คู่มือนักศึกษาหน่วยที่ 1 คุณลักษณะสมบัติของเครื่องกลไฟฟ้ากระแสตรง

คู่มือนักศึกษาหน่วยที่ 1 คุณลักษณะสมบัติของเครื่องกลไฟฟ้ากระแสตรง เรื่องที่ 1.3 การแบ่งชนิดของเครื่อง กำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง นายคมสัน กลางแท่น วิชา เครื่องกลไฟฟ้า 1 ชุดการสอนวิชาเครื่องกลไฟฟ้า 1 (3104-2002) สำหรับนักศึกษาระดับประกาศนียบัตรวิชาชีพชั้นสูง ตามหลักสูตรประกาศนียบัตรวิชาชีพชั้นสูง พ.ศ. 2563

เครื่องกำเนิด แบบชั้นท์ แบบลองชั้นท์คอมเปานด์ ไฟฟ้ากระแสตรง แบบซีรีส์ แบบช๊อตชั้นท์คอมเปานด์ แบบคอมเปานด์ แบบกระตุ้นแยก แบบกระตุ้นตัวเอง

การแบ่งชนิดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง การต่อวงจรของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบคอมเปานด์ วงจรของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบคอมเปานด์ ยังแบ่งออกตามทิศทางกระแสที่ไหลผ่านขดลวดสนามแม่เหล็ก ก) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบช๊อตชั้นท์ คิวมูเลดีฟ คอมเปานด์ ทั้งสองชุดคือ ชั้นท์ฟีลด์และซีรีส์ฟีลด์ หากกระแสที่ไหลผ่านขด ลวดสนามแม่เหล็กทั้งสอง ชุดสร้างเส้นแรงแม่เหล็กเสริมกัน (Short shunt cumulative compound generator) เรียกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบนี้ว่า “คิวมูเลตีฟ คอมเปานด์” ข) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบลองชั้นท์ ดิฟเฟอเรนเชียล คอมเปานด์ (Comulative compound) ถ้าสร้างเส้นแรงแม่เหล็กแรงแม่ เหล็กหักร้างหรือต่อต้านกัน เรียกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแส (Long shunt differential compound generator) ตรงแบบนี้ว่า “ดิฟเฟอเรนเชียล คอมเปานด์” (differential ค) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบลองชั้นท์ คิวมูเลดีฟ คอมเปานด์ compound) เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบคอมเปานด์ สามารถแบ่งการต่อวงจรออกได้ทั้งหมด 4 แบบ จึงนำวงจร (Long shunt cumulative compound generator) ทั้งหมดมาแสดง ในรูป ง) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบช๊อตชั้นท์ ดิฟเฟอเรนเชียล คอมเปานด์ (Short shunt differential compound generator)

การแบ่งชนิดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง 1. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกระตุ้นแยก เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบนี้จำเป็นต้องมีแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงจากภายนอก เช่น แบตเตอรี่ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือ แหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงมากระตุ้นขดลวดสนามแม่เหล็ก สัญลักษณ์และวงจรเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกระตุ้นแยกได้ ไว้ในรูป ก. คือ wiring diagram และรูป ข. คือ schematic diagram กข สัญลักษณ์และวงจรเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบกระตุ้นแยก

การแบ่งชนิดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง 2. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกระตุ้นด้วยตัวเอง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบนี้ ขดลวดสนามแม่เหล็กของมันถูกกระตุ้นด้วยกระแส เกิดจากขดลวด อาร์เมเจอร์ซึ่งอยู่ภายในตัวของมันเอง โดยอาศัยอำนาจแม่เหล็กตกค้างที่ยังหลงเหลืออยู่ที่ขั้ว แม่เหล็ก เมื่อขดลวดอาร์เมเจอร์หมุนตัดเส้นแรงแม่เหล็กตกค้าง (Residual flux) จะมีแรง เคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำจำนวนเล็กน้อยเกิดขึ้นในขดลวดอาร์เมเจอร์ทำให้มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ขดลวดสนามแม่เหล็ก สร้างเส้นแรงแม่เหล็กเสริมกับเส้นแรงแม่เหล็กตกค้าง ทำให้มีปริมาณ เส้นแรงแม่เหล็กเพิ่มขึ้น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกระตุ้นตัวเองแบ่งออกได้ 3 แบบคือ แบบชั้นท์ แบบซีรีส์ และแบบ คอมเปานด์

การแบ่งชนิดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง 2.1 เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบชั้นท์หรือแบบขนาน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบนี้ ขดลวดสนามแม่เหล็กพันด้วยลวดทองแดงเส้นเล็กจำนวนมากรอบจึงมีค่าความต้านทานสูง ต่อขนานกับอาร์เมเจอร์และโหลด เรียกว่า ขดลวดชั้นฟิลด์ สัญลักษณ์ และวงจรเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบชั้นท์แสดงไว้ ในรูปที่ ก. wiring diagram และรูปที่ ข. คือ Schematic diagram กข สัญลักษณ์และวงจรของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบชั้นท์

