1.ทฤษฎีแม่เหล็ก แม่เหล็กไฟฟ้า
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
แต่ในทางกลับกันเครื่องกำเนิดไฟฟ้าตัวหนึ่งหมุนที่ความเร็วรอบ
300 RPM จำนวน pole ที่ต้องใช้ในการทำให้ได้ความถี่ 50 cycle/sec จะต้องทำให้โรเตอร์ มีขนาด 10 คู่ pole หรือ 20 pole ซึ่งเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ชนิดนี้ส่วนมากใช้กับ Hydro turbine เป็นตัวหมุนโรเตอร์(โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำ)
เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งใช้กับ Steam turbine หรือ Gas turbine เป็นตัวหมุนโรเตอร์ส่วนมากเป็นพวก High speed และรูปร่างโรเตอร์เป็นทรงกระบอกดังรูปด้านล่าง
Turbo Generator Rotor หรือโรเตอร์ทรงกระบอก |
ขดลวดโรเตอร์จะวางลงในช่อง slot และต่อเข้าด้วยกันที่ปลายของแต่ละชุด เพื่อวางรูปให้เป็นขดลวดและกำหนดขั้ว N และ S ซึ่งจะเป็นตัวกำหนดการหมุนของสนามแม่เหล็ก
ความถี่(Frequency) คือตัววัดความเร็ว ถ้าเพิ่มพลังงานที่ได้จากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยไม่เพิ่มพลังงานให้กับ turbine จะทำให้ความเร็วลดลง ซึ่งเราสามารถรู้ได้ด้วยความถี่ลดลงด้วย
ควรจำไว้ว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ไม่ได้เป็นตัวสร้างพลังงานไฟฟ้า แต่เครื่องกำเนิดไฟฟ้า เป็นเครื่องมือที่เปลี่ยนพลังงานทางกล ไปเป็น พลังงานไฟฟ้า
4.ชนิดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง
การแบ่งชนิดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง
เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง แบ่งออกตามลักษณะการนำกระแสไฟฟ้าไปกระตุ้นขดลวดสนามแม่เหล็ก ได้ 2 แบบ คือ
เครื่องกำเนิดชนิดกระตุ้นแบบแยก (Separately excited generator)
คือเครื่องกำเนิดชนิดหรือประเภทที่ซึ่ง ขดลวดสนามแม่เหล็กของมันถูกกระตุ้นจากแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงจากภายนอกที่แยกต่างหาก ซึ่งแหล่งจ่ายที่ใช้ในการกระตุ้นสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงจากภายนอกที่แยกต่างหาก
ซึ่งแหล่งจ่ายที่ใช้ในการกระตุ้นสำหรับเครื่องกำเนิดชนิดนี้อาจจะเป็นแบตเตอรี่ หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงตัวอื่นๆ เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าตัวอื่นๆถูกนำมาใช้ในการกระตุ้น มันก็จะถูกเรียกว่า ตัวกระตุ้นหรือเอ็กเซเตอร์(Exciter)สัญลักษณ์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงชนิดกระตุ้นแบบแยก
เนื่องจากการกระตุ้นแบบแยกต้องการแบตเตอรี่หรือเครื่องกำเนิดที่แยกต่างหาก ดังนั้น โดยทั่วไป มันจึงมีราคาแพงกว่าการกระตุ้นตัวเอง
ตามผลลัพธ์ที่เกิดขึ้นโดยปกติแล้วการกระตุ้นแบบแยกจะถูกนำมาใช้เมื่อการกระตุ้นตัวเองให้ผลไม่เป็นที่น่าพอใจ ซึ่งสิ่งที่เกิดขึ้นในกรณีที่เครื่องกำเนิดต้องตอบสนองอย่างรวดเร็ว และถูกต้องแน่นอนต่อการควบคุมแหล่งจ่ายจากภายนอก หรือเมื่อแรงดันด้านออกของเครื่องกำเนิดต้องเปลี่ยนแปลงไปในย่านที่กว้างในระหว่างที่มันทำงานตามปกติ
เครื่องกำเนิดชนิดกระตุ้นตัวเอง(Self excited generator) คือ เครื่องกำเนิดชนิดหรือประเภทซึ่งชุดขดลวดสนามแม่เหล็กของมัน ถูกกระตุ้นด้วยกระแสที่เกิดจากตัวของมันเอง
เนื่องจากแม่เหล็กตกค้างจึงมีฟลักซ์แม่เหล็กบางส่วนหลงเหลืออยู่ภายในแท่งขั้วแม่เหล็กเสมอ เมื่ออาร์เมเจอร์หมุนจะมีแรงเคลื่อนจำนวนหนึ่งเกิดขึ้น และทำให้กระแสเหนี่ยวนำจำนวนหนึ่งเกิดขึ้นด้วยซึ่งเป็นบางส่วนหรือทั้งหมดที่มันเคลื่อนที่ผ่านชุดขดลวดสนามแม่เหล็ก เพราะฉะนั้นฟลักซ์แม่เหล็กที่ตกค้างที่แท่งขั้วแม่เหล็กจึงถูกทำให้มีความเข้มมากขึ้น
เครื่องกำเนิดชนิดกระตุ้นตัวเอง
แบ่งออกตามลักษณะการต่อขดลวดสนามแม่เล็กกับวงจรขดลวดอาร์เมเจอร์ได้เป็น 3 แบบ
คือ
1. เครื่องกำเนิดแบบอนุกรม (Series generator)
2. เครื่องกำเนิดแบบขนาน(Shunt generator)
3. เครื่องกำเนิดแบบผสม(Compound generator)
เครื่องกำเนิดแบบอนุกรม (Series generator) เครื่องกำเนิดชนิดนี้ชุด ขดลวดสนามแม่เหล็กจะต่ออนุกรมเข้ากับเอาต์พุดของเครื่องกำเนิด กระแสกระตุ้นที่ไหลผ่านชุดขดลวดสนามแม่เหล็กจะเป็นค่าเดียวกันกับกระแสที่เครื่องกำเนิดจ่ายให้โหลด ถ้าโหลดมีความต้านทานสูง
มันก็จะดึงกระแสดจากเครื่องกำเนิดได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น และกระแสกระตุ้นก็จะมีค่าเพียงเล็กน้อยตามไปด้วยทำให้ความเข้มของสนามแม่เหล็กน้อย ซึ่งจะทำให้แรงเคลื่อนที่ขั้วของเครื่องกำเนิดมีค่าต่ำ ในลักษณะทำนองเดียวกัน ถ้าโหลดดึงกระแสมากกระแสกระตุ้นก็จะมีค่ามากด้วย ซึ่งจะทำให้สนามแม่เหล็กของชุดขดลวดสนามแม่เหล็กมีความเข้มมาก และแรงดันที่ขั้วของเครื่องกำเนิดก็จะมีค่าสูง ดังนั้นจึงพิจารณาเห็นได้ว่าเครื่องกำเนิดแบบอนุกรม การเปลี่ยนแปลงของกระแสโหลดจะมีผลอย่างมากต่อแรงดันที่ขั้วของเครื่องกำเนิด
