คู่มือนักศึกษาหน่วยที่ 1 คุณลักษณะสมบัติของเครื่องกลไฟฟ้ากระแสตรง

คู่มือนักศึกษาหน่วยที 1 คุณลักษณะสมบัติของเครืองกลไฟฟากระแสตรง เรืองที 1.5 การสูญเสียและประสิทธภิ าพของ เครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง นายคมสัน กลางแท่น วิชา เครืองกลไฟฟา 1 ชุดการสอนวชาเครองกลไฟฟา 1 (3104-2002) สําหรับนักศกึ ษาระดับประกาศนียบตั รวชาชีพชนั สูง ตามหลักสตู รประกาศนียบัตรวชาชีพชนั สูง พ.ศ. 2563

คู่มือนักศึกษา ประกอบด้วย 1. แบบทดสอบก่อนเรยน หน่วยที 1 เรองที 1.5 7. กระดาษคาํ ตอบ 2. ใบความรู้ หน่วยที 1 เรองที 1.5 8. เกณฑ์ประเมินความรู้ของผู้เรยน 3. แบบฝกหัด หน่วยที 1 เรองที 1.5 9. เกณฑ์ประเมินพฤติกรรมการปฏิบัติการทดลอง 4. ใบกิจกรรม หน่วยที 1 เรองที 1.5 10. เกณฑ์ประเมินเจตคติของผู้เรยน 5. ใบงานหน่วยที 1 เรองที 1.5 11. เกณฑ์ประเมินประเมินคุณธรรม จรยธรรม ค่า 6. แบบทดสอบ หน่วยที 1 เรองที 1.5 นิยม และคุณลักษณะอันพึงประสงค์

คําแนะนาํ สาํ หรับนักศึกษา 1. ให้นักศึกษา ศึกษาคู่มือนักศึกษาโดยละเอียด และดําเนินกิจกรรมตามขันตอน ตามเวลาทีกําหนดในคู่มือนักศึกษาฉบับนี 2. ให้นักศึกษา ศึกษาหาความรู้ตามใบคู่มือนักศึกษา หน่วยที 1 เรืองที 1.5 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 1.5 โดยใช้เวลา 30 นาที โดยดูโจทย์จากแบบทดสอบในท้ายคู่มือนักศึกษา 6. ให้นักศึกษาประเมินผลการเรียนรู้ ประเมินเจตคติของตนเองตามแบบประเมินทีแจกให้ 7. ให้นักศึกษาศึกษาเกณฑ์ประเมินต่างๆ ตามรายละเอียดในคู่มือนักศึกษา

การสูญเสียและประสิทธิภาพของ เครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง เครืองกําเนิดไฟฟาจะทําหน้าทีรับพลังงานกลในรูปของการหมุนจากเครืองต้นกําลัง ทางด้านอินพุทแล้วเปลียนเปนพลังงานไฟฟาทางด้านเอาท์พุท พลังงานทีปอนเข้า ทางด้านอินพุทต่อหนึงหน่วยเวลา เรียกว่า กําลังทางกลและพลังงานไฟฟาทางด้าน เอาท์พุท พลังงานส่วนทีหายไปถือว่า เปนค่าการสูญเสีย ซงึ ในการเปลียนรูป พลังงานนันจะต้องมีการสูญเสียเกิดขึนเสมอ การสูญเสียในเครืองกําเนิด ไฟฟากระแสตรง แบ่งออกได้เปน 3 กลุ่มใหญ่ ๆ ได้ดังนี 1) การสูญเสียในขดลวดทองแดง 2) การสูญเสียในแกนเหล็ก 3) การสูญเสียทางกล

1.การสูญเสียในขดลวดทองแดง การสูญเสียในขดลวดทองแดง เปนกําลังทีสูญเสียในรูปของความรอ้ นเนืองจากกระแสไหลผ่าน ความต้านทานของขดลวดทองแดงการสูญเสียนีจะเปนปฎิภาคโดยตรงกับกระแสทีไหลผ่านขด ลวดยกกําลังสองและค่าความต้านทานของขดลวด การสูญเสียในขดลวดทองแดง ประกอบด้วย ก. การสูญเสียในขดลวดทองแดงของอาร์เมเจอร์ เปนการสูญเสียเนืองจากกระแสอาร์ เมเจอร์ ( Ia )ไหลผ่านค่าความต้านทานของวงจรขดลวดอารเ์ มเจอร์ (Ra ) เขียนเปนสมการได้ เมือ Ia = กระแสไฟฟาอารเ์ มเจอร์ เปน A Ra = ค่าความต้านทานของอารเ์ มเจอรข์ ดลวดอินเตอรโ์ ปลและอืนๆ เปน Ω การสูญเสียนีมีค่าประมาณ 30 – 40 % ของการสูญเสียเมือโหลดเต็มพิกัด

