คู่มือนักศึกษาหน่วยที่ 1 คุณลักษณะสมบัติของเครื่องกลไฟฟ้ากระแสตรง

คู่มือนักศึกษาหน่วยที 1 คุณลักษณะสมบัติของเครืองกลไฟฟากระแสตรง เรืองที 1.3 การแบ่งชนิดของเครือง กําเนิดไฟฟากระแสตรง นายคมสัน กลางแท่น วิชา เครืองกลไฟฟา 1 ชดุ การสอนวชาเครองกลไฟฟา 1 (3104-2002) สําหรับนักศกึ ษาระดับประกาศนียบตั รวชาชพี ชันสูง ตามหลักสตู รประกาศนียบัตรวชาชพี ชันสงู พ.ศ. 2563

คู่มือนักศึกษา ประกอบด้วย 1. แบบทดสอบก่อนเรยน หน่วยที 1 เรองที 1.3 7. กระดาษคาํ ตอบ 2. ใบความรู้ หน่วยที 1 เรองที 1.3 8. เกณฑ์ประเมินความรู้ของผู้เรยน 3. แบบฝกหัด หน่วยที 1 เรองที 1.3 9. เกณฑ์ประเมินพฤติกรรมการปฏิบัติการทดลอง 4. ใบกิจกรรม หน่วยที 1 เรองที 1.3 10. เกณฑ์ประเมินเจตคติของผู้เรยน 5. ใบงานหน่วยที 1 เรองที 1.3 11. เกณฑ์ประเมินประเมินคุณธรรม จรยธรรม ค่า 6. แบบทดสอบ หน่วยที 1 เรองที 1.3 นิยม และคุณลักษณะอันพึงประสงค์

คําแนะนาํ สาํ หรับนักศึกษา 1. ให้นักศึกษา ศึกษาคู่มือนักศึกษาโดยละเอียด และดําเนินกิจกรรมตามขันตอน ตามเวลาทีกําหนดในคู่มือนักศึกษาฉบับนี 2. ให้นักศึกษา ศึกษาหาความรู้ตามใบคู่มือนักศึกษา หน่วยที 1 เรืองที 1.3 โดยละเอียด ใช้เวลาทังหมด 4 ชัวโมง สัปดาห์แรก 4 ชัวโมง และร่วมกิจกรรมการเรียนการสอน กับครูทุกขันตอน 3. ให้นักศึกษารวมกลุ่มกันกลุ่มละ 4-5 คนตามความสมัครใจ และร่วมกันดําเนินกิจกรรม การเรียนรู้ตามใบความรู้ แบบฝกหัด ใบกิจกรรม ใบงานหน่วยที 1 เรืองที 1.3 และ บันทึกผลการทํากิจกรรมการเรียนรู้ตามเอกสารทีแจกให้ ร่วมกันอภิปรายิร่วมกัน ลงข้อคิดเห็นและร่วมกันลงข้อสรุป พร้อมส่งใบกิจกรรมการเรียนรู้ทีบันทึกข้อมูล ทีสมบูรณ์ 1 ชุด 4. เมือปฏิบัติงานเสร็จเรียบร้อยแล้วให้ส่งตัวแทนเพือนาํ เสนอผลงาน กลุ่มละ 10 นาที 5. เมือเสร็จสินการนาํ เสนอทุกกลุ่มแล้ว ให้นักศึกษาทําแบบทดสอบ หน่วยที 1 เรืองที 1.3 โดยใช้เวลา 30 นาที โดยดูโจทย์จากแบบทดสอบในท้ายคู่มือนักศึกษา 6. ให้นักศึกษาประเมินผลการเรียนรู้ ประเมินเจตคติของตนเองตามแบบประเมินทีแจกให้ 7. ให้นักศึกษาศึกษาเกณฑ์ประเมินต่างๆ ตามรายละเอียดในคู่มือนักศึกษา

เครองกาํ เนดิ แบบชนั ท์ แบบลองชันทค์ อมเปานด์ ไฟฟากระแสตรง แบบซรี ส์ แบบช๊อตชันท์คอมเปานด์ แบบคอมเปานด์ แบบกระตนุ้ แยก แบบกระตุน้ ตัวเอง

