟฟากระแสตรง วงจรประกอบดวย เพาเวอรไดโอด 4 ตว กรณทอนพทเปนแบบเฟสเดยว หรอมเพาเวอรไดโอด 6 ตว กรณทอนพตเปนแบบ 3 เฟส ดงรป (ส าหรบอนเวอรเตอรบางประเภทจะใช SCR ท าหนาทเปนวงจรเรกตไฟเออรซงท าใหสารมารถควบคมระดบแรงดนในวงจร ดซลงคได)

รปท 2.22 วงจรเรกตไฟเออร [13]

19

2.3.1.2 DC link ดซลงคหรอวงจรเชอมโยงทางดซ คอวงจรเชอมโยงระหวาง

วงจรเรยกกระแสและวงจรอนเวอรเตอร ซงจะประกอบดวยคาปาซเตอรทมขนาดใหญ พกดแรงดนไฟฟา 400 VDC หรอ 800 VDC โดยขนอยกบแรงดนอนพตวาเปนแบบเฟสเดยวหรอ 3 เฟส ท าหนาทกรองแรงดนไฟฟากระแสตรงทไดจากวงจรเรยงเรกตไฟเออรใหเรยบยงขน และท าหนาทเกบประจไฟฟา ขณะทมอเตอรท างานเปนเครองก าเนดไฟฟาในชวงสนเนองจาการเบรคหรอมการลดความเรวรอบลงอยางรวดเรว (ส าหรบกรณทใชงานกบโหลดทมแรงเฉอยมากๆและตองการหยดอยางรวดเรว จะเกดแรงดนสงยอนกบมาตกครอมคาปาซเตอรและท าใหคาปาซเตอรเสยหายได ดงนนในทางปฏบตจะมวงจรชอปเปอรโดยตอคาความตานอนกรมกบทรานซสเตอร และตอขนานกบคาปาซเตอรไว โดยทรานซสเตอรจะท าใหทเปนสวตซตดตอควบคมใหกระแสไหลผานคาความตานทานเพอลดพลงงานทเกดขน

2.3.1.3 Inverter circuit วงจรอนเวอรเตอร คอสวนทท าหนาทแปลงผนจากแรงดนไฟฟา

กระแสตรง (ทผานการกรองจากวงจรดซลงค) เปนแรงดนไฟฟากระแสสลบ วงจรจะประกอบดวยเพาเวอรทรานซสเตอรก าลง 6 ชด (ปจจบนสวนใหญจะใช IGBT) ท าหนาทเปนสวตซตดตอกระแสไฟฟาเพอแปลงเปนไฟฟากระแสสลบ โดยอาศยเทคนคทนยมใชกนทวไปคอ PWM (Pule width modulation)

2.3.1.4 Control circuit วงจรควบคมจะท าหนาทรบขอมลจากผใชเชน รบขอมลความเรวรอบท

ตองการเขาไปท าการประมวลผล และสงน าเอาทพทออกไปควบคมการท างานของทรานซสเตอรเพอจายแรงดนและความถใหไดความเรวรอบและแรงบดตามทตองการ

2.3.2 การแบงชนดของอนเวอรเตอร อนเวอรเตอรมชนดตางๆดวยกนมากมายจนอาจหาทสนสดไมได ยกตวอยางเชน

อนเวอรเตอรทใหหมอแปลงเพอวตถประสงคในการลดจ านวนไทรสเตอรหรออนเวอรเตอรซงม L ตอแทรกซพพลายเพอวตถประสงคของการท าใหกระแสทออกจากซพพลายมคาคงท ในชวงระหวางการคอมมวเทต (อนเวอรเตอรแบบกระแสคงท) เปนตน แตอยางไรกตามโดยทวไปแลว เราอาจแบงชนดของอนเวอรเตอรออกตามคณสมบตหรอโครงสรางของวงจรไดดงน

2.3.2.1 แบงตามวธการปอนพลงงานกลบเขาซพพลาย 1) Self Excite (อนกรม/ ขนาน) 2) Separately Excite 2.3.2.2 แบงตามวธการซงท าใหพลงงานคอมมวเทตงหายไป

