06_บทที่-2 (1) (1)

บทท่ี 2 ทฤษฎที เ่ี กยี่ วข้อง 2.1 บทนำ การท่ีจะดาเนินโครงการอย่างใดอย่างหน่ึงข้ึนมา ตอ้ งมีขอ้ มูลและศึกษาถึงความเป็ นไปได้ เพื่อท่ีจะนามาสร้างเครื่องเพ่ือท่ีจะทาใหเ้ กิดผลสาเร็จให้ไดม้ ากท่ีสุด และสามารถนาไปดาเนินการ ในข้นั ตอนในการปฏิบตั ิการในการทางาน ตามวตั ถุประสงคท์ ่ีต้งั เอาไวเ้ พ่ือสร้างเคร่ืองข้ึนมาใชง้ าน อยา่ งมีประสิทธิภาพใหไ้ ดม้ ากและสมบูรณ์ที่สุด และสามารถเสร็จตามเวลาที่กาหนด สาหรับการสร้างเคร่ืองค้นั น้าส้มอตั โนมตั ิน้ีมีหลายปัจจยั ที่จะสร้างข้ึนมาใหเ้ กษตรกรที่ปลูกส้ม ตอ้ งการแปรสภาพจากผลส้มท่ีมีราคาที่ไม่แพงมากเปล่ียนเป็ นน้าส้มท่ีเพิ่มมูลค่าเป็ นเงินมากข้ึนได้ รวมไปถึงผทู้ ี่สนใจท่ีจะทาธุรกิจภายในครัวเรือนที่มีกาลงั ผลิตท่ีสามารถส่งขายภายในพ้ืนท่ี คณะผูจ้ ดั ทาเครื่องค้นั น้าส้มอตั โนมตั ิจึงได้เล็งเห็นคุณค่าของการแปรสภาพของผลส้มเป็ น น้าส้มที่เพิ่มมูลค่าเป็นเงินข้ึนมาไดอ้ ีกแนวทางหน่ึงจากการศึกษาขนาดของส้มที่มีอยใู่ นทอ้ งตลาดมี อยู่ 3 ขนาดคือ ขนาดใหญ่ ขนาดกลาง ขนาดเล็ก ซ่ึงมีขนาดเส้นผา่ ศูนยก์ ลางประมาณ 65 มิลลิเมตร ,60 มิลลิเมตร,55 มิลลิเมตร ตามลาดบั รวมถึงการศึกษาการค้นั น้าส้มที่มีอยใู่ นทอ้ งตลาดหรือท่ีมีอยู่ พบวา่ การค้นั อยู่ 2 ลกั ษณะคือ แบบใช้แรงงานคนละแบบใชเ้ คร่ืองค้นั แบบใช้แรงงานคนจะตอ้ ง อาศยั แรงของคนบีบหรือกดส้มจนทาใหม้ ีน้าออกมาซ่ึงวิธีน้ีเป็ นวิธีที่ชา้ ไม่เหมาะในการค้นั น้าส้ม จานวนมากๆ แบบใชเ้ คร่ืองคือจะอาศยั การกด การอดั น้าส้มดว้ ยวสั ดุท่ีเป็ นโลหะไม่ข้ึนสนิมซ่ึงวิธี ท้งั 2 น้ีเปลือกของส้มจะถูกกดลงไปด้วย ทาให้น้าส้มท่ีไดน้ ้นั มีรสชาติขม รวมถึงศึกษาจากการ ทางานของคนท่ีค้นั น้าส้มโดยการบีบค้นั ผลส้มว่ามีปริมาณมากเพียงใดและรสชาติมีรสขมเจือปน หรือไม่ และเวลาทางานเปรียบเทียบจากหน่วยช่ัวโมง ต่อ ผลส้ม ที่ใชแ้ รงงานคน จึงไดม้ ีแวคิดท่ี สร้างเคร่ืองค้นั น้าส้มอตั โนมตั ิที่สามารถค้นั น้าส้มไดต้ ่อเนื่องข้ึนมาใชง้ านใหไ้ ดป้ ระโยชนม์ ากท่ีสุด 2.1.1 Switching power supply 2.1.2 Voltage Regulator Circuit 2.1.3 Arduino 2.1.4 วงจรขบั มอเตอร์แบบ H-bridge 2.1.5 โมดูล เซนเซอร์น้าฝน / ระดบั น้า 2.1.6 มอเตอร์ไฟฟ้ ากระแสตรง 2.1.7 เฟื อง