การแบ่งชนิดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง 2.2 เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซีรีส์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซีรีส์ขดลวดสนามแม่เหล็กพันด้วยลวดทองแดงเส้นใหญ่จำนวนน้อยรอบ จึงมีค่าความต้านทาน ต่ำต่ออนุกรมกับอาร์เมเจอร์ และโหลดเรียกว่าขดลวดซีรีส์ฟิลด์ด้วยสาเหตุดังกล่าวกระแสที่ไหลผ่านอาร์เมเจอร์ ซีรีส์ฟีลด์ และโหลดจึงมีค่าเท่ากันสัญลักษณ์และวงจรเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซีรีส์ แสดงไว้ใน รูป ก. Wiring diagram และ รูป ข. คือ schematic diagram ก ข สัญลักษณ์และวงจรของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซีรีส์

การแบ่งชนิดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง 2.3 เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบคอมเปานด์หรือแบบผสม เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบนี้มีขดลวดสนามแม่เหล็ก 2 ชุดพันอยู่รอบแกนขั้วแม่เหล็กเดียวกัน คือขดลวดชั้นท์ฟิลด์และขดลวดซีรีส์ ฟิลด์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบคอมเปานด์ยังแบ่งออกตามลักษณะการต่อวงจรขดลวดสนามแม่เหล็กทั้งสองชุดเข้ากับวงจรอาร์ เมเจอร์ และโหลดได้เป็นสองแบบคือ 1) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบลองชั้นท์คอมเปานด์ 2) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบช๊อตคอมเปานด์ สัญลักษณ์และวงจรอย่างง่ายของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบคอมเปานด์ทั้งแบบลองชั้นท์และช๊อตชั้นท์ได้แสดงไว้ที่รูปในหน้าถัดไป นอกเหนือจากที่กล่าวมาแล้วนอกเหนือจากที่กล่าวมาแล้วการต่อวงจรของครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบคอมเปานด์ยังสามารถแบ่งออก ตามทิศทางเดียวกัน มันจะสร้างเส้นแรงแม่เหล็กเสริมกัน เรียกว่าคิวมูเลตีฟ คอมเปานด์ ถ้าหากกระแสไหลในทิศทางตรงกันข้าม มันจะสร้างเส้นแรงแม่เหล็กหักร้างหรือต่อต้านกัน เรียกว่าดีฟเฟอเรนเชียล คอมเปานด์ ดังนั้นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบลองชั้นท์คอมเปานด์จึงแบ่งการต่อวงจรได้สองแบบ คือ 1) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบลองชั้นท์ คิวมูเลตีฟคอมเปานด์ (Long shunt cumulative compoundgenerator) 2) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบลองชั้นท์ ดิฟเฟอเรเชียลคอมเปานด์ (Longshunt differential compoundgenerator)

การแบ่งชนิดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง วงจรอย่างง่ายของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสองแบบ แสดงไว้ในรูป ค. และรูป ข. ตามลำดับในทำนองเดียวกันเครื่องกำเนิด ไฟฟ้าแบบลองชั้นท์คอมเปานด์ก็แบ่งการต่อวงจรได้สองแบบ คือ 1) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบชอร์ทชั้นท์คิวมูเลตีฟ คอมเปานด์ (Shortshunt cumulative compoundgenerator) 2) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบชอร์ทชั้นท์ดิฟเฟอเรเชียล คอมเปานด์ (Short shuntdifferential compound generator) วงจรอย่างง่ายของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั้งสองแบบ ดังรูป ก. และรูป ง. กขค ง

การแบ่งชนิดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง 3. วงจรสมมูลย์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง เพื่อความสะดวกในการคำนวณ และเข้าใจได้ง่ายจึงเขียนวงจรสมมูล (equivalent circuit) ของเครื่อง กำเนิดไฟฟ้าแบบต่างๆ รวมทั้งสมการที่เกี่ยวข้องไว้ดังนี้ ก. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกระตุ้นแยก วงจรสมมูลย์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ าแบบกระตุ้นแยก E = แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นใน อาร์เมเจอร์เป็น โวลต์ Ra = ความต้านทานในวงจรขดลวดอาร์เมเจอร์ เป็น โอห์ม Ia = กระแสอาร์เมเจอร์ เป็น แอมแปร์ V = แรงดันไฟฟ้าที่ขั้ว (terminal voltage) เป็น โวลท์ I = กระแสโหลด เป็น แอมแปร์ If = กระแสในวงจรขดลวดฟิลด์ เป็น แอมแปร์ **Ia = I

การแบ่งชนิดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง ข. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบชั้นท์ วงจรสมมูลของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ าแบบชั้นท์ Ish = กระแสในขดลวดชั้นฟีลด์เป็น แอมแปร์ Rsh = ความต้านทานของขดลวดชั้นฟีลด์เป็น โอห์ม Vb = แรงดันไฟฟ้าตกที่แปรงถ่านเป็น โวลต์

การแบ่งชนิดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง ค. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซีรีส์ วงจรสมมูลย์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ าแบบซีรีส์ Ise = กระแสในขดลวดซีรีส์ฟีลด์ เป็น แอมแปร์ Rse = ความต้านทานของขดลวดซีรีส์ฟีลด์ เป็น โอห์ม

