บทท 2 ทฤษฎทเกยวของ

บทนเปนการรวบรวมทฤษฎทเกยวของกบเครองจกรกลไฟฟากระแสตรงเนอหาหลกๆ ทจะพดถงประกอบดวยโครงสรางทส าคญของเครองจกรกลไฟฟากระแสตรง อาท เชน สวนประกอบหลก โรเตอร สเตเตอร และทฤษฎของเครองจกรกลไฟฟากระแสตรง รวมไปถงอปกรณเครองมอวด ซงจะอธบายเปนหวขอไดดงตอไปน

2.1 โครงสรางของเครองกลไฟฟากระแสตรง [ 3 ] เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงและมอเตอรไฟฟากระแสตรงมโครงสรางและหลกการทคลายกนซงโครงสรางจะประกอบดวยสวนใหญๆ 2 สวนคอ 2.1.1 สวนทอยกบท (Stator Part) - เปลอกหรอโครง (Frame or Yoke) ท ามาจากเหลกหลอหรอสารแมเหลกท าหนาทคอ - ยดขวแมเหลก และสวนประกอบทงหมด - เปนทางเดนของเสนแรงแมเหลก (Magnetic Circuit) - ขวแมเหลก (Pole shoes) ท ามาจากแผนเหลกบางๆ (Laminated Sheet Steel) อดซอนเขาดวยกน โดยแตละแผนจะเคลอบไวฉนวนขวแมเหลกนจะยนออกมาจากโครงโดยขวแมเหลกนจะถกยดเขากบโครงดวยสกร

ภาพท 2.1 โครงสรางของสเตเตอร

4 - ขดลวดสนามแมเหลก (Field Coil or Field Winding) หรอเรยกวาขดลวดฟลดคอยลเปนลวดตวน าทพนไวรอบขวแมเหลก ขดลวดสนามแมเหลกจะพนจากแบบภายนอก แลวสวมเขากบขวแมเหลก ซงขวแมเหลกนนสามารถถอดได ขดลวดสนามแมเหลกนจะตองมขนาดทพอด คอไมแนนหรอหลวมจนเกนไป เพราะถาแนนจนเกนไปขณะประกอบอาจท าใหขดลวดเกดการรวลงดนได และในขณะเดยวกนถาหลวมจนเกนไปอาจท าใหเกดอาการสนของขดลวดขณะใชงาน และจะท าใหปดฝาครอบหวทายไมไดอกดวย ขดลวดสนามแมเหลกท าหนาทสรางสนามแมเหลก ขดลวดฟลดคอยลม 2 ชนด คอ - ขดลวดชนตฟลด (Shunt Field or Shunt Winding) ขดลวดนจะพนดวยลวดเสนเลกดงนนความตานทานจะสง - ขดลวดซรสฟลด (Series Field or Series Winding) ขดลวดนจะพนดวยลวดเสนใหญดงนนความตานทานจะต า ขดลวดทงสองชดนพนอยบนแกนขวแมเหลกอนเดยวกนโดยขดลวดชนตฟลดจะพนอยดานในสดสวนขดลวดซรสฟลดจะพนไวดานนอกสดและมจ านวนรอบเพยงเลกนอย จะตองมฉนวนคนระหวางขดลวดชนตฟลดกบขดลวดซรสฟลด ขดลวดทงสองชดจะตองพนไปในทศทางเดยวกนและขดลวดในแตละชดนนจะตองตออนกรมเขาดวยกนระหวางขวแมเหลกใหถกตองดวย เพราะจะท าใหขวแมเหลกเปนขวเหนอและขวใตสลบกนไปการตรวจสอบวาตอถกตองหรอไมนนเราสามารถตรวจสอบไดดวยการใชเขมทศ หรอใชแทงแมเหลกถาวรมาตรวจสอบ โดยจายไฟฟากระแสตรงใหกบฟลดคอยลและใชเขมทศหรอแทงแมเหลกถาวรสอดเขาไปทดานหนาของขวแมเหลกแตละขว ขวแมเหลกทเกดขนจะตองสลบกนไป เมอท าการตรวจสอบขดชนดฟลดแลว กใหท าการตรวจสอบขดซรสฟลดในท านองเดยวกน และขวแมเหลกทแสดงออกเนองจากขดซรสฟลดนน จะตองเหมอนกนกบขวแมเหลกทไดจากขดชนตฟลด แปรงถานและแบรง (Brushes and Bearing) แปรงถานท าหนาทเปนสะพานไฟจากคอมมวเตเตอรไปยงวงจรภายนอก แปรงถานท ามาจากคารบอนอดแนนจะมลกษณะเปนแทงสเหลยม ผนผาบรรจอยในซองถาน โดยทแปรงถานนจะมลวดทองแดงถกตดอยดวยเพอตอไฟออกไปใชงาน และถกกดดวยสปรงใหสมผสกบคอมมวเตเตอรตลอดเวลา และซองถานจะถกยดตดอยกบฝาครอบ สวนแบรงหรอลกปนนนจะเปนตวรบน าหนกทงหมดทไดรบจากตวหมนและชวยลดแรงเสยดทานของเพลาขณะทอารเมเจอรหมนปกต

5

ภาพท 2.2 แปรงถานและแบรง - ฝาปดหวทายหรอฝาครอบ (End Plate) ท ามาจากเหลกหลอเชนเดยวกบโครง ท าหนาทรองรบเพลาของสวนหมน และยดซองถาน

ภาพท 2.3 ฝาปดหวทายหรอฝาครอบ 2.1.2 สวนทเคลอนท (Rotor Part) - แกนเหลกอารเมเจอร (Armature Core) ท ามาจากแผนเหลกบางๆ ทดานหนงฉาบดวยฉนวนอดซอนเขาดวยกนเปนรปทรงกระบอกเพอลดการสญเสยเนองจากฮสเตอรซสและกระแสไหลวนในแกนเหลก แกนเหลกอารเมเจอรนท าเปนชองสลอต แกนเหลกอารเมเจอรเปนทส าหรบบรรจขดลวดอารเมเจอรและทแกนเหลกอารเมเจอรนจะเจาะรไวดวย เพอชวยในการระบายความรอน

6

ภาพท 2.4 สวนประกอบของโรเตอร ขดลวดอารเมเจอร (Armature coil or Armature winding) คอขดลวดทบรรจลงในชองสลอตของแกนเหลกอารเมเจอรโดยขดลวดนนท ามาจากลวดทองแดงอาบฉนวน ขดลวดอารเมเจอรจะนยมพนจากแบบภายนอกแลวจงน าไปบรรจในสลอต เพราะจะท าใหขดลวดแตละขดมความยาวและมน าหนกสมดลไมเกดการแกวงขณะหมน ขดลวดอารเมเจอรมการพนเปนแบบแลป (Lab) หรอแบบเวฟ (Wave) ปลายของขดลวดจะถกน ามาตอเขากบคอมมวเตเตอร

ก. แบบLap winding ข. แบบWave winding ภาพท 2.5 การพนขดลวดแบบแลปและแบบเวฟ - คอมมวเตเตอร (Commutator) เปนสวนทท าหนาทเปลยนไฟฟากระแสสลบทเกดขนในขดลวดอารเมเจอรใหเปนไฟฟากระแสตรง คอมมวเตเตอรท าจากแทงทองแดงทมลกษณะคลายลมเพอใหสามารถน ามาประกอบเขาดวยกนเปนรปทรงกระบอก คอมมวเตเตอรแตละอนนนเรยกวาซ

ขดลวดดานบน ขดลวดดานบน

ขดลวด

ดานลาง ขดลวด

ดานลาง

คอมมวเตเตอร คอมมวเตเตอร แปรงถาน แปรงถาน

7 และในระหวางซทองแดงแตซจะคนไวดวยฉนวนหนาทแขงแรง และคอมมวเตเตอรนจะยดตดไวบนเพลาอนเดยวกบแกนเหลกอารเมเจอร

ภาพท 2.6 สวนประกอบของคอมมวเตเตอร

ภาพท 2.7 แสดงสวนตางๆของเครองกลไฟฟา

2.2 มอเตอรไฟฟากระแสตรง [ 3 ] มอเตอรไฟฟากระแสตรงและเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงนนมสวนประกอบส าคญๆทเหมอนกนซงถาดจากภายนอกแลวจะมลกษณะเหมอนกนทกประการสวนทแตกตางกนกคอลกษณะการใชงานเทานนเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงไดรบพลงงานกลจากภายนอกมาขบอารเมเจอรใหหมนตดกบสนามแมเหลกทเกดจากขดลวดฟลดคอยลในเครองก าเนดนน สวนมอเตอรไฟฟากระแสตรงไดรบพลงงานจากภายนอกมาท าใหเกดสนามแมเหลกขนในมอเตอรนนไปขบขดลวดตวน าในอารเมเจอรหมน ดงนนเพลาของมอเตอรกจะหมน ซงจะไดพลงงานกลออกไปใชงาน

8 2.2.1 หลกการท างานของมอเตอรไฟฟากระแสตรง ในอดตมนกวทยาศาสตร 2 ทาน คอ นายไฮนรช เลนซ ชาวเยอรมน และ เซอรจอรน อมโบรส เฟรมมง ชาวองกฤษ ไดทดลองและพบหลกการท างานของมอเตอรไฟฟากระแสตรงคอเมอมลวดตวน าหมนตดกบสนามแมเหลกจะท าใหเกดแรงดนไฟฟาเหนยวน าขนในลวดตวน านนและทศทางการไหลของกระแสในลวดตวน าจะไหลในทศทางทตานการหมนของขดลวดตวน านน ซงกฎในเรองทศทางการไหลของกระแสไฟฟานเรยกวากฎของเลนซเซอรเฟลมมงไดคนพบวธพจารณาวาการหมนของมอเตอรจะหมนไปในทางใดนน ถาทราบทศทางการไหลของกระแสไฟฟา กจะพบความสมพนธดงนคอ ถาทราบทศทางของเสนแรงแมเหลกทศทางการไหลของกระแสในตวน า จะท าใหทราบทศทางการหมนของขดลวดตวน าได การคนพบนเรยกวากฎมอซายของเฟรมมง ความสมพนธสามารถหาไดโดยการใชมอซาย กางนวหวแมมอ นวช และนวกลางใหตงฉากซงกนและกนใหนวหวแมมอชทศทางการเคลอนทของตวน า นวชชทศทางของเสนแรงแมเหลกและนวกลางชทศทางของกระแสไฟฟาทไหลในตวน าดงแสดงในภาพท 2.8

ภาพท 2.8 แสดงกฎมอซายของเฟรมมง ถาลวดตวน าทมกระแสไฟฟาไหลผาน จะท าใหเกดเสนแรงแมเหลกขนรอบๆ ลวดตวน านนดงนนถาลวดตวน านวางอยในสนามแมเหลกอน สนามแมเหลกทงสองจะท าปฏกรยากนทนท โดยทเสนแรงแมเหลกนนจะไมตดกน ดงนนจงท าใหเสนแรงแมเหลกนนเกดผลกกนเปนเหตใหทดานหนงจะมความหนาแนนของเสนแรงแมเหลกมาก สวนอกดานหนงเสนแรงแมเหลกหนหางออกไปจากกน ผลกคอจะมสนามแมเหลกหนาแนนของเสนแรงแมเหลกมาก สวนอกดานหนงเสนแรงแมเหลกหนหางออกไปจากกน ผลกคอจะมสนามแมเหลกหนาแนนมากทดานหนงและจะมความหนาแนนนอยอกดานหนงเสนแรงแมเหลกนนพยายามทจะผลกตนเองออกหางจากเสนแร

9 แมเหลกอนเสมอดงนนเสนแรงแมเหลกจากตวน าจะพยายามผลกเสนแรงแมเหลกอนใหหนหางออกไป จะท าใหผลกลวดตวน าเคลอนทขนดานบน และถากระแสทไหลในตวน าเปลยนทศทางจากเดมคอกระแสไหลออก เปลยนเปนกระแสไหลเขาเสนแรงแมเหลกกจะพยายามผลกตวน าใหเคลอนทลงดานลางการทลวดตวน าตองเคลอนทตดกบสนามแมเหลกจากขวแมเหลก จงท าใหมแรงดนไฟฟาเหนยวน าเกดขนในลวดตวน านนจ านวนหนง การเกดแรงไฟฟาเหนยวน านเปนไปตามกฎของเลนซ โดยทศทางของแรงดนไฟฟาเหนยวน าทเกดขนจะตานกบการเคลอนททท าใหลวดตวน านนเคลอนท ซงสามารถสรปไดวา แรงดนไฟฟาเหนยวน าจะเกดขนในทศทางตรงกนขามกบแรงดนไฟฟาทจายจากภายนอกเขาไปในขดลวดตวน า หรอเมอพจารณาโดยใชกฎมอขวาส าหรบเครองก าเนดไฟฟาและกฎมอซายของมอเตอร จะเหนวาแรงดนไฟฟาเหนยวน าทเกดขนนเรยกวา แรงดนไฟฟาตอตานหรอแรงดนไฟฟาตานกลบ (Counter e.m.f. or back e.m.f.) ใชสญลกษณ หรอ ซงมนจะเกดขนในขดลวดอารเมเจอรของมอเตอรเสมอ ดงนนแรงดนไฟฟาทมผลตอการใชงานจรงในอารเมเจอรของมอเตอรจงมคาเทากบแรงดนไฟฟาทจายใหลบดวยแรงดนไฟฟาตานกลบ เขยนเปนสมการไดคอ

