16 พฤษภาคม 2023 ซีรีส์มอเตอร์ (Series Motor)

มอเตอร์ชนิดนี้ประกอบด้วยขดลวดสนาแม่เหล็กซึ่งเรียกว่า ซีรีส์ฟิลด์หรือสนามแม่เหล็กอันดับ (Series field) โดยพันลวดทองแดง หรือคอยล์เส้นโตจำนวนรอบอยู่ 2-3 ทบ ต่อเป็นอันดับ (Series) กับตัวอาร์มาเจอร์ ซึ่งในการปฏิบัติงาน กระแสไฟฟ้าทั้งหมดที่จ่ายให้กับมอเตอร์นั้นจะต้องไหลผ่านคอยล์ในสนามพร้อมๆ กับอาร์มาเจอร์

ซีรีส์มอเตอร์มีคุณลักษณะพิเศษอยู่ ก็คือ กำลังในสนามแม่เหล็กนั้น จะเพิ่มขึ้นด้วยกระแสไฟฟ้า ตั้งแต่เริ่มไหลผ่านคอยล์สนามแม่เหล็กในครั้งหลังและถ้าอาร์มาเจอร์วิ่งอยู่ในวงจรของโวลเต็จคงที่ด้วยโหลดเบาๆ มอเตอร์จะทำงานให้สปีดที่มีอัตราสูงมาก แต่ถ้าวิ่งในโหลดหนักๆ สปีดของมอเตอร์จะลดลง มอเตอร์ชนิดนี้จึงไม่เหมาะกับงานซับซ้อนที่ต้องใช้สายพาน เพราะอาจจะเกิดอันตรายเนื่องจากสปีดได้ เว้นไว้แต่มอเตอร์ขนาดเล็ก ซึ่งเหมาะจะใช้กับเครื่องมือเจาะหรือสว่านไฟฟ้า เพราะสามารถให้แรงหมุนได้สูงพอในเมื่อโหลดเปลี่ยน แนวทางการหมุนของมอเตอร์อาจกลับโดยกลับสายที่พันรอบอาร์มาเจอร์ หรือที่คอยล์สนามแม่เหล็ก ซีรีส์มอเตอร์จัดอยู่ในมอเตอร์ จำพวกที่มีความเร็วขึ้นอยู่กับงานที่ทำ

คุณลักษณะอีกประการหนึ่งของซีรีส์มอเตอร์ ก็คือ การพยายามที่จะหมุนด้วยความเร็วไม่สิ้นสุด คือ ความหมายว่า หมุนไม่คงที่ และมีการเร่งความเร็วขึ้นทุกๆ ขณะ ถ้าไม่มีโหลดหรืองานเข้ามาต่อให้ทำ ก็จะหมุนเร็วจัดขึ้นจนเกินอัตราก็ว่าได้ อาจมีผลให้มอเตอร์เสียหายเร็ว แต่ก็เหมาะสำหรับงานหนักที่ให้มีประจำอยู่เสมอ อย่าให้มอเตอร์หมุนไปเปล่าๆ เรียกได้ว่า ซีรีส์มอเตอร์มีแรงเริ่มหมุนสูง (High starting torpue) เหมาะกับงานหนักๆ เช่น เครื่องทุนแรง หรือ ปั้นจั่น ยกของ , รถราง , และมอเตอร์สตาร์ทสำหรับรถยนต์โดยเฉพาะถ้าเป็นมอเตอร์สตาร์ทสำหรับรถยนต์นั้น จะต้องให้มอเตอร์ชนิดนี้ ทำงานในชั่วขณะเริ่มเดินเครื่องครั้งแรกเท่านั้น เพราะต้องการแรงเริ่มหมุนสูง เมื่อเดินเครื่องยนต์ติดแล้ว ก็ต้องปลดเฟื่องสตาร์ทของมอเตอร์ออก แต่ขนาดเล็กของมอเตอร์ซีรีส์นี้ ก็นิยมใช้เป็นมอเตอร์ของพัดลมอยู่มากเหมือนกัน เพราะต้องการให้ตรึงอยู่กับชิ้นงานอยู่ตลอดเวลา

