12

ใบความร หนวยท 1 ชอวชา : เครองกลไฟฟา 2 สปดาหท 1 ชอหนวย : เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ เวลาเรยน

2 ชวโมง ชอเรอง : หลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ จดประสงคการสอน รายการสอน

จดประสงคการเรยนร จดประสงคทวไป

เพอใหนกศกษามความร ความเขาใจ และมเจตคตทด ในเรองหลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ จดประสงคเชงพฤตกรรม

1. บอกชน ดขอ ง เคร อ ง ก า เน ด ไฟฟ ากระแสสลบไดถกตอง

2. บอกสวนประกอบของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบแบบขดลวดอารเมเจอรอยกบทไดถกตอง

3. ค านวณหาคาความเรวรอบและความถของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบไดถกตอง

4. อธบายการพนขดลวดและการตอขดลวดอารเมเจอรของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบไดถกตอง

5. มคณธรรม จรยธรรมและคณลกษณะ อนพงประสงค

1. ชนดของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ

2. สวนประกอบของเครองก าเนดไฟฟา กระแสสลบแบบขดลวดอารเมเจอรอยกบท

3. ความสมพนธระหวางความเรวรอบและความถของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ

4. ขดลวดอารเมเจอร 4.1 การพนขดลวดอารเมเจอร 4.2 การตอขดลวดอารเมเจอร

13

ใบความร หนวยท 1 ชอวชา : เครองกลไฟฟา 2 สปดาหท 1 ชอหนวย : เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ เวลาเรยน

2 ชวโมง ชอเรอง : หลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบทเรยกวา อลเทอรเนเตอร (Alternator) และเครองก าเนดไฟฟากระแสตรง นนกท าหนาทเหมอนกนคอ ผลตพลงงานไฟฟากระแสสลบขนมา ตางกนตรงทเครองก าเนดไฟฟากระแสตรง มชดเรยงกระแสคอ ซคอมมวเตเตอรและแปลงถาน แตส าหรบเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบขนาดใหญทผลตขนเพอใชงาน ในเชงพานชหรอโรงไฟฟาทวไปจะมโครงสรางของขดลวดอารเมเจอรแบบอยกบท แลวใหขดลวดสนามแมเหลกหมนเคลอนท นนจะมขอดตางๆมาเกยวของ โดยพลงงานไฟฟามสวนส าคญทใชในด าเนนกจกรรมตางๆทงในภาคอตสาหกรรมและใชในชวตประจ าวน

1.1 หลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ

เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ(Alternator) ท าหนาทผลตพลงงานไฟฟากระแสสลบโดยใชพลงงานกลจากตนก าลง(Prime Mover) มาหมนขบเพลาของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ ใชหลกการเดยวกนกบเครองก าเนดไฟฟากระแสตรง โดยอาศยหลกการตวน าในอารเมเจอรหมนตดสนามแมเหลกทขวแมเหลก หรอสนามแมเหลกหมนตดตวน าในอารเมเจอร เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบแตกตางจากเครองก าเนดไฟฟากระแสตรง คอ เครองก าเนดไฟฟากระแสตรงขดลวดอารเมเจอรเปนสวนหมนและขดลวดสนามแมเหลกอยกบท ส าหรบเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบนนอาจใหขดลวดอารเมเจอรอยกบทหรอหมนกได ขนอยกบขนาดก าลงเอาตพตของ เครองก าเนดไฟฟา เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบขนาดใหญสวนมากจะเปนแบบสนามแมเหลกหมน(Rotating Field) 1.1.1 ชนดของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ (Type Of Alternator)

การแบงชนดตามโครงสรางของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบจะแบงตามหลกการท างาน ออกไดเปน 2 ชนด คอ

1.1.1.1 สนามแมเหลกหมนตดกบชดขดลวดอารเมเจอร เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบขนาดใหญทน ามาใชงาน จะเปนแบบขดลวดอารเมเจอรอยกบท และสนามแมเหลกหมนดวยเหตผลคอ

14

(1) กระแสไฟฟาสลบออกมาใชงานไดโดยตรงโดยไมตองผานสลปร ง (Slipring) และแปรงถานตดปญหาการอารกทหนาสมผสระหวางสลปรงกบแปรงถานท าใหสามารถจายก าลงไฟฟาไดสงและไมมประกายไฟ

(2) ขดลวดอารเมเจอรสามารถใชลวดตวน าเสนโตและพนมากรอบท าใหผลตก าลงไฟฟาไดสง

(3) แปรงถานและสลปรงทเปนทางผานของแรงดนไฟฟาและกระแสตรงเพอจายใหกบขดลวดสนามแมเหลกใชกบแรงดนต า

(4) ขดลวดอารเมเจอรอยกบทสามารถทจะยดใหแขงแรงไดงายไมตองค านงถงแรงเหวยงหนศนยกลาง (Centrifugal) เนองจากการหมนและระบายความรอนไดงาย

