คู่มือนักศึกษาหน่วยที่ 1 คุณลักษณะสมบัติของเครื่องกลไฟฟ้ากระแสตรง

คู่มือนักศึกษาหน่วยที่ 1 คุณลักษณะสมบัติของเครื่องกลไฟฟ้ากระแสตรง เรื่องที่ 1.2 หลักการทำงานเครื่อง กำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง นายคมสัน กลางแท่น วิชา เครื่องกลไฟฟ้า 1 ชุดการสอนวิชาเครื่องกลไฟฟ้า 1 (3104-2002) สำหรับนักศึกษาระดับประกาศนียบัตรวิชาชีพชั้นสูง ตามหลักสูตรประกาศนียบัตรวิชาชีพชั้นสูง พ.ศ. 2563

หลักการทำงานเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง การเกิดแรงดันไฟฟ้ากระแส นั้น จะเกิดแรงดันไฟฟ้ากระแส สลับในขดลวดตัวนำ สลับออกมาเป็นรูปคลื่นไซน์ แล้ว จึงถูกเปลี่ยนให้เป็นไฟฟ้ากระแส ตรงด้วยคอมมิวเตเตอร์ การ เกิดแรงดันไฟฟ้ากระสลับ รูปคลื่ นไซน์ที่ เกิดขึ้นที่ ขดลวด ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

หลักการทำงานเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง เมื่อขดลวดหมุนครบ 1 รอบ ขดลวดตัวนำจะอยู่ในลักษณะตั้งฉากกับเส้นแรงแม่เหล็ก โดยขด ลวดตัวนำทั้ง 2 ด้าน อยู่ระหว่างเส้นแรงแม่เหล็ก ในตำแหน่ง 0 และตำแหน่ง 180 องศาขด ลวดตัวนำจะไม่ตัดกับเส้นแรงแม่เหล็ก จะไม่มีแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวด เมื่อขดลวดตัวนำทั้ง 2 ด้านอยู่ในลักษณะที่ขนานกันกับเส้นแรงแม่เหล็ก ขดลวดตัวนำทั้ง 2 ด้านจะตัดกับเส้นแรงแม่เหล็กมากที่สุด ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่ตำแหน่งนี้จะเกิดขึ้น สูงสุด เพราะอัตราการตัดสนามผ่านเส้นแรงแม่เหล็กมีมากที่สุด คือตำแหน่งที่ 90 และ 270 องศา ของในแต่ละรอบการหมุน ซึ่งทิศทางของแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นสามารถหาได้ โดยการใช้กฎมือขวาของ เฟลมมิ่ง ถ้าขดลวดหมุนด้วยความเร็วคงที่ และความเข้มของ สนามแม่เหล็กเท่ากันตลอด จำนวนรอบต่อวินาที (Cycle Per Second) ของแรงเคลื่อน ไฟฟ้าจะมีค่าคงที่ เมื่อการหมุนขดลวดต่อเนื่องกัน จะทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบไซน์ต่อ เนื่องกันไป จะทำให้ได้แรงเคลื่อนไฟฟ้าสลับ (AC.Voltage) คือวิธีการเปลี่ยนพลังงานกลให้ เป็นพลังงานไฟฟ้า

หลักการทำงานเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง การเกิดแรงดันไฟฟ้ากระแส เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงนั้น จะเกิดแรง ตรงด้วยคอมมิวเตเตอร์ ไฟฟ้ากระแสสลับ ออกมาเป็นรูปคลื่นไซน์ แล้วจึงเปลี่ยน ให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรงด้วยคอมมิวเตเตอร์ คือ คอมมิว เตเตอร์ทำหน้าที่เปลี่ยนแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่เกิด ขึ้นในขดลวดให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรงต่อออกมายังวงจร ภายนอก จากแปรงถ่านทางด้านซ้ายมือจะถูกต่อเข้ากับขดลวดที่ กำลังหมุนด้านล่างตลอดเวลา ซึ่งทำให้แปรงถ่านมีศักย์ เป็นบวกเสมอ ในทำนองเดียวกันแปรงถ่านด้านขวามือ ถูกต่อเข้ากับขดลวดด้านที่กำลังหมุนขึ้นด้านบนตลอด เวลาซึ่งทำให้มีศักย์เป็นลบเสมอ แรงดันไฟฟ้าที่ออกมา ในครึ่งรอบหลังจะเหมือนกับรอบแรก

หลักการทำงานเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง ถ้าใช้คาปาซิเตอร์เป็นตัวกรองแรงดันไฟฟ้า (filter) โดยต่อคร่อมกับแปรงถ่าน จะได้ แรงดันไฟฟ้าที่มีขนาดใกล้เคียง กับระดับแรงดันไฟฟ้าสูงสุดและมีลักษณะเรียบขึ้นแต่ แสดงการเพิ่มขดลวด ถ้าใช้ขดลวด (Choke) เป็นตัวกรองแรงดันไฟฟ้า จะได้แรงดันไฟฟ้าประมาณค่าเฉลี่ย ของแรงดันไฟฟ้านี้ขึ้นลง ในกรณีที่ไม่ใช้ตัวกรองแรงดันไฟฟ้า จะถือว่าแรงดันไฟฟ้ามี ค่าเท่ากับค่าเฉลี่ย (average value) เมื่อไม่ใช้ตัวกรองแรงดันไฟฟ้าแรงดันที่ออก จากเครื่องกำเนิดเดี่ยวที่มีขดลวดเดี่ยวจะเป็นไฟฟ้ากระแสตรงที่ขึ้นลง ซึ่งจะเพิ่มขึ้นถึง ค่าสูงสุดและลดต่ำถึงศูนย์สองครั้งในหนึ่งรอบการหมุน การเกิดแรงดันไฟฟ้านี้เรียก ว่าแรงดันไฟฟ้ากระเพื่อมแรงดันไฟฟ้านี้ไม่เหมาะสมกับการใช้งาน จากรูป การ เปลี่ยนแปลงระดับแรงดันไฟฟ้า หรือการกระเพื่อมสามารถที่จะลดให้น้อยลงได้โดยใช้ ขดลวดสองชุดวางในตำแหน่งตั้งฉากซึ่งกันและกัน แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นใน ขดลวดแต่ละชุดมีขนาดเท่ากันต่างเฟสกัน 90 องศา เมื่อขดลวดหมุนแรงดันไฟฟ้า เหนี่ยวนำมีค่าเท่ากับ 0.707 ของค่าสูงสุดแปรงถ่าน จะเปลี่ยนซี่คอมมิวเตเตอร์จากซี่ ขดลวดที่กำลังลดลงไปยังซี่ที่กำลังเพิ่มขึ้น ดังนั้นเมื่อแรงดันในขดลวดชุดหนึ่งกำลัง ลดลง แรงดันไฟฟ้าในขดลวดชุดหนึ่งจะกำลังเพิ่มขึ้นลักษณะการเปลี่ยนแปลงจะเกิด ขึ้น 4 ครั้งในหนึ่งรอบของการหมุน จึงทำให้แรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่าง แปรงถ่าน ไม่ลดลงต่ำลงกว่า 0.707 ของแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำสูงสุด

หลักการทำงานเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง แรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยเมื่อใช้ขดลวด 2 ชุด การเกิดแรงดันไฟฟ้าในตั วนำที่ เคลื่ อนที่ ตั ด สนามแม่เหล็ก การใช้ขดลวดสองขุดแยกจากกัน ทำให้สามารถลดระดับการเปลี่ยนแปลงของ แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง แต่จะไม่มีผลกับค่าสูงสุดของการเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้น ดังนั้นค่าเฉลี่ยของแรงดันไฟฟ้าที่ได้สูงขึ้นตามไปด้วย ดังรูป แรงดันไฟฟ้าที่ เกิดขึ้นสามารถวัดได้โดยการต่อโวลต์มิเตอร์เข้าไปที่ขั้วทั้งสอง ค่าของแรงดัน ไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับความเข้มของสนามแม่เหล็กและตั วนำที่ เคลื่ อนที่ ตั ดกับสนาม แม่เหล็ก ถ้าความเข้มของสนามแม่เหล็กมาก แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้น มากด้วย

หลักการทำงานเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง ถ้าเราเคลื่อนที่ลงด้านล่าง กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้นในตัวนำจะไหลใน ขดลวดตัวนำในอาร์เมเจอร์ ทิศทางที่แสดงโดยลูกศรชี้ ถ้าเราเคลื่อนที่ตัวนำขึ้นด้านบนกระแส หมุนตัดสนามแม่เหล็ก ไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำขึ้นในตัวนำจะไหลทิศทางตรงกันข้าม กระแสไฟฟ้านั้น ขึ้นอยู่กับการเคลื่ อนที่ ของตั วนำถ้าพันลวดตั วนำเหมือนกับขดลวดอาร์ เมอเจอร์ ดังรูป นำปลายทั้ง 2 ข้าง ของขดลวดต่อเข้าคอมมิวเตเตอร์ 2 อัน และมีแปรงถ่านเป็นสะพานไฟต่อเข้ากับโวลท์มิเตอร์ องค์ประกอบที่ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้น ในเครื่องกำเนิด ไฟฟ้ากระแสตรง คือ 1) เส้นแรงแม่เหล็ก 2) ตัวนำ 3) การตัดเส้นแรงแม่เหล็กโดยตัวนำ

ปฎิกิริยาอาร์เมเจอร์รีแอคชั่น เมื่อต่อโหลดเข้ากับขั้วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า จะมีแรงดันไฟฟ้าตกค่อมความ ต้านทานของ อาร์เมเจอร์อันเนื่องมาจากกระแสโหลด อันเป็นสาเหตุทำให้แรง ดันไฟฟ้าที่ขั้ว (terminal voltage) ต่ำกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ นอกจากความแตกต่ างแรงดันไฟฟ้าที่ ขั้วกับแรงเคลื่ อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำยังเกิด ขึ้นเนื่องจากปรากกฎการณ์อีกอย่างหนึ่งเรียกว่า“อาร์เมเจอร์รีแอคชั่น” หรือ “ปฎิกิริยาอาร์เมเจอร์” ซึ่งจะทำให้เกิดผลต่างๆ ตามมาประการที่หนึ่งคือเส้น แรงแม่เหล็กต่อขั้วลดลงผลก็คือ ทำให้แรงดันไฟฟ้าลดลง ประการที่สองคือ ทำให้เกิดประกายไฟที่แปรงถ่านกับคอมมิวเตเตอร์