IaRa= V - Eb (2.1) Eb = V - Ia Ra (2.2)

เมอ Eb= แรงดนไฟฟาตานกลบ (V) V = แรงดนไฟฟาทจายใหกบมอเตอร (V) Ia= กระแสทไหลในอารเมเจอร (A) Ra=ความตานทานของขดลวดอารเมเจอร (Ω) จากภาพ 2.9 เปนมอเตอรไฟฟากระแสตรงอยางงายซงประกอบไปดวยขดลวดทวางอยระหวางขวแมเหลก โดยปลายของขดลวดทงสองขางตอเขากบคอมมวเตเตอรดานละซ ซงจะมแปรงถานตอไวและแปรงถานทงสองตอเขากบแหลงจายไฟฟากระแสตรงจากภายนอก ขดลวดตวน านนจะตองหมนอยในสนามแมเหลก กระแสไฟฟาไหลผานขดลวดท าใหดานบนของขดลวดเปนขวเหนอและดานลางของขดลวดเปนขวใตตามกฎมอขวา ขวแมเหลกของขดลวดจะถกดดหรอผลกขนอยกบขวเหมอนกนหรอตางกน ท าใหขดลวดหมนไดในทศทางตามเขมนาฬกา ซงเปนความพยายามทจะท าใหขวตางกนเขามาหากน และตอมาเมอขดลวดหมนมาอยท 90 องศา กระแสทไหลผานขดลวดจะเปลยนทศทาง(กลบทาง) ท าใหสนามแมเหลกท เกดขนทขดลวดนนกลบขว ดงนนขณะนจะ

10 กลายเปนขวเหมอนกนผลกกน ลวดตวน ากจะหมนเลยตอไปอก ซงเปนการหมนไดเพราะขวเหมอนกนผลกกน แตถาขดลวดหมนไปครบ 180 องศา ปฏกรยาเชนเดยวกนกจะเกดขนใหมอกครงคอกระแสทไหลในขดลวดตวน าจะเปลยนทศทาง ขวแมเหลกทขดลวดจะกลายเปนขวตางกนผลกออกจากกนอก ผลกคอมอเตอรจะหมนไดตลอดเวลา ดงนนคอมมวเตเตอรจงมบทบาทกบมอเตอรไฟฟากระแสตรงท าใหกระแสทไหลเขาขดลวดกลบทางไดทนททขวแมเหลกทตางกนก าลงเผชญหนากน เมอกลบทางไหลกจะท าใหขวสนามแมเหลกทขดลวดอารเมเจอรเปลยนไปผลกจากกนตอมอเตอรกจะหมนไดตลอดเวลา

ก. หมน 90 องศา ข. หมน 180 องศา

ภาพท 2.9 แสดงมอเตอรไฟฟาอยางงาย แตถาอารเมเจอรทใชขดลวดหลายชด แตละชดกจะเกดปฏกรยาเชนเดยวกนกบขดลวด 1 ชดในขณะทตงฉากกบสนามแมเหลกจากขวแมเหลกจากขวแมเหลกซงจะมขวดงแสดงในภาพท 2.9 ขวเหนอของสนามเมเหลกทขดลวดอารเมเจอรจะดดเขาหาขวใตของขวแมเหลกจากขวแมเหลกหลก แรงดงดดกนนท าใหมแรงผลกหมนทอารเมเจอร ท าใหหมนไปในทศทางตามเขมนาฬกา เกดแรงบดทสม าเสมอราบเรยบไมกระตกเพราะมขดลวดหลายๆ ชดทอยตดกนผลดกนท างานทละชดตามล าดบ การทมขดลวดหลายๆชดนจงท าใหเกดสนามแมเหลกลพธทอารเมเจอรขนคาหนง ซง

11 เปรยบเหมอนวามคาคงท หรอสนามแมเหลกทอารเมเจอรจะอยในต าแหนงทคงทในขณะทอารเมเจอรก าลงหมนอย

ภาพท 2.10 การเกดสนามแมเหลกทขดลวดอารเมเจอร แรงทกระท าบนขดลวดตวน าตอหนงขดในขณะทมกระแสไหลผานตวน านนจะเปนสดสวนโดยตรงกบจ านวนกระแสทไหล ความเขมของสนามแมเหลกและความยาวของตวน าในสวนทตดผานสนามแมเหลก แรงทเกดขนนใชสญลกษณ F ซงสามารถเขยนเปนสมการไดดงน

F = BlIN (2.3)

เมอ F =แรงทกระท าทขดลวดตวน ามหนวยเปนนวตน (Newton, N) B = ความหนาแนนของเสนแรงแมเหลกมหนวยเปนเวเบอรตอตารางเมตร (Weber per square metre) หรอ เทสลา (Tesla, T) l = ความยาวของตวน าในสวนทผานสนามแมเหลกมหนวยเปนเมตร (Metre, m) I = กระแสทไหลในขดลวดตวน ามหนวยเปนแอมแปร (Ampere, A) จากสมการจะเหนวา ถาสนามแมเหลกมคาคงท และความยาวของขดลวดตวน ามคาคงทแรงผลกหรอแรงทกระท ากจะเปนสดสวนโดยตรงกบกระแสไฟฟาทไหลในขดลวดตวน าเพยงอยางเดยว แรงบด (Torque) แรงบดทเกดขนนใชสญลกษณ T และสามารถหาไดจากสมการดงนแรงบด = แรง x ระยะทาง

T = F x r (2.4)

12 เมอ T = แรงบดทเกดขนมหนวยวดเปนวดเปนนวตนเมตร (Newton – metre, N – m) r = ระยะหางระหวางจดศนยกลางของเพลาถงตวน ามหนวยวดเปนเมตร (Metre, m)

2.2.2 การจ าแนกชนดของมอเตอร มอเตอรไฟฟากระแสตรงสามารถจ าแนกชนดออกไดทงตามลกษณะของการตอขดลวดสนามแมเหลก (หรอการพนขดลวดสนามแมเหลก ) และการไหลของกระแสผานขดลวดสนามแมเหลก ดงน 1. ซรสมอเตอร (Series motor) 2. ชนตมอเตอร (Shunt motor) 3. คอมปาวดมอเตอร (Compound motor) 4. มอเตอรผสมชนดทใหกระแสในขดลวดสนามแมเหลกไหลตามกน (Comulative Compound Motor) 5. มอเตอรผสมชนดขดลวดชดขนานยาว (LonngShuntComulative Compound Motor) 6. มอเตอรผสมชนดขดลวดชดขนานสน (Short Shunt Comulative Compound Motor) 7. มอเตอรผสมชนดทใหกระแสในขดลวดสนามแมเหลกไหลสวนทางกนหรอไหล กลบกน (Differential Compound Motor) 8. มอเตอรผสมชนดขดลวดชดขนานยาว (Long Shunt Differential Compound Motor) 9. มอเตอรผสมชนดขดลวดชดขนานสน (Short Shunt Differential Compound Motor) 2.2.3 มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบอนกรม (Series Motor) คอ มอเตอรทตอขดลวดสนามแมเหลกอนกรมกบขดลวดอารเมเจอรของมอเตอรชนดนวาซรยฟลด (Series Field) มคณลกษณะทด คอ ใหแรงบดสง นยมใชเปนตนก าลงของรถไฟฟา รถยกของ เครนไฟฟาความเรวรอบของมอเตอรแบบอนกรมเมอไมมโหลด ความเรวจะสงมากแตถามโหลดมาตอเพมความเรวกจะลดลงตามโหลด โหลดมากหรอท างานหนกความเรวกจะลดลง ซงขดลวดของมอเตอรจะไมเปนอนตราย จากคณสมบตนจงนยมน ามาใชกบเครองใชไฟฟาในบานหลายอยางเชน เครองดดฝน เครองผสมอาหาร สวานไฟฟา จกรเยบผา เครองเปาผมฯลฯมอเตอรกระแสตรงแบบอนกรมใชงานหนกไดด เมอใชงานหนกกระแสจะมากความเรวรอบจะลดลง เมอไมมโหลดมาตอความเรวจะสงมากอาจจนเกดอนตรายไดดงนนเมอเรมสตารทมอเตอรแบบอนกรมจงตองมโหลดมาตออยเสมอ

13

ภาพท 2.11 วงจรแสดงการท างานของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบอนกรม เมอพจารณาตามวงจรกระแสในขดลวดอนกรมจะมคาเทากบกระแสทไหลผานอารเมเจอรจะไดสมการท (2.5) IT = IA (2.5) แตในสวนของแรงดนทอารเมเจอรเมอใชกฎแรงดนไฟฟาเคอรชอฟฟ KVL

Rs IA+ RA IA + EA - E = 0 (2.6)

จะไดแรงดนทอารเมเจอรดงสมการท (2.7)

EA = E - (Rs+ RA) IA (2.7)

พจารณาความเรว(Speed) N m = KN

(rpm) เมอแทนคาแรงดนอารเมเจอรจากสมการท

(2.7) จะไดสมการความเรวของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนานดงสมการท (2.8)

Nm = KN

(2.8)

2.2.4 มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนาน (Shunt Motor) มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนาน คอ มอเตอรทตอขดลวดสนามแมเหลกขนานกบขดลวดอารเมเจอรของมอเตอร ดงแสดงตามภาพท 2.12 นยมเรยกวา ชนทมอเตอร มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนานนจะมคณลกษณะทด คอ มความเรวคงท แรงบดเรมหมนต า แตความเรวรอบคงท

TI AIsR

AE

AR

+

--

+

E

Series field winding

Armature

14 ดงนนมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบน จงนยมน ามาใชในงานปรบความเรวของพดลม สาเหตเพราะพดลมตองการความเรวทคงท และตองการเปลยนความเรวไดงายดงแสดงตามภาพท 2.12

ภาพท 2.12 วงจรแสดงการท างานของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนาน จากวงจรการตอมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนานเมอหาคากระแสรวมของวงจรจากกฎกระแสไฟฟาของเคอรชอฟฟจะไดกระแสรวมดงสมการท (2.9)

IT = IF + IA (2.9)

และกระแสทขดลวดฟลดหาไดดงสมการท (2.10)

IF =

(2.10)

และกระแสทอารเมเจอรหาไดดงสมการท (2.11)

IA= IT - IF (2.11)

หรอหาคากระแสอารเมเจอรไดจากสมการท (2.12)

IA=

(2.12)

เมอเขยนสมการความเรวของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนานแสดงดงสมการ (2.13)

Nm = KN

(2.13)

+

TI

E

CE

AR

+

-

FI AI

FR

15 การความคมความเรวของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนานน สามารถตอได 2 วธ คอ วธท 1. การปรบความเรวมอเตอรไฟฟากระตรงแบบขนานโดยใชตวตานทานตออนกรมกบขดลวดสนามเพอท าใหคากระแสในขดลวดสนามลดลง เปนการเพมความเรวของมอเตอร ดงภาพท 2.13วธท2. ท าไดโดยการตอตวตานทานอนกรมกบขดลวดอารเมเจอร เพอลดความเรวของมอเตอรใหต าลงกวาปกต ดงภาพท 2.14

ภาพท2.13 การปรบความเรวชนทมอเตอรใหมความเรวสงกวาปกตโดยใชรโอสตาท

ภาพท 2.14 การปรบความเรวชนทมอเตอรใหมความเรวต ากวาปกต โดยใชรโอสตาท 2.2.5 มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบผสม (Compound Motor) หรอเรยกวาคอมเปาวดมอเตอร มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบผสมน จะน าคณลกษณะทดของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนาน และแบบอนกรมมารวมกน มอเตอรแบบผสมมคณลกษณะพเศษ คอ มแรงบดสง (High staring torque) แตความเรวรอบคงท ตงแตยงไมมโหลดจนกระทงมโหลดเตมท

16

TI AIsR

AE

AR

+

--

+

E

Series field winding

Armature

FR

FI

Shunt field winding

Differential compoundCumulative compound

ภาพท 2.15 วงจรการตอมอเตอรกระแสตรงแบบผสม แรงดนทแหลงจายแสดงดงสมการท (2.14) และเมอหาคาแรงดนทอารเมเจอรจะไดดงสมการท (2.15)

E = EA+(RA + RS )IA (2.14)

EA = E - ( RA+ RS )IA (2.15)

และกระแสกระแสไฟฟารวมของวงจรแสดงดงสมการท (2.16)

IT = IA + IF \(2.16)

ในสวนกระแสไฟฟาของขดลวดฟลดทตอขนานแรงดนทตกครอมความตานทานของขดลวดเทากบแรงดนทแหลงจาย จะไดกระแสดงสมการท (2.17)

IF =

(2.17)

และสมการความเรวของมอเตอรจากสมการท (2.13) เมอแทนคาแรงดนอารเมเจอรจากสมการท (2.12) จะไดสมการความเรวมอเตอรแบบผสมแสดงดงสมการท (2.19)