1.1.1.2. ขดลวดอารเมเจอรหมนตดกบชดสนามแมเหลก สวนมากจะเปนเครองก าเนดขนาดเลกและเครองก าเนดไฟฟากระแสตรง

1.1.2 การเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน า จากหลกการพนฐานของการเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าจะตองมสวนประกอบทส าคญ 2 สวนคอสนามแมเหลกขวเหนอขวใตกบลวดตวน าดงรปท 1.1

รปท 1.1 ขดลวดตวน าหมนตดกบสนามแมเหลก

(ทมา ; ณรงค ชอนตะวน 2531:50) จากรปท 1.1 เมอตวน าเคลอนท(หมนตามเขมนาฬกา)ตดกบสนามแมเหลกโดยการเรมตนทศนยองศาขณะนจะยงไมมแรงเคลอนไฟฟาเกดขน แตเมอตวน าหมนไปได 30 องศา 60 องศา กจะมแรงเคลอนไฟฟาเกดขนและมคาสงสดทมม 90 องศา ณ. ต าแหนงนสนามแมเหลกจะมความเขมมาก

15

ทสด ซงตวน าจะอยทต าแหนงตรงกลางระหวางขวเหนอกบขวใตพอด และตวน าจะหมนตอไปเรอยๆจนครบ 360 องศา จะไดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน ารปคลนไซน 1 รปคลนดงรปท 1.2 โดยรปคลนไซนทเกดขนจากจ านวนขวแมเหลกสองขว จ านวนองศาทางไฟฟาจะเทากบองศาทางกล แตถามจ านวนขวแมเหลกสขว หกขวหรอแปดขว จ านวนองศาทางไฟฟากจะมคาเปนสสองเทา สเทาและแปดเทาตามล าดบ จากรปท 1.2 ก. ขดลวดตวน าเคลอนททละสเตปๆละ 30 องศา แลวหมนครบ 360 องศาจะไดรปคลนทงดานบวกและดานลบดงรปท 1.2 ข.

รปท1.2 การเกดองศาไฟฟาเทยบกบองศาทางกล

(ทมา; ณรงค ชอนตะวน 2531:53)

1.1.3 สวนประกอบของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 1.1.3.1 โครงเครอง (Stator Frame) โครงเครอง เปนสวนทรองรบสวนประกอบอน ๆ ของเครองก าเนดทงหมด และเปนทางเดนเสนแรงแมเหลก ท าดวยเหลกหลอ (Cast Iron) จะมเสนผานศนยกลางขนาดใหญเหมาะสมส าหรบเปนเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบทมความเรวรอบต า โดยออกแบบใหมชองวางส าหรบชวยระบายความรอนทเกดขนภายในเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบอกดวย ดงแสดงในรปท 1.3

16

รปท 1.3 โครงเครองของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ

(ทมา ; http://www.zelezarny.cz/en/products/ สบคน 10 ม.ค. 2558 )

แกนเหลกสเตเตอร (Stator core) เปนสวนทใชพนขดลวดตวน า ท าดวยเหลกแผนบาง ๆ ผสมซลกอนเพอลดการสญเสยจากฮสเตอรซส โดยปมเปนรอง (Slot) แลวน ามาอดตดกน (Laminated Sheet Steel) เคลอบดวยฉนวนเพอลดการสญเสยเนองจากกระแสไหลวน (Eddy Current Loss) และจะถกยดเขาดวยกนดวยวงแหวน ส าหรบเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบขนาดเลก หรอถกยดเขาดวยกนเปนทอน ๆ ส าหรบเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบขนาดใหญ และออกแบบใหมอากาศผานไดเพอชวยในการระบายความรอน ลกษณะสลอตส าหรบบรรจขดลวดอารเมเจอร ดงรปท 1.4

(ก) แบบเปดกวาง

โครงเครอง

17

(ข) แบบกงปด

(ค) แบบปด

รปท 1.4 สลอตส าหรบบรรจขดลวดอารเมเจอร (ทมา ;http://www.siliconsteellamination.com สบคน 10 ม.ค. 2558 )

(ก) เปนรองสลอตแบบเปดกวาง (Wide Open Type Slot) สลอตแบบนจะนยมใน

เครองก าเนดไฟฟาทวไป ขอด คอ สามารถวางฉนวนลงสลอตและพนขดลวดอารเมเจอรไดงาย รวดเรว ขอเสย คอ ชองวางเสนแรงแมเหลก (Air Gap Flux) จะท าใหรปคลนไซนของแรงดนไฟฟาเหนยวน าทเกดขนในขดลวดอารเมเจอรเกดการกระเพอม (Ripple) (ข) เปนรองสลอตแบบก งปด (Semi Closed Type S lot) สลอตแบบนท าใหชอ ง วา ง เ สน แรงแมเหลก มความตานทานแมเหลกลดลง ท าใหรปคลนไซนของแรงดนไฟฟาเหนยวน า ทเกดขนในขดลวดอาร เมเจอร เกดการกระเพอม (Ripple) นอยลงและงายตอการบรรจและรอขดลวดอารเมเจอรเพอซอมแซมเชนเดยวกน