เพราะฉะนั้นจึงอาจกล่าวได้ว่า เครื่องกำเนิดแบบอนุกรมจะมีความสม่ำเสมอของแรงดันที่แย่(Poor voltage regulation) และจากผลลัพธ์ที่เกิดขึ้น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบอนุกรมจึงไม่มีความเหมาะสมที่จะนำไปใช้กับโหลดที่ไม่คงที่หรือมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา
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
เครื่องกำเนิดแบบผสมเชิงสะสม แบ่งออกเป็น 3 ชนิด คือ
เครื่องกำเนิดแบบผสมชนิดผสมเรียบ(Flat compound generator)
เครื่องกำเนิดแบบผสมชนิดผสมเกิน(Over compound generator)
เครื่องกำเนิดแบบผสมชนิดผสมขาด(Under compound generator)
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) เนื่องจากผลกระทบของสนามแม่เหล็กภายนอก
ถ้านำวัสดุที่มีสภาวะเป็นแม่เหล็กเข้ามาใกล้กับแม่เหล็กที่มีการทำให้มีคุณสมบัติของแม่เหล็กหรือเมื่อสนามแม่เหล็กได้รับการเพิ่มจากภายนอก 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)
พิจารณานิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนจำนวนหนึ่ง ในสภาวะปกติซึ่งไม่มีสนามแม่เหล็กจากภายนอกเข้าไปรบกวน พบว่า แม็กเนติกโมเมนต์ของนิวเคลียสแต่ละตัวมีทิศทางแบบสุ่ม ดังแสดงในรูป 3.2.2
แม็กเนไตเซชันนิยามว่า เป็นค่าผลรวมแบบเวคเตอร์ของแม็กเนติกโมเมนต์ในหนึ่งหน่วยปริมาตร แทนด้วยสัญลักษณ์ M ดังนั้น เมื่อเรานำแม็กเนติกโมเมนต์ซึ่งมีทิศทางแบบสุ่มดังรูป 3.2.2 มารวมกันแบบเวคเตอร์จะได้ผลลัพท์เท่ากับศูนย์(M=0)
ต่อมา เมื่อใส่สนามแม่เหล็กสถิตสม่ำเสมอ (uniform static magnetic field: B ) ให้กับระบบนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนนี้ พบว่า แม็กเนติกโมเมนต์ของนิวเคลียสไฮโดรเจนส่ายรอบสนามแม่เหล็กที่ใส่เข้าไป โดยประพฤติตัวสองแบบ คือ ส่ายแบบขนาน (parallel) แทนด้วย P และส่ายแบบปฏิขนาน (anti-parallel) แทนด้วย A ดังรูป 3.2.3 ความถี่ของการส่าย ( ω ) เท่ากับ
ความถี่นี้เป็นความถี่ธรรมชาติมีชื่อเรียกว่า ความถี่ลาร์มอร์ (Larmor frequency) ขนาดของความถี่นี้ขึ้นกับชนิดของนิวเคลียสและความแรงของสนามแม่เหล็ก
|
รูป 3.2.3 โมเมนต์แม่เหล็กจัดตัวแบบขนานและปฏิขนาน เมื่อมีสนามแม่เหล็กภายนอกเข้าไปรบกวน (ขยายภาพ) |
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
|
รูป 3.2.5 สารตัวอย่างน้ำเมื่ออยู่ในสภาวะปกติ |
8ขดลวดชดเชย(Compensating Winding)
ขดลวดชดเชย เป็นขดลวดที่พันอยู่ที่ผิวหน้าของขั้วแม่เหล็กหลักและต่ออนุกรมกับขดลวดอาร์เมเจอร์โดยมีทิศทางการพันให้เกิดเส้นแรงแม่เหล็กมีขั้วตรงกันข้ามที่เกิดในอาร์เมเจอร์ ทำหน้าที่ทำให้สนามแม่เหล็กลดมีค่าเป็นกลาง
9.คอมมิวเตชั่น(Commutation
คอมมิวเตชั่น(Commutation)
คือ กระบวนการกลับทิศทางการไหลของกระแสในขดลวดอาร์เมเจอร์ย่อยแต่ละขดและนำพากระแสไฟตรงไปสู่วงจรภายนอกโดยผ่านซี่คอมมิวเตเตอร์และแปรงถ่านซึ่งเกิดขึ้นในระยะเวลาสั้นๆ คอมมิวเตชั่นจะเกิดขึ้นพร้อมๆกันในทิ้งสองขดลวดที่กำลังถูกลัดวงจร โดยที่ขดลวด จะถูกลัดวงจรด้วยแปรงถ่านบวก และขดลวดที่อยู่ฝั่งตรงข้ามจะถูกลัดวงจรด้วยแปรงถ่านลบ
เพื่อไม่ให้เกิดการ สปาร์คขึ้นระหว่างซี่คอมมิวเตเตอร์และแปรงถ่าน ก็จะต้องวางแปรงถ่านให้อยู่ในตำแหน่งระนาบเป็นกลางที่แท้จริงในขณะที่เครื่องกำเนิดกำลังจ่ายโหลด(ระนาบเป็นกลางทางไฟฟ้า) ทั้งนี้รู้เพราะว่าไม่มีแรงเคลื่อนเหนี่ยวนำเกิดขึ้นในขดลวดทั้งสอง ณ เวลาในขณะนั้น
10.การลดประกายไฟที่เกิดจากคอมมิวเตชั่น
คอมมิวเตเตอร์ ทำหน้าที่เป็นตัวเปลี่ยนแรงดันไฟสลับที่เกิดขึ้นภายในวงขดลวด ให้เป็นแรงดันไฟตรง อย่างไรก็ตามมันเป็นตัวเชื่อมต่อระหว่างแปรงถ่านไปยังขดลวดหมุนด้วย
วิธีที่มันเปลี่ยนไฟสลับไปเป็นไฟตรงจะมีความเกี่ยวพันโดยตรงกับบทบาทหน้าที่ของมัน
ส่วนจุดประสงค์ของแปรงถ่าน ก็คือ เป็นตัวเชื่อมต่อแรงดันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไปยังวงจรภายนอก เพื่อที่จะกระทำสิ่งนี้ แปรงถ่านแต่ละอันจะต้องต่อเชื่อมจะต้องต่อเชื่อมเข้ากับปลายแต่ละข้างของวงขดลวด แต่การเชื่อมต่อเข้าด้วยกันโดยตรงไม่สามารถจะกระทำได้เนื่องจากวงขดลวดเป็นตัวเคลื่อนที่หมุน
ดังนั้นแปรงถ่านทั้งสองจึงถูกต่อเชื่อมเข้ากับปลายทั้งสองของวงขดลวดโดยการผ่านคอมมิวเตเตอร์แทนคอมมิวเตเตอร์มีลักษณะเป็นรูปทรงกระบอกผ่าครึ่งสองชิ้นประกบกัน มีผิวเรียบทำจากวัสดุตัวนำและมีวัสดุที่เป็นฉนวนคั่นกลาง แต่ละชิ้นหรือแต่ละซึกของคิมมวิเตเตอร์จะต่อเข้ากับปลายข้างหนึ่งของวงขดลวดถาวร เพราะฉะนั้นในขณะที่วงขดลวดหมุนคอมมิวเตเตอร์ก็จะหมุนตามไปด้วย แปรงถ่านแต่ละอันจะถูกกดให้สัมผัสกับคอมมิวเตเตอร์แต่ละซีกและมันจะสัมผัสกับคอมมิวเตเตอร์ตลอดเวลาในขณะที่วงขดลวดเคลื่อนที่หมุน
