เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง

14

หน่วยท่ี 2 เคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ ากระแสตรง

เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงเป็ นเครื่องกลไฟฟ้ ำกระแสตรงที่ตอ้ งรับพลงั งำนกลจำกภำยนอกเพื่อ
ทำหน้ำท่ีเปล่ียนเป็ นพลงั งำนไฟฟ้ ำ หลกั ของกำรเกิดแรงเคล่ือนไฟฟ้ ำเหนี่ยวนำของเครื่องกำเนิด
กระแสตรงอำศยั หลกั กำรใชต้ วั นำเคล่ือนที่ตดั ผำ่ นสนำมแม่เหล็ก

2.1 ชนดิ ของเครื่องกำนดิ ไฟฟ้ ำกระแสตรง ( Types of generator)

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรง สำมำรถจำแนกชนิดของเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงตำม
ลักษณะของกำรจ่ำยกระแสไฟฟ้ ำให้กบั ขดลวดสนำมแม่เหล็กหรือเรียกว่ำ “กระแสไฟฟ้ ำกระตุน้
ขดลวดสนำมแม่เหลก็ ” ได้ 2 ลกั ษณะคือ ไดก้ ระแสไฟฟ้ ำกระตุน้ ขดลวดสนำมแม่เหล็กจำกแหล่งจ่ำย
ภำยนอก เรียกเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงชนิดน้ีวำ่ “เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงชนิดกระตุ้นจำก
ภำยนอก (Separately excite DC. generator)” และไดก้ ระแสไฟฟ้ ำกระตุน้ ขดลวดสนำมแม่เหล็กจำก
กำรเหนี่ยวนำของสนำมแม่เหลก็ ตกคำ้ งในตวั เครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงเอง เรียกเครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำ
กระแสตรงชนิดน้ีว่ำ “เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงชนิดกระตุ้นในตัวเอง (Self excite DC.
generator)”

2.1.1 เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงชนดิ กระตุ้นจำกภำยนอก

เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงชนิดกระตนุ้ จำกภำยนอก คือ เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงที่
ขดลวดสนำมแม่เหล็กไดร้ ับกระแสไฟฟ้ ำกระตุน้ ขดลวดสนำแม่เหล็กจำกแหล่งจ่ำยไฟฟ้ ำกระแสตรง
จำกภำยนอก โดยต่อเขำ้ ที่ข้วั ของขดลวดสนำมแม่เหล็กซ่ึงแหล่งจ่ำยที่ใช้สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำ
กระแสตรงชนิดน้ีจะเป็ นแบตเตอรี่ หรือเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงขนำดเล็ก ๆ ที่ตวั อยกู่ ับ
ตวั เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงเรียกว่ำเอ็กไซเตอร์ (Exciter) วงจรเทียบเท่ำเครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำ
กระแสตรงชนิดกระตนุ้ จำกภำยนอกแสดงดงั รูปท่ี 2.1

Rf +

If G Ra VO

E–
รูปที่ 2.1 วงจรเทยี บเทำ่ เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงชนิดกระตนุ้ จำกภำยนอก

วชิ าเครื่องกลไฟฟ้ า 1 รหสั 3104-2003

15

ในกำรกระตุน้ ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงชนิดกระตุน้ แยกน้ี จำเป็ นมีแบตเตอร่ีหรือ
เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงที่แยกต่ำงหำก ดงั น้ันโดยทว่ั ๆไปมนั จึงมีรำคำแพงกว่ำเครื่องกำเนิด
ไฟฟ้ ำกระแสตรงชนิดกระตุน้ ในตวั เอง แต่เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงแบบน้ีจะใหค้ ่ำแรงดนั ไฟฟ้ ำ
เอำตพ์ ตุ ค่อนขำ้ งคงท่ี และสำมำรถควบคุมคำ่ แรงดนั ไฟฟ้ ำเอำตพ์ ตุ ไดง้ ่ำย

2.1.2 เครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงชนดิ กระตุ้นในตวั เอง