การแบง่ ชนดิ ของเครองกําเนิดไฟฟากระแสตรง การต่อวงจรของเครองกาํ เนดิ ไฟฟากระแสตรงแบบคอมเปานด์ วงจรของเครองกาํ เนดิ ไฟฟาแบบคอมเปานด์ ยังแบง่ ออกตามทิศทางกระแสทีไหลผ่านขดลวดสนามแมเ่ หลก็ ก) เครองกาํ เนดิ ไฟฟาแบบช๊อตชนั ท์ ควิ มูเลดีฟ คอมเปานด์ ทังสองชดุ คือ ชนั ท์ฟลดแ์ ละซีรส์ฟลด์ หากกระแสทีไหลผ่านขด ลวดสนามแมเ่ หล็กทงั สอง ชดุ สร้างเส้นแรงแมเ่ หล็กเสรมกนั (Short shunt cumulative compound generator) เรยกวา่ เครองกาํ เนิดไฟฟาแบบนวี า่ “คิวมเู ลตฟี คอมเปานด์” ข) เครองกําเนิดไฟฟาแบบลองชนั ท์ ดฟิ เฟอเรนเชยี ล คอมเปานด์ (Comulative compound) ถ้าสร้างเส้นแรงแม่เหลก็ แรงแม่ เหล็กหักร้างหรอต่อตา้ นกนั เรยกวา่ เครองกาํ เนิดไฟฟากระแส (Long shunt differential compound generator) ตรงแบบนีวา่ “ดฟิ เฟอเรนเชยี ล คอมเปานด์” (differential ค) เครองกาํ เนิดไฟฟาแบบลองชันท์ คิวมูเลดฟี คอมเปานด์ compound) เครองกาํ เนิดไฟฟากระแสตรงแบบคอมเปานด์ สามารถแบง่ การต่อวงจรออกไดท้ ังหมด 4 แบบ จึงนาํ วงจร (Long shunt cumulative compound generator) ทังหมดมาแสดง ในรูป ง) เครองกําเนิดไฟฟาแบบช๊อตชันท์ ดฟิ เฟอเรนเชยี ล คอมเปานด์ (Short shunt differential compound generator)

การแบง่ ชนิดของเครองกาํ เนิดไฟฟากระแสตรง 1. เครองกาํ เนิดไฟฟาแบบกระตุ้นแยก เครองกําเนดิ ไฟฟาแบบนจี าํ เปนตอ้ งมแี หล่งจ่ายไฟฟากระแสตรงจากภายนอก เชน่ แบตเตอร เครองกําเนดิ ไฟฟาหรอ แหล่งกําเนิดไฟฟากระแสตรงมากระตนุ้ ขดลวดสนามแมเ่ หลก็ สญั ลกั ษณ์และวงจรเครองกําเนดิ ไฟฟาแบบกระตุน้ แยกได้ ไวใ้ นรูป ก. คอื wiring diagram และรูป ข. คอื schematic diagram กข สัญลกั ษณแ์ ละวงจรเครองกาํ เนิดไฟฟากระแสตรงแบบกระตุ้นแยก

การแบง่ ชนิดของเครองกําเนิดไฟฟากระแสตรง 2. เครองกาํ เนิดไฟฟาแบบกระตุ้นด้วยตัวเอง เครองกําเนดิ ไฟฟาแบบนี ขดลวดสนามแมเ่ หลก็ ของมนั ถูกกระต้นุ ดว้ ยกระแส เกิดจากขดลวด อาร์เมเจอร์ซงึ อยภู่ ายในตวั ของมนั เอง โดยอาศัยอํานาจแม่เหล็กตกค้างทยี งั หลงเหลอื อยู่ทีขัว แม่เหลก็ เมือขดลวดอาร์เมเจอร์หมนุ ตัดเส้นแรงแม่เหลก็ ตกค้าง (Residual flux) จะมีแรง เคลอื นไฟฟาเหนยี วนาํ จํานวนเล็กนอ้ ยเกิดขนึ ในขดลวดอาร์เมเจอร์ทําใหม้ ีกระแสไฟฟาไหลผ่าน ขดลวดสนามแม่เหลก็ สร้างเสน้ แรงแมเ่ หล็กเสรมกบั เสน้ แรงแม่เหลก็ ตกคา้ ง ทําใหม้ ปี รมาณ เส้นแรงแมเ่ หลก็ เพมิ ขนึ เครองกําเนิดไฟฟาแบบกระตุ้นตวั เองแบง่ ออกได้ 3 แบบคือ แบบชันท์ แบบซรี ส์ และแบบ คอมเปานด์

