เครื่องกำเนิดไฟฟ้าใหม่

จดุ ประสงคร์ ายวชิ า

1. เพ่ือใหม้ ีความรแู้ ละความเขา้ ใจลกั ษณะ
สมบตั ิของเครอ่ื งกาเนิดไฟฟ้ กระแสสลบั
และมอเตอรเ์ หน่ียวนาแบบต่างๆ

2. เพอ่ื ใหม้ ีความสามารถในการประลองและทดสอบ
ลกั ษณะสมบตั ขิ องเคร่อื งกาเนิดไฟฟ้ ากระแสสลบั และ
มอเตอรเ์ หน่ียวนาแบบต่างๆ

3. เพอ่ื ใหม้ ีกจิ นิสยั ในการทางานดว้ ยความประณีต
รอบคอบและปลอดภยั มคี วามตระหนกั ถงึ คณุ ภาพของ
งานและมจี รยิ ธรรมในการสรปุ รายงานผลและนาเสนอ

มาตรฐานรายวชิ า

 เขา้ ใจลกั ษณะสมบตั ขิ องเคร่อื งกาเนิดไฟฟ้ า
กระแสสลบั และอนิ ดกั๊ ชนั่ มอเตอรแ์ บบต่างๆ

 ประลองและทดสอบลกั ษณะสมบตั ขิ อง
เคร่อื งกาเนิดไฟฟ้ ากระแสสลบั และอนิ ดกั๊ ชนั่
มอเตอร์

คาอธบิ ายรายวชิ า

ศึกษาและปฏบิ ตั ิลกั ษณะสมบตั ิ ของเคร่อื งกาเนิดไฟฟ้ า
กระแสสลบั แบบต่างๆ การควบคมุ แรงดนั ไฟฟ้ า การขนาน
เคร่อื งกาเนิดไฟฟ้ ากระแสสลบั ซิงโครนสั มอเตอร์ วงจรสมมลู ย์
และเฟสเซอรไ์ ดอะแกรมหลกั การของอนิ ดกั๊ ชนั่ มอเตอรส์ ามเฟส
คณุ สมบตั ขิ องอนิ ดกั๊ ชนั่ มอเตอรแ์ บบต่างๆ วงจรสมมูลยเ์ ซอร์
เคลิ ไดอะแกรม วธิ กี ารเร่มิ เดินและการควบคมุ ความเรว็
หลกั การทางานและลกั ษณะสมบตั ขิ องอนิ ดกั๊ ชนั่ มอเตอรเ์ ฟส
เดียวแบบต่างๆ

ท่มี าของคะแนน 100 %

 สมดุ จดบรรยาย 10 คะแนน
 โจทยป์ ญั หา + อนิ เตอรเ์ น็ต 15 คะแนน
 ใบงาน
 สอบปฏบิ ตั ิ 15 คะแนน
 จติ พสิ ยั 10 คะแนน
 ทดสอบเกบ็ คะแนน 20 คะแนน
30 คะแนน

1. เครอ่ื งกาเนิดไฟฟ้ ากระแสสลบั (Synchronous
Generator or Alternator)

2. ซิงโครนสั มอเตอร์ (Synchronous Motor)

1. แบบสนามแม่เหลก็ อยู่กบั ทแ่ี ละขดลวดอารเ์ มเจอร์
หมนุ (Armature Rotating and Stationary Field)

เคร่อื งกาเนิดท่มี ีลกั ษณะการทางานแบบน้ี จะเป็น
เคร่อื งกาเนิดขนาดเลก็ ๆ แรงดนั ประมาณ 115-250 V และ

ใหก้ าลงั ไฟฟ้ าไม่สูงมาก

Stator magnets Rotor
Brushes Windings

Slip-ring

2. แบบสนามแม่เหลก็ หมนุ และขดลวดอารเ์ มเจอร์
อยูก่ บั ท่ี (Armature Stationary and
Rotating
Field)

เคร่อื งกาเนิดท่มี ลี กั ษณะการทางานแบบน้ี จะ

เป็นเครอ่ื งกาเนิดขนาดใหญ่ แรงดนั ประมาณ
12.3-33 kV และใหก้ าลงั ไฟฟ้ าสูงมาก ใชต้ ามโรง