6 2.2 Switching power supply 2.2.1 หลักการทางานในปัจจุบัน ได้มีการใช้เทคโนโลยีแหล่งจ่ายกาลังสวิตช่ิงกันอย่าง แพร่หลาย ซ่ึง Switching Power Supply น้ันถูกสร้างข้ึนมาเพ่ือใช้ในงานอิเล็กทรอนิกส์ เป็ น แหล่งจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ต่างๆ และสามารถเปล่ียนแรงดันไฟจากไฟสลับโวลต์สูงให้เป็ น แรงดันไฟตรงโวลต์ต่าได้ ซ่ึงองค์ประกอบพ้ืนฐานของ Switch Power Supply น้ันโดยทว่ั ไปจะ คลา้ ยกนั และส่ิงที่สาคญั ที่สุดขององค์ประกอบน้ีคือ คอนเวอร์เตอร์ Switching Power Supply จะ ประกอบดว้ ย 3 ส่วนใหญๆ่ คือ 1.วงจรฟิ ลเตอร์และเรกติไฟเออร์ ทาหนา้ ท่ีแปลงแรงดนั ไฟสลบั เป็นไฟตรง 2.คอนเวอร์เตอร์ ทาหนา้ ที่แปลงไฟตรงเป็นไฟสลบั ความถี่สูง และแปลงกลบั เป็นไฟตรงโวลตต์ ่า 3.วงจรควบคุม ทาหน้าท่ีควบคุมการทางานของคอนเวอร์เตอร์ เพื่อให้ได้แรงดันเอาต์พุตตาม ตอ้ งการ ภาพที่ 2.1 แผนผงั แสดงหลกั การทางานของ Switching power supply การคงค่าแรงดนั จะทาโดยการป้ อนค่าแรงดนั ที่ Output กลบั มายงั วงจรควบคุม เพ่ือควบคุมใหก้ าร นากระแสมากข้ึนหรือนอ้ ยลงตามการเปล่ียนแปลงของแรงดนั ที่ Output ซ่ึงจะมีผลทาใหแ้ รงดนั Output คงท่ีได้

7 ภาพท่ี 2.2 Switching power supply 2.2.2 Full - Bridge Converter คอนเวอร์เตอร์ชนิดน้ีในขณะทางานจะมีแรงดนั ตกคร่อมขดปฐมภูมิ เท่ากบั แรงดนั อินพตุ แต่แรงดนั ตกคร่อมเพาเวอร์ทรานซิสเตอร์มีค่าเพียงคร่ึงหน่ึงของแรงดนั อินพุต เท่าน้นั และค่ากระแสสูงสุดท่ีเพาเวอร์ทรานซิสเตอร์แต่ละตวั น้นั มีค่าเป็ นคร่ึงหน่ึงของค่ากระแส สู งสุ ดใน Half - Bridge Converter ที่กาลังขาออกเท่ากัน เน่ื องจากข้อจากัดด้านเพาเวอร์ ทรานซิสเตอร์ลดนอ้ ยลงไป Full - Bridge Converter จะสามารถใหก้ าลงั ไฟฟ้ าท่ีมีค่าสูงต้งั แต่ 500 - 1000W ภาพท่ี 2.3 วงจร Full-Bridge Converter

8 2.3 Voltage Regulator Circuit วงจรรักษาระดบั แรงดนั (Voltage Regulator Circuits) วงจรรักษาระดบั แรงดนั คอื วงจรทต่ี อ่ ระหวา่ งแหลง่ จ่าย ไฟตรงไม่คงค่า (Unregulator Power Supply) กับโหลด มีหน้าที่จ่ายไฟตรงให้กับโหลดและสามารถรักษา แรงดนั ให้คงตวั ขณะท่ี 1.โหลดเปลยี่ น นนั่ คือกระแสขาออกเปลยี่ นแปลง 2.แรงดนั ของแหลง่ จา่ ยไฟตรงไมค่ งคา่ เปลย่ี นแปลงทงั้ นรี ้ วมถึงระลอกคลน่ื ด้วย (ripple) 3.อณุ หภมู ิของวงจรเปลยี่ นแปลง รูปที่ 2.4 บลอ็ กไดอะแกรมของแหล่งจา่ ยไฟตรงคงคา่ แรงดนั จากบลอ็ กไดอะแกรม จะเห็นไดว้ า่ สญั ญาณที่ออกมาจากเอาตพ์ ุตของวงจรกรองแรงดนั คือ บล็อกแรกในรูปท่ี 2.4 ซ่ึงยงั ไม่เรียบเท่าที่ควรยงั มีการเปลี่ยนแปลงข้ึนๆลงๆในลกั ษณะคล้าย สญั ญาณฟันเลื่อย เพราะวา่ ตวั เกบ็ ประจุจะเกบ็ และคายประจุอยตู่ ลอดเวลา ถา้ จะนาวงจรน้ีไปใชง้ าน ตอ้ งใชง้ านกบั งานที่ไม่ตอ้ งการความละเอียดของแหล่งจ่ายไฟมากนกั แต่ถา้ ตอ้ งการความละเอียด ของแหล่งจา่ ยไฟตอ้ งใชว้ งจรเรกกเู ลเตอร์จะมีอยู่ 2 ลกั ษณะคือ การสร้างแบบอนุกรมกบั โหลด และ แบบขนานกบั โหลด โดยใช้ ซีเนอร์ไดโอด ทรานซิสเตอร์ และไอซี ภาพที่ 2.5 วงจรเรกกเู ลเตอร์

9 2.3.1 วงจรรักษำระดับแรงดันโดยใช้ซีเนอร์ไดโอด (Zener Voltage Regulator) ซีเนอร์ไดโอด (Zener diode) เป็ นไดโอดชนิดพิเศษท่ีสร้างให้มีการทางานแตกต่างจาก ไดโอดเรียงกระแสทวั่ ไป กล่าวคือ เมื่อไบอสั ตรงกลบั ซีเนอร์ไดโอดการทางานจะเหมือนกบั ไดโอด เรียงกระแสคือนากระแสไดแ้ ละมีแรงดนั ตกคร่อมซีเนอร์ไดโอดขณะไดร้ ับไบอสั กลบั เท่ากบั VB แต่เม่ือซีเนอร์ไดโอดไดร้ ับไบอสั กลบั ถึงค่าแรงดนั ที่กาหนด ซีเนอร์ไดโอดจะนากระแสและเกิด แรงดนั ตกคร่อมคงท่ีเทา่ กบั คา่ แรงดนั ที่กาหนด ภาพที่ 2.6 กราฟลกั ษณะสมบตั ิทางกระแสและแรงดนั ของซีเนอร์ไดโอด ภาพที่ 2.7 สญั ลกั ษณ์ซีเนอร์ไดโอด

