เครื่่องกำเนิดไฟฟ้า

จุดประสงค์รายวชิ า

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

2. เพ่ือให้มคี วามสามารถในการประลองและทดสอบ
ลกั ษณะสมบตั ิของเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลบั และ
มอเตอร์เหน่ียวนาแบบต่างๆ

3. เพื่อให้มกี จิ นิสัยในการทางานด้วยความประณีต
รอบคอบและปลอดภัยมคี วามตระหนักถงึ คุณภาพของ
งานและมจี ริยธรรมในการสรุปรายงานผลและนาเสนอ

มาตรฐานรายวชิ า

 เข้าใจลกั ษณะสมบตั ขิ องเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้า
กระแสสลบั และอนิ ดก๊ั ช่ันมอเตอร์แบบต่างๆ

 ประลองและทดสอบลกั ษณะสมบัติของ
เครื่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลบั และอนิ ด๊ักช่ัน
มอเตอร์

คาอธิบายรายวชิ า

ศึกษาและปฏบิ ตั ลิ กั ษณะสมบตั ิ ของเครื่องกาเนิดไฟฟ้า
กระแสสลบั แบบต่างๆ การควบคุมแรงดนั ไฟฟ้า การขนาน
เครื่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลบั ซิงโครนัสมอเตอร์ วงจร
สมมูลย์และเฟสเซอร์ไดอะแกรมหลกั การของอนิ ดกั๊ ช่ัน
มอเตอร์สามเฟส คุณสมบตั ขิ องอนิ ดกั๊ ช่ันมอเตอร์แบบ
ต่างๆ วงจรสมมูลย์เซอร์เคลิ ไดอะแกรม วธิ ีการเร่ิมเดนิ และ
การควบคุมความเร็ว หลกั การทางานและลกั ษณะสมบตั ิ
ของอนิ ดัก๊ ช่ันมอเตอร์เฟสเดยี วแบบต่างๆ

ที่มาของคะแนน 100 %

 สมุดจดบรรยาย 10 คะแนน

 โจทย์ปัญหา + อนิ เตอร์เน็ต 15 คะแนน

 ใบงาน 15 คะแนน

 สอบปฏิบัติ 10 คะแนน

 จิตพสิ ัย 20 คะแนน

 ทดสอบเกบ็ คะแนน 30 คะแนน

1. เครื่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลบั (Synchronous
Generator or Alternator)

2. ซิงโครนัสมอเตอร์ (Synchronous Motor)

1. แบบสนามแม่เหลก็ อย่กู บั ทแี่ ละขดลวดอาร์เมเจอร์
หมุน (Armature Rotating and Stationary Field)

เคร่ืองกาเนิดท่มี ลี กั ษณะการทางานแบบนี้ จะเป็ น
เคร่ืองกาเนิดขนาดเลก็ ๆ แรงดนั ประมาณ 115-250 V และ
ให้กาลงั ไฟฟ้าไม่สูงมาก

Stator magnets Rotor
Brushes Windings

Slip-ring

2. แบบสนามแม่เหลก็ หมุนและขดลวดอาร์เมเจอร์
อยู่กบั ที่ (Armature Stationary and Rotating
Field)
เครื่องกาเนิดที่มลี กั ษณะการทางานแบบนี้ จะ

เป็ นเครื่องกาเนิดขนาดใหญ่ แรงดนั ประมาณ
12.3-33 kV และให้กาลงั ไฟฟ้าสูงมาก ใช้ตามโรง
จักรไฟฟ้าต่างๆ

Conductor Stator

Pole Magnetic flux
Field winding

โรเตอร์ของเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้าแบ่งเป็ น

1. เซเลยี้ นโพล (Salient Pole)

Damping Winding Salient Poles

Field Winding

โรเตอร์ชนิดนี้ ใช้กบั เครื่องกาเนิดทถี่ ูกขบั
ด้วยความเร็วรอบตา่ หรือปานกลางซึ่งมีจานวน
โพลมาก เส้นผ่าศูนย์กลางของโรเตอร์ขนาด
ใหญ่แต่มคี าวมยาวตามแกนส้ัน ในเครื่องกาเนิด
ขนาดใหญ่ๆ ขดลวดสนามแม่เหลก็ จะพนั ด้วย
ลวดสี่เหลย่ี ม (Rectangular Copper )