ปฎิกิริยาอาร์เมเจอร์รีแอคชั่น อาร์เมเจอร์รีแอคชั่น คือเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสอาร์เมเจอร์ ซึ่งมีผลกระทบ กับเส้นแรงแม่เหล็กของขั้วแม่เหล็ก อันเป็นสาเหตุทำให้แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของเครื่อง กำเนิดไฟฟ้าลดลง แสดงเส้นแรงแม่เหล็กในช่องว่างอากาศระหว่างขั้วเหนือและ ขั้วใต้ ซึ่งเกิดจากกระตุ้นขดลวดสนามแม่เหล็ก เส้นที่ตั้งฉาก กับแนวของเส้นแรงแม่เหล็กเรียกว่า “แกนนิวตรัล” (Neutral plane) ซึ่งเป็นตำแหน่งที่ไม่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้า เหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในตัวนำ เนื่องจากตัวนำที่อยู่ในแนวดัง กล่าวเคลื่อนที่ขนานกับเส้นแรงแม่เหล็กเวคเตอร์ OFm ใน เส้นแรงแม่เหล็กเกิดจากกระแส รูปขวามือเขียนแทนขนาดและทิศทางแรงเคลื่ อนแม่เหล็ก ไหล่ผ่านขดลวดสนามแม่เหล็ก ของขั้วแม่เหล็กซึ่งมีทิศทางตั้งฉากกับแกนนิวตรัล

ปฎิกิริยาอาร์เมเจอร์รีแอคชั่น จากรูป แสดงเฉพาะเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้นรอบตัวนำ ในอาร์เมเจอร์ ซึ่งเกิดขึ้นในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจ่ายโหลด จะสังเกตุว่ามันมีทิศทางเดียวกับแนวแกนแปรงถ่าน และ มีทิศทางตั้งฉากกับแนวเส้นแรงแม่เหล็กของขั้วแม่เหล็ก เวคเตอร์ OFA เขียนแทนขนาด และทิศทางแรงเคลื่อน แม่เหล็กของอาร์เมเจอร์ซึ่งมีทิศทางเดียวเดียวกันกับ แนวแกนแปรงถ่าน

ปฎิกิริยาอาร์เมเจอร์รีแอคชั่น จากรูปคือ ผลรวมเส้นแรงแม่เหล็กของทั้งสองแห่งเป็นเหตุให้เส้นแรงแม่เหล็กรวม (Resultant flux) บิดเบนไปในทิศทางเดียวกับทางหมุนของอาร์เมเจอร์ ทำให้ตำแหน่งของแกนนิวตรัลบิดเบนไปด้วย จึง จำเป็นต้องเลื่อนตำแหน่งแปรงถ่านตามไปด้วยไปอยู่ในตำแหน่ง “แกนนิวตรัลใหม่” (New neutral plane) ซึ่งเป็นตำแหน่งที่มีประกายไฟ (Arc) เกิดขึ้นน้อยที่สุด ระยะทางที่มุมหรือที่แนวแกนนิวตรัลและ ตำแหน่งที่แปรงถ่านถูกเปลี่ยนไปจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกระแสโหลดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เวคเตอร์ Fo เขียนแทนขนาดและทิศทางแรงเคลื่อนแม่เหล็กผลรวมระหว่างแรงเคลื่อนแม่เหล็ก Fm และแรงเคลี่อนแม่เหล็กของอาร์เมเจอร์ FA

ปฎิกิริยาอาร์เมเจอร์รีแอคชั่น เมื่อแปรงถ่านเลื่อนไปตำแหน่งแกนนิวตรัลใหม่แล้ว ทิศทางของเส้นแรงแม่เหล็กรอบตัวนำ ในอาร์เมเจอร์จะเอียงลงด้านซ้ายดังรูป แรงเคลื่อนแม่เหล็กของอาร์เมเจอร์ เขียนแทนด้วย เวคเตอร์ FA ในรูปขวามือ ซึ่งสามารถแบ่งออกได้เป็นสองส่วน (โดยอาศัยเดียวกับการแตก แรง ) ในแนวแกน X และแนวแกน Y ในแนวแกน X จะได้เวคเตอร์ FD ซึ่งมีทิศทางตรงข้าม หรือขนานกับแนวเส้นแรงแม่เหล็ก ในแนวแกน Y จะได้เวคเตอร์ FC ซึ่งมีทิศทางตั้งฉากแนว เส้นแรงแม่เหล็กของขั้วแม่เหล็ก

ปฎิกิริยาอาร์เมเจอร์รีแอคชั่น จะสังเกตเห็นว่าเวคเตอร์ FD ซึ่งมีทิศทางตรงข้ามเวคเตอร์ F (สนามแม่เหล็กของขั้วแม่เหล็ก) ดังรูป ซึ่งจะมีผลทำให้เส้นแรง วแ่าม่“เหดีลแ็กมขกอเนงขไัต้วซแิงม่เเหอ็ลม็กเอล็มดเลองฟแ”ร(งDเคeลmื่อaนgแnมe่เtหisล็iกngFDmนีm้เรfีย) ก ขฉเหอาลกง็กกอับบาิรดเ์วเเมคบเนเจตไอปอรร์์รแีแFรองจคเะคมชัีล่ืผน่ อลสนทำแำหมใ่รหัเ้บหเสเล้ว็นกคแเFรตCงอแรนี์ม้เ่FรเีCหยลกซ็ึก่วง่ขามีอ“ทิงคศขรั้ทวอาแสงมแ่ตั้มงก เนไตซิง เอ็มเอ็มเอฟ” (Crossmagneitizing mmf) ของอาร์ เมเจอร์ เมื่อ = mmf F = mmf ของขั้วแม่เหล็ก FA ของอาร์เมเจอร์ FO = รวมผล mmf ของ F กับ FA FD = ดีแมกเนไตซิ่ง เอ็มเอ็มเอฟ FC = ครอสแมเนไตซิ่ง เอ็มเอ็มเอฟ