18

(ค) เปนรองสลอตแบบปด (Closed Type Slot) ซงสลอตแบบนจะท าเปนอโมงคและ จะกอใหเกดผลดงน - คาอนดกทฟรแอกแตนซ ของขดลวดอารเมเจอรมคาเพมขน

- การพนและการตอขดลวดตวน าทอารเมเจอรยงยากจะตองใชวธรอยสอดสายท าใหตนทนราคาสงดงนนเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบแบบนจงไมเปนทนยม

1.1.3.2 โรเตอร (Rotor) โรเตอรหรอสวนทหมนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบนนแบงออกเปน 2 ชนดคอ

(1) โรเตอรแบบเซเลยน โพล (Salient-Pole Type) เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบแบบน ขวแมเหลกทยนออกมาจะมขนาดใหญ จ านวนขวตงแต 4 ขวขนไป นยมใชกบเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบทมความเรวรอบต าและความเรวปานกลาง ทใชขบไดแกเครองยนตดเซล (Diesel Engine) และกงหนน า (Water Turbine) มลกษณะดงในรปท 1.5

รปท 1.5 โรเตอรชนดขวแมเหลกยนออกมา

(2) โรเตอรแบบนนเซเลยน โพล (Non–Salient Pole Rotor) นยมใชกบเครอง

ก าเนดไฟฟากระแสสลบทมความเรวรอบสง เชนไดแกกงหนไอน า (Steam turbine) มขวแมเหลก 2 ขวหรอ 4 ขว ดงนนโครงสรางจงออกแบบใหเรยบเพอเลยงแรง

เหวยงหนศนยกลาง และลดการสญเสยเนองจากแรงตานของลม (Windage Loss) บรเวณขวแมเหลกจะไมมรองสลอตโรเตอร ประกอบดวยแทงเหลกทรงกระบอกและท าเปนรองสลอตเพอบรรจขดลวด

ลวดตวน า

ขวแมเหลก

19

รปท 1.6 โรเตอรแบบนนเซเลยนโพล (ทมา ; ณรงค ชอนตะวน 2538 : 25)

ขวแมเหลกไฟฟาจะอยบรเวณกงกลางและมความหนาแนนของสนามแมเหลกจะมาก ทสด

โดยมขดลวดสนามแมเหลกพนลอมรอบ โรเตอรชนดนจะไมมขวยนออกมา (Non Salient Pole) สวนมากจะมเสนผานศนยกลางประมาณ 1 เมตร ซงถอวามเสนผาศนยกลางขนาดเลก แตจะมแกนยาวเปนรปทรงกระบอก โครงสรางแบบนจะท าใหเกดการสมดลดกวาชนดมข วแมเหลกยนออกมาจงสามารถหมนดวยความเรวสงได การสญเสยเนองจากแรงเสยดทานนอย

1.1.3.3 ขดลวดแดมเปอร (Damper Winding) จะมลกษณะเปนแทงทองแดงถกตอลดวงจรเขาดวยกนดวยวงแหวนทองแดงทง 2 ดานของโรเตอรและฝงอยในโรเตอรเหมอนกรงกระรอก (Squirrel Cage) ขดลวดแดมเปอรมประโยชนในการปองกนการสนหรอการแกวงของโรเตอร เมอความเรว ของเครองก าเนดไฟฟาไมสม าเสมอ ดงรปท 1.7 และรปท 1.8

(ก) โรเตอรชนดชนแมเหลกเสยบ 2 ขว (ข) โรเตอรชนดขวแมเหลกเสยบ 4 ขว

สลอต

ขวแมเหลก ขวแมเหลกเรยบ

ขดลวดสนามแมเหลก แหลงจายไฟฟา กระแสตรงภายนอก

เสนแรงแมเหลก หนาแนนสงสด

20

รปท 1.7 รทปลายขวส าหรบใสขดลวดแดมเปอร (ทมา; ณรงค ชอนตะวน 2538:27)

รปท 1.8 ขดลวดแดมเปอร

(ทมา ; https://hubpages.com/ สบคน 16 ม.ค. 2558 )

1.1.3.4 เอกไซเตอร (Exciter) คอเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงแบบสนามแมเหลกกระตนดวยตวเอง ซงตดตงอยทเพลาเดยวกบเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ เอกไซเตอรนจะตองเปนเครองก าเนดไฟตรงแบบ Flat Compound-Wound เพราะวาแบบนเมอกระแสเกดการเปลยนแปลง แรงดนคอนขางคงท ท าหนาทผลตกระแสไฟตรงใหกบขดลวดสนามแมเหลกของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบขนาดใหญมกจะเลอกใชวธการ Excitation ดวยชดเรยงกระแสสลบไรแปรงถานเพราะการบ ารงรกษานอยกวาทใชแบบสลปรงและแปรงถาน