2. ทรงกระบอกผวิ เรียบ (Smoot Cylindrical Pole)

N Field Winding
S LL+- S

N
Smoot Cylindrical Rotor

โรเตอร์ชนิดนี้ ใช้กบั เคร่ืองกาเนิดทถี่ ูกขบั
ด้วยความเร็วรอบสูงซ่ึงมจี านวนโพลน้อย มี
เส้นผ่าศูนย์กลางของโรเตอร์ขนาดเลก็ แต่มี
ความยาวตามแกนยาวมาก โรเตอร์แบบ
ทรงกระบอกการ Balance จะดกี ว่าแบบ
เซเลยี้ นโพล การเดนิ เคร่ืองจะเรียบกว่า

1. Concentrated Winding

Concentrated Winding คือ การพนั ท่ดี ้าน
ของคอยล์ (Coil Side) อยู่ตรงกบั ข้วั แม่เหลก็ พอดี
การลงขดลวดทุกชุดจะลงในสลอ็ ตเดยี วกนั ทาให้
การเกดิ แรงดนั ไฟฟ้าเหนีย่ วนาเกดิ ขนึ้ พร้อมกนั

CW

a b N S b' a'

จากรูปเม่ือพจิ ารณา coil a จะเห็นว่าด้านของคอยล์
อยู่ระหว่างคู่ข้วั แม่เหลก็ พอดี จะทาให้การเกดิ แรงดนั ไฟฟ้า
เหนี่ยวนาในแต่ละด้าน Inphase กนั ซึ่งสมการแรงดันหา

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

uT = 2Umsint
uT = Arithmatic Sum

2. Distribution Winding

Distribution Winding คือ การพนั ขดลวดท่ดี ้าน
ของคอยล์ (Coil Side) ไม่ลงอยู่ระหว่างคู่ข้วั แม่เหลก็
(Pole Pair) ดงั น้ันการเกดิ แรงดนั ไฟฟ้าเหน่ียวนาของ
ขดลวดจะเกดิ ไม่พร้อมกนั หรือไม่ Inphase กนั ผลรวม
ของแรงดันหาได้จากการรวมกนั ทางเวคเตอร์ (Vector
Sum)

uT = Vector Sum

αb S
a'
aN b'

α = Electrical Degree

การหามุมทางไฟฟ้าของเคร่ืองกลไฟฟ้า

e = m * P/2

e หมายถงึ มุมทางไฟฟ้าของเครื่องกลไฟฟ้า
m หมายถงึ มุมทางกลของเคร่ืองกลไฟฟ้า

α = (180P)/S

α หมายถงึ มุมทางไฟฟ้าระหว่างสลอ็ ตต่อสลอ็ ต
P หมายถึง จานวนข้วั แม่เหลก็
S หมายถึง จานวนสลอ็ ตท้งั หมด

Distribution or Breadth or Winding or Spread Factor

ตวั ประกอบทม่ี ีผลต่อการเกดิ แรงดนั ไฟฟ้าเหนี่ยวนา
ตัวหน่ึงคือ kd or kb or ks จากการพจิ ารณาการเกดิ
แรงดันไฟฟ้าของ การพนั ขดลวดแบบ Concentrated
และ แบบ Distribution จะเห็นว่าแรงดันทเ่ี กดิ ขึน้ ไม่
เท่ากนั

Utd = kd * Utc
kd = Utd/Utc

สมมติให้เคร่ืองกาเนิดมี 3 คอยล์, 2 โพล, 3
เฟส พนั ขดลวดแบบ Distribution

ในแต่ละคอยล์จะสร้างแรงดนั ไฟฟ้า
เหนี่ยวนา ออกมาเท่ากนั แต่ทามุมต่างกนั เท่ากบั
αและมจี ุดศูนย์กลางร่วมกนั ดงั รูป

Bα C D
aα
AE

3α/2

α

α/2

O

AB คือ แรงดนั ไฟฟ้าเหน่ียวนาที่ คอยล์ a
BC คือ แรงดนั ไฟฟ้าเหนี่ยวนาที่ คอยล์ b
CD คือ แรงดนั ไฟฟ้าเหน่ียวนาที่ คอยล์ c
แบ่งคร่ึง AB ที่ a ลาก Oa AB
แบ่งคร่ึง AD ท่ี E ลาก OE AD