ในวิธีนี้จะทำให้แปรงถ่านแต่ละอันถูกต่อเข้ากับปลายทั้งสองของวงขดลวดโดยผ่านคอมมิวเตเตอร์แต่ละซีกที่แปรงถ่านกดอยู่ เมื่อคอมมิวเตเตอร์หมุนในขณะที่แปรงถ่านอยู่กับที่ ในตอนแรกแปรงถ่านแต่ละอันจะสัมผัสกับคอมมิวเตเตอร์ซีกหนึ่ง และหลังจากนั้นก็จะสัมผัสกับคอมมิวเตเตอร์อีกซีกหนึ่ง ซึ่งสิ่งนี้ให้ความหมายว่า ในตอนแรกแปรงถ่านแต่ละอันจะต่อเข้ากับปลายข้างหนึ่งของวงขดลวด และต่อมาก็จะต่อเข้ากับปลายอีกข้างหนึ่งของวงขดลวด โดยที่แปรงถ่านทั้งสองอันวางอยู่ในตำแหน่งที่ตรงข้ามกับซีกทั้งสองข้างของคอมมิวเตเตอร์
ดังนั้นมันจึงสัมผัสกับคอมมิวเตเตอร์จากซีกหนึ่งไปสู่อีกซีกหนึ่ง ณ เวลาในขณะเดียวกันกับที่ วงขดลวดเคลื่อนที่หมุนมาถึงจุดที่มันเปลี่ยนขั้วของแรงดันเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นพอดี ดังนั้นที่ทุกๆ ขณะเวลาที่ปลายทั้งสองของวงขดลวดเปลี่ยนขั้ว แปรงถ่านทั้งสองอันจะเปลี่ยนจุดสัมผัส(สวิตซ์) จากซีกหนึ่งของคอมมิวเตเตอร์ไปสู่อีกซีกหนึ่ง ซึ่งในวิธีการนี้จะทำให้แปรงถ่านอันหนึ่งเป็นบวกเสมอเมื่อเทียบกับอีกอันหนึ่ง เพราะฉะนั้นค่าหรือขนาดของแรงดันระหว่างแปรงถ่านทั้งสองอันจึงขึ้นลงหรือแกว่งไปมาระหว่างค่าศูนย์และค่าสูงสุด
แต่มันมีขั้วเดียวเสมอ ดังนั้นแรงดันไฟตรงขึ้นลงหรือแกว่งไปมาจึงเป็นเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง
ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้งานในทางปฏิบัติ วงของขดลวดและคอมมิวเตเตอร์จะประกอบเข้าด้วยกันอยู่บนแกนหมุน ซึ่งเรียกว่า อาร์เมเจอร์ และบางครั้งเรียกว่าโรเตอร์ (Rotor) ดังนั้นอาร์เมเจอร์ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบนี้จึงเป็นส่วนที่หมุน
แปรงถ่านไฟแลบสุดๆ
& กินด้านเดียว - Pantip
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
งานพื้นฐานวงจรไฟฟ้าและการวัด
แรงดันไฟฟ้าที่สมบูรณ์ต้องประกอบไปด้วย 3 สิ่งดังนี้
(1). แรงดันไฟฟ้า มีหน่วยเป็น โวลล์ (V)
(2).กระแสไฟฟ้า มีหน่วยเป็น แอมแปร์ (A)
(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
รูปวงจร |
***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)
P คือ กำลังไฟฟ้า มีหน่วยเป็นวัตต์ (W)
t คือ เวลา มีหน่วยเป็นวินาที (S)
หน่วยและการเปลี่ยนหน่วยวัดพลังงานไฟฟ้า
(1). วัตต์ - วินาที (Walt - Second ) คือ พลังงานไฟฟ้าที่เกิดจากกำลังไฟ 1 วัตต์ ในเวลา 1 วินาที หรือ พลังงานไฟฟ้า 1 จูล ( Joule)
(2). วัตต์ - ชั่วโมง (Walt - Hour ) คือ พลัังงานไฟฟ้าเกิดจากกำลัไฟฟ้า 1 วัตต์ใน 1 ชั่วโมง
(3). กิโลวัตต์ - ชั่วโมง (Kilowalt - Hour ) คือ พลัังงานไฟฟ้าที่เกิดจากกำลังไฟฟ้า 1,000 วัตต์ ในเวลา 1 ชั่วโมง(Hour) หรือ 1 หน่วย หรือ 1 ยูนิต (Unit)ตัวอย่าง1 มีบ้านหลังหนึ่งใช้หลอดไฟขนาด 60W จำนวน 5 หลอด ใช้งานวันละ 6 ชั่วโมง
จะชำระไฟฟ้าวันละเท่าไร ถ้าคิดคา่ไฟฟ้ายูนิตละ 3 บาท
วิธีทำ
จากสมการ W = Pt
แทนค่า = 60*5*6
= 1,800 walt/h
หรือ = 1.8 kw/h
หรือ = 1.8 unit
ถ้าคิิดค่าไฟฟ้ายูนิตละ 3 บาท
= 1.8*3 บาท
= 5.40 บาท/วัน
***ดังนั้น ต้องชำระค่าำไฟฟ้าต่อวันคือ 5.40 บาท/วัน
ตัวอย่าง 2 บ้านพักหลังหนึ่งมีเครื่องใช้ไฟฟ้าดังนี้
1. หม้อหุงข้าว ขนาด 60 W ใช้งานวันละ 30 นาที
2. ตู้เย็นขนาด 150 W ใช้งานวันละ 24 h
3. โทรทัศน์ขนาด 100 W ใช้งานวันละ 6 h
4. เตารีดขนาด 1,000 W ใช้งานวันละ 1 h
5. พัดลมขนาด 70 W ใช้งานวันละ 4 h
หาค่าภายในเวลา 1 เดือน บ้านหลังนี้จะชำระค่าไฟฟ้าเท่าไร หากการไฟฟ้าคิดค่าไฟฟ้ายูนิตละ 2 บา
วิธีทำ
= (60*0.5) + (150*24) + (100*6) + (1,000*1) + (70*4)
= 30 + 3,600 + 600 + 1,000 + 280
= 5,510 W
ใน 1 วัน ใช้พลังงานไฟฟ้า
W = 5,510 W/N
หรือ W = 551 kw/N หรือ 5.51 ยูนิต
ค่าไฟฟ้า ยูนิต ละ 2 บาท = 5.51 * 2
= 11.02/วัน
ภายใน 1 เดือน = 11.02 * 30 วัน
= 330.6 บาท / เดือน
***ดังนั้น ต้องชำระค่าไฟฟ้าต่อเดือนละ 330.6 บาท/เืดือน
14.ประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
ประสิทธิภาพและการสูญเสียของมอเตอร์
ประสิทธิภาพของมอเตอร์ขึ้นอยู่กับค่าของการสูญเสียที่เกิดขึ้นในตัวมอเตอร์ โดยทั่วๆ ไปแล้วการสูญเสียในมอเตอร์จะมาจาก 2 ส่วนคือ
- ค่าการสูญเสียขณะที่มอเตอร์ไม่มีภาระ (No-Load Losses) เป็นการสูญเสียที่มีค่าคงที่และไม่ขึ้นกับโหลดของมอเตอร์เป็นการสูญเสียที่แกนเหล็ก (Core loss) การสูญเสียจากแรงลมและแรงเสียดทาน (Windage and Friction loss)