10 ดงั น้นั การนาซีเนอร์ไดโอดไปใชใ้ นการควบคุมใหแ้ รงดนั ไฟตรงคงที่ โดยใชค้ ่าแรงดนั ซี เนอร์น้นั จึงตอ้ งออกแบบวงจรควบคุมใหม้ ีกระแสไหลผา่ นซีเนอร์ไดโอดยา่ นระหวา่ งกระแส IZK ถึงค่า IZM สาหรับกระแส IZT หมายถึง คา่ กระแสทดสอบค่าแรงดนั ซีเนอร์ (Zener Test Current) ซ่ึง เป็นคา่ กระแสท่ีพกิ ดั ของแรงดนั ซีเนอร์ตามคา่ ที่ผผู้ ลิตกาหนดไวใ้ น Data sheet 2.4 ARDUINO ARDUINO คือ บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์สาเร็จรูป ที่รวมเอาตวั ไมโครคอนโทรลเลอร์ และอุปกรณ์อ่ืนๆท่ีจาเป็ น มาในบอร์ดเดียว แถมยงั เปิ ดเผยขอ้ มลู ทุกๆอยา่ ง ท้งั ลายวงจรและตวั อยา่ ง โปรแกรม ทาใหผ้ ใู้ ชส้ ามารถนาไปพฒั นาต่อไดง้ ่าย เพียงแคเ่ รามีบอร์ด Arduino กบั คอมพิวเตอร์อีก ซกั เครื่อง ก็พร้อมใชง้ านไดแ้ ลว้ โดยที่ไม่ตอ้ งมาปวดหวั กบั การทาวงจรท่ีซบั ซ้อน หรือการติดต้งั โปรแกรมที่ยุ่งยาก โดยทาง ARDUINO เองและบริษทั ท่ีเกี่ยวขอ้ ง ได้ผลิตบอร์ดสาเร็จรูปออกมา หลายรุ่น หลายขนาด โดยแต่ละรุ่นก็มีขอ้ ดีแตกต่างกนั ออกไป แต่รุ่นท่ีเราจะมาแนะนากนั ในวนั น้ี คือ ARDUINO NANO ซ่ึงเป็นรุ่นท่ีมีขนาดเล็ก เหมาะสาหรับผทู้ ่ีตอ้ งการเร่ิมตน้ เขียนโปรแกรมบน ไมโครคอนโทรลเลอร์ เพอ่ื ศึกษา หรือเพือ่ นามาประยกุ ตใ์ ชส้ ร้างงานอดิเรกง่ายๆ 2.4.1จุดเด่นบอร์ด Arduino 1) ง่ายต่อการพฒั นา มีรูปแบบคาสั่งพ้ืนฐาน ไม่ซบั ซอ้ นเหมาะสาหรับผเู้ ร่ิมตน้ 2) มี Arduino Community กลุ่มคนที่ร่วมกนั พฒั นาที่แขง็ แรง 3) Open Hardware ทาใหผ้ ใู้ ชส้ ามารถนาบอร์ดไปต่อยอดใชง้ านไดห้ ลายดา้ น 4) ราคาไมแ่ พง 5) Cross Platform สามารถพฒั นาโปรแกรมบน OS ใดกไ็ ด้

11 ภาพท่ี 2.8 Arduino Uno R3 Arduino Uno R3 บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์แบบ Open-source บนแพลตฟอร์ม Arduino ของแทจ้ ากผผู้ ลิต arduino.cc ประเทศอิตาลี ออกแบบมาให้ใชง้ านไดง้ ่าย ใชช้ ิพ ATmega328 รันที่ ความถี่ 16 MHz หน่วยความจาแฟลช 32 KB แรม 2 KB บอร์ดใช้ไฟเล้ียง 7 ถึง 12 V มีระดับ แรงดันไฟฟ้ าในการทางานและขาสัญญาณอยู่ท่ี 5 V (TTL) มี Digital Input / Output 14 ขา (เป็ น PWM ได้ 6 ขา) มี Analog Input 6 ขา Serial UART 1 ชุด I2C 1 ชุด SPI 1 ชุด เขียนโปรแกรมบน ซอฟท์แวร์ Arduino IDE และโปรแกรมผ่านพอร์ต USB เหมาะสาหรับผทู้ ี่สนใจเริ่มตน้ เรียนรู้การ พฒั นาไมโครคอนโทรลเลอร์หรือแมแ้ ต่ผทู้ ี่ไม่เคยเรียนรู้ดา้ นอิเล็กทรอนิกส์มาก่อนก็สามารถนามา สร้างตน้ แบบท่ีเก่ียวกบั อิเล็กทรอนิกส์ได้ Features:  ATmega328 microcontroller  Input voltage - 7-12V  14 Digital I/O Pins (6 PWM outputs)  6 Analog Inputs  32KB Flash Memory (0.5KB for boot loader)  2KB SRAM  1KB EEPROM  16Mhz Clock Speed