ขดลวดแดมเปอร

ขดลวดแดมเปอร

ขวแมเหลกยนออกมา

21

รปท 1.9 เอกไซเตอร

(ทมา ; https://etrical.blogspot.com/สบคน 16 ม.ค. 2558 )

1.1.4 ความสมพนธระหวางความเรว ( N ) ความถ ( f ) และจ านวนโพล ( P ) โดยปกตสนามแมเหลกหมนตดกบตวน าจะท าให เกดแรงดนไฟฟาเหนยวน ากระแสสลบทมความถไฟฟา มความสมพนธกบความเรวรอบในการหมน (Rotational Speed ; N) ของโรเตอรและจ านวนขวแมเหลก (Number of Poles ; P) ซงสามารถพจารณาไดดงตอไปน

จากรปท 1.10 ใหทศทางการหมนของสนามแมเหลกหมนตามเขมนาฬกา (Clockwise) ณ ทต าแหนง X ซงเปนต าแหนงกงกลางของขวเหนอ โดยจะมความหนาแนน เสนแรงแมเหลกสงสด (Maximum Flux Density) จงท าใหเกดแรงดนไฟฟาเหนยวน าสงสดโดยมทศทางเปนไปตามกฎมอขวาของเฟลมมง

รปท 1.10 ระยะขวแมเหลก จากรปท 1.10 ทต าแหนง A จะเกดแรงดนไฟฟาเหนยวน าต าทสด (Minimum E.M.F.) เพราะวาความหนาแนนของเสนแรงแมเหลกมคาต าสด และทต าแหนง B ตวน าอยทต าแหนงกงกลางของขวแมเหลกขวใต แรงดนไฟฟาเหนยวน าจะมคาสงสดอกครงหนงเพราะวาความหนาแนนของเสนแรงแมเหลกทต าแหนง B นนมคาสงสด แตทศทางของแรงดนไฟฟาเหนยวน าทเกดขนทขวใตจะตรงกนขามกบแรงดนไฟฟาเหนยวน าทเกดขนจากขวเหนอ (ทต าแหนง X) จะเหนไดวา

เอกไซเตอร

22

แรงดนไฟฟาเหนยวน าทเกดใน 1 ไซเคลเมอตวน าเคลอนทผานขวแมเหลก 1 คขว คอ เหนอและใต ดงนน ถาจะให P คอ จ านวนขวแมเหลกทงหมด มหนวยเปน ขว (Pole) N คอ ความเรวรอบของการหมนของโรเตอร มหนวยเปน รอบตอนาท (rpm.) f คอ ความถของแรงดนไฟฟาเหนยวน าทเกดขน มหนวยเปนเฮรตซ (Hz) เมอเกดแรงดนไฟฟาเหนยวน า 1 ไซเคล ตวน าจะหมนผานขวแมเหลก 1 คขว

ดงนน จ านวนไซเคลตอรอบการหมน = 2

P

จากรอบการหมนตอวนาท = 60

N

ดงนน ความถ f = 60

N

2

P

= 602

PN

Hz

f = 120

PN Hz

หรอ N = P

120f rpm.

1.1.4 ขดลวดอารเมเจอร (Armature Winding)

การพนขดลวดอารเมเจอรในเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ จะมวธการพนอย 2 แบบ คอ การพนแบบรวม (Concentrated Winding) เปนการพนทดานของคอยล อยตรงกบขวแมเหลกพอด การเกดแรงดนไฟฟาเหนยวน าจะเกดพรอมกน เปนผลรวมทางเลขคณต อกแบบคอ การพนแบบกระจาย (Distribution Winding) เปนการพนทดานของคอยล ไมลงอยระหวางคขวแมเหลก การเกดแรงดนไฟฟาเหนยวน าจงเกดขนไมพรอมกนเปนผลรวมทางเวกเตอรของแรงดน ลกษณะของขดลวดอารเมเจอรแบบเคลอนทและแบบอยกบทดงรปท 1.11 และ รปท 1.12

23

รปท 1.11 ขดลวดอารเมเจอรแบบเคลอนท (ทมา ; http://www.daviddarling.info สบคน 17 ม.ค. 2558 )

รปท 1.12 ขดลวดอารเมเจอรแบบอยกบท (ทมา ; https://www.indiamart.com สบคน 17 ม.ค. 2558 )

1.1.4.1 ชนดการพนขดลวดอารเมเจอร (Armature Winding) การพนขดลวดอารเมเจอรของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ แบงออกเปน 2 แบบ คอ การพนขดลวดชนเดยว และการพนขดลวดสองชน แตละแบบสามารถแบงยอยตามวตถประสงคทแตกตางกน ในทนจะแบงตามรปท 1.13 ดงน

ขดลวดอารเมเจอรแบบเคลอนท

ขดลวดอารเมเจอรแบบอยกบท

24

รปท 1.13 การแบงชนดการพนขดลวดอารเมเจอร

(1) การพนขดลวดชนเดยว (Single Layer Winding)