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงชนิดกระตุน้ ในตวั เอง ขดลวดสนำมแม่เหล็กจะถูกกระตุน้ ให้
เกิดสนำมแม่เหล็กโดยอำศยั แรงดนั ไฟฟ้ ำกระแสตรงจำกกำรเหน่ียวนำเนื่องจำกสนำมแม่เหล็กตกคำ้ ง
ภำยในตวั ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำเอง เมื่ออำร์เมเจอร์หมุนจะเกิดแรงเคล่ือนไฟฟ้ ำเหน่ียวนำข้ึนเล็กนอ้ ย
และจะมีกระแสไฟฟ้ ำเหนี่ยวนำข้ึนเล็กน้อยด้วย ดังน้ันกระแสไฟฟ้ ำน้ีจะไหลผ่ำนขดลวด
สนำมแม่เหล็กทำให้เกิดสนำมแม่เหล็กข้ึน ซ่ึงสนำมแม่เหล็กที่เกิดข้ึนน้ีจะเสริมกบั สนำมแม่เหล็ก
ตกค้ำงที่ข้ัวแม่เหล็กทำให้มีสนำมแม่เหล็กมำกข้ึน และเป็ นผลทำให้เกิดกำรเหนี่ยวนำเกิด
แรงเคลื่อนไฟฟ้ ำเหนี่ยวนำเพมิ่ ข้นึ

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงชนิดกระตุน้ ในตวั เองยงั แบ่งตำมลกั ษณะของกำรต่อขดลวด
สนำมแม่เหลก็ ไดเ้ ป็ น 3 แบบคือ

1. เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงแบบขนำน (Shunt DC. generator)
2. เครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงแบบอนุกรม (Series DC. generator)
3. เครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงแบบผสม (Compound DC. generator)
โดยที่กำรเรี ยกช่ือในแต่ละแบบจะมีควำมสัมพันธ์สอดคล้องกับวิธีกำรต่อขดลวด
สนำมแม่เหล็กเขำ้ กบั ขดลวดอำร์เมเจอร์

2.1.2.1 เครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงแบบขนำน
เม่ือขดลวดสนำมแม่เหล็กของเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงชนิดกระตุน้ ในตวั เองต่อ

ขนำนกบั ขดลวดอำร์เมเจอร์และเอำตพ์ ตุ ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำ เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงชนิดน้ีจึง
ถูกเรียกว่ำ “เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงแบบขนำน” ค่ำของกระแสไฟฟ้ ำกระตุน้ ขดลวด
สนำมแม่เหล็กในเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงแบบขนำนจะข้ึนอยกู่ บั แรงดนั ไฟฟ้ ำเอำตพ์ ตุ และควำม
ตำ้ นทำนของขดลวดสนำมแม่เหลก็ โดยปกตกิ ระแสไฟฟ้ ำกระตนุ้ ขดลวดสนำมแม่เหล็กจะถูกรักษำให้
มีค่ำอย่รู ะหว่ำง 0.5 ถึง 5 เปอร์เซ็นต์ของกระแสไฟฟ้ ำท่ีโหลด วงจรเทียบเท่ำเครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำ
กระแสตรงแบบขนำนแสดงไดด้ งั รูปที่ 2.2

วชิ าเคร่ืองกลไฟฟ้ า 1 รหัส 3104-2003

16

+

G Ra Rsh VO

–
รูปท่ี 2.2 วงจรเทยี บเทำ่ เครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงแบบขนำน

2.1.2.2 เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงแบบอนุกรม
เม่ือขดลวดสนำมแม่เหล็กของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงชนิดกระตุน้ ในตวั เองต่อ

อนุกรมกบั ขดลวดอำร์เมเจอร์และเอำตพ์ ตุ ของเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำ เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงชนิดน้ี
จะถูกเรียกชื่อว่ำ “เครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงแบบอนุกรม” กระแสไฟฟ้ ำกระตุ้นขดลวด
สนำมแม่เหล็กที่ไหลผ่ำนขดลวดสนำมแม่เหล็กของเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำแบบน้ีจะเป็ นค่ำเดียวกนั กับ
กระแสไฟฟ้ ำท่ีเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำจ่ำยให้กับโหลดจึงทำให้แรงดันไฟฟ้ ำเอำต์พุตมีค่ำข้ึนอยู่กับ
กระแสไฟฟ้ ำที่ไหลผำ่ นโหลด วงจรเทยี บเท่ำเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงแบบอนุกรมแสดงไดด้ งั รูปท่ี
2.3 Rs +

