เครื่องกลไฟฟ้าซิงโครนัส

เคร่อื งกลไฟฟา้ ซิงโครนสั (Synchronous Machine) เคร่ืองกลไฟฟ้าซิงโครนัส (Synchronous Machine) หมายถึงเครื่องกลไฟฟ้ากระแสสลับท่ีทางาน ด้วยการหมุน และขณะท่ีหมุนด้วยความเร็วคงท่ี จะมีความเร็วรอบเท่ากับความเร็วซิงโครนัส ซึ่งข้ึนอยู่กับ จานวนขั้วและความถก่ี ระแสสลับ เครอื่ งกลไฟฟ้าซิงโครนัสนี้อาจจะไม่ได้พบเห็นโดยทั่วไปมากนัก แต่ยังคง มีการใชง้ านอยูใ่ นบางอตุ สาหกรรม พ้ืนฐานของเครือ่ งกลไฟฟา้ ซิงโครนสั หลกั การของเคร่อื งกลไฟฟา้ ซิงโครนัส รูปด้านล่างแสดงให้เห็นว่ามีขดลวดเหมือนกัน 3 ขดเรียงตัวทามุม 2π/3 rad ซึ่งกันและกัน ด้านในมีขั้วแม่เหล็กท่ีหมุนได้วางอยู่ เม่ือมีแรงภายนอกมากระทาให้ข้ัวแม่เหล็กหมุนด้วยความเร็วคงท่ี เสน้ แรงแม่เหล็กท่ีตัดกับขดลวดจะมีการเปลี่ยนแปลงเป็นวงรอบ ทาให้เกิดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ 3 เฟส ทม่ี คี วามถีค่ งท่ีขน้ึ เทา่ กบั ทาหนา้ ท่เี ป็นเคร่ืองกาเนดิ ไฟฟ้า รปู หลกั การทางานของเครือ่ งกลไฟฟ้าซงิ โครนสั 3 เฟส ถ้าจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ 3 เฟสให้ข้ัวของขดลวด จะทาให้เกิดเส้นแรงแม่เหล็กหมุนขึ้น รูป (b) แสดงใหเ้ หน็ วา่ เมือ่ เคร่อื งน้หี มนุ โดยท่แี กนเส้นแรงแม่เหล็กและแกนข้ัวแม่เหล็กทามุมกันคงท่ีค่าหนึ่ง จะเกิด แรงบิดขึ้น เท่ากบั ทาหนา้ ทเี่ ปน็ มอเตอร์

คุณสมบัติพ้นื ฐานของเครอื่ งกลไฟฟา้ ซงิ โครนัส ความเร็วซงิ โครนัส (n) แสดงไดด้ ว้ ยสูตรดังตอ่ ไปนี้ โดยที่ f1 คือ ความถ่ีของแหลง่ จา่ ยไฟ p คือ จานวนขว้ั ประเภทของเคร่อื งกลไฟฟ้าซิงโครนัส เคร่ืองกลไฟฟ้าซิงโครนัสมีท้ังแบบ Revolving field ซ่ึงข้ัวแม่เหล็กหมุนและแบบ Revolving armature ซ่งึ ขดลวดอาร์เมเจอร์หมุนแตเ่ ครอ่ื งกลไฟฟ้าซิงโครนสั ส่วนใหญจ่ ะเปน็ แบบ Revolving field เครอื่ งกาเนดิ ไฟฟา้ ซงิ โครนสั (synchronous generator) ในเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้าซิงโครนัส เฟสของกระแสโหลดท่ีไหลในขดลวดอาร์เมเจอร์จะทาให้เส้นแรง แม่เหล็กเหน่ียวนาต้านกลับของขดลวดอาร์เมเจอร์ซ่ึงเกิดจากกระแสในขดลวดอาร์เมเจอร์เปล่ียนตาแหน่ง สัมพัทธก์ บั ข้ัวแมเ่ หลก็ ดงั นน้ั แรงแมเ่ หลก็ เหน่ยี วนาต้านกลบั จึงมอี ิทธิพลโดยตรงกับขนาดและ การกระจาย เสน้ แรงแมเ่ หลก็ ในแก็ป นอกจากน้ี กระแสในขดลวดอาร์เมเจอร์ยังสรา้ งเส้นแรงแม่เหล็กร่ัว จากขดลวดอาร์ เมเจอร์ซึ่งจะตัดกับขดลวดอาร์เมเจอร์เท่าน้ัน เม่ือแตกเส้นแรงแม่เหล็กท่ีเกิดจากกระแสในขดลวดอาร์ เมเจอร์ออกเปน็ 2 สว่ นรีแอกแตนซท์ ่เี กิดจากเสน้ แรงแม่เหล็กส่วนที่มีผลโดยตรงต่อเส้นแรงแม่เหล็กในแก็ป เรียกว่า รีแอกแตนซ์ต้านกลับของขดลวดอาร์เมเจอร์ xa และรีแอกแตนซ์ที่เกิดจากเส้นแรงแม่เหล็กรั่ว เรยี กวา่ รแี อกแตนซ์รั่วของขดลวดอาร์เมเจอร์ นอกจากนี้เมื่อให้ความต้านทานของขดลวดอาร์เมเจอร์เป็น ra แล้ว วงจรสมมูลของเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้าซิงโครนัสจะแสดงได้ตามรูปด้านล่าง โดยวงจรสมมูลนี้มี ความสมั พันธด์ งั ตอ่ ไปนี้ รูป วงจรสมมูลของเครื่องกาเนิดไฟฟ้าซิงโครนสั

