คู่มือนักศึกษาหน่วยที่ 1 คุณลักษณะสมบัติของเครื่องกลไฟฟ้ากระแสตรง

คู่มือนักศึกษาหน่วยที 1 คุณลักษณะสมบัติของเครืองกลไฟฟากระแสตรง เรืองที 1.4 คุณลักษณะของเครือง กําเนิดไฟฟากระแสตรง นายคมสัน กลางแท่น วิชา เครืองกลไฟฟา 1 ชุดการสอนวชาเครองกลไฟฟา 1 (3104-2002) สําหรับนักศึกษาระดับประกาศนยี บตั รวชาชพี ชนั สูง ตามหลักสตู รประกาศนยี บตั รวชาชีพชนั สงู พ.ศ. 2563

คู่มือนักศึกษา ประกอบด้วย 1. แบบทดสอบก่อนเรยน หน่วยที 1 เรองที 1.4 7. กระดาษคาํ ตอบ 2. ใบความรู้ หน่วยที 1 เรองที 1.4 8. เกณฑ์ประเมินความรู้ของผู้เรยน 3. แบบฝกหัด หน่วยที 1 เรองที 1.4 9. เกณฑ์ประเมินพฤติกรรมการปฏิบัติการทดลอง 4. ใบกิจกรรม หน่วยที 1 เรองที 1.4 10. เกณฑ์ประเมินเจตคติของผู้เรยน 5. ใบงานหน่วยที 1 เรองที 1.4 11. เกณฑ์ประเมินประเมินคุณธรรม จรยธรรม ค่า 6. แบบทดสอบ หน่วยที 1 เรองที 1.4 นิยม และคุณลักษณะอันพึงประสงค์

คําแนะนาํ สาํ หรับนักศึกษา 1. ให้นักศึกษา ศึกษาคู่มือนักศึกษาโดยละเอียด และดําเนินกิจกรรมตามขันตอน ตามเวลาทีกําหนดในคู่มือนักศึกษาฉบับนี 2. ให้นักศึกษา ศึกษาหาความรู้ตามใบคู่มือนักศึกษา หน่วยที 1 เรืองที 1.4 โดยละเอียด ใช้เวลาทังหมด 4 ชัวโมง สัปดาห์แรก 4 ชัวโมง และร่วมกิจกรรมการเรียนการสอน กับครูทุกขันตอน 3. ให้นักศึกษารวมกลุ่มกันกลุ่มละ 4-5 คนตามความสมัครใจ และร่วมกันดําเนินกิจกรรม การเรียนรู้ตามใบความรู้ แบบฝกหัด ใบกิจกรรม ใบงานหน่วยที 1 เรืองที 1.4 และ บันทึกผลการทํากิจกรรมการเรียนรู้ตามเอกสารทีแจกให้ ร่วมกันอภิปรายิร่วมกัน ลงข้อคิดเห็นและร่วมกันลงข้อสรุป พร้อมส่งใบกิจกรรมการเรียนรู้ทีบันทึกข้อมูล ทีสมบูรณ์ 1 ชุด 4. เมือปฏิบัติงานเสร็จเรียบร้อยแล้วให้ส่งตัวแทนเพือนาํ เสนอผลงาน กลุ่มละ 10 นาที 5. เมือเสร็จสินการนาํ เสนอทุกกลุ่มแล้ว ให้นักศึกษาทําแบบทดสอบ หน่วยที 1 เรืองที 1.4 โดยใช้เวลา 30 นาที โดยดูโจทย์จากแบบทดสอบในท้ายคู่มือนักศึกษา 6. ให้นักศึกษาประเมินผลการเรียนรู้ ประเมินเจตคติของตนเองตามแบบประเมินทีแจกให้ 7. ให้นักศึกษาศึกษาเกณฑ์ประเมินต่างๆ ตามรายละเอียดในคู่มือนักศึกษา

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง เนืองจากเครองกาํ เนิดไฟฟากระแสตรงแบ่งออกได้หลายแบบ และ เครองกาํ เนิดแต่ละแบบก็มีคุณลักษณะในการทําแตกต่างกัน ดังนันการ เลือกเครองกําเนิดไฟฟากระแสตรงแบบใดแบบหนึงไปใช้งานได้ถูกต้อง และเหมาะสม ก็จะทราบถึงคุณลักษณะหรอลักษณะสมบัติของเครอง กําเนิดไฟฟาแต่ระบบเสียก่อน

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง 1. คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง คุณลักษณะทีสาํ คัญของเครองกาํ เนิดไฟฟากระแสตรงโดยทัวไป มักจะแสดงด้วยเส้นเคอร์ฟคุณลักษณะ (Characteristics curve) ดังต่อไปนี 1) เส้นเคอร์ฟการอิมขณะไร้โหลด (No–load saturation curve) เรยกกันโดยทัวไป ว่าเส้นเคอร์ฟแมก เนไตเซชัน (magnetization curve) หรอคุณลักษณะในสภาวะวงจรเปด (open circuit characteristics) หรอ o.c.c ใช้แสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงเคลือนไฟฟาเหนียวนําทีเกิดขึนในอาร์ เมเจอร์ขณะทีไร้โหลด (E) และกระแสฟลด์ (If) เมือความเร็วรอบคงที ในทางปฏิบัติเส้นเคอร์ฟการอิมตัว ขณะไร้โหลดนี จะมีลักษณะรูปร่างเหมือนกันไม่ว่าเครองกาํ เนิดไฟฟานันจะเปนแบบกระตุ้นแยก หรอแบบ กระตุ้นตัวเอง 2) เส้นเคอร์ฟคุณลักษณะภายนอก (External characteristics) เปนเส้นเคอร์ฟทีแสดงความสัมพันธ์ ระหว่างแรงดันไฟฟาทีขัว (V) กับกระแสทีจ่ายให้โหลด (I) เรยกอีกชือหนึงว่า “คุณลักษณะสมรรถนะ” (performance characteristics)

