คู่มือนักศึกษาหน่วยที่ 1 คุณลักษณะสมบัติของเครื่องกลไฟฟ้ากระแสตรง

คู่มือนักศึกษาหน่วยที 1 คุณลักษณะสมบัติของเครืองกลไฟฟากระแสตรง เรืองที 1.2 หลักการทํางานเครือง กําเนิดไฟฟากระแสตรง นายคมสัน กลางแท่น วิชา เครืองกลไฟฟา 1 ชุดการสอนวชาเครองกลไฟฟา 1 (3104-2002) สําหรับนกั ศกึ ษาระดับประกาศนียบัตรวชาชพี ชันสูง ตามหลกั สตู รประกาศนยี บัตรวชาชพี ชนั สงู พ.ศ. 2563

คู่มือนักศึกษา ประกอบด้วย 1. แบบทดสอบก่อนเรยน หน่วยที 1 เรองที 1.2 7. กระดาษคาํ ตอบ 2. ใบความรู้ หน่วยที 1 เรองที 1.2 8. เกณฑ์ประเมินความรู้ของผู้เรยน 3. แบบฝกหัด หน่วยที 1 เรองที 1.2 9. เกณฑ์ประเมินพฤติกรรมการปฏิบัติการทดลอง 4. ใบกิจกรรม หน่วยที 1 เรองที 1.2 10. เกณฑ์ประเมินเจตคติของผู้เรยน 5. ใบงานหน่วยที 1 เรองที 1.2 11. เกณฑ์ประเมินประเมินคุณธรรม จรยธรรม ค่า 6. แบบทดสอบ หน่วยที 1 เรองที 1.2 นิยม และคุณลักษณะอันพึงประสงค์

คําแนะนาํ สาํ หรับนักศึกษา 1. ให้นักศึกษา ศึกษาคู่มือนักศึกษาโดยละเอียด และดําเนินกิจกรรมตามขันตอน ตามเวลาทีกําหนดในคู่มือนักศึกษาฉบับนี 2. ให้นักศึกษา ศึกษาหาความรู้ตามใบคู่มือนักศึกษา หน่วยที 1 เรืองที 1.2 โดยละเอียด ใช้เวลาทังหมด 4 ชัวโมง สัปดาห์แรก 4 ชัวโมง และร่วมกิจกรรมการเรียนการสอน กับครูทุกขันตอน 3. ให้นักศึกษารวมกลุ่มกันกลุ่มละ 4-5 คนตามความสมัครใจ และร่วมกันดําเนินกิจกรรม การเรียนรู้ตามใบความรู้ แบบฝกหัด ใบกิจกรรม ใบงานหน่วยที 1 เรืองที 1.2 และ บันทึกผลการทํากิจกรรมการเรียนรู้ตามเอกสารทีแจกให้ ร่วมกันอภิปรายิร่วมกัน ลงข้อคิดเห็นและร่วมกันลงข้อสรุป พร้อมส่งใบกิจกรรมการเรียนรู้ทีบันทึกข้อมูล ทีสมบูรณ์ 1 ชุด 4. เมือปฏิบัติงานเสร็จเรียบร้อยแล้วให้ส่งตัวแทนเพือนาํ เสนอผลงาน กลุ่มละ 10 นาที 5. เมือเสร็จสินการนาํ เสนอทุกกลุ่มแล้ว ให้นักศึกษาทําแบบทดสอบ หน่วยที 1 เรืองที 1.2 โดยใช้เวลา 30 นาที โดยดูโจทย์จากแบบทดสอบในท้ายคู่มือนักศึกษา 6. ให้นักศึกษาประเมินผลการเรียนรู้ ประเมินเจตคติของตนเองตามแบบประเมินทีแจกให้ 7. ให้นักศึกษาศึกษาเกณฑ์ประเมินต่างๆ ตามรายละเอียดในคู่มือนักศึกษา

หลักการทํางานเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง เครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง การเกิดแรงดันไฟฟากระแส นัน จะเกิดแรงดันไฟฟากระแส สลับในขดลวดตัวนาํ สลับออกมาเปนรูปคลืนไซน์ แล้ว จึงถูกเปลียนให้เปนไฟฟากระแส ตรงด้วยคอมมิวเตเตอร์ การ เกิดแรงดันไฟฟากระสลับ รูปคลืนไซน์ทีเกิดขึนทีขดลวด ของเครืองกําเนิดไฟฟา

หลักการทํางานเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง เมือขดลวดหมุนครบ 1 รอบ ขดลวดตัวนาํ จะอยู่ในลักษณะตังฉากกับเส้นแรงแม่เหล็ก โดยขด ลวดตัวนาํ ทัง 2 ด้าน อยู่ระหว่างเส้นแรงแม่เหล็ก ในตําแหน่ง 0 และตําแหน่ง 180 องศาขด ลวดตัวนาํ จะไม่ตัดกับเส้นแรงแม่เหล็ก จะไม่มีแรงดันไฟฟาเหนียวนาํ ในขดลวด เมือขดลวดตัวนาํ ทัง 2 ด้านอยู่ในลักษณะทีขนานกันกับเส้นแรงแม่เหล็ก ขดลวดตัวนาํ ทัง 2 ด้านจะตัดกับเส้นแรงแม่เหล็กมากทีสุด ดังนันแรงดันไฟฟาเหนียวนาํ ทีตําแหน่งนีจะเกิดขึน สูงสุด เพราะอัตราการตัดสนามผ่านเส้นแรงแม่เหล็กมีมากทีสุด คือตําแหน่งที 90 และ 270 องศา ของในแต่ละรอบการหมุน ซงึ ทิศทางของแรงดันไฟฟาเหนียวนาํ ทีเกิดขึนสามารถหาได้ โดยการใช้กฎมือขวาของ เฟลมมิง ถ้าขดลวดหมุนด้วยความเร็วคงที และความเข้มของ สนามแม่เหล็กเท่ากันตลอด จาํ นวนรอบต่อวินาที (Cycle Per Second) ของแรงเคลือน ไฟฟาจะมีค่าคงที เมือการหมุนขดลวดต่อเนืองกัน จะทําให้เกิดแรงเคลือนไฟฟาแบบไซน์ต่อ เนืองกันไป จะทําให้ได้แรงเคลือนไฟฟาสลับ (AC.Voltage) คือวิธีการเปลียนพลังงานกลให้ เปนพลังงานไฟฟา

หลักการทํางานเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง การเกิดแรงดันไฟฟากระแส เครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรงนัน จะเกิดแรง ตรงด้วยคอมมิวเตเตอร์ ไฟฟากระแสสลับ ออกมาเปนรูปคลืนไซน์ แล้วจึงเปลียน ให้เปนไฟฟากระแสตรงด้วยคอมมิวเตเตอร์ คือ คอมมิว เตเตอร์ทําหน้าทีเปลียนแรงดันไฟฟากระแสสลับทีเกิด ขึนในขดลวดให้เปนไฟฟากระแสตรงต่อออกมายังวงจร ภายนอก จากแปรงถ่านทางด้านซา้ ยมือจะถูกต่อเข้ากับขดลวดที กําลังหมุนด้านล่างตลอดเวลา ซงึ ทําให้แปรงถ่านมีศักย์ เปนบวกเสมอ ในทํานองเดียวกันแปรงถ่านด้านขวามือ ถูกต่อเข้ากับขดลวดด้านทีกําลังหมุนขึนด้านบนตลอด เวลาซงึ ทําให้มีศักย์เปนลบเสมอ แรงดันไฟฟาทีออกมา ในครึงรอบหลังจะเหมือนกับรอบแรก

หลักการทํางานเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง ถ้าใช้คาปาซเิ ตอร์เปนตัวกรองแรงดันไฟฟา (filter) โดยต่อคร่อมกับแปรงถ่าน จะได้ แรงดันไฟฟาทีมีขนาดใกล้เคียง กับระดับแรงดันไฟฟาสูงสุดและมีลักษณะเรียบขึนแต่ แสดงการเพิมขดลวด ถ้าใช้ขดลวด (Choke) เปนตัวกรองแรงดันไฟฟา จะได้แรงดันไฟฟาประมาณค่าเฉลีย ของแรงดันไฟฟานีขึนลง ในกรณีทีไม่ใช้ตัวกรองแรงดันไฟฟา จะถือว่าแรงดันไฟฟามี ค่าเท่ากับค่าเฉลีย (average value) เมือไม่ใช้ตัวกรองแรงดันไฟฟาแรงดันทีออก จากเครืองกําเนิดเดียวทีมีขดลวดเดียวจะเปนไฟฟากระแสตรงทีขึนลง ซงึ จะเพิมขึนถึง ค่าสูงสุดและลดตําถึงศูนย์สองครังในหนึงรอบการหมุน การเกิดแรงดันไฟฟานีเรียก ว่าแรงดันไฟฟากระเพือมแรงดันไฟฟานีไม่เหมาะสมกับการใช้งาน จากรูป การ เปลียนแปลงระดับแรงดันไฟฟา หรือการกระเพือมสามารถทีจะลดให้น้อยลงได้โดยใช้ ขดลวดสองชุดวางในตําแหน่งตังฉากซงึ กันและกัน แรงดันไฟฟาเหนียวนาํ ทีเกิดขึนใน ขดลวดแต่ละชุดมีขนาดเท่ากันต่างเฟสกัน 90 องศา เมือขดลวดหมุนแรงดันไฟฟา เหนียวนาํ มีค่าเท่ากับ 0.707 ของค่าสูงสุดแปรงถ่าน จะเปลียนซีคอมมิวเตเตอร์จากซี ขดลวดทีกําลังลดลงไปยังซีทีกําลังเพิมขึน ดังนันเมือแรงดันในขดลวดชุดหนึงกําลัง ลดลง แรงดันไฟฟาในขดลวดชุดหนึงจะกําลังเพิมขึนลักษณะการเปลียนแปลงจะเกิด ขึน 4 ครังในหนึงรอบของการหมุน จึงทําให้แรงดันไฟฟาทีเกิดขึนระหว่าง แปรงถ่าน ไม่ลดลงตําลงกว่า 0.707 ของแรงดันไฟฟาเหนียวนาํ สูงสุด

หลักการทํางานเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง แรงดันไฟฟาเฉลียเมือใช้ขดลวด 2 ชุด การเกิดแรงดันไฟฟาในตัวนาํ ทีเคลือนทีตัด สนามแม่เหล็ก การใช้ขดลวดสองขุดแยกจากกัน ทําให้สามารถลดระดับการเปลียนแปลงของ แรงดันไฟฟากระแสตรง แต่จะไม่มีผลกับค่าสูงสุดของการเหนียวนาํ ทีเกิดขึน ดังนันค่าเฉลียของแรงดันไฟฟาทีได้สูงขึนตามไปด้วย ดังรูป แรงดันไฟฟาที เกิดขึนสามารถวัดได้โดยการต่อโวลต์มิเตอร์เข้าไปทีขัวทังสอง ค่าของแรงดัน ไฟฟาจะขึนอยู่กับความเข้มของสนามแม่เหล็กและตัวนาํ ทีเคลือนทีตัดกับสนาม แม่เหล็ก ถ้าความเข้มของสนามแม่เหล็กมาก แรงดันไฟฟาเหนียวนาํ ทีเกิดขึน มากด้วย

หลักการทํางานเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง ถ้าเราเคลือนทีลงด้านล่าง กระแสไฟฟาเหนียวนาํ ขึนในตัวนาํ จะไหลใน ขดลวดตัวนาํ ในอาร์เมเจอร์ ทิศทางทีแสดงโดยลูกศรชี ถ้าเราเคลือนทีตัวนาํ ขึนด้านบนกระแส หมุนตัดสนามแม่เหล็ก ไฟฟาทีเหนียวนาํ ขึนในตัวนาํ จะไหลทิศทางตรงกันข้าม กระแสไฟฟานัน ขึนอยู่กับการเคลือนทีของตัวนาํ ถ้าพันลวดตัวนาํ เหมือนกับขดลวดอาร์ เมอเจอร์ ดังรูป นาํ ปลายทัง 2 ข้าง ของขดลวดต่อเข้าคอมมิวเตเตอร์ 2 อัน และมีแปรงถ่านเปนสะพานไฟต่อเข้ากับโวลท์มิเตอร์ องค์ประกอบทีทําให้เกิดแรงดันไฟฟาเหนียวนาํ ขึน ในเครืองกําเนิด ไฟฟากระแสตรง คือ 1) เส้นแรงแม่เหล็ก 2) ตัวนาํ 3) การตัดเส้นแรงแม่เหล็กโดยตัวนาํ

ปฎิกิริยาอาร์เมเจอร์รีแอคชัน เมือต่อโหลดเข้ากับขัวของเครืองกําเนิดไฟฟา จะมีแรงดันไฟฟาตกค่อมความ ต้านทานของ อาร์เมเจอร์อันเนืองมาจากกระแสโหลด อันเปนสาเหตุทําให้แรง ดันไฟฟาทีขัว (terminal voltage) ตํากว่าแรงเคลือนไฟฟาเหนียวนาํ นอกจากความแตกต่างแรงดันไฟฟาทีขัวกับแรงเคลือนไฟฟาเหนียวนาํ ยังเกิด ขึนเนืองจากปรากกฎการณ์อีกอย่างหนึงเรียกว่า“อาร์เมเจอร์รีแอคชัน” หรือ “ปฎิกิริยาอาร์เมเจอร์” ซงึ จะทําให้เกิดผลต่างๆ ตามมาประการทีหนึงคือเส้น แรงแม่เหล็กต่อขัวลดลงผลก็คือ ทําให้แรงดันไฟฟาลดลง ประการทีสองคือ ทําให้เกิดประกายไฟทีแปรงถ่านกับคอมมิวเตเตอร์

ปฎิกิริยาอาร์เมเจอร์รีแอคชัน อาร์เมเจอร์รีแอคชัน คือเส้นแรงแม่เหล็กทีเกิดจากกระแสอารเ์ มเจอร์ ซงึ มีผลกระทบ กับเส้นแรงแม่เหล็กของขัวแม่เหล็ก อันเปนสาเหตุทําให้แรงดันไฟฟาทีขัวของเครอื ง กําเนิดไฟฟาลดลง แสดงเส้นแรงแม่เหล็กในช่องว่างอากาศระหว่างขัวเหนือและ ขัวใต้ ซงึ เกิดจากกระตุ้นขดลวดสนามแม่เหล็ก เส้นทีตังฉาก กับแนวของเส้นแรงแม่เหล็กเรยี กว่า “แกนนิวตรลั ” (Neutral plane) ซงึ เปนตําแหน่งทีไม่มีแรงเคลือนไฟฟา เหนียวนาํ ทีเกิดขึนในตัวนาํ เนืองจากตัวนาํ ทีอยู่ในแนวดัง กล่าวเคลือนทีขนานกับเส้นแรงแม่เหล็กเวคเตอร์ OFm ใน เส้นแรงแม่เหล็กเกิดจากกระแส รูปขวามือเขียนแทนขนาดและทิศทางแรงเคลือนแม่เหล็ก ไหล่ผ่านขดลวดสนามแม่เหล็ก ของขัวแม่เหล็กซงึ มีทิศทางตังฉากกับแกนนิวตรลั

ปฎิกิริยาอาร์เมเจอร์รีแอคชัน จากรูป แสดงเฉพาะเส้นแรงแม่เหล็กทีเกิดขึนรอบตัวนาํ ในอาร์เมเจอร์ ซงึ เกิดขึนในเครืองกําเนิดไฟฟาจ่ายโหลด จะสังเกตุว่ามันมีทิศทางเดียวกับแนวแกนแปรงถ่าน และ มีทิศทางตังฉากกับแนวเส้นแรงแม่เหล็กของขัวแม่เหล็ก เวคเตอร์ OFA เขียนแทนขนาด และทิศทางแรงเคลือน แม่เหล็กของอาร์เมเจอร์ซงึ มีทิศทางเดียวเดียวกันกับ แนวแกนแปรงถ่าน

ปฎิกิริยาอาร์เมเจอร์รีแอคชัน จากรูปคือ ผลรวมเส้นแรงแม่เหล็กของทังสองแห่งเปนเหตุให้เส้นแรงแม่เหล็กรวม (Resultant flux) บิดเบนไปในทิศทางเดียวกับทางหมุนของอาร์เมเจอร์ ทําให้ตําแหน่งของแกนนิวตรัลบิดเบนไปด้วย จึง จาํ เปนต้องเลือนตําแหน่งแปรงถ่านตามไปด้วยไปอยู่ในตําแหน่ง “แกนนิวตรัลใหม่” (New neutral plane) ซงึ เปนตําแหน่งทีมีประกายไฟ (Arc) เกิดขึนน้อยทีสุด ระยะทางทีมุมหรือทีแนวแกนนิวตรัลและ ตําแหน่งทีแปรงถ่านถูกเปลียนไปจะเปนสัดส่วนโดยตรงกับกระแสโหลดของเครืองกําเนิดไฟฟา เวคเตอร์ Fo เขียนแทนขนาดและทิศทางแรงเคลือนแม่เหล็กผลรวมระหว่างแรงเคลือนแม่เหล็ก Fm และแรงเคลีอนแม่เหล็กของอาร์เมเจอร์ FA

