หน่วยที่

ระบบสตาร์ต

5

หัวข้อเรื่อง

5.1 หน้าที่ของระบบสตาร์ต

5.2 ส่วนประกอบของระบบสตาร์ต

5.3 หลักการของมอเตอร์

5.4 โครงสร้างของมอเตอร์สตาร์ต

5.5 วงจรไฟฟ้าควบคุมระบบสตาร์ตและการทำงาน

5.6 การวิเคราะห์ปัญหาและแก้ไขข้อขัดข้องระบบสตาร์ต

หน้าที่ของระบบสตาร์ต

5.1

ระบบสตาร์ตทำหน้าที่ หมุนสตาร์ตเครื่องยนต์ในช่วงเริ่มต้นการทำงาน เมื่อเครื่องยนต์สตาร์ตติดแล้วจะตัดการทำงานโดยตัดการขับของเฟืองขับออกจากเฟืองล้อช่วยแรง

ส่วนประกอบของระบบสตาร์ต

5.2

ส่วนประกอบหลักของระบบสตาร์ต ประกอบด้วย แบตเตอรี่ สวิตช์จุดระเบิด สวิตช์แม่เหล็ก (สวิตช์โซลีนอยด์) และมอเตอร์สตาร์ต

ส่วนประกอบของระบบสตาร์ต

หลักการของมอเตอร์

5.3

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงจะใช้ปฏิกิริยาซึ่งกันและกันของสนามแม่เหล็ก เพื่อเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าไปเป็นพลังงานกลมอเตอร์สตาร์ตแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างง่าย มีขดลวดด้านในเรียกว่า ขดลวดอาร์เมเจอร์ ซึ่งเป็นส่วนประกอบที่เคลื่อนที่ของมอเตอร์ ประกอบด้วยตัวนำที่พันรอบ ๆ แกนเหล็กอ่อนที่ซ้อนอัดกันเป็นแผ่นบาง ๆ ซึ่งใช้สร้างสนามแม่เหล็ก อาร์เมเจอร์ที่หมุนอยู่ภายในขดลวดที่อยู่กับที่เรียกว่าขดลวดสนามแม่เหล็ก ซึ่งมีขดลวดพันรอบ ๆ ขั้วแม่เหล็ก เมื่อแบตเตอรี่จ่ายกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดสนามแม่เหล็กจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กขึ้นระหว่างขั้วแม่เหล็กเหนือและขั้วแม่เหล็กใต้ ขณะเดียวกันกับกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดอาร์เมเจอร์ทำให้ขดลวดอาร์เมเจอร์เกิดสนามแม่เหล็ก เส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดความหนาแน่นจะผลักดันให้อาร์เมเจอร์หมุนได้

หลักการของมอเตอร์

การต่อวงจรภายในมอเตอร์จะมี 3 แบบ คือ

1. Series Motor ขดลวดสนามแม่เหล็กและขดลวดอาร์เมเจอร์ต่อกันแบบอนุกรม

2. Shunt Motor ขดลวดสนามแม่เหล็กและขดลวดอาร์เมเจอร์ต่อกันแบบขนาน

3. Compound Motor ขดลวดสนามแม่เหล็กและขดลวดอาร์เมเจอร์ต่อกันแบบผสม

การต่อวงจรภายในมอเตอร์

โครงสร้างของมอเตอร์สตาร์ต

5.4

มอเตอร์สตาร์ตโดยทั่วไปออกแบบโครงสร้างคล้ายกัน ประกอบด้วย ตัวเรือน ขดลวดสนามแม่เหล็กทุ่นอาร์เมเจอร์ คอมมิวเตเตอร์ แปรงถ่าน สวิตช์แม่เหล็ก และชุดเฟืองขับ

เครื่องประจุไฟฟ้าแบตเตอรี่

5.4.1 ทุ่นอาร์เมเจอร์ (Armature)