20

1) แบบปอนกลบเขาซพพลาย 2) แบบไมปอนกลบเขาซพพลาย 2.3.2.3 แบงตามคณสมบตของเอาทพท 1) พจารณาจากลกษณะคลน 1.1) แบบสเแควรเวฟ 1.2) แบบไซนเวฟ 2) พจารณาจากจ านวนเฟส 2.1) แบบ 1 เฟส 2.2) แบบ 3 เฟส 3) พจารณาจากยานความถ 3.1) แบบความถต า 3.2) แบบความถสง 4) พจารณาจากการเปลยนแปลงความถ 4.1) แบบความถคงท 4.2) แบบความถปรบเปลยนได 5) พจารณาจากการเปลยนแปลงโวลเตจ 5.1) แบบโวลเตจคงท 5.2) แบบปรบเปลยนโวลเตจได ในรอบหลายปทผานมาการพฒนาเทคโนโลยไฟฟามความกาวหนาไปมาก ชด

ควบคมความเรวรอบส าหรบมอเตอรเหนยวน าแบบกรงกระรอก (Variable Speed Drives, VSDs) จงมการน ามาใชกนอยางแพรหลาย เพอมาทดแทนการปรบความเรวรอบระบบทางกล เชน ระบบไฮดรอลกคลบปลง หรอการใชเกยรเพอการทดรอบเปนชวงๆ

2.3.3 การเลอกขนาดอนเวอรเตอรใหเหมาะสมกบมอเตอร จะตองค านงถงขอตางๆดงตอไปน

2.3.3.1 ความสามารถในการขบมอเตอรขณะเรงความเรวและความเรวรอบคงท ตองพจารณาวาอนเวอรเตอรสามารถจายกระแสทมอเตอรตองการไดหรอไม

2.3.3.2 ความสามารถในการขบมอเตอรขณะลดความเรว ในขณะทลดความเรวมอเตอรจะท างานเปนเครองก าเนดไฟฟาและคนพลงงานกลบไปใหอนเวอรเตอร ดงนน อนเวอรเตอรตองมความสามารถในการรบคนและใชพลงงานนใหหมดไป

2.3.3.3 การเลอกขนาดอนเวอรเตอรโดยดจากขนาดและจ านวนมอเตอรนน ใหเลอกอนเวอรเตอรทมกระแสพกดมากกวาผลรวมของกระแสมอเตอรทกตว จดเดนของ

21 อนเวอรเตอรอกอยางหนงคอสามารถขบมอเตอรหลายๆตวดวยอนเวอรเตอรเพยงตวเดยว แตวธการเดนเครองบางแบบอาจตองเลอกขนาดอนเวอรเตอรทมขนาดใหญมาก จงไมเปนการประหยด และเกดการผดพลาดในการเลอกขนาดไดงายดวย อนเวอรเตอรทท างานในโหมดการควบคมฟลกซเวกเตอร ไมสามารถขบมอเตอร ไดหลายตวพรอมกนจะตองเปลยนโหมดการควบคมไปเปนแบบแรงดนตอความถเทานนจงจะขบมอเตอรไดหลายตว

เนองจากความเรวรอบของอนดคชนมอเตอรหรอมอเตอรเหนยวน า จะเปลยนแปลงสมพนธกบสมการความเรวรอบหรอสมการซงโครนส-สปดดงตอไปน

Synchronous speed (Ns) = (120 * f) / P -------------------------------------- (1) โดยก าหนดให: f = ความถกระแสไฟฟา

P = จ านวนขวแมเหลก จากสมการสมซงโครนส-สปดจะเหนวาความเรวรอบของมอเตอรสามารถ

ปรบเปลยนได 2 เสนทางคอ เปลยนจ านวนขวแมเหลก (P) และเปลยนแปลงความถของกระแสไฟฟาทจายใหกบมอเตอรไฟฟา ( f )

ดงนนหากความถกระแสไฟฟามคาคงทคอ 50 Hz. (หรอ 60 Hz.ในบางประเทศ เชนอเมรกา) ความเรวรอบของมอเตอรแตละตวกจะมความเรวรอบทแตกตางกน โดยขนอยกบจ านวนขวแมเหลกของมอเตอรแตละตว ซงสามารถสรปไดตามตารางดงน