ปฎิกิริยาอาร์เมเจอร์รีแอคชัน เมือแปรงถ่านเลือนไปตําแหน่งแกนนิวตรัลใหม่แล้ว ทิศทางของเส้นแรงแม่เหล็กรอบตัวนาํ ในอาร์เมเจอร์จะเอียงลงด้านซา้ ยดังรูป แรงเคลือนแม่เหล็กของอาร์เมเจอร์ เขียนแทนด้วย เวคเตอร์ FA ในรูปขวามือ ซงึ สามารถแบ่งออกได้เปนสองส่วน (โดยอาศัยเดียวกับการแตก แรง ) ในแนวแกน X และแนวแกน Y ในแนวแกน X จะได้เวคเตอร์ FD ซงึ มีทิศทางตรงข้าม หรือขนานกับแนวเส้นแรงแม่เหล็ก ในแนวแกน Y จะได้เวคเตอร์ FC ซงึ มีทิศทางตังฉากแนว เส้นแรงแม่เหล็กของขัวแม่เหล็ก

ปฎิกิริยาอาร์เมเจอร์รีแอคชัน จะสังเกตเห็นว่าเวคเตอร์ FD ซงึ มีทิศทางตรงข้ามเวคเตอร์ F (สนามแม่เหล็กของขัวแม่เหล็ก) ดังรูป ซงึ จะมีผลทําให้เส้นแรง แม่เหล็กของขัวแม่เหล็กลดลงแรงเคลือนแม่เหล็ก FD นีเรียก ว่า “ดีแมกเนไตซงิ เอ็มเอ็มเอฟ” (Demagnetising mmf) ของอาร์เมเจอร์รีแอคชัน สาํ หรับเวคเตอร์ FC ซงึ มีทิศทางตัง ฉเหาลก็กกบับิดเวเคบนเตไปอรแ์ Fรงจเะคมลีผือลนทแํามให่เ้หเสล้น็กแFรCงแนมีเร่เหียลก็กวข่า อ“งคขรัวอแสมแ่ มก เนไตซงิ เอ็มเอ็มเอฟ” (Crossmagneitizing mmf) ของอาร์ เมเจอร์ เมือ F = mmf ของขัวแม่เหล็ก FA = mmf ของอาร์เมเจอร์ FO = รวมผล mmf ของ F กับ FA FD = ดีแมกเนไตซงิ เอ็มเอ็มเอฟ FC = ครอสแมเนไตซงิ เอ็มเอ็มเอฟ

ปฎิกิริยาอาร์เมเจอร์รีแอคชัน ลวดตัวนาํ ในอาร์เมเจอร์ซงึ ก่อให้เกิดผลสองประการ ในรูป ก. แสดงตําแหน่งที แปรงถ่านถูกเลือนไปจากแนวแกนนิวตรัลเดิมไปอยู่ในแนวแกนนิวตรัลใหม่ เปนมุม ทβําลใหว้เดกติดัวแนราํ งทเังคหลมือดนทแีอมย่เหู่ภลาย็กในFDมุมม2ีทβิศททาังงดต้ารนงบขน้าแมลกะับดแ้ารนงลเ่าคงลขืออนงแอมาร่เห์เมลเ็กจขออรง์จขะ ัว แม่เหล็ก F เรียกแรงเคลือนแม่เหล็กทีเกิดขึนเนืองจากตัวนาํ ภายในมุม 2β ว่า “ดี แมกเตไตซงิ เอ็มเอ็มเอฟ” หรือ “แบคแอมแปร์ – เทินส์” (back ampereturns) สาํ หรับตัวนาํ ทีทางด้านซา้ ยและด้านขวาของอาร์เมเจอร์ หมายถึงตัวนาํ ทีอยู่ นอกมุม 2β ดังรูป ข. จะทําให้เกิดแรงเคลือนแม่เหล็ก FC มีทิศทางเคลือนทีลงตัง ฉากกับแรงเคลือนแม่เหล็กของขัวแม่เหล็ก F เรียกแรงเคลือนแม่เหล็กทีเกิดขึน เรนอือสงแจอามกแตปัวรน์ าํ –ทเีอทยินู่ภสา์ ย( นCอroกsมsุมa2mβpวe่าr“eค–รtuอrสnแsม)กซเนงึ ไแตรซงงิ เคเลอื็อมนเอแ็มมเ่เอหฟล”็กหFรCือ “ค นีจะ มีผลทําให้เส้นแรงแม่เหล็กของขัวแม่เหล็กบิดเบนไปในทิศทางเดียวกับทิศทางการ หมุนของ อาร์เมเจอร์ ผลทีเกิดแรงเคลือนแม่เหล็กของอาร์เมเจอร์ทังสองประการ ดังกล่าวข้างต้น คือ ก ) แสดงตัวนาํ ในมุม 2β ซงึ ทําให้เกิดแรงเคลือน แม่เหล็กดีแมกเนไตซงิ FD ข ) แสดงซงึ ทําให้เกิดแรงเคลือนแม่เหล็กครอส แมกเนไตซงิ FC

ปฎิกิริยาอาร์เมเจอร์รีแอคชัน กรณีครอสแมกเนไตซงิ เอ็มเอ็มเอฟ หรือครอสแอมแปร์ – เทินส์ ทําให้ต้อง เลือนแปรงถ่านไปจากตําแหน่งเดิมเปนมุม β ในทิศทางเดียวกับทิศทางหมุนของอาร์ เมเจอร์และเมือกระแสโหลดเปลียนแปรงไปมุม β ก็จะเปลียนแปลงตามไปด้วย เพือ ลดประกายไฟซงึ เกิดขึนทีแปรงถ่าน กรณีดีแมกเนไตซงิ เอ็มเอ็มเอฟ หรือแบคแอมแปร์ – เทินส์ จะมีค่าเปลียนแปลง ตามกระแสโหลดและเนืองจากกระแสแรงแม่เหล็กของดีแมกเนไตซงิ เอ็มเอ็มเอฟ มี ทิศทางตรงข้ามกับเส้นแรงแม่เหล็กของขัวแม่เหล็กจึงทําให้เส้นแรงแม่เหล็กของขัว แม่เหล็กลดลงทําให้แรงเคลือนไฟฟาเหนียวนาํ ทีได้มีค่าลดลง

