1.ทฤษฎีแม่เหล็ก แม่เหล็กไฟฟ้า Show
ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า (อังกฤษ: Electromagnetism) เป็นสาขาหนึ่งของวิชาฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับการศึกษา แรงแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเป็นปฏิสัมพันธ์ทางกายภาพชนิดหนึ่งที่เกิดขึ้นระหว่างอนุภาคใดๆที่มีประจุไฟฟ้า แรงแม่เหล็กไฟฟ้ามักจะแสดงสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเช่นสนามไฟฟ้า, สนามแม่เหล็ก, และแสง แรงแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นหนึ่งในสี่ปฏิสัมพันธ์พื้นฐานในธรรมชาติ อีกสามแรงพื้นฐานได้แก่ อันตรกิริยาอย่างเข้ม, อันตรกิริยาอย่างอ่อน และแรงโน้มถ่วง[1]  ฟ้าผ่าเป็นการระบายออกของไฟฟ้าสถิตแบบหนึ่งที่ไฟฟ้าสถิตจะเดินทางระหว่างสองภูมิภาคที่มีประจุไฟฟ้า แม่เหล็กไฟฟ้ามาจากภาษาอังกฤษ electromagnet คำนี้ป็นรูปแบบผสมของคำภาษากรีกสองคำได้แก่ ἤλεκτρον หมายถึง อิเล็กตรอน และ μαγνῆτιςλίθος (Magnetis Lithos) ซึ่งหมายถึง "หินแม่เหล็ก" ซึ่งเป็นแร่เหล็กชนิดหนึ่ง วิทยาศาสตร์ของปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าถูกกำหนดไว้ในความหมายของแรงแม่เหล็กไฟฟ้า บางครั้งถูกเรียกว่าแรงลอเรนซ์ (อังกฤษ: Lorentz force) ซึ่งประกอบด้วยทั้งไฟฟ้าและแม่เหล็กในฐานะที่เป็นสององค์ประกอบของปรากฏการณ์ แรงแม่เหล็กไฟฟ้ามีบทบาทสำคัญในการกำหนดคุณสมบัติภายในของวัตถุส่วนใหญ่ที่พบในชีวิตประจำวัน สสารทั่วไปจะได้รูปแบบของมันจากผลของแรงระหว่างโมเลกุลของโมเลกุลแต่ละตัวในสสาร อิเล็กตรอนจะถูกยึดเหนี่ยวตามกลไกคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเข้ากับวงโคจรรอบนิวเคลียสเพื่อก่อตัวขึ้นเป็นอะตอมซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของโมเลกุล กระบวนการนี้จะควบคุมกระบวนการที่เกี่ยวข้องทั้งหลายในทางเคมีซึ่งเกิดขึ้นจากการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กตรอนในวงโคจรของอะตอมหนึ่งกับอิเล็กตรอนอื่นในวงโคจรของอะตอมที่อยู่ใกล้เคียงซึ่งจะถูกกำหนดโดยการปฏิสัมพันธ์ระหว่างแรงแม่เหล็กไฟฟ้ากับโมเมนตัมของอิเล็กตรอนเหล่านั้น มีคำอธิบายของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าทางคณิตศาสตร์จำนวนมาก ในไฟฟ้าพลศาสตร์แบบคลาสสิก (อังกฤษ: classical electrodynamics) สนามไฟฟ้าจะอธิบายถึงศักย์ไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า ในกฎของฟาราเดย์ สนามแม่เหล็กจะมาพร้อมกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและแม่เหล็ก, และสมการของแมกซ์เวลจะอธิบายว่า สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นได้อย่างไร มีการเปลี่ยนแปลงซึ่งกันและกันอย่างไร และมีการเปลี่ยนแปลงโดยประจุและกระแสได้อย่างไร การแสดงเจตนาเป็นนัยในทางทฤษฎีของแรงแม่เหล็กไฟฟ้า โดยเฉพาะในการจัดตั้งของความเร็วของแสงที่ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของ "ตัวกลาง" ของการกระจายคลื่น (ความสามารถในการซึมผ่าน(อังกฤษ: permeability) และแรงต้านสนามไฟฟ้า(อังกฤษ: permittivity)) นำไปสู่การพัฒนาทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษโดย อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ในปี 1905 แม้ว่าแรงแม่เหล็กไฟฟ้าถือเป็นหนึ่งในสี่แรงพื้นฐาน แต่ที่ระดับพลังงานสูงอันตรกิริยาอย่างอ่อนและแรงแม่เหล็กไฟฟ้าถูกรวมเป็นสิ่งเดียวกัน ในประวัติศาสตร์ของจักรวาล ในช่วงยุคควาร์ก แรงไฟฟ้าอ่อน (อังกฤษ: electroweak) จะหมายถึงแรง(แม่เหล็ก)ไฟฟ้า + (อันตรกิริยาอย่าง)อ่อน 0.1+.1+1.0=10 2.โครงสร้างและส่วนประกอบ วงจรขดลวดอาเมเจอร์ของเครื่องกลไฟฟ้ากระแสตรง เครื่องกลไฟฟ้ากระแสตรงประกอบด้วยส่วนประกอบสำคัญ 4 ส่วน คือ อาเมเจอร์ขั้วแม่เหล็ก คอมมิวเตเตอร์และแปรงถ่าน นอกจากนั้นยังมีส่วนประกอบอื่นๆอีก เช่น แกนเพลา ตลับลูกปืน ชุดยึดแปรงถ่าน และโครงเครื่อง เป็นต้น
รูปที่ 1.1 โครงสร้างเครื่องกลไฟฟ้ากระแสตรงภายใน
รูปที่ 1.2 อาเมเจอร์ 1.อาเมเจอร์ (Armature) คือ ส่วนที่หมุนตัดกับสนามแม่เหล็กเพื่อผลิตแรงเคลื่อนไฟฟ้า โครงสร้างของอาเมเจอร์ประกอบด้วย เพลา แกนเหล็กอาเมเจอร์และขดลวดอาเมเจอร์ - แกนเพลา (Shaft) เป็นตัวสำหรับยืดคอมมิวเตเตอร์และยึดแกนเหล็กอาร์มาเจอร์ เพื่อบังคับให้หมุนอยู่ในแนวนิ่งไม่มีการสั่นสะเทือนได้ - แกนเหล็กอาเมเจอร์ (Armature Core) ทำจากแผ่นเหล็กซิลิกอนหนาประมาณ 0.5 มม. ผิวทั้งสองด้านฉาบด้วยฉนวนไฟฟ้าจำพวกวานิช นำมาอัดซ้อนกับเป็นรูปทรงกระบอก เพื่อลดการสูญเสียเนื่องจากฮิสเตอรีซิส (Hysteresis loss) และกระแสไหลวน (Eddy current loss) ในแกนเหล็ก - ขดลวดอาเมเจอร์ (Armature Winding) ทำจากเส้นลวดทองแดงอาบฉนวนไฟฟ้า
รูปที่ 1.3 ขั้วแม่เหล็ก 2.ขั้วแม่เหล็ก (Pole) คือ ส่วนที่สร้างสนามแม่เหล็กให้ผ่านแกนเหล็กอาเมเจอร์ขั้วแม่เหล็กขอเครื่องกลไฟฟ้ากระแสตรงจะยึดติดกับโครงเครื่อง - โครงเครื่อง เป็นส่วนที่ยึดแกนของขั้วแม่เหล็กและฝาครอบเครื่อง นอกจากนั้นยังใช้เป็นทางผ่านของสนามแม่เหล็กเพื่อให้เส้นแรงแม่เหล็กเดินครบวงจร - แกนของขั้วแม่เหล็กและโปลชู (Pole Core) ทำจากเหล็กแผ่นลามิเนท (Laminated sheet steel) ปั๊มเป็นแกนของขั้วแม่เหล็กและโปลชูในแผ่นเดียวกัน - ขดลวดสนามแม่เหล็ก (Field Coil) คือขดลวดฟีลด์ที่พันรอบแกนของขั้วแม่เหล็กหลักทุกขั้ว โดยมากมักใช้ขดลวดฟีลด์ที่พันไว้ล่วงหน้า หุ้มฉนวน (พันด้วยเทปผ้าฝ้าย) อาบวานิชและอบแห้งแล้วจึงนำไปสวมเข้ากับแกนของขั้วแม่เหล็ก
รูปที่ 1.4 คอมมิวเตเตอร์ 3.คอมมิวเตเตอร์ (Commutator)เป็นส่วนที่ทำหน้าที่เรียงกระแสหรือเปลี่ยนแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระแสสลับในขดลวดอาเมเจอร์ให้เป็นแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระแสตรง
รูปที่ 1.5 แปรงถ่านและชุดยึดแปรงถ่าน 4.แปรงถ่านและชุดยึดแปรงถ่าน (Brushes) แปรงถ่านจะสัมผัสกับผิวหน้าของคอมมิวเตเตอร์ตลอดเวลา เพื่อต่อวงจรขดลวดอาเมเจอร์กับวงจรภายนอกเข้าด้วยกัน ชุดยึดแปรงถ่าน ทำหน้าที่ยึดแปรงถ่านให้อยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสมมีสปริงกดแปรงถ่านให้สัมผัสกับผิวหน้าของคอมมิวเตเตอร์ตลอดเวลา 3.หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง หลักการทำงานเบื้องต้นของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Generator)โดยทั่วไปแล้วเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะประกอบด้วยส่วนสำคัญ 2 ส่วน คือส่วนที่เรียกว่า โรเตอร์ (Rotor) ซึ่งจะมีขดลวดตัวนำฝังอยู่ในร่องรอบแกนโรเตอร์ที่ทำจากแผ่นเหล็กซิลิคอน (Silicon Steel Sheet) ขนาดหนาประมาณ 0.35-0.5 มิลลิเมตร นำมาอัดแน่นโดยระหว่างแผ่นเหล็กซิลิคอนจะมีฉนวนเคลือบ ทั้งนี้เพื่อลดการสูญเสียที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าไหลวน (Eddy Current) ภายในแกนเหล็กของโรเตอร์จะได้รับไฟฟ้ากระแสตรงจากเอ็กไซเตอร์(Excitor) เพื่อทำหน้าที่ในการสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้น
อีกส่วนหนึ่งของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าคือส่วนที่อยู่กับที่ เรียกว่า สเตเตอร์(Stator) ภายในร่องแกนสเตเตอร์ มีขดลวดซึ่งทำจากแผ่นเหล็กอัดแน่นเช่นเดียวกับโรเตอร์ฝังอยู่ อาศัยหลักการของการเคลื่อนที่ของแม่เหล็กผ่านลวดตัวนำ จะทำให้เกิดการเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าที่สเตเตอร์และนำแรงดันไฟฟ้านี้ไปใช้ต่อไป หลักการง่ายของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เมื่อสนามแม่เหล็กหมุนผ่านขดลวดบนสเตเตอร์จะเหนี่ยวนำให้เกิด กระแสและแรงดันขึ้นที่ขดลวด สนามแม่เหล็กเกิดขึ้นได้จากการป้อนไฟ DC เข้าขดลวดของโรเตอร์ กระแสไฟ DC จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กขึ้นที่โรเตอร์และเมื่อโรเตอร์หมุนจะเหนี่ยวนำแรงดัน AC และกระแส ขึ้นที่ขดลวดสเตเตอร์
จากรูปเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่แสดง เมื่อสนามแม่เหล็กหมุนผ่านทุกๆ ขดลวด ในการหมุนครบ 1 รอบ ของโรเตอร์ เราเรียกว่า 1 cycle ถ้าโรเตอร์ หมุน 50 รอบใน 1 วินาที สนามแม่เหล็กจะหมุนผ่านทุกๆ ขดลวด 50 ครั้งใน 1 วินาที เราอาจจะพูดได้ว่า electrical power มีความถี่(Frequency) เท่ากับ 50cycle/sec(Hz) แสดงเป็นสมการได้ดังนี้ F = N คือความถี่(Frequency) เท่ากับจำนวนรอบของการหมุนต่อวินาที ดังนั้น F = N/60 = รอบ/วินาที จากสมการที่ได้ใช้เฉพาะ Machine ที่เป็นแบบ 2 pole(ขั้ว) N กับ S (North and South) หรือ 1 คู่ของ pole ถ้าโรเตอร์มี 4 pole ทุกๆการหมุน 1 รอบ ของโรเตอร์ จะได้ความถี่ออกมา 2 cycle ดังนั้นจำนวน pole ต้องนำมาพิจารณาด้วย เมื่อจะคำนวณความสัมพันธ์ระหว่างความถี่และความเร็วรอบ ดังนั้นเราจะได้สมการใหม่ดังนี้ F = N x P (P = จำนวนคู่ของ pole) P คือ จำนวนคู่ของ pole (pair of pole) ไม่ใช่จำนวน pole เช่น 2-pole ของโรเตอร์ จะมี 1 คู่ของ pole, โรเตอร์ 4-pole จะมี 2 คู่ของ pole เช่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอันหนึ่งมีความถี่ 50 cycle/sec, 2 pole จะหมุนด้วยความเร็ว 3,000 RPM แต่ถ้าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าตัวเดียวกัน แต่โรเตอร์เป็นแบบ 4 pole จะหมุนด้วยความเร็ว 1,500 RPM
ขดลวดโรเตอร์จะวางลงในช่อง slot และต่อเข้าด้วยกันที่ปลายของแต่ละชุด เพื่อวางรูปให้เป็นขดลวดและกำหนดขั้ว N และ S ซึ่งจะเป็นตัวกำหนดการหมุนของสนามแม่เหล็ก ความถี่(Frequency) คือตัววัดความเร็ว ถ้าเพิ่มพลังงานที่ได้จากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยไม่เพิ่มพลังงานให้กับ turbine จะทำให้ความเร็วลดลง ซึ่งเราสามารถรู้ได้ด้วยความถี่ลดลงด้วย ควรจำไว้ว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ไม่ได้เป็นตัวสร้างพลังงานไฟฟ้า แต่เครื่องกำเนิดไฟฟ้า เป็นเครื่องมือที่เปลี่ยนพลังงานทางกล ไปเป็น พลังงานไฟฟ้า 4.ชนิดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง การแบ่งชนิดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง เครื่องกำเนิดชนิดกระตุ้นแบบแยก (Separately excited generator) เครื่องกำเนิดชนิดกระตุ้นตัวเอง เครื่องกำเนิดแบบขนาน(Shunt generator) เครื่องกำเนิดชนิดนี้ชุดขดลวด สนามแม่เหล็กจะพันด้วยขดลวดเส้นเล็ก พันจำนวนมากรอบต่อขนานกับอาร์เมเจอร์และโหลด ค่าของกระแสกระตุ้นในเครื่องกำเนิดแบบขนานจะขึ้นอยู่กับ แรงดันที่ขั้วและความต้านทานของชุดขดลวดสนามแม่เหล็ก โดยปกติกระแสกระตุ้นจะถูกรักษาให้มีค่าอยู่ระหว่าง 0.5 ถึง 5 เปอร์เซ็นต์ของกระแสทั้งหมดที่ไหลออกจากเครื่องกำเนิด เครื่องกำเนิดแบบผสม(Compound generator) ทั้งเครื่องกำเนิดแบบ อนุกรมและแบบขนานต่างก็มีข้อเสียที่เหมือนกัน กล่าวคือ เมื่อกระแสโหลดของมันเกิดการเปลี่ยนแปลงจากค่าศูนย์จนถึงค่าใช้งานปกติ จะทำให้แรงดันที่ขั้วของมันเกิดการเปลี่ยนแปลง
สำหรับในเครื่องกำเนิดแบบอนุกรมเมื่อกระแสไหลเพิ่มขึ้นเป็นเหตุให้แรงดันที่ขั้วเพิ่มขึ้น ในขณะที่ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบขนานเมื่อกระแสโหลดเพิ่มขึ้นเป็นเหตุให้แรงดันที่ขั้วลดลง ในการใช้งานหลายอย่างที่เครื่องกำเนิดต้องการให้ได้แรงดันที่ขั้วของมันมีเสถียรภาพมากกว่าเช่นที่มันจ่าย โดยเครื่องกำเนิดอนุกรมหรือแบบขนาน วิธีหนึ่งที่ใช้เพื่อที่จะให้ได้แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมีเสถียรภาพ คือ การใช้เครื่องกำเนิดแบบขนานในรูปแบบการปรับค่าแรงดันไฟฟ้าให้ดีขึ้น และอีกวิธีหนึ่งของการจ่ายแรงดันที่ขั้วให้มีเสถียรภาพ คือ
การใช้เครื่องกำเนิดแบบผสม เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกังหันไอน้ำที่ทันสมัยของสหรัฐฯ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าของ Ganz รุ่นแรกๆใน Zwevegem, West Flanders, Belgium alternator ในช่วงต้นของศตวรรษที่ 20 ในห้องโถงของสถานีผลิตไฟฟ้ากำลังน้ำ ทำในบูดาเปสท์ประเทศฮังการี 5.อาเมเจอร์รีแอคชั่น(Armaturereaction) อาเมเจอร์รีแอคชั้นและคอมมิวเตชั่น อาเมเจอร์รีแอคชัน หมายถึง ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในอาเมเจอร์ เนื่องจากมีกระแสไหลผ่านขดลวดอาเมเจอร์ หรือเกิดเส้นแรงแม่เหล็กจากกระแสอาเมเจอร์ มีผลกระทบกับเส้นแรงแม่เหล็กของขั้วแม่เหล็กหลัก ทำให้เส้นแรงแม่เหล็กต่อขั้วลดลง เป็นสาเหตุให้แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าลดลง จะเกิดขึ้นเมื่อเครื่องกำเนิดจ่ายโหลด และทำให้เกิดประกายไฟที่ แปรงถ่านกับคอมมิวเตเตอร์ 6.