Nm = KN

(2.19)

จากสมการท 2.19เมอตอมอเตอรแบบคอมมวเลทฟชนดผสมเสนแรงแมเหลกจะมคาเพมขนท าใหความเรวของมอเตอรลดลงและเมอตอแบบดฟเฟอรเรลเชยลชนดผสม จะท าใหคาเสนแรง

17 แมเหลกแรงมอเตอรลดลงและท าใหความเรวของมอเตอรเพมขน มอเตอรแบบผสม มวธการตอขดลวดขนานหรอขดลวดชนทอย 2 วธ วธท 1. ใชตอขดลวดแบบชนทขนานกบอาเมเจอรเรยกวา ชอทชนท (Short Shunt Compound Motor) ดงภาพวงจรท 2.16

ภาพท 2.16 วงจรแสดงการท างานมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบชอทชนทคอมปาวด วธท 2. คอตอขดลวดขนานกบขดลวดอนกรมและขดลวดอาเมเจอร เรยกวา ลองชนทคอมปาวดมอเตอร (Long shunt motor) ดงรปวงจรท 2.17

ภาพท 2.17 วงจรแสดงการท างานมอเตอรไฟฟากระตรงแบบลองชนทคอมปาวดมอเตอร 2.2.6 อาเมเจอรรแอกชน (Armature reaction) อารเมเจอรรแอกชนทเกดขนในมอเตอรกมลกษณะเชนเดยวกบทเกดขนในเครองก าเนดไฟฟาเพยงแตทศทางการไหลของกระแสในอารเมเจอรนนจะมทศทางตรงกนขามกบในเครองก าเนด เมอมขวแมเหลกเหมอนกนและทศทางการเคลอนทของตวน าไปในทศทางเดยวกน แตทศทางของสนามแมเหลกทเกดการบดเบยวไปในมอเตอรจะมทศทางตรงกนขามกบทเกดขนในเครองก าเนด การแกอารเมเจอรรแอกชนทเกดขนในมอเตอรนนนอกจากจะใชวธการเลอนต าแหนงของแปรง

18 ถานไปในทศทางตรงกนขามกบทศทางการหมนแลว ยงใชวธการพนขดลวดทดแทน และการใชขดลวดอนเตอรโพลไดเชนเดยวกบการแกอารเมเจอรรแอกชนของเครองก าเนดไฟฟา 2.2.7 คณลกษณะและการน าไปใชงานของมอเตอรไฟฟากระแสตรง โดยปกตจะแสดงความสมพนธระหวางปรมาณตางๆของมอเตอรโดยใชกราฟซงมทงปรมาณไฟฟาและปรมาณทางกล ความสมพนธตางๆทพจารณามดงน

1.) ความสมพนธระหวางแรงบดกบกระแสอารเมเจอร (T - Ia) คณลกษณะชนดนเรยกกนวา "คณลกษณะทางไฟฟา" (Electrical Characteristic) 2.) ความสมพนธระหวางความเรวกบกระแสอารเมเจอร (n - Ia) 3.) ความสมพนธระหวางความเรวกบแรงบด (n - T) คณลกษณะชนดนเรยกวา "คณลกษณะทางกล" ( Mechanical Characteristic ) - คณลกษณะของซรสมอเตอร มอเตอรชนดนขณะไดรบโหลดมากๆมอเตอรจะหมนชา แตในขณะทมอเตอรมโหลดนอยๆความเรวของมอเตอรจะสง แตถาไมมโหลดเลยมอเตอรจะมความเรวสงมากจนเกดอนตราย เพราะในขณะทมโหลดนอยหรอไมมโหลดเลยกระแสจะไหลผานขดซรสฟลดนอยมาก เสนแรงแมเหลกทเกดขนจะมคานอยและแรงดนไฟฟาตกครอมทอารเมเจอร (IaRa) และทขดลวดซรสฟลด (IaRse) กจะมคานอยจะท าใหแรงดนไฟฟาตานกลบมคามาก ซงสามารถพจารณาไดจากสมการดงน

Eb= V – Ia( Ra + Rse) (2.20)

ซง Ebเปนแรงดนไฟฟาเหนยวน าทเกดขนในอารเมเจอรของมอเตอร เชนเดยวกบในเครองก าเนดไฟฟาโดยแรงดนไฟฟาเหนยวน าจะมากหรอนอยนน ขนอยกบความเรวรอบดวย ดงนนเมอ Ebสงนนแสดงวาความเรวรอบของมอเตอรจะตองสง แตเมอมอเตอรมโหลดท าใหกระแสทไหลในอารเมเจอรเพมขน และIa(Ra + Rse) จะมากขน ท าให Ebลดลง ความเรวกจะลดลง ดงนนซรสมอเตอรจงตองตออยกบโหลดเสมอและหามใชงานโดยไมมโหลด ซรสมอเตอรจะตองไมน าไปใชกบสายพานใดๆเลย เพราะบางครงอาจอาจเผลอปลดเอาสายพานออกไปโดยไมไดตงใจมอเตอรกจะมความเรวสงมาก และมอเตอรอาจจะช ารดเสยหายได ซรสมอเตอรจะใชกบเครองทต องการแรงบดสง เชน เครองปนจน มอเตอรสตารทส าหรบรถยนต รถรางไฟฟา มอเตอรลฟต เปนตน ความเรวรอบของซรสมอเตอรเปลยนไปไดมากตามโหลด ดวยเหตนซรสมอเตอรจงหามใชกบงานทตองการความเรวรอบคงท

19 คณลกษณะการท างานของซรสมอเตอรทพจารณาในกรณของแรงบดกบกระแสทไหลในอารเมเจอรและความเรวรอบกบกระแสอารเมเจอร จะแบงพจารณาไดดงน คณลกษณะระหวางแรงบดกบกระแสทไหลในอารเมเจอร แรงบดทไดจากซรสมอเตอรนนขนอยกบจ านวนกระแสทไหลในอารเมเจอรและเสนแรงแมเหลกทเกดขนทฟลดคอยล สามารถเขยนสมการแสดงความสมพนธไดดงน

เมอ Tα Ø Ia

แต ØαIa

ดงนน T α ( Ia )2 (2.21)

นนคอเสนโคงความสมพนธระหวางแรงบดกบกระแสทไหลในอารเมเจอรจะเปนพาราโบลา เมอขณะทมโหลดนอย Iaกจะนอย Ø กจะนอยดวย และเมอโหลดมากขนจะไดแรงบดเพมขนเปนอตราสวนกบกระแสในอารเมเจอรก าลงสอง แตเมอโหลดเพมมากขนจนท าใหเสนแรงแมเหลกเกดการอมตวแลวพบวาแรงบดเปนสดสวนโดยตรงกบกระแสทเพมขน (T αIa) เพยงอยางเดยวความสมพนธระหวางแรงบดกบกระแสทไหลในอารเมเจอร

ภาพท 2.18 แสดงความสมพนธระหวางแรงบดกบกระแสทไหลในอารเมเจอร

20 คณลกษณะระหวางความเรวรอบกบกระแสทไหลในอารเมเจอร สามารถพจารณาไดจากสมการคอ

เมอ Eb= V - Ia( Ra + Rse)

แต Ebα N

และ Ebα Ø

นนคอ Ebα Ø N

ดงนน N α

N = K

(2.22)

จากสมการจะเหนวาความเรวเปนสดสวนโดยตรงกบแรงดนไฟฟาตานกลบ (Eb) แต Ebนมการเปลยนแปลงนอยมาก และความเรวแปรผกผนกบเสนแรงแมเหลก Ø แตเสนแรงแมเหลก Ø นแปรผนโดยตรงกบกระแสทไหลในอารเมเจอร Ia นนคอความเรวจะแปรผกผนกบกระแสทไหลในอารเมเจอรดงนนเมอมการเพมโหลดมากๆ จงท าใหความเรวของมอเตอรลดลงอยางรวดเรว แตถาโหลดนอยๆกระแสทอารเมเจอรกจะนอย Ø กจะนอยลงไปดวยจ านวนมาก ดงนนความเรวกจะสงขนจนเปนอนตรายตอมอเตอรได นนคอซรสมอเตอรตองไมเรมหมนในขณะไมมโหลด เพราะจะท าใหมความเรวสงมากเกนไป ความสมพนธระหวางความเรวกบกระแสทไหลในอารเมเจอรดงแสดงในภาพท 2.19

ภาพท 2.19 แสดงความสมพนธระหวางความเรวรอบกบกระแสทไหลในอารเมเจอร

21

- ชนทมอเตอร

ชนทมอเตอร เมอจายแรงดนไฟฟาใหกบมอเตอรคงท จะท าใหเกดสนามแมเหลกคงท ในขณะทไมมโหลดมอเตอรจะใชกระแสเพยงเลกนอยเพอเอาชนะความฝด แตเมอมอเตอรมโหลดกระแสในอารเมเจอรจะสงขน แตความเรวจะลดลงเลกนอย กระแสในอารเมเจอรจะเปลยนแปลงตามโหลดคอโหลดมากกระแสจะสงขน แตความเรวจะลดลงเลกนอย กระแสในอารเมเจอรจะเปลยนแปลงตามโหลดคอโหลดมากกระแสจะสง ถาโหลดลงกระแสจะลดลง ซงหาไดจากสมการคอ

Eb = V - IaRa (2.23)

=

(2.24)

ความเรวของมอเตอรจะเปลยนแปลงตามโหลดเชนกน คอโหลดมากความเรวจะลดลง เมอลดโหลดความเรวจะเพมขน อตราการเปลยนแปลงความเรวรอบของชนทมอเตอรจากขณะทไมมโหลดจนกระทงถงมโหลดเตมทจะอยภายใน 10% ของความเรวรอบในขณะทไมมโหลดเทานน ชนทมอเตอรจงถอไดวาเปนมอเตอรทมความเรวรอบคงท ความเรวรอบของชนทมอเตอรสามารถหาไดจากสมการความสมพนธคอ

เมอ N α

แต Eb = V - IaRa

ดงนน N α

N = K (

) (2.25)

เมอ N = ความเรวรอบมหนวยวดเปนรอบตอนาท (Revolution per minute, r.p.m.) V = แรงดนไฟฟาทจายใหกบมอเตอรมหนวยวดเปนโวลต (Supply voltage, V) Ia= กระแสไฟฟาทไหลในอารเมเจอรมหนวยวดเปนแอมแปร (Armature current, A) Ra = ความตานทานขดลวดอารเมเจอรมหนวยวดเปนโอหม (Armature resistance, Ω) Ø = จ านวนเสนแรงแมเหลกตอขวมหนวยวดเปนเวเบอร (Flux per pole, Wb)

22 K = คาคงทของมอเตอร

=

A = P เมออารเมเจอรพนแบบแลป = 2 เมออารเมเจอรพนแบบเวฟ Z = จ านวนตวน าทพนบนอารเมเจอรมหนวยวดเปนตวน า P =จ านวนขวแมเหลกมหนวยวดเปนขว คณลกษณะการท างานของชนทมอเตอรทพจารณาในกรณของแรงบดกบกระแสทไหลในอารเมเจอรและความเรวรอบกบกระแสทไหลในอารเมเจอรซงแบงพจารณาไดดงน คณลกษณะระหวางแรงบดกบกระแสทไหลในอารเมเจอร ในกรณสมมตใหเสนแรงแมเหลก Øทเกดขนจากขดลวดชนทฟลดมคาคงทตลอดเวลา ถงแมวาโหลดจะมากกตามจงไดความสมพนธระหวางแรงบดกบกระแสทไหลในอารเมเจอรคอ

เมอ T α Ø Ia

แต Ø= คงท

ดงนน T αIa (2.26)

นนคอเสนโคงแสดงความสมพนธระหวางแรงบดกบกระแสทไหลในอารเมเจอรจงเปนเสนตรงและแรงบดนเปนแรงบดทเกดขนทอารเมเจอร ความสมพนธระหวางแรงบดกบกระแสทไหลในอารเมเจอรแสดงไดดงภาพท 2.20 คณลกษณะระหวางความเรวรอบกบกระแสทไหลในอารเมเจอร ในกรณนใหสนามแมเหลก Ø มคาคงท นนคอจะไดคาความเรวเปนสดสวนโดยตรงกบแรงดนไฟฟาตานกลบ Ebในทางปฏบตนนมกใหความเรวรอบขณะทมโหลดมคาคงท นนคอEbจะตองมคาคงทดวยแตในความเปนจรงแลว Eb และ Ø จะลดลงไปเมอโหลดเพมขน แตการลดลงของ Ebนนจะลดลงไปมากกวาการลดของ Øเมอพจารณารวมผลทงหมดทเกดขนแลวความเรวจะลดลงไปดวย (เพราะวา Ebลดลงไปเปนอตราสวนมากกวา Ø) ความสมพนธระหวางความเรวรอบกบกระแสทไหลในอารเมเจอรแสดงไดดงภาพท 2.20