- ค่าการสูญเสียขณะมีภาระ (Load Losses) ซึ่งเป็นการสูญเสียที่สเตเตอร์ (Stator loss) โรเตอร์ (Rotor loss) และจากภาระการใช้งาน (Stray loss)
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:
- แบบขดลวดพันขนาน
- แบบพันอนุกรม
- แบบผสม มีสองแบบได้แก่:
- ผสมสะสม
- ผสมที่แตกต่างกัน
- แบบแม่เหล็กถาวร (ไม่มีรูปแสดง )
- Separately excited (ไม่มีรูปแสดง)
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 แบบไม่ใช้แปรงแก้ไข
บทความหลัก: 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:
- เมื่อเทียบกับพัดลม โดยใช้มอเตอร์ AC ทั่วไป มอเตอร์แบบ BLDC มีขดลวดอยู่บนสเตเตอร์ที่ติดอยู่กับโครงสร้างของมอเตอร์ ทำให้การระบายอากาศทำได้จากภายนอก การทำงานในอากาศที่เย็นจึงทำให้มีประสิทธิภาพมากกว่า ตัวมอเตอร์สามารถทำเป็นโครงสร้างปิด ทำให้ไม่มีฝุ่นละอองผ่านเข้าไปได้ ทำให้สามารถควบคุมการทำงานได้แม่นยำตลอดอายุการใช้งาน
- เนื่องจากไม่มีตัวสับเปลี่ยนที่สึกหรอได้ อายุการใช้งานของมอเตอร์ BLDC จึงยาวนานกว่ามอเตอร์ที่ใช้แปรงและตัวสับเปลี่ยนอย่างมีนัยสำคัญ ตัวสับเปลี่ยนยังสร้างคลื่นรบกวนและเมื่อไม่มีตัวสับเปลี่ยนและแปรง มอเตอร์ BLDC อาจถูกใช้ในอุปกรณ์ที่ไวต่อสัญญาณไฟฟ้า เช่นเครื่องเสียงและคอมพิวเตอร์
- เซนเซอร์ Hall Effect ยังสามารถใช้ส่งสัญญาณของเครื่องวัดวามเร็วสำหรับการควบคุมแบบ closed-loop (ควบคุมเซอร์โว) ในพัดลม สัญญาณเครื่องวัดวามเร็วถูกนำมาใช้เป็นสัญญาณ "Fan OK" รวมทั้งให้สัญญาณ feedback ของความเร็วที่มอเตอร์กำลังหมุนอยู่
- มอเตอร์สามารถ synchronise กับสัญญาณนาฬิกาภายในและภายนอกได้ง่ายมาก เพื่อควบคุมความเร็วได้อย่างแม่นยำ
- BLDC มอเตอร์ไม่มีโอกาสที่จะเกิดประกายไฟ, ซึ่งแตกต่างจากมอเตอร์ที่ใช้แปรง, ทำให้มัน เหมาะกับสภาพแวดล้อมที่มีสารเคมีระเหย และเชื้อเพลิง นอกจากนี้ ประกายไฟยังสร้างโอโซน ซึ่งสามารถสะสมอยู่ในอาคารที่มีการระบายอากาศไม่ดี ทำให้เสี่ยงต่อการเกิดอันตรายต่อสุขภาพของผู้อยู่อาศัย
- BLDC มอเตอร์มักจะใช้ในอุปกรณ์ขนาดเล็กเช่น เครื่องคอมพิวเตอร์และโดยทั่วไปจะใช้พัดลมในการกำจัดความร้อนที่ไม่พึงประสงค์
- มันเสียงเงียบมาก ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบถ้าถูกนำไปใช้ในอุปกรณ์ที่จะมีผลกระทบถ้ามีการสั่นสะเทือน
- BLDC มอเตอร์ที่ทันสมัยจะมีขนาดกำลังตั้งแต่เศษเสี้ยวของวัตต์จนถึงหลายกิโลวัตต์ มอเตอร์ BLDC ขนาดใหญ่ที่มีกำลังสูงถึงประมาณ 100 กิโลวัตต์ ถูกใช้ในรถไฟฟ้า พวกมันยังมีประโยชน์อย่างมีนัยสำคัญเครื่องบินไฟฟ้าประสิทธิภาพสูง
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 สากลแก้ไ
มอเตอร์สากลต้นทุนต่ำที่ทันสมัยจากเครื่องดูดฝุ่น 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
- มอเตอร์ไฟฟ้า (อังกฤษ: electric motor) เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล
การทำงานปกติของมอเตอร์ไฟฟ้าส่วนใหญ่เกิดจากการทำงานร่วมกันระหว่างสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กในตัวมอเตอร์ และสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสในขดลวดทำให้เกิดแรงดูดและแรงผลักของสนามแม่เหล็กทั้งสอง ในการใช้งานตัวอย่างเช่น ในอุตสาหกรรมการขนส่งใช้มอเตอร์ฉุดลาก เป็นต้น นอกจากนั้นแล้ว มอเตอร์ไฟฟ้ายังสามารถทำงานได้ถึงสองแบบ ได้แก่ การสร้างพลังงานกล และ การผลิตพลังงานไฟฟ้า
มอเตอร์ไฟฟ้าถูกนำไปใช้งานที่หลากหลายเช่น พัดลมอุตสาหกรรม เครื่องเป่า ปั๊ม เครื่องมือเครื่องใช้ในครัวเรือน และดิสก์ไดรฟ์ มอเตอร์ไฟฟ้าสามารถขับเคลื่อนโดยแหล่งจ่ายไฟกระแสตรง (DC) เช่น จากแบตเตอรี่, ยานยนต์หรือวงจรเรียงกระแส หรือจากแหล่งจ่ายไฟกระแสสลับ (AC) เช่น จากไฟบ้าน อินเวอร์เตอร์ หรือ เครื่องปั่นไฟมอเตอร์ขนาดเล็กอาจจะพบในนาฬิกาไฟฟ้า มอเตอร์ทั่วไปที่มีขนาดและคุณลักษณะมาตรฐานสูงจะให้พลังงานกลที่สะดวกสำหรับใช้ในอุตสาหกรรม มอเตอร์ไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุดใช้สำหรับการใช้งานลากจูงเรือ และ การบีบอัดท่อส่งน้ำมันและปั้มป์สูบจัดเก็บน้ำมันซึ่งมีกำลังถึง 100 เมกะวัตต์
มอเตอร์ไฟฟ้าอาจจำแนกตามประเภทของแหล่งที่มาของพลังงานไฟฟ้าหรือตามโครงสร้างภายในหรือตามการใช้งานหรือตามการเคลื่อนไหวของเอาต์พุต และอื่น ๆ
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
หลักการทำงานของมอเตอร์
เมื่อมีกระแสไหลในขดลวดตัวนำที่พันอยู่บนแกนอาร์เมเจอร์ จะเกิดสันแรงแม่เหล็กรอบ ๆ ตัวนำ และทำปฏิกิริยากับเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดจากขั้วแม่เหล็กของมอเตอร์
ทำให้เกิดแรงผลักขึ้นบนตัวนำทำให้อาร์เมเจอร์หมุนไปได้