จกั รไฟฟ้ าตา่ งๆ

Conductor Stator

Pole Magnetic flux
Field winding

โรเตอรข์ องเคร่อื งกาเนิดไฟฟ้ าแบ่งเป็น

1. เซเล้ยี นโพล (SalienDtamPpingoWlinedi)ng Salient Poles

Field Winding

โรเตอรช์ นิดน้ี ใชก้ บั เคร่อื งกาเนิดท่ถี กู ขบั
ดว้ ยความเรว็ รอบตา่ หรอื ปานกลางซ่งึ มจี านวน
โพลมาก เสน้ ผ่าศูนยก์ ลางของโรเตอรข์ นาด
ใหญ่แต่มีคาวมยาวตามแกนสน้ั ในเคร่อื งกาเนิด
ขนาดใหญๆ่ ขดลวดสนามแม่เหลก็ จะพนั ดว้ ย
ลวดสเ่ี หล่ยี ม (Rectangular Copper )

2. ทรงกระบอกผิวเรยี บ (Smoot Cylindrical Pole)

N Field Winding
S LL+- S

N
Smoot Cylindrical Rotor

โรเตอร์ชนิดนี้ ใช้กบั เคร่ืองกำเนิดีูี่ กกับั
ด้วยควำมเร็วรอบสกงซ่ึงมจี ำนวนโพลน้อย มี
เส้นผ่ำศกนย์กลำงัองโรเตอร์ันำดเลก็ แต่มี
ควำมยำวตำมแกนยำวมำก โรเตอร์แบบ
ีรงกระบอกกำร Balance จะดกี ว่ำแบบ
เซเลยี้ นโพล กำรเดนิ เคร่ืองจะเรียบกว่ำ

1. Concentrated Winding

Concentrated Winding คอื การพนั ท่ดี า้ น
ของคอยล์ (Coil Side) อยู่ตรงกบั ขว้ั แม่เหลก็ พอดี

การลงขดลวดทกุ ชดุ จะลงในสลอ็ ตเดยี วกนั ทาให้

การเกดิ แรงดนั ไฟฟ้ าเหน่ียวนาเกดิ ข้ึนพรอ้ มกนั

CW

a b N S b' a'

จากรูปเม่ือพจิ ารณา coil a จะเหน็ ว่าดา้ นของคอยล์

อยู่ระหวา่ งคู่ขว้ั แม่เหลก็ พอดี จะทาใหก้ ารเกดิ แรงดนั ไฟฟ้ า
เหน่ียวนาในแต่ละดา้ น Inphase กนั ซ่ึงสมการแรงดนั หา
ไดจ้ าก Umsint

u1 = Umsint , u2 = Umsint
uT = u1+ u2

uT = 2Umsint
uT = Arithmatic Sum

2. Distribution Winding

Distribution Winding คอื การพนั ขดลวดท่ดี า้ น
ของคอยล์ (Coil Side) ไม่ลงอยู่ระหวา่ งคู่ขว้ั แม่เหลก็
(Pole Pair) ดงั น้นั การเกดิ แรงดนั ไฟฟ้ าเหน่ียวนาของ
ขดลวดจะเกดิ ไม่พรอ้ มกนั หรอื ไม่ Inphase กนั ผลรวม
ของแรงดนั หาไดจ้ ากการรวมกนั ทางเวคเตอร์ (Vector
Sum)

uT = Vector Sum

αb S
a'
aN b'

α = Electrical Degree

การหามมุ ทางไฟฟ้ าของเคร่อื งกลไฟฟ้ า

e = m * P/2

e หมำยูงึ มุมีำงไฟฟ้ำัองเคร่ืองกลไฟฟ้ำ
m หมำยูงึ มุมีำงกลัองเคร่ืองกลไฟฟ้ำ

α = (180P)/S

α หมำยูึง มุมีำงไฟฟ้ำระหว่ำงสลอ็ ตต่อสลอ็ ต
P หมำยูงึ จำนวนั้วั แม่เหลก็
S หมำยูงึ จำนวนสลอ็ ตี้งั หมด

DISTRIBUTION OR BREADTH OR WINDING OR SPREAD FACTOR

ตวั ประกอบท่มี ีผลต่อการเกดิ แรงดนั ไฟฟ้ าเหน่ียวนา
ตวั หน่ึงคือ kd or kb or ks จากการพจิ ารณาการเกดิ
แรงดนั ไฟฟ้ าของ การพนั ขดลวดแบบ Concentrated
และ แบบ Distribution จะเหน็ วา่ แรงดนั ท่เี กดิ ข้ึนไม่