23

ภาพท 2.20 แสดงความสมพนธระหวางแรงบดกบกระแสทไหลในอารเมเจอร

ภาพท 2.21 แสดงความสมพนธระหวางความเรวรอบกบกระแสทไหลในอารเมเจอร ชนทมอเตอรจะใชกบเครองมอทตองการความเรวรอบทคงทเชนเครองกลงและเครองเจาะ เปนตน ชนทมอเตอรนจะใหแรงบดขณะเรมหมนต า ฉะนน จงไมนยมใชกบโหลดทตองการแรงบดเรมหมนสงๆ

24

- คณลกษณะคอมปาวดมอเตอร มอเตอรชนดนปนการรวบรวมเอาคณสมบตของชนทมอเตอรและซรสมอเตอรเขาดวยกน ดงนนเมอมอเตอรมโหลดความเรวจะไมลดลงมากเหมอนกบซรสมอเตอร คอมปาวดมอเตอรทมการตอเปนแบบควมลทฟ การตอแบบนจะท าใหเสนแรงแมเหลกทขดชนทฟลด และซรสฟลดมทศทางเสรมกนท าใหเสนแรงแมเหลกรวมมคามาก ดงนนจะท าใหมความเรวรอบทคงท และใหแรงบดขณะเรมหมนสง ในขณะทมอเตอรไดรบโหลดทนททนใดความเรวรอบจะยงคงมคาคงทอย และถงแมวาจะไมมโหลดกไมท าใหมอเตอรมความเรวสงเกนไป สวนคอมปาวนมอเตอรทมการตอแบบดฟเฟอเรนเชยล การตอแบบนจะท าใหเสนแรงแมเหลกทขดชนทฟลดมทศทางตรงกนขามกน ท าใหเสนแรงแมเหลกรวมออนก าลงลงจะท าใหมความเรวรอบสง มอเตอรทมการตอชนดนในขณะทไดรบโหลดเพมขนจะท าใหมความเรวรอบคงทอยชวขณะหนง แตถาเราเพมโหลดเขาไปอกจะท าใหความเรวรอบเพมขนอก นนคอความเรวจะเพมขนเมอโหลดเพมขน ดงนนมอเตอรชนดนจงตองน าไปใชกบโหลดทตองการใหมความเรวรอบคงทมากๆในขณะทโหลดเพมขน แตถามอเตอรไดรบโหลดมากเกนไปจะท าใหสนามแมเหลกออนก าลงลงไปมาก นนคอความเรวรอบของมอเตอรกจะมแนวโนมสงขนๆ ซงจะท าความเสยหายใหกบมอเตอรหรออาจท าใหมอเตอรเปลยนทศทางการหมนทนททนใดถาเสนแรงแมเหลกทเกดขนทขดซรสฟลดมากวาเสนแรงแมเหลกทเกดจากขดชนตฟลด การเรมเดนคอมปาวดมอเตอรเราจะตองท าการลดวงจรของขดซรสฟลดไวกอน ทงนเพราะขณะเรมเดนมอเตอรจะใชกระแสสงมาก ดงนนถาบงเอญการตอนนเปนแบบดฟเฟอเรนเชยลสนามแมเหลกทเกดขนทขดซรสฟลดอาจจะมคามากกวาคาสนามแมเหลกทเกดจากขดชนทฟลด ซงอาจท าใหมอเตอรหมนผดทศทางได หรอสนามแมเหลกทขดทงสองมคาเทากน กจะท าใหมอเตอรเรมหมนดวยความเรวรอบทสงเกนไป เพอเปนการปองกนอนตรายทอาจเกดขนจงตองลดวงจรทขดซรสฟลดไวกอนแตเมอมอเตอรหมนปกตแลวใหปลดสายทลดวงจรขดซรสฟลดออก มอเตอรกจะท างานปกตความเรวรอบอาจจะเปลยนแปลงบางเลกนอยเทานน หรอาจจะไมมการเปลยนแปลงเลย การลดวงจรขดซรสฟลดจะท าใหขณะเรมหมนมอเตอรจะเรมหมนแบบชนทมอเตอรนนเอง ความสมพนธระหวางแรงบดกบกระแสทไหลในอารเมเจอร และความสมพนธระหวางความเรวรอบกบกระแสทไหลในอารเมเจอรของคอมปาวดมอเตอรแสดงไดดงภาพท 2.22และภาพท 2.23 ตามล าดบ

25

ภาพท 2.22 แสดงความสมพนธระหวางแรงบดกบกระแสทไหลในอารเมเจอร

ภาพท 2.23 แสดงความสมพนธระหวางความเรวรอบกบกระทไหลในอารเมเจอร

26 2.2.7 สญลกษณของขดลวดสนามแมเหลก วงจรมอเตอรในงานแบบไฟฟาไดแก แบบงานส าเรจ แบบงานตดตง และแบบงานควบคม เขยนวงจรแทนดวยสญลกษณไฟฟาทงหมดดงน

สญลกษณของขดลวดสนามแมเหลก ชนดของขดลวด สญลกษณ

ขดลวดอารเมเจอร ( Armature Winding ) -

ขดลวดสนามแมเหลกชวย ( Interpole ) -

ขดลวดสนามแมเหลกเสรม ( Compensating Winding ) -

ขดลวดสนามแมเหลกชดอนกรม ( Series field Winding ) -

ขดลวดสนามแมเหลกชดขนาน ( Shunt field Winding ) -

ขดลวดสนามแมเหลกไฟฟากระตนภายนอก ( Separately excited field Winding )

-

2.2.8 ประสทธภาพของมอเตอร การเปลยนก าลงไฟฟาใหเปนก าลงกลเพอใชหมนขบงานมอเตอรนน ตองสญเสยก าลงไฟฟาไปสวนหนง ท าใหก าลงกล (ก าลงจายออกหรอก าลงหมนขบทแกนมอเตอร : Output) นอยกวาก าลงไฟฟา (ก าลงรบเขา : Input) อตราสวนระหวางก าลงกลกบก าลงไฟฟาเรยกวา ประสทธภาพ (Efficiency) ดงนนประสทธภาพของมอเตอรกคอ สมรรถนะในการท างานของมอเตอรนนเอง

ภาพท 2.24 ประสทธภาพมอเตอรของมอเตอร

27 ให η: etta= ประสทธภาพ = ก าลงไฟฟา (ก าลงรบเขา : Input power) = ก าลงกล (ก าลงจายออกหรอก าลงหมนทขบแกนมอเตอร : output Power) P =ก าลงสญเสยระหวางการเปลยนรปก าลงจากก าลงไฟฟาเปนก าลงกล

AP = - (2.27)

η = . 100/ [%] (2.28)

= . 100/η (2.29)

= η. /100 (2.30)

2.2.9 ก าลงสญเสยในมอเตอร

ภาพท 2.25 ความสมพนธระหวางก าลงไฟฟา ก าลงกล ก าลงสญเสย และประสทธภาพของมอเตอร

มอเตอร ( Motor )

ก าลงสญเสยในเนอทองแดง ( Copper Loss )

η η

ก าลงสญเสยคงท ( Stray Power Loss )

: ก าลงกล ก าลงไฟฟา

28 ก าลงสญเสยทเกดขนในมอเตอร จะเหมอนกบเครองก าเนดไฟฟาคอ ประกอบดวยก าลงสญเสยแบบสเตรย และก าลงสญเสยในขดลวด แตจะมวธการคดคาก าลงสญเสยในแตละสวน ดงรปท 2.20เมอเราปอนก าลงไฟฟาใหกบมอเตอร ( ) จะท าใหเกดการสญเสยในขดลวดทองแดงกอน (Copper Losses) หลงจากนนทอารเมเจอรจะสรางก าลงงานไฟฟาขนมา ( ) แลวจงเปลยนเปนพลงงานกล ( ) ซงในชวงนจะท าใหเกดก าลงสญเสยขนดวย จากรปจะไดความสมพนธวา

เมอ = . + Copper Losses

หรอ = Copper Losses + Stray power losses

และ = - Copper Losses -Stray power losses

และจะได η =

x 100 % (2.31)

2.2.10 การควบคมความเรวของมอเตอรไฟฟากระแสตรง (DC Motor Speed Control) หลกการควบคมความเรวของมอเตอรขนพนฐาน สามารถท าไดจากการปรบและควบคมปรมาณตางๆ 3 วธ ดงน 1) ควบคมกระแสฟลด (Field Current Control) 2) ควบคมคาความตานทานอารเมเจอร (Armature Circuit Resistance Control) 3) ควบคมคาแรงดนทขว (Armature Terminal Voltage Control) ซงการควบคมความเรวรอบของมอเตอร ทง3วธ สามารถอธบายหรอพจารณาไดจากสมการพนฐานของมอเตอรดงน

T = k. . (2.32)

= k . . (2.33)

T. = . (2.34)

29 - การควบคมกระแสฟลด (Field Current Control) เปนการควบคมกระแสทไหลผานขดลวดฟลด วธนเปนทนยมมากโดยเฉพาะกบมอเตอรแบบชนท สามารถท าไดโดยการตอความตานทานปรบคาไดเขากบขอลวดฟลด ดงภาพท 2.26

+

_V

Armature

Field

Rheostat

Shunt

Field

ภาพท 2.26 การควบคมกระแสฟลดของมอเตอรไฟฟากระแสตรง - การควบคมคาความตานทานอารเมเจอร (Armature Circuit Resistance Control) วธการนเปนการลดความเรวของมอเตอร โดยการตอความตานทานอนกรม (Series Resistance) ในวงจรของอารเมเจอร ซงสามารถใชไดกบมอเตอรทงแบบอนกรม, แบบชนทและแบบผสม ดงภาพท 2.27

+_ Armature

Series

Field

R1

R2 +_ Armature

V

R1

R2

Shunt

Field

ก. Series Motor ข. Shunt Motor

ภาพท 2.27 การตอความตานทานในวงจรอารเมเจอรของมอเตอรกระแสตรง

30 จากรปคา และ จะท าหนาทเปนตวแบงแรงดน (Voltage divider) ท าใหแรงดนอารเมเจอร ( ) ลดลง เปนผลใหความเรวลดลง - การควบคมคาแรงดนทขว (Armature Terminal Voltage Control) เปนวธการควบคมความเรว โดยอาศยหลกความจรงวา การเปลยนคาแรงดนขว เชน ของมอเตอรแบบชนท จะท าใหมผลโดยตรงกบการเปลยนแปลงความเรวของมอเตอร ( คงท) ในทางปฏบตจะใชวงจรทางดานอเลกทรอนกสก าลง (Power Electronic) เปนวงจรควบคม 2.3 ก าเนดไฟฟากระแสตรง (DC. Generator) 2.3.1 กฎมอขวาของเฟลมมง (Fleming’s Right Hand Rule)

ภาพท 2.28 กฎมอขวาของเฟลมมง

ใชส าหรบหาทศทางของแรงเคลอนไฟฟา (แรงดนเหนยวน า) ท เกดขนบนตวน าในสนามแมเหลก กรณของเครองก าเนดไฟฟาหาทศทางของแรงเคลอนไฟฟาทเกดขนบนตวน าของอารเมเจอรโดยเฉพาะ ดงน ใหนวหวแมมอ นวช และนวกลางของมอขวา วางตงฉากซงกนและกน ตามภาพท 2.28 ก าหนดใหนวหวแมมอ แทนทศทางการเคลอนทของตวน าในสนามแมเหลก (แรงเคลอนท : Motion) นวชแทนทศทางของเสนแรงแมเหลก (Flux) นวกลางจะแทนทศทางของแรงเคลอนไฟฟา (Induced Emf.) 2.3.2 กฎมอซายของเฟลมมง (Fleming’s Left Hand Rule) ใชส าหรบหาทศทางการเคลอนทของตวน าในสนามแมเหลก กรณของมอเตอรหาทศทางการ

หมนของอารเมเจอรโดยเฉพาะ ดงนใหนวหวแมมอ นวช และนวกลางของมอซาย วางตงฉากซงกน

31 และกน ตามภาพท 2.29 ก าหนดใหนวชแทนทศทางของสนามแมเหลก นวกลางแทนทศทางของ

กระแสไฟฟา นวหวแมมอจะเปนทศทางของแรง (ทศทางการหมนของอารเมเจอร)

ภาพท 2.29 กฎมอซายของเฟลมมง

2.3.3 หลกการพนฐานการท างานของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรง เครองก าเนดไฟฟากระแสตรง เปนการน าเอาเครองจกรกลไฟฟากระแสตรงมาท าเปนเครองก าเนดไฟฟากระแสตรง โดยน าก าลงกลมาขบเคลอนทเพลาของเครองจกรกล หลกการของเครองก าเนดไฟฟา คอการแปลงพลงงานกลเปนพลงงานไฟฟา ดงในภาพท 2.30(ก) แสดงการท างานของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรง เมอท าการหมนขดลวดตดกบสนามแมเหลกจะมไฟฟาผานออกมาจากแปรงถาน จากภาพท 2.30 (ข) เมอเครองจกรกลไฟฟากระแสตรงเคลอนจากต าแหนง 0 องศา ถงต าแหนง 360 องศา จะไดแรงดนไฟฟาในซกบวกดงภาพท 2.30 (ข) และความแตกตางระหวางการก าเนดไฟฟากระแสตรงและไฟฟากระแสสลบอยทจดทตอไฟฟาออกมาจากเครองก าเนดไฟฟา ถาใช Slip ring จะไดไฟฟากระแสสลบ แตถาใช Brush (แปรงถาน) จะไดไฟฟากระแสตรงดงภาพท 2.31