การแบ่งชนิดของเครองกําเนดิ ไฟฟากระแสตรง 2.1 เครองกําเนิดไฟฟาแบบชนั ทห์ รอแบบขนาน เครองกําเนิดไฟฟาแบบนี ขดลวดสนามแม่เหล็กพันดว้ ยลวดทองแดงเส้นเล็กจาํ นวนมากรอบจงึ มคี า่ ความตา้ นทานสงู ต่อขนานกบั อาร์เมเจอร์และโหลด เรยกวา่ ขดลวดชนั ฟลด์ สญั ลักษณ์ และวงจรเครองกําเนดิ ไฟฟาแบบชนั ท์แสดงไว้ ในรูปที ก. wiring diagram และรูปที ข. คือ Schematic diagram กข สัญลกั ษณ์และวงจรของเครองกําเนิดไฟฟาแบบชนั ท์

การแบง่ ชนิดของเครองกําเนิดไฟฟากระแสตรง 2.2 เครองกาํ เนดิ ไฟฟาแบบซีรส์ เครองกําเนดิ ไฟฟาแบบซรี ส์ขดลวดสนามแมเ่ หล็กพันด้วยลวดทองแดงเส้นใหญจ่ าํ นวนน้อยรอบ จงึ มีคา่ ความตา้ นทาน ตําต่ออนุกรมกับอาร์เมเจอร์ และโหลดเรยกวา่ ขดลวดซรี ส์ฟลด์ดว้ ยสาเหตดุ งั กล่าวกระแสทไี หลผ่านอาร์เมเจอร์ ซีรสฟ์ ลด์ และโหลดจงึ มคี ่าเทา่ กันสญั ลักษณ์และวงจรเครองกาํ เนดิ ไฟฟาแบบซีรส์ แสดงไวใ้ น รูป ก. Wiring diagram และ รูป ข. คอื schematic diagram ก ข สัญลักษณ์และวงจรของเครองกําเนดิ ไฟฟาแบบซีรส์

การแบง่ ชนดิ ของเครองกาํ เนดิ ไฟฟากระแสตรง 2.3 เครองกําเนิดไฟฟาแบบคอมเปานด์หรอแบบผสม เครองกาํ เนิดไฟฟาแบบนมี ขี ดลวดสนามแม่เหล็ก 2 ชดุ พันอยูร่ อบแกนขวั แม่เหล็กเดียวกนั คือขดลวดชนั ท์ฟลด์และขดลวดซีรส์ ฟลด์ เครองกําเนิดไฟฟาแบบคอมเปานดย์ ังแบ่งออกตามลักษณะการต่อวงจรขดลวดสนามแมเ่ หลก็ ทังสองชดุ เข้ากับวงจรอาร์ เมเจอร์ และโหลดได้เปนสองแบบคอื 1) เครองกาํ เนดิ ไฟฟาแบบลองชันท์คอมเปานด์ 2) เครองกาํ เนิดไฟฟาแบบช๊อตคอมเปานด์ สัญลกั ษณแ์ ละวงจรอยา่ งงา่ ยของเครองกําเนิดไฟฟาแบบคอมเปานด์ทงั แบบลองชนั ท์และช๊อตชนั ท์ได้แสดงไวท้ รี ูปในหน้าถดั ไป นอกเหนือจากทกี ลา่ วมาแล้วนอกเหนอื จากทีกลา่ วมาแล้วการตอ่ วงจรของครองกาํ เนิดไฟฟาแบบคอมเปานดย์ ังสามารถแบ่งออก ตามทศิ ทางเดียวกัน มันจะสร้างเส้นแรงแม่เหลก็ เสรมกนั เรยกวา่ ควิ มูเลตีฟ คอมเปานด์ ถ้าหากกระแสไหลในทิศทางตรงกันข้าม มันจะสร้างเสน้ แรงแม่เหล็กหักร้างหรอตอ่ ต้านกนั เรยกวา่ ดฟี เฟอเรนเชียล คอมเปานด์ ดงั นันเครองกําเนดิ ไฟฟาแบบลองชนั ท์คอมเปานด์จึงแบ่งการตอ่ วงจรไดส้ องแบบ คือ 1) เครองกาํ เนดิ ไฟฟาแบบลองชันท์ คิวมเู ลตีฟคอมเปานด์ (Long shunt cumulative compoundgenerator) 2) เครองกาํ เนดิ ไฟฟาแบบลองชนั ท์ ดิฟเฟอเรเชยี ลคอมเปานด์ (Longshunt differential compoundgenerator)