ขดลวดเชยหรือขดลวดทดแทน ขดลวดเชยหรือขดลวดทดแทน (Compensating winding) นีจะพันอยู่ในรอ่ งบรเิ วณพืนผิวด้านหน้าของขัง แม่เหล็ก ดังรูป ดังนันจึงอยู่ในลักษณะทีตัวนํา ของขดลวดชดเชยวางขนานกับขดลวดอาร์ เมเจอร์ และต่ออนุกรมกับขดลวดอารเ์ มเจอร์ แสดงการพันขดลวดชดเชยไว้ในร่อง บริเวณพืนผิวด้านหน้าของขัวแม่เหล็ก

ขดลวดเชยหรือขดลวดทดแทน การพันขดลวดชดเชยจะพันไว้ในทิศทางที ทําให้เกิดแอมแปร์ – เทินส์ เท่ากับและมีทิศทาง ตรงข้ามกับแอมแปร์ – เทินส์ ของอารเ์ มเจอร์ ดังรูป เมือกระแสโหลดเปลียนแปลงไป แอมแปร์ – เทินส์ ของขดลวดทังสองแห่งจะมีขนาด เปลียนแปลงไปพรอ้ มๆ กันและจะหักล้างกันได้ หมดพอดีจึงไม่จาํ เปนต้องเลือนแปรงถ่านไปจาก ตําแหน่งแกนนิวตรลั เดิม ซงึ เปนตําแหน่งไม่มี ขดลวดชดเชยและอินเตอร์โปลในเครืองกําเนิด โหลด ไฟฟากระแสตรง 2 ขัว

ขดลวดเชยหรือขดลวดทดแทน เนืองจากมีการยุ่งยากในการผลิตและทําให้ราคาของเครอื งกลไฟฟาสูงขึนจึงไม่นิยมใช้ขดลวด ชดเชยในเครอื งกลไฟฟาธรรมดาทัวๆ ไป แต่จะใช้กับเครอื งกลไฟฟาทีใช้กับงานพิเศษ เช่นใน เครอื งกลไฟฟากระแสตรงขนาดใหญ่เครอื งกลไฟฟาทีใช้งานในลักษณะทีมีโหลดเปลียนแปลง บ่อยๆ ในทันทีทันใด ในเครอื งกําเนิดไฟฟาทีไม่มีขดลวดชดเชยเมือจ่ายโหลดแนวแกนนิวตรลั จะเลือนไปในทิศทาง เดียวกับทิศทางหมุนของอารเ์ มเจอร์ (ในมอเตอรไ์ ฟฟาจะเลือนไปในทิศทางตรงข้ามกับทิศทาง หมุนของอารเ์ มเจอร)์ ถ้าแปรงถ่านยังอยู่ในตําแหน่งเดิมโดยไม่เลือนตามไปด้วย ลวดตัวนาํ ที ต่อกับซคี อมมิวเตเตอรท์ ีสัมผัสกับแปรงถ่านจะกับแรงเส้นแม่เหล็กทําให้มีแรงเคลือนไฟฟา เหนียวนาํ เกิดขึนในขดลวดนัน และมีกระแสไหลในขดลวดในจังหวะซคี อมมิวเตเตอรเ์ คลือนตัว ออกจากแปรงถ่านจนกระทังทําให้ขดลวดเปดวงจรออกนันจะมีประกายไฟเกิดขึนทีหน้าสัมผัส ระหว่างแปรงถ่านกับซคี อมมิวเตเตอรป์ ระกายไฟทีเกิดขึนจะทําให้ผิวหน้าของคอมมิวเตเตอร์ และแปรงถ่านค่อยๆ สึกกรอ่ นไป เพือหลีกเลียงปรากฎการณ์ดังกล่าวจึงจาํ เปนต้องวาง ตําแหน่งแปรงถ่านไว้ในแนวแกนทีเส้นแรงแม่เหล็กเปนศูนย์เสมอ (แนวแกนนิวตรลั ) ประกาย ไฟทีเกิดขึนยังเกิดจากคอมมิวเตชันด้วย

แสดงกระบวนการเปลียนทิศทาง คอมมิวเตชนั การไหลของกระแสในขดลวด C คอมมิวเตชัน (Commutation) คือ ซงึ เรียกว่าคอมมิวเตชัน กระบวนการเปลียนทิศทางการไหลของกระแสในขดลวดอาร์ เมเจอรเ์ มือขดลวดเคลือนทีผ่านพ้นแนวแกนนิวตรลั ซงึ เปน ตําแหน่งกึงกลางระหว่างขัวแม่เหล็กเหนือและขัวแม่เหล็กใต้ทีอยู่ ประชิดกัน โดยปกติแรงเคลือนไฟฟาเหนียวนาํ ทีเกิดขึนในขดลวดตัวนาํ ของขดลวดอารม์ เจอรท์ ีอยู่ใต้ขัวเหนือและขัวใต้จะต้องมีทิศทาง ตรงข้ามกันและในตําแหน่งกึงกลางระหว่างขัวเหนือและขัวใต้ซงึ เปนแนวแกนของแปรงถ่าน จะมีแรงเคลือนไฟฟาเหนียวนาํ เปน ศูนย์เนืองจากขดลวดตัวนาํ ของขดลวดซงึ อยู่ในบรเิ วณดังกล่าว ไม่ได้ตัดเส้นแรงแม่เหล็ก เมือขดลวดอารเ์ มเจอรห์ มุนไปกระแส ใน ลวดตัวนาํ ดังกล่าวจะมีทิศทางเปลียนแปลงอยู่ตลอดเวลาแต่ เมือไหลผ่านคอมมิวเตเตอรแ์ ละแปรงถ่านจะได้ไฟฟากระแสตรง ไหลในทิศทางเดียวเท่านัน