การพนขดลวดอารเมเจอรชนเดยว จ านวนรองสลอตจะมจ านวนเปน 2 เทาของจ านวนขดลวดทใชในการพน ทงนเพราะวาในแตละสลอตจะมดานขางของขดลวด (Coil Side) เพยงดานเดยว ซงอาจพนขดลวดแบบเตมระยะหรอแบบไมเตมระยะกได วธค านวณหามมระหวางสลอต () = องศา ตวอยางท 1.1 จงออกแบบการพนขดลวดอารเมเจอร และเขยนแผนภาพการพนขดลวดของเครองก าเนดไฟฟา 3 เฟส พนแบบเตมระยะชนเดยว มจ านวนสลอต 24 สลอต และมขวแมเหลก 4 ขว

วธท า ค านวณหาคา สลอต / ขวแมเหลก / เฟส = 34

24

m = 2

ค านวณหาคาระยะขวแมเหลก = มเหลกจ านวนขวแ

จ านวนสลอต

= 4

24

ชนดการพนขดลวดอาร

เมเจอร

การพนขดลวด

ขดลวดสองชน

ขดลวดชนเดยว

ขดลวดเตมระยะ

ขดลวดไมเตมระยะ

ขดลวดเตมระยะ

สลอตไมลงตว

สลอตลงตว

ขดลวดไมเตมระยะ

180º

จ านวนขวแมเหลก

25

ระยะขวแมเหลก = 6 สลอต เนองจากเปนการพนขดลวดอารเมเจอรแบบเตมระยะ จะไดระยะขดลวด = ระยะขวแมเหลก = 6 สลอต เมอใหตนขดลวดอยในสลอตท 1 ปลายขดลวดจะอยในสลอตท 7 ค านวณหามมระหวางสลอต =

= 6

180

= 30

ขดลวดอารเมเจอรแตละเฟสวางหางกน 120 ไฟฟา เมอมมระหวางสลอตเทากบ 30

ไฟฟาจะได 120 ไฟฟา เทากบ 4 สลอต เมอตนขดลวดเฟส A อยในสลอตท 1 ดงนนตนขดลวดเฟส B จะอยในสลอตท 5 และตนของขดลวดเฟส C จะอยในสลอตท 9 ดงนนขดลวดอารเมเจอรเฟส A จะอยในสลอตดงตอไปน 1-7 , 2-8 สวนขดลวดอารเมเจอรเฟส B จะอยในสลอตดงตอไปน 5-11 , 6-12

และขดลวดอารเมเจอรเฟส C จะอยในสลอตดงตอไปน 9-3 , 10-4 ตอบ เขยนแผนภาพการพนขดลวดไดดงรปท 1.14

180º

จ านวนขวแมเหลก

26

รปท 1.14 แสดงแผนภาพการพนขดลวดอารเมเจอรแบบเตมระยะชนเดยว ตอบ

B B

C C

27

(2) การพนขดลวดแบบสองชน (Double Layer Winding) การแบงชนดการพนขดลวดอารเมเจอรแบบสองชนแบงออกเปน 2 ชนด คอ ชนดสลอตลงตว (Integral Slot Winding) และชนดสลอตไมลงตว (Fractional Slot Winding) การพนขดลวดอารเมเจอรชนดสลอตลงตว หมายถง การพนขดลวดอารเมเจอรทมจ านวนสลอตตอขวตอเฟสเปนจ านวนเตม เชน 2,3,4,6 เปนตน การพนขดลวดแบบนอาจเปนไปไดทงแบบเตมระยะหรอไมเตมระยะ

รปท 1.15 แผนภาพการพนขดลวดอารเมเจอรแบบสองชน (ทมา ; http://slideplayer.com สบคน 17 ม.ค. 2558 )

การพนขดลวดชนดสลอตไมลงตว หมายถง การพนขดลวดอารเมเจอรทมจ านวนสลอต

ตอเฟสเปนเศษสวน เชน 2

12 เปนตน ซงเปนการ พนขดลวดแบบไมเตมระยะเทานน

ขอดของการพนขดลวดแบบสองชน คอ 1) รปคลนของแรงดนไฟฟาเหนยวน ามลกษณะใกลเคยงกบรปคลนไซน (Sinusoidal) มากกวาเนองจากฮารมอนกลดลงโดยการเลอกชวงของการพนขดลวดทเหมาะสม 2) ประหยดขดลวดทองแดง ถาเปนการพนแบบขดลวดไมเตมระยะ ขอเสยของการพนขดลวดแบบสองชน คอ 1) การซอมแซมท าไดยากกวาการพนขดลวดแบบชนเดยว 2) การพนขดลวดชดทาย ๆ สลอตคอนขางยงยากเพราะตองยกขดลวดทอยดานลางทงสองขางออกกอนแลวจงใสกลบเขาไปทหลงเพอใหดานขางขดลวดอยดานบนขางหนงและอยดานลางขางหนง