การแบง่ ชนดิ ของเครองกาํ เนิดไฟฟากระแสตรง วงจรอย่างงา่ ยของเครองกาํ เนิดไฟฟาสองแบบ แสดงไวใ้ นรูป ค. และรูป ข. ตามลําดบั ในทาํ นองเดียวกันเครองกําเนิด ไฟฟาแบบลองชนั ทค์ อมเปานด์ก็แบง่ การตอ่ วงจรไดส้ องแบบ คอื 1) เครองกําเนิดไฟฟาแบบชอร์ทชนั ท์คิวมเู ลตฟี คอมเปานด์ (Shortshunt cumulative compoundgenerator) 2) เครองกําเนิดไฟฟาแบบชอร์ทชันทด์ ิฟเฟอเรเชยี ล คอมเปานด์ (Short shuntdifferential compound generator) วงจรอยา่ งงา่ ยของเครองกาํ เนิดไฟฟาทงั สองแบบ ดังรูป ก. และรูป ง. กขค ง

การแบ่งชนดิ ของเครองกาํ เนดิ ไฟฟากระแสตรง 3. วงจรสมมลู ย์ของเครองกาํ เนดิ ไฟฟากระแสตรง เพือความสะดวกในการคาํ นวณ และเขา้ ใจไดง้ า่ ยจึงเขียนวงจรสมมูล (equivalent circuit) ของเครอง กาํ เนดิ ไฟฟาแบบตา่ งๆ รวมทังสมการทเี กยี วข้องไว้ดงั นี ก. เครองกาํ เนิดไฟฟาแบบกระตนุ้ แยก วงจรสมมลู ยของเคร่อื งกาํ เนิดไฟฟ าแบบกระตนุ แยก E = แรงเคลือนไฟฟาเหนียวนําทเี กดิ ขนึ ใน อาร์เมเจอร์เปน โวลต์ Ra = ความตา้ นทานในวงจรขดลวดอาร์เมเจอร์ เปน โอห์ม Ia = กระแสอาร์เมเจอร์ เปน แอมแปร์ V = แรงดันไฟฟาทีขัว (terminal voltage) เปน โวลท์ I = กระแสโหลด เปน แอมแปร์ If = กระแสในวงจรขดลวดฟลด์ เปน แอมแปร์ **Ia = I

การแบง่ ชนิดของเครองกาํ เนิดไฟฟากระแสตรง ข. เครองกาํ เนิดไฟฟาแบบชนั ท์ วงจรสมมูลของเคร่ืองกาํ เนิดไฟฟ าแบบชนั้ ท Ish = กระแสในขดลวดชันฟลดเ์ ปน แอมแปร์ Rsh = ความต้านทานของขดลวดชันฟลด์เปน โอหม์ Vb = แรงดนั ไฟฟาตกทีแปรงถ่านเปน โวลต์

การแบง่ ชนดิ ของเครองกําเนดิ ไฟฟากระแสตรง ค. เครองกําเนดิ ไฟฟาแบบซรี ส์ วงจรสมมูลยของเคร่อื งกาํ เนิดไฟฟ าแบบซรี ีส Ise = กระแสในขดลวดซรี สฟ์ ลด์ เปน แอมแปร์ Rse = ความต้านทานของขดลวดซรี สฟ์ ลด์ เปน โอหม์

การแบ่งชนดิ ของเครองกาํ เนดิ ไฟฟากระแสตรง เครองกาํ เนิดไฟฟาแบบลองชนั ทค์ อมเปานด์ วงจรสมมลู ของเคร่ืองกําเนิดไฟฟ า แบบลองชัน้ ทคอมเปานด

การแบง่ ชนดิ ของเครองกาํ เนิดไฟฟากระแสตรง เครองกาํ เนิดไฟฟาแบบชอ๊ ตชนั ทค์ อมเปานด์ วงจรสมมลู เครองกําเนิดไฟฟา แบบช๊อตชันท์คอมเปานด์

4. สมการของแรงเคลอื นไฟฟาเหนยี วนาํ สมการของแรงเคลอื นไฟฟาเหนียวนําทเี กิดขึนในอาร์เมเจอร์ โวลท ∅เมือ E = แรงเคลอื นไฟฟาเหนยี วนํา เปน โวลท์ = เส้นแรงแมเ่ หล็กตอ่ ขวั เปน เวเบอร์ N = ความเร็วรอบของอาร์เมเจอร์ เปน รอบต่อนาที P = จาํ นวนขวั แม่เหล็ก Z = จาํ นวนตวั นาํ ทังหมดในอาร์เมเจอร์ A = จาํ นวนทางขนานในอาร์เมเจอร์ เมอื A = P สําหรับการพนั ขดลวดอาร์เมเจอร์แบบแลพหรอซมิ เพล็กซ์แลพ A = 2 สําหรับการพันขดลวดอาร์เมเจอร์แบบดูเพล็กซ์แลพ A = 3P สาํ หรับการพนั ขดลวดอาร์เมเจอร์แบบทรพเพล็กซแ์ ลพ A = 2 สาํ หรับการพนั ขดลวดอาร์เมเจอร์แบบเวฟหรอซิมเพลก็ ซ์เวฟ A = 2 2 = 4 สําหรับการพันขดลวดอาร์เมเจอร์แบบดูเพล็กซเ์ วฟ A = 3 2 = 6 สําหรับการพันขดลวดอาร์เมเจอร์แบบทรพเพลก็ ซ์เวฟ