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง 2. คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟาแบบกระตุ้นแยก (separately excitation) 1) เส้นเคอร์ฟการอิมตัวขณะไร้โหลด คือ เส้นเค เส้นเคอร์ฟการอิมตัวขณะไร้โหลด แสดงความสัมพันธ์ อร์ฟแสดงการเปลียนแปลงของแรงเคลือนไฟฟา ระหว่างแรงเคลือนไฟฟาเหนียวนาํ กับกระแสฟลด์เมือ เหนียวนาํ ทีเกิดขึนในอาร์เมเจอร์ ขณะไร้โหลดโดย การปรับค่ากระแสกระตุ้นขดลวดฟลด์ทีได้มาจาก ความเร็วรอบคงที แหล่งจ่ายไฟฟากระแสจากภายนอกเมือกาํ หนดให้ อาร์เมเจอร์หมุนด้วยความเร็วคงที ทีความเร็วเต็ม พิกัด (reted speed)

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง รูปทีหน้าซ้าย เส้นเคอร์ฟการอิมตัวขณะไร้โหลดเมือเครองกําเนิดถูกขับให้หมุนด้วย ความเร็วรอบคงทีที 1,500 r.p.m. จากรูปจะสังเกตเห็นว่าทีกระแสฟลด์เปนศูนย์ จะมีแรงเคลือนไฟฟาเกิดขึนจํานวนเล็กน้อยคือ Er เนืองจากอาร์เมเจอร์หมุนตัดเส้น แรงแม่เหล็กตกค้าง (Residualflux) อยู่ภายในของแกนขัวแม่เหล็ก ทีกระแส ฟลด์น้อย ๆ เคอร์ฟจะเปนเส้นตรง และเคอร์ฟจะเปนเรมโค้งงอทีจุด S เมือเส้นแรง แม่เหล็กภายในแกนของขัวแม่เหล็กเพิมขึนจนถึงจุดอิมตัว (saturation point)

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง จากสมการแรงเคลือนไฟฟาเหนียวนาํ คือ ∅จากสมการ แรงเคลือนไฟฟาจะแปรผันโดยตรงกับเส้น แรงแม่เหล็กต่อขัว ( ) และความเร็วรอบของอาร์ เมเจอร์ (N)

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง จากสมการแรงเคลือนไฟฟาเหนียวนํา คือ

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง 2) เส้นเคอร์ฟคุณลักษณะภายนอกหรอคุณลักษณะเมือจ่ายโหลด ก ) เส้นเคอร์ฟคุณลักษณะภายนอกของเครองกําเนิด การทดลองหาเส้นเคอร์ฟนีทําได้โดยต่อวงจร แล้วขับอาร์ ไฟฟากระแสตรงแบบกระตุ้นแยก เมเจอร์ด้วยความเร็วรอบเต็มพิกัด ปรับกระแสฟลด์เพือให้แรง เคลือนไฟฟาเต็มพิกัด หลังจากนันให้คงค่ากระแสฟลด์นันไว้ ข ) การต่อวงจรทดลองหาเส้นเคอร์ฟในรูป ก. ตลอดการทดลอง หลังจากนันจึงค่อยๆ เพิมโหลดไปเรอยๆ (เพิมกระแสโหลด) แรงดันไฟฟาทีขัวจะเปลียนแปลงไปจาก E เปน Vt ดังรูป ทุกครังทีเพิมโหลดความเร็วของรอบอาร์เมเจอร์ จะลดลง ต้องปรับความเร็วรอบให้คงทีทุกระดับของกระโหลด ตลอดการทดลอง ผลทีได้จากการทําลอง จะพบว่าแรงดันไฟฟาของเครองกาํ เนิด จะลดลง เมือโหลดเพิมขึน ทังนีเนืองจาก 2 สาเหตุ คือ ก. แรงดันไฟฟาลดลงเนืองจากแรงดันตกค่อมความต้านทาน ของอาร์เมเจอร์ (Ia Ra Voltagedrop) ข. แรงดันไฟฟาลดลงเนืองจากผลของอาร์เมเจอร์รแอคชัน

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง 3. คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟาแบบกระตุ้นตัวเอง (self excitation) ก. การสร้างแรงเคลือนไฟฟาของเครืองกําเนิดไฟฟาแบบชัน (building up of shunt Generator) เครอื งกําเนิดไฟฟากระแสตรงทีนิยมใช้กันส่วนใหญ่ เปนแบบ กระตุ้นตังเอง กล่าวคือ กระแสทีนาํ มากระตุ้นขดลวดสนามแม่เหล็กได้มาจาก อารเ์ มเจอร์ เมืออารเ์ มเจอรถ์ ูก ขับให้หมุนด้วยความเรว็ เต็มพิกัด ขดลวดอารเ์ มเจอรจ์ ะตัดกับเส้นแรงแม่เหล็กตกค้างจึงมีแรงเคลือนไฟฟา จาํ นวนเล็กน้อยเกิดขึน คือ Er ดังนันจึงเรมิ มีกระแสจาํ นวนเล็กน้อยไหลผ่านขดลวดสนามแม่เหล็กนีจะสรา้ ง เส้นแรงแม่เหล็กขึนมาจาํ นวนหนึง โดยจะต้องมีทิศทางเสรมิ กันกับเส้นแรงแม่เหล็กตกค้างทําให้เส้นแรงแม่ เหล็กรวมมีค่าเพิมขึน เมืออารเ์ มเจอรห์ มุนตัดเส้นแรงแม่เหล็กทีเพิมขึน ทําให้มีแรงเคลือนไฟฟาเพิมขึนตาม จะมีกระแสไหลวนผ่านขดลวดสนามแม่เหล็กเพิมขึนไปอีก นันหมายความว่าทังแรงเคลือนไฟฟาและกระแส ฟลด์จะมีค่าเพิมขึนเรอื ย ๆ กระบวนการดังกล่าวเรยี กว่า “การสรา้ งแรงเคลือนไฟฟา”