G Ra VO

–

รูปที่ 2.3 วงจรเทียบเท่ำเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงแบบอนุกรม

2.1.2.3 เคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ ากระแสตรงแบบผสม
เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงแบบผสมเป็ นกำรนำเอำคุณลักษณะที่ดีของเคร่ืองกำเนิด

ไฟฟ้ ำกระแสตรงแบบขนำนและแบบอนุกรมมำรวมเขำ้ ดว้ ย ซ่ึงทำใหเ้ ครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรง
แบบผสมมีคุณลกั ษณะทด่ี ี

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงแบบผสมเป็นกำรนำเอำเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงแบบ
ขนำนและแบบอนุกรม มำทำกำรต่อผสมกันซ่ึงแบ่งชนิดตำมลักษณะของกำรต่อวงจรขดลวด
สนำมแม่เหลก็ ได้ 2 ลกั ษณะคือ

วชิ าเครื่องกลไฟฟ้ า 1 รหสั 3104-2003

17

(1)เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงแบบผสมต่อแบบลองชนั ต์ (Long shunt DC. compound
generator)

เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำแบบน้ีขดลวดอนุกรม จะต่ออนุกรมกบั ขดลวดอำร์เมเจอร์แลว้ นำไป
ต่อขนำนกบั ขดลวดขนำนแสดงดงั รูปท่ี 2.4

Rs

G Ra Rsh VO

รูปท่ี 2.4 วงจรเทยี บเทำ่ เครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงแบบผสมตอ่ แบบลองชนั ท์

(2)เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงแบบผสมต่อแบบซ๊อตชนั ต์ (Short shunt DC. compound

generator)

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำแบบน้ีขดลวดขนำนจะตอ่ ขนำนกบั ขดลวดอำร์เมเจอร์แลว้ นำเอำไปต่อ

อนุกรมกบั ขดลวดอนุกรมแสดงดงั รูปที่ 2.5 Rs

G Ra Rsh VO

รูปท่ี 2.5 วงจรเทยี บเท่ำเครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงแบบผสมตอ่ แบบซ๊อตชนั ต์

เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงแบบผสมยงั สำมำรถแบง่ ตำมลกั ษณะทศิ ทำงของ
สนำมแม่เหล็กทเี่ กิดจำกขดลวดสนำมแม่เหลก็ ท้งั 2 ชุด ไดอ้ ีก 2 ลกั ษณะคอื

1) ตอ่ ขดลวดสนำมแม่เหล็กท้งั ชุดขนำนและชุดอนุกรมใหม้ ีทิศทำงสนำมแม่เหล็กเสริม
กนั (พนั ในทศิ ทำงเดียวกนั ) เรียกวำ่ Cumulative DC. Compound Generator

2) ตอ่ ขดลวดสนำมแม่เหลก็ ท้งั ชุดขนำนและชุดอนุกรมให้มีทิศทำงสนำมแม่เหล็กหกั ลำ้ ง
กนั (พนั ขดลวดอนุกมใหม้ ีทิศทำงตรงขำ้ มกบั ขดลวดขนำน) เรียกวำ่ Differential DC. Compound
Generator

วชิ าเครื่องกลไฟฟ้ า 1 รหัส 3104-2003

18

2.2 สมการแรงเคลอ่ื นไฟฟ้ าเหน่ียวนาของเคร่ืองกาเนดิ ไฟฟ้ ากระแสตรง (e.m.f.
equation of DC. generator)

กำรเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้ ำเหน่ียวของเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงน้นั เกิดข้นึ โดยกำรใหต้ วั นำ
ในอำร์เมเจอร์หมุนตดั กบั สนำมแม่เหล็กทสี่ เตเตอร์ ดงั แสดงในรูปท่ี 2.6