28

2. การตอขดลวดอารเมเจอร การตอขดลวดอารเมเจอรในเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 3 เฟส ม 2 แบบ คอ แบบสตารหรอวาย และแบบเดลตา โดยการตอทง 2 แบบ มลกษณะดงรปท 1.16 และ 1.17

รปท 1.16 การตอขดลวดของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 3 เฟสแบบสตาร

แรงดน VL = VP + VP

Sin 60๐ = V1 / V2

V1 = VP Sin 60๐

Sin 60๐ = V2 / VP

V2 = VP Sin 60๐

VL = V1 + V2

= VP Sin 60๐ + VP Sin 60๐

= 2 VP Sin 60๐

= 2 VP 2

3

VL = 3 VP …………………….. ( V )

กระแส IL = IP …………………….. ( A )

ก าลงไฟฟา P = 3 VL IL Cos …………………….. ( W )

29

รปท 1.17 การตอขดลวดของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 3 เฟสแบบเดลตา

กระแส IL = IP + IP

Sin 60๐ = I1 / IP

I1 = IP Sin 60๐

Sin 60๐ = I2 / IP

I2 = IP Sin 60๐

IL = IP + IP

= IP Sin 60๐ + IP Sin 60๐

= 2 IP Sin 60๐

= 2 IP 2

3

IL = 3 IP …………………….. ( A )

แรงดน VL = VP …………………….. ( V )

ก าลงไฟฟา P = 3 VL IL Cos …………………….. ( W )

IL

30

สรป เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ ท าหนาทเปลยนพลงงานกลเปนพลงงานไฟฟา การแบงชนดของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบแบงตามหลกการท างานแบงออกไดเปน 2 ชนด คอ 1. ขดลวดอารเมเจอรอยกบทและสนามแมเหลกหมน

2. ขดลวดอารเมเจอรหมนและสนามแมเหลกอยกบท สวนประกอบของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 1. โครงเครอง (Stator Frame) 2. โรเตอร (Rotor)

3. ขดลวดแดมเปอร (Damper Winding) 4. เอกไซเตอร (Exciter)

ความสมพนธระหวางความเรวรอบและความถ (Speed and Frequencyเมอสนามแมเหลกหมนตดตวน าจะท าใหเกดแรงดนไฟฟาเหนยวน ากระแสสลบทมความถไฟฟา มความสมพนธกบความเรวรอบในการหมน (Rotational Speed ; N) ของโรเตอรและจ านวนขวแมเหลก (Number

of Poles ; P) ซงสามารถพจารณาไดดงตอไปน f = 120

PN Hz

การตอขดลวดอารเมเจอรในเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 3 เฟส ม 2 แบบ คอ แบบสตารหรอวาย และแบบเดลตา

31

แบบฝกหดประจ าสปดาหท 1 วชา เครองกลไฟฟา 2 รหส 3104-2102 หนวยท 1 เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ ชอเรอง หลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ ค าสง จงตอบค าถามใหสมบรณ (20 คะแนน)

1. ขดลวดสนามแมเหลกท าหนาทอะไรและอยสวนใดของเครองก าเนด อธบายมาพอเขาใจ ................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................... ...............................................................................................................................................................

2. ขดลวดอารเมเจอรท าหนาทอะไรและอยสวนใดของเครองก าเนด อธบายมาพอเขาใจ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................

3. แกนเหลกของสเตเตอร มสลอตกแบบ อะไรบาง ............................................................................................................................................................... ............................................................................................................................................................... ...............................................................................................................................................................

4. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบแบบใดทใชขวแมเหลกแบบยนออกมา .............................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................. ..............................................................................................................................................................

5. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบแบบใดทใชขวแมเหลกแบบทรงกระบอกผวเรยบ ............................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................

32

6. จงหาคาความเรวรอบของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 50 Hz จากจ านวนขวแมเหลกทก าหนดให ดงตอไปน

จ านวนขวแมเหลก (ขว) 2 4 6 8 10 48 ความเรวรอบ (rpm.)

7. จงอธบายความแตกตางของการพนขดลวดแบบชนเดยวกบสองชน ................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................... ............................................................................................................................................................... 8. จงอธบายความแตกตางของการพนขดลวดอารเมเจอรแบบเตมระยะ กบการพนขดลวดอารเมเจอร

แบบไมเตมระยะ ............................................................................................................................................................... ............................................................................................................................................................... ............................................................................................................................................................... 9. การตอขดลวดอารเมเจอรของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 3 เฟส ตอไดกแบบอะไรบาง ............................................................................................................................................................... ............................................................................................................................................................... ...............................................................................................................................................................