คอมมิวเตชนั แสดงกระบวนการเปลียนทิศทาง การไหลของกระแสในขดลวด C ถ้าพิจารณาเฉพาะขดลวด C ในรูป ซงึ เปนตําแหน่งทีแปรงถ่านสัมผัส กับ คอมมิวเตเตอรซ์ ที ี 3 เพียงซเี ดียว กระแสในขดลวด C ขณะนีจะไหลอยู่ ซงึ เรียกว่าคอมมิวเตชัน ในทิศทางทวนเข็มนา ิกากระแสทีไหลคือ IC เมืออารเ์ มเจอรห์ มุนต่อไปอีก ทําให้แปรงถ่านสัมผัสกับคอมมิวเตเตอรซ์ ที ี 3 และ 4 พรอ้ มกัน ดังรูป ข. ขดลวด C จะอยู่ในสภาพลัดวงจร เมืออารเ์ มเจอรห์ มุนต่อไปถึงตําแหน่งที แปรงถ่านสัมผัสกับคอมมิวเตเตอรซ์ ที ี 4 เพียงซเี ดียว ดังรูป ค. กระแสใน ขดลวด C ขณะนีจะไหลอยู่ในทิศทางตามเข็มนา ิกากระแสทีไหลคือ IC การ ทีกระแสในขดลวด C มีทิศทางเปลียนแปลงจาก + IC ไปเปนคือ - IC ใน ช่วงทีขดลวด C เคลือนทีผ่านแปรงถ่านนีเรยี กว่า “คอมมิวเตชัน” การ เปลียนทิศทางการไหลของกระแสในขณะทีขดลวดอารเ์ มเจอรเ์ คลือนผ่าน แปรงถ่านซงึ ทําให้เกิดการลัดวงจรผ่านแปรงถ่านทีสัมผัสกับคอมมิวเต เตอร์ ช่วงเวลาสันๆ ทีเกิดการลัดวงจรของขดลวด C ดังรูป ข. เรยี กว่า “ช่วงเวลาคอมมิวเตชัน”

คอมมิวเตชนั แสดงกระบวนการเปลียนทิศทาง หากพิจารณาดูรูปที 1 ซงึ เปนช่วงเวลาของการคอมมิวเตชัน การไหลของกระแสในขดลวด C ค่าอินดัคเตนซ์ L ในขดลวดจะพยายามต่อต้าน (ขัดขวาง) การเปลียนแปลงของกระแสในขดลวด C ดังนันกระแสในขด ซงึ เรียกว่าคอมมิวเตชัน ลวดดังกล่าวจึงไม่สามารถเปลียนทิศทางการไหลได้ทังหมด ในช่วงเวลา TC ณ ตําแหน่งซงึ คอมมิวเตเตอรซ์ ที ี 3 เคลือน 1 ตัวพ้นจากแปรงถ่านดังรูปที 1 ค. กระแสในขดลวดยังไม่ถึง - IC (เนืองจากกระแสทีตําแหน่งนีต้องมีค่าเปน- IC เสมอ) นัน การเปลียนแปลงของกระแส หมายความว่า ณตําแหน่งดังกล่าวจะเกิดเซลฟอินดิวซ์ อีเอ็ท ลัดวงจรในขดลวดในช่วงเวลา เอฟ (selfinduced emf) หรอื รแี อคแตนซโ์ วลท์เตจ (reactance voltage) มีค่าเปน e = -L ขึนในจังหวะทีขด คอมมิวเตชัน ลวด C เปดวงจรออกด้วยค่าทีสูงมากจึงทําให้เกิดประกายไฟ (spark) ขึนระหว่างแปรงถ่านกับคอมมิวเตเตอรซ์ ที ี 3 ขณะ 2 เรมิ แยกตัวออกจากกันการเปลียนแปลงของกระแสลัดวงจร ซงึ เกิดขึนในขดลวดอารเ์ มเจอรใ์ นช่วงเวลาของการของมิว เตชันแสดงด้วยเส้นเคอรฟ์ ในรูปที 2

คอมมิวเตชนั การเปลียนแปลงของกระแส ลัดวงจรในขดลวดในช่วงเวลา จากรูปเส้นเคอรฟ์ a แสดงการเปลียนแปลงของกระแสลัดวงจรเปน เส้นตรงเรยี กว่า “คอมมิวเตชันในอุดมคติ” (Ideal commutation) คอมมิวเตชัน ซงึ ถือว่ามีประกายไฟเกิดขึนในเส้นเคอรฟ์ b ไม่มีการเปลียนแปลงของ ก“คระอแมสมในิวชเต่วชงแันรทกีไแร้ปละรชะ่วกงาทย้าไฟยข”อหงรกอื าร“คคออมมมมิวิวเเตตชชันันลรักูปษคณละืนเชไซ่นนน์”ีเรยี ก (Sinusoidal commutation) เส้นเคอรฟ์ C เปนกรณีทีกระแส (เปOลvียeนrแcoปmลงmเรuว็ tเกaินtiไoปnเ)รยสี ่วกนว่าเส“้โนอเคเวออรร์ d์คอนมันมจิวะกเตลชับันก”ันคือกระแส เปลียนแปลงช้าเกินไป เรยี กว่า “อันเดอร์คอมมิวเตชัน” (Under commutation) เนืองจากกระแสเปลียนแปลงมากในช่วงแรกของ โอเวอรค์ อมมิวเตชัน และช่วงท้ายของอันเดอรค์ อมมิวเตชันประกายไฟ จึงเกิดได้ง่ายทีด้านแปรงถ่านเลือนเข้าในกรณีโอเวอรค์ อมมิวเตชันและ ทีด้านแปรงถ่านเลือนออกกรณีอันเดอรค์ อมมิวเตชัน