ก. การหมนเครองก าเนดไฟฟากระแสตรง ข. รปคลนแรงดนไฟฟากระแสตรง

ภาพท 2.30 ภาพการหมนและคลนแรงดนไฟฟาจากการหมนเครองก าเนดไฟฟากระแสตรง

แรงดนไฟฟา

องศา

32

ก. การหมนเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ ข.รปคลนไฟฟากระแสสลบ

ภาพท 2.31 ภาพคลนแรงดนไฟฟากระแสตรงเปรยบเทยบกบไฟฟากระแสสลบ 2.3.4 แรงเคลอนไฟฟา แรงเคลอนไฟฟา คอ แรงดนไฟฟาเหนยวน า (Induced Emf.) ทเกดขนจากการเหนยวน าแมเหลกไฟฟา ดวยการท าใหเสนแรงแมเหลกเกดการเปลยนคาในหนงหนวยเวลาตามสมการไฟฟาตอไปน

e = N

[V] (2.35)

เมอ e = แรงเคลอนไฟฟา หนวย โวลต [V] N = จ านวนรอบของขดลวด หนวย รอบ = เสนแรงแมเหลก หนวย เวเบอร [Wb : Vs] t =เวลา หนวย วนาท [s]

d /dt= อตราการเปลยนคาของเสนแรงแมเหลก หนวย เวเบอร/วนาท [Wbs-1]

ดงนนถาท าใหเสนแรงแมเหลก จ านวน 1 เวเบอร เกดการเปลยนคาในเวลา 1 วนาท จะใหก าเนดแรงเคลอนไฟฟา 1 โวลต

1[V] = 1[Wbs-1] (2.36)

33 การเปลยนคาสนามแมเหลก ดวยการเหนยวน าแมเหลกไฟฟา (Moving Coil) และสนามแมเหลกหมนในขดลวด (Rotating Field หรอ Moving Field) ดงน

2.3.5 ขดลวดหมนในสนามแมเหลก

ก. 0 องศา ข. 90 องศา ค. 180 องศา

ภาพท 2.32 ตวน าเคลอนทในสนามแมเหลกจะท าใหเกดแรงเคลอนไฟฟาตามกฎมอขวาของเฟลมมง

ตามภาพท 2.33 แสดงใหเหนถงการใหก าเนดแรงเคลอนไฟฟาบนตวน า เมอท าใหตวน าเคลอนทตดสนามแมเหลก ขณะเดยวกนจะใหก าเนดแรงผลกตวน าเลกนอย ตามกฎมอซายของเฟลมมงในทศทางตรงกนขาม การเหนยวน าแมเหลกไฟฟาลกษณะน เปนหลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟาทงกระแสตรง (DC Generator) และกระแสสลบ (AC. Generator) ขนาดเลกใหก าเนดแรงดนและก าลงคอนขางต า คณสมบต และสมรรถนะของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแตละชนดขนอยกบลกษณะการตอวงจรสนามและวงจรอารเมเจอร การกระตนขวสนามท าไดโดยการตอขดลวดสนามขนาน (Shunt field winding) และขดลวดสนามอนกรม (Series field winding) หรอการตอขดลวดทงสองรวมกน ส าหรบขดลวดสนามขนานจะมจ านวนรอบมากท าใหกระแสไหลผานไดต ากวา 5 เปอรเซนตของพกดกระแสอารเมเจอร สวนขดลวดสนามอนกรมมจ านวนรอบนอยกระแสจะไหลไดมากกวา

34

(ก) ขดลวดสนามขนาน (ข) ขดลวดสนามอนกรม

ภาพท 2.33 ลกษณะขดลวดสนาม

FI AI

FRAE

AR

+

-

สวนหมน (Armature)

ขดลวดฟลด (Filed winding)แปรงถาน (Brush)

gEfV

(ก) เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบขดลวดสนามแยกกระตน

AE

gE+

-

AR

AI

sR

(ข) เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบอนกรม

35

AE

gE

+

-

AR

AI

fR

LIfI

R

(ค) เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบขนาน

ก. การตอแบบ Short Shunt ข. การตอแบบ Long Shunt (ง) เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบผสม ภาพท 2.34 การตอขดลวดแบบตางๆ ของเครองก าเนดกระแสตรง จากภาพท 2.34 สามารถแบงเครองก าเนดกระแสตรงตามลกษณะการตอขดลวดสนามออกเปน 2 ชนดใหญๆ ดวยกน คอ เครองก าเนดกระแสตรงชนดกระตนแยก (Separately excited) และเครองก าเนดกระแสตรงชนดกระตนดวยตวเอง (Self-excited) ทมการตอขดลวดสนาม 3 แบบดวยกน ดงภาพท 2.34 (ข) (ค) และ (ง) เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงจ าเปนตองมตวตนก าลง (Prime mover) ขบเคลอน เพอใหไดความเรวและแรงดนทขวอารเมเจอรคงทขณะตออยกบโหลด และส าหรบชนดของเครองก าเนดนน แบงไดเปน 4 ชนดดวยกน คอเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยก (Separately Excited DC Generator)เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบขนาน (Shunt DC Generator)เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบอนกรม (Series DC Generator) และเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบผสม (Compound DC Generator)

36 2.3.6 เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบขดลวดสนามแยกกระตน (Separately Excited DC Generator) เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบแยกกระตนน ขดลวดสนามแมเหลกถกตอแยกออกจากแหลงจายไฟตรง ส าหรบการวเคราะหคณลกษณะของเครองก าเนดไฟฟาดงกลาวนกระท าภายใตเงอนไขในสภาวะคงตว

FI AI

FRAE

AR

+

-

สวนหมน (Armature)

ขดลวดฟลด (Filed winding)แปรงถาน (Brush)

gEfV

ภาพท 2.35 วงจรสมมลยของเครองก าเนดแบบขดลวดสนามแยกกระตน การวเคราะหตามเงอนไขในสภาวะคงตวนนจะไมคดผลความเหนยวน าของขดลวดสนามและขดลวดอารเมเจอร และจากภาพท 2.35 ก าหนดให RAคอ ความตานทานของวงจรอารเมเจอร RFคอ ความตานทานขดลวดสนาม RLคอ ความตานทานของโหลด ส าหรบการพจารณาคาแรงดนตกครอมแปรงถานนนเครองก าเนดไฟฟาชนดนก าหนดไวใหมคาประมาณ 2 V และสมการเพอวเคราะหเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบแยกกระตนก าหนดไดดงน คอ

EA = VT + IARA = KA Ø ωm (2.37)

VT = ITRL (2.38)

IA = IT (2.39)

VF = RFIF = EA – IARA (2.40)

VT RL

IT

37 สมการ (2.38) จะก าหนดคณลกษณะทขวของเครองก าเนดแบบขดลวดสนามแยกกระตนโดยทคณลกษณะดงกลาวแสดงไวในภาพท 2.36

ภาพท 2.36 คณลกษณะทขวของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบแยกกระตน เมอพจารณาภาพท 2.36 จะเหนวาขณะท ITมคาเพมขนจะสงผลใหแรงดนทขว VTลดลงอยางเปนเชงเสน (สมมตวาแรงดน Eaคงท) เนองจากมแรงดนตกครอม Raอยางไรกตามแรงดนตกครอม IA Raนมคาไมสงมากนกเพราะวา Raมคาต า และจดส าคญของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบแยกกระตนนน คอ ตองการใหแรงดนทขว VTมคาคงทในกรณทกระแสอารเมเจอรมคาสงท าใหเกดแรงดนตกครอมทขวเทากบ ΔVARนนเปนผลมาจากสนามแมเหลกสะทอนจากอารเมเจอร ผลดงกลาวนสามารถละทงได ส าหรบกรณทกระแสอารเมเจอรต ากวากระแสทพกด จากสมการ 2.39 ก าหนดคณลกษณะเชงโหลด ซงภาพท 2.36 นนจดทมการกระท ารวมกนระหวางคณลกษณะทขวของเครองก าเนดและคณลกษณะเชงโหลด ค านวณไดจากจดท างาน (Operating point) ท าใหรคา VTและ IT

- คณลกษณะของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยกขณะไมมโหลด (Characteristic of Separated Excited DC Generator: No Load) ในการอธบายจะใชกราฟแมเหลก (Magnetization Curve) ซงเปนกราฟทเกดจากความสมพนธระหวางกระแสฟลด (IF) กบแรงดนไฟฟาเหนยวน า (EA) ทเกดขนขณะทเครองยงไมมการจายโหลด ดงภาพท 2.37

38

ภาพท 2.37 กราฟแมเหลก คณลกษณะขณะไมมโหลดของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยก จากกราฟ จะเหนวากอนจายกระแสใหขดลวดฟลด (IF = 0) คาแรงดนไฟฟาเหนยวน าไมเปนศนย (EA≠ 0) ทงนเพราะยงมเสนแรงแมเหลกเหลอคางอยทขวแมเหลก (Residual Flux) หลงจากนนถาเราเพมกระแส IFขนเรอยๆ คาแรงดนไฟฟา EAจะเพมขนตามในชวงแรก จนกระทงถงจดท 4 ทจดนไมวาเราจะเพมกระแส IFขนเรอยๆ คาแรงดนไฟฟา EA จะเพมขนตามในชวงแรก จนกระทงถงจดท 4 ทจดนไมวาเราจะเพมกระแส IFมากขนเพยงใดกตาม คาแรงดนไฟฟา EA จะไมเพมขนตาม เนองจากเกดการอมตวทางแมเหลก (Saturation) จากจดอมตวถาเราท าการลดกระแส IF ลงเรอยๆ จะเหนวาคาแรงดนไฟฟา EA จะไมลดลงตามเสนกราฟเดม (ตามเสนประ) เนองจากเกดลกษณะของฮสเตอรรซส (Hysteresis) ขนในแกนเหลกของขวแมเหลก - คณลกษณะของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยกขณะจายโหลด (Characteristic of Separated Excited DC Generator: Test Load) ขณะทเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงก าลงจายโหลด กระแสโหลด (IL) จะเทากบกระแสอารเมเจอร (IA) ดงนน จงเกดแรงดนไฟฟาตกครอมขดลวดอารเมเจอร (IARA) ท าใหแรงดนไฟฟาทขวขณะจายโหลดมคานอยกวาขณะยงไมจายโหลด (ซงอาจพจารณาไดจากวงจรสมมล และจากการใชกฎของ KVL จะไดวา (VT = EA – IA.RA) นนหมายความวา ถาเครองก าเนดไฟฟาหมนดวยความเรวคงท และไดรบกระแสฟลดคงท จะท าใหคาแรงดนไฟฟาเหนยวน าอารเมเจอร(EA) คงทดวย ดงนน ถามการจายพลงงานใหกบโหลดมากขน กระแสอารเมเจอร (IA) กจะสงขนดวย เปนผลใหแรงดนทขวสาย (VT) มคาลดลง ตามภาพท 2.38

39

If R f

Ra

+V t -

I a

IL +V t -

Load

ภาพท 2.38 กราฟแมเหลกคณลกษณะการจายโหลดของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยก

2.3.7 เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบขนาน (Shunt DC Generator) เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงชนดขดลวดสนามตอขนานนน ตองตอขดลวดสนามครอมอารเมเจอร และแรงดนอารเมเจอรใชเปนแหลงจายกระแสใหกบขดลวดสรางสนามแมเหลก ซงเครองก าเนดไฟฟาดงกลาวนจ าเปนตองพจารณาการก าเนดแรงดน (Build up) เพอใหไดแรงดนทขว VF ตามตองการ การวเคราะหวงจรของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงชนดขดลวดสนามตอขนานภายใตเงอนไขของสภาวะคงตว ขณะไรโหลดนนอาศยโครงสรางของวงจรดงภาพท 2.39 ถาเครองจกรกลไฟฟาท างานเปนเครองก าเนดไฟฟาชนดกระตนดวยตวเอง ตองมเสนแรงแมเหลกตกคางในวงจรแมเหลกของเครองก าเนดไฟฟา ส าหรบภาพท 2.40 เสนโคงการท าแมเหลกของเครองจกรกลไฟฟา

40 กระแสตรง โดยรปดงกลาวแสดงใหเหนเสนความตานทานสนาม ซงพลอตจากความสมพนธของ RF IF เทยบกบ IF