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง ก ) วงจรเครอื งกําเนิดไฟฟาแบบชันท์ในสภาวะไรโ้ หลด พิจารณาเส้นเคอรฟ์ การอิมตัวขณะไรโ้ หลด หรอื เส้น ข ) วิธีการสรา้ งแรงเคลือนไฟฟาของเครอื งกําเนิด เคอรฟ์ แมกกเนไตเซชันของเครอื งกําเนิดไฟฟาแบบ ไฟฟาแบบชันท์ ชันท์ (หาได้ด้วยวิธีการเดียวกันกับเครอื งกําเนิด ไฟฟาแบบกระตุ้นแยก) กับเส้นกราฟความต้านทาน ของวงจรฟลด์ ซงึ เส้นกราฟนีเปลียนแปลงได้โดย การปรบั แต่งค่าความต้านทานของรโี อทตาท ซงึ ต่อ อนุกรมกับขดลวดชันฟลด์ หากความต้านทานมาก เส้นกราฟก็จะชันมากขึนพิจารณาได้จากรูป

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง เมือนาํ เส้นเคอรฟ์ ทังสองมาเขียนลงบนแกนเดียวกันให้แกน X เปนกระแสฟลด์และแกน Y เปนแรง เคลือนไฟฟาเหนียวนาํ เมือเรมิ ต้นเดินเครอื งจนกระทังอารเ์ มเจอรห์ มุนด้วยความเรว็ เต็มพิกัด คือ 1,500 r.p.m. หากพิจารณาตําแหน่งทีกระแสฟลด์ If = O จะพบว่ามีแรงเคลือนไฟฟาเหนียวนาํ เกิดขึน 6 โวลท์ แรงเคลือนไฟฟา 6 โวลท์ ทีเกิดขึนเนืองจากอารเ์ มเจอรห์ มุนตัดเส้นแม่เหล็กตกค้างทําให้มี กระแสตกค้างประมาณ 0.6 แอมแปรไ์ หลผ่านขดลวดสนามแม่เหล็ก สรา้ งเส้นแรงแม่เหล็กเสรมิ กับเส้น แรงแม่เหล็กตกค้าง เมืออารเ์ มเจอรห์ มุนตัดกับเส้นแรงแม่เหล็กจาํ นวนมากขึน จะได้แรงเคลือนไฟฟา เพิมขึนเปน 12 โวลท์และมีมีกระแสไหลผ่านขดลวดสนามแม่เหล็ก 1.0 แอมแปร์ นันหมายความว่า กระแสฟลด์ 1.0 แอมแปรใ์ ห้กําเนิดแรงเคลือนไฟฟาเพิมขึนเปน 18 โวลท์ แรงเคลือนไฟฟา 18 โวลท์ ทําให้มีกระแสไหลผ่านขดลวดสนามแม่เหล็กเพิมขึนเปน 1.5 แอมแปร์ กระแสฟลด์ 1.5 แอมแปรใ์ ห้กําหนดแรงเคลือนไฟฟาเพิมขึนเปน 25 โวลท์ การเพิมขึนของแรงเคลือนไฟฟาและกระแสฟลด์จะไปสินสุด ณ จุดตัดกันของเส้นเคอรฟ์ ทังสองคือจุด ทํางาน (operating opint) ของเครอื ง เปนการสินสุดกระบวนการสรา้ งแรงเคลือนไฟฟาของเครอื งกําเนิด

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง ข. เส้นกราฟความต้านทานของวงจรขดลวดสนามแม่เหล็ก (field resistanceline) เครอื งกําเนิดไฟฟาแบบกระตุ้นตัวเอง การสรา้ งแรงเคลือนไฟฟาจะสินสุดลง ณ จุดตัดกันระหว่าง เส้นเคอรฟ์ การอิมตัวขณะไรโ้ หลดกับเส้นเคอรฟ์ ความต้านทานของวงจรฟลด์จะพิจารณาต่อไปว่า หากความต้านทานในวงจรฟลด์เปลียนแปลงจะเกิดผลอย่างไรบ้างกับคุณลักษณะของเครอื ง กําเนิดไฟฟา ในรูป แสดงเส้นเคอรฟ์ การอิมตัวขณะทีไรโ้ หลด หรอื เส้นเคอรฟ์ แมกเนไตเซชันซงึ มีจุดเรมิ ต้นคือ er ซงึ เปนแรงเคลือนไฟฟาทีเกิดจากเสนแรงแม่เหล็กตกค้าง เส้นกราฟอีก 4 เส้น เปนเส้นกราฟความ ต้านทานของวงจรฟลด์ ซงึ มีค่าความต้านทานขนาดต่างๆ กันโดยมีเส้นกราฟ Oa od และ oc ทีมีค่า ความต้านทานเรยี งปนลําดับจากค่าน้อยไปหาค่ามาก ความต้านทานของวงจรฟลด์นีจะมีค่ามากหรอื น้อย ขึนอยู่กับค่าความต้านทานของรโี อสตาททีต่ออนุกรมกับขดลวดฟลด์จะมีค่าตําสุดเมือลดค่า ความต้านทานของรโี อสตาทไว้ตําทีสุด

