ซิงโครนัสมอเตอร์

โครงสร้างของ
Synchronous motor เหม่ือน
โครงสร้างของ Synchronous
generator ข้วั แม่เหลก็ ท่ีใช้ใน
มอเตอร์ส่วนใหญ่เป็ นแบบ
salient pole

Synchronous motor จะทางานทคี่ วามเร็วรอบ
คงทต่ี ลอดเวลา ต้งั แต่ No-load จนกระทั่ง Full-
load ความเร็วรอบจะมีค่าเท่ากบั ความเร็วรอบของ
สนามแม่เหลก็ หมุน (Synchronous speed or
Rotating field,NS)

Ns = (120f/P) [r.p.m.]

ในการเริ่มเดนิ หรือการสตาร์ต Synchronous motor
น้ันจะต้องแยกพจิ ารณาออกเป็ นสองกรณดี ้วยกนั

 กรณที โ่ี รเตอร์มีขดลวดอะมอร์ทิชเชอร์
 กรณที ่ีไม่มขี ดลวดอะมอร์ทิชเชอร์

L

1S

N

L N N Rh
2
L+

L-
S

L
1S

ในลาดบั แรกจะป้อนไฟฟ้ากระแสสลบั สามเฟส ให้
ขดลวดสเตเตอร์กจ็ ะผลติ สนามแม่เหลก็ หมุนขนึ้ มา ซ่ึง
สนามแม่เหลก็ หมุนนีจ้ ะมคี วามเร็วเท่ากบั ความเร็ว
ซิงโครนัส และตดั กบั ขดลวดอะมอร์ทชิ เชอร์ ท่ีปลาย
ของ เซเลยี้ นโพลของโรเตอร์ เกดิ แรงดันและกระแส

ไฟฟ้าเหน่ียวนาเกดิ สนามแม่เหลก็ ขนึ้ มา อานาจแม่เหลก็ จาก

สนามแม่เหลก็ หมุนทสี่ เตเตอร์ และอานาจแม่เหลก็ จาก
ขดลวดอะมอร์ทชิ เชอร์ จะดงึ ดูดกนั ทาให้โรเตอร์หมุน
ออกไปได้

หลงั จากน้ันให้ป้อนแรงดนั ไฟฟ้ากระแสตรง ให้
ขดลวดสนามแม่เหลก็ ทาให้ความเร็วรอบของโรเตอร์
หมุนเท่ากบั ความเร็วรอบของสนามแม่เหลก็ หมุน

ข้อควรระวงั

การสตาร์ ตซิงโครนัสมอเตอร์ จะต้องต่อตัว
ต้านทานค่าสูงๆคร่อมกับขดลวดสนามแม่เหล็ก ที่
เซเลี้ยนโพลด้ วย เพราะขณะสตาร์ ตจะเกิด
แรงดันไฟฟ้าเหน่ียวนาขึน้ ที่ขดลวดสูงมาก ซ่ึงอาจ
เกิดอันตรายกับบุคคลท่ีเข้าไปทาการสตาร์ตมอเตอร์
และช่วยป้องกันฉนวนของมอเตอร์ ตัวต้านทานนี้
เรียกว่า FDR(Field Discharge Resistor)

Synchronous L+ L-
Motor CB

AC 3 PHASE A Rh
FDR

 ใช้มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงขับซิงโครนัสมอเตอร์
เม่ือความเร็วรอบเข้าใกล้ความเร็วของสนามแม่เหล็กหมุน
แล้วป้อนไฟฟ้ากระแสตรงให้กบั ขดลวดสนามแม่เหล็กที่
โรเตอร์

 ใช้เอกซ์ไซด์เตอร์ (Exciter) ขบั ซิงโครนัสมอเตอร์
เม่ือความเร็วรอบเข้าใกล้ความเร็วของสนามแม่เหล็กหมุน
แล้วป้อนไฟฟ้ากระแสตรงให้กบั ขดลวดสนามแม่เหล็กที่
โรเตอร์

 ใช้มอเตอร์เหนี่ยวนา (IM) ขบั ซิงโครนัสมอเตอร์
แต่มอเตอร์เหน่ียวนา ต้องมจี านวนโพลน้อยกว่า
ซิงโครนัสมอเตอร์อยู่สองโพล เม่ือความเร็วรอบเข้าใกล้
ความเร็วของสนามแม่เหลก็ หมุน แล้วป้อนไฟฟ้า
กระแสตรงให้กบั ขดลวดสนามแม่เหลก็ ทีโ่ รเตอร์

การป้อนโหลดให้กบั ซิงโครนัสมอเตอร์ คือการนา
โหลดทางกลต่อเข้ากบั เพลาของมอเตอร์ แต่ความเร็วรอบ
ของมอเตอร์ยงั คงทตี่ ลอดเวลา ต้งั แต่ No-load จนถงึ
Full-load