ทุ่นอาร์เมเจอร์ทำขึ้นรูปเป็นทุ่น โดยนำเอาแผ่นเหล็กอ่อนหลายแผ่นซ้อนอัดเข้าเป็นชุดเดียวกัน เพื่อลดกระแสหมุนวน อาร์เมเจอร์เป็นชิ้นส่วนที่หมุนของมอเตอร์สตาร์ต จะติดตั้งอยู่ระหว่างเฟืองขับและคอมมิวเตเตอร์ตรงส่วนปลาย และขดลวดสนามแม่เหล็ก กระแสไฟที่ไหลผ่านอาร์เมเจอร์ จะสร้างสนามแม่เหล็กในตัวนำแต่ละขดลวด ปฏิกิริยาระหว่างขดลวดอาเมเจอร์และสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจากขดลวดสนามแม่เหล็ก เป็นเหตุให้อาร์เมเจอร์หมุน นี่คือพลังงานกลที่ใช้ในการหมุนเพลาข้อเหวี่ยงของเครื่องยนต์

ทุ่นอาร์เมเจอร์

5.4.2 ขดลวดสนามแม่เหล็ก (Field Coil)

ขดลวดสนามแม่เหล็กเป็นอุปกรณ์ซึ่งทำหน้าที่ในการสร้างสนามแม่เหล็ก ขดลวดสนามแม่เหล็กมีลักษณะเป็นขดลวดทองแดงแบนเรียบพันรอบแกนเหล็กอ่อน และยึดเข้ากับตัวเรือนของมอเตอร์สตาร์ตโดยใช้สกรูยึด

5.4.3 แปรงถ่าน (Brush)

มอเตอร์สตาร์ตมีแปรงถ่านจำนวน 2–6 ตัว สัมผัสรอบ ๆ คอมมิวเตเตอร์ของอาร์เมเจอร์ด้วยสปริงกดแปรงถ่าน ทำให้กระแสไฟฟ้าจำนวนมากจากขดลวดสนามแม่เหล็กไปยังขดลวดอาร์เมเจอร์ให้หมุน ซึ่งแต่ละปลายขดลวดอาร์เมเจอร์จะต่ออยู่กับแปรงถ่านแต่ละปลายที่ต่อมาจากแหล่งจ่ายไฟแปรงถ่านทำมาจากทองแดงและถ่านคาร์บอน ซึ่งมีคุณสมบัตินำไฟฟ้า และทนต่อการเสียดสีได้ดี

5.4.4 สวิตช์แม่เหล็กหรือโซลีนอยด์ (Magnetic Switch or Solenoid)

สวิตช์แม่เหล็กเป็นอุปกรณ์กลไกไฟฟ้า ทำหน้าที่ตัดต่อกระแสไฟฟ้าไปยังมอเตอร์สตาร์ตและเป็นอุปกรณ์เลื่อนเฟืองขับให้ขบกับเฟืองล้อช่วยแรง ภายในสวิตช์แม่เหล็กมีขดลวด 2 ชุด คือ

1. ขดลวดชุดดึง (Pull–In Coil) ทำหน้าที่ดึงให้พลังเยอร์เคลื่อนที่เพื่อเลื่อนเฟืองขับเข้าขบกับเฟืองล้อช่วยแรง

2. ขดลวดชุดยึด (Hold–In Coil) ทำหน้าที่ยึดพลังเยอร์ให้อยู่กับที่ไม่ให้ดีดตัวกลับเมื่อเฟืองขับขบกับเฟืองล้อช่วยแรง และเพื่อให้สะพานไฟในชุดสวิตช์แม่เหล็กทำงานโดยให้กระแสไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ผ่านสะพานไฟไปยังมอเตอร์สตาร์ตได้

สวิตช์แม่เหล็กหรือโซลีนอยด์และตำแหน่งการติดตั้งในมอเตอร์สตาร์ต

5.4.5 ชุดเฟืองขับ (Drive Pinion)