ซีรีส์มอเตอร์ มีจำนวนกระแสที่ผ่านไปในสายลวดที่ติดเชื่อมเท่ากันกับที่ผ่านไปในขดลวดสนาแม่เหล็ก ฉะนั้นการต่อสาย จึงต้องต่อขดลวดสนามแม่เหล็กเป็นอนุกรมหรืออันดับ กับวงจรภายนอก และถ้าไม่ทำเช่นนั้น สนามแม่เหล็กจะมีกำลังเท่าที่เหลืออยู่ หรือ กลายเป็นกากแม่เหล็กได้

การต่อวงจรภายนอกหรือในสาย ต้องใช้กระแสมากขึ้นเท่าใดกำลังของสนาแม่เหล็กก็ยิ่งมีมากขึ้น ทำให้โวลท์ที่เกิดขึ้นในอาร์มาเจอร์มีแรงทวีตามตัวไปด้วย โดยเหตุนี้จึงต้องจัดและรักษาวงจรภายนอก ให้กระแสไหลไปในจำนวนคงที่ ทั้งนี้ก็เพื่อให้กำลังของสนามแม่เหล็กอยู่ในค่าคงที่ ไม่ได้หมายความว่า ซีรีส์มอเตอร์เป็นมอเตอร์ที่จ่ายกระแสไฟฟ้าให้อยู่คงที่ หรือในค่าคงตัว แต่เพราะว่ามอเตอร์ชนิดนี้เป็นมอเตอร์ที่ทำงานได้ประสิทธิภาพดีที่สุด ในวงจรที่ประสงค์จะให้ค่าของกระแส ที่จ่ายออกไปคงที่สำหรับงาน งานหนึ่ง

ซีรีส์มอเตอร์ เมื่อใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Generator) จะต้องต่อสายวงจรภายนอกเป็นอนุกรมหรืออันดับเช่นเดียวกัน ไม่ใช่ต่อแบบขนาน (Parallel) เพราะการต่อแบบขนานหรือคู่กันไปนั้น ขณะใดที่ดวงโคมไฟฟ้าดวงหนึ่งดับ ทำให้โวลท์ที่ดวงโคมอื่นๆ พลอยลดน้อยลงไปด้วย การต่อแบบอันดับนับว่าเป็นวิธีที่ถูกที่สุดสำหรับมอเตอร์ชนิดนี้แต่เนื่องจากซีรีส์มอเตอร์เป็นมอเตอร์จำพวกที่มีศักย์ที่แปรงไฟแรงสูงมาก ฉะนั้นในการประกอบวงจรของสาย จึงต้องใช้ความระวังให้มาก

โดยเฉพาะ ขดลวดสนามแม่เหล็กของซีรีส์มอเตอร์มักใช้สายขนาดใหญ่ และพันสาย 2-3 รอบเท่านั้น เพราะต้องทำแอมแปร์ (Ampere) การทำให้รอบทบน้อย ก็เพื่อต้องการให้เกิดความต้านทานน้อยที่สุดเท่าที่จะน้อยได้ เป็นผลให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านไปได้สะดวก หรือต้องการโวลท์ให้น้อยเท่าที่จะน้อยได้ เพื่อดันกระแสให้ผ่านไปในขดลวดสนามแม่เหล็ก ทั้งนี้ก็เพราะในสนามแม่เหล็กมีแรงแม่เหล็กหรือกากแม่เหล็กตกค้างอยู่ ถึงแม้จะยังไม่มีกระแสเกิดขึ้นในขดลวดสนาแม่เหล็กเลยก็ตาม มอเตอร์ก็จะไม่ปรากฎโวลท์สำหรับทำให้เกิดกระแสจำนวนน้อยๆ ไหลผ่านเข้าไปในขดลวดสนามแม่เหล็ก เพื่อทำให้ สนามแม่เหล็ก เกิดแรงขึ้นได้