ดีแม็กเนไตซิ่ง(Demagnetizing) ลบล้างสภาพแม่เหล็ก (Demagnetization) เนื่องจากผลกระทบของสนามแม่เหล็กภายนอกถ้านำวัสดุที่มีสภาวะเป็นแม่เหล็กเข้ามาใกล้กับแม่เหล็กที่มีการทำให้มีคุณสมบัติของแม่เหล็กหรือเมื่อสนามแม่เหล็กได้รับการเพิ่มจากภายนอก จุดทำงานจะเคลื่อนที่และแรงแม่เหล็กจะเปลี่ยนแปลง กรณีที่สนามแม่เหล็กได้รับการเพิ่มจากภายนอกซึ่งหันตรงข้ามกับแม่เหล็กที่มีการทำให้มีคุณสมบัติของแม่เหล็กจะเป็นการลบล้างสภาพแม่เหล็ก การทำงานในขั้นตอนนี้สามารถวิเคราะห์ได้ตาม Demagnetization curve ซึ่งเส้นโค้ง B-H จะแสดงการเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็ก (B)ในขณะที่สนามแม่เหล็กกำลังทำปฏิกิริยากับแม่เหล็ก ในความเป็นจริงค่า B ในขณะนั้นจะกลายเป็นค่าที่แสดงความแรงของการทำให้มีสภาวะเป็นแม่เหล็กของตัวแม่เหล็กเองรวมถึงความหนาแน่นของสนามแม่เหล็กจากภายนอกที่ทำปฏิกิริยากับแม่เหล็กด้วย แม่เหล็กเฟอร์ไรต์ ถ้าจะแสดงการลบล้างสภาพแม่เหล็กของแม่เหล็กเฟอร์ไรต์จะแสดงได้ตามรูปด้านขวามือ ในหน่วย CGS นั้น ความแรงที่ทำให้มีสภาวะเป็นแม่เหล็กของตัวแม่เหล็กเองจะมีค่าเป็น 4πI ดังนั้น ความหนาแน่นของสนามแม่เหล็กโดยดูจากข้างบนจะเท่ากับ B = 4πI-H ถ้าไม่รวมผลกระทบของสนามแม่เหล็กจากภายนอก จะสามารถแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความแรงที่ทำให้มีสภาวะเป็นแม่เหล็กของตัวแม่เหล็กเองและสนามแม่เหล็กจากภายนอกด้วยเส้นโค้ง 4πI-H สำหรับสภาพบังคับ BHc ตามเส้นโค้ง B-H นั้น ความหนาแน่นของสนามแม่เหล็กซึ่งค่าความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กของแม่เหล็กด้านบนที่มองเห็นเป็น 0 เราเรียกความหนาแน่นของสนามแม่เหล็กซึ่งความแรงที่ทำให้มีสภาวะเป็นแม่เหล็กของตัวแม่เหล็กเอง 4πI เป็น 0 ว่า iHc ดังนั้น ถ้าเพิ่มสนามแม่เหล็กจากภายนอกซึ่งมีขนาดใหญ่เท่ากับ iHc จากนั้นกำจัดสนามแม่เหล็กนั้นออก ความหนาแนนของฟลักซแมเหล็กคงคางในแม่เหล็กจะเป็น 0 ทั้งหมด ซึ่งเราจะเรียก iHc ว่าสภาพบังคับ (Coercivity) ที่แท้จริง ตามรูปเป็นการแสดงความสัมพันธ์ระหว่างเส้นโค้ง B-H กับเส้นโค้ง 4πI-H จุด A เป็นจุดตัดระหว่างเส้นโค้ง B-H กับเส้น P2 ซึ่งแสดงค่าสัมประสิทธิ์การซึมผ่าน (Permeance) กล่าวคือ แสดงจุดทำงาน หากเลื่อนเส้นตั้งฉากให้สูงขึ้นจากจุด A มาตัดกับเส้นโค้ง 4πI-H ที่ด้านบน จุดตัดนี้ คือ B จุด B นี้ เป็นสนามแม่เหล็กที่ผลักดันพลังแม่เหล็ก(Demagnetizing Field) ซึ่งแสดงถึงความแรงของการทำให้มีสภาวะเป็นแม่เหล็กในขณะที่จุดทำงานเป็น 0 (ความแรงที่ทำให้มีสภาวะเป็นแม่เหล็กของตัวแม่เหล็ก โดยตั้งสมมุติฐานเฉพาะสนามแม่เหล็กที่ลบล้างสภาพแม่เหล็กให้หมดไปเอง) ความแรงที่ทำให้มีสภาวะเป็นแม่เหล็กในขณะที่สนามแม่เหล็กซึ่งผลักดันพลังแม่เหล็ก-H1 ทำงาน จุด C ตามแกน H จะเริ่มทำงาน ส่วนเส้นที่ลากขนานกับส่วนของเส้น BO ซึ่งเชื่อมระหว่างจุด B กับจุดตั้งต้น 0 จะเริ่มตัดกับเส้นโค้ง J-H ที่จุดตัด S จากนั้นจะเลื่อนเส้นตั้งฉากลงไปจากจุดตัด S ไปยังเส้นโค้ง B-H แล้วหาค่าจุดตัด K (จุดทำงานในขณะที่ได้รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็กที่ผลักดันพลังแม่เหล็ก-H1) จากนั้นตำแหน่งของจุดทำงานในขณะที่กำจัดสนามแม่เหล็กที่ผลักดันพลังแม่เหล็ก-H ซึ่งเพิ่มเข้ามา จะแสดงด้วยจุดตัด A' ซึ่งเป็นจุดตัดระหว่างเส้นคอยล์ที่ลากจากจุด k กับเส้นแสดงค่าสัมประสิทธิ์การซึมผ่าน (Permeance) P2 ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กในขณะนี้จะเป็น Bd1 กล่าวคือ จะเกิดค่าความแตกต่าง BdO-Bd1 ระหว่างสนามแม่เหล็กที่ผลักดันพลังแม่เหล็กความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กในช่วงแรกก่อนเพิ่มสนามแม่เหล็กที่ผลักดันพลังแม่เหล็กBdO กับ Bd1 ซึ่งค่านี้เป็นค่าการลบล้างสภาพแม่เหล็กจากสนามแม่เหล็กที่ผลักดันพลังแม่เหล็ก-H1 7.คอสแม็กเนไตซิ่ง( Cross-Magnetizing(
3.2.2.2 แม็กเนไตเซชัน (Magnetization)
แม็กเนไตเซชันนิยามว่า เป็นค่าผลรวมแบบเวคเตอร์ของแม็กเนติกโมเมนต์ในหนึ่งหน่วยปริมาตร แทนด้วยสัญลักษณ์ M ดังนั้น เมื่อเรานำแม็กเนติกโมเมนต์ซึ่งมีทิศทางแบบสุ่มดังรูป 3.2.2 มารวมกันแบบเวคเตอร์จะได้ผลลัพท์เท่ากับศูนย์(M=0)
ความถี่นี้เป็นความถี่ธรรมชาติมีชื่อเรียกว่า ความถี่ลาร์มอร์ (Larmor frequency) ขนาดของความถี่นี้ขึ้นกับชนิดของนิวเคลียสและความแรงของสนามแม่เหล็ก
โดยทั่วไปจำนวนนิวเคลียสที่ส่ายทั้งสองแบบขึ้นกับอุณหภูมิ และมักพบว่ามีจำนวนนิวเคลียสที่ส่ายแบบขนานมากกว่าที่ส่ายแบบปฏิขนาน และเฟส (phase) เริ่มต้นของการส่ายของแม็กเนติกโมเมนต์ไม่จำเป็นต้องตรงกัน ดังนั้น เมื่อรวมแม็กเนติกโมเมนต์ในหนึ่งหน่วยปริมาตรแบบเวคเตอร์ สำหรับกรณีนี้จะได้แม็กเนไตเซชันมีค่าไม่เท่ากับศูนย์ และมีทิศทางไปทางเดียวกับสนามแม่เหล็ก B ดังรูป 3.2.4 แม็กเนไตเซชันที่ได้นี้ มีความถี่ธรรมชาติหรือความถี่ลาร์มอร์เท่ากับความถี่ของแม็กเนติกโมเมนต์
กล่าวโดยสรุป คือ สมมติพิจารณาสารตัวอย่างเช่นน้ำ และพิจารณานิวเคลียสของไฮโดรเจนที่เป็นส่วนประกอบของน้ำ ขณะที่น้ำอยู่ในสภาวะปกติโดยไม่มีสนามแม่เหล็กจากภายนอกเข้ามารบกวน แม็กเนไตเซชันของสารตัวอย่างจะมีค่าเป็นศูนย์ ดังรูป 3.2.5 เมื่อใส่สนามแม่เหล็กสม่ำเสมอให้สารตัวอย่าง แม็กเนไตเซชันของสารตัวอย่างจะมีค่าไม่เท่ากับศูนย์ มีทิศเดียวกีบสนามแม่เหล็กที่ใส่เข้าไป และมีความถี่ธรรมชาติหรือความถี่ลาร์มอร์เท่ากับ
8ขดลวดชดเชย(Compensating Winding) ขดลวดชดเชย เป็นขดลวดที่พันอยู่ที่ผิวหน้าของขั้วแม่เหล็กหลักและต่ออนุกรมกับขดลวดอาร์เมเจอร์โดยมีทิศทางการพันให้เกิดเส้นแรงแม่เหล็กมีขั้วตรงกันข้ามที่เกิดในอาร์เมเจอร์ ทำหน้าที่ทำให้สนามแม่เหล็กลดมีค่าเป็นกลาง 9.คอมมิวเตชั่น(Commutation คอมมิวเตชั่น(Commutation) 10.การลดประกายไฟที่เกิดจากคอมมิวเตชั่น คอมมิวเตเตอร์ ทำหน้าที่เป็นตัวเปลี่ยนแรงดันไฟสลับที่เกิดขึ้นภายในวงขดลวด ให้เป็นแรงดันไฟตรง อย่างไรก็ตามมันเป็นตัวเชื่อมต่อระหว่างแปรงถ่านไปยังขดลวดหมุนด้วย
วิธีที่มันเปลี่ยนไฟสลับไปเป็นไฟตรงจะมีความเกี่ยวพันโดยตรงกับบทบาทหน้าที่ของมัน
