บทที่1 แม่เหล็กไฟฟ้า และวงจรแม่เหล็ก

เครอื่ งกลไฟฟ้ า กระแสตรง D.C. Machines รหสั วชิ า [ 2104-2006 ]

คานา ศึ ก ษ า แ ล ะ ป ฏิ บัติ เ กี่ย ว กับ ท ฤ ษี ฎี แ ม่ เ ห ล็ ก แม่เหล็กไฟฟ้ า โครงสรา้ ง และส่วนประกอบ วงจรขดลวด อาเมเจอรข์ องเครอ่ื งกลไฟฟ้ ากระแสตรง หลกั การทางาน ชนิดของเครอ่ื งกาเนิดไฟฟ้ ากระแสตรง สาเหตุที่ทาให ้ ประสทิ ธภิ าพ คณุ ลกั ษณะ และการนาไปใชง้ าน หลกั การ ทางาน ชนิ ดของมอเตอรไ์ ฟฟ้ ากระแสตรง มอเตอร ์ แ ม่ เ ห ล็ ก ถ า ว ร ( Brushless Permanent Motor) คุณลกั ษณะ และการนาไปใชง้ านของมอเตอรไ์ ฟฟ้ า การ เรม่ิ เดนิ การควบคมุ ความเรว็ การกลบั ทศิ ทางการหมุน

จดุ ประสงคร์ ายวชิ า 1. รเู ้ ขา้ ใจทฤษฎขี องแมเ่ หล็กไฟฟ้ า และโครงสรา้ งหลกั การทางานของ เครอ่ื งกลไฟฟ้ ากระแสตรง 2. รเู ้ ขา้ ใจคณุ ลกั ษณะสมบตั ิ และการนาไปใชข้ องเครอ่ื งกลไฟฟ้ า กระแสตรง 3. มคี วามตระหนัก และเห็นคณุ คา่ เกยี่ วกบั เครอื่ งกลไฟฟ้ ากระแสตรง

บทที่ 1 แมเ่ หล็กไฟฟ้ า และวงจรแมเ่ หล็ก Electromanets and Magnetic circuits

1.1 บทนา ระบบส่งจ่ายกาลังไฟฟ้า POWERPLANT

การเปลย่ี นรปู พลงั งานทม่ี กี ารเหนี่ยวนาสนามแม่เหล็กไฟฟ้ า พลงั งานไฟฟ้ า พลงั งานกล พลงั งานกล พลงั งานไฟฟ้ า พลงั งานไฟฟ้ า พลงั งานไฟฟ้ า

พลงั งานกล พลงั งานไฟฟ้ า Generator

พลงั งานไฟฟ้ า พลงั งานกล Motor

พลงั งานไฟฟ้ า พลงั งานไฟฟ้ า Transformer

1.2 สนามแมเ่ หล็ก เสน้ แรงแมเ่ หลก็ แมเ่ หล็กถาวร สนามแม่เหล็ก (Magnetic fields) รอบ แท่งแม่เหลก็

ลกั ษณะผงตะไบเหล็กเรยี งตวั กนั เป็ นเสน้ รงแม่เหล็กรอบแท่ง แม่เหล็ก เสน้ แรงแมเ่ หลก็ ท่ีลดลงเน่ืองจาก หา่ งจากขวั้ แมเ่ หล็ก เสน้ แรงแมเ่ หลก็ ท่หี นาแน่นมาก

1.3 สนามแมเ่ หล็กทเี่ กดิ ขนึ้ เนื่องจาก กระแสไฟฟ้ า แฮนส์ ครสิ เตยี น เออสเตด Hans Cristian Oersted นักฟิ สกิ สช์ าวเดนมารค์ ณ กรุงโคเปนเฮเกน ปี ค.ศ.1820

เสน้ แรงแม่เหล็กทเ่ี กดิ ขนึ้ รอบๆลวดตวั นาโดยผงตะไบเหล็ก

1.4 สนามแม่เหลก็ รอบเสน้ ลวดนาทมี่ กี ระแส ไหลผา่ น การใชก้ ฎมือขวาของตวั นา หาทิศทางของเสน้ แรงแมเ่ หลก็ แมเ่ หล็กท่ีเกิดขนึ้ รอบๆเสน้ ลวดตวั นา

สญั ลกั ษณล์ กู ศรในวงจรแม่เหล็กไฟฟ้ า Cross Dot ทศิ ทางกระแสไหลออกจากตวั เรา ทศิ ทางกระแสไหลเขา้ หาตวั เรา

1.5 สนามแมเ่ หลก็ รอบขดลวด

กฎมอื ขวาของขดลวด Right – hand rule for coil

1.6 ความหนาแน่นของเสน้ แรงแมเ่ หลก็ [ B ] Magnetic flux density

1.7 ความสมั พนั ธร์ ะหวา่ งสนามแมเ่ หล็กและจานวน รอบ

1.8 ฮสิ เตอรซี สิ ( Hysteresis ) ผลจากการกลบั ตวั ของการ เป็ นแมเ่ หล็กในสารแมเ่ หล็กเมอื่ แรง แม่เหล็ก ( H )เปลยี่ นแปลงสลบั กนั ไป การแสดงคณุ สมบตั ขิ องฮสิ เตอรซิ สิ คอื การใชก้ ราฟแสดง วงฮสิ เตอรซิ สิ ( Hysteresis loop )