4. สมการของแรงเคลือนไฟฟาเหนยี วนํา ตวั อย่างที 1.1 เครองกาํ เนดิ ไฟฟากระแสตรง 4 ขัว อาร์เมเจอร์ มี 51 ร่องแตล่ ะร่องมี 20 ตวั นํา พันขด ลวดแบบแลพ จงหาแรงเคลอื นไฟฟาเมือมเี ครองกําเนิดถกู ขับใหห้ มุนด้วยความเร็ว 1,500 รอบต่อนาที ถา้ เสน้ แรงแมเ่ หลก็ ต่อขัวเปน 7.0 มิวลเิ บอร์

4. สมการของแรงเคลอื นไฟฟาเหนยี วนํา ตวั อย่าง 1.2 เครองกาํ เนดิ ไฟฟากระแสตรงเครองหนึงมขี วั แมเ่ หลก็ 8 ขวั มตี ัวนําทังหมด ในอาร์เมเจอร์ 960 ตวั นํามีเส้นแรงแม่เหลก็ ตอ่ ขวั 20 มิลลเิ วเบอร์จงหาแรงเคลือนแม่เหลก็ ไฟฟาเมือเครองกําเนิดถกู ขับ ให้หมนุ ดว้ ยความเร็ว 500 รอบต่อนาทถี า้ พันขดลวดอาร์เมเจอร์แบบ ก. ซมิ เพล็กซ์แลพและซิมเพลก็ ซ์เวฟ ข. ดเู พล็กซ์แลพและดูเพลก็ ซ์เวฟ ค. ทรพเพล็กซแ์ ลพและทรพเพล็กซเ์ วฟ

(ตอ่ ตวั อย่างที 1.2)

(ตอ่ ตวั อย่างที 1.2)

4. สมการของแรงเคลือนไฟฟาเหนยี วนาํ ตวั อย่าง 1.3 เครองกาํ เนิดไฟฟาแบบชนั ทเ์ ครองหนึงจา่ ยกระแส 450 A ทีแรงดัน 230 V ขดลวดชันทฟ์ ลด์ และอาร์เมเจอร์มคี วามต้านทาน 50 และ 0.03 ตามลําดับ จงคํานวณหาคา่ ต่าง ๆ ดังนี ก. กระแสทไี หลผ่าขดลวดชันท์ฟลด์ ข. กระแสอาร์เมเจอร์ ค. แรงดันไฟฟาตกคร่อมความต้านทานของอาร์เมเจอร์ ง. แรงเคลือนกาํ เนดิ ไฟฟาเหนียวนําทีเกดิ ขึนในอาร์เมเจอร์

(ตอ่ ตวั อย่างที 1.3)

(ตอ่ ตวั อย่างที 1.3)

4. สมการของแรงเคลือนไฟฟาเหนยี วนาํ ตัวอยา่ ง 1.4 เครองกาํ เนดิ ไฟฟาแบบลองชนั ทค์ อมเปานด์เครองหนึง จา่ ยกระแสโหลด 50 A ที แรงดัน 500 V อาร์เมเจอร์ ขดลวดซีรส์ฟลด์ และชนั ท์ฟลด์มีความต้านทาน 0.05 0.03 และ 250 ตามลาํ ดับ ถา้ กําหนดให้มแี รงดนั ไฟฟาตกทีแปรงถ่านข้างละ 1V จงคํานวณหา ก. กระแสไหลผา่ นขดลวดชนั ท์ฟลด์ ข. กระแสไหลผา่ นอาเมเจอร์ ค. กระแสไหลผา่ นขดลวดซรี ส์ฟลด์ ง. แรงดนั ตกคร่อมขดลวดซีรสฟ์ ลด์ จ. แรงดันตกคร่อมความตา้ นทานของอาร์เมเจอร์ ฉ. แรงดันตกทีแปรงถ่าน 2 ข้าง ช. แรงเคลือนไฟฟาเหนยี วนาํ

(ตอ่ ตวั อย่างที 1.4)

(ตอ่ ตวั อย่างที 1.4)