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง เส้นกราฟความต้านทานขนาดต่างๆ พิจารณารูป จะพบว่าเส้นกราฟความต้านทานของวงจรฟลดมีค่าความต้านทานสูงทีสุด กันของวงจรฟลด์ คือเส้นกราฟทีมีความชัน (slope) มากทีสุดคือเส้นกราฟ oc ซงึ มีค่าความต้านทานเปน Rf ถัดลงมาคือเส้นกราฟ od, ob และ oa ซงึ มีค่าความต้านทานเปน Rf3, Rf2 และ Rf1 ตามลําดับ หากเครอื งกําเนิดถูกขับให้หมุนด้วยความเรว็ คงที คือ N1 และปรบั ค่าความ ต้านทานของวงจรฟลด์ให้มีค่าเปน Rf1 จะได้แรงเคลือนไฟฟาเหนียวนาํ เปน E1 เมือเพิม ความต้านทานของวงจรฟลด์โดยปรบั ค่าความต้านทานของวงจรฟลด์เปน If1 จะได้แรง เคลือนไฟฟาเหนียวนาํ เปน E1 เมือเพิมความต้านทานของวงจรฟลด์ โดยปรบั ค่าความ ต้านทานรโี อสตาทให้เพิมขึนจนกระทังมีค่าเปน R2 (เส้นกราฟ ob) กระแสในวงขดลวด ฟลด์จะลดลงเปน If2 เมือเส้นแรงแม่เหล็กลดลงแรงเคลือนไฟฟาเหนียวนาํ ลดลงเปน E2 ถ้าเพิมความต้านทานของรโี อสตาทต่อไปอีกจนกระทังวงจรฟลด์มีค่าความต้านทานเปน Rf3 (เส้นกราฟ od) ซงึ เปนเส้นความต้านทานของวงจรฟลด์ทีสัมผัสกับเส้นเคอรฟ์ กา รอิมตัวขณะไรโ้ หลด เราเรยี กเส้นกราฟ Rf3 นีว่า “ความต้านทานวิกฤตของวงจรฟลด์” (critical field resistance) หรอื Rcritical ซงึ หมายถึง ค่าความต้านทานจะสูงสุดของ วงจรฟลด์ทีเครอื งกําเนิดไฟฟาสามารถสรา้ งไฟฟาให้เพิมขึนได้ หากค่าความต้านทาน ของวงจรฟลด์สูงกว่าค่า Rf3 (ค่าความต้านทานวิกฤต) ดังเส้นกราฟ oc เครอื งกําเนิด ไฟฟาจะไม่สามารถสรา้ งแรงเคลือนไฟฟาเพิมขึนได้ แต่จะมีแรงเคลือนไฟฟาประมาณ Er เท่านัน

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง ค. สาเหตุทีเครืองกําเนิดไม่สร้างแรงเคลือนไฟฟา (failure to building up) การทีเครอื งกําเนิดไม่สรา้ งแรงเคลือนไฟฟา ในทีนีหมายถึงเครอื งกําเนิดสรา้ งแรงเคลือน ไฟฟาแต่ไม่ได้ขนาดตามทีต้องการ อาจมีสาเหตุขัดข้องอย่างใดอย่างหนึงหรอื ทุกอย่างดังนี - ต่อขดลวดชันฟลด์กลับขัว (polarity) ทําให้กระแสทีไหลผ่านขดลวดฟลด์สรา้ งเส้นแรง แม่เหล็กต่อต้าน (หักล้าง) กับเส้นแรงแม่เหล็กตกค้าง (residual flux) ดังนันแทนทีเส้น แรงแม่เหล็กจะเพิมขึนกลับลดลง ด้วยเหตุดังกล่าวเครอื งกําเนิดจึงไม่สามารถสรา้ งแรง เคลือนไฟฟาได้การแก้ไขก็คือ กลับขัวขดลวดชันฟลด์เสียใหม่ - ความต้านทานในวงจรฟลด์มีค่าสูงเกินไป คือ สูงกว่าค่าความต้านทานวิกฤต (Critcal resistance) การไขทําได้โดยลดค่าความต้านทานของรโี อสตาทลงจนกระทังมีแรงเคลือน ไฟฟาเกิดขึน

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง -หน้าสัมผัสระหว่างแปรงถ่านกับคอมมิวเตเตอรไ์ ม่แนบสนิทอย่างแท้จรงิ สาเหตุเนืองจาก สปรงิ กดแปรงถ่านไม่แน่น แปรงถ่านไม่เรยี บรอ้ ยหรอื สึกหรอไปมากคอมมิวเตเตอรส์ กปรกมอ อกไซด์จับมากทําให้ความต้านทานทีหน้าสัมผัสมากเกินไป ดังนันกระแสทีไหลผ่านขดลวดฟลด์ จึงน้อยมาก ไม่เพียงพอทีจะทําให้เส้นแรงแม่เหล็กเพิมขึนจึงทําให้เครอื งกําเนิดไม่สามารถสรา้ ง เคลือนไฟฟาได้ การแก้ไขให้ตรวจดูสปรงิ ทีกดแปรงถ่านถ้าแรงกดไม่แน่นเนืองจากแปรงถ่าน สึกกรอ่ นไปมากให้เปลียนแปรงถ่านใหม่ และทําความสะอาดผิวหน้าของคอมมิวเตเตอร์ - ไม่มีเส้นแรงแม่เหล็กตกค้าง (residualflux) เหลืออยู่เลยทังนีอาจเนืองมาจากทิงเครอื ง กําเนิดไว้โดยไม่ได้ใช้งานเปนเวลานานหรอื ในกรณีเครอื งกําเนิดเพิงถูกสรา้ งขึนใหม่จะไม่มีเส้น แรงแม่เหล็กตกค้าง ดังนันเครอื งกําเนิดจึงไม่สามารถสรา้ งแรงเคลือนไฟฟาแก้สาเหตุดังกล่าว ได้โดยนาํ แรงจ่ายไฟฟากระแสตรง (D.C. Source) จากทีอืนมากระตุ้นขดลวดฟลด์ วิธีนีเรยี ก ว่า “ Flashinethe field ” ใช้เวลาสันๆ เพียง 2 – 3 วินาทีก็จะมีเส้นแรงแม่เหล็กตกค้าง