ภาพท 2.39 วงจรสมมลของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบขนาน (แบบกระตนดวยตวเอง) สมมตวาเรมวงจรสนามไมถกตอเขากบวงจรอารเมเจอรดงภาพท 2.39 ถาอารเมเจอรหมนทความเรวคงทแรงดน EARจะปรากฏทขวอารเมเจอรเนองจากเสนแรงแมเหลกตกคางในเครองจกรกลไฟฟาดงภาพท 2.40 เมอสวทซถกเปดวงจรสนามจะถกตอเขากบวงจรอารเมเจอรท าใหมกระแสไหลเขาสขดลวดสนามและ mmf ของขดลวดสนามเนองจากกระแสดงกลาวจะเสรมเสนแรงแมเหลกตกคาง ในเครองจกรกลไฟฟาสงผลใหมกระแส IF1ไหลเขาวงจรสนาม ซงการก าเนดแรงดนเนองจากกระแสดงกลาวจะขนอยกบคาเวลาคงตวของวงจรสนาม และกระแส IF1จะผลตแรงดน EA1ขนมาส าหรบแรงดน VTจะเทากบ IFRFแตจะนอยกวา EA1 การเพมขนของ EA1จะท าใหมกระแสไหลในวงจรสนามเพมขนเปน IF2ซงเปนผลใหเกดแรงดนอารเมเจอรเพมถง EA2

ขบวนการก าเนดแรงดนดงกลาวนน เกดขนอยางตอเนองและถาไมคดแรงดนตกครอม RA(RA<< RF) แรงดนก าเนดขนจะมคาทจด p ดงภาพท 2.40 และจดดงกลาวน EA = IFRF = VT

ภาพท 2.40 แรงดนก าเนดขน (buildup) ในเครองก าเนดแบบกระตนดวยตวเอง

41

ภาพท 2.41 ผลของความตานทานขดลวดสนาม ภาพท 2.41 แสดงการก าเนดแรงดนในเครองก าเนดกระแสตรงแบบกระตนตวเอง ทมการพจารณาการเปลยนแปลงคาความตานทานวงจรสนาม ส าหรบเสนความตานทานทลากทบกบสวนทเปนเชงเสนบนเสนโคงการท าแมเหลกพอด เรยกวา คาความตานทานวกฤต RF3และถาความตานทานนอยกวาคาน ดงเชน RF4จะท าใหแรงดนทเกดขน VT4มคาต า แตถาความตานทานนอยกวาคาน ไดแก RF1หรอ RF2เครองก าเนดไฟฟาจะก าเนดแรงดนไดสง (VT1และ VT2) ดงนนเงอนไขของการก าเนดแรงดน ส าหรบเครองก าเนดแบบกระตนดวยตวเอง สรปได 3 ประการหลกดวยกน คอ - ตองมเสนแรงแมเหลกตกคางในวงจรสนาม - mmf ของวงจรสนามตองเสรมกบเสนแรงแมเหลกตกคางในเครองจกรกล - ความตานทานวงจรสนามตองมคานอยกวาคาความตานทานวกฤตของวงจรสนาม โดยทการวเคราะหคณลกษณะของเครองก าเนดไฟฟาแบบกระตนดวยตวเอง ขณะมโหลดก าหนดไดดงน

EA= VT + IARA (2.41)

EA= KA Ø ωm (ขนอยกบกระแส IF) (2.42)

VT = IFRF (2.43)

VT= ILRL (2.44)

IA = IF + IL (2.45)

42

R

R f

If

I a

IL

RL+Ea

-

+

-

RaV t

ภาพท 2.42 วงจรสมมลของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบขนาน (กระตนดวยตวเอง) ขณะมโหลด

- คณลกษณะของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบขนานขณะไมมโหลด (Characteristic of Shunt Generator : No Load)

ภาพท 2.43 คณลกษณะขณะไมมโหลดของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบขนาน จากกราฟในภาพท 2.43 แสดงใหเหนวาเมอกระแสทไหลผานฟลด (I f) เพมขน ฟลกซแมเหลกทเกดจากขวกเพมขน ท าใหแรงดนไฟฟาเหนยวน า (E a) และแรงดนไฟฟาทขว (V t) เพมตามขนดวย คาแรงดน V t จะเพมตาม I f ไปเรอยๆ จนกระทงถงจดตดระหวางกราฟ V t กบกราฟความ

ตานทานของขดลวดฟลด (R f) ซงสามารถหาความส าพนธไดจากวงจรสมมล คอ R f=

ทจดตด

น เปนจดทฟลกซแมเหลกทเกดจากขวมคาคงท เราเรยกวา จดเสถยร (Stable Point) หรอ จด Build – up ทงนเพราะวาถาเลยจดนไปจะไมมการสรางแรงดนไฟฟาขนอก

43

- คณลกษณะของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบขนานขณะจายโหลด (Characteristic of Shunt Generator: Test Load)

R

R f

If

I a

IL

RL+Ea

-

+

-

RaV t

ภาพท 2.44 คณลกษณะการจายโหลดของเครองก าเนดไฟฟาแบบขนาน ในการจายโหลด กระแส I f จะลดลงสงผลใหฟลกซแมเหลกลดลงดวย ดงนนแรงดนไฟฟา Ea

จงลดลง (V tกลดลง) เมอยงมการจายโหลดเพมขนอยางตอเนอง กระแส I fฟลกซแมเหลก และแรงดน Vt จะลดลงอกจนถงจด Breakdown Point ท าใหแรงดนไฟฟาทขว (Vt) ลดลงจนกระทงถง 0 V ดงนนเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบขนานนจงเหมาะกบการจายโหลดซงตองการแรงดนไฟฟาคงท 2.3.8 เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบอนกรม (Series DC Machine) เครองก าเนดแบบอนกรมขดลวดสรางสนามแมเหลกถกตออนกรมกบอารเมเจอรเพอสรางเสนแรงในเครองจกรกลโดยกระแสอารเมเจอรทไหลผานตวมน ซงวงจรสนามจะไมสมบรณจนกวาโหลดถกตอเขากบเครองจกรกลและภาพท 2.45 แสดงวงจรสมมลยของเครองก าเนดกระแสตรงแบบอนกรม

ภาพท 2.45 วงจรสมมลยของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบอนกรม

44 ภาพท 2.46 แสดงเสนโคงการท าแมเหลกทเปนความสมพนธระหวาง EA กบ IA ของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบอนกรมโดยขดลวดสรางสนามแมเหลกอนกรมถกกระตนแยกและในสวนของคณลกษณะแรงดน VT กบกระแส I T หาไดโดยลากเสนตรงดงภาพท 2.46 ซงมความชนตางกบ RA + RSR เสนตรงดงกลาวนแทนคาแรงดนตกครอม RAและ RSR และส าหรบระยะหางระหวางเสนโคงการท าแมเหลกกบเสนตรงคอคาแรงดน VT กรณทพจารณาถงผลของสนามแมเหลกสะทอนจากอารเมเจอรแรงดน VT จะมคานอยลงแสดงใหเหนไดจากเสนประในภาพท 2.46 โดยท AB แทนกระแสเนองจากสนามแมเหลกสะทอนจากอารเมเจอร IA (AR)

ภาพท 2.46 เสนโคงการท าแมเหลก EAกบ IAและ IA (RA + RSR) กบ IA

เมอยอนกลบไปพจารณาแรงดน VT ส าหรบกรณทคากระแส IT เปลยนแปลงดงภาพท 2.46ซงแรงดนดงกลาวนสามารถน ามาพลอตความสมพนธ ไดดงภาพท 2.47 ถาก าหนดให RL คอ ความตานทานโหลดดงนนคณลกษณะเชงโหลดระหวาง VT ตอ IT คอเสนตรงทมความชนเทากบ RLโดยจดท างานส าหรบโหลดดงกลาวคอจดทเสนตรงตดกบเสนโคงท าแมเหลก ดงแสดงในภาพท 2 .47ขอสงเกตถา RL มคาสงแรงดน VT จะเปลยนแปลงนอยนนคอเครองก าเนดกระแสตรงแบบอนกรมจะไมสามารถผลตแรงดนขนมาได

45

ภาพท 2.47 คณลกษณะภายนอก (VTกบ IT) ของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบอนกรม

- คณลกษณะของเครองก าเนดไฟฟาแบบอนกรม (Characteristic of Series Generator : Test Load)

RS

Ra

+

Ea

-

Ia

IL

Load

+ V t -

ภาพท 2.48 คณลกษณะการจายโหลดของเครองก าเนดไฟฟาแบบอนกรม ในขณะไมจายโหลด จะไดวา IA = IS = IL = 0 A นนคอ EA = VT แตในขณะจายโหลด IA = IS = ILและแรงดนไฟฟา EAสามารถหาไดจาก EA = IA · (RA + RS) + V t ถาเราตอโหลดเขาทขว ท าใหกระแส IS เพมขน ฟลกซแมเหลกทเกดจากขวกจะเพมขน สงผลใหแรงดน V t เพมขนดวย เมอ I S เพมขนอยางตอเนองจนถงจดเสถยร (Stable Point) แรงดนไฟฟา V t จะไมเพมขนอก แตถายงคงมการจายโหลดเพมขนจนกระทง IS มคาเกนจดเสถยรจ าท าใหแรงดนไฟฟา V t ลดลงอยางลวดเรว แต

46 ในชวงนคากระแส ILจะคงท ดงนน เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบอนกรมน จงเหมาะกบการจายโหลดทตองการกระแสไฟฟาคงท 2.3.9 เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบผสม (Compound DC. Generators) เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงชนดน ขดลวดสรางสนามแมเหลกทงขดลวดขนาน (Shunt winding) และขดลวดอนกรม (Series winding) ถกตอรวมกนเปนเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบผสมโดยมการตอสองลกษณะดวยกนคอ Short – shunt ซงจะตอขดลวดสนามขนานครอมอารเมเจอรและ Long – shunt โดยทจะตอขดลวดสนามขนานครอมขดลวดสนามอนกรมทตออนกรมอยรวมกบอารเมเจอรดงแสดงในภาพท 2.49

ก. การตอแบบ Short Shunt ข. การตอแบบ Lomg shunt - Cumulatively Compounded (เสนแรงสนามแมเหลกเสรมกน) - Differentially Compounded (เสนแรงสนามแมเหลกตรงขามกนหกลางกน)

ภาพท 2.49 วงจรสมมลของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบผสมขณะไรโหลด สมการเพอวเคราะหคณลกษณะของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบผสมก าหนดไวดงนคอ

Short –shunt VT = EA – IARA – ITRSR (2.46) IT = IA – IF (2.47)

Long – shunt VT = EA – IA (RA – RSR) (2.48) IT = IA – IF (2.49)

IF = VT / RF (2.50)

ส าหรบการตอขดลวดทงสองแบบนน ถาสมมตการเปลยนแปลงทางแมเหลกเปนแบบเชงเสน (Magnetic linearity) แรงดนทผลตขนคอ

EA = KA (Ø SH ± Ø SR)ωm (2.51)

47 เมอ Ø SHคอ เสนแรงตอขวสรางขนโดย mmfของขดลวดสนามขนาน Ø SRคอ เสนแรงตอขวสรางขนโดย mmfของขดลวดสนามอนกรม กรณเสนแรงทงสองเสรมกนจะเรยกเครองก าเนดชนดนวา Cumulative compound dc Generator และถาเสนแรงทงสองตรงขามกนจะเรยกวา Differential compound dc Generator ขอสงเกตส าหรบการหาคาแรงเคลอนแมเหลก (Magnetomotive forceหรอ mmf) นนตองรวม mmfขดลวดสนามขนานและอนกรม ดงนนผลรวมของคา mmfตอขวคอ

FNET = FSH ± FSR – FAR (2.52)

NFIF = NFIF ± NSRISR - NFIF (2.53)

เมอ NFคอ จ านวนรอบของขดลวดสนามขนานตอขว NSRคอจ านวนรอบของขดลวดสนามอนกรมตอขว FARคอ mmfเนองจากสนามแมเหลกสะทอนจากอารเมเจอร และจากสมการ (2.52) จะไดเปนสมการดงน

I*F = IF ± (NSR/NF) ISR – IF (AR) (2.54)

ภาพท 2.50 แสดงคณลกษณะแรงดน – กระแสของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบผสมโดยทการตอในลกษณะ Cumulative compound นนจะท าใหเกดคณลกษณะสามประการดวยกนคอOver compound เกดจากการเพมกระแส IAเพมขนแต VTมคาลดลงและFlat compound ลกษณะนเมอ IAเพมขนท าใหได VTเกอบคงทตลอด สวนUnder compound เมอกระแส IAเพมขนแรงดนทขว VT มคาลดลง ซงคณลกษณะทงสามนนขนอยกบจ านวนรอบของขดลวดสนามอนกรม

48

ภาพท 2.50 คณลกษณะแรงดน – กระแสของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบผสม ส าหรบ Differential compound แรงดน VTจะตกลงอยางลวดเรวเมอกระแส IAเพมขนเนองจาก mmfของขดลวดสนามอนกรมตรงกนกบของขดลวดสนามขนาน โดยแทจรงแลวนนกระแส IAจะถกรกษาใหคงท 2.3.10 ก าลงงานสญเสยของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรง(DC. Generator Losses) ก าลงสญเสยของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรง แบงออกเปน 2 ประเภทคอก าลงสญเสยแบบสเตรย(Stray power losses) และก าลงสญเสยในขดลวดทองแดง (Copper Losses) - ก าลงสญเสย แบบสเตรย(Stray Power Losses)เกดขนขณะทเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงก าลงหมน แบงเปน 2 ชนด 1) ความสญเสยทางกล (Mechanical Losses) ไดแก การสญเสยเนองจากความฝด (Friction Losses) และการสญเสยเนองจากแรงตานของลม (Wind age Losses) 2) ความสญเสยในแกนเหลก (Core Losses) เกดจากก าลงสญเสยแบบ (Hysteresis losses) และก าลงสญเสยจากกระแสไหลวน (Eddy current losses)