ชุดเฟืองขับมีหน้าที่รับแรงหมุนจากทุ่นอาร์เมเจอร์เข้าขบกับเฟืองล้อช่วยแรง เพื่อหมุนให้เครื่องยนต์สตาร์ตติดได้และป้องกันการเสียหายที่มอเตอร์สตาร์ตเมื่อเครื่องยนต์สตาร์ตติดแล้ว

1. แบบเบนดิก (Bendix Type) เป็นชุดเฟืองขับที่ใช้กับรถยนต์รุ่นเก่า ประกอบด้วย หัวชุดเฟืองขับ สปริง และชุดเฟืองขับ ทั้งหมดสวมอยู่บนปลายแกนอาร์เมเจอร์ ทำงานโดยอาศัยแรงเหวี่ยงของการหมุนทุ่นอาร์เมเจอร์ ทำให้ชุดเฟืองขับเคลื่อนตัวไปขบกับเฟืองล้อช่วยแรง

ชุดเฟืองขับแบบเบนดิก

ชุดเฟืองขับที่ใช้กับมอเตอร์สตาร์ตมี 2 แบบ คือ

การทำงานของชุดเฟืองขับแบบเบนดิก

การทำงาน

ขณะเริ่มสตาร์ตเครื่องยนต์ : อาร์เมเจอร์จะหมุนเหวี่ยงชุดเฟืองขับออกไปขบกับเฟืองล้อช่วยแรง ทำให้ล้อช่วยแรงหมุนไป ด้วยกัน

ขณะเครื่องยนต์ติด : เมื่อเครื่องยนต์สตาร์ตติดแล้ว ล้อช่วยแรงมีความเร็วรอบสูงกว่าจึงสลัดเฟืองขับออกจากการ ขบเฟืองล้อช่วยแรง และสปริงจะดึงเฟืองขับให้กลับเข้าไปในทุ่นอาร์เมเจอร์เป็นการป้องกัน ไม่ให้ชุดเฟืองขับและทุ่นอาร์เมเจอร์เสียหาย

2. แบบโอเวอร์รันนิ่งคลัตช์ (Overrunning Clutch) เป็นชุดเฟืองขับแบบที่ใช้กันในปัจจุบันแทนแบบเบนดิก บ่อยครั้งเรียกว่า คลัตช์ทางเดียว ซึ่งชุดโอเวอร์รันนิ่งคลัตช์ประกอบด้วย เสื้อคลัตช์ ลูกปืนคลัตช์ แกนตัวใน และสปริง มีการทำงานดังนี้

ชุดเฟืองขับแบบเบนดิก

ขณะเริ่มสตาร์ตเครื่องยนต์ : เมื่อทุ่นอาร์เมเจอร์หมุนจะทำให้เสื้อคลัตช์ซึ่งสวมอยู่บนแกนอาร์เมเจอร์ด้วยร่องสไปล์น หมุนเร็วกว่าแกนตัวใน ทำให้ลูกปืนคลัตช์เลื่อนเข้าไปอยู่ในช่องแคบระหว่างเสื้อคลัตช์กับแกน ตัวใน ชิ้นส่วนทั้งสองจะต่อเข้าด้วยกัน ทำให้เฟืองขับหมุนไปกับทุ่นอาร์เมเจอร์ โดยกำลังถูก ส่งจากทุ่นอาร์เมเจอร์ไปยังเสื้อคลัตช์ผ่านลูกปืนคลัตช์ไปแกนตัวในชุดโอเวอร์รันนิ่งคลัตช์จะ เป็นชิ้นเดียวกันกับทุ่นอาร์เมเจอร์ ส่งผ่านกำลังไปหมุนล้อช่วยแรงได้