ปฎิกิริยาอาร์เมเจอร์รีแอคชั่น ลวดตัวนำในอาร์เมเจอร์ซึ่งก่อให้เกิดผลสองประการ ในรูป ก. แสดงตำแหน่งที่ แปรงถ่านถูกเลื่อนไปจากแนวแกนนิวตรัลเดิมไปอยู่ในแนวแกนนิวตรัลใหม่ เป็นมุม βทำลใหว้เดกิตดั วแนรำงทั้เงคหลื่มอดนทแี่ อม่ยูเ่หภลา็ยกในFDมุมมี2ทิβศททั้างงดต้ารนงบข้นาแมลกัะบด้แารนงล่เาคงลืข่ ออนงแอมา่รเ์หเมล็เกจขออร์งจขะั้ว แม่เหล็ก F เรียกแรงเคลื่อนแม่เหล็กที่เกิดขึ้นเนื่องจากตัวนำภายในมุม 2β ว่า “ดี แมกเตไตซิง เอ็มเอ็มเอฟ” หรือ “แบคแอมแปร์ – เทินส์” (back ampereturns) สำหรับตัวนำที่ทางด้านซ้ายและด้านขวาของอาร์เมเจอร์ หมายถึงตัวนำที่อยู่ รเฉนนอืาอ่ อกสกงกแมัจุบอมาแมก2รแตβังปวเรดนค์ัำงล–ืท่รีอู่เปอทนิยูนแข่ภสม.์่าจเย(หะนทCล็ำอrกใoกขห้sมอเุsกมงิaดขั2้mแวβแรpงมว่e่าเเrคห“eลลืค่–็อกรtนuอFแrสnเมแ่รsีเมย)หกกลซ็เึแก่นงรไแFงตCรเซคิง่งมเลีืค่ทอเิลอศืน็่ อมทแนเามอ่แง็เมเมหค่เเลอ็ลหืก่ฟอลท็”ีนก่ เหทกีFิ่รลดืCองขึ้ตนั“น้ีงค้จะ มีผลทำให้เส้นแรงแม่เหล็กของขั้วแม่เหล็กบิดเบนไปในทิศทางเดียวกับทิศทางการ หมุนของ อาร์เมเจอร์ ผลที่เกิดแรงเคลื่อนแม่เหล็กของอาร์เมเจอร์ทั้งสองประการ ดังกล่าวข้างต้น คือ ก ) แสดงตัวนำในมุม 2β ซึ่งทำให้เกิดแรงเคลื่อน ขแม)่เหแลส็กดดงี แซึ่มงกทำเนใหไ้ตเกซิิ่ดงแFรDงเคลื่ อนแม่เหล็กครอส แมกเนไตซิ่ง FC

ปฎิกิริยาอาร์เมเจอร์รีแอคชั่น กรณีครอสแมกเนไตซิง เอ็มเอ็มเอฟ หรือครอสแอมแปร์ – เทินส์ ทำให้ต้อง เลื่อนแปรงถ่านไปจากตำแหน่งเดิมเป็นมุม β ในทิศทางเดียวกับทิศทางหมุนของอาร์ เมเจอร์และเมื่อกระแสโหลดเปลี่ยนแปรงไปมุม β ก็จะเปลี่ยนแปลงตามไปด้วย เพื่อ ลดประกายไฟซึ่งเกิดขึ้นที่แปรงถ่าน กรณีดีแมกเนไตซิง เอ็มเอ็มเอฟ หรือแบคแอมแปร์ – เทินส์ จะมีค่าเปลี่ยนแปลง ตามกระแสโหลดและเนื่องจากกระแสแรงแม่เหล็กของดีแมกเนไตซิง เอ็มเอ็มเอฟ มี ทิศทางตรงข้ามกับเส้นแรงแม่เหล็กของขั้วแม่เหล็กจึงทำให้เส้นแรงแม่เหล็กของขั้ว แม่เหล็กลดลงทำให้แรงเคลื่ อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่ ได้มีค่าลดลง

ขดลวดเชยหรือขดลวดทดแทน ขดลวดเชยหรือขดลวดทดแทน (Compensating winding) นี้จะพันอยู่ในร่องบริเวณพื้ นผิวด้านหน้าของขั้ง แม่เหล็ก ดังรูป ดังนั้นจึงอยู่ในลักษณะที่ตัวนำ ของขดลวดชดเชยวางขนานกับขดลวดอาร์ เมเจอร์ และต่ออนุกรมกับขดลวดอาร์เมเจอร์ แสดงการพันขดลวดชดเชยไว้ในร่อง บริเวณพื้นผิวด้านหน้าของขั้วแม่เหล็ก

ขดลวดเชยหรือขดลวดทดแทน การพันขดลวดชดเชยจะพันไว้ในทิศทางที่ ทำให้เกิดแอมแปร์ – เทินส์ เท่ากับและมีทิศทาง ตรงข้ามกับแอมแปร์ – เทินส์ ของอาร์เมเจอร์ ดังรูป เมื่อกระแสโหลดเปลี่ยนแปลงไป แอมแปร์ – เทินส์ ของขดลวดทั้งสองแห่งจะมีขนาด เปลี่ยนแปลงไปพร้อมๆ กันและจะหักล้างกันได้ หมดพอดีจึงไม่จำเป็นต้องเลื่ อนแปรงถ่านไปจาก ตำแหน่งแกนนิวตรัลเดิม ซึ่งเป็นตำแหน่งไม่มี ขดลวดชดเชไฟยฟแ้าลกะอริะนแเสตตอรร์งโปล2ในขัเ้วครื่องกำเนิด โหลด