ดังที่กล่าวมาแล้วว่า ซีรีส์มอเตอร์ชนิดนี้ มีความเร็วเมื่อยังไม่ได้ใส่งานให้ มักไม่คงที่เหมือนแบบชันท์มอเตอร์ กล่าวคือความเร็วหมุนรอบจะทวีสูงขึ้นเรื่อยๆ จนอาร์มาเจอร์เกิดความเสียหาย หรือมอเตอร์แทบจะพังลงก็ว่าได้ อันเนื่องมาจากแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางเกิดขึ้นในค่าที่สูงยิ่ง ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะว่า เมื่อมอเตอร์ยังไม่ทำงานและอยู่ในขณะเริ่มเดิน กระแสได้ไหลเข้าไปในอาร์มาเจอร์และขดลวดสนามแม่เหล็ก ในเวลานั้นไม่มีแรงบิดต้าน ความเร็วหมุนรอบจึงทวีขึ้นเรื่อยๆ จนกว่าแรงเคลื่อนต้านจะเท่ากับแรงเคลื่อนภายนอก

แต่การเพิ่มขึ้นของแรงเคลื่อนต้านดังที่กล่าวนี้ ทำให้กระแสในสนามแม่เหล็ก และในอาร์มาเจอร์ลดต่ำลง และเมื่อสนามแม่เหล็กมีแรงลดต่ำ มันจะต้องเพิ่มความเร็วให้สูงขึ้นอีก เพื่อให้เกิดแรงเคลื่อนต้านเท่ากับแรงเคลื่อนภายนอกอีก จนกว่าแรงเหวีย่งหนีศูนย์กลางจะทำให้ตัวมอเตอร์ได้รับความเสียหาย ด้วยเหตุนี้ ซีรีส์มอเตอร์ จึงเหมาะกับงานที่ตรึงอยู่กับอาร์มาเจอร์ดังกล่าว และอาจไม่เหมาะสำหรับเคลื่องกลึงโลหะ เพราะว่า ทุกๆ ครั้งที่งานเปลี่ยนแปลงไปความเร็วของมอเตอร์ก็จะหมุนเปลี่ยนไปด้วย และจะหมุนเร็วจัดมาก ถ้าอยู่ในลักษณะหมนุตัวเปล่าโดยไม่มีงานหรือโหลดมาต่อ หรือโดยไม่มีการฉุดหมุนรวมกับกลไกอื่นๆ

การเริ่มเดินมอเตอร์ชนิดนี้ ในขั้นแรก ถ้าเรายอมให้กระแสจำนวนมากไหลเข้าไปในมอเตอร์ ขณะหนึ่งแรงบิด จะเป็นสัดส่วนกับกระแสสะแควร์ การเพิ่มกระแสในอาร์มาเจอร์ เท่ากับเป็นการเพิ่มในสนามแม่เหล็กให้มีค่าสูงขึ้น และเพิ่มแรงสนามแม่เหล็กให้สูงมากขึ้นไปด้ย หมายความว่า ถ้ากระแสในมอเตอร์ได้ทวีขึ้นเป็น 2 เท่า แรงสนามแม่เหล็กก็จะเป็น 2 เท่าด้วย เพราะแรงบิดของมอเตอร์ชนิดนี้เปลี่ยนไปตามความเร็ว แรงบิดจะมีค่าสูงขึ้นเมื่อลดต่ำลง เนื่อจากความเร็วที่ลดลงนั้นทำให้เกิดแรงเคลื่อนต้านน้อย และแรงเคลื่อนต้านภายนอกจะดันกระแสไหลเข้าไปในอาร์มาเจอร์และขดลวดสนามแม่เหล็กได้มาก ผลที่ได้คือ แรงบิดที่สูงเพื่อทำงาน แรงบิด ก็คือแรงตัวนำในอาร์มาเจอร์มานั้นเอง

ซีรีส์มอเตอร์ จะทำการเริ่มเดินขั้นแรก โดยใช้ความต้านต่อเป็นอนุกรมหรืออันดับเข้ากับงาน และแล้วค่อยๆ ตัดความต้านให้น้อยลง เพื่อความเร็วของมอเตอร์ได้เพิ่มขึ้นความต้านนี้มีความประสงค์ในการใช้เช่นเดียวกัน เหมือนกับความต้าน (Resistance) ที่ต่อเป็นอันดับกับอาร์มาเจอร์ของชันท์มอเตอร์