33

แบบทดสอบกอนเรยน วชา เครองกลไฟฟา 2 รหส 3104-2102 หนวยท 1 เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ ชอเรอง หลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ คะแนน 10 คะแนน

ค าสง 1. อานค าถามตอไปนแลวท าเครองหมายกากบาท () ขอทถกทสดในกระดาษค าตอบ 2. เวลาส าหรบท าแบบทดสอบ 10 นาท บอกชนดของเครองเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบได 1. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบขนาดใหญ จะมขดลวดอารเมเจอร เปนแบบใด

ก. ขดลวดอารเมเจอรหมนเคลอนท ข. ขดลวดอารเมเจอรแบบอยกบท ค. ขดลวดอารเมเจอรแบบ 3 เฟสตอแบบสตาร ง. ขดลวดอารเมเจอรแบบ 3 เฟสตอแบบเดลตา จ. ขดลวดอารเมเจอรแบบมคอมมวเตเตอร

บอกสวนประกอบของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบแบบตวน าอารเมเจอรได 2. ขอใดไมใชสวนประกอบของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบแบบตวน าอารเมเจอรอยกบท

ก. สเตเตอร ข. โรเตอร ค. คอมมวเตเตอร ง. ขดลวดแดมเปอร

จ. ฝาปดหวทาย ค านวณหาคาความเรวและความถของเครองก าเนดไฟฟาได 3. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 8 ขว หมนดวยความเรวรอบ 3000 rpm. เกดแรงดนไฟฟาเหนยวน ามความถเทาไร ก. 150 Hz

ข. 60 Hz ค. 200 Hz

ง. 50 Hz จ. 375 Hz

34

ค านวณหาคาความเรวและความถของเครองก าเนดไฟฟาได 4. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 48 ขว 50 Hz จะมความเรวรอบเทาไร ก. 125 rpm.

ข. 200 rpm. ค. 300 rpm.

ง. 400 rpm. จ. 675 rpm. อธบายการพนขดลวดอารเมเจอรของเครองก าเนดไฟฟาได 5. ขอใดไมใชชนดของการพนขดลวดอารเมเจอร ก. การพนแบบเตมชวงชนเดยว

ข. การพนแบบไมเตมชวงสองชน ค. การพนแบบไมเตมชวงชนเดยว

ง. การพนแบบเตมชวงสองชน จ. การพนแบบเตมชวงสองชนสลอตไมลงตว อธบายการตอขดลวดอารเมเจอรของเครองก าเนดได 6. ขอใดเปนการตอขดลวดอารเมเจอร 3 เฟส ก. ตอแบบ Open delta

ข. ตอแบบ Delta ค. ตอแบบ Parallel star

ง. ตอแบบ Series delta จ. ตอแบบ Series star

35

บอกสวนประกอบของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบได 7. เพราะเหตใดสเตเตอรของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบจงสรางจากแผนแมเหลกบาง ๆ อาบฉนวนน ามาอดซอนกน

ก. ลดการสญเสยจากขดลวดทสเตเตอร ข. ลดการสญเสยจากฮสเตอรซส

ค. ลดการสญเสยจากกระแสไหลวน ง. เพมก าลงไฟฟาทสงออก จ. เพมกระแสทจายออก

ค านวณหาคาความเรวและความถของเครองก าเนดไฟฟาได 8. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบม 2 ขวแมเหลก หมนดวยความเรวรอบ 3,000 rpm. จะมความถเทาไร

ก. 50 Hz ข. 60 Hz ค. 100 Hz ง. 150 Hz จ. 375 Hz

ค านวณหาคาความเรวและความถของเครองก าเนดไฟฟาได 9. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 24 ขวแมเหลก 50 Hz จะมความเรวรอบเทาไร

ก. 100 rpm. ข. 250 rpm. ค. 270 rpm. ง. 320 rpm. จ. 470 rpm.

36

พฤตกรรมค านวณหาคาความเรวและความถของเครองก าเนดไฟฟาได 10. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 16 ขวแมเหลกหมนดวยความเรวรอบ 450 rpm. จะสรางความถเทาไร ก. 50 Hz

ข. 60 Hz ค. 100 Hz

ง. 150 Hz จ. 375 Hz

37

แบบทดสอบหลงเรยน วชา เครองกลไฟฟา 2 รหส 3104-2102 หนวยท 1 เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ ชอเรอง หลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ คะแนน 10 คะแนน

ค าสง 1. อานค าถามตอไปนแลวท าเครองหมายกากบาท () ขอทถกทสดในกระดาษค าตอบ 2. เวลาส าหรบท าแบบทดสอบ 10 นาท ค านวณหาคาความเรวและความถของเครองก าเนดไฟฟาได 1. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 24 ขวแมเหลก 50 Hz จะมความเรวรอบเทาไร

ก. 100 rpm. ข. 250 rpm. ค. 270 rpm. ง. 320 rpm. จ. 470 rpm.