12 2.5 วงจรขบั มอเตอร์แบบ H-bridge วงจรขบั มอเตอร์แบบ H-Bridge เป็ นวงจรท่ีใช้ในการควบคุมความเร็วและทิศทางของ มอเตอร์ 2.5.1 วธิ ีการทางาน วงจรขบั มอเตอร์แบบ H-Bridge เป็ นวงจรที่สามารถใชค้ วบคุมกระแสไดท้ ้งั ข้วั บวกและลบ ด้วยการควบคุม pulse width modulation หมายถึง การควบคุมช่วงจังหวะการทางานของ ค่า แรงดนั ไฟฟ้ าก็คลา้ ยกบั กระแสน้าที่ไหลผ่านระหัดวิดน้าดว้ ยความเร็วคงที่ ยิ่งกระแสน้าไหลเร็ว เท่าไรก็จะหมายความวา่ แรงดนั ไฟฟ้ ายง่ิ สูงข้ึน แต่มอเตอร์มีอตั ราความเร็วคงที่และสามารถเสียหาย ไดห้ ากมีแรงดนั ไฟฟ้ าสูงไหลผา่ นหรือหยุดทนั ทีเพ่ือท่ีจะหยุดมอเตอร์ ดงั น้นั PWM คลา้ ยกบั การ ควบคุมระหัดวิดน้าให้ตกั น้าในจงั หวะคงที่ท่ีกระแสน้าคงที่ ยิง่ ระหดั วิดน้าหมุนเร็วเท่าไรช่วงของ pulse ก็จะยาวข้ึน ในทางกลบั กนั ถา้ ระหดั วดิ น้าหมุนชา้ ช่วงของ pulse จะส้ันลง ดงั น้นั เพื่อยืดอายุ การใชง้ านของมอเตอร์จึงควรที่จะควบคุมมอเตอร์ดว้ ย PWM ภาพที่ 2.9 วงจรขบั มอเตอร์ H-bridge

13 ภาพท่ี 2.10 การต่อวงจร H-bridge กบั Arduino 2.6 โมดูล เซนเซอร์นำ้ ฝน / ระดับนำ้ เซนเซอร์น้าฝน / ระดบั น้า เม่ือน้ามาถึงจุดเซนเซอร์ จะใหส้ ัญญาณ 1 ออกมา ใชไ้ ฟ 3.3 - 5 โวลต์ เม่ือน้าถึงระดบั เซนเซอร์ จะมีเสียงบซั เซอร์ดงั ข้ึนฟังก์ชนั สร้างเสียงร้องบซั เซอร์ เป็ นเวลา 2 วนิ าทีฟังก์ชนั เช็คระดบั น้าจากตวั เซนเซอร์ ถา้ ถึงระดบั เซนเซอร์ จะให้ค่า true กลบั ไป ถา้ ไม่ถึงส่ง ค่า false ภาพท่ี 2.11 เซนเซอร์น้าฝน/ระดบั น้า

14 2.7มอเตอร์ไฟฟ้ ำกระแสตรง มอเตอร์ไฟฟ้ าเป็ นอุปกรณ์ที่นิยมใชก้ นั อยา่ งแพร่หลายในโรงงานต่างเป็ นอุปกรณ์ท่ีใชค้ วบคุม เครื่องจกั รกลต่างๆในงานอุตสาหกรรมมอเตอร์มีหลายแบบหลายชนิดที่ใช้ให้เหมาะสมกบั งาน ดงั น้นั เราจึงตอ้ งทราบถึงความหมายและชนิดของมอเตอร์ไฟฟ้ าตลอดคุณสมบตั ิการใชง้ านของ มอเตอร์แต่ละชนิดเพื่อให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุดในการใช้งานของมอเตอร์น้นั ๆ และสามารถ เลือกใชง้ านใหเ้ หมาะสมกบั งานออกแบบระบบประปาหมู่บา้ นหรืองานอ่ืนท่ีเก่ียวขอ้ งได้ มอเตอร์ไฟฟ้ ากระแสตรงเป็ นตน้ กาลงั ขบั เคลื่อนที่สาคญั อย่างหน่ึงในโรงงานอุตสาหกรรม เพราะมีคุณสมบตั ิที่ดีเด่นในดา้ นการปรับความเร็วไดต้ ้งั แต่ความเร็วต่าสุดจนถึงสูงสุดนิยมใช้กนั มากในโรงงานอุตสาหกรรม เช่นโรงงานทอผา้ โรงงานเส้นใยโพลีเอสเตอร์โรงงานถลุงโลหะหรือ ให้ เป็ นตน้ กาลงั ในการขบั เคล่ือนรถไฟฟ้ าเป็ นตน้ ส่วนประกอบของมอเตอร์ไฟฟ้ ากระแสตรง มอเตอร์ไฟฟ้ ากระแสตรงท่ีส่วนประกอบที่สาคญั 2 ส่วนดงั น้ี 2.1.1. ส่วนที่อยกู่ บั ที่หรือที่เรียกวา่ สเตเตอร์ (Stator) ประกอบดว้ ย 1. เฟรม (Frame) เป็ นโครงภายนอกทาหนา้ ที่เป็ นทางเดินของเส้นแรงแม่เหล็กจากข้วั เหนือ ไปข้วั ใตใ้ ห้ครบวงจรและยึดส่วนประกอบอื่นๆให้แข็งแรงทาด้วยเหล็กหล่อหรือเหล็กแผ่น หนามว้ นเป็นรูปทรงกระบอก ภาพที่ 2.12 สเตเตอร์ 2.ข้วั แมเ่ หลก็ (Pole) ประกอบดว้ ย 2 ส่วนคือแกนข้วั แม่เหลก็ และขดลวด 3.แกนข้วั (Pole Core) ทาดว้ ยแผน่ เหลก็ บาง ๆ ก้นั ดว้ ยฉนวนประกอบกนั เป็ นแท่งยดึ ติดกบั เฟรมส่วนปลายท่ีทาเป็นรูปโคง้ น้นั เพ่ือโคง้ รับรูปกลมของตวั โรเตอร์เรียกวา่ ข้วั แม่เหล็ก (Pole