ข. การสูญเสียในขดลวดทองแดงของสนามแม่เหล็ก เปนการ สูญเสียในขดลวดทองแดงของชุดขดลวดสนามแม่เหล็ก แบ่งได้ดังนี 1) การสูญเสียในขดลวดทองแดงของชันท์ฟลด์ เขียนเปนสมการได้ เมือ Ish = กระแสขดลวดทองแดงของชันท์ฟลด์ เปน A Rsh = ค่าความต้านทานของขดลวดชันท์ฟลด์ เปน Ω Vsh = แรงดันไฟฟาทีขัวของขดลวดชันท์ฟลด์ เปน V

2) การสูญเสียในขดลวดทองแดงของซีรีส์ฟลด์ เขียนเปนสมการได้ เมือ It = กระแสในขดลวดทองแดงของซรี สี ์ฟลด์ เปน A Rt = ค่าความต้านทานของขดลวดซรี สี ์ฟลด์ เปน Ω การสูญเสียนีมีค่าประมาณ 20 – 30 % ของการสูญเสียเมือโหลดเต็มพิกัด 3) การสูญเสียเนืองจากความต้านทานทีหน้าสัมผัสของแปรงถ่าน โดยปกติจะรวมอยู่กับการสูญเสียในขดลวดทองแดงของอารเ์ มเจอร์

2. การสูญเสียในแกนเหล็ก เรยี กอีกชือหนึงว่า การสูญเสียทางแม่เหล็กการสูญเสียในแกนเหล็กส่วนใหญ่เกิดขึนในแกน เหล็กอารเ์ มเจอรเ์ มืออรเ์ มเจอรห์ มุนแกนเหล็กจะเคลือนทีผ่านขัวเหนือและขัวใต้ของขัวแม่เหล็ก ทําให้สนามแม่เหล็กทีผ่านแกนเหล็กมีการเปลียนแปลงเกิดขึนทําให้เกิดการสูญเสียเนืองจากฮิส เตอรซี สิ และกระแสไหลวนนอกจากนันมีการสูญเสียทีทีเกิดขึนตรงบรเิ วณด้านหน้าของขัวแม่ เหล็กและโปลชูในบรเิ วณนันจะเพิมขึนและลดลงเมือรอ่ ง (slot) เคลือนเข้ามาแทนทีดังนันเมือ แกนเหล็กอารเ์ มเจอรห์ มุนผ่านโปลชูจะทําให้สนามแม่เหล็กบรเิ วณหน้าขัวแม่เหล็กมีการ เปลียนแปลงอยู่ตลอดเวลา ทําให้เกิดการสูญเสียในแกนเหล็ก แบ่งได้ดังนี ก.การสูญเสียเนืองจากฮีสเตอรซี สี ข.การสูญเสียเนืองจากกระแสไหลวน

วิธีการลดสูญเสียเนืองจากกระแสไหลวน วิธีการลดการสูญเสียเนืองจาก ในแกนเหล็กอารเ์ มเจอรโ์ ดยใช้เหล็กแผ่น กระแสไหลวนในแกนเหล็กอาร์ ลามิเนท แสดงไว้ในรูป การสูญเสียในทาง เมเจอร์ โดยใช้เหล็กแผ่นลามิเนท ปฏิบัติถือว่าคงที และมีค่าประมาณ 20 – 30 % ของการสูญเสียเมือโหลดเต็มที

3. การสูญเสียทางกล การสูญเสียทางกล เรยี กอีกชือหนึงว่า “การสูญเสียเนืองจากการหมุน” การสูญเสีย ทางกลประกอบด้วย ก.การสูญเสียเนืองจากการเสียดสีหรือความฝด ข.การสูญเสียจากแรงต้านลม การสูญเสียจากการเสียดสี เกิดขึนในตลับลูกปนจะแปรผันตรงกับความข้นของ นาํ มันหล่อลืนและความเรว็ รอบในการหมุนของเพลาส่วนการสูญเสียทีเกิดจากการ เสียดสีระหว่างแปรงถ่านกับคอมมิวเตเตอร์ จะแปรผันโดยตรงกับสัมประสิทธ์การเสียด ทานของแปรงถ่าน และทีแปรงถ่าน กดบนผิวหน้าคอมมิเตเตอรแ์ ละความเรว็ รอบ ดัง นันจึงไม่ควรตังแปรงถ่านให้กดบนผิวหน้าของคอมมิวเตเตอรจ์ นแน่นมากเกินไป ทังนี นอกจากการเพิมค่าสูญเสียจากการเสียดทานแล้วยังรกั ษาแปรงถ่านและคอมมิวเต เตอรไ์ ม่ให้สึกหรอเรว็ เกินไป