รูปด้านล่างต่อมา แสดงความสัมพันธ์ของตาแหน่งสัมพัทธ์ระหว่างแรงแม่เหล็กเหน่ียวนา ต้านกลับ ท่ีเกิดจากกระแสในขดลวดอาร์เมเจอร์กับสนามแม่เหล็ก จากรูป เม่ือขดลวดอาร์เมเจอร์ มตี าแหนง่ ตรงกนั กับแกนขั้วแม่เหลก็ N และ S จะเกดิ แรงดนั เหน่ยี วนาสงู สดุ รปู การต้านกลับของขดลวดอารเ์ มเจอร์ของเครอื่ งกาเนดิ ไฟฟ้าซงิ โครนสั หากกระแสโหลดมีเฟสตรงกันแล้ว แรงแม่เหล็กเหนี่ยวนาต้านกลับที่เกิดจากกระแสในขดลวด อาร์เมเจอร์กับสนามแม่เหล็ก Fa จะเป็นสนามแม่เหล็กตั้งฉากกับแรงแม่เหล็กเหน่ียวนาสนามแม่เหล็ก Ff โดยมีเฟสต่างกัน π/2 ตามรูปที่ (a) ทาให้มีผลสร้างสนามแม่เหล็กตัดกับระนาบขั้วแม่เหล็ก กรณีที่ กระแสโหลดล้าหลังเท่ากับ π/2 แล้ว Fa จะมีทิศทางตรงข้ามกับ Ff ทาให้มีผลลดสนามแม่เหล็กตามรูป (b) และกรณีที่กระแสโหลดนาหน้าเท่ากับ π/2 แล้ว Fa จะมีทิศทางเดียวกับ Ff ทาให้มีผลเพ่ิม สนามแม่เหล็ก ในกรณีของกระแสโหลดท่ัวไป กาลังไฟฟ้าจริงจะทาให้เกิดสนามแม่เหล็กตัดกัน และกระแส จะล้าหลงั หรอื กระแสนาหน้าซงึ่ สรา้ งกาลังไฟฟ้ารแี อกทีฟจะเพิ่มหรือลดสนามแมเ่ หลก็ คาอธิบายข้างต้นใช้ในกรณีของเครื่องกาเนิดไฟฟ้า แต่ในกรณีของมอเตอร์ก็จะเกิดแรงกระทาในทานอง เดียวกนั ตามที่แสดงในตารางตอ่ ไปน้ี ตาราง แรงแมเ่ หลก็ เหนย่ี วนาต้านกลบั ของขดลวดอาร์เมเจอร์

มอเตอร์ซิงโครนสั (synchronous motor) วงจรสมมูลของมอเตอร์ วงจรสมมูลของมอเตอร์จะเหมือนกับกรณีของเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้า กล่าวคือถ้าให้รีแอกแตนซ์ต้าน กลับของขดลวดอาร์เมเจอร์เท่ากับ xa ให้รีแอกแตนซ์ร่ัวของขดลวดอาร์เมเจอร์เท่ากับ xℓ จะได้วงจรดังรูป ต่อไปนี้ รปู วงจรสมมลู ของมอเตอรซ์ ิงโครนัส เส้นกราฟคณุ ลกั ษณะเฟส (เสน้ กราฟ V) เมื่อรักษาแรงดันที่ขั้ว V ของมอเตอร์ซิงโครนัสให้คงที่ และปรับกระแสสนามแม่เหล็ก If โดยท่ีให้ กาลังขาออก P0 คงที่แล้ว แรงเคล่ือนไฟฟ้าเหนี่ยวนา E0 จะเปล่ียนแปลงไป ผลคือทาให้ขนาดและเฟสของ กระแสในขดลวดอารเ์ มเจอร์ Ia เปลี่ยนแปลงไปด้วย เม่ือวาดกราฟความสมั พนั ธร์ ะหว่าง If กับ Ia จะได้ดังรูป ด้านลา่ งเรยี กว่า เส้นกราฟคณุ ลกั ษณะเฟส (เส้นกราฟ V) ของมอเตอรซ์ ิงโครนสั รปู เสน้ กราฟคุณลกั ษณะเฟส (เสน้ กราฟ V)

วธิ ีสตารต์ เครือ่ ง แรงบิดของมอเตอร์ซิงโครนัส จะเกิดข้ึนเม่ือโรเตอร์หมุนด้วยความเร็วซิงโครนัสเท่านั้น ดังนั้นในการสตาร์ต จึงต้องวิธีการต่อไปน้ีในการเร่งความเร็วของโรเตอร์ให้ใกล้เคียงกับความเร็วซิงโครนัสก่อน แล้วจึงป้อน สนามแม่เหลก็ เพ่ือปรบั ความเร็วใหไ้ ดค้ วามเรว็ ซิงโครนสั - วิธีสตาร์ตด้วยตัวเอง สตาร์ทโดยใช้ขดลวดควบคุมการเคล่ือนท่ีซ่ึงติดตั้งไว้ที่ผิวหน้าข้ัวแม่เหล็ก ของโรเตอร์ - วิธีสตาร์ตด้วยมอเตอร์สาหรับสตาร์ท ใช้มอเตอร์เหน่ียวนาหรือมอเตอร์กระแสตรงเป็นมอเตอร์ สาหรับสตาร์ต ที่มา : https://ienergyguru.com/2015/10/%E0%B9%84%E0%B8%9F%E0%B8%9F%E0%B9%89%E0 %B8%B2%E0%B8%8B%E0%B8%B4%E0%B8%87%E0%B9%82%E0%B8%84%E0%B8%A3%E 0%B8%99%E0%B8%B1%E0%B8%AA/