15 Shoes) มีวตั ถุประสงคใ์ หข้ ้วั แม่เหล็กและโรเตอร์ใกลช้ ิดกนั มากที่สุดเพ่ือใหเ้ กิดช่องอากาศนอ้ ย ที่สุดเพื่อใหเ้ กิดช่องอากาศนอ้ ยท่ีสุดจะมีผลใหเ้ ส้นแรงแม่เหล็กจากข้วั แมเ่ หล็กจากข้วั แม่เหล็กผา่ น ไปยงั โรเตอร์มากที่สุดแลว้ ทาใหเ้ กิดแรงบิดหรือกาลงั บิดของโรเตอร์มากทาใหม้ อเตอร์มีกาลงั หมุน ภาพท่ี 2.13 แกนข้วั 4.ขดลวดสนามแม่เหล็ก (Field Coil) จะพนั อยู่รอบ ๆ แกนข้วั แม่เหล็กขดลวดน้ีทาหนา้ ที่รับ กระแสจากภายนอกเพ่ือสร้างเส้นแรงแม่เหล็กให้เกิดข้ึนและเส้นแรงแม่เหล็กน้ีจะเกิดการหักลา้ ง และเสริมกนั กบั สนามแม่เหล็กของอาเมเจอร์ทาใหเ้ กิดแรงบิดข้ึน ภาพที่ 2.14 ขดลวดสนามแมเ่ หล็ก 2.1.2 ตวั หมุน (Rotor) ตวั หมุนหรือเรียกวา่ โรเตอร์ตวั หมุนน้ีทาใหเ้ กิดกาลงั งานมีแกนวางอยใู่ น ตลบั ลูกปื น (Ball Bearing) ซ่ึงประกอบอยใู่ นแผน่ ปิ ดหวั ทา้ ย (End Plate) ของมอเตอร์

16 ภาพที่ 2.15 แกนเพลา ตวั โรเตอร์ประกอบดว้ ย 4 ส่วนดว้ ยกนั คือ 1. แกนเพลา (Shaft) 2. แกนเหล็กอาร์มา เจอร์ (Armature Core) 3. คอมมิวเตอร์ (Commutator) 4. ขดลวดอาร์มาเจอร์ (Armature Winding) 1. แกนเพลา (Shaft) เป็นตวั สาหรับยดื คอมมิวเตเตอร์ และยึดแกนเหล็กอาร์มาเจอร์ (Armature Core) ประกอบเป็ นตวั โรเตอร์แกนเพลาน้ีจะวางอยู่บนแบร่ิง เพื่อบงั คบั ให้หมุนอยู่ใน แนวนิ่งไม่มีการส่ันสะเทือนได้ 2. แกนเหล็กอาร์มาเจอร์ (Armature Core) ทาด้วยแผ่นเหล็กบางอาบฉนวน (Laminated Sheet Steel) เป็นท่ีสาหรับพนั ขดลวดอาร์มาเจอร์ซ่ึงสร้างแรงบิด (Torque) 3. คอมมิวเตเตอร์ (Commutator) ทาดว้ ยทองแดงออกแบบเป็ นซ่ีแต่ละซี่มีฉนวน ไมกา้ (mica) คนั่ ระหวา่ งซี่ของคอมมิวเตเตอร์ ส่วนหวั ซ่ีของคอมมิวเตเตอร์จะมีร่องสาหรับใส่ปลาย สาย ของขดลวดอาร์มาเจอร์ตวั คอมมิวเตเตอร์น้ีอดั แน่นติดกบั แกนเพลาเป็ นรูปกลมทรงกระบอก มี หน้าที่สัมผสั กบั แปรงถ่าน (Carbon Brushes) เพ่ือรับกระแสจากสายป้ อนเขา้ ไปยงั ขดลวด อาร์มา เจอร์เพ่ือสร้างเส้นแรงแม่เหล็กอีกส่วนหน่ึงใหเ้ กิดการหกั ลา้ งและเสริมกนั กบั เส้นแรงแม่เหล็กอีก ส่วน ซ่ึงเกิดจากขดลวดข้วั แมเ่ หล็กดงั กล่าวมาแลว้ เรียกวา่ ปฏิกิริยามอเตอร์ (Motor action) 4. ขดลวดอาร์มาเจอร์ (Armature Winding) เป็ นขดลวดพนั อยใู่ นร่องสลอท (Slot) ของแกนอาร์มาเจอร์ขนาดของลวดจะเล็กหรือใหญ่และจานวนรอบจะมากหรือนอ้ ยน้นั ข้ึนอย่กู บั การออกแบบของตวั โรเตอร์ ชนิดน้นั ๆ เพ่อื ที่จะใหเ้ หมาะสมกบั งานตา่ ง ๆ หลักกำรของมอเตอร์ไฟฟ้ ำกระแสตรง (Motor Action) เมื่อเป็ นแรงดนั กระแสไฟฟ้ าตรงเขา้ ไปใน มอเตอร์ ส่วนหน่ึงจะแปรงถ่านผา่ นคอมมิวเตเตอร์เขา้ ไปในขดลวดอาร์มาเจอร์สร้างสนามแม่เหล็ก ข้ึนและกระแสไฟฟ้ าอีกส่วนหน่ึงจะไหลเขา้ ไปในขดลวดสนามแมเ่ หล็ก (Field coil) สร้างข้วั เหนือ- ใตข้ ้ึนจะเกิดสนามแม่เหล็ก 2 สนาม ในขณะเดียวกนั ตามคุณสมบตั ิของเส้นแรงแม่เหล็กจะไม่ตดั