ขดลวดที่มีกระแสไฟฟ้าไหลและวางอยู่บนแกนของอาร์เมเจอร์ โดยวางห่างจากจุดศูนย์กลางเป็นระยะ r กำหนดให้กระแสไฟฟ้าไหลเข้าขดลวดที่ปลาย A และไหลออกที่ปลาย B จากคุณสมบัติของเส้นแรงแม่เหล็กจะไม่ตัดผ่านซึ่งกันและกัน ดังนั้นปริมาณของเส้นแรงแม่เหล็กจะมีจำนวนมากที่ด้านบนของปลาย A จึงทำให้เกิดแรง F1 กดตัวนำ A ลงด้านล่างและขณะเดียวกันที่ปลาย B นั้น เส้นแรงแม่เหล็กจะมีปริมาณมากที่ด้านหน้าทำให้เกิดแรง F2 ดันให้ตัวนำ B เคลื่อนที่ด้านบนของแรง F1
และ F2 นี้เองทำให้อาร์เมเจอร์ของมอเตอร์เกิดการเคลื่อนที่ไปได้
ดังนั้นการทำงานของมอเตอร์จึงขึ้นอยู่กับหลักการที่ว่า เมื่อเอาตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านไปวางในสนามแม่เหล็ก มันจึงพยายามทำให้ตัวนำเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก
คุณสมบัติของมอเตอร์
คุณสมบัติของมอเตอร์ไฟฟ้าสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ลักษณะ คือ คุณสมบัติทั่วไปและคุณสมบัติทางเทคนิค ดังนี้
คุณสมบัติทั่วไป
เป็นคุณสมบัติประจำตัวของมอเตอร์
ไฟฟ้าแต่ละประเภทที่ควรจะทราบอย่างกว้าง ๆ โดยมิได้เจาะลึกเข้าไปในเนื้อหาเชิงวิชาการแต่อย่างใด ได้แก่ ลักษณะโครงสร้าง ลักษณะงาน ลักษณะของวงจรเช่นคุณสมบัติ ของมอเตอร์อนุกรม คือ ลักษณะโครงสร้าง ประกอบด้วยลวดหนามแม่เหล็กที่มีความต้านทานต่ำมาก (พันด้วยลวดทองแดงเส้นใหญ่น้อยรอบแกนขั้วแม่เหล็ก) ต่อเป็นอนุกรมกับอาร์เมเจอร์และต่อโดยตรงกับแรงดันเมน ลักษณะวงจร A1 – A2 เป็นอาร์เมเจอร์ต่อเป็นอนุกรมกับขดลวดสนามแม่เหล็กชุดอนุกรม D1 – D2 และต่อโดยตรงกับสายเมน L+, L-
และลักษณะสนามแม่เหล็กทำให้ความเร็วสูงเมื่อโหลดลง จึงเป็นมอเตอร์ที่หมุนไม่คงที่ความเร็วเปลี่ยนแปลงไปตามโหลดจะเหมาะสมอย่างยิ่งที่จะใช้เป็นมอเตอร์สตาร์ทเครื่องพ่นน้ำ
คุณสมบัติทางเทคนิค
เป็นคุณสมบัติประจำเครื่องกลไฟฟ้าแต่ละประเภทเช่นเดียวกัน ที่ให้รายละเอียดซึ่งเจาะลึกเข้าไปในเชิงวิชาการ สามารถทดสอบและวัดด้วยเครื่องวัดได้ด้วยวิธีทดลองในห้องปฏิบัติการทดลอง ส่วนใหญ่จะแสดงด้วยกราฟเพื่อแสดงให้เห็นความสัมพันธ์ระหว่างค่าหนึ่งกับอีกค่าหนึ่ง เช่น
สมรรถในการกำเนิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแสดงด้วย “กราฟแม่เหล็กอิ่มตัว (Saturation หรือ Magnetization curve)” สมรรถนะในการจ่ายโหลดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแสดงด้วย External Characteristic ส่วนคุณสมบัติทางเทคนิคของมอเตอร์จะแสดงด้วย Performance Curve ซึ่งได้แก่ สมรรถนะในการหมุนขับโหลด (Speed load Curves หรือ Speed/load Characteristic) แสดงให้เห็นความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วรอบกับกระแสมอเตอร์ (n = ความเร็วรอบให้อยู่บนแกน Y หรือ Ordinate และ Ia = กระแสอาร์เมเจอร์ให้อยู่บนแกน X หรือ abscissae)
หรืออาจให้แสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วรอบ
(n เ เป็น ordinate หรือ แกน Y) กับทอร์ค หรือกำลังที่หมุนขับงาน ( T= ทอร์ด, P=กำลังวัตต์หรือกิโลวัตต์ ให้อยู่บนแกน x หรือ abscissae ) จุดประสงค์เพื่อต้องการแสดงให้เห็นถึงความเปลี่ยนแปลงของความเร็วรอบของมอเตอร์ที่หมุนขับโหลดว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อโหลดเปลี่ยนแปลงไป
กฎมือซ้ายสำหรับมอเตอร์
เนื่องจากมีความสัมพันธ์อย่างแน่นอนเกิดขึ้นระหว่าทิศทางของสนามแม่เหล็ก
ทิศทางของกระแสไฟฟ้าในตัวนำและทิศทางที่ตัวนำเคลื่อนที่ซึ่งมีความสัมพันธ์ของปริมาณเหล่านี้ให้ตั้งเป็นกฎมอเตอร์ขึ้น ซึ่งกฎนี้ได้นำไปใช้แบบเดียวกันกับกฎมือขวาของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็นแต่เพียงใช้มือซ้ายแทนเท่านั้น กฎนี้ ได้แสดงให้เห็นดังรูปที่ 1 และได้กล่าวไว้ดังนี้คือ กลางหัวแม่มือ นิ้วชี้และนิ้วกลาง ให้ตั้งฉากซึ่งกันและกัน โดยใช้นิ้วชี้ ชี้ไปตามทิศทางของสนามแม่เหล็ก (Magnotic flux = B) นิ้วกลางชี้ไปตามทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้า (Current = I) แล้วหัวแม่มือจะบอกทิศทางของการเคลื่อนที่ของตัวนำ (Force =
F)
แรงที่เกิดขึ้นในตัวนำ
การกระทำของแรงที่เกิดขึ้นเป็นตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านในขณะที่มันวางอยู่ในสนามแม่เหล็กจะเป็นปฏิภาคโดยตรงกับความหนาแน่นของเส้นแรงแม่เหล็ก ความยาวของตัวนำและค่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวนำแรงที่เกิดขึ้นบนตัวนำสามารถหาได้จากสมการ
F = BIL
เมื่อ F =
แรงที่เกิดขึ้นบนตัวนำหนึ่งตัว หน่วย นิวตัน
B = ความหนาแน่นสนามแม่เหล็ก หน่วย Wb/m2
I = กระแสที่ไหลในตัวนำ หน่วย แอมแปร์ (A)
L = ความยาวของตัวนำ หน่วย เมตร (m)