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง - ความเรว็ ของรอบเครอื งกําเนิดตํากว่า “ความเรว็ วิกฤต” (Critcal speed) เนืองจาก แรงเคลือนไฟฟาเหนียวนาํ แปรผันโดยตรงกับความเรว็ รอบและจาํ นวนเส้นแรงแม่เหล็ก ดังนันเมือความเรว็ ตําเกินไปแม้จะมีเส้นแรงแม่เหล็กตกค้างก็ตามเครอื งกําเนิดจะสรา้ ง แรงเคลือนไฟฟาขึนน้อยเกินไปทําให้กระแสไหลผ่านขดลวดฟลด์น้อยมากไม่เพียงพอทีจะ สรา้ งเส้นแรงแม่เหล็กเพิมการแก้ไขก็คือ ต้องเรง่ ความเรว็ ของเครอื งต้นกําลัง (prine mover) ทีใช้ขับเครอื งกําเนิดไฟฟาให้สูงถึงความเรว็ เต็มพิกัด (rated speed)

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง 4. คุณลักษณะภายนอกของเครืองกําเนิดไฟฟาแบบชันท์ ก ) เส้นเคอร์ฟคุณลักษณะภายนอกของเครืองกําเนิดไฟฟาแบบชันท์ ข ) วงจรของเครืองกําเนิดไฟฟาแบบชันท์ หลังจากเครอื งกําเนิดไฟฟาสรา้ งแรงเคลือนไฟฟาขณะไรโ้ หลดเรยี บรอ้ ยแล้ว เมือต่อโหลดเข้าไปทีขัวของเครอื งกําเนิดโดยมีโวลต์มิตเตอรว์ ัดแรงดันไฟฟาที ขัวและแอมมิเตอรว์ ัดกระแสไฟฟาทีไหลผ่านโหลด ดังรูป ข ค่อยๆ เพิมโหลดที ละค่าโดยรกั ษาความเรว็ รอบให้คงทีความเรว็ ตอบเต็มพิกัด จะพบว่าแรงดัน ไฟฟาทีขัวจะลดลงเรอื ยๆ เมือโหลดเพิมขึน การลดลงของแรงดันไฟฟาทีขัว เนืองจาก 3 สาเหตุ คือ ก. ลดลงเนืองจากอารเ์ มเจอรร์ แี อคชัน ข. แรงดันไฟฟาตกครอ่ มความต้านทานของขดลวดอารเ์ มเจอร์ (IaRa drop) ค. กระแสฟลด์ลดลงเนืองจากผลของข้อ ก. และข้อ ข.

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง 4. คุณลักษณะภายนอกของเครืองกําเนิดไฟฟาแบบชันท์ ในรูป ก. เปนเส้นเคอรฟ์ คุณลักษณะภายนอกของเครอื งกําเนิดไฟฟาแบบชันท์ จะสังเกตเห็นว่าแรงดันไฟฟาทีขัวจะลดลง เมือกระแสโหลดเพิมขึน และจะลดลง มากกว่าเครอื งกําเนิดไฟฟาแบบกระตุ้นแยกอีกด้วย จุด b เปนจุดทีเครอื งกําเนิด ไฟฟาจ่ายกระโหลดเต็มพิกัด เมือเพิมกระแสโหลดต่อไปจนกระทังถึงจุด C ซงึ เรยี ก ว่าจุดเบรกดาวน์ (Breakdown point) แม้ว่าจะลดค่าความต้านทานของโหลดต่อ ไปอีกกระแสโหลดจะยังไม่เพิมอีกต่อไป แต่จะมีค่าลดลงเรอื ยๆ ดังเส้นเคอรฟ์ cd ดังนัน สาํ หรบั เครอื งกําเนิดไฟฟาแบบชันท์กระแสโหลดจะมีค่าจาํ กัดค่าหนึงเสมอ คือ กระแส OC ในรูป ก. เมือลดค่าความต้านทานของโหลดจนมีค่าเปนศูนย์ (จุด d) แรงดันไฟฟาทีขัวและกระแสฟลด์จะมีค่าเปนศูนย์ด้วย ในทางปฏิบัติจึงไม่ควรให้เครอื งกําเนิดไฟฟาแบบชันท์จ่ายกระแสไฟฟาถึงจุด C เพราะเปนย่านทีแรงดันไฟฟาทีขัวมีการเปลียนแปลงค่อนข้างมากในขณะทีกระแส โหลดเปลียนแปลงซงึ เปนคุณลักษณะทีไม่เหมาะสมกับเครอื งกําเนิดไฟฟาทีต้องการ แรงดันไฟฟาทีขัวค่อนข้างคงทีในสภาพทีโหลดมีการเปลียนแปลงอยู่บ่อยๆ

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง 5. เครืองกําเนิดไฟฟาแบบซีรีส์ การสรา้ งแรงเคลือนไฟฟา เครอื งกําเนิดไฟฟาแบบซรี สี ์แตกต่าง จากเครอื งกําเนิดไฟฟาแบบอืน คือ ขดลวดอารเ์ มเจอร์ ขดลวด สนามแม่เหล็กหรอื ขดลวดซรี สี ์ฟลด์ และโหลดต่ออนุกรมกัน ดัง วงจรในรูป ถ้าไม่มีโหลดต่ออยู่ทีขัว วงจรของเครอื งกําเนิดจะเปน วงจรเปด (open circuit) ไม่มีกระแสไหลผ่านทังอารเ์ มเจอร์ และขดลวดซรี สี ์ฟลด์ ดังนันในสภาวะไรโ้ หลดเครอื งกําเนิดไฟฟา จะไม่สามารถสรา้ งแรงเคลือนไฟฟาได้ แต่จะมีแรงเคลือนไฟฟา จาํ นวนเล็กน้อยเกิดขึนเนืองจาก อารเ์ มเจอรห์ มุนตัดเส้นแรงแม่ เหล็กตกค้างเท่านัน วงจรของเครืองกําเนิดไฟฟาแบบซีรีส์