49 - ก าลงสญเสยในขดลวดทองแดง (Copper Losses) เกดจากความสญเสยในรปความรอนของขดลวดอารเมเจอร (I2

a Ra) และในขดลวดฟลด (I2f R f)

ซงก าลงสญเสยทงหมดของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรง และล าดบขนของการเกดก าลงสญเสยไดแสดงไวดงภาพท 2.51และ 2.52 ตามล าดบ

ภาพท 2.51 แผนผงก าลงงานสญเสยทงหมดของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรง

ภาพท 2.52 ล าดบการเกดก าลงสญเสยของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรง

50 2.3.11 ประสทธภาพของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรง (Generator Efficiency) ประสทธภาพของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรง จะหาจากอตราสวนของก าลงงานดานออก (Output power) เทยบกบก าลงงานดานเขา (Input power)

ภาพท 2.53 ภาพรวมของก าลงงานทงหมดในเครองก าเนดไฟฟากระแสตรง จากภาพท 2.53 จะไดวาก าลงงานทปอนเขาทงหมด จะเปนผลรวมของก าลงงานดานออกกบก าลงงานสญเสย ตามสมการท 2.53และคาประสทธภาพจะหาไดจากสมการท 2.54

Pin = P out +Generator losses (2.55)

n =

=

(2.56)

2.4 อปกรณและเครองมอวด 2.4.1โครงสรางและการท างานแอมมเตอรและโวลทมเตอร - ชนดขดลวดเคลอนท (Moving Coil) หมายถงเครองวดไฟฟาทอาศยการเคลอนทของขดลวดทอยบนแกนอะลมเนยมของสวนเคลอนทซงวางอยระหวางสนามแมเหลกไฟฟาของสวนทอยกบทโดยมเขมชซงยดตดกบสวนเคลอนทเปนตวแสดงต าแหนงของการวดคาทแสดงดวยตวเลขบนสเกล 2 แบบคอ แบบอาศยแมเหลกถาวร (Permanent magnet type) และแบบไดนาโมมอเตอร (Dynamometer type) หรอ อเลกโทรไดนาโมมเตอร (Electro Dynamometer type) ส าคญ2 สวนคอ สวนทอยกบท (Stationary part) และสวนทเคลอนท (Moving part) โดยชดเคลอนทเปนชนดขดลวด สวนชดอยกบทเปนแบบแมเหลก ถาวร สวนใหญมกท าเปนแอมมเตอร โวลทมเตอร ใชวด

51 ไฟฟากระแสตรง ถาจะใชวดกระแสสลบตองใชรวมกบชดเรยงกระแส (Rectifier) ดงภาพท 2.54

ภาพท 2.54 โครงสรางของเครองวดไฟฟาชนดขดลวดเคลอนทแบบอาศยแมเหลกถาวร ขณะใชวดปรมาณไฟฟา จะมกระแสไฟฟาไหลผานสปรงกนหอยเขาสขดลวดซงวางอยระหวางแมเหลกถาวร ท าใหเกดขวแมเหลกทขดลวดทงสองขาง มขวเหมอนกบขวแมเหลกถาวร จงเกดการผลกนของขวแมเหลกระหวางขดลวดกบแมเหลกถาวรเกดแรงบดบายเบนท าใหเขม ชทยดตดกบขดลวดเคลอนทบายเบนไป การบายเบนจะมากหรอนอยขนอยกบจ านวนกระแสทไหลผานขดลวดหรอแบบ อเลกทรอไดนาโมมเตอร มโครงสรางแตกตางจากชนดขดลวดเคลอนทแบบอาศยแมเหลกถาวรคอ สวนทอยกบทประกอบดวยขดลวดทอยกบท (Fixed coil) 2 ชดเปนตวสรางสนามแมเหลกไฟฟาทดแทนแมเหลกถาวรและขดลวดเคลอนท (Moving coil) วางอยระหวาขดลวดทอยกบททง 2 ชด ดงภาพท 2.54

ภาพท 2.55 โครงสรางของเครองวดไฟฟาชนดขดลวดเคลอนทแบบไดนาโมมเตอร

52 จากภาพท 2.55 เมอเกดกระแสไฟฟาไหลผานเขามาทขดลวดทอยกบทและขดลวดเคลอนทจะเกดสนามแมเหลกไฟฟาขนโดยรอบ ขวสนามแมเหลกไฟฟาของขดลวดอยกบทและขดลวดเคลอนททวางใกลมขวเหมอนกนเกดแรงผลกนของสนามแมเหลกทงสอง ท าใหขดลวดเคลอนทเกดการบายเบนไป โดยมเขมชซงยดตดกบขดลวดเคลอนทจะแสดงคาปรมาณไฟฟาการบายเบนของขดลวดเคลอนทจะมากหรอนอยขนอยกบโหลดทน ามาตอวงจร และมสปรงกนหอยท าหนาทออกแรงตานแรงบดทเกดขน เมอแรงบดบายเบนเทากบแรงบดควบคมเขม ชจะหยดนงเมอไมมกระแสไหลเขามาทขดลวด สปรงจะดงเขมชกลบต าแหนงศนยตามเดม - ชนดแผนเหลกเคลอนท (Moving iron) เครองวดไฟฟาชนดนอาศยการเคลอนทของสวนเคลอนทท าดวยแผนเหลกสามารถใชไดทงไฟฟากระแสตรงและกระแสสลบ ม 2 แบบคอ แบบอาศยแมเหลกดงดด (Attraction type) แบบอาศยแมเหลกผลกดน (Repulsion type) 1) แบบอาศยแมเหลกดงดด การท างานขนอยกบการดงดดระหวางอ านาจแมเหลกของแผนเหลกออน (Soft iron) กบอ านาจแมเหลกของขดลวดอยกบท (Stationary coil)

ก. ลกษณะการท างาน ข. โครงสราง ภาพท 2.56 แสดงโครงสรางของเครองวดชนดแผน เหลกเคลอนทแบบแมเหลกดงดด หลกการท างานเมอมกระแสไฟฟาไหลผานขดลวดสนามแมเหลกจะเกดสนามแมเหลกมากทสดทจดศนยกลางของขดลวด ปลายของจานเหลกรปไขจะถกแรงดงดดของสนามแม เหลก ใหเคลอนทเขาสศนยกลางของขดลวด เขมชทยดตดกบแกนจะบายเบนไปมากหรอ นอยขนอยกบจ านวนกระแสไฟฟาทท าใหเกดสนามแมเหลกถากระแสไฟฟาไหลผานมากเขมชจะบายเบนมาก 2) แบบอาศยแมเหลกผลกดน การท างานขนอยกบการผลกกนระหวางแผนโลหะทวางอยใกลกนในสนามแมเหลกเดยวกน

53

ภาพท 2.57 แสดงโครงสรางของเครองวดชนดแผนเหลกเคลอนทแบบแมเหลกผลกดน หลกการท างาน เมอมกระแสไหลผานขดลวดอยกบทจะท าใหเกดสนามแมเหลกไปเหนยวน าแผนโลหะออนทงสองทวางขนานกนแผนโลหะทงสองจะมอ านาจแมเหลกและมขวแมเหลกเหมอนกนเกดแรงผลกกนท าใหเขม ทชยดตดกบแผนโลหะเคลอนทเกดแรงบดบายเบน มทศทางตรงขามกบแรงบดของสปรงหรอน าหนกถวงทท าหนาทเปนแรงบดควบคมแรงผลกของโลหะทงสองเปนสดสวนใกลเคยงกบก าลงสองของกระแสไฟฟาทไหลผานขดลวดทอยกบท 3. ความคลาดเคลอน (Errors) หมายถง ปรมาณตวเลขทแสดงความแตกตางระหวางคาทแทจรงทเราวด (Expected Value) กบคาทอานไดจากเครองวด (Measured Value) ในการวดคาปรมาณไฟฟาดวยเครองวดไฟฟา 1) ความคลาดเคลอนโดยผวด (Gross errors) 2) ความคลาดเคลอนเชงระบบ (Systematic errors) แบงออกเปน 3 ประเภท - ความคลาดเคลอนในเครองวด (Instrument errors) เชนเกดจากการเสยดสของแบรงขณะ เคลอนท การคลายตวหรอดงตวของสปรงกนหอย การปรบแตงเครองวดไมเหมาะสม การวางเครองวดขณะใชงานไมถกตอง - การคลาดเคลอนจากสภาพแวดลอม (Environmental errors) เกดขนขณะใชงานสภาพแวดลอมมผลตอการวด เชน อณหภม ความดนความชนสนามแมเหลกภายนอก เปนตน - ความคลาดเคลอนจากการมอง (Observational errors) เกดจากผใชอานคาสเกลของเครองวดไมถกตอง คอมองไมตงฉากกบเขมชของมอนเตอรและสเกลท าใหคาทไดผดไป

54

ภาพท 2.58 การอานคาสเกลบนหนาปด 4. การอานคาสเกลบนหนาปด 1) ชนดของสเกล จ าแนกเปน 2 แบบ คอ - แบบลเนยร (Linear scale) เปนแบบเชงเสน มระยะหางระหวางชองสเกลเทากน ทกชองเชนสเกลของแอมมเตอร โวลทมเตอร เปนตน - แบบ นนลเนยร (Non Linear scale) เปนแบบไมมเชงเสน ระยะหางระหวางชองสเกลไมเทากนตลอด บางชองถ บางชองหาง

ภาพท 2.59 แสดงสเกลแบบลเนยรและนนลเนยร 2) วธการหาคาบนชองสเกล ชองสเกลในเครองวดแตละเครองใชแสดงคาปรมาณไฟฟาตางกนดงนนการอานคาจากสเกลของเครองวดจงตองพจารณาดวยวา แตละชองมคาเทาไหร

55

ภาพท 2.60 แสดงต าแหนงของเขมช 2.4.2 ตวตานทาน (Resistor)

ตวตานทาน (Resistor) เปนอปกรณทใชในการตานทานการไหลของกระแสไฟฟา นยม

น ามาประกอบในวงจรทางดานไฟฟาอเลกทรอนกสทวไป ตวอยางเชนวงจรเครองรบวทย ,

โทรทศนเครองขยายเสยง ฯลฯ เปนตน ตวตานทานทตออยในวงจรไฟฟา ท าหนาทลดแรงดน และ

จ ากดการไหลของกระแสไฟฟาในวงจร ตวตานทานมรปแบบและขนาดแตกตางกนตามลกษณะ

ของการใชงาน นอกจากนยงแบงออกเปนชนดคาคงทและชนดปรบคาได

1) ตวตานทานแบบไวรวาวด (Wire Wound)

โครงสรางของตวตานทานแบบนเกดจากการใชลวดพนลงบนเสนลวดแกนเซรามค หลงจาก

นนตอลวดตวน าดานหวและทายของเสนลวดทพน สวนคาความตานทานขนอยกบวสด ทใชท าเปน

ลวดตวน า ขนาดเสนผาศนยกลางของแกนเซรามคและความยาวของลวดตวน า ขนตอนสดทายจะ

เคลอบดวยสารประเภทเซรามค บรเวณรอบนอกอกครงหนง คาความตานทานของตวตานทานแบบ

น จะมคาต าเพราะตองการใหมกระแสไหลไดสง ทนความรอนไดด สามารถระบายความรอนโดย

ใชอากาศถายเท

2) ตวตานทานแบบปรบคาได โครงสรางของตวตานทานแบบนมลกษณะคลายกบแบบไวรวาวด แตโดยสวนใหญบรเวณลวดตวน า จะไมเคลอบดวยสารเซรามคและมชองวางท าใหมองเหนเสนลวดตวน า เพอท าการลดเขมขดคอมตวตานทาน โดยจะมขาปรบใหสมผสเขากบจดใดจดหนง บนเสนลวดของความตานทาน ตวตานทานแบบนสวนใหญมคาความตานทานต า แตอตราทนก าลงวตตสง การปรบคาความตานทานคาใดคาหนง สามารถกระท าไดในชวงของความตานทานตวนน ๆ เหมาะกบงาน ทตองการเปลยนแปลงความตานทานเสมอ ๆ

56

ภาพท 2.61 แสดงลกษณะและรปรางของตวตานทานปรบคาได 3) โพเทนชโอมเตอร (Potentiometer) โพเทนชโอมเตอรหรอพอต (Pot) คอตวตานทานทเปลยนคาไดในวงจรตาง ๆ โครงสรางสวนใหญจะใชวสดประเภทคารบอน ผสมกบเซรามคและเรซนวางบนฉนวน สวนแกนหมนขา กลางใชโลหะทมการยดหยนตวไดด โดยทวไปจะเรยกวาโวลลมหรอ VR (Variable Resistor) มหลายแบบทนยมใชในปจจบนคอแบบ A , B และ C