17 กนั ทิศทางตรงขา้ มจะหกั ลา้ งกนั และทิศทางเดียวจะเสริมแรงกนั ทาให้เกิดแรงบิดในตวั อาร์มาเจอร์ ซ่ึงวางแกนเพลาและแกนเพลาน้ี สวมอยู่กบั ตลบั ลุกปื นของมอเตอร์ทาให้อาร์มาเจอร์น้ีหมุนได้ ขณะท่ีตวั อาร์มาเจอร์ทาหน้าท่ีหมุนไดน้ ้ีเรียกว่า โรเตอร์ (Rotor) ซ่ึงหมายความว่าตวั หมุนการที่ อานาจเส้นแรงแม่เหล็กท้งั สองมีปฏิกิริยาต่อกนั ทาให้ขดลวดอาร์มาเจอร์หรือ โรเตอร์หมุนไปน้นั เป็นไปตามกฎซา้ ยของเฟลมมิ่ง (Fleming left hand rule) 2.3ชนิดของมอเตอร์ไฟฟ้ ำกระแสตรง 2.3.1 มอเตอร์แบบอนุกรม (Series Motor) มอเตอร์ท่ีต่อขดลวดสนามแม่เหล็กอนุกรมกบั อาร์เมเจอร์ของมอเตอร์ชนิดน้ีวา่ ซีรีสฟิ ลด์ (Series Field) มีคุณลกั ษณะที่ดีคือให้แรงบิดสูงนิยมใช้เป็ นตน้ กาลงั ของรถไฟฟ้ ารถยกของเครน ไฟฟ้ าความเร็วรอบของมอเตอร์อนุกรมเม่ือไม่มีโหลดความเร็วจะสูงมากแต่ถ้ามีโหลดมาต่อ ความเร็วก็จะลดลงตามโหลด โหลดมากหรือทางานหนกั ความเร็วลดลง แต่ขดลวดของมอเตอร์ไม่ เป็นอนั ตราย จากคุณสมบตั ิน้ีจึงนิยมนามาใชก้ บั เครื่องใชไ้ ฟฟ้ าในบา้ นหลายอยา่ ง เช่น เครื่องดูดฝ่ นุ เคร่ืองผสมอาหาร สวา่ นไฟฟ้ าจกั รเยบ็ ผา้ เคร่ืองเป่ าผม มอเตอร์กระแสตรงแบบอนุกรมใชง้ านหนกั ไดด้ ีเมื่อใชง้ านหนกั กระแสจะมากความเร็วรอบจะลดลงเม่ือไมม่ ีโหลดมาต่อความเร็วจะสูงมากอาจ เกิดอนั ตรายไดด้ งั น้นั เม่ือเริ่มสตาร์ทมอเตอร์แบบอนุกรมจึงตอ้ งมีโหลดมาตอ่ อยเู่ สมอ ภาพที่ 2.16 วงจรการทางานของมอเตอร์ไฟฟ้ ากระแสตรงแบบอนุกรม 2.3.2มอเตอร์ไฟฟ้ ากระแสตรงแบบขนาน (Shunt Motor) หรือเรียกวา่ ชนั ทม์ อเตอร์ มอเตอร์แบบ ขนานน้ี ขดลวดสนามแม่เหล็กจะตอ่ (Field Coil) จะตอ่ ขนานกบั ขดลวด ชุดอาเมเจอร์ มอเตอร์แบบ ขนานน้ีมีคุณลกั ษณะมีความเร็วคงที่ แรงบิดเริ่มหมุนต่า แต่ความเร็วรอบคงที่ชนั ทม์ อเตอร์ส่วนมาก เหมะกบั งานดงั น้ีพดั ลมเพราะพดั ลมตอ้ งการความเร็วคงที่และตอ้ งการเปลี่ยนความเร็วไดง้ ่าย

18 ภาพที่ 2.17 วงจรการทางานมอเตอร์ไฟฟ้ ากระแสตรงแบบขนาน 2.3.3มอเตอร์ไฟฟ้ ากระแสตรงแบบผสม (Compound Motor) หรือเรียกวา่ คอมปาวดม์ อเตอร์ มอเตอร์ไฟฟ้ ากระแสตรงแบบผสมน้ี จะนาคุณลกั ษณะท่ีดีของมอเตอร์ไฟฟ้ ากระแสตรง แบบ ขนาน และแบบอนุกรมมารวมกนั มอเตอร์แบบผสม มีคุณลกั ษณะพเิ ศษคือมีแรงบิดสูง (High staring torque) แต่ความเร็วรอบคงที่ ต้งั แต่ยงั ไม่มีโหลดจนกระท้งั มีโหลดเตม็ ที่ มอเตอร์แบบผสมมี วธิ ีการตอ่ ขดลวดขนานหรือขดลวดชนั ทอ์ ยู่ 2 วธิ ี วิธีที่ 1 ใช้ต่อขดลวดแบบชันท์ขนานกับอาเมเจอร์เรี ยกว่า ชอทชันท์ (Short Shunt Compound Motor) ดงั รูปวงจร ภาพท่ี 2.18 วงจรการทางานมอเตอร์ไฟฟ้ ากระตรงแบบชอร์ทช้นั ทค์ อมปาวด์ มอเตอร์ วธิ ีที่ 2 คือตอ่ ขดลวด ขนานกบั ขดลวดอนุกรมและขดลวดอาเมเจอร์เรียกวา่ ลองช้นั ทค์ อม ปาวดม์ อเตอร์ (Long shunt motor) ดงั รูปวงจร