pantip.com 11.ขั่วแทรกหรืออินเตอร์โพล 3.ขดอินเตอร์โพล(interpole winding) ประกายไฟที่เกิดขึ้นบนคอมมิวเตเตอร์และก้อนถ่าน สามารถบรรเทาได้ด้วยขด "interpole" เป็นขดที่วางตัวแทรกอยู่ระหว่างขดฟีล ติดตั้งอยู่ที่สเตเตอร์ ต่ออนุกรมกับอาร์เมเจอร์ หน้าที่หลักคือ ลดการอาร์คที่หน้าสัมผัสถ่าน ฟลักซ์ที่ออกมาจะเท่ากับฟลักซ์อาร์เมเจอร์เพื่อหักล้างกันจนหมดไป โดยไม่ส่งผลไปถึงฟลักซ์เมน(ฟลักซ์ฟีล) 12.สาเหตุที่ทำให้ไม่เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าอาเมเจอร์รีแอ็กชั่นคอมมิวเตชั่น ความสูญเสียในหม้อแปลงไฟฟ้า (Losses) หม้อแปลงไฟฟ้านับได้ว่าเป็นเครื่องกลไฟฟ้าที่มีการสูญเสียน้อยที่สุด เมื่อนำไปเปรียบเทียบกับเครื่องกลไฟฟ้าชนิดอื่น เช่น มอเตอร์ หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เพราะหม้อแปลงไฟฟ้าไม่มีส่วนประกอบใดๆที่เคลื่อนที่ได้ ดังนั้นจึงไม่มีการสูญเสียเนื่องจากความฝืดและแรงต้านจากลม จะมีการสูญเสียเพียงสองส่วนเท่านั้น คือ การสูญเสียในแกนเหล็ก และการสูญเสียในขดลวดตัวนำ การสูญเสียในแกนเหล็กจะมีค่าไม่สูงนักและมีค่าคงที่ตลอดเวลาไม่ว่าโหลดจะเปลี่ยนแปลงอย่างไร ส่วนการสูญเสียในขดลวดตัวนำ จะมีค่าเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาตามการเปลี่ยนแปลงของโหลด ถ้าโหลดมากการสูญเสียในขดลวดตัวนำก็มาก ถ้าโหลดน้อยการสูญเสียในขดลวดตัวนำก็น้อย
(a) รูปอย่างง่ายของหม้อแปลงขณะที่มีโหลด
(b) ผังวงจร
(c) รูปเวกเตอร์ปฐมภูมิ
(d) รูปเวกเตอร์ทุติยภูมิ รูปแสดงหลักการทำงานของหม้อแปลงกับแรงดันขณะที่มีโหลด และรูปเวกเตอร์ของกระแส 13.การคำนวณหาค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ งานพื้นฐานวงจรไฟฟ้าและการวัดแรงดันไฟฟ้าที่สมบูรณ์ต้องประกอบไปด้วย 3 สิ่งดังนี้ (3).ตัวนำ (ความต้านทาน) มีหน่วยเป็น โอห์ม (Ω) การแปลงหน่วย 1 A = 1,000 mA หรือ 1,000,000 µA 1 Ω = 1,000 KΩ ไฟฟ้ามี 2 ชนิด (1). ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ (2). ไฟฟ้าที่มนุษย์สร้างขึ้น ประกอบด้วย 2.1 ไฟฟ้ากระแสตรง ( Direct Current ) (DC) 2.2 ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Cuttent) (AC) กฎของโอห์ม (1). แรงดันไฟฟ้า Volt,V เป็นแหล่งจ่ายพลังงานภายนอกทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า (2). โหลด คือ ภาระที่ทำให้เกิดค่าต้านทานไฟฟ้า มีหน่วยเป็น โอห์ม (Ohm,Ω) เป็นปฎิภาคผกผันค่ากระแสไฟฟ้า (3). กระแสไฟฟ้า (Ampere,A) อัตราส่วนระหว่างค่าของแรงดันไฟฟ้าที่มีค่าต่อค่าความต้านทานไฟฟ้า จอร์จ ไซมอน โอห์ม กล่าวว่า ปริมาณการไหลของกระแสไฟฟ้าเมื่อผ่านค่าความต้านทานไฟฟ้าย่อมทำให้เกิดค่าของแรงดันไฟฟ้า
***สรุป ปริมาณการไหลของกระแสไฟฟ้าเมื่อไหลผ่านความต้านทาน ย่อมทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้ากำหนดเป็นสูตรการหาค่าต่าง ๆ ในวงจรไฟฟ้าได้ดังนี้ (1). E = IR (I*R) คือ การหาค่าแรงดันไฟฟ้า (2). I = E R คือ การค่าของกระแสไฟฟ้า เมื่อทราบค่า E และ I (3). R = E I การหาค่าความต้านทานไฟฟ้า เมื่อทราบค่า E และ I *** สรุป สูตรการคำนวณกฎของโอห์มเมื่อประกอบด้วย E,I,R กำลังไฟฟ้า (Electical Power) หมายถึง อัตราการเปลี่ยนแปลงพลังงาน หรือ อัตราของการทำงานจากรูปแบบหนึ่งไปอีกรูปแบบหนึ่ง เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ P และหน่วยเป็น วัตต์ Walt (W) ***ดังนั้น กำลังไฟฟ้าเป็นผลคูณของแรงดันไฟฟ้ากับกระแสไฟฟ้า P = EI Walt (W) เมื่อ P = กำลังไฟฟ้ามีหน่วยเป็นวัตต์ (W) E = แรงดันไฟฟ้ามีหน่วยเป็นโวล์ล (V) I = กระแสไฟฟ้ามีหน่วยเป็นแอมแปร์ (A) สามารถอ้างอิงจากกฎของโอห์ม E
= IR P = (IR)I ดังนั้น P = I2R Walt (W) และ I = E แทนค่า I จะได้ R P = E * E R ดังนั้น P = E Walt (W) R การแปลงหน่วยของวัตต์ 1,000 วัตต์ = 1 กิโลวัตต์ (kw) 1,000,000 วัตต์ = 1 เมกะวัตต์ (mw) 1,000 กิโลวัตต์ = 1 เมกะวัตต์ (mw) 746 วัตต์ = 1 แรงม้า (HP) ***ดังนั้น การทฤษฎีของกฎของโอห์มสามารถสรุปสูตรผลของการคำนวณได้ดังนี้ พลังงานไฟฟ้า (Electinal Energy) พลังงานไฟฟ้า คือ กำลังไฟฟ้าที่ถูกนำไปใช้ในช่วงระยะเวลาใดเวลาหนึ่ง ของปริมาณไฟฟ้าที่หมดซึ่งก็คือ ผลคูณของกำลังไฟฟ้า กับระยะเวลาที่ใช้เป็นวันที่เป็นแทนสัญลักษณ์ W โดยจะมีความสัมพันธ์ของพลังงานไฟฟ้าและเวลาดังนี้ W = Pt เมื่อ W คือ พลังงานไฟฟ้า มีหน่วยเป็น วัตต์/วินาที (W/S) หน่วยและการเปลี่ยนหน่วยวัดพลังงานไฟฟ้า (1). วัตต์ - วินาที (Walt - Second ) คือ พลังงานไฟฟ้าที่เกิดจากกำลังไฟ 1 วัตต์ ในเวลา 1 วินาที หรือ พลังงานไฟฟ้า 1 จูล ( Joule) ตัวอย่าง 2 บ้านพักหลังหนึ่งมีเครื่องใช้ไฟฟ้าดังนี้ 14.ประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง ประสิทธิภาพและการสูญเสียของมอเตอร์ ประสิทธิภาพของมอเตอร์ขึ้นอยู่กับค่าของการสูญเสียที่เกิดขึ้นในตัวมอเตอร์ โดยทั่วๆ ไปแล้วการสูญเสียในมอเตอร์จะมาจาก 2 ส่วนคือ
กราฟแสดงประสิทธิภาพของมอเตอร์แบบเหนี่ยวนำเทียบกับภาระ เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุดควรให้มอเตอร์ทำงานที่ประมาณ 80-100%ของพิกัด แต่อย่าให้เกินพิกัด เพราะจะทำให้เกิดความร้อนเพิ่มสูงขึ้นอาจทำให้มอเตอร์เสียหายได้ 15.คุณลักษณะของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง มอเตอร์ DC แบบกระตุ้นด้วยไฟฟ้า
การทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้แปรงกับโรเตอร์สองขั้วและสเตเตอร์ที่เป็นแม่เหล็กถาวร (ขั้ว "N" หรือขั้ว "S" ที่บ่งไว้บนผิวหน้าด้านในของแม่เหล็ก; ผิวหน้าด้านนอกเป็นขั้วตรงข้าม) มอเตอร์ DC ที่มีตัวสับเปลี่ยนจะมีหนึ่งชุดของขดลวดที่พันรอบอเมเจอร์ที่ขี่อยู่บนเพลาโรเตอร์ เพลายังแบกตัวสับเปลี่ยนอยู่ด้วย ตัวสับเปลี่ยนจะทำตัวเป็นสวิตช์ไฟแบบหมุนที่ใช้งานได้นานปีในการเปลี่ยนทิศทางการไหลของกระแสตามช่วงเวลาที่ไหลในขดลวดของโรเตอร์ในขณะที่เพลาหมุน ดังนั้น ทุกๆมอเตอร์ DC ที่ใช้แปรงจะมีกระแส AC ไหลผ่านขดลวดที่กำลังหมุน กระแสจะไหลผ่านหนึ่งหรือมากกว่าหนึ่งคู่ของแปรงที่แตะอยู่กับตัวสับเปลี่ยน; แปรงเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟภายนอกกับอเมเจอร์ที่กำลังหมุน อเมเจอร์ที่กำลังหมุนประกอบด้วยหนึ่งหรือมากกว่าหนึ่งคอยล์ของขดลวดที่พันรอบแกนเหล็กอ่อนเคลือบฉนวน กระแสจากแปรงไหลผ่านตัวสับเปลี่ยนและขดลวดหนึ่งขดของอเมเจอร์ทำให้อเมเจอร์เป็นแม่เหล็กชั่วคราว (แม่เหล็กที่เกิดจากไฟฟ้า) สนามแม่เหล็กที่ผลิตโดยอเมเจอร์จะทำปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กอยู่กับที่ ที่ผลิตโดยแม่เหล็กถาวรหรือจากขดลวดสร้างสนามอื่นๆอย่างใดอย่างหนึ่ง แรงระหว่างสองสนามแม่เหล็กมีแนวโน้มที่จะหมุนเพลาของมอเตอร์ ตัวสับเปลี่ยนจะสลับกระแสไฟที่ให้กับคอยล์ในขณะที่โรเตอร์หมุน