การสูญเสียจากแรงต้านลม คือการสูญเสียเนืองจากการหมุนปะทะลมของ ตัวอารเ์ มเจอรแ์ ละใบพัดความรอ้ นหากจาํ นวนรอบการหมุนคงทีการสูญเสีย เนืองจากแรงต้านลมก็จะคงที การสูญเสียทางกลนีมีค่าประมาณ 10 – 20 % ของ การสูญเสียเมือโหลดเต็มพิกัด

การสูญเสียทังหมด ในเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง การสูญเสียในขดลวด การสูญเสียในแกนเหล็ก การสูญเสียทางกล ทองแดง - อาร์เมเจอร์ - ฮิสเตอรีซิส - การเสียดสีหรือ - ชันท์ฟลด์ - กระแสไหลวน ค- วแารมงฝตด้านจากลม - ซีรีส์ฟลด์

4. การสูญเสียสเตรย์ คือ ผลรวมการสูญเสียในแกนเหล็กกับการสูญเสียทางกล โดยปกติถือว่ามีค่าคงที 5. การสูญเสียคงที ในเครอื งกําเนิดไฟฟาแบบชันท์และแบบคอมเปานด์การสูญเสียในขดลวดทองแดงหรอื ชันท์ฟลด์คงที ดังนันทังการสูญเสียสเตรย์และการสูญเสียในขดลวดทองแดงของชันท์ฟลด์ รวมกันจึงมีชือเรยี กว่า “การสูญเสียคงที” ใช้สัญลักษณ์ Wc ดังนันในเครอื งกําเนิดไฟฟาแบบชันท์และแบบคอมเปานด์ การสูญเสียทังหมด = การสูญเสียในขดลวดทองแดง + Wc = I2aRa + Wc การสูญเสียทังหมด = ( I+ Ish )2 Ra+ Wc การสูญเสียในขดลวดทองแดงอาร์เมเจอร์ Arm Culoss = I2aRa เรยี กกันโดยทัวไปว่า “การสูญเสียทีแปรค่าได้”ทังนีเพราะว่ามันแปรค่าตามกระแสโหลด

6. การสูญเสียและกําลังในส่วนต่าง ๆ ของ เครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง เพาเวอร์โฟลว์ไดอะแกรม ซึงแสดงถึงการ สูญเสียและกําลังในส่วนต่าง ๆ

กําลังอินพุท หมายถึง กําลังทางกลทีได้จากกําลังเอาท์พุทของเครอื งต้นกําลัง ทีใช้ ขับเครอื งกําเนิดไฟฟาให้หมุน ใช้สัญลักษณ์ Pin กําลังไฟฟาทีเกิดขึนในอารเ์ มเจอร์ ใช้สัญลักษณ์ Pe หาค่า Pe ได้จากสมการ ดังนี ผลต่างระหว่าง Pe กับ Pe คือ การสูญเสียในแกนเหล็กและความฝด เขียนเปนสมการได้ ผลต่างระหว่าง Pe กับ Pout คือ การสูญเสียในขดลวดทองแดง เขียนเปนสมการได้

7. ประสิทธิภาพของเครืองกําเนิดไฟฟากระแสตรง กําลังอินพุททังหมดทีปอนให้กับเครอื งกําเนิดไฟฟากระแสตรง จะมีกําลังบางส่วนทีเสียไป กําลังส่วนทีเหลือจะได้ออกมาทางด้านเอาท์พุ ทในรูปของอัตราส่วนระหว่างกําลังเอาท์พุ ท ต่อกําลังอินพุท คือประสิทธิภาพซงึ ปกติจะบอกเปนเปอรเ์ ซน็ ต์เขียนเปนสมการได้ ดังนี ประสิทธิภาพในสมการ เรยี กว่า ประสิทธิภาพทางการค้า จากเพาวเวอรโ์ ฟลว์ไดอะแกรม หาประสิทธิภาพทางกลและประสิทธิภาพทางไฟฟาของ เครอื งกําเนิดไฟฟากระแสตรง ได้ดังหน้าถัดไป

จะสังเกตเห็นว่าประสิทธิภาพทังหมด ก. ประสทิ ธภิ าพทางกล M = E = C เครืองกําเนิดไฟฟาทีมี คุณลักษณะทีดีอาจมีประสิทธิภาพสูงถึง 95 % หากกล่าวถึงประสิทธิภาพทีใช้กัน อยู่ทัวไป ย่อมหมายถึง ประสิทธิภาพ ข. ประสทิ ธภิ าพทางไฟฟา ทังหมดหรือประสิทธิภาพทางการค้า( ) ประสิทธิภาพของเครืองกําเนิดจะสูงหรือ ตําขึนอยู่กับการออกแบบ ยิงเปนเครือง ทีกําลังเอาท์พุทสูงๆ ก็ต้องยิงออกแบบ ค. ประสทิ ธภิ าพทังหมดหรอื ประสทิ ธภิ าพทางการค้า ให้มีประสิทธิภาพยิงขึน