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง 5. เครืองกําเนิดไฟฟาแบบซีรีส์ เครอื งกําเนิดไฟฟาแบบซรี สี ์จะให้แรงกําเนิดแรงเคลือนไฟฟาก็เมือมีโหลดมาต่อทีขัวเพือให้ วงจรของเครอื งกําเนิดเปนวงจรปด (Closed circuit) แรงเคลือนไฟฟาจาํ นวนเล็กน้อยซงึ เกิดจากเส้นแรงแม่เหล็กตกค้างทําให้มีกระแสจาํ นวนเล็กน้อยไหลออกจากขัวบวกของอาร์ เมเจอร์ ไหลผ่านขดลวดฟลด์และไหลผ่านโหลดเครอื งกําเนิดจะให้กําเนิดแรงเคลือนไฟฟา เพิมขึน หากต่อโหลดเพิมเข้าไปทีขัว (ลดความต้านทานของโหลดลง) กระแสทีไหลผ่านขด ลวดซรี สี ์ฟลด์จะยิงเพิมขึนทําให้เส้นแรงแม่เหล็กเพิมขึนจนกระทังเครอื งกําเนิดไฟฟาให้ กําเนิดแรงดันไฟฟาทีขัวตามขนาดพิกัดแรงดันของเครอื ง กระบวนการดังกล่าวมาข้างต้น เรยี กว่า “การสรา้ งแรงเคลือนไฟฟา” (building up)

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง คุณลักษณะภายนอกเครืองกําเนิดไฟฟาแบบซีรีส์ เส้นเคอร์ฟคุณลักษณะภายนอก เครืองกําเนิดไฟฟาแบบซีรีส์ คุณลักษณะภายนอกเครอื งกําเนิดไฟฟาแบบซรี สี ์แสดงด้วยเส้น เคอรฟ์ b ในรูป สาํ หรบั เส้นเคอรฟ์ a ในรูปคือ เส้นเคอรฟ์ การอิมตัว ขณะไรโ้ หลด หรอื เปนเส้นเคอร์ แรงเคลือนไฟฟาเหนียวนาํ ของเครอื ง กําเนิดไฟฟาแบบซรี สี ์ซงึ ได้การต่อวงจรทดลองเปนแบบกระตุ้นแยก เส้นเคอรฟ์ b เปนคุณลักษณะเมือจ่ายโหลด หรอื คุณลักษณะ ภายนอกของเครอื งกําเนิดไฟฟาแบบซรี สี ์ หรอื เส้นเคอรฟ์ แรงดัน ไฟฟาทีขัวของเครอื งกําเนิด ความแตกต่างระหว่างเส้นเคอรฟ์ ทังสอง 2 สาเหตุ คือ ก. เนืองมาจากอารเ์ มเจอรร์ แี อคชัน ข. เนืองจากแรงดันไฟฟาตกครอ่ มความต้านทานของขดลวดอาร์ เมเจอรแ์ ละขดลวดซรี สี ์ฟลด์ Ia (RA + RS)

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง จากเส้นเคอรฟ์ b จะสังเกตเห็นว่าแรงดันไฟฟาทีขัวของ เครอื งกําเนิดไฟฟาแบบซรี สี ์จะเปลียนแปลงมากตามการ เปลียนแปลงของกระแสโหลดกล่าวคือถ้าลดความ ต้านทานของโหลดลงเพียงเล็กน้อยแรงดันไฟฟาทีขัวจะ เพิมขึนมากและในทางกลับกันถ้าเพิมความต้านทานของ โหลดเพียงเล็กน้อย แรงดันไฟฟาจะลดลงอย่างรวดเรว็ ด้วยสาเหตุดังกล่าวเครอื งกําเนิดไฟฟาแบบซรี สี ์ จึงไม่ เหมาะกับงานทีต้องการแรงดันไฟฟาคงที เส้นเคอร์ฟคุณลักษณะภายนอก เครืองกําเนิดไฟฟาแบบซีรีส์

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง 6. คุณลักษณะภายนอกของเครืองกําเนิดไฟฟาแบบคอมเปานด์ วงจรของเครืองกําเนิดไฟฟา เครอื งกําเนิดไฟฟาแบบคอมเปานด์ เปนเครอื งกําเนิดที แบบชอร์ทชันท์คอมเปานด์ รวมเอาคุณลักษณะของเครอื งกําเนิดไฟฟาแบบชันท์ และแบบซรี สี ์ไวในเครอื งเดียวกัน เราเคยทราบมาแล้วว่า ในเครอื งกําเนิดไฟฟาแบบชันท์เมือเพิมกระแสโหลด แรงดันไฟฟาทีขัวเพิม (ก่อนทีแกนของขัวแม่เหล็กจะถึง จุดอิมตัว) หากเอาคุณลักษณะทังสองแบบดังกล่าวมา รวมไว้ในเครอื งกําเนิดไฟฟาเครอื งเดียวกัน แล้วปรบั กระแสของขดลวดซรี สี ์ฟลด์ให้เหมาะสม ก็สามารถขจัด ปญหาเรอื งการลดลง หรอื การตกของแรงดันไฟฟาทีขัว เมือโหลดเพิมขึนได้