เป็นการรักษาขั้วแม่เหล็กของโรเตอร์ให้อยู่ในแนวที่สอดคล้องกับขั้วแม่เหล็กของสเตเตอร์ เพื่อให้โรเตอร์ไม่เคยหยุดนิ่ง (เช่นเข็มทิศที่ไม่หมุนไปทางอื่น) แต่ช่วยให้หมุนตราบเท่าที่พลังงานถูกจ่ายให้ มอเตอร์ DC แบบใช้ตัวสับเปลี่ยนแบบคลาสสิกมีหลายข้อจำกัด เนื่องมาจากความจำเป็นสำหรับแปรงที่ต้องกดกับตัวสับเปลี่ยน แรงกดนี้จะสร้างแรงเสียดทานและจะเกิดประกายไฟในขณะที่แปรงต่อวงจรและตัดวงจรกับคอยล์ของโรเตอร์ตอนที่แปรงเลื่อนผ่านรอยต่อที่เป็นฉนวนระหว่างเซ็กชั่นหนึ่งไปอีกเซ็กชั่นหนึ่ง หรือแปรงอาจไปช๊อตเซ็กชั่นที่อยู่ติดกัน นอกจากนี้ การเหนี่ยวนำของขดลวดโรเตอร์ทำให้เกิดแรงดันตกคร่อมในแต่ละขดเพิ่มขึ้นเมื่อวงจรของมันจะเปิดออก ซึ่งไปเพิ่มประกายไฟของแปรง ประกายไฟนี้จะจำกัดความเร็วสูงสุดของมอเตอร์ เนื่องจากประกายไฟที่เร็วมากเกินไปจะร้อนมากเกินไป, จะกัดกร่อน หรือแม้กระทั่งละลายตัวสับเปลี่ยน ความหนาแน่นของกระแสต่อหน่วยพื้นที่ของแปรง รวมทั้งค่าตวามต้านทานจะจำกัดเอาต์พุตของมอเตอร์ การต่อและการจากของหน้าสัมผ้สยังสร้างคลื่นรบกวน; ประกายไฟย้งสร้าง Radio Frequency Interference (RFI) ในที่สุด แปรงจะเสื่อมสภาพ และต้องเปลี่ยนและตัวสับเปลี่ยนเองก็เสื่อมสภาพได้และต้องการการบำรุงรักษา (สำหรับมอเตอร์ขนาดใหญ่) หรือเปลี่ยน (สำหรับมอเตอร์ขนาดเล็ก) ชุดใหญ่ของตัวสับเปลี่ยนของมอเตอร์ขนาดใหญ่เป็นชิ้นส่วนที่มีราคาแพงและต้องใช้ความแม่นยำในการประกอบหลายชิ้นส่วนเข้าด้วยกัน สำหรับมอเตอร์ขนาดเล็ก ปกติแล้วตัวสับเปลี่ยนจะประกอบมาเป็นส่วนหนึ่งของโรเตอร์ ดังนั้นถ้าต้องเปลี่ยนตัวสับเปลี่ยน ต้องเปลี่ยนโรเตอร์ทั้งตัว ในขณะที่ตัวสับเปลี่ยนส่วนใหญ่เป็นรูปทรงกระบอก บางตัวยังเป็นจานแบน ประกอบด้วยหลายเซ็กเมนท์ (โดยทั่วไปอย่างน้อยสาม) ติดตั้งอยู่บนฉนวน แปรงขนาดใหญ่ต้องการพื้นที่สัมผัสขนาดใหญ่ เพื่อเพิ่มกำลังของมอเตอร์อย่างเต็มที่ แต่แปรง ขนาดเล็กต้องการหน้าสัมผัสเล็กเพื่อเพิ่มความเร็วของมอเตอร์ให้เต็มที่โดยที่แปรงไม่กระดอนและเกิดประกายไฟมากเกินไป (แปรงขนาดเล็กยังราคาถุกกว่า) สปริงของแปรงที่แข็งหน่อยยังสามารถใช้เพื่อให้แปรงทำงานหนักที่ความเร็วสูงขึ้นแต่ด้วยค่าใช้จ่ายที่เป็นการสูญเสียจากแรงเสียดทานสูงขึ้น (ประสิทธิภาพต่ำลง) และเร่งให้แปรงและตัวสับเปลี่ยนสึกหรอเร็วขึ้น เพราะฉะนั้น การออกแบบแปรงของมอเตอร์ DC ต้องแลกเปลี่ยนระหว่างกำลังงาน ความเร็ว ประสิทธิภาพ และการสึกหรอ
A: shunt B: series C: compound f = field coil มอเตอร์ DC แบบใช้แปรงมีห้าประเภทดังต่อไปนี้:
มอเตอร์ DC แบบแม่เหล็กถาวร
บทความหลัก: Permanent-magnet electric motor มอเตอร์แม่เหล็กถาวรไม่ได้มีสนามแม่เหล็กจากขดลวดบนสเตเตอร์ แต่อาศัยสนามจากแม่เหล็กถาวรแทนในการปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กของโรเตอร์เพื่อสร้างแรงบิด ขดลวดชดเชยทึ่ต่ออนุกรมกับอเมเจอร์อาจถูกนำมาใช้ในมอเตอร์ขนาดใหญ่เพื่อปรับปรุงการสับเปลี่ยนภายใต้โหลด เนื่องจากสนามนี้มีค่าคงที่ จึงใช้ปรับความเร็วไม่ได้ สนามแม่เหล็กถาวร (สเตเตอร์) มีความสะดวกในมอเตอร์ขนาดจิ๋ว ที่จะกำจัดการบริโภคพลังงานของขดลวด มอเตอร์ DC ขนาดใหญ่ส่วนมากเป็นแบบ"ไดนาโม" ที่มีขดลวดในสเตเตอร์ ในอดีต แม่เหล็กถาวรไม่สามารถรักษา flux ที่สูงไว้ได้ถ้าถูกถอดออกเป็นชิ้นๆ; ขดลวดจึงจำเป็นเพื่อให้ได้ปริมาณของ flux ตามต้องการ อย่างไรก็ตาม แม่เหล็กถาวรขนาดใหญ่จะมีราคาแพง ทั้งอันตรายและยากที่จะประกอบ; ขดลวดจึงเป็นที่นิยมสำหรับมอเตอร์ขนาดใหญ่ เพื่อลดน้ำหนักและขนาด มอเตอร์แม่เหล็กถาวรขนาดจิ๋วอาจใช้แม่เหล็กพลังงานสูงที่ทำด้วย สารนีโอดิเมียม หรือสารเชิงกลยุทธ์อื่นๆ เช่น ส่วนใหญ่เป็นโลหะผสม นีโอดิเมียม-เหล็ก-โบรอน ด้วยความหนาแน่นที่สูงกว่าของฟลักซ์ของสารเหล่านี้ มอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้แม่เหล็กถาวร พลังงานสูงมีความสามารถในการแข่งขันน้อยกว่ามอเตอร์ไฟฟ้าแบบซิงโครนัสที่ถูกออกแบบอย่างดีสุดแบบ single feed และมอเตอร์แบบเหนี่ยวนำ มอเตอร์ขนาดจิ๋วมีโครงสร้างคล้ายกับ โครงสร้างที่แสดงในภาพประกอบ ยกเว้นว่าพวกมันมีอย่างน้อยสามขั้วโรเตอร์ (เพื่อให้แน่ใจในการสตาร์ทโดยไม่คำนึงถึงตำแหน่งของโรเตอร์) และตัวเครื่องด้านนอกจะเป็นท่อเหล็กที่เชื่อมโยงทางแม่เหล็กกับภายนอกของแม่เหล็กสนามรูปโค้ง มอเตอร์ DC แบบไม่ใช้แปรงแก้ไขบทความหลัก: Brushless DC electric motor (BLDC) บางส่วนของปัญหาของมอเตอร์ DC ที่ใช้แปรงจะถูกตัดทิ้งไปในมอเตอร์แบบ BLDC ซึ่งแทนที่ "สวิทช์หมุน"หรือตัวสับเปลี่ยนแบบกลไก ไปเป็นแบบสวิทช์อิเล็กทรอนิกส์ภายนอก ที่จะ synchronise กับตำแหน่งของโรเตอร์ มอเตอร์แบบ BLDC มักจะมีประสิทธิภาพประมาณ 85-90% และสูงได้ถึง 96.5% ในขณะที่ มอเตอร์กระแสตรงที่ใช้ brushgear มักจะมีประสิทธิภาพเพียง 75-80% เท่านั้น รูปคลื่นสี่เหลี่ยมคางหมูของมอเตอร์แบบ BLDC ซึ่งเป็น back-emf จะได้บางส่วนมาจากขดลวดของสเตเตอร์ และบางส่วนได้จากการจัดตำแหน่งของแม่เหล็กถาวรของโรเตอร์ เซนเซอร์แบบ Hall Effect จะถูกติดตั้งอยู่บนขดลวดของสเตเตอร์เพื่อการตรวจจับตำแหน่งโรเตอร์ เพื่อให้วงจรควบคุมจ่ายกระแสให้ชุดเฟสของขดลวดชุดใดชุดหนึ่งหรือมากกว่าหนึ่งชุดเพื่อให้โรเตอร์หมุนตามความเร็วที่ต้องการ มอเตอร์ DC ที่มีตัวสับเปลี่ยนแบบอิเล็กทรอนิกส์จะเป็นเหมือนมอเตอร์ DC ที่เอาข้างในออกข้างนอก BLDC มอเตอร์ถูกใช้กันโดยทั่วไปในที่ซึ่งการควบคุมความเร็วอย่างแม่นยำเป็นสิ่งที่จำเป็น อย่างเช่นในดิสก์ไดรฟ์ของเครื่องคอมพิวเตอร์หรือเครื่องบันทึกวิดีโอเทป, ไดรฟ์ภายใน CD, CD - ROM ( ฯลฯ ) และกลไกภายในผลิตภัณฑ์สำนักงาน เช่นพัดลม, เครื่องพิมพ์เลเซอร์ และ เครื่องถ่ายเอกสาร. พวกมันมีข้อดีหลายอย่างมากกว่ามอเตอร์ธรรมดา เช่น:
มอเตอร์แรงต้านแม่เหล็กแก้ไข