การลดประกายไฟทีเกิดจากคอมมิวเตชนั เมือกําเนิดไฟฟาจ่ายโหลดเพิมขึน กระแสอารเ์ มเจอรจ์ ะเพิมขึนตาม ทําใหค้ ่าของรี แอคแตซโ์ วลท์เตจเพิมขึนด้วย เปนสาเหตุใหเ้ กิดประกายไฟมากขึน แปรงถ่านและซี คอมมิวเตเตอร์ จะมีความรอ้ นสะสมเพิมขึนจนอาจชาํ รุดเสียหายได้ จึงจาํ เปนต้อง ลกดารปครอะกมามยิวไฟเตใหชน้ นั ้อดย้วลยงคดว้วายมวติธ้ากี นาทรตาน่อไ(ปRนeี sistance commutation) โดยการ เพิมค่าความต้านทานใหก้ ับขดลวดทีลัดวงจร เพือลดกระแสลัดวงจรใหน้ ้อยลงวิธนี ี ทําได้โดยใช้ แปรงถ่านทีมีความต้านทานทีหน้าสัมผัสมาก เชน่ แปรงถ่านคารบ์ อน และแปรงถ่านแกรไฟต์ เปนต้น ถ้ามีแรงดันไฟฟาตกครอ่ มทีหน้าระหว่างแปรงถ่าน กับคอมมิวเตเตอรม์ ากพอจะทําใหเ้ ส้นเคอรฟ์ ในชว่ งเวลาคอมเตชนั มีลักษณะใกล้ เคียงกับเชงิ เส้นมากขึน วิธนี ีใชม้ ากกับเครอื งกลไฟฟาขนาดเล็กทัวๆ ไป

การลดประกายไฟทีเกิดจากคอมมิวเตชนั การคอมมิวเตชนั ด้วยแรงเคลือนไฟฟา ( Emfcommutation ) โดยการทําใหม้ ีแรงเคลือนไฟฟาเกิดขึนจาํ นวนหนึงในขดลวด ในชว่ งเวลาคอมมิวเต เตอรซ์ งึ แรงเคลือนไฟฟาดังกล่าวจะต้องมีขนาดเท่ากับและมีทิศทางตรงข้ามกับรี แถทอ่าานงคกตแับาตมทนทิศซิศทด์ ทาวงาลงกทกา์เราตหรจหมทมุนีเุนกขิขดอองจงอากอารคาเร์ อมเ์ มมเจมเจอิวอรเต)ร์ ์ชห(นัถรอซ้ืาเงโึ ปดทนยํามกไดอา้โรเดตใชยออ้ กรินตา์ รเ้อตเลงอเือรลนโ์ือปตนลําแแปหรนง่งถแ่าปนรสงวน เมือเลือนแปรงถ่านตามทิศทางการหมุนของอารเ์ มเจอรจ์ นทระทังขดลวดทีลด วงจรซงึ อยู่ภายใต้การคอมมิวเตชนั ตัดแรงเส้นแม่เหล็กได้บ้างเล็กน้อย ทําใหม้ ีแรง เคลือนไฟฟาเหนียวนาํ เกิดขึนมีค่าเพียงพอทีจะหกั ล้างกับรแี อคแตนซโ์ วลท์เตจ และ ลไกฟักรฟะซแา”์ สเห(ลCนัดoียวmวงนจmาํรเใuพนtือขaทดtiําลnใวหgดร้ fลแี lดอuลคx)งแเกตปานนรซศลโ์ ูดนวลปยท์รเะ์เสตก้นาจแยหรไมฟงดแดไม้วป่ยเนหวันลิธ็กนีเรทีใยีชีทกไ้ ําดวให้เ่าฉเ้ กพ“ิดคาะแอกรมับงมโเหิควเลลตดือตคนิงงฟที เท่านันถ้าโหลดเปลียนแปลงจะทําใหม้ ุมทีแปรงถ่านเลือนไปเปลียนแปรงตามไปด้วย

อินเตอร์โปลหรือขัวแทรก อินเตอร์โปล ขดลวดอินเตอร์ การต่อขดลวดอินเตอร์โป โปลและกระแสกระตุ้น ลอนุกรมกับอาเมเจอร์ใน เครืองกําเนิดไฟฟาแบบชนั 1 2