แรงเคลื่อนไฟฟ้าต่อต้าน เกิดขึ้นเนื่องจากเมื่อขดลวดตัวนำหมุนอยู่ในสนามแม่เหล็ก มันจะติดกับเส้นแรงแม่เหล็กแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เหนี่ยวขึ้นในขดลวด แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นจะมีทิศทางขัดขวางกับแรงเคลื่อนที่ไฟฟ้าที่จ่ายให้มอเตอร์ จึงเรียกว่า
“แรงเคลื่อนไฟฟ้าต่อต้าน” (Back e.m.f) ซึ่งมันจะเกิดขึ้นในขดลวดอาร์เมเจอร์เสมอ ดังนั้นแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่มีผลต่อการใช้งานจริง ๆ ในอาร์เมเจอร์จึงมีค่าเท่ากับแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่จ่ายให้ลบด้วยแรงเคลื่อน
ไฟฟ้าต้านกลับจึงเขียนสมการได้ดังนี้
Vt = Ia + Eb
หรือ IaRa = Vt - Eb
เมื่อ Eb = แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ต้านกลับ หน่วยโวลท์ (V)
Vt = แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่จ่ายให้กับมอเตอร์ หน่วยโวลท์ (V)
Ia =
กระแสที่ไหลในอาร์เมเจอร์ หน่วยแอมแปร์ (A)
Ra = ความต้านทานของขดลวดในอาร์เมเจอร์ หน่วยโฮม ()
สมการแรงเคลื่อนไฟฟ้าของมอเตอร์
จากวงจรสามารถเขียนเป็นสมการได้คือ
Vt = Eb + IaRa
เมื่อ Vt = แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่จ่ายให้กับมอเตอร์ หน่วยโวลท์ (V)
Eb = แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ต้านกลับ หน่วยโวลท์ (V)
IaRa = แรงเคลื่อนไฟฟ้าตกคร่อมในอาร์เมเจอร์ หน่วยโวลท์
(V)
กำลังที่เกิดขึ้นในมอเตอร์
จากสมการแรงเคลื่อนไฟฟ้าของมอเตอร์
Vt = Eb + IaRa
นำเอาค่า Ia คูณตลอดเพื่อหา Power จะได้คือ
Vt Ia = Ia Eb+ Ia2Ra
จะได้ Vt Ia = กำลังงานจ่ายให้กับมอเตอร์ หน่วยวัตต์ (W)
Eb Ia = กำลังงานที่เกิดขึ้นจากอาร์เมเจอร์ หน่วยวัตต์ (W)
Ia2Ra = กำลังงานการสูญเสียที่เกิดขึ้นที่อาร์เมเจอร์ หน่วยวัตต์ (W
18.ชนิดของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
1.ความหมายและชนิดของมอเตอร์ไฟฟ้า
มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในโรงงานต่างเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ควบคุมเครื่องจักรกลต่างๆในงานอุตสาหกรรมมอเตอร์มีหลายแบบหลายชนิดที่ใช้ให้เหมาะสมกับงานดังนั้นเราจึงต้องทราบถึงความหมายและชนิดของมอเตอร์ไฟฟ้าตลอดคุณสมบัติการใช้งานของมอเตอร์แต่ละชนิดเพื่อให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุดในการใช้งานของมอเตอร์นั้นๆและสามารถเลือกใช้งานให้เหมาะสมกับงานออกแบบระบบประปาหมู่บ้านหรืองานอื่นที่เกี่ยวข้องได้
1.1ความหมายของมอเตอร์และการจำแนกชนิดของมอเตอร์
มอเตอร์ไฟฟ้า (MOTOR) หมายถึงเป็นเครื่องกลไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่เปลี่ยนแปลงพลังงาน
ไฟฟ้ามาเป็นพลังงานกล มอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้พลังงานไฟฟ้าเปลี่ยนเป็นพลังงานกลมีทั้งพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับและพลังงานไฟฟ้ากระแสตรง
1.2ชนิดของมอเตอร์ไฟฟ้า
มอเตอร์ไฟฟ้าแบ่งออกตามการใช้ของกระแสไฟฟ้าได้
2 ชนิดดังนี้
1.2.1 มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Current Motor) หรือเรียกว่าเอ.ซี มอเตอร์ (A.C. MOTOR) การแบ่งชนิดของมอเตอร์ไฟฟ้าสลับแบ่งออกได้ดังนี้
มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับแบ่งออกเป็น3 ชนิดได้แก่
1.มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับชนิด 1 เฟส หรือเรียกว่าซิงเกิลเฟสมอเตอร์ (A.C. Sing Phase)
- สปลิทเฟส มอเตอร์( Split-Phase motor)
- คาปาซิเตอร ์มอเตอร์ (Capacitor motor)
- รีพัลชั่นมอเตอร์ (Repulsion-type motor)
- ยูนิเวอร์แวซลมอเตอร์ (Universal motor)
- เช็ดเดดโพล มอเตอร์ (Shaded-pole motor)
2.มอเตอร์ไฟฟ้าสลับชนิด 2 เฟสหรือเรียกว่าทูเฟสมอเตอร์ (A.C.Two phas Motor)
3.มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับชนิด 3 เฟสหรือเรียกว่าทีเฟสมอเตอร์ (A.C. Three phase Motor)
1.2.2.มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง (Direct Current Motor ) หรือเรียกว่าดี.ซี มอเอตร์ (D.C. MOTOR)
การแบ่งชนิดของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบ่งออกได้ดังนี้
มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบ่งออกเป็น 3 ชนิดได้แก่
1.มอเตอร์แบบอนุกรมหรือเรียกว่าซีรีส์มอเตอร์ (Series Motor)
2.มอเตอร์แบบอนุขนานหรือเรียกว่าชันท์มอเตอร์ (Shunt Motor)
3.มอเตอร์ไฟฟ้าแบบผสมหรือเรียกว่าคอมเปาวด์มอเตอร์ (Compound Motor)