ค านวณหาคาความเรวและความถของเครองก าเนดไฟฟาได 2. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 16 ขวแมเหลกหมนดวยความเรวรอบ 450 rpm. จะสรางความถเทาไร ก. 50 Hz

ข. 60 Hz ค. 100 Hz

ง. 150 Hz จ. 375 Hz ค านวณหาคาความเรวและความถของเครองก าเนดไฟฟาได 3. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบม 2 ขวแมเหลก หมนดวยความเรวรอบ 3,000 rpm. จะมความถเทาไร

ก. 50 Hz ข. 60 Hz ค. 100 Hz ง. 150 Hz จ. 375 Hz

38

บอกชนดของเครองเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบได 4. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบขนาดใหญ จะมขดลวดอารเมเจอร เปนแบบใด ก. ขดลวดอารเมเจอรหมนเคลอนท ข. ขดลวดอารเมเจอรแบบอยกบท ค. ขดลวดอารเมเจอรแบบ 3 เฟสตอแบบสตาร ง. ขดลวดอารเมเจอรแบบ 3 เฟสตอแบบเดลตา จ. ขดลวดอารเมเจอรแบบมคอมมวเตเตอร บอกสวนประกอบของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบแบบตวน าอารเมเจอรได 5. ขอใดไมใชสวนประกอบของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบแบบตวน าอารเมเจอรอยกบท ก. สเตเตอร ข. โรเตอร ค. คอมมวเตเตอร ง. ขดลวดแดมเปอร จ. ฝาปดหวทาย บอกสวนประกอบของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบได 6. เพราะเหตใดสเตเตอรของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบจงสรางจากแผนแมเหลกบาง ๆ อาบฉนวนน ามาอดซอนกน

ก. ลดการสญเสยจากขดลวดทสเตเตอร ข. ลดการสญเสยจากฮสเตอรซส

ค. ลดการสญเสยจากกระแสไหลวน ง. เพมก าลงไฟฟาทสงออก จ. เพมกระแสทจายออก

39

จดประสงคเชงพฤตกรรมอธบายการตอขดลวดอารเมเจอรของเครองก าเนดได 7. ขอใดเปนการตอขดลวดอารเมเจอร 3 เฟส ก. ตอแบบ Open delta

ข. ตอแบบ Delta ค. ตอแบบ Parallel star

ง. ตอแบบ Series delta จ. ตอแบบ Series star

ค านวณหาคาความเรวและความถของเครองก าเนดไฟฟาได 8. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 48 ขว 50 Hz จะมความเรวรอบเทาไร ก. 125 rpm.

ข. 200 rpm. ค. 300 rpm.

ง. 400 rpm. จ. 675 rpm. อธบายการพนขดลวดอารเมเจอรของเครองก าเนดไฟฟาได 9. ขอใดไมใชชนดของการพนขดลวดอารเมเจอร ก. การพนแบบเตมชวงชนเดยว

ข. การพนแบบไมเตมชวงสองชน ค. การพนแบบไมเตมชวงชนเดยว

ง. การพนแบบเตมชวงสองชน จ. การพนแบบเตมชวงสองชนสลอตไมลงตว ค านวณหาคาความเรวและความถของเครองก าเนดไฟฟาได 10. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 8 ขว หมนดวยความเรวรอบ 3000 rpm. เกดแรงดนไฟฟาเหนยวน ามความถเทาไร ก. 150 Hz

ข. 60 Hz ค. 200 Hz

ง. 50 Hz จ. 375 Hz

40

เกณฑการสงเกตการเรยนร

ค าชแจง 4 หมายถง มพฤตกรรมระดบสงมาก 3 หมายถง มพฤตกรรมระดบสง

2 หมายถง มพฤตกรรมระดบปานกลาง 1 หมายถง มพฤตกรรมระดบต า

เกณฑการประเมนผลภาคทฤษฎและปฏบตงาน 1. แบบทดสอบหลงเรยนภาคทฤษฏ

มเกณฑการตดสน จากแบบทดสอบจ านวน 10 ขอ 1.1 ถานกเรยนท าไดถกตอง 9-10 ขอ หมายความวา เกงมาก 1.2 ถานกเรยนท าไดถกตอง 7-8 ขอ หมายความวา เกง 1.3 ถานกเรยนท าไดถกตอง 5-6 ขอ หมายความวา ปานกลาง 1.4 ถานกเรยนท าไดถกตอง 3-4 ขอ หมายความวา พอใช 1.5 ถานกเรยนท าไดถกตอง 0-2 ขอ หมายความวา ปรบปรง

2. แบบฝกหดหลงเรยน 20 คะแนน 3. ใบปฏบตงาน

มเกณฑการใหคะแนนตามสภาพจรง คอ ท าตามขนตอนของใบปฏบตงานมเกณฑการตดสน คอ นกเรยนจะตองปฏบตงานตามใบปฏบตงานไดถกตองตามขนตอนโดยไดคะแนนไมต ากวารอยละ 60 ของคะแนนเตมของใบปฏบตงานจงจะถอวาผานเกณฑภาคปฏบต (เกณฑการใหคะแนนแนบทายใบปฏบตงาน)

พฤตกรรม

เลขท

ความอดทน

ความสนใจใฝร ความ

รบผดชอบ

ความซอสตย ความสามคค

4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2 1 1 2 3 4