อินเตอร์โปลหรือขัวแทรก อินเตอรโ์ ปล เปนขัวแม่เหล็กเล็กๆ ทีแทรกไว้ระหว่างขัวแม่เหล็กหลัก (main poles) ขดลวด ทีพันรอบขัวอินเตอรโ์ ปลเปนลวดทองแดงเส้นใหญ่ และต่อกับอนุกรมกับอารเ์ มเจอร์ ดังรูป ทเมี 1เจเอมรือ์ (เกกริดณอาีเรคเ์รมอื เงจกอํารเร์ นแี ิดอไคฟชฟนั า)แขนนวาแดกขนอนงิวมตุมรทลั ีแจปะเรลงือถน่าไนปเตลาือมนทไปิศจทะามงากกาหรรหอื มนุน้อขยอขงึนออารย์ ู่กับ กระแสโหลด ดังนันเมือโหลดเปลียนแปลงจึงจาํ เปนต้องเลือนตําแหน่งแปรงถ่านทุกครงั ซงึ ไม่สะดวกในทางปฏิบัติ โดยเฉพาะอย่างยิงเมือมุมทีแปรงถ่านเลือนไปมีขนาดเพิมขึน ค่าของดี แมกเนไตซงิ เอ็มเอ็มเอฟ ซงึ สรา้ งเส้นแรงแม่เหล็กต่อต้านกับเส้นแรงแม่เหล็กของขัวแม่ เหล็กหลักจะมีค่าเพิมขึนตาม ทําใหแ้ รงแม่เหล็กของขัวแม่เหล็กลดลง เปนผลใหแ้ รงเคลือน ไฟฟาเหนียวนาํ และแรงดันไฟฟาทีขัวลดลงเปนลําดับ จากข้อเสียดังกล่าว จึงนิยมใชอ้ ินเตอร์ หโปลลักแ(ทบนากงาครรเงัลจือึงนเตรยําี แกหวน่าข่งัวแแปทรรงกถ)่านแลโดะอยยตู่เหิดนตือังขอวินดเตลอวดรโ์อปาลรไเ์ วม้กเจึงอกรลท์ าีถงรูกะลหัดวว่างงขจัวรพแมอ่เดหี ล็ก กระแสทีไหลผ่านขดลวดอินเตอรโ์ ปลจะเปนกระแสจากขดลวดอารเ์ มเจอร์ NขัวsแSมn่เหNล็กตอาินมเต อรโ์ ปลจะต้องมีขัวเหมือนขัวแม่เหล็กหลักตามทิศทางการหมุน คือมีขัวเปน ทิศทางการหมุนดังรูปที 2 แสดงการต่อวงจรของขดลวดชนั ฟลด์ และต่อขดลวดอินเตอรโ์ ปล เปนอนุกรมกับอารเ์ มเจอร์

อินเตอร์โปลหรือขัวแทรก หน้าทีหลักของอินเตอร์โปล มี 2 ประการ คือ ประการทีหนึงลดประกายไฟทีเกิดจากคอมมิวเตชนั เแทร่างกเคับโดลแยือลขนะมดไฟีทลิศวฟดทาเทากงีถิดตูกขรตึนงัดขเลร้าัดมยี วกกงับวจ่า“รร“เคแมี ออือมคเคมแลิวตือเนตนซตทโ์ ิงวีตลัดอทีกเอ์เับต็มเจสเอ”้นฟทแ”ํารใ(งหCแป้ oมรm่เะหกmลาย็กuไtขฟaอtหiงnมอgดินไeเปตmอfร) โ์ มปีขลนจาะมดี สูงกวก่าาพรใิกสัด่อิน(Oเตvอeรrโ์loปaลdใน) เขคึนรไอื ปงอกีกลไ2ฟ0ฟ–าก3ร0ะแ%สตโรดงยชไว่มย่ตใ้อหงเ้ คเลรืออื นงกตลําแสหามนา่งรแถปจร่างยถโห่านลแดตได่ใน้ ปจจุบัน เครอื งกลไฟฟากระแสตรง (ยกเว้นเครอื งขนาดเล็กมาก) ต้องมีอินเตอรโ์ ปลติดตังไว้ เสมอการนาํ กระแสไฟฟาจากอารเ์ มเจอรไ์ ปกระตุ้นอินเตอรโ์ ปลเพือต้องการใหไ้ ด้ คอมมิวเต ติงอีเอ็มเอฟ เปนสัดส่วนโดยตรงกับกระแสอารเ์ มเจอรท์ ําใหห้ มันใจได้ว่าทําใหร้ แี อคแตนซ์ โวลท์เตจหมดไปโดยอัตโนมัติ

อินเตอร์โปลหรือขัวแทรก หน้าทีหลักของอินเตอร์โปล มี 2 ประการ คือ ประการทีสองลดครอสแมกเนไตซงิ เอ็มเอ็มเอฟ กอารกเ์ มาเรจลอดรคร์ รแี ออสคแชมนั กดเังนรไูตปซOงิ Aเอเ็มปเนอแ็มรเงอเฟคทลีเือกนิดแจมา่ เหล็กครอสแมกเนไตซงิ OF เปนแรงเคลือนแม่ เหล็กจากขัวแม่เหล็กหลัก ส่วน BC เปนแรงเคลือน แม่เหล็กอินเตอรโ์ ปล ดังนันจึงทําใหเ้ ส้นแรงแม่เหล็ก ซงึ เกิดจากครอสแมกเนไตซงิ เอ็มเอ็มเอฟหมดไป โดยอัตโนมัติ ไม่ว่าโหลดจะเปลียนแปลงไปเท่าไร ก็ตาม ลทวิศดทอาินงเขตอองรแ์โปรลงเมคีทลิศือทนาแงมต่เรหงลก็กับBOCAขซองึงเขปดน แรงเคลือนแม่เหล็กครอสแมกเนไตซงิ ของอา เมเจอร์รีแอคชนั

อินเตอร์โปลหรือขัวแทรก เพือเน้นใหเ้ หน็ ความแตกต่างระหว่างขดลวดอินเตอรไ์ ปกับขดลวด ชดเชยซงึ ทังสองขดต่างก็ต่ออนุกรมกับอารเ์ มเจอร์ โดยทีแรง เคลือนแม่เหล็กทังสองขดต่างก็ชว่ ยขจัดหรอื ลบล้างอารเ์ มเจอร์ รแี อคชนั แต่อินเตอรโ์ ปลยังชว่ ยขจัดรแี อคแตนซโ์ วลท์เตจทีเกิด จากคอมมิวเตชนั ส่วนขดลวดชดเชยนันชว่ ยขจัดครอสแมกเนไต ซงิ เอ็มเอ็มเอฟของอารเ์ มเจอรร์ แี อคชนั ซงึ เปลียนแปลงตาม กระแสโหลด สรุปแล้วทังสองขดต่างก็ชว่ ยลดประกายไฟทีเกิดขึน ระหว่างหน้าสัมผัสของคอมมิวเตเตอรแ์ ละแปรงถ่านใหน้ ้อยลง