การทำงาน

การทำงานของชุดเฟืองขับแบบโอเวอร์รันนิ่งคลัตช์ เมื่อสตาร์ตเครื่องยนต์

เมื่อเครื่องยนต์ติด : ล้อช่วยแรงมีความเร็วรอบสูงกว่าเฟืองขับและจะขับเฟืองขับให้หมุนเร็วกว่าเสื้อคลัตช์ จึงทำ ให้ลูกปืนคลัตช์ถูกแรงเหวี่ยงออกมาทางด้านกว้างระหว่างเสื้อคลัตช์กับแกนตัวใน ทุ่นอาร์ เมเจอร์และเฟืองขับจึงเป็นอิสระต่อกัน เฟืองขับจึงหมุนไปด้วยความเร็วรอบสูงโดยไม่ทำให้ ทุ่นอาร์เมเจอร์เสียหาย

การทำงานของชุดเฟืองขับแบบโอเวอร์รันนิ่งคลัตช์ เมื่อเครื่องยนต์ทำงาน

วงจรไฟฟ้าควบคุมระบบสตาร์ตและการทำงาน

5.5

กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านสายเคเบิลที่ต่ออยู่ระหว่างแบตเตอรี่ไปยังมอเตอร์สตาร์ตและกราวด์ การควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าจะใช้สวิตช์จุดระเบิดที่ติดตั้งบนคอพวงมาลัย ซึ่งสายเคเบิลแบตเตอรี่ขนาดใหญ่จะไม่ได้ต่อไปยังสวิตช์จุดระเบิดโดยตรงซึ่งจะแทนที่ด้วยวงจรควบคุมสองวงจรย่อยคือวงจรสตาร์ตและวงจรควบคุม

วงจรไฟฟ้าควบคุมระบบสตาร์ต

5.5.1 มอเตอร์สตาร์ตแบบธรรมดา

มอเตอร์สตาร์ตแบบธรรมดา มอเตอร์จะขับเฟืองขับโดยตรง ซึ่งเฟืองขับหมุนที่ความเร็วรอบเท่ากับความเร็วรอบของมอเตอร์ (อัตราทด 1:1) มอเตอร์สตาร์ตแบบนี้จะมีขนาดใหญ่และดึงกระแสมากกว่ามอเตอร์สตาร์ตแบบทดรอบ

โครงสร้างมอเตอร์สตาร์ตแบบธรรมดา

5.5.2 มอเตอร์สตาร์ตแบบทดรอบ

มอเตอร์สตาร์ตแบบทดรอบเป็นที่นิยมใช้กับรถยนต์ในปัจจุบัน มอเตอร์สตาร์ตแบบนี้มีขนาดเล็ก กะทัดรัด มอเตอร์มีความเร็วรอบสูง และมีเฟืองทด ขณะที่มอเตอร์มีขนาดเล็ก น้ำหนักเบากว่ามอเตอร์แบบธรรมดา เมื่อทำงานที่ความเร็วรอบสูงชุดเฟืองทดจะถ่ายทอดแรงบิดไปที่เฟืองขับซึ่งถูกทดรอบลงประมาณ 1 ใน 4 ของความเร็วมอเตอร์ซึ่งเฟืองขับจะหมุนราบเรียบและมีความเร็วรอบสูงกว่ามอเตอร์สตาร์ตแบบธรรมดาและมีแรงบิดสูง

โครงสร้างมอเตอร์สตาร์ตแบบธรรมดา

1. เมื่อสวิตช์จุดระเบิดอยู่ในตำแหน่งสตาร์ต (ST)

5.5.3 การทำงานของระบบสตาร์ต

– กระแสไฟฟ้าไหลจากแบตเตอรี่ ผ่านสวิตช์จุดระเบิด และขั้ว 50 ไปยังขดลวดชุดดึง และขดลวดชุดยึด ในขณะเดียวกันกระแสไฟฟ้าจากขดลวดชุดดึงจะไหลผ่านขั้ว C ไปยังขดลวดสนามแม่เหล็ก ผ่านแปรงถ่านบวก ขดลวดอาร์เมเจอร์ และแปรงถ่านลบลงกราวด์ครบวงจร