2.มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง เป็นต้นกำลังขับเคลื่อนที่สำคัญอย่างหนึ่งในโรงงานอุตสาหกรรมเพราะมีคุณสมบัติที่ดีเด่นในด้านการปรับความเร็วได้ตั้งแต่ความเร็วต่ำสุดจนถึงสูงสุด นิยมใช้กันมากในโรงงานอุตสาหกรรม เช่นโรงงานทอผ้า โรงงานเส้นใยโพลีเอสเตอร์ โรงงานถลุงโลหะหรือให้ เป็นต้นกำลังในการขับเคลื่อนรถไฟฟ้า เป็นต้นในการศึกษาเกี่ยวกับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงจึงควรรู้จัก อุปกรณ์ต่าง ๆ ของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงและเข้าใจถึงหลักการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบต่าง ๆ
2.1 ส่วนประกอบของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงที่ส่วนประกอบที่สำคัญ 2 ส่วนดังนี้
1 ส่วนที่อยู่กับที่หรือที่เรียกว่าสเตเตอร์ (Stator) ประกอบด้วย
1) เฟรมหรือโยค (Frame Or Yoke) เป็นโครงภายนอกทำหน้าที่เป็นทางเดินของเส้นแรงแม่เหล็กจากขั้ว
เหนื้อไปขั้วใต้ให้ครบวงจรและยึดส่วนประกอบอื่นๆให้แข็งแรงทำด้วยเหล็กหล่อหรือเหล็กแผ่นหนาม้วนเป็นรูปทรงกระบอก
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
ตัวโรเตอร์ประกอบด้วย 4 ส่วนด้วยกัน คือ
1.แกนเพลา
(Shaft)
2. แกนเหล็กอาร์มาเจอร์ (Armature Core)
3.คอมมิวเตอร์ (Commutator)
4. ขอลวดอาร์มาเจอร์ (Armature Widing)
1.แกนเพลา (Shaft) เป็นตัวสำหรับยืดคอมมิวเตเตอร์ และยึดแกนเหล็กอาร์มาเจอร์ (Armature Croe) ประกอบเป็นตัวโรเตอร์แกนเพลานี้จะวางอยู่บนแบริ่ง เพื่อบังคับให้หมุนอยู่ในแนวนิ่งไม่มีการสั่นสะเทือนได้
2. แกนเหล็กอาร์มาเจอร์ (Armature Core) ทำด้วยแผ่นเหล็กบางอาบฉนวน (Laminated Sheet Steel)
เป็นที่สำหรับพันขดลวดอาร์มาเจอร์ซึ่งสร้างแรงบิด (Torque)
3. คอมมิวเตเตอร์ (Commutator) ทำด้วยทองแดงออกแบบเป็นซี่แต่ละซี่มีฉนวนไมก้า (mica) คั่นระหว่างซี่ของคอมมิวเตเตอร์ ส่วนหัวซี่ของคอมมิวเตเตอร์ จะมีร่องสำหรับใส่ปลายสาย ของขดลวดอาร์มาเจอร์ ตัวคอมมิวเตเตอร์นี้อัดแน่นติดกับแกนเพลา เป็นรูปกลมทรงกระบอก มีหน้าที่สัมผัสกับแปรงถ่าน (Carbon Brushes) เพื่อรับกระแสจากสายป้อนเข้าไปยัง ขดลวดอาร์มาเจอร์เพื่อสร้างเส้นแรงแม่เหล็กอีกส่วนหนึ่งให้เกิดการหักล้างและเสริมกันกับเส้นแรงแม่เหล็กอีกส่วน
ซึ่งเกิดจากขดลวดขั้วแม่เหล็ก ดังกล่าวมาแล้วเรียกว่าปฏิกิริยามอเตอร์ (Motor action)
4. ขดลวดอาร์มาเจอร์ (Armature Winding) เป็นขดลวดพันอยู่ในร่องสลอท (Slot) ของแกนอาร์มาเจอร์ ขนาดของลวดจะเล็กหรือใหญ่และจำนวนรอบจะมากหรือน้อยนั้นขึ้นอยู่กับการออกแบบของตัวโรเตอร์ชนิดนั้นๆ เพื่อที่จะให้เหมาะสมกับงานต่างๆ ที่ต้องการ ควรศึกษาต่อไปในเรื่องการพันอาร์มาเจอร์ (Armature Winding) ในโอกาสต่อไป
แปรงถ่าน (Brushes)
แปรงถ่าน
ซองแปรงถ่าน
ทำด้วยคาร์บอนมีรูปร่างเป็นแท่งสี่เหลี่ยมผืนผ้าุ่ในซองแปรงมีสปิงกดอยู่ด้านบนเพื่อให้ถ่านนี้สัมผัสกับซี่คอมมิวเตเตอร์ตลอดเวลาเพื่อรับกระแส และส่งกระแสไฟฟ้าระหว่างขดลวดอาร์มาเจอร์ กับวงจรไฟฟ้าจากภายนอก คือถ้าเป็นมอเตอร์กระแสไฟฟ้าตรงจะทำหน้าที่รับกระแสจากภายนอกเข้าไปยังคอมมิวเตเตอร ์ให้ลวดอาร์มาเจอร์เกดแรงบิดทำให้มอเตอร์หมุนได้
2.2 หลักการของมอเตอร์กระแสไฟฟ้าตรง (Motor Action)
หลักการของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง (Motor Action) เมื่อเป็นแรงดันกระแสไฟฟ้าตรงเข้าไปในมอเตอร์ ส่วนหนึ่งจะ แปรงถ่านผ่านคอมมิวเตเตอร์เข้าไปในขดลวดอาร์มาเจอร์สร้างสนามแม่เหล็กขึ้น
และกระแสไฟฟ้าอีกส่วนหนึ่งจะไหลเข้าไปในขดลวดสนามแม่เหล็ก (Field coil) สร้างขั้วเหนือ-ใต้ขึ้น จะเกิดสนามแม่เหล็ก 2 สนาม ในขณะเดียวกัน ตามคุณสมบัติของเส้นแรง แม่เหล็ก จะไม่ตัดกันทิศทางตรงข้ามจะหักล้างกัน และทิศทางเดียวจะเสริมแรงกัน ทำให้เกิดแรงบิดในตัวอาร์มาเจอร์ ซึ่งวางแกนเพลาและแกนเพลานี้ สวมอยู่กับตลับลุกปืนของมอเตอร์ ทำให้อาร์มาเจอร์นี้หมุนได้ ขณะที่ตัวอาร์มาเจอร์ทำหน้าที่หมุนได้นี้เรียกว่า โรเตอร์ (Rotor) ซึ่งหมายความว่าตัวหมุน การที่อำนาจเส้นแรงแม่เหล็กทั้งสองมีปฏิกิริยาต่อกัน
ทำให้ขดลวดอาร์มาเจอร์ หรือโรเตอร์หมุนไปนั้นเป็นไปตามกฎซ้ายของเฟลมมิ่ง (Fleming’left hand rule)
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 ตัวสับเปลี่ยนภายนอกแก้ไข
มอเตอร์เหนี่ยวนำ AC และแบบซิงโครนัสถูกออกแบบให้ได้ประโยชน์สูงสุด สำหรับการใช้งาน กับรูปคลื่นแบบซายน์หรือคล้ายแบบซายน์เฟสเดียวหรือหลายเฟส เช่น สำหรับการใช้งานความเร็วจาก AC power grid หรือ ความเร็วปรับได้จากตัวควบคุม VFD (Variable-frequency drive) มอเตอร์ AC มีสองส่วนคือสเตเตอร์อยู่กับที่มีขดลวดรับไฟ AC เพื่อผลิตสนามแม่เหล็ก ที่หมุน และ โรเตอร์ที่ติดอยู่กับเพลาเอาต์พุตที่ให้แรงบิดโดยสนามที่หมุน
มอเตอร์เหนี่ยวนำแก้ไข
มอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอก(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