เทา่ กนั

Utd = kd * Utc
kd = Utd/Utc

สมมตใิ หเ้ ครอ่ื งกาเนิดมี 3 คอยล,์ 2 โพล, 3
เฟส พนั ขดลวดแบบ Distribution

ในแตล่ ะคอยลจ์ ะสรา้ งแรงดนั ไฟฟ้ า

เหน่ียวนา ออกมาเท่ากนั แตท่ ามมุ ต่างกนั เทา่ กบั
αและมีจดุ ศนู ยก์ ลางรว่ มกนั ดงั รูป

Bα C D
aα
AE

3α/2

α

α/2

O

AB คอื แรงดนั ไฟฟ้ าเหน่ียวนาท่ี คอยล์ a
BC คอื แรงดนั ไฟฟ้ าเหน่ียวนาท่ี คอยล์ b
CD คอื แรงดนั ไฟฟ้ าเหน่ียวนาท่ี คอยล์ c
แบ่งครง่ึ AB ท่ี a ลาก Oa AB
แบ่งครง่ึ AD ท่ี E ลาก OE AD

พิจำรณำ Δ AOa

sin α = Aa
2 AO
Aa
AO = sin α (1)
(2)
พิจำรณำΔAOE 2

sin 3 α = AE
2 AO
AE
AO = sin3 α

2

(1) = (2),

Aa = AE (3)
α α
sin 2 sin 3 2 (4)
(5)
Aa = 1 AB
2

AE = 1 AD
2

(4),(5) แีนใน (3),

s12inAα2B = s12inA3Dα2

AD = UAtBsdisninα23α2
AD =

AD หมำยูึง ผลรวมีำงเวคเตอร์ัองแรงดนั ี่ีคอยล์ a,bและc

Utc = 3AB
AB หมำยูงึ แรงดันไฟฟ้ำเหนยี่ วนำี่ีคอยล์ a,bและc

kb = Utd = AD
= Utc 3AB

ABsin3 α = sin3 α
3ABsin α2 3sin α2
2 2

ู้ำเครื่องกลไฟฟ้ำ พนั คอยล์จำนวน n คอยล์

kb = sin n α 
n sin α2
2

ตวั อยา่ งท่ี 1 ขดลวดอารเ์ มเจอรข์ องเคร่อื งกาเนิด

ไฟฟ้ ากระแสสลบั ประกอบดว้ ยตวั นา 6 ตวั นาแตล่ ะ
ตวั นาสรา้ งแรงดนั ไฟฟ้ าข้ึนมา 10 Vrms มมุ ระหวา่ ง
สลอ็ ตเทา่ กบั 30 องศา จงคานวณหาแรงดนั ไฟฟ้ า
เหน่ียวนาเม่อื พนั ขดลวดแบบ Distribution

วธิ ีีำ = sinn α
kb nsin α2
2

= si6ns6in323020

kb = 0.643

Utd = kb Utc

= 03.86.463460 V ตอบ
=

Distribution Winding

N S NS

Full-pitch Fractional-pitch

การเกดิ แรงดนั ไฟฟ้ าจากการพนั ขดลวดแบบ Full-pitch จะได้
คา่ แรงดนั ไฟฟ้ ามากกว่าการพนั ขดลวดแบบ Fractional-
pitch ถา้ เราให้ kc แทนคา่ ตวั ประกอบของแรงดนั ท่แี ตกต่าง
กนั ของkกcารพ=นั ทง้ั สUUอttง((แFFruบalบlc))

Vector Sum
= Arithmatic Sum

kc defined Short − pitch Winding :Pitch Factor /
Chording Factor

ถา้ เราพนั ขดลวดใหด้ า้ นของคอยล์ (Coil side) วางห่างกนั
เทา่ กบั β(β< 180) ผลรวมของแรงดนั สามารถหาไดด้ งั

รูปขา้ งลา่ ง

U t2 U t1 x UUa tfr
x
βγ

Ua

β+ γ = 180

β + 2x = 180

2x = γ

x= γ
2

Utfr = Ut1 + Ut2

Ut1 = U t2 = Uacos γ
2

Utfr = 2Uacos γ
2

kc = U tfr
= U tfull
=
2Uacos γ
2
2Ua

cos γ
2

ตวั อย่างท่ี 2 จงคานวณหาคา่ pitch factor จาก

ขอ้ มูลของเคร่อื งกาเนิดไฟฟ้ ากระแสสลบั
(Synchronous Generator) ทง้ั 3 เครอ่ื งต่อไปน้ี