​

– แรงเคลื่อนไฟฟ้าตกคร่อมตรงข้ามกับขดลวดชุดดึง จะจำกัดกระแสไฟฟ้าไปที่มอเตอร์ซึ่งจะรักษาให้มอเตอร์หมุนที่ความเร็วรอบต่ำ

​

– พลังเยอร์สวิตช์แม่เหล็กจะผลักเฟืองขับไปขบกับเฟืองล้อช่วยแรง

​

– เฟืองสไปลน์และความเร็วรอบของมอเตอร์ที่หมุนด้วยความเร็วรอบต่ำจะช่วยให้เฟืองขับและเฟืองล้อช่วยแรงสัมผัสกันอย่างราบเรียบและนิ่มนวล

การทำงานของมอเตอร์สตาร์ตเมื่อสวิตช์จุดระเบิดอยู่ในตำแหน่งสตาร์ต (ST)

กระแสไฟฟ้าไหล

การทำงานของมอเตอร์สตาร์ตเมื่อสวิตช์จุดระเบิดอยู่ในตำแหน่งสตาร์ต (ต่อเนื่อง)

2. เมื่อสวิตช์จุดระเบิดอยู่ในตำแหน่งสตาร์ต (ต่อเนื่อง)

– เมื่อเฟืองขับและเฟืองล้อช่วยแรงขบกันเต็มที่ หน้าสัมผัสของพลังเยอร์จะหมุนสัมผัสกับสะพานไฟที่ต่อระหว่างขั้ว 30 กับขั้ว C

– กระแสไฟฟ้าจำนวนมากไหลไปที่มอเตอร์ และขับเฟืองขับที่ขบกับเฟืองล้อช่วยแรงหมุนด้วยแรงบิดที่เพิ่มขึ้น

– กระแสไฟฟ้าที่ไหลไปยังขดลวดชุดดึงในระยะเวลาสั้น ๆ ชุดพลังเยอร์จะยึดตำแหน่งไว้โดยแรงแม่เหล็กที่ขดลวดชุดดึง

กระแสไฟฟ้าไหล

การทำงานของมอเตอร์สตาร์ตเมื่อสวิตช์จุดระเบิดอยู่ในตำแหน่งสตาร์ต (ต่อเนื่อง) (ต่อ)

3. เมื่อสวิตช์จุดระเบิดอยู่ในตำแหน่งเปิด (ON)

– ไม่มีกระแสไฟฟ้าไปที่ขั้ว 50 อย่างไรก็ตาม สะพานไฟยังยอมให้กระแสไฟฟ้าจากขั้ว C ไหลผ่านไปยังขดลวดชุดดึงไปยังขดลวดชุดยึด

– สนามแม่เหล็กในขดลวดชุดดึงและขดลวดชุดยึดจะถูกยกเลิก และชุดพลังเยอร์จะดึงเฟืองขับเคลื่อนที่กลับด้วยแรงดันสปริง

– กระแสไฟฟ้าที่สูงไปยังมอเตอร์จะถูกตัดออกและเฟืองขับจะถอยจากเฟืองล้อช่วยแรง

– อาร์เมเจอร์ยังคงมีแรงเฉื่อยซึ่งแตกต่างจากมอเตอร์สตาร์ตแบบธรรมดา แรงเสียดทานจะหยุดการหมุนของมอเตอร์

กระแสไฟฟ้าไหล

การทำงานของมอเตอร์สตาร์ตเมื่อสวิตช์จุดระเบิดอยู่ในตำแหน่งเปิด (ON)

การวิเคราะห์ปัญหาและแก้ไขข้อขัดข้องระบบสตาร์ต

5.6

การวิเคราะห์ปัญหาและการแก้ไขข้อขัดข้องระบบสตาร์ต

การวิเคราะห์ปัญหาและการแก้ไขข้อขัดข้องระบบสตาร์ต (ต่อ)