พิจารณา Δ AOa

sin α = Aa
2 AO
Aa
AO = sin α (1)
(2)
พิจารณาΔAOE 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) แทนใน (3),

s12inAα2B = s12inA3Dα2

AD = UAtBsdisninα23α2
AD =

AD หมายถึง ผลรวมทางเวคเตอร์ของแรงดนั ท่ีคอยล์ a,bและc

Utc = 3AB
AB หมายถงึ แรงดันไฟฟ้าเหนยี่ วนาท่ีคอยล์ a,bและc

kb = Utd = AD
= Utc 3AB

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

ถ้าเครื่องกลไฟฟ้า พนั คอยล์จานวน n คอยล์

kb = sin n α 
n sin α2
2

ตวั อย่างที่ 1 ขดลวดอาร์เมเจอร์ของเครื่อง

กาเนิดไฟฟ้ากระแสสลบั ประกอบด้วยตัวนา 6
ตัวนาแต่ละตัวนาสร้างแรงดนั ไฟฟ้าขนึ้ มา 10
Vrms มุมระหว่างสลอ็ ตเท่ากบั 30 องศา จง
คานวณหาแรงดนั ไฟฟ้าเหน่ยี วนาเม่ือพนั
ขดลวดแบบ Distribution

วธิ ีทา = 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 ไฟฟ้าจากการพนั ขดลวดแบบ Full-pitch

จะได้ค่าแรงดนั ไฟฟ้ามากกว่าการพนั ขดลวดแบบ

Fractional-pitch ถ้าเราให้ kc แทนค่าตวั ประกอบของ
แรงดนั ทแ่ี ตกต่างกนั ของการพนั ท้งั สองแบบ
U t ( Frac)
kc = U t(Full)

Vector Sum
= Arithmatic Sum

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

ถ้าเราพนั ขดลวดให้ด้านของคอยล์ (Coil side) วางห่างกนั
เท่ากบั β(β< 180) ผลรวมของแรงดนั สามารถหาได้ดัง
รูปข้างล่าง

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

ตัวอย่างท่ี 2 จงคานวณหาค่า pitch factor จาก

ข้อมูลของเครื่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลบั
(Synchronous Generator) ท้งั 3 เคร่ืองต่อไปนี้
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

βγ

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

แทนค่า (2) ลงใน (1),

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

Urms = 1.11Uave

แทนค่า (3) ลงใน (4),

Urms = 2.22fφ

จากสมการท่ี (่ 5) ถ้าเคร่ืองกาเนดิ มตี ัวนาZ/ph และคิดตัวประกอบ

ท่ีมผี ลกบั การเกดิ แรงดนั ไฟฟ้าเหนย่ี วนาจะได้สมการดงั นี้

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

ตัวอย่างท่ี 3 เครื่องกาเนิดไฟฟ้า 3 เฟส 16 pole

ขดลวดอาร์เมเจอร์ต่อแบบสตาร์มี 192 สลอ็ ต มี
ตัวนา 8 ตัวนาต่อสลอ็ ต ตัวนาในแต่ละเฟสต่อ
อนุกรมกนั coil span 150° จงหาแรงดนั ไฟฟ้า
เหนี่ยวนาระหว่างสาย (VL) ถ้ามเี ส้นแรงแม่เหลก็
จานวน 64 mWb และถูกขบั ด้วยความเร็วรอบ 375
รอบต่อนาที

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

การแสดงสภาวะการทางานของเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลบั
(Alternater Performance and Operation)

การทางานสภาวะไม่มีโหลด(Alternator no-load)

คือ การศึกษาถงึ การเกดิ แรงดนั ไฟฟ้าเหน่ียวนา
(Induced e.m.f.) ขนึ้ อยู่กบั องค์ประกอบอะไรบ้าง

Urms = 4.44 fTΦ kbkc [V]

การแสดงสภาวะการทางานของเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ
(Alternater Performance and Operation)

การทางานในสภาวะโหลด (Alternator on
Load)

คือ การศึกษาว่าเม่ือเคร่ืองกาเนิดจ่ายโหลด จะเกดิ
อะไรขนึ้ กบั เคร่ืองกาเนิดบ้างเช่น Voltage Drop,
Vector Diagram and Generated Voltage