ขดลวดเชยหรือขดลวดทดแทน เนื่ องจากมีการยุ่งยากในการผลิตและทำให้ราคาของเครื่องกลไฟฟ้าสูงขึ้ นจึงไม่นิยมใช้ขดลวด ชดเชยในเครื่องกลไฟฟ้าธรรมดาทั่วๆ ไป แต่จะใช้กับเครื่องกลไฟฟ้าที่ใช้กับงานพิเศษ เช่นใน เครื่องกลไฟฟ้ากระแสตรงขนาดใหญ่เครื่องกลไฟฟ้าที่ใช้งานในลักษณะที่มีโหลดเปลี่ยนแปลง บ่อยๆ ในทันทีทันใด ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ไม่มีขดลวดชดเชยเมื่ อจ่ายโหลดแนวแกนนิวตรัลจะเลื่ อนไปในทิศทาง เดียวกับทิศทางหมุนของอาร์เมเจอร์ (ในมอเตอร์ไฟฟ้าจะเลื่อนไปในทิศทางตรงข้ามกับทิศทาง หมุนของอาร์เมเจอร์) ถ้าแปรงถ่านยังอยู่ในตำแหน่งเดิมโดยไม่เลื่อนตามไปด้วย ลวดตัวนำที่ ต่อกับซี่คอมมิวเตเตอร์ที่สัมผัสกับแปรงถ่านจะกับแรงเส้นแม่เหล็กทำให้มีแรงเคลื่ อนไฟฟ้า เหนี่ยวนำเกิดขึ้นในขดลวดนั้น และมีกระแสไหลในขดลวดในจังหวะซี่คอมมิวเตเตอร์เคลื่อนตัว ออกจากแปรงถ่านจนกระทั่งทำให้ขดลวดเปิดวงจรออกนั้นจะมีประกายไฟเกิดขึ้นที่หน้าสัมผัส ระหว่างแปรงถ่านกับซี่คอมมิวเตเตอร์ประกายไฟที่เกิดขึ้นจะทำให้ผิวหน้าของคอมมิวเตเตอร์ และแปรงถ่านค่อยๆ สึกกร่อนไป เพื่อหลีกเลี่ยงปรากฎการณ์ดังกล่าวจึงจำเป็นต้องวาง ตำแหน่งแปรงถ่านไว้ในแนวแกนที่เส้นแรงแม่เหล็กเป็นศูนย์เสมอ (แนวแกนนิวตรัล) ประกาย ไฟที่เกิดขึ้นยังเกิดจากคอมมิวเตชั่นด้วย

แสดงกระบวนการเปลี่ยนทิศทาง คอมมิวเตชั่น การไหลของกระแสในขดลวด C คอมมิวเตชั่น (Commutation) คือ ซึ่งเรียกว่าคอมมิวเตชั่น กระบวนการเปลี่ยนทิศทางการไหลของกระแสในขดลวดอาร์ เมเจอร์เมื่อขดลวดเคลื่อนที่ผ่านพ้นแนวแกนนิวตรัล ซึ่งเป็น ตำแหน่งกึ่งกลางระหว่างขั้วแม่เหล็กเหนือและขั้วแม่เหล็กใต้ที่อยู่ ประชิดกัน โดยปกติแรงเคลื่ อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในขดลวดตัวนำ ของขดลวดอาร์มเจอร์ที่อยู่ใต้ขั้วเหนือและขั้วใต้จะต้องมีทิศทาง ตรงข้ามกันและในตำแหน่งกึ่งกลางระหว่างขั้วเหนือและขั้วใต้ซึ่ง เป็นแนวแกนของแปรงถ่าน จะมีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเป็น ศูนย์เนื่ องจากขดลวดตัวนำของขดลวดซึ่งอยู่ในบริเวณดังกล่าว ไม่ได้ตัดเส้นแรงแม่เหล็ก เมื่อขดลวดอาร์เมเจอร์หมุนไปกระแส ใน ลวดตัวนำดังกล่าวจะมีทิศทางเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาแต่ เมื่ อไหลผ่านคอมมิวเตเตอร์และแปรงถ่านจะได้ไฟฟ้ากระแสตรง ไหลในทิศทางเดียวเท่านั้น

คอมมิวเตชั่น แสดงกระบวนการเปลี่ยนทิศทาง การไหลของกระแสในขดลวด C ถ้าพิจารณาเฉพาะขดลวด C ในรูป ซึ่งเป็นตำแหน่งที่แปรงถ่านสัมผัส กับ คอมมิวเตเตอร์ซี่ที่ 3 เพียงซี่เดียว กระแสในขดลวด C ขณะนี้จะไหลอยู่ ซึ่งเรียกว่าคอมมิวเตชั่น ในทิศทางทวนเข็มนาฬิกากระแสที่ไหลคือ IC เมื่ออาร์เมเจอร์หมุนต่อไปอีก ทำให้แปรงถ่านสัมผัสกับคอมมิวเตเตอร์ซี่ที่ 3 และ 4 พร้อมกัน ดังรูป ข. ขดลวด C จะอยู่ในสภาพลัดวงจร เมื่ออาร์เมเจอร์หมุนต่อไปถึงตำแหน่งที่ แปรงถ่านสัมผัสกับคอมมิวเตเตอร์ซี่ที่ 4 เพียงซี่เดียว ดังรูป ค. กระแสใน ขดลวด C ขณะนี้จะไหลอยู่ในทิศทางตามเข็มนาฬิกากระแสที่ไหลคือ IC การ ที่กระแสในขดลวด C มีทิศทางเปลี่ยนแปลงจาก + IC ไปเป็นคือ - IC ใน ช่วงที่ขดลวด C เคลื่อนที่ผ่านแปรงถ่านนี้เรียกว่า “คอมมิวเตชั่น” การ เปลี่ยนทิศทางการไหลของกระแสในขณะที่ขดลวดอาร์เมเจอร์เคลื่ อนผ่าน แปรงถ่านซึ่งทำให้เกิดการลัดวงจรผ่านแปรงถ่านที่สัมผัสกับคอมมิวเต เตอร์ ช่วงเวลาสั้นๆ ที่เกิดการลัดวงจรของขดลวด C ดังรูป ข. เรียกว่า “ช่วงเวลาคอมมิวเตชั่น”