ก. ตวตานทาน ข. ตวตานทานปรบคาได ค.ตอแบบปรบคาได ง. โครงสราง

ภาพท 2.62 แสดงลกษณะรปรางและสญลกษณของโพเทนชโอมเตอรและรโอสตาท

จากรปท (ก) จะเหนวาโพเทนชโอมเตอรม 3 ขา ขาท 1 และ 2 จะมคาคงทสวนขาท

เปลยนแปลงขนลงตามทตองการ สวนรโอสตาทนนจะม 2 ขา ตามรปท (ข) แตในกรณทตองการตอ

57 โพเทนชโอมเตอรใหเปนรโอสตาทกท าไดโดยการตอขาท 3 เขากบขาท 2 กจะกลายเปนรโอสตา

ทตามรปท ค สวนรปท ง. แสดงโครงสรางทว ๆไปของโพเทนชโอมเตอร

2.4.3 เบรกเกอร (breaker) เบรกเกอร (breaker) เปนสวตซเปด-ปดทใชในงานไฟฟาทว ๆ ไปแตมคณภาพทสงกวาเพราะวาเบรกเกอรนอกจากจะท าหนาทเปนสวตซเปด-ปดวงจรไฟฟาแลวยงสามารถควบคมและปองกนกระแสไฟฟาเกนในวงจรและการลดวงจร ท างานโดยอาศยความรอนและสนามแมเหลกไฟฟา เมอเบรกเกอรตดวงจรแลว มนยงสามารถใชงานไดอกดงแสดงในภาพท 2.64

ภาพท 2.63 เบรกเกอรและภาพตดแสดงอปกรณภายใน

2.4.4 วงจรเรยงกระแส Rectifier วงจรเรยงกระแสดวยเพาเวอรไดโอด (Rectifier circuit with Power diode) ไดโอด (Diode) เปนอปกรณสารกงตวน าทมคณสมบตยอมใหกระแสไหลผานไดเพยงทศทางเดยวจากขวแอโนด (Anode: A) ซงมศกยเปนบวกไปยงขวแคโทด(Cathode : K) ซงมศกดเปนลบ เมอไดรบไบอสแบบฟอรเวรด (Forward Bias) แตถาไดโอดไดรบไบอสแบบตรงกนขาม หรอรเวรส (Reverse Bias) ไดโอดจะไมยอมใหกระแสไหลผาน ดงนนไดโอดจงถกน าไปใชในวงจรเรยงกระแสหรอวงจรเรกตไฟร (Rectifier Circuit) ซงจะท าหนาทในการเปลยนไฟฟากระแสสลบ (AC Voltage) ใหเปนไฟฟากระแสตรง (DC Voltage) ซงมอย 2 แบบคอ การเปลยนไฟฟากระแสสลบใหเปนไฟฟากระแสตรงแบบครงคลนหรอแบบฮารฟเวฟ (Halfwave) และแบบเตมคลนหรอฟลเวฟ(Full wave)

58 ความหมายของวงจรเรยงกระแสวงจรเรยงกระแส (Rectifier Circuit) หมายถง วงจรทท าหนาทเปลยนแปลงไฟฟากระแสสลบ (AC. Voltage) ใหเปนไฟฟากระแสตรง (DC.Voltage) ทขวขาออกของวงจรชนดของวงจรเรยงกระแส 1.วงจรเรยงกระแสแบบครงคลน (Half-wave Recitifier Circuit) 2. วงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน (Full wave Recitifier Circuit)

- คาทส าคญในวงจรเรยงกระแส คาเฉลยรปคลนไซน (Average value : VAV) เปนคาทไดจากการน ารปคลนไซนมาเฉลยเพอหาคโดยเฉลยของรปคลนจะไดคาเทยบกบคาแรงดนไฟฟาสงสด (Maximum Voltage : Vm) หรอคาแรงดนยอดตอยอด (Peak to peak Voltage : Vp-p ซงเมอเฉลยแลวจะมคาเทากบศนยโวลท)

ก. วงจรเรยงกระแส ข. รปคลนสญญาณ

ภาพท 2.64 วงจรเรยงกระแสและรปคลนไซน

59 2.4.5 หลอดไฟฟา หลอดไฟฟา มสวนประกอบดงน

ภาพท 2.65 สวนประกอบของหลอดไฟฟาแบบเขยว 1) ไสหลอด ครงแรก เอดสนใชคารบอนเสนเลก ๆ เปนไสหลอด ซงมปญหาคอ ไสหลอดขาดงายเมอไดรบความรอน ปจจบนไสหลอดท าดวยทงสเตน ซงเปนโลหะทหางาย ราคาไมแพง ม ความตานทานสง มจดหลอดเหลวสงมาก เมอไดรบความรอนจงไมขาดงาย ลกษณะของไสหลอด ขดไวเหมอนสปรง มขนาดแตกตางกนขนอยกบก าลงไฟฟาของหลอดไฟฟา กลาวคอ หลอดทมก าลงไฟฟาต าไสหลอดจะใหญ ความตานทานนอย สวนหลอดทมก าลงไฟฟาสง ไสหลอดจะเลก มความตานทานมาก 2) หลอดแกว ท าจากหลอดแกวใส ทนความรอนไดด ภายในสบอากาศออกจนหมด แลวบรรจแกสไนโตรเจน และอารกอนเพยงเลกนอยไวแทนท แกสทบรรจไวนจะชวยใหทงสเตนทไดรบความรอนไมระเหดไปจบทผวในของหลอดไฟฟา ซงจะท าใหหลอดไฟฟาด า 3) ขวตอไฟ เปนจดตอวงจรไฟฟาภายในหลอด หลกการท างานของหลอดไฟฟา การทหลอด ไฟฟาใหแสงสวางไดเปนไปตามหลกการดงน เมอกระแสไฟฟาไหลผานไสหลอด ซงมความตานทานสง พลงงานไฟฟาจะเปลยนเปนพลงงานความรอน ท าใหไสหลอดรอนจดจนเปลงแสง ออกมาได ซงมการเปลยนรปพลงงานดงน

พลงงานไฟฟา ---->พลงงานความรอน ---->พลงงานแสง

60 2.4.6 รเลย (Relay) รเลย (Relay) เปนอปกรณทเปลยนพลงงานไฟฟาใหเปนพลงงานแมเหลก เพอใชในการดงดดหนาสมผสของคอนแทคใหเปลยนสภาวะ โดยการปอนกระแสไฟฟาใหกบขดลวด เพอท าการปดหรอเปดหนาสมผสคลายกบสวตชอเลกทรอนกส ซงเราสามารถน ารเลยไปประยกตใช ในการควบคมวงจรตาง ๆ ในงานชางอเลกทรอนกสมากมาย - หลกการเบองตน รเลยเปนอปกรณทนยมน ามาท าเปนสวตชทางดานอเลกทรอนกส โดยจะตองปอนกระแสไฟฟาใหไหลผานขดลวดจ านวนหนง เพอน าไปควบคมวงจรก าลงงานสง ๆ ทตออยกบหนาสมผสหรอคอนแทกตของรเลย ภาพท 2.66 แสดงรปรางและสญลกษณของรเลย

ภาพท 2.66 แสดงรปรางและสญลกษณของ หลกการท างานเบองตนของรเลยแสดงดงภาพท 2.66 การท างานเรมจากปดสวตช เพอปอนกระแสใหกบขดลวด (Coil) โดยทวไปจะเปนขดลวดพนรอบแกนเหลก ท าใหเกดสนามแมเหลกไปดดเหลกออนทเรยกวาอารเมเจอร (Armature) ใหต าลงมา ทปลายของอารเมเจอรดานหนงมกยดตดกบสปรง (Spring) และปลายอกดานหนงยดตดกบหนาสมผส (Contacts) การเคลอนทอารเมเจอร จงเปนการควบคมการเคลอนทของหนาสมผส ใหแยกจากหรอแตะกบหนาสมผสอกอนหนงซงยดตดอยกบท เมอเปดสวตชอารเมเจอร กจะกลบสต าแหนงเดม เราสามารถน าหลกการนไปควบคมโหลด (Load) หรอวงจรอเลกทรอนกสตาง ๆ ไดตามตองการ

61

ภาพท 2.67 การท างานเรมจากปดสวตช - หนาสมผสของรเลย ภาพท 2.67 แสดงรเลยทมหนาสมผสเพยงชดเดยว ปจจบนรเลยทมขดลวดชดเดยวสามารถควบคมหนาสมผสไดหลายชดดงภาพท 2.68 อารเมเจอรอนเดยวถกยดอยกบหนาสมผสทเคลอนทได 4 ชด ดงนนรเลยตวนจงสามารถควบคมการแตะหรอจากกนของหนาสมผสไดถง 4 ชด

ภาพท 2.68 อารเมเจอรอนเดยวถกยดอยกบหนาสมผสทเคลอนทได 4 ชด

62 แตละหนาสมผสทเคลอนทไดมชอเรยกวาขว (Pole) รเลยในภาพ 14 ม 4 ขว จงเรยกหนาสมผสแบบนวาเปนแบบ 4PST (Four Pole Single Throw) ถาแตละขวทเคลอนทแลวแยกจากหนาสมผสอนหนงไปแตะกบหนาสมผสอกอนหนงเหมอนกบสวตชโยก โดยเปนการเลอกหนาสมผส ทขนาบอยทงสองดานดงภาพท 2.69 หนาสมผสแบบนมชอวา SPDT (Single Pole Double Throw)

ก. โครงสรางรเลย ข. วงจรรเลย

ภาพท 2.69 หนาสมผสแบบนมชอวา SPDT ในกรณทไมมการปอนกระแสไฟฟาเขาขดลวดของรเลย สภาวะ NO (Normally Open) คอสภาวะปกตหนาสมผสกบขวแยกจากกน ถาตองการใหสมผสกนจะตองปอนกระแสไฟฟาเขาขดลวด สวนสภาวะ NC (Normally Closed) คอสภาวะปกตหนาสมผสกบขวสมผสกน ถาตองการใหแยกกนจะตองปอนกระแสไฟฟาเขาขดลวด นอกจากนยงมแบบแยกกอนแล วสมผส (Break-Make) หมายถงหนาสมผสระหวาง 1 และ 2 จะแยกจากกนกอนทหนาสมผส 1 และ 3 จะสมผสกน แตถาหากตรงขามกนคอ หนาสมผส 1 และ 2 จะสมผสกน และจะไมแยกจากกน จนกวาหนาสมผส 1 และ 3 จะสมผสกน (Make-Break) 2.4.5 เครองวดความเรวรอบ (Tachometer) หลกการท างานของระบบทจะน ามาประกอบเปนโครงการซงเปนการใชเซนเซอรทมการตอบสนองตอแสงสตางๆโดยทแสงจะเปนตวสรางสญญาณออกมาในรปลกษณะของแรงดนหรอกระแสจากรปขางลางแสดงถงการสะทอนกลบของแสงเมอตกกระทบแผนสะทอนแสงแลวนบสญญาณความถทไดเทยบกบเวลาเพอแปลงออกมาเปนความเรว

63

ภาพท 2.70 แสดงการตรวจจบโดยการสะทอนเชงมมของความเรวเชงมม หลกการทจะสรางสญญาณวงจรนบซงสามารใช เพอปอนใหกลบวงจรนบโดยใชไมโครคอนโทรเลอร AVR เปนตวนบและแสดงผลออกทาง 7-Segment ซงไดแสดงไวโดยสงเขปดงรปขางลางร สวนตรวจวดจะประกอบดวยตวก าเนดแสงตวสะทอนแสงและตวรบแสงโดยทตวก าเนดแสงจะสงแสงไปทเพลาของมอเตอรซงมตวสะทอนแสงตดอยแสงจะสะทอนกลบมายงตวรบเมอมแสงมาตกกระทบโฟโตทรานซสเตอรจะยอมใหกระแสไหลผานตวมนเองและท าใหเกดคลนสญญาณความถตามการเคลอนทตดผานแสงของแผนสะทอนซงสญญาณทไดออกมาจะสงผานตอไปยงสวนขยายสญญาณและสวนขยายนเองจะท าหนาทขยายสญญาณความถจากสวนตรวจวดใหมระดบสญญาณสงขนในระดบทสวนนบสญญาณสามารถตรวจนบไดและท าการสงสญญาณตอไปทสวนกรองสญญาณและสวนกรองสญญาณจะท าหนาทกรองสญญาณทไดรบทใหเปนสญญาณรปคลนสพลสเพองายและมความถกตองตอการนบและสงตอไปยงสวนนบสญญาณซงจะท าหนาทนบสญญาณทไดจากสวนตรวจวดและเทยบเวลาเพอใหไดความเรวรอบตอนาท (rpm)แลวสงผลทไดไปยงสวนแสดงผลและสวนนเองจะเปนสวนทรบผลคาความเรวรอบมอเตอรจากวงจรนบไปแลวแปลงเปนตวเลขของแตละหลกแสดงผลออกทหนาจอแสดงผลแบบ 7- Segment หรอหนาจอ LCD โดยทสวนนบสญญาณและสวนสวนแสดงผลจะใชตวไมโครคอนโทรลเลอรในตระกล AVR ของ ATMEL ซงสามารถโปรแกรมไดและมฟงกชน Timer/ Counter น ามาใชในการนบความถและควบคมสวนแสดง