1. 36 stator slots,4 pole,coil span 8
2. 72 stator slots,6 pole,coil span 10
3. 96 stator slots,6 pole,coil span 12

วธิ ีทา

1. 36 stator slots,4 pole,coil span 8

βγ

1 8 10

Pole Pitch = No of slots = 36 = 9 slots / pole
No of pole 4

Coil span = 1 − 10 , Occupy = 9 slots

α = 180  P = 180  4 = 20
S 36

γ = 2 20 = 40

kc = cos γ
2

= cos 40
2

kc = 0.9 Ans

2. 72 STATOR SLOTS,6 POLE,COIL SPAN

10 β γ

1 10 13

Pole Pitch = No of slots = 72 = 12 slots / pole
No of pole 6

Coil span = 1 − 13 , Occupy = 12 slots

α = 180  P = 180  6 = 15
S 72

γ = 315 = 45

kc = cos γ
2

= cos 45
2

kc = 0.924 Ans

EQUATION OF INDUCED E.M.F.

DC.Gen  Uave = φZPN
60A

AC.Gen Uave = φPN (1)
60

Frequency of Induced E.M.F.

f = polepairr.p.s.

= P  r.p.m.
2 60

2f = PN (2)
60

แีนค่ำ (2) ลงใน (1),

Uave = 2fφ (3)
(4)
From factor = 1.11 = Urms (5)
Uave

Urms = 1.11Uave

แีนค่ำ (3) ลงใน (4),

Urms = 2.22fφ

จำกสมกำรี่ี (่ 5) ู้ำเคร่ืองกำเนดิ มตี ัวนำZ/ph และคิดตัวประกอบ

ี่ีมผี ลกบั กำรเกดิ แรงดนั ไฟฟ้ำเหนย่ี วนำจะได้สมกำรดงั นี้

Urms = 2.22fZφkbkc [V] 
Urms = 4.44fTφkbkc [V] 

ตวั อยา่ งท่ี 3 เคร่อื งกาเนิดไฟฟ้ า 3 เฟส 16 pole

ขดลวดอารเ์ มเจอรต์ อ่ แบบสตารม์ ี 192 สลอ็ ต มตี วั นา 8
ตวั นาตอ่ สลอ็ ต ตวั นาในแต่ละเฟสต่ออนุกรมกนั coil
span 150° จงหาแรงดนั ไฟฟ้ าเหน่ียวนาระหวา่ งสาย
(VL) ถา้ มเี สน้ แรงแม่เหลก็ จานวน 64 mWb และถกู ขบั
ดว้ ยความเรว็ รอบ 375 รอบตอ่ นาที

Urms(Line) = 3Urms(ph) [V]

Urms(ph) = 4.44fTφkbkc

f = PN = 16375 = 50 [Hz]
120 120

kb = sinn α , n = slots = 192 = 4
nsin α2 polephase 163
2

α = 180P = 18016 = 15
S 192

kb = sin4152 = 0.958
4sin152

kc = cos γ , γ= 180 − 150 = 30
2

kc = cos 30 = 0.966
2

slots/phase = 192/3 = 64

coductors /phase = 648 = 512

T/phase = 512/2 = 256

Urms(ph) = 4.44fTφkbkc
= 4.44502566410−30.9580.966

= 3,362.49 [V]

Urms(Line) = 3Urms(ph)

= 33,362.49

= 5,824.01 [V] Ans

การแสดงสภาวะการทางานของเครอ่ื งกาเนิดไฟฟ้ ากระแสสลบั
(ALTERNATER PERFORMANCE AND OPERATION)

การทางานสภาวะไม่มีโหลด(Alternator no-load)

คือ การศึกษาถงึ การเกดิ แรงดนั ไฟฟ้ าเหน่ียวนา
(Induced e.m.f.) ข้ึนอยู่กบั องคป์ ระกอบอะไรบา้ ง

Urms = 4.44 fTΦ kbkc [V]

การแสดงสภาวะการทางานของเคร่อื งกาเนิดไฟฟ้ ากระแสสลบั
(ALTERNATER PERFORMANCE AND OPERATION)

การทางานในสภาวะโหลด (Alternator on Load)

คอื การศึกษาว่าเม่อื เครอ่ื งกาเนิดจา่ ยโหลด จะเกดิ
อะไรข้ึนกบั เคร่อื งกาเนิดบา้ งเช่น Voltage Drop,
Vector Diagram and Generated Voltage