มอเตอร์แรงต้านแม่เหล็กแบบ 6/4 (6 stator 4 rotor) SRM ไม่มีแปรงหรือแม่เหล็กถาวรและโรเตอร์ก็ไม่มีกระแสไฟฟ้า แต่แรงบิดเกิดจากแนวไม่ตรงกันเล็กน้อยของขั้วแม่เหล็กบนโรเตอร์ กับขั้วแม่เหล็กบนสเตเตอร์ โรเตอร์จะวางตัวเองให้อยู่ในแนวสนามแม่เหล็กของสเตเตอร์ ในขณะที่สเตเตอร์ถูก energize โดยกระแสในขดลวด flux แม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยขดลวดจะไปตามเส้นทางของแรงต้านแม่เหล็ก(อังกฤษ: magnetic reluctance)ที่มีค่าน้อยที่สุด(เหมือนกระแสไฟฟ้าที่ไหลในทิศทางที่มีความต้านทานน้อยที่สุด) นั่นคือ flux จะไหลผ่านขั้วของโรเตอร์ที่อยู่ใกล้กับขั้วของสเตเตอร์ที่ถูก energize มากที่สุด ขั้วของโรเตอร์นั้นจะกลายเป็นแม่เหล็ก และสร้างแรงบิดขึ้น ในขณะที่โรเตอร์หมุน ขดลวดชุดต่อไปก็จะถูก energize ไปเรื่อยๆ ทำให้โรเตอร์ยังคงหมุนอยู่ตลอด SRMs ในปัจจุบันยังคงถูกใช้ในเครื่องไฟฟ้าบางอย่าง มอเตอร์ AC-DC สากลแก้ไมอเตอร์สากลต้นทุนต่ำที่ทันสมัยจากเครื่องดูดฝุ่น ขดลวดสนามบนสเตเตอร์มีสีทองแดงเข้มทั้งสองด้าน, แกนเคลือบของโรเตอร์เป็นโลหะสีเทา กับสล็อตสีเข้ม สำหรับพันขดลวด ตัวสับเปลี่ยนอยู่ด้านหน้า (ซ่อนบางส่วน)ได้กลายเป็นสีเข้มเนื่องจากการใช้งาน ชิ้นส่วนขึ้นรูปพลาสติกขนาดใหญ่สีน้ำตาลที่อยู่ด้านหน้าใช้รองรับแนวแปรงและแปรง (ทั้งสองด้าน) และแบริ่ง มอเตอร์สากลเป็นมอเตอร์ชนิดหนึ่งที่ทำงานได้ทั้ง AC และ DC เพาเวอร์ มันเป็นมอเตอร์แบบใช้ตัวสับเปลี่ยนและมีคอยล์สนามของสเตเตอร์ต่อแบบอนุกรมกับคอยล์ของโรเตอร์ผ่านทางตัวสับเปลี่ยน มอเตอร์สากลสามารถทำงานได้ดีบน AC เพราะ กระแสทั้งในสเตเตอร์และในโรเตอร์ (ซึ่งทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก) จะสลับกัน(กลับขั้ว)ทำ synchronize กับแหล่งจ่ายไฟ ทำให้ได้แรงกลเกิดขึ้นในทิศทางของการหมุนอย่างต่อเนื่อง เป็นอิสระต่อทิศทางของแหล่งจ่าย แต่เป็นไปตามตัวสับเปลี่ยนและขั้วของคอยล์สนาม มอเตอร์สากลมีแรงบิดเริ่มต้นสูง หมุนที่ความเร็วสูงและมีน้ำหนักเบา จึงมักถุกนำมาใช้ในอุปกรณ์ที่เคลื่อนย้ายไปมาได้และใช้ภายในครัวเรือน มันยังง่ายในการควบคุมด้วยอิเล็กทรอนิกส์ ถึงอย่างไรก็ตาม ตัวสับเปลี่ยนมีแปรงที่สึกหรอได้ ดังนั้นมันจึงไม่เหมาะที่จะใช้ในงานที่ต้องทำงานแบบต่อเนื่องนานๆ นอกจากนั้นตัวสับเปลี่ยนยังทำให้เกิดเสียงรบกวนด้วย ในการทำงานที่ความถี่สายไฟปกติ มอเตอร์สากลมักจะมีขนาดกำลังน้อยกว่า 1000 วัตต์ มอเตอร์สากลหลายตัวยังรวมตัวกันเป็นพื้นฐานสำคัญของมอเตอร์ฉุดลากแบบดั้งเดิม ใน การเดินรถไฟที่ใช้ไฟฟ้า ในการใช้งานแบบนี้ การใช้ AC เพื่อจ่ายกำลังให้มอเตอร์ไฟฟ้าที่แต่เดิมถูกออกแบบมาให้ทำงานบน DC จะนำไปสู่การสูญเสียประสิทธิภาพเนื่องจาก eddy current ไปทำให้ชิ้นส่วนที่เป็นแม่เหล็กร้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งชิ้นส่วนขั้วสนามของมอเตอร์ เพราะว่า, สำหรับ DC, อาจมีการใช้เหล็กแข็ง (ไม่เคลือบ) และปัจจุบันไม่ค่อยได้ใช้แล้ว ความได้เปรียบของมอเตอร์สากลคือ แหล่งจ่ายไฟ AC อาจจะนำมาใช้กับมอเตอร์ ที่มีลักษณะ สมบัติบางอย่างที่เหมือนกับในมอเตอร์ DC โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แรงบิดช่วงเริ่มต้นที่สูง และการออกแบบที่กะทัดรัดมากถ้าทำงานด้วยความเร็วสูง ด้านลบคือปัญหาการบำรุงรักษาและอายุอันแสนสั้นของตัวสับเปลี่ยน มอเตอร์ดังกล่าวจะใช้ในอุปกรณ์เช่น เครื่องผสมอาหารและ เครื่องมือไฟฟ้า ซึ่งจะใช้เป็นระยะๆเท่านั้น และมักจะมีความต้องการแรงบิดเริ่มต้นสูง บนขดลวดสนามอาจมี tap ได้หลายจุดเพื่อปรับความเร็วเป็นขั้นบันได เครื่องปั่นน้ำผลไม้ในครัวเรือน ที่โฆษณาว่ามีหลายความเร็ว มีบ่อยๆที่มีขดลวดสนามที่มีหลาย tap และไดโอด เพื่อให้แทรกอนุกรมเพื่อเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่นจ่ายให้กับมอเตอร์ มอเตอร์สากลยังถูกใช้เป็นตัวควบคุมความเร็วอิเล็กทรอนิกส์เพื่อเป็นทางเลือกที่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์เช่นเครื่องซักผ้าตามบ้าน มอเตอร์สามารถหมุนถังซัก(ทั้งเดินหน้าและถอยหลัง)โดยการเปลี่ยนขดลวดสนามเมื่อเทียบกับอเมเจอร์ ในขณะที่ มอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอก (SCIM) จะไม่สามารถหมุนเพลาเร็วกว่าความถี่ สายไฟฟ้า, มอเตอร์สากลสามารถวิ่งด้วยความเร็วที่สูงกว่ามาก สิ่งนี้จะทำให้มีประโยชน์สำหรับเครื่องใช้ในครัวเรือน เช่นปั่นน้ำผลไม้ เครื่องดูดฝุ่น และเครื่องเป่าผม ที่ต้องการความเร็วสูงและ น้ำหนักเบา นอกจากนั้นยังมีใช้กันทั่วไปใน เครื่องมือไฟฟ้าแบบพกพาเช่น สว่าน, เครื่องขัด, เลื่อยกลมและเลื่อยจิ๊กซอ ซึ่งลักษณะสมบัติของมอเตอร์แบบนี้จะทำงานได้ดี เครื่องดูดฝุ่นและมอเตอร์ ตัดวัชพืชจำนวนมากใช้ความเร็วเกิน 10,000 รอบต่อนาที ขณะที่หลายเครื่องบดขนาดเล็กที่คล้ายกันใช้ความเร็วเกิน 30,000 รอบต่อนาที 16.การนำไปใช้งานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
การทำงานของมอเตอร์ กระแสไฟฟ้าที่ป้อนเข้าในขดลวดที่พันรอบเหล็กอ่อนบนแกนหมุน(โรเตอร์) ทำให้เกิดอำนาจแม่เหล็กไปดูดหรือผลักกับอำนาจแม่เหล็กถาวรบนตัวนิ่ง(สเตเตอร์) หรือป้อนกลับกัน หรือป้อนทั้งสองที่
มอเตอร์ไฟฟ้าแบบต่างๆเมื่อเทียบกับแบตเตอรี 9V
การทำงานปกติของมอเตอร์ไฟฟ้าส่วนใหญ่เกิดจากการทำงานร่วมกันระหว่างสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กในตัวมอเตอร์ และสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสในขดลวดทำให้เกิดแรงดูดและแรงผลักของสนามแม่เหล็กทั้งสอง ในการใช้งานตัวอย่างเช่น ในอุตสาหกรรมการขนส่งใช้มอเตอร์ฉุดลาก เป็นต้น นอกจากนั้นแล้ว มอเตอร์ไฟฟ้ายังสามารถทำงานได้ถึงสองแบบ ได้แก่ การสร้างพลังงานกล และ การผลิตพลังงานไฟฟ้า
อุปกรณ์เช่นขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าและลำโพงที่แปลงกระแสไฟฟ้าให้เป็นการเคลื่อนไหว แต่ไม่ได้สร้างพลังงานกลที่ใช้งานได้ จะเรียกถูกว่า actuator และ transducer ตามลำดับ คำว่ามอเตอร์ไฟฟ้านั้น ต้องใช้สร้างแรงเชิงเส้น(linear force) หรือ แรงบิด(torque) หรือเรียกอีกอย่างว่า หมุน (rotary) เท่านั้น ภาพตัดขวางเพื่อแสดงสเตเตอร์ ของมอเตอร์เหนี่ยวนำ 17.หลักการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง มอเตอร์ คือ เครื่องกลไฟฟ้าที่ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล โดยสร้างมอเตอร์จะเหมือนกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงทุกอย่าง จะมีข้อแตกต่างออกไปบ้างก็เพียงเล็กน้อยเท่านั้น ทั้งนี้เพราะว่าสภาพที่นำมาใช้งานแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั่วไปจะเป็นชนิดเปิด (open type)