คอมมิวเตชั่น แสดงกระบวนการเปลี่ยนทิศทาง หากพิจารณาดูรูปที่ 1 ซึ่งเป็นช่วงเวลาของการคอมมิวเตชั่น การไหลของกระแสในขดลวด C ค่าอินดัคเตนซ์ L ในขดลวดจะพยายามต่อต้าน (ขัดขวาง) การเปลี่ยนแปลงของกระแสในขดลวด C ดังนั้นกระแสในขด ซึ่งเรียกว่าคอมมิวเตชั่น ลวดดังกล่าวจึงไม่สามารถเปลี่ยนทิศทางการไหลได้ทั้งหมด ในช่วงเวลา TC ณ ตำแหน่งซึ่งคอมมิวเตเตอร์ซี่ที่ 3 เคลื่อน 1 ตัวพ้นจากแปรงถ่านดังรูปที่ 1 ค. กระแสในขดลวดยังไม่ถึง - IC (เนื่องจากกระแสที่ตำแหน่งนี้ต้องมีค่าเป็น- IC เสมอ) นั่น การเปลี่ยนแปลงของกระแส หมายความว่า ณตำแหน่งดังกล่าวจะเกิดเซลฟ์อินดิวซ์ อีเอ็ท ลัดวงจรในขดลวดในช่วงเวลา เอฟ (selfinduced emf) หรือ รีแอคแตนซ์โวลท์เตจ (reactance voltage) มีค่าเป็น e = -L ขึ้นในจังหวะที่ขด คอมมิวเตชั่น ลวด C เปิดวงจรออกด้วยค่าที่สูงมากจึงทำให้เกิดประกายไฟ (spark) ขึ้นระหว่างแปรงถ่านกับคอมมิวเตเตอร์ซี่ที่ 3 ขณะ 2 เริ่มแยกตัวออกจากกันการเปลี่ยนแปลงของกระแสลัดวงจร ซึ่งเกิดขึ้นในขดลวดอาร์เมเจอร์ในช่วงเวลาของการของมิว เตชั่นแสดงด้วยเส้นเคอร์ฟ ในรูปที่ 2

คอมมิวเตชั่น จากรูปเส้นเคอร์ฟa แสดงการเปลี่ยนแปลงของกระแสลัดวงจรเป็น ซเึส่ง้นถืตอรว่งาเมรีีปยรกะวก่าาย“คไฟอเมกิมดิวขึ้เนตในชั่เนส้ในนเอคุ ดอมร์ฟคตbิ ” (Ideal commutation) ไม่มีการเปลี่ยนแปลงของ ก(“Sครiะอnแมuสมsใิoนวชiเd่ตวaชงั่lแนcรทีoก่ไmแร้ปลmะรชะ่uวกtงาaทย้tาไioฟยnข”อ)หงเรสกื้อนารเ“คคคอออรม์มฟมมิิวCวเเตเตปช็ัช่ันน่นกลัรรกูปณษีคณทีล่ื่กะนเรชไ่ะซนแนนส์ี้”เรียก c(เเปปOoลลีีvm่่ยยemนนrแแcuoปปtmลลaงงtmชเio้รา็uวnเtกเ)ิกaนิเนtนไืi่ปไoอปnงเรเจ)ีรยีายสก่กวกวกน่วา่ราเะส““้แอโนัสอนเเคเเปวอดลอีร่อ์ยร์รdคน์คอแนอัปม้นมลมจิมงวิะวมกเตเาลตักชบัช่ใันก่นนั”นช”่ควื(งอUแกnรรdกะแeขสrอง โอเวอร์คอมมิวเตชั่น และช่วงท้ายของอันเดอร์คอมมิวเตชั่นประกายไฟ จึงเกิดได้ง่ายที่ด้านแปรงถ่านเลื่ อนเข้าในกรณีโอเวอร์คอมมิวเตชั่นและ การเปลี่ยนแปลงของกระแส ที่ด้านแปรงถ่านเลื่ อนออกกรณีอันเดอร์คอมมิวเตชั่น ลัดวงจรในขดลวดในช่วงเวลา คอมมิวเตชั่น