เดินมอเตอรนั้นจำเป็นมากที่ต้องต่อความต้านทานอนุกรมกับเข้ากับอนุกรมกับอาเมเจอร์ เพื่อให้กระแสถูกควบคุมในขั้นปลอดภัยเมื่อมอเตอร์หมุนไปแล้วค่อยๆลดค่าความต้านทานทีละน้อย ในที่สุดจะถูกปลดออกจากวงจรอาเมเจอร์
สำหรับอุปกรณ์ที่ใช้สตาร์ทมอเตอร์หรือเริ่มเดินมอเตอร์
เรียกว่าสตาร์ทติ้งบ๊อก มีชนิด 3 ขั้ว (Three - Ponti Startting Box) สตาร์ทติ้งบ๊อกชนิด 4 ขั้ว (Four Point Box)
1.1 การควบคุมด้วยมือ (Manual Operation)
การปรับฟิลด์รีโอสตาร์ต (Field Rheostet)
ด้วยมือซึ่งอนุกรมกับวงจรชั้นฟิลด์เป็นวิธีที่ง่ายที่สุดที่ใช้ควบคุมแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ขั้วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงดังแสดง ในรูป1.1
รูปที่1.1 การปรับฟิลด์รีโอสตาร์ทด้วยมือ
การควบคุมตามวิธีฟิลด์รีโอสตาร์ตจะเป็นตัวต้านทานที่ต่อแยกออกมาหลายๆและมีสายต่อไปยังสวิตช์ที่มีหลายปุ่มแขนของสวิตช์จะหมุนไปตามสัดส่วนโค้ง และสัมผัสปุ่มสวิตช์ที่ต่อแยกออกจากตัวต้านทาน ดังนั้นจึงเป็นการเปลี่ยนแปลงจำนวนความต้านทานในวงจรฟิลด์ถ้าแขนของสวิตช์หมุนไปตามทิศทาง "LOVER" จะทำให้ความต้านทานเพิ่มขึ้นเป็นผลให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ขั้วลดลงแต่ถ้าแขนของสวิตช์หมุนไปตามทิศ"RAISE" ความต้านทานจะลดลงเป็นผลทำให้แรงเคลื่อนไฟฟ้า ที่ขั้วเพิ่มขึ้น
ฟีลด์รีโอสตาร์ตที่ใช้กับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงที่มีขนาดปานกลางตัวต้านทานที่ใช้จะเป็นลวดโลหะผสมที่มีความต้านทานจำเพาะสูง
และสัมประสิทธ์อุณหภูมิต่ำ โลหะผสมนี้ประกอบด้วยทองแดง นิคเกิล แมงกานีส และโครเมี่ยม และมีชื่อเรียกทางการค้าว่า นิคโครม แมงกานีส และอื่นๆ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่ๆ ฟีลด์รีโอสตาร์ตทำจากตาข่ายเหล็กหล่อ ประกอบอยู่กับกลไกลสวิตช์
รีโอสตาร์ตเริ่มเดิน
ได้ออกแบบให้นำกระแสไฟฟ้าในการเริ่มเดินในชั่วระยะเวลาสั้นๆเท่านั้น ไม่มีค่าต่ำกว่าปกติโดยการยึดแขนไว้ตรงกึ่งกลางของปุ่มสัมผัสก็จะทำให้ตัวต้านทานในการเริ่มเดิน เกิดการ ไหม้ขึ้นได้
22.การควบคุมความเร็วของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
2. การควบคุมความเร็วของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงมี 3 ชนิด คือมอเตอร์แบบอนุกรม แบบขนาน และแบบผสม ในการควบคุมความเร็ว ต้องมีวิธีการที่ควบคุมแตกต่างกันไปตามชนิดของมอเตอรดังนี้ 2.1 การควบคุมความเร็วมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบอนุกรม
มอเตอร์ไฟฟ้าแบบอนุกรมนี้จะมีความเร็วสูงมากจึงจำเป็นต้องมีการควบคุม ให้เหมาะสมกับงานที่ต้องการ ในที่นี้จะกล่าวถึงการควบคุมอยู่ 2 วิธี
ใช้การต่ออนุกรมกับขดลวดเพื่อลดแรงดันไฟฟ้า และลดกระแสได้อาร์มาเจอร์ ตัวต้านทานที่นิยมใช้ก็คือลวดนิโคม (Nichrome Wire) และแผ่นคาร์บอน (Carbon Plate)
แบบที่นิยมใช้ในมอเตอร์จักรเย็บผ้า
รปที่2.1 ูการควบคุมความเร็วมอเตอร์โดยใช้ความต้านทาน
2.2 ใช้การแบ่งที่ขดลวดขั้วแม่เหล็ก (Tapped Field)
โดยการนำขดลวดขั้วแม่เหล็กที่ 1 มาแบ่งออกตามลักษณะดังรูปจากนั้นก็ต่อเข้ากับสวิตซ์เลือกเพื่อปรับให้อยู่ในจุด ที่ทำการแบ่งเพื่อให้ความเร็ว
ของมอเตอร์เป็นไปตามต้องการดังรูปที่2.2
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
ก. ถ้าจะทำให้ความเร็วมอเตอร์แบบชันต์นี้สูงกว่าปกติใช้รีโอสตาท (Rheostat) ต่ออนุกรมกับขดลวดขั้วแม่เหล็ก เพื่อทำให้ค่ากระแสในขดลวดขั้วแม่เหล็กลดลง เป็นการเพิ่มความเร็วของมอเตอร์แบบชันต์นี้ได้
รูปที่2.5 การปรับความเร็วชั้นท์มอเตอร์ให้มีความเร็วสูงกว่าปกติโดยใช้รีโอสตาท
ข. ถ้าจะให้ความเร็วของมอเตอร์แบบชันต์มีความเร็วต่ำกว่าปกติโดยการต่อรีโอสตาทอนุกรมกับขดลวดวงจรอาร์มาเจอร์ของมอเตอร์
รูปที่2.6
การปรับความเร็วชั้นท์มอเตอร์ให้มีความต่ำกว่าปกติ โดยใช้รีโอสตาท
23.การกลับทิศทางการหมุนของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
Arduino กับพื้นฐานการกลับทางหมุนมอเตอร์(DC motor) |
การหมุนกลับทางของมอเตอร์นั้นสามารถจะใช้วงจรได้หลายรูปแบบ เช่น ใช้ ทรานซิสเตอร์ เป็นตัวขับวงจร หรือ ใช้ IC สำเร็จรูปในการขับวงจร หรือ ใช้รีเลยในการจับวงจรก็สามารถทำได้ แต่ในตอนนี้จะใช้ ทรานซิสเตอร์เป็นตัวขับซึงเรียกวงจรแบบนี้ H -bridge การกลับทางหมุนมอเตอร์ วงจรขับมอเตอร์แบบกลับทางหมุนโดยใช่ทรานซิสเตอร์ วงจรขับมอเตอร์แบบกลับทางหมุน H -bridge การต่อวงจร รูปการทอลอง หลักการการทำงาน และ Code int led1 = 13; void setup() } ใช้วงจรรีเลย์ในการกลับทางหมุน ใช้วงจรรีเลย์ในการกลับทางหมุน ใช้ IC ในการกลับทางหมุน วงจรL293Dในการกลับทางหมุน |