กล่าวคือขดลวดอาร์เมเจอร์ และขดลวดสนามแม่เหล็กจะพันเป็นแบบเปิดทั้งนี้ก็เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดความเสียหายขึ้นกับลวดอย่างไรก็ตามเครื่องกลไฟฟ้ากระแสตรงเครื่องเดียว สามารถใช้ทำเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือเป็นมอเตอร์ไฟฟ้าได้ แรงที่เกิดขึ้นในตัวนำ B = ความหนาแน่นสนามแม่เหล็ก หน่วย Wb/m2 ไฟฟ้าต้านกลับจึงเขียนสมการได้ดังนี้ 18.ชนิดของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในโรงงานต่างเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ควบคุมเครื่องจักรกลต่างๆในงานอุตสาหกรรมมอเตอร์มีหลายแบบหลายชนิดที่ใช้ให้เหมาะสมกับงานดังนั้นเราจึงต้องทราบถึงความหมายและชนิดของมอเตอร์ไฟฟ้าตลอดคุณสมบัติการใช้งานของมอเตอร์แต่ละชนิดเพื่อให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุดในการใช้งานของมอเตอร์นั้นๆและสามารถเลือกใช้งานให้เหมาะสมกับงานออกแบบระบบประปาหมู่บ้านหรืองานอื่นที่เกี่ยวข้องได้ 1.1ความหมายของมอเตอร์และการจำแนกชนิดของมอเตอร์
2.มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง เป็นต้นกำลังขับเคลื่อนที่สำคัญอย่างหนึ่งในโรงงานอุตสาหกรรมเพราะมีคุณสมบัติที่ดีเด่นในด้านการปรับความเร็วได้ตั้งแต่ความเร็วต่ำสุดจนถึงสูงสุด นิยมใช้กันมากในโรงงานอุตสาหกรรม เช่นโรงงานทอผ้า โรงงานเส้นใยโพลีเอสเตอร์ โรงงานถลุงโลหะหรือให้ เป็นต้นกำลังในการขับเคลื่อนรถไฟฟ้า เป็นต้นในการศึกษาเกี่ยวกับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงจึงควรรู้จัก อุปกรณ์ต่าง ๆ ของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงและเข้าใจถึงหลักการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบต่าง ๆ 2.1 ส่วนประกอบของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง 1) เฟรมหรือโยค (Frame Or Yoke) เป็นโครงภายนอกทำหน้าที่เป็นทางเดินของเส้นแรงแม่เหล็กจากขั้ว ขั้วแม่เหล็ก (Pole) ประกอบด้วย 2 ส่วนคือแกนขั้วแม่เหล็กและขดลวด
ภาพขดลวดพันอยู่รอบขั้วแม่เหล็ก ส่วนแรกแกนขั้ว (Pole Core) ทำด้วยแผ่นเหล็กบางๆ กั้นด้วยฉนวนประกอบกันเป็นแท่งยึดติดกับเฟรม
ส่วนปลายที่ทำเป็นรูปโค้งนั้นเพื่อโค้งรับรูปกลมของตัวโรเตอร์เรียกว่าขั้วแม่เหล็ก (Pole Shoes) มีวัตถุประสงค์ให้ขั้วแม่เหล็กและโรเตอร์ใกล้ชิดกันมากที่สุดเพื่อให้เกิดช่องอากาศน้อยที่สุด เพื่อให้เกิดช่องอากาศน้อยที่สุดจะมีผลให้เส้นแรงแม่เหล็กจากขั้วแม่เหล็กจากขั้วแม่เหล็กผ่านไปยังโรเตอร์มากที่สุดแล้วทำให้เกิดแรงบิดหรือกำลังบิดของโรเตอร์มากเป็นการทำให้มอเตอร์ ์์มีกำลังหมุน (Torque)
ลักษณะของขั้วแม่เหล็ก ส่วนที่สอง ขดลวดสนามแม่เหล็ก (Field Coil) จะพันอยู่รอบๆแกนขั้วแม่เหล็กขดลวดนี้ทำหน้าที่รับกระแสจากภายนอกเพื่อสร้างเส้นแรงแม่เหล็กให้เกิดขึ้น และเส้นแรงแม่เหล็กนี้จะเกิดการหักล้างและเสริมกันกับสนามแม่เหล็กของอาเมเจอร์ทำให้เกิดแรงบิดขึ้น 2 ตัวหมุน (Rotor) ตัวหมุนหรือเรียกว่าโรเตอร์ตัวหมุนนี้ทำให้เกิดกำลังงานมีแกนวางอยู่ในตลับลูกปืน (Ball Bearing) ซึ่งประกอบอยู่ในแผ่นปิดหัวท้าย (End Plate) ของมอเตอร์
1.แกนเพลา (Shaft) เป็นตัวสำหรับยืดคอมมิวเตเตอร์ และยึดแกนเหล็กอาร์มาเจอร์ (Armature Croe) ประกอบเป็นตัวโรเตอร์แกนเพลานี้จะวางอยู่บนแบริ่ง เพื่อบังคับให้หมุนอยู่ในแนวนิ่งไม่มีการสั่นสะเทือนได้
แปรงถ่าน ซองแปรงถ่าน ทำด้วยคาร์บอนมีรูปร่างเป็นแท่งสี่เหลี่ยมผืนผ้าุ่ในซองแปรงมีสปิงกดอยู่ด้านบนเพื่อให้ถ่านนี้สัมผัสกับซี่คอมมิวเตเตอร์ตลอดเวลาเพื่อรับกระแส และส่งกระแสไฟฟ้าระหว่างขดลวดอาร์มาเจอร์ กับวงจรไฟฟ้าจากภายนอก คือถ้าเป็นมอเตอร์กระแสไฟฟ้าตรงจะทำหน้าที่รับกระแสจากภายนอกเข้าไปยังคอมมิวเตเตอร ์ให้ลวดอาร์มาเจอร์เกดแรงบิดทำให้มอเตอร์หมุนได้ 2.2 หลักการของมอเตอร์กระแสไฟฟ้าตรง (Motor Action) 19.มอเตอร์แม่เหล็กถาวร( Brushless Permanent Magnet Motor)ของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง มอเตอร์ซิงโครนัสชนิดแม่เหล็กถาวร (PMSM)มอเตอร์ซิงโครนัสชนิดแม่เหล็กถาวร (PMSM) คือมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงที่กระตุ้นสนามไฟฟ้าโดยใช้แม่เหล็กถาวร และมีรูปคลื่น EMF แบบไซน์กลับด้าน PMSM คือลูกผสมระหว่างมอเตอร์เหนี่ยวนำและมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน ซึ่งคุณลักษณะที่เหมือนกับมอเตอร์ไร้แปรงถ่านแบบ DC คือ โรเตอร์แม่เหล็กถาวรและการพันขดลวดบนสเตเตอร์ อย่างไรก็ตาม โครงสร้างของสเตเตอร์ที่มีการพันขดลวดเพื่อสร้างความหนาแน่นฟลักซ์แบบไซน์ในช่องว่างอากาศของเครื่องจักรนั้นคล้ายกับมอเตอร์แบบเหนี่ยวนำ ความหนาแน่นของพลังงานนั้นสูงกว่ามอเตอร์เหนี่ยวนำที่มีอัตรากระแสเท่ากัน เนื่องจากไม่มีกำลังเฉพาะจากสเตเตอร์เพื่อสร้างสนามแม่เหล็ก แม่เหล็กถาวรทำให้ PMSM สามารถสร้างแรงบิดจากความเร็วเป็นศูนย์ได้ ซึ่งต้องการอินเวอร์เตอร์ชนิดควบคุมแบบดิจิตอลสำหรับการทำงาน PMSM มักใช้ในตัวขับมอเตอร์ประสิทธิภาพสูง การควบคุมมอเตอร์ประสิทธิภาพสูงนั้นจะสังเกตได้จากการหมุนที่นุ่มนวลในทุกช่วงความเร็วของมอเตอร์ การควบคุมแรงบิดเต็มที่จากความเร็วเป็นศูนย์ และมีอัตราเร่งและลดความเร่งได้อย่างรวดเร็ว เพื่อให้สามารถควบคุม PMSM ดังที่กล่าวมาได้ จึงต้องนำเทคนิคการควบคุมเวกเตอร์มาใช้ เทคนิคการควบคุมเวกเตอร์นั้นมีชื่อเรียกอีกอย่างหนึ่งว่าการควบคุมโดยกำหนดทิศทางสนามแม่เหล็ก (Field-Oriented Control - FOC) แนวคิดพื้นฐานของอัลกอริธึมควบคุมเวกเตอร์นั้นคือการสลายกระแสของสเตเตอร์ให้กลายเป็นส่วนสร้างสนามแม่เหล็กและส่วนสร้างแรงบิด ทั้งสองส่วนสามารถควบคุมแยกกันได้หลักจากถูกสลายแล้ว 20.คุณลักษณะและการนำไปใช้งานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง มอเตอร์ AC ตัวสับเปลี่ยนภายนอกแก้ไขมอเตอร์เหนี่ยวนำ AC และแบบซิงโครนัสถูกออกแบบให้ได้ประโยชน์สูงสุด สำหรับการใช้งาน กับรูปคลื่นแบบซายน์หรือคล้ายแบบซายน์เฟสเดียวหรือหลายเฟส เช่น สำหรับการใช้งานความเร็วจาก AC power grid หรือ ความเร็วปรับได้จากตัวควบคุม VFD (Variable-frequency drive) มอเตอร์ AC มีสองส่วนคือสเตเตอร์อยู่กับที่มีขดลวดรับไฟ AC เพื่อผลิตสนามแม่เหล็ก ที่หมุน และ โรเตอร์ที่ติดอยู่กับเพลาเอาต์พุตที่ให้แรงบิดโดยสนามที่หมุน มอเตอร์เหนี่ยวนำแก้ไขมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอก(SCIM)และแบบพันรอบโรเตอร์(WRIM)แก้ไข