การลดประกายไฟที่เกิดจากคอมมิวเตชั่น เมื่อกำเนิดไฟฟ้าจ่ายโหลดเพิ่มขึ้น กระแสอาร์เมเจอร์จะเพิ่มขึ้นตาม ทำให้ค่าของรี แอคแตซ์โวลท์เตจเพิ่มขึ้นด้วย เป็นสาเหตุให้เกิดประกายไฟมากขึ้น แปรงถ่านและซี่ คอมมิวเตเตอร์ จะมีความร้อนสะสมเพิ่มขึ้นจนอาจชำรุดเสียหายได้ จึงจำเป็นต้อง ลกดารปครอะกมามยิวไฟเตใหช้ั่นน้อด้ยวลยงคดว้วายมวติธ้ีากนาทรตา่นอไ(ปRนีe้ sistance commutation) โดยการ เพิ่มค่าความต้านทานให้กับขดลวดที่ลัดวงจร เพื่อลดกระแสลัดวงจรให้น้อยลงวิธีนี้ ทำได้โดยใช้ แปรงถ่านที่มีความต้านทานที่หน้าสัมผัสมาก เช่น แปรงถ่านคาร์บอน และแปรงถ่านแกรไฟต์ เป็นต้น ถ้ามีแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมที่หน้าระหว่างแปรงถ่าน กับคอมมิวเตเตอร์มากพอจะทำให้เส้นเคอร์ฟ ในช่วงเวลาคอมเตชั่นมีลักษณะใกล้ เคียงกับเชิงเส้นมากขึ้น วิธีนี้ใช้มากกับเครื่องกลไฟฟ้าขนาดเล็กทั่วๆ ไป

การลดประกายไฟที่เกิดจากคอมมิวเตชั่น การคอมมิวเตชั่นด้วยแรงเคลื่อนไฟฟ้า ( Emfcommutation ) โดยการทำให้มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเกิดขึ้นจำนวนหนึ่งในขดลวด ในช่วงเวลาคอมมิวเต เตอร์ซึ่งแรงเคลื่ อนไฟฟ้าดังกล่าวจะต้องมีขนาดเท่ากับและมีทิศทางตรงข้ามกับรี แถท่อาานงคกตแับาตมทนิทศซิ์ศทดทาวงาลงกทก์าเราตหรจหมทุีมนุ่เนกขิขดอองจงอากอารคา์เรอ์มเมมเจมเิจอวอรเ์ต)ร์ชหั(่นถร้ือซาึ่เงโปด็ทนยำมกไดอา้โรเดตใชยอ้อกริ์นตา้รเอตเลงือ่เอรลื์น่โอปตนลำแแปหรน่งงถแ่าปนรสงวน เมื่ อเลื่ อนแปรงถ่านตามทิศทางการหมุนของอาร์เมเจอร์จนทระทั่งขดลวดที่ลด วงจรซึ่งอยู่ภายใต้การคอมมิวเตชั่น ตัดแรงเส้นแม่เหล็กได้บ้างเล็กน้อย ทำให้มีแรง เคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้นมีค่าเพียงพอที่จะหักล้างกับรีแอคแตนซ์โวลท์เตจ และ กลไัฟกรฟะซ้แ์า”สเห(ลCันดี่oยวmวงนจmำรเใuพนื่tอขaทดtำiลnใวหg้ดรีfลแlดอuลคx)งแเกตป็านนรซศล์ูโดนวลปย์ทร์เะเสตก้นาจแยหรไมฟงดแด้ไมวป่ยเนหัว้นิลธ็ีกนเีร้ทใีี่ยชท้กไำดวใ้่หเา้ฉเกพ“ิดคาะแอกรัมบงมโิเหควเลลืต่ดอตคินงงฟที่ เท่านั้นถ้าโหลดเปลี่ยนแปลงจะทำให้มุมที่แปรงถ่านเลื่ อนไปเปลี่ยนแปรงตามไปด้วย

อินเตอร์โปลหรือขั้วแทรก อินเตอร์โปล ขดลวดอินเตอร์ การต่อขดลวดอินเตอร์โป โปลและกระแสกระตุ้น ลอนุกรมกับอาเมเจอร์ใน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบชั้น 1 2

อินเตอร์โปลหรือขั้วแทรก อินเตอร์โปล เป็นขั่วแม่เหล็กเล็กๆ ที่แทรกไว้ระหว่างขั้วแม่เหล็กหลัก (main poles) ขดลวด ทเทีีม่่พ1เัจนเอรมืร่อ์อบ(เกกขัิ้รดวณออิีนาเรคเ์ตเรืม่ออเรงจ์โกอปำรล์เรนีเแิปด็อนไคฟลชวฟั่้นดาท)แอขนงนวแาแดดกขงนอเนสิง้วนมตุใมหรัทญลี่่แจปะแเรลืล่งอะถตน่่าอไนปกเัตลบื่าออมนนทุไิกปศรจทมะามกงัาบกกอาหรารรหื์อเมมุนน้เอจขอยอรขงึ์้นอดัอางรยร์ูู่กปับ กระแสโหลด ดังนั้นเมื่อโหลดเปลี่ยนแปลงจึงจำเป็นต้องเลื่อนตำแหน่งแปรงถ่านทุกครั้งซึ่ง ไม่สะดวกในทางปฏิบัติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมุมที่แปรงถ่านเลื่อนไปมีขนาดเพิ่มขึ้น ค่าของดี แมกเนไตซิง เอ็มเอ็มเอฟ ซึ่งสร้างเส้นแรงแม่เหล็กต่อต้านกับเส้นแรงแม่เหล็กของขั้วแม่ เหล็กหลักจะมีค่าเพิ่มขึ้นตาม ทำให้แรงแม่เหล็กของขั้วแม่เหล็กลดลง เป็นผลให้แรงเคลื่อน ไฟฟ้าเหนี่ยวนำและแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วลดลงเป็นลำดับ จากข้อเสียดังกล่าว จึงนิยมใช้อินเตอร์ หโปลัลกแ(ทบนากงาครรัเ้งลื่จอึงนเตรีำยแกหว่นา่ขงั้วแแปทรรงกถ่)านแลโดะอยยูต่ิเหดนตัื้องขอิวนดเตลอวดร์โอปาลร์ไเวม้กึเ่จงอกรล์ทีา่ถงูรกะลหัดว่วางงขจั้วรพแมอ่เดหี ล็ก อทกิรศ์รโทะปแาลงสจกทีะ่าตไ้หรอหลงมผุม่ีนาขันด้วัขงเหดรูมปลือวที่ดน2อขัิ้นวแแเสตมด่อเงหรก์ลโ็ปากรลหตจ่ลอะักเวปตง็นจากมรรขทิะอศแงทสขาจดงาลกกวาขรดดหชลั้มนวุนฟดิอลคืาดอ์ร์มเแีมขลั้เวะจตเอ่ป็อรน์ขดNขั้ลวsแวSดม่nอเิหนNลเ็ตกตออิารนม์โเปตล เป็นอนุกรมกับอาร์เมเจอร์

