บทที่1 แม่เหล็กไฟฟ้า และวงจรแม่เหล็ก

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

คานา ศกึ ษาและปฏบิ ตั เิ กยี่ วกบั ทฤษฎี แี ม่เหล็ก แม่เหล็กไฟฟ้ า โครงสรา้ ง และส่วนประกอบ วงจรขดลวดอาเมเจอรข์ อง เครอ่ื งกลไฟฟ้ ากระแสตรง หลกั การทางาน ชนิดของเครอ่ื ง ก า เ นิ ดไ ฟ ฟ้ า ก ร ะ แ ส ต ร ง ส า เ ห ตุที่ท า ใ ห ้ป ร ะ สิท ธิภ า พ คุณลกั ษณะ และการนาไปใชง้ าน หลกั การทางาน ชนิดของ มอเตอรไ์ ฟฟ้ ากระแสตรง มอเตอรแ์ ม่เหล็กถาวร (Brushless Permanent Motor) คุณลกั ษณะ และการนาไปใชง้ านของ มอเตอรไ์ ฟฟ้ า การเรม่ิ เดนิ การควบคมุ ความเรว็ การกลบั ทศิ ทางการหมุน

จดุ ประสงคร์ ายวชิ า 1. รเู ้ ขา้ ใจทฤษฎขี องแม่เหล็กไฟฟ้ า และโครงสรา้ งหลกั การทางานของ เครอ่ื งกลไฟฟ้ ากระแสตรง 2. รเู ้ ขา้ ใจคณุ ลกั ษณะสมบตั ิ และการนาไปใชข้ องเครอื่ งกลไฟฟ้ า กระแสตรง 3. มคี วามตระหนัก และเห็นคณุ คา่ เกย่ี วกบั เครอ่ื งกลไฟฟ้ ากระแสตรง

บทที่ 1 แมเ่ หล็กไฟฟ้ า และวงจรแมเ่ หล็ก Electromanets and Magnetic circuits

1.1 บทนา ระบบส่งจ่ายกาลังไฟฟ้า POWERPLANT

การเปลย่ี นรปู พลงั งานทมี่ กี ารเหน่ียวนาสนามแม่เหล็กไฟฟ้ 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 สนามแม่เหล็ก เสน้ แรงแมเ่ หล็ก แมเ่ หล็กถาวร สนามแม่เหลก็ (Magnetic fields) รอบแท่งแม่เหล็ก

ลกั ษณะผงตะไบเหล็กเรยี งตวั กนั เป็ นเสน้ รงแม่เหล็กรอบแทง่ แม่เหล็ก เสน้ แรงแมเ่ หล็กท่ลี ดลงเน่ืองจาก หา่ งจากขวั้ แมเ่ หลก็ เสน้ แรงแมเ่ หลก็ ทห่ี นาแน่นมาก

1.3 สนามแม่เหลก็ ทเี่ กดิ ขนึ้ เนื่องจากกระแสไฟฟ้ า แฮนส์ ครสิ เตยี น เออสเตด Hans Cristian Oersted นักฟิ สิกสช์ าวเดนมารค์ ณ กรุงโคเปนเฮเกน ปี ค.ศ.1820

เสน้ แรงแม่เหล็กทเ่ี กดิ ขนึ้ รอบๆลวดตวั นาโดยผงตะไบเหล็ก

1.4 สนามแม่เหลก็ รอบเสน้ ลวดนาทมี่ กี ระแสไหลผา่ น การใชก้ ฎมือขวาของตวั นา หาทศิ ทางของเสน้ แรงแมเ่ หลก็ แมเ่ หล็กท่ีเกิดขนึ้ รอบๆเสน้ ลวดตวั นา

สญั ลกั ษณล์ กู ศรในวงจรแม่เหล็กไฟฟ้ า Cross Dot ทิศทางกระแสไหลออกจากตวั เรา ทิศทางกระแสไหลเขา้ 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 หลก็ และจานวนรอบ

1.8 ฮสิ เตอรซี สิ ( Hysteresis ) ผลจากการกลบั ตวั ของการเป็ นแมเ่ หล็ก ในสารแม่เหล็กเมอื่ แรงแมเ่ หล็ก ( H ) เปลย่ี นแปลงสลบั กนั ไป การแสดงคณุ สมบตั ขิ อง ฮสิ เตอรซิ สิ คอื การใชก้ ราฟแสดง วงฮสิ เตอรซิ สิ ( Hysteresis loop )