โรเตอร์กรงกระรอกที่แสดงลามิเนตเพียงสามชั้น มอเตอร์เหนี่ยวนำเป็นมอเตอร์ AC แบบอะซิงโครนัส ที่พลังงานจะถูกโอนไปยังโรเตอร์โดยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า เหมือนการกระทำของหม้อแปลงไฟฟ้า มอเตอร์เหนี่ยวนำมีลักษณะคล้ายกับหม้อแปลงที่กำลังหมุน โดยที่สเตเตอร์เป็นขดปฐมภูมิและ โรเตอร์เป็นขดทุติยภูมิ มอเตอร์เหนี่ยวนำหลายเฟสถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม มอเตอร์เหนี่ยวนำอาจจะแบ่งออกต่อไปอีกเป็น SCIM และ WRIM. มอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอกมีขดลวดที่หนักทำขึ้นจากแท่งโลหะตัน ปกติเป็นอะลูมิเนียมหรือทองแดง เชื่อมกันด้วยแหวนที่ปลายของโรเตอร์ทั้งสองปลาย เมื่อพิจารณาแล้วแท่งและแหวน มีลักษณะเหมือนกรงสำหรับออกกำลังกายของสัตว์ที่หมุนได้ จึงได้ชื่ออย่างนั้น กระแสที่เหนี่ยวนำในขดลวดทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่โรเตอร์ รูปร่างของแท่งโลหะของโรเตอร์จะเป็นตัวกำหนดลักษณะสมบัติของความเร็ว-แรงบิด ที่ความเร็วต่ำ กระแสที่เหนี่ยวนำในกรง กระรอกเกือบจะอยู่ที่ความถี่ของ line และมีแนวโน้มที่จะอยู่ในส่วนด้านนอกของกรงโรเตอร์ ในขณะที่มอเตอร์เร่งความเร็ว ความถี่สลิปจะลดลงและกระแสจะมากขึ้นในด้านในของขดลวด โดย การตกแต่งรูปร่างของแท่งโลหะเพื่อเปลี่ยนความต้านทานของขดลวดที่อยูด้านในและด้านนอกของกรง เหมือนกับได้ใส่ความต้านทานปรับค่าได้เข้าไปในวงจรของโรเตอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม ส่วนใหญ่ของมอเตอร์ดังกล่าวมีแท่งโลหะที่มีรูปร่างเพียงแบบเดียว
ไดอะแกรมแสดง wound-rotor induction motor ใน WRIM, ขดลวดโรเตอร์ทำจากลวดหุ้มฉนวนหลายๆรอบต่ออยู่กับ slip ring บนเพลาของ มอเตอร์ slip ring นี้จะต่อระหว่างขดลวดของโรเตอร์กับตัวต้านทานภายนอกหรืออุปกรณ์ควบคุมอื่นๆ ตัวต้านทานช่วยควบคุมความเร็วของมอเตอร์ แม้ว่าจะเกิดพลังงานความร้อนจำนวนมากกระจายในความต้านทานภายนอก ตัวแปลงสักตัวสามารถต่อกับวงจรโรเตอร์และจ่ายพลังงานที่ความถี่ของสลิปกลับมา, แทนที่จะถูกทิ้งไปเปล่าๆ, เข้าระบบส่งกำลังผ่านทางอินเวอร์เตอร์อีกตัวหนึ่ง หรือเข้าที่มอเตอร์-เจเนอเรเตอร์ต่างหาก WRIM ใช้เป็นหลักในการสตาร์ทโหลดความเฉื่อยสูง หรือโหลดที่ต้องการแรงบิดเริ่มต้นที่สูงมากๆตลอดช่วงความเร็วเต็มสุด โดยการเลือกตัวต้านทานอย่างถูกต้องเพื่อใช้ในการต้านทานรองหรือตัวสตาร์ทแหวนสลิป มอเตอร์จะสามารถผลิตแรงบิดสูงสุดที่แหล่งจ่ายกระแสค่อนข้างต่ำ จากความเร็วเป็นศูนย์จนกระทั่งความเร็วเต็มสุดได้ มอเตอร์ประเภทนี้ยังให้ความเร็วที่สามารถควบคุมได้ ความเร็วมอเตอร์สามารถเปลี่ยนแปลงได้เพราะว่าเส้นโค้งแรงบิดของมอเตอร์มีการแก้ไขได้อย่างมีประสิทธิภาพตามขนาดของความต้านทานที่เชื่อมต่อกับวงจรโรเตอร์ การเพิ่มค่าความต้านทานจะลดความเร็วของแรงบิดสูงสุดลง ถ้าความต้านทานเพิ่มเกินกว่าจุดที่แรงบิดสูงสุด เกิดขึ้นที่ความเร็วเป็นศูนย์, แรงบิดจะลดลงอีกต่อไป เมื่อใช้กับโหลดที่มีเส้นโค้งแรงบิดที่เพิ่มขึ้นตามความเร็ว มอเตอร์จะทำงานด้วยความเร็วที่แรงบิดที่เกิดจากมอเตอร์จะเท่ากับแรงบิดโหลด การลดโลดจะทำให้มอเตอร์เพิ่มความเร็ว และการเพิ่มโหลด จะทำให้มอเตอร์หมุนช้าลงจนโหลดและแรงบิดของมอเตอร์มีค่าเท่ากัน การทำงานในลักษณะนี้ ความสูฃเสียหรือความร้อนในสลิปจะกระจายในตัวต้านทานรองและอาจมีความสำคัญมาก การควบคุมความเร็วและประสิทธิภาพสุทธิยังแย่มากอีกด้วย 21.การเริ่มเดินของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง การควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง 1.การเริ่มเดินมอเตอร์ การสตาร์ทมอเตอร์หรือการเริ่มเดินมอเตอร์
ในช่วงเริ่มแรกยังไม่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าต้านกลับ (Back Emf) เกิดขิ้นที่อาเมเจอร์ ทำให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าไฟฟ้าที่ตกคร่อม (Voltage Dorp) ที่อาเมเจอร์จะมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเป็นจำนวนมาก อาจเป็นให้เกิดอันตรายกับมอเตอร์หรือฟิวส์ขาดได้ เนื่องจากความต้านทานของอาเมเจอร์ที่มีค่าตํ่ามาก เพราะฉะนั้นในการสตาร์ทมอเตอร์หรือเริ่ม 1.1 การควบคุมด้วยมือ (Manual Operation)
รูปที่1.1 การปรับฟิลด์รีโอสตาร์ทด้วยมือ การควบคุมตามวิธีฟิลด์รีโอสตาร์ตจะเป็นตัวต้านทานที่ต่อแยกออกมาหลายๆและมีสายต่อไปยังสวิตช์ที่มีหลายปุ่มแขนของสวิตช์จะหมุนไปตามสัดส่วนโค้ง และสัมผัสปุ่มสวิตช์ที่ต่อแยกออกจากตัวต้านทาน ดังนั้นจึงเป็นการเปลี่ยนแปลงจำนวนความต้านทานในวงจรฟิลด์ถ้าแขนของสวิตช์หมุนไปตามทิศทาง "LOVER" จะทำให้ความต้านทานเพิ่มขึ้นเป็นผลให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ขั้วลดลงแต่ถ้าแขนของสวิตช์หมุนไปตามทิศ"RAISE" ความต้านทานจะลดลงเป็นผลทำให้แรงเคลื่อนไฟฟ้า ที่ขั้วเพิ่มขึ้น 22.การควบคุมความเร็วของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง 2. การควบคุมความเร็วของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
2.2 ใช้การแบ่งที่ขดลวดขั้วแม่เหล็ก (Tapped Field)
รูปที่2.2 การควคุมความเร็วโดยการแบ่งขดลวด สำหรับมอเตอร์ขนาดใหญ่มีกระแสสูงการควบคุมโดยความเร็วการต่อความต้านทานและการปรับค่าความต้านทานและการเลื่อนปุ่มจะทำให้เกิดประกายไฟ (Arc) และเกิดความร้อนสูง จึงใช้วิธีแบ่งแยกกระแสในขดลวดขั้วแม่เหล็ก (Field Divertor) โดยนำความต้านทานปรับค่าได้ต่อขนานกับขดลวดสนามแม่เหล็ก ใช้ปรับความเร็ว เมื่อต้องการความเร็วสูง กว่าความเร็วปกติ
รูปที่2.3 การควบคุมความเร็วมอเตอร์อนุกรมให้สูงกว่าความเร็วปกติ และเมื่อต้องการความเร็วต่ำกว่าความเร็วปกติใช้ความต้านทานปรับค่าได้ (Rheostat) ต่อขนานกับขดลวดอาร์มาเจอร์ ดังรูปที่2.4
รูปที่2.4
การควบคุมความเร็วมอเตอร์ให้ตํ่ากว่าความเร็วปกติ การควมคุมความเร็วมอเตอร์กระแสตรงแบบชันต์ (Shunt Motor) มอเตอร์กระแสตรงแบบขนานนี้ต่อขดลวดขั้วแม่เหล็ก (Field Coil) ขนานกับขดลวดชุดอาร์มาเจอร์ จึงเรียกว่าแบบขนานหรือชันต์มอเตอร์
มอเตอร์แบบนี้มีความเร็วปกติคงที่
รูปที่2.5 การปรับความเร็วชั้นท์มอเตอร์ให้มีความเร็วสูงกว่าปกติโดยใช้รีโอสตาท ข. ถ้าจะให้ความเร็วของมอเตอร์แบบชันต์มีความเร็วต่ำกว่าปกติโดยการต่อรีโอสตาทอนุกรมกับขดลวดวงจรอาร์มาเจอร์ของมอเตอร์
รูปที่2.6
การปรับความเร็วชั้นท์มอเตอร์ให้มีความต่ำกว่าปกติ โดยใช้รีโอสตาท 23.การกลับทิศทางการหมุนของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
|
เครื่องกลไฟฟ้ากระแสตรง บทที่2
กระทู้ที่เกี่ยวข้อง
ลิขสิทธิ์ © 2024 toptenid.com Inc.