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง เส้นเคอร์ฟคุณลักษณะภายนอกของเครืองกําเนิด เครอื งกําเนิดไฟฟาแบบคอมเปานด์ทีจะกล่าวต่อไป คือ ไฟฟาแบบคอมเปานด์ทังแบบเมือเปรียบเทียบกับ เครอื งกําเนิดไฟฟาแบบคิวมูลตีฟคอมเปานด์ ซงึ แอมแปร–์ เทินส์ของขดลวดชันท์ฟลด์ และซรี สี ์จะสรา้ ง เครืองกําเนิดไฟฟาแบบชันท์ เส้นแรงแม่เหล็กเสรมิ กันคุณลักษณะภายนอก หรอื คุณลักษณะเมือจ่ายโหลดของเครอื งกําเนิดไฟฟาแบ่งนี ออกได้เปน 3 ลักษณะ คือ ถ้าแรงเคลือนไฟฟาเหนียวนาํ ที เกิดจากสนามแม่เหล็กจากขดลวดซรี สี ์ฟลด์มีปรมิ าณ เพียงพอทีจะชดเชยการตกของแรงดันไฟฟาของกําเนิด แบบชันท์ได้ก็จะทําให้แรงดันไฟฟาทีขัวเมือโหลดเต็มพิกัด มีขนาดเท่ากับแรงดันไฟฟาเมือไรโ้ หลดเครอื งกําเนิด ไฟฟาแบบคอมเปานด์ทีมีคุณลักษณะดังกล่าว มีชือเรยี ก ว่า “แฟลท คอมเปานด์” (Flatcompound) E3

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง ในเครอื งกําเนิดไฟฟาแบบคอมเปานด์บางเครอื ง ออกแบบขดลวดซรี สี ์ฟลด์ ให้มีจุดต่อไว้ถึง 3 จุด โดยแต่ละคู่ของจุดต่อมีจาํ นวนรอบไม่เท่ากัน ดังนันจึงสามารถเลือกใช้จาํ นวนรอบของขดลวด ซรี สี ์ได้เหมาะสมคุณลักษณะของเครอื งถ้าหากเลือกใช้จุดต่อของขดลวดซรี สี ์ฟลด์คู่ทีมีจาํ นวนรอบ มากก็จะทําให้แรงเคลือนไฟฟาเหนียวนาํ ทีเกิดขึนปรมิ าณมากเกินเพียงพอทีจะชดเชยการตกของ แรงดันไฟฟาของเครอื งกําเนิดจึงทําให้แรงดันไฟฟาทีขัวโหลดเต็มพิกัดสูงกว่า แรงดันไฟฟาทีขัว ไรโ้ หลดเครอื งกําเนิดไฟฟาแบบคอมเปานด์ทีมีคุณลักษณะดังกว่าเรยี กว่า “โอเวอร์ คอมเปานด์” (Overcompound) ดังเส้นเคอรฟ์ E4 ในทางตรงข้ามถ้าเลือกใช้จุดต่อของขดลวดซรี สี ์ฟลด์ทีมีจาํ นวนรอบน้อยก็จะทําให้แรงเคลือน ไฟฟาเหนียวนาํ ทีเกิดขึนมีปรมิ าณน้อยเกินไปไม่เพียงพอทีจะชดเชยการตกของแรงดันไฟฟาดัง กล่าวจึงทําให้แรงดันไฟฟาทีขัวเมือโหลดเต็มพิกัดตํากว่าแรงดันไฟฟาทีขัวเมือไรโ้ หลดเครอื ง กําเนิดไฟฟาแบบคอมเปานด์ทีคุณลักษณะดังกล่าว “อันเดอรค์ อมเปานด์” (Under compound) ดังเส้นเคอรฟ์ E2

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง คุณลักษณะทัง 3 แบบของเครอื งกําเนิดไฟฟาแบบคิวมูเลตีฟคอมเปา นด์ยังสามารถทําได้โดยใช้ “ไดเวอรท์ เตอร”์ (Diverter) Rd คือรโี อ สตารท์ ชนิดค่าความต้านทานตํา (Lowresistance) ต่อขนานกับขด ลวดซรี สี ์ฟลด์ Rs ดังแสดงไว้ในรูป แทนการเปลียนแปลงจาํ นวนรอบ ของขดลวดซรี สี ์ฟลด์ซงึ ได้เวอรท์ เตอรจ์ ะทําหน้าทีเปนตัวแบ่งกระแสจาก ขดลวดซรี สี ์ฟลด์หมายความว่าสามารถปรบั กระแสทีไหลผ่านขดลวดซรี สี ์ ฟลด์ได้มากหรอื น้อยตามต้องการหากไม่ใส่ไดเวอรท์ เตอรก์ ระแสจะไหล ผ่านขดลวดซรี สี ์ฟลด์มากทีสุดหรอื 100% ควรจะได้คุณลักษณะของ เครอื งกําเนิดเปน “โอเวอรค์ อมเปานด์” (ทังนีหมายความว่าจะต้องเปน เครอื งกําหนดทีออกแบบให้ขดลวดซรี สี ์ฟลด์มีจาํ นวนรอบมากพอ) หาก ใส่ไดเวอรท์ เตอรแ์ ล้วปรบั ค่าความต้านทานของไดเวอรท์ เตอรใ์ ห้เหมาะ สม จะได้คุณลักษณะเครอื งกําเนิดเปน “แฟลทคอมเปานด์”หากปรบั ค่า ความต้านทานของไดเวอรท์ เตอรใ์ ห้มีกระแสไหลผ่านขดลวดซรี สี ์ฟลด์ น้อย จะได้คุณลักษณะของเครอื งกําเนิดเปน “อันเดอร์ คอมเปานด์”

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง สาํ หรบั เครอื งกําเนิดไฟฟาแบบ “ดิฟเฟอเรเชียล คอมเปานด์” ซงึ แอมแปรเ์ ทินส์ของขด ลวด ซรี สี ์ฟลด์จะมีทิศทางต่อต้าน (หักล้าง) กับแอมแปร์ – เทินส์ของขดลวดชันฟลด์นัน แรงดันไฟฟาจะตกลงอย่างรวดเรว็ เมือกระแสไฟฟาโหลดเพิมขึนเมือนาํ เส้นเคอรฟ์ คุณลักษณะของเครอื งกําเนิดไฟฟาแบบคอมเปานด์และแบบชันมาเขียนเปรยี บเทียบกันจะ ได้ดังรูป เคอร์ฟคุณลักษณะภายนอกเครือง กําเนิดไฟฟาแบบคอมเปานด์เมือ กําหนดให้แรงดันไฟฟาทีขัวคงที เมือ กระแสโหลดเต็มพิกัด