19 ภาพท่ี 2.19 วงจรการทางานมอเตอร์ไฟฟ้ ากระตรงแบบลองช้นั ทค์ อมปาวด์ มอเตอร์ 2.8 เฟื อง (Gear) เฟื องทาหน้าที่ถ่ายเทโมเมนต์หมุนระหว่างเพลา 2 เพลา ท่ีมีระยะห่าง ระหวา่ งแกนเพลาที่ส้ัน โดยถ่ายเทในรูปแบบของแรง หมายความวา่ ไม่มีการสูญเสียจากการเลื่อน เหมือนสายพาน จึงมีอตั ราคงที่ เฟื องเหมาะสมกบั การหมุนรอบต่าไปจนรอบสูงๆซ่ึงข้ึนอยู่กบั ว่า เป็นเฟื องชนิดใด ตามแต่ตาแหน่งของเฟื อง ภาพท่ี 2.20 เฟื องชนิดต่างๆ 2.8.1เฟื องตรงธรรมดา (Plain Spur Gear) เฟื องตรงจะนามาใช้ส่งถ่ายโมเมนต์หมุนของ เพลาหน่ึงไปอีกเพลาหน่ึงท่ีวางขนานกนั เฟื องตรงจะนามาใช้งานที่ความเร็วรอบไม่เกิน 20 m/s

20 และท่ีความเร็วรอบปานกลาง นิยมใชใ้ นกระปุกเกียร์แบบคนั โยก ขอ้ ดีของเฟื องตรงเม่ือเปรียบเทียบ กบั เฟื องตรงฟันเฉียง ก็คือ จะมีประสิทธิภาพดีกวา่ และมีการสึกหรอนอ้ ยกวา่ เพราะพ้ืนท่ีผวิ สัมผสั ของฟันคู่ขบนอ้ ยกวา่ ส่วนขอ้ เสียเมื่อเปรียบเทียบกบั เฟื องตรงฟันเฉียงกค็ ือ จะมีเสียงดงั มากกวา่ โดย เฉพาะที่ความเร็วรอบสูงๆ มีความไวต่อการผดิ พลาดของรูปร่างฟันมากกวา่ ภาพท่ี 2.21 เฟื องตรงธรรมดา 2.8.2เฟื องตรงฟันเฉียง(Helical Spur Gear) จะมีการขบของฟันเฟื องหลายๆฟันใน ขณะเดียวกนั เน่ืองจากหลายฟันไม่สามารถขบกนั เตม็ หนา้ ความกวา้ งในเวลาเดียวกนั จึงทาใหเ้ ฟื อง ตรงฟันเฉียงส่งถ่ายกาลงั ไดเ้ งียบกว่าฟันตรงธรรมดา และส่งถ่ายโมเมนตห์ มุนไดม้ ากกว่าดว้ ย ฟัน เฉียงน้ีจะทาให้เกิดแรงตามแนวแกนท่ีรองเพลาจะตอ้ งรับแรงน้ีไวเ้ สมอ ซ่ึงจะทาใหป้ ระสิทธิภาพ ลดลง เพื่อไม่ใหแ้ รงตามแนวแกนน้ีเกิดมากจนเกินไป จึงไดม้ ีการกาหนดความเอียงของฟัน (β)อยู่ ระหวา่ ง 8 องศา ถึง 20 องศา เฟื องตรงฟันเฉียงยงั เหมาะกบั งานท่ีมีความเร็วรอบสูงกวา่ อีกดว้ ย ภาพที่ 2.22 เฟื องตรงฟันเฉียง

21 สาหรับเฟื องตรงฟันเฉียงคู่และเฟื องตรงฟันกา้ งปลา จะสามารถสมดุลแรงตามแนวแกนได้ จึงเหมาะในการใชส้ ่งถ่ายโมเมนตห์ มุนไดม้ ากๆ เช่น ใชใ้ นการส่งกาลงั ของเครื่องเรือ เฟื องตรงชนิด น้ีเหมาะใชง้ านเป็ นกระปุกเฟื องทด สาหรับอตั ราทดต่าจะใชเ้ ฟื องทดคู่เดียวส่วนการทดรอบมากๆ จะตอ้ งใชเ้ ฟื องทดหลายตวั 2.8.3ขนาดพิกดั ของฟันเฟื อง ระยะเส้นโคง้ จากดา้ นขา้ งของฟันเฟื องหน่ึงไปยงั อีกฟันหน่ึง (ด้านเดียวกนั ) วดั ตรงบริเวณเส้นรอบวงกลมพิตช์จะเรียกว่า ระยะพิตช์ P ฟันเฟื องสองตวั ที่มี ระยะพิตช์แตกต่างกนั จะไม่สามารถขบกนั กนั ได้ ระยะพิตช์จึงเป็ นค่าท่ีสาคญั มากของพิกดั ขนาด ฟันเฟื อง เ ส้ น ร อ บ ว ง ก ล ม พิ ต ช์ ������ = ������ ∙ ������ หน่วย mm ......................(2.1) ระยะพติ ช์ อ อ ������ = ������ = ������ ∙ ������ หน่วย mm……..............(2.2) ������ ������ หน่วย mm……………..(2.3) เม่ือ z=จานวนฟัน ขนาดเส้นผา่ นศนู ยก์ ลางวงกลมพิตช์ d ������ = ������ ∙ ������/������ ผลหาร P / π จะไดค้ า่ โมดูล (Modul) m หน่วย mm นนั่ คือ หน่วย mm………………….(2.4) ������ = ������ ∙ ������ P = ระยะพติ ช์ d = เส้นผา่ นศนู ยก์ ลางวงกลมพิตช์ da = เส้นผา่ นศูนยก์ ลางยอดฟัน df = เส้นผา่ นศูนยก์ ลางโคนฟัน