การทางานของมอเตอร์ใน

N สภาวะ No-load
แนวแกนสนามแม่เหลก็ ที่
สเตเตอร์และโรเตอร์จะ

S ตรงกนั
Stator flux

α= Load Angle

การทางานของมอเตอร์ใน

N สภาวะ On-load
แนวแกนสนามแม่เหลก็ ที่

Stator flux โรเตอร์จะล้าหลงั สเตเตอร์

S เป็ นมุมα

 ขณะไม่มีภาระ (No-load)
แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนาต้านกลบั (Back E.M.F.,UC)

จะมีค่าเท่ากบั แรงดนั ไฟฟ้าที่ป้อนให้กบั มอเตอร์ (V)

1800 V
UC

0

 ขณะมีภาระ (On-load)
แรงดันไฟฟ้าเหน่ียวนาต้านกลบั (Back E.M.F.,UC)

จะเกดิ ช้ากว่าแรงดันไฟฟ้าท่ปี ้อนให้กบั มอเตอร์ (V) เป็ น
มุม α(เม่ือเวกเตอร์ไดอะแกรมเคลื่อนท่ที วนเข็มนาฬิกา)

UC VT

α V
O

IA

Vector Diagram On-load

ถ้าเราปรับกระแสทีจ่ ่ายให้กบั ขดลวดสนามแม่เหล็กเท่ากบั
กระแสทจ่ี ่ายปกติ (Normal Field Excitation) จะทาให้
ซิงโครนัสมอเตอร์ (Synchronous Motor) ทางานท่ี ยูนิตี้
เพาเวอร์แฟคเตอร์ ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์เท่ากบั 100%

UC VT

α V

O IA

Unity Power Factor

ถ้าเราปรับกระแสทจี่ ่ายให้กบั ขดลวดสนามแม่เหลก็
น้อยกว่ากระแสที่จ่ายปกติ (Under Field Excitation) จะ
ทาให้ ซิงโครนัสมอเตอร์ (Synchronous Motor) ทางานท่ี
เพาเวอร์แฟคเตอร์ล้าหลงั (Lagging Power Factor)

UC VT

α V
O

IA

Lagging Power Factor

ถ้าเราปรับกระแสทจ่ี ่ายให้กบั ขดลวดสนามแม่เหลก็
มากกว่ากระแสทจ่ี ่ายปกติ (Over Field Excitation) จะทา
ให้ ซิงโครนัสมอเตอร์ (Synchronous Motor) ทางานที่
เพาเวอร์แฟคเตอร์น้าหน้า (Leading Power Factor)

UC VT

α IA V

O



Leading Power Factor

จากท้งั 3 กรณี มอเตอร์ยงั หมุนด้วยความเร็วรอบ

คงท่ี มุมโหลด (Load Angle,α) คงทแ่ี ละกาลงั

อนิ พตุ (Power Input) คงท่ี สมการของกาลงั อนิ พตุ

Pinput/ph = VIA cos [W]
Pinput = 3VIA cos [W]
Pinput = √3VLIAL cos [W]

 Starting Torque
 Running Torque
 Pull-in Torque
 Pull-out Torque

Pm = UCIAcosβ [W]

Pm แทนค่า กาลงั กลท่เี กดิ ขนึ้ ทีโ่ รเตอร์ต่อเฟส
UC แทนค่า แรงดนั เหน่ียวนาต้านกลบั ต่อเฟส

β แทนค่า มุมทเี่ กดิ ขนึ้ ระหว่าง UC และ IA
IA แทนค่า กระแสอนิ พตุ ทส่ี เตเตอร์ต่อเฟส

กาลงั อนิ พตุ = กาลงั กลทโ่ี รเตอร์ + ความ
สูญเสีย

ที่อาร์เมเจอร์

Power input = Machanical Power +

Pinput = Pm + IA2RA [W]
Pm(ph) = Pinput - IA2RA [W]

Pm(ph)= UCIAcosβ [W]
Pm = √3UC(L)IA(L)cosβ [W]
Pm = 3UC(ph)IA(ph)cosβ
[W]

RA XS

IA UC
V(U) =UC+IA(RA+XS)

O IA b a

θ
αβ
c
V IAXS

UdC IARA [V]

UC = (Vcos θ−IARA )2 + (Vsinθ+ IAXS)2

V IAXS

α UC IARA

O θ

IA

UC = (Vcos θ− IARA )2 + (Vsinθ− IAXS)2 [V]

O IA V IAXS

UC IARA

UC = (V−IARA)2 +(IAXS)2 [V]

ตัวอย่างที่ 1 มอเตอร์ซิงโครนัส 3 เฟสขนาด 100 แรงม้า

600 โวลต์ 1,200 รอบต่อนาที ขดลวดอาร์เมเจอร์ต่อแบบสตาร์
มคี วามต้านทาน 0.052Ω/ph ลกี เกจรีแอคแตนซ์ 0.42Ω/ph
เมื่อทางานทโ่ี หลดเตม็ พกิ ดั เพาเวอร์แฟคเตอร์ 0.8 leading จงหา