โวลต์เตจเรกกูเลชัน (voltage regulation) โวลต์เตจเรกกูเลชัน หมายถึง ความแตกต่างระหว่างแรงดันไฟฟาเมือ ไรโ้ หลด (No – load voltage) กับแรงดันไฟฟาเมือมีโหลดเต็มพิกัด (Full – load voltage) มักจะแสดงค่าเปนเปอรเ์ ซน็ ต์ของแรงดัน ไฟฟาเมือมีโหลดเต็มพิกัด เขียนเปนสมการได้ดังนี

โวลต์เตจเรกกูเลชัน (voltage regulation) หมายเหตุ โวลต์เตจเรกกูเลชันยิงมีค่าตํา คุณสมบัติของเครอื งกําเนิดยิงดี เครอื งกําเนิดไฟฟาแบบชันท์จะมีค่าโวลท์เตจเรกกูเลชันประมาณ 5–15% เครอื งกําเนิดไฟฟาแบบกระตุ้นแยกจะมีค่าโวลท์เตจเรกกูเลชัน กรณีของ เครอื งแฟลทคอมเปานด์จะมีค่าโวลท์เตจเรกกูเลชันเปนศูนย์ และกรณีของ โอเวอรค์ อมเปานด์จะมีค่าโวลท์เตจเรกกูเลชันติดลบประมาณ -5 ถึง -15% แต่ในกรณีเครอื งกําเนิดไฟฟาแบบซรี สี ์นันเนืองจากแรงดันไฟฟาทีมีขัวการ เปลียนแปลงอย่างมาก เมือกระแสโหลดเปลียนแปลง จึงไม่มีการพิจารณา ค่าของโวลท์เตจเรกกูเลชัน

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง 7. ลักษณะการใช้งานของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง เครืองกําเนิดไฟฟาแบบกระตุ้นแยก เปนเครอื งกําเนิดทีต้องมีแหล่งจ่ายไฟฟากระแสตรงแยก ต่างหากเพือใช้กระตุ้นขดลวดสนามแม่เหล็กโดยเฉพาะ ดังนันจึงนิยมใช้งานทีต้องการความ แน่นอน (Accuracy) เช่น ในระบบวารด์ เลียวนารด์ (WardLeonard system) ซงึ เปนระบบ ปรบั ความเรว็ ของมอเตอรไ์ ฟฟากระแสตรง เครืองกําเนิดไฟฟาแบบชันท์ เหมาะกับงานทีต้องแรงดันไฟฟาคงที นิยมใช้เปนเอ็กไซเตอร์ (Exciter) ของเครอื งกําเนิดไฟฟากระแสสลับหรอื ใช้เปนเอ็กไซเตอรข์ องมอเตอรซ์ งิ โครนัส เครืองกําเนิดไฟฟาแบบซีรีส์ ในอดีตใช้ทําหน้าทีเปนซรี สี ์ บูตเตอร์ (Series booster) หรอื เครอื งกําเนิดไฟฟาแบบสาํ หรบั เพิมแรงดันสายส่งไฟฟากระแสตรง โดยต่อวงจรเครอื งกําเนิด ไฟฟาแบบซรี สี ์อนุกรมกับสายตรงไฟฟา ดังรูปในนหน้าถัดไป โดยมีมุ่งหมายเพือชดเชยแรงดัน ตกเนืองจากค่าความต้านทานของสายส่ง

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง การใช้เครืองกําเนิดไฟฟาแบบซีรีส์ ทําหน้าทีเปนซีรีส์บูสเตอร์ ให้ E1 เปนแรงดันไฟฟาทีแหล่งจ่าย เพือ ชดเชยแรงดันตกในสายส่งไฟฟากระแสตรง E2 เปนแรงดันไฟฟาทีโหลดและ Eb เปนแรงดันไฟฟาทีได้จากซรี บี ูสเตอร์ E2 = E1 + Eb ถ้าปรบั ค่า Eb ให้เท่ากับแรงดันไฟฟา ตกในสายส่ง จะได้แรงดันไฟฟาที โหลดเท่ากับแรงดันไฟฟาทีแหล่งจ่าย

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง เครืองกําเนิดไฟฟาแบบคิวมูเลตีฟคอมเปานด์ เครอื งกําเนิดแบบนีมีคุณลักษณะภายนอกแบ่งได้ 3 ลักษณะ คือ ก. เครอื งกําเนิดไฟฟาแบบแฟลท คอมเปานด์ นิยมใช้งานทีต้องการแรงดันไฟฟา คงทีและใช้ในสายส่งไฟฟากระแสตรงทีมีความยาวไม่มากนัก ข. เครอื งกําเนิดไฟฟาแบบโอเวอร์ คอมเปานด์ นิยมใช้เปนเครอื งกําเนิดสายส่ง ไฟฟากระแสตรงทีมีระยะห่างไกลจากโหลดมาก เพือให้แรงดันไฟฟาส่วนทีเพิม ชดเชยกับแรงดันตกในสาย ค. เครอื งกําเนิดไฟฟาแบบอันเดอร์ คอมเปานด์ ไม่นิยมใช้กันเนืองจากให้ คุณลักษณะภายนอกใกล้เคียงกับเครอื งกําเนิดไฟฟาแบบชันท์

คุณลักษณะของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง เครืองกําเนิดไฟฟาแบบดิฟเฟอเรนเชียล คอมเปานด์ เครอื งกําเนิดแบบนีจะใช้เปนเพาเวอรซ์ พั พลาย (power supply) ในงานเชือมโลหะด้วยไฟฟาหรอื ใช้เปนเครอื งชารจ์ แบตเตอรเี พราะว่าให้ ปรมิ าณกระแสค่อนข้างคงทีเมือแรงดันไฟฟาทีขัวลดตําลงมาก