วงของฮสิ เตอรซิ สิ และเสน้ เคอรฟ์ การเกดิ สนามแม่เหล็ก ผลจากการกลบั ตวั ของ การเป็ นแมเ่ หล็กในสารแม่เหล็ก เมอ่ื แรงแมเ่ หล็ก ( H ) เปลย่ี นแปลงสลบั กนั ไป การ แสดงคณุ สมบตั ขิ องฮสิ เตอรซิ สิ คอื การใชก้ ราฟแสดง วงฮสิ เตอริ ซสิ ( Hysteresis loop )

1.9 การสูญเสยี เนี่องจากฮสิ เตอรซี สิ และกระแสไหลวน ( Hysteresis and eddycurrent losses ) ก. การสูญเสยี เนี่องจากฮสิ เตอรซี สิ การสญู เสยี เนื่องจากฮสิ เตอรซิ สิ ( Hysteresis losses)หมายถงึ กาลงั ทส่ี ญู เสยี ไปภายในแกนแมเ่ หล็กอนั เน่ืองจากการผลกั ดนั โดเมนแมเ่ หล็กใหก้ ลบั ตวั ไปภายในเนือ้ เหล็กในแตล่ ะรอบ)

1.10 สนามแม่เหล็ก ข. การสูญเสยี เนื่องจากกระแสไหลวน ( Eddy current losses) กาลงั สญู เสยี เนื่องจากกระแสทไ่ี หลวนอยภู่ ายในสารแมเ่ หล็ก แรงเคลอ่ื นไฟฟ้ าเหน่ียวนา ทเี่ กดิ ขนึ้ ในสารแมเ่ หล็กจะทา ใหเ้ กดิ กระแสไหลวน กอ่ ใหเ้ กดิ ความรอ้ นเทา่ กบั ������2������ การสญู เสยี สามารถทา ใหล้ ดลงไดโ้ ดยใชแ้ กนเหล็กทท่ี าจาก แผน่ เหล็กอดั ซอ้ นกนั แตล่ ะแผน่ ใชส้ ารเคลอื บผวิ ทม่ี คี า่ ความตา้ นทานสงู เชน่ ฉาบดว้ ยนา้ มนั วานิช

วธิ กี ารลดการสญู เสยี เน่ืองจากกระแสไหลวน การใชแ้ กนเหล็กทที่ าจากเหล็กแผ่นอดั ซอ้ นกนั (Laminated Iron Core) โดยแตล่ ะแผ่นจะเคลอื บผวิ ดว้ นแชลแลคหรอื นา้ มนั วานิช ทง้ั สองดา้ น

1.11 วงจรแมเ่ หลก็ (Magnetic circuit) เสน้ ทางเดนิ หรอื แนวทเี่ สน้ แรงแม่เหล็กส่วนใหญ่ไหลผ่าน วงจรแม่เหล็กแบบ วงจรแม่เหล็กแบบ อนุกรม ขนาน

1.11.1 วงจรแม่เหลก็ อนุกรม ( Hysteresis ) วงจรแม่เหล็กทมี่ ที างเดนิ ของเสน้ แรง แม่เหล็กครบวงจรเพยี งเสน้ ทางเดยี ว วงจรแม่เหล็ก วงจรไฟฟ้ าแบบสมมูล

ลคี เกจฟลกั ซ ์และการโป่ งพอง ในวงจรแม่เหล็กมชี อ่ งว่างอากาศ (Air Gap) เสน้ แรงแม่เหล็กมกั จะรว่ั ไหลออกจากแนวทางเดนิ ของวงจร แม่เหล็กและกระจายตามอากาศเรยี กวา่ “ลคี เกจฟลกั ซ ์ หรอื ฟลกั ซร์ ว่ั ” เสน้ แรงบรเิ วณชอ่ งวา่ งอากาศจะมกี ารโป่ งพองออก (fringing) ซงึ่ ทาใหบ้ รเิ วณพนื้ ทหี่ นา้ ตดั ของวงจรแม่เหล็ก ตรงชอ่ งว่างอากาศใหญข่ นึ้ ทาใหค้ วามหนาแน่นของเสน้ แรง แม่เหล็ก(B) ในชอ่ งว่างอากาศมคี ่าลดลง

ขว้ั แม่เหล็กสองขวั้ ของเครอ่ื งกลไฟฟ้ า 6 ขวั้ ลคี เกจฟลกั ซ ์ และการโป่ งพอง (fringing)

1.11.2 วงจรแม่เหลก็ ขนาน วงจรแมเ่ หล็กทมี่ ที างเดนิ ของเสน้ แรงแมเ่ หล็ก ทคี่ รบวงจรมากกวา่ หนึ่งเสน้ ทาง

วงจรแม่เหล็กขนาน ขดลวดทพี่ นั รอบแกนเหล็กขากลางเป็ นตวั สรา้ งแรงเคลอ่ื น แมเ่ หล็กใหเ้ กดิ ขนึ้ และเสน้ แรงแมเ่ หล็กในขากลางจะถกู แบง่ ออกเป็ น สองสว่ นสว่ นหน่ึงไปทางซา้ ยอกี สว่ นไปทางขวา วงจรแม่เหล็กแบบ วงจรไฟฟ้ าแบบ

ทมี่ าเนือ้ หา หนงั สอื วชิ าเครอ่ื งกลไฟฟ้ ากระแสตรง สานกั พมิ พ ์ ศนู ยส์ ง่ เสรมิ อาชวี ะ ผูแ้ ตง่ ธวชั ชยั อตั ถวบิ ลู ยก์ ลุ

ผูจ้ ดั ทา อาจารย ์ วรเวศน์ แสงตาหลา้ อาจารยป์ ระจา สาขาไฟฟ้ ากาลงั