จ านวนขวแมเหลก(P) 2 4 6 8 10 15

จ านวนรอบทความถ 50 Hz. (RPM) 3000 1500 1000 750 600 500 จ านวนรอบทความถ 60 Hz. (RPM) 3600 1800 1200 900 720 600 ตารางท 2.2 ความสมพนธของความถกบความเรวรอบ ในกรณทเปลยนจ านวนขวแมเหลก ตารางสรปความสมพนธของความเรวรอบของมอเตอรทมจ านวนขวแมเหลกท

แตกตางกนจะเหนวา วธการควบคมความเรวรอบดวยการเปลยนจ านวนขวแมเหลกนน ความเรวจะเปลยนแปลงไปครงละมากๆเชน เปลยนจาก 3000 รอบตอนาท ไปเปน 1500 รอบตอนาท หรอจาก 1500 รอบตอนาท ไปเปน 3000 รอบตอนาท (กรณเปลยนจากการตอแบบ 2 ขวแมเหลกไปเปนการตอแบบ 4 ขวแมเหลก หรอจาก 4 ขวแมเหลกลดลงมาเหลอ 2 ขวแมเหลก) ซงการเปลยนแปลงความเรวรอบในลกษณะนความเรวรอบทเปลยนแปลงจะไมละเอยด ,ท าไดเฉพาะในขณะทไมมโหลด และทส าคญคอตองใชมอเตอรทออกแบบพเศษทสามารถเปลยนแปลงจ านวนขวแมเหลกไดเทานน ท าใหไมเหมาะสมกบความตองการของงานในหลายๆประเภททตองการควบคมความเรวรอบในขณะมโหลดเพอใหความเรวเหมาะสมกบความเรวของกระบวนการผลต ดงนนในกระบวนการผลตทวไปจงนยมใชอนเวอรเตอรในการควบคมความเรวรอบของมอเตอรมากกวา

22 เนองจากสามารถควบคมใหมอเตอรดวยความเรวคงท ปรบความเรวรอบไปทความเรวตางๆไดอยางรวดเรวและมความเทยงตรงมากกวา

2.3.4 ประโยชนของอนเวอรเตอร 2.3.4.1 แหลงจายไฟฟากระแสสลบส ารอง เมอแหลงจายไฟฟากระแสสลบหลก

เกดขดของขน ทเรยกกนวา Stand-by Power supplies หรอ Uninterruptible Power Supplies โดยเรยกยอๆ วา UPS ใชเปนระบบไฟฟาส ารองส าหรบอปกรณทส าคญๆเชน คอมพวเตอร เมอแหลงจายไฟฟากระแสสลบหลกเกดขดของ Transfer Switch ซงท างานดวยความเรวถง 1/1000 วนาท จะตออปกรณเขากบอนเวอรเตอรจายไฟกระแสสลบใหแทน โดยแปลงจากแบตเตอรซงประจไว ขณะทมแหลงจายไฟฟากระแสสลบหลก

2.3.4.2 ใชควบคมความเรวของมอเตอรกระแสสลบโดยการเปลยนความถ เมอความถของไฟฟากระแสสลบเปลยนแปลง ความเรวของมอเตอรจะเปลยนแปลงตามสมการ N=120f/N โดยท N = ความเรวรอบตอนาท, f = ความถของแหลงจายไฟฟาตอวนาท และ P = จ านวนขวของมอเตอร ในการควบคมนถาตองการแรงบดคงทจะตองรกษาใหอตราสวนของแรงดนตอความถทจายเขามอเตอรคงทดวย

2.3.4.3ใชแปลงไฟฟาจากระบบสงก าลงไฟฟาแรงสงชนดกระแสตรง ใหเปนชนดกระแสสลบเพอจายใหกบโหลด

2.3.4.4 ใชในเตาถลงเหลกทใชความถสง ซงใชหลกการเหนยวน าดวยสนามแมเหลกท าใหรอน (Induction Heating)