(ก) แรงดนั ไฟฟ้าเหนี่ยวนาย้อนกลบั (UC)
(ข) มุมระหว่าง IA และ UC (β)
(ค) กาลงั ทางกลทโี่ รเตอร์เม่ือมอเตอร์ทางานเตม็ พกิ ัด

มี η= 92% และไม่คดิ ค่าสูญเสีย

วธิ ีทา

Output = 100 h.p.
Input = (Output*746)/η

= (100*746)/0.92
= 81,087 [W]

IA = Input/(√3*V*cos) [A]
= 81,087/(√3*600*0.8) [V]

= 97.5

Vp = VL/√3
= 600/√3

= 346

cos = 0.8 ( = 36.9o)

sin = 0.6
(ก) แรงดนั ไฟฟ้าเหนี่ยวนาย้อนกลบั (UC)

UC = (Vcos θ−IARA)2 +(Vsinθ+IAXS)2 [V]

= (3460.8−97.50.52)2 +(3460.6+97.50.42)2 [V]

= 368 . 3 [V] Ans

(ข) มุมระหว่าง UC และ IA (β)

tanβ = Vsinθ + IA XS
Vcosθ − IA R A

=  (3460.6) + (97.50.42) 
 
 (3460.8) − (97.50.052) 

= 0.9146

tan−10.9146 = 42.44 Ans

(ค) กาลงั กลทีโ่ รเตอร์ (Pm)

Pm = 3UCIA cosβ [W]

= 3368.397.50.7384

= 79,546 [W] Ans

จากเวกเตอร์ไดอะแกรมของซิงโครนัส
มอเตอร์เมื่อมอเตอร์ทางานทสี่ ภาวะโหลด
ขนาดหน่ึงโดยมมี ุมโหลด αเราสามารถ
เปลยี่ นแปลงรูปร่างของเวกเตอร์ได้ โดย
ค่าพารามิเตอร์อื่นๆยงั คงเหมือนเดมิ

UC IAZS IA

α ψ V
O

IA

 V IAXS
Oα IARA

IAZS ψUC

ψVIαOU

A(C
ZA(
SB)
UC = V 2 A ZS )2 − 2VI A ZS cos(φ + θ) [V]
+)(I

ตวั อย่างท่ี 2 มอเตอร์ซิงโครนัส 3 เฟสขนาด 100 แรงม้า

600 โวลต์ 1,200 รอบต่อนาที ขดลวดอาร์เมเจอร์ต่อแบบสตาร์
มคี วามต้านทาน 0.052Ω/ph ลกี เกจรีแอคแตนซ์ 0.42Ω/ph
เมื่อทางานทโี่ หลดเตม็ พกิ ดั เพาเวอร์แฟคเตอร์ 0.8 leading จงหา

(ก) แรงดันไฟฟ้าเหน่ียวนาย้อนกลบั (UC)
(ข) มุมระหว่าง IA และ UC (β)
(ค) กาลงั ทางกลทโ่ี รเตอร์เม่ือมอเตอร์ทางานเตม็ พกิ ดั

มี η= 92% และไม่คดิ ค่าสูญเสีย

(ก) UC [V]

UC = V2 +(IAZS)2 −2VIAZScos(φ+θ)

tan ψ= (IAXS/IARA) ψ = tan-18.0764

= XS/RA = 82.90

= 0.42/0.052

ψ+ = 82.9o + 36.9o = 119.8o [V]
cos 119.8o = -0.4969
IAZS = 97.3(0.05+j0.42) = 41.2

UC = V2 + (IAZS)2 −2VIAZScos(φ+θ) [V]

= (346)2 + (41.2)2 −234641.20.4969

= 368.2 [V] Ans

(ข) Δ AOB
β (IAZS/sinα) = (UC/sin[ψ+])

(41.2/sinα) = (368.2/sin119.8o)

sinα = (41.2*0.8677/368.2)

α = 5.5o

มุม OCA = 180o-(36.9o+5.5o)
= 137.6o

β = 180o-137.6o
= 42.4o Ans

Pm = 3UCIAcosβ
= 3*368.2*97.5*cos42.4o
= 79,600 [W] Ans

O V(A)

λ IAZS

αψ

γ

UC = V2 + (IAZS)2 −2VIAZS cos(λ ) [V]

ตวั อย่างท่ี 3 มอเตอร์ซิงโครนัส 3 เฟสขนาด 100 แรงม้า

600 โวลต์ 1,200 รอบต่อนาที ขดลวดอาร์เมเจอร์ต่อแบบสตาร์
มคี วามต้านทาน 0.052Ω/ph ลกี เกจรีแอคแตนซ์ 0.42Ω/ph
เมื่อทางานทโี่ หลดเตม็ พกิ ดั เพาเวอร์แฟคเตอร์ 0.8 lagging จงหา

(ก) แรงดันไฟฟ้าเหน่ียวนาย้อนกลบั (UC)
(ข) มุมระหว่าง IA และ UC (β)
(ค) กาลงั ทางกลทโ่ี รเตอร์เม่ือมอเตอร์ทางานเตม็ พกิ ดั

มี η= 92% และไม่คดิ ค่าสูญเสีย