รูปที่ 2.6 กำรเกิดแรงเคล่ือนไฟฟ้ ำเหนี่ยว
ซ่ึงพจิ ำรณำจำกทฤษฎีกฎมือขวำของเฟลมมิง ดงั แสดงในรูปที่ 2.7

รูปที่ 2.7 กฎมือขวำของเฟลมมิง

จึงสำมำรถนำมำกำหนดเป็นสมกำรควำมสมั พนั ธไ์ ดด้ งั ตอ่ ไปน้ี

แรงเคลื่อนไฟฟ้ ำเหน่ียวนำเฉลี่ย / ตวั นำ = d V. (เพรำะวำ่ N = 1)
dt
เม่ือเสน้ แรงแม่เหลก็ ตดั กบั ตวั นำใน 1 รอบของกำรหมุน (d) = P

จำนวนรอบกำรหมุน / วนิ ำที =N
60

วชิ าเคร่ืองกลไฟฟ้ า 1 รหสั 3104-2003

19

ดงั น้นั เวลำในกำรหมุน 1 รอบ (dt) = 60 วนิ ำที V.
แรงเคลื่อนไฟฟ้ ำเหน่ียวนำทีเ่ กิดข้ึน / ตวั นำ N V.

จำนวนตวั นำท่ีตอ่ อนุกรมกนั = d
ดงั น้นั แรงเคล่ือนไฟฟ้ ำเหน่ียวนำ / path
dt

=  PN
60

=Z

A

=  ZPN
60 A

 Eg =  ZPN V.
60 A

กำหนดให้ = สนำมแม่เหล็กตอ่ ข้วั มีหน่วยเป็ น เวเบอร์ (Wb.)
= จำนวนตวั นำในอำร์เมเจอร์ มีหน่วยเป็ น ตวั นำ

= จำนวนสลอ๊ ต  จำนวนตวั นำต่อสล๊อต
Z = จำนวนข้วั แม่เหลก็ มีหน่วยเป็น ข้วั หรือ Pole
= จำนวนทำงขนำนกระแสไฟฟ้ ำในอำร์เมเจอร์ มีหน่วยเป็ นทำงหรือ Pate
P = ควำมเร็วรอบของอำร์เมเจอร์ มีหน่วยเป็ น รอบตอ่ นำที
A = แรงเคลื่อนไฟฟ้ ำเหนี่ยวนำท่ีเกิดข้ึนในอำร์เมเจอร์ มีหน่วยเป็นโวลต์ (V.)
N
Eg

เมื่อทำงขนำนกระแสไฟฟ้ ำในอำร์เมเจอร์ (A) มีค่ำข้ึนอยกู่ บั ลกั ษณะกำรพนั ขดลวดอำร์เมเจอร์

ซ่ึงแสดงไดด้ งั น้ี

การพันแบบแลป การพันแบบเวฟ

Simplex lap A = P Simplex wave A = 2

Duplex lap A = 2P Duplex wave A = 4

Triplex lap A = 3P Triplex wave A = 6

ตวั อยำ่ งท่ี 2.1 เครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงชนิด 4 ข้วั ขดลวดอำร์เมเจอร์พนั แบบ Simplex wave
และมี 51 สลอต โดยใน 1 สลอต ประกอบดว้ ยลวดตวั นำ 20 ตวั นำ จงคำนวณหำแรงเคล่ือนไฟฟ้ ำ
เหนี่ยวนำ ท่ีเกิดข้ึนเมื่อเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงหมุนดว้ ยควำมเร็วรอบ 1500 รอบต่อนำที
และจำนวนสนำมแม่เหล็กต่อข้วั 0.7 มิลลิเเบอร์

วชิ าเครื่องกลไฟฟ้ า 1 รหสั 3104-2003

20

วธิ ีทำ จำกสูตร Eg =  ZPN V.
เม่ือ 60 A

 = 0.7  10-3 Wb.

Z = 51  20 ตวั นำ

= 1020 ตวั นำ

ขดลวดอำร์เมเจอร์พนั แบบ simplex wave A = 2

N = 1500