การแบ่งชนิดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบลองชั้นท์คอมเปานด์ วงจรสมมูลของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ า แบบลองชั้นท์คอมเปานด์

การแบ่งชนิดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบช๊อตชั้นท์คอมเปานด์ วงจรสมมูลเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แบบช๊อตชั้นท์คอมเปานด์

4. สมการของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ สมการของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในอาร์เมเจอร์ โวลท์ ∅เมื่อ E = แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ เป็น โวลท์ = เส้นแรงแม่เหล็กต่อขั้ว เป็น เวเบอร์ N = ความเร็วรอบของอาร์เมเจอร์ เป็น รอบต่อนาที P = จำนวนขั้วแม่เหล็ก Z = จำนวนตัวนำทั้งหมดในอาร์เมเจอร์ A = จำนวนทางขนานในอาร์เมเจอร์ เมื่อ A = P สำหรับการพันขดลวดอาร์เมเจอร์แบบแลพหรือซิมเพล็กซ์แลพ A = 2 สำหรับการพันขดลวดอาร์เมเจอร์แบบดูเพล็กซ์แลพ A = 3P สำหรับการพันขดลวดอาร์เมเจอร์แบบทริพเพล็กซ์แลพ A = 2 สำหรับการพันขดลวดอาร์เมเจอร์แบบเวฟหรือซิมเพล็กซ์เวฟ A = 2 2 = 4 สำหรับการพันขดลวดอาร์เมเจอร์แบบดูเพล็กซ์เวฟ A = 3 2 = 6 สำหรับการพันขดลวดอาร์เมเจอร์แบบทริพเพล็กซ์เวฟ

4. สมการของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ตัวอย่างที่ 1.1 เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง 4 ขั้ว อาร์เมเจอร์ มี 51 ร่องแต่ละร่องมี 20 ตัวนำ พันขด ลวดแบบแลพ จงหาแรงเคลื่อนไฟฟ้าเมื่อมีเครื่องกำเนิดถูกขับให้หมุนด้วยความเร็ว 1,500 รอบต่อนาที ถ้าเส้นแรงแม่เหล็กต่อขั้วเป็น 7.0 มิวลิเบอร์

4. สมการของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ตัวอย่าง 1.2 เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงเครื่องหนึ่งมีขั้วแม่เหล็ก 8 ขั้ว มีตัวนำทั้งหมด ในอาร์เมเจอร์ 960 ตัวนำมีเส้นแรงแม่เหล็กต่อขั้ว 20 มิลลิเวเบอร์จงหาแรงเคลื่อนแม่เหล็กไฟฟ้าเมื่อเครื่องกำเนิดถูกขับ ให้หมุนด้วยความเร็ว 500 รอบต่อนาทีถ้าพันขดลวดอาร์เมเจอร์แบบ ก. ซิมเพล็กซ์แลพและซิมเพล็กซ์เวฟ ข. ดูเพล็กซ์แลพและดูเพล็กซ์เวฟ ค. ทริพเพล็กซ์แลพและทริพเพล็กซ์เวฟ

(ต่อตัวอย่างที่ 1.2)

(ต่อตัวอย่างที่ 1.2)

4. สมการของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ตัวอย่าง 1.3 เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบชั้นท์เครื่องหนึ่งจ่ายกระแส 450 A ที่แรงดัน 230 V ขดลวดชั้นท์ฟีลด์ และอาร์เมเจอร์มีความต้านทาน 50 และ 0.03 ตามลำดับ จงคำนวณหาค่า ต่าง ๆ ดังนี้ ก. กระแสที่ไหลผ่าขดลวดชั้นท์ฟีลด์ ข. กระแสอาร์เมเจอร์ ค. แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมความต้านทานของอาร์เมเจอร์ ง. แรงเคลื่อนกำเนิดไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในอาร์เมเจอร์

(ต่อตัวอย่างที่ 1.3)

(ต่อตัวอย่างที่ 1.3)

4. สมการของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ตัวอย่าง 1.4 เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบลองชั้นท์คอมเปานด์เครื่องหนึ่ง จ่ายกระแสโหลด 50 A ที่ แรงดัน 500 V อาร์เมเจอร์ ขดลวดซีรีส์ฟีลด์ และชั้นท์ฟีลด์มีความต้านทาน 0.05 0.03 และ 250 ตามลำดับ ถ้ากำหนดให้มีแรงดันไฟฟ่าตกที่แปรงถ่านข้างละ 1V จงคำนวณหา ก. กระแสไหลผ่านขดลวดชั้นท์ฟีลด์ ข. กระแสไหลผ่านอาเมเจอร์ ค. กระแสไหลผ่านขดลวดซีรีส์ฟีลด์ ง. แรงดันตกคร่อมขดลวดซีรีส์ฟีลด์ จ. แรงดันตกคร่อมความต้านทานของอาร์เมเจอร์ ฉ. แรงดันตกที่แปรงถ่าน 2 ข้าง ช. แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

(ต่อตัวอย่างที่ 1.4)

(ต่อตัวอย่างที่ 1.4)