วงของฮสิ เตอรซิ สิ และเสน้ เคอรฟ์ การเกดิ สนามแม่เหล็ก ผลจากการกลบั ตวั ของการเป็ น แม่เหล็กในสารแมเ่ หล็กเมอ่ื แรงแมเ่ หล็ก ( H )เปลยี่ นแปลงสลบั กนั ไป การแสดง คณุ สมบตั ขิ องฮสิ เตอรซิ สิ คอื การใช ้ กราฟแสดง วงฮสิ เตอรซิ สิ ( 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 ทสี่ ญู เสยี ไปภายใน แกนแม่เหล็กอนั เน่ืองจากการผลกั ดนั โดเมนแมเ่ หล็กใหก้ ลบั ตวั ไปภายในเนือ้ เหล็กในแตล่ ะรอบ)

1.10 สนามแมเ่ หลก็ ข. การสูญเสยี เนื่องจากกระแสไหลวน ( Eddy current losses) กาลงั สญู เสยี เน่ืองจากกระแสทไี่ หลวนอยภู่ ายในสารแมเ่ หล็ก แรงเคลอื่ นไฟฟ้ า เหนี่ยวนา ทเ่ี กดิ ขนึ้ ในสารแมเ่ หล็กจะทา ใหเ้ กดิ กระแสไหลวน กอ่ ใหเ้ กดิ ความรอ้ นเทา่ กบั ������2������ การสญู เสยี สามารถทา ใหล้ ดลงไดโ้ ดยใชแ้ กนเหล็กทท่ี าจากแผ่นเหล็กอดั ซอ้ น กนั แตล่ ะแผน่ ใชส้ ารเคลอื บผวิ ทมี่ คี า่ ความตา้ นทานสงู เชน่ ฉาบดว้ ยนา้ มนั วานิช

วธิ กี ารลดการสญู เสยี เน่ืองจากกระแสไหลวน การใชแ้ กนเหล็กทที่ าจากเหล็กแผ่นอดั ซอ้ นกนั (Laminated Iron Core) โดยแต่ ละแผ่นจะเคลอื บผวิ ดว้ นแชลแลคหรอื นา้ มนั วานิชทง้ั สองดา้ น

1.11 วงจรแม่เหล็ก (Magnetic circuit) เสน้ ทางเดนิ หรอื แนวทเี่ สน้ แรงแม่เหล็กส่วนใหญ่ไหลผ่าน วงจรแม่เหล็กแบบอนุกรม วงจรแม่เหล็กแบบขนาน

1.11.1 วงจรแมเ่ หล็กอนุกรม ( Hysteresis ) วงจรแม่เหล็กทมี่ ที างเดนิ ของเสน้ แรงแม่เหล็กครบ วงจรเพยี งเสน้ ทางเดยี ว วงจรแม่เหล็ก วงจรไฟฟ้ าแบบสมมูล

ลคี เกจฟลกั ซ ์และการโป่ งพอง ในวงจรแม่เหล็กมชี อ่ งวา่ งอากาศ (Air Gap) เสน้ แรงแม่เหล็กมกั จะ รว่ั ไหลออกจากแนวทางเดนิ ของวงจรแม่เหล็กและกระจายตามอากาศ เรยี กว่า “ลคี เกจฟลกั ซ ์ หรอื ฟลกั ซร์ ว่ั ” เสน้ แรงบรเิ วณชอ่ งวา่ งอากาศจะมกี ารโป่ งพองออก (fringing) ซงึ่ ทา ใหบ้ รเิ วณพนื้ ทหี่ นา้ ตดั ของวงจรแม่เหล็กตรงชอ่ งว่างอากาศใหญข่ นึ้ ทาให ้ ความหนาแน่นของเสน้ แรงแม่เหล็ก(B) ในชอ่ งวา่ งอากาศมคี า่ ลดลง

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

1.11.2 วงจรแมเ่ หล็กขนาน วงจรแมเ่ หล็กทมี่ ที างเดนิ ของเสน้ แรงแมเ่ หล็กทคี่ รบวงจร มากกวา่ หน่ึงเสน้ ทาง

วงจรแม่เหล็กขนาน ขดลวดทพี่ นั รอบแกนเหล็กขากลางเป็ นตวั สรา้ งแรงเคลอ่ื นแมเ่ หล็กใหเ้ กดิ ขนึ้ และเสน้ แรงแมเ่ หล็กในขากลางจะถกู แบ่งออกเป็ นสองสว่ นสว่ นหนึ่งไปทางซา้ ยอกี สว่ นไปทางขวา วงจรแม่เหล็กแบบขนาน วงจรไฟฟ้ าแบบสมมูล

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