อินเตอร์โปลหรือขั้วแทรก หน้าที่หลักของอินเตอร์โปล มี 2 ประการ คือ ประการที่หนึ่งลดประกายไฟที่เกิดจากคอมมิวเตชั่น แเทร่างกเัคบโดลแื่ยอลขนะมดไีฟทลิศวฟ้ดทาเทาีก่งิถดูตกขึรต้นังดขเ้ลราัีดมยวกกังบว่จา“รร“เีคแมื่อออมคเคมแิลืวต่ อเนตนซต์ทิีโ่งวตัลดอีทกเ์ัอเ็บตมเจสเ้อ”นฟทแำ”รใ(งหC้แปoมร่mเะหกmลา็ยกuไtขฟaอtหiงnมอgิดนไeเปตmอfร)์โมปีขลนจาะมดี สูงกวก่าาพริใกสั่ดอิน(Oเตvอeรr์โloปaลdใน) เขคึ้นรื่ไอปงอกีกลไ2ฟ0ฟ้–าก3ร0ะแ%สตโรดงยช่ไวม่ยต้ใอห้งเคเลรืื่่ออนงกตำลแสหามน่างรแถปจร่างยถโ่หานลแดตไ่ดใ้น ปัจจุบัน เครื่องกลไฟฟ้ากระแสตรง (ยกเว้นเครื่องขนาดเล็กมาก) ต้องมีอินเตอร์โปลติดตั้งไว้ เสมอการนำกระแสไฟฟ้าจากอาร์เมเจอร์ไปกระตุ้นอินเตอร์โปลเพื่อต้องการให้ได้ คอมมิวเต ติงอีเอ็มเอฟ เป็นสัดส่วนโดยตรงกับกระแสอาร์เมเจอร์ทำให้หมั่นใจได้ว่าทำให้รีแอคแตนซ์ โวลท์เตจหมดไปโดยอัตโนมัติ

อินเตอร์โปลหรือขั้วแทรก หน้าที่หลักของอินเตอร์โปล มี 2 ประการ คือ ประการที่สองลดครอสแมกเนไตซิง เอ็มเอ็มเอฟ เกหอล็ากร์กคเมารเรอจลสอดแร์คมรีรแกออเสนคแไชตัม่นซกิดงัเงนOรไูตปFซOิเงป็Aนเอแ็เมปร็เนงอ็แเมครเลงือ่ อเฟคนทลีืแ่่เอมก่ินดแจมา่ เหล็กจากขั่วแม่เหล็กหลัก ส่วน BC เป็นแรงเคลื่อน แม่เหล็กอินเตอร์โปล ดังนั้นจึงทำให้เส้นแรงแม่เหล็ก ซึ่งเกิดจากครอสแมกเนไตซิง เอ็มเอ็มเอฟหมดไป โดยอัตโนมัติ ไม่ว่าโหลดจะเปลี่ยนแปลงไปเท่าไร ก็ตาม ลทวิศดทอิานงเขตอองร์แโปรลงเมคีทลิื่ศอทนาแงมต่เรหงล็กกับBOCAขซอึ่งงเขปด็น แรงเคลื่อนแม่เหล็กครอสแมกเนไตซิงของอา เมเจอร์รีแอคชั่น

อินเตอร์โปลหรือขั้วแทรก เพื่ อเน้นให้เห็นความแตกต่างระหว่างขดลวดอินเตอร์ไปกับขดลวด ชดเชยซึ่งทั้งสองขดต่างก็ต่ออนุกรมกับอาร์เมเจอร์ โดยที่แรง เคลื่ อนแม่เหล็กทั้งสองขดต่างก็ช่วยขจัดหรือลบล้างอาร์เมเจอร์ รีแอคชั่น แต่อินเตอร์โปลยังช่วยขจัดรีแอคแตนซ์โวลท์เตจที่เกิด จากคอมมิวเตชั่น ส่วนขดลวดชดเชยนั้นช่วยขจัดครอสแมกเนไต ซิง เอ็มเอ็มเอฟของอาร์เมเจอร์รีแอคชั่นซึ่งเปลี่ยนแปลงตาม กระแสโหลด สรุปแล้วทั้งสองขดต่างก็ช่วยลดประกายไฟที่เกิดขึ้น ระหว่างหน้าสัมผัสของคอมมิวเตเตอร์และแปรงถ่านให้น้อยลง