22 α = มุมขบ ha = ความสูงยอดฟัน h f= ความสูงโคนฟัน ภาพที่ 2.23 ขนาดพกิ ดั ฟันเฟื อง ค่าโมดูล m จะถูกกาหนดเป็ นมาตรฐานตามแถวโมดูล DIN 780 คา่ โมดูลยงิ่ มากเท่าใด ค่าระยะพติ ช์ และรูปร่างฟันยง่ิ โตมากข้ึนดว้ ย ตาม DIN 867 จะกาหนดให้มีระยะฟรี (C) ระหว่างปลายยอดฟันกบั โคนฟันของเฟื องตวั คู่ขบ = (0,1...0,3) m ส่วนมากจะกาหนดคา่ C = 0,2 · m เม่ือคา่ C = 0,2 · m จะไดส้ มการท่ีสัมพนั ธ์กบั ค่า c ดงั น้ี ช่วงสูงบน ha = m หน่วยเป็ น mm ช่วงสูงล่างhf = 1,2 ∙ m = ha + C หน่วยเป็ น mm ช่วงสูงฟันเฟื อง h = 2,2 · m = ha + hf หน่วยเป็ น mm เส้นผา่ นศูนยก์ ลางวงกลมพิตช์ d = m · z หน่วยเป็ น mm สาหรับค่าที่มีความสาคญั อ่ืนกค็ ือ อตั ราทด i เมื่อให้ n1 = ความเร็วรอบลอ้ เฟื องขบั , z1 = จานวนฟันลอ้ เฟื องขบั n2 = ความเร็วรอบเฟื องลอ้ ตาม,z2 = จานวนฟันลอ้ เฟื องตาม

23 จะเขียนเป็นสูตรท่ีสัมพนั ธ์กนั ไดด้ งั น้ี n 1 · z1 = n2 · z2 หรือ n1 / n2 = z2 / z 1 = i และ z1 = d 1/ m ; z 2 = d 2/ m จะได้ i = d2 / d1 2.8.4 รูปร่างฟัน-เฟื องตรง ระยะห่างระหวา่ งศูนยก์ ลางของลอ้ เฟื อง จะถูกกาหนดเป็นขนาด ท่ีพอดีให้วงกลมพิตช์ของลอ้ เฟื องท้งั สองมาสัมผสั กนั พอดี จุดสัมผสั P ของดา้ นขา้ งฟันท้งั สองที่ ขบกนั จะอยบู่ นวงกลมพิตช์เพียงชว่ั ขณะเดียวเทา่ น้นั แรงท่ีกระทาตรงจุดสมั ผสั P น้ีจะต้งั ฉากกบั ผวิ ดา้ นขา้ งฟันเฟื องและทามุมกบั แนวระนาบเป็ นมุมขบ (α) แรงน้ีเป็ นปกติ (Normal Force; FN) มุม ขบ (α) ของฟันเฟื องปกติจะเท่ากบั 20 ° เม่ือมุมฟันเฟื อง (2·α ) = 40 ° ภาพท่ี 2.24 จุดสมั ผสั บนผวิ ดา้ นขา้ งของฟันเฟื อง จากรูป 2.26 E = แนวขบ d1 = Ø วงกลมพิตช์ 1 p = จุดสัมผสั d2 = Ø วงกลมพติ ช์ 2

24 ภาพที่ 2.25 เส้นศนู ยพ์ ติ ช์สาหรับตดั ฟันเฟื องอินโวลูตท่ีเส้นอา้ งอิงโปรไฟล์ จากรูป มุมดา้ นขา้ งฟันเฟื อง 2α = 40° มุมขบ α = 20 ° hp = 2m + C hap = m, hfp = m + C ลอ้ เฟื องท่ีกาหนดว่าเป็ นเฟื องฟันปกติได้จะต้องมีฟันไม่น้อยกว่า 17 ฟันข้ึนไป หากมี จานวนนอ้ ยกวา่ 17 ฟันแลว้ จะทาให้มีดกดั เฟื องกดั โคนฟันลอ้ เฟื องใหเ้ วา้ ไป (Undercut) ทาให้ฟัน ของลอ้ เฟื องมีความแขง็ แรงนอ้ ยลง การหลีกเลี่ยงการเวา้ ของโคนฟันลอ้ เฟื อง สามารถหลีกเล่ียงด้วยการเล่ือนมีดกดั (เฟื อง) นอนใหถ้ อยห่าง จากเส้นวงกลมพิตชข์ องลอ้ เฟื อง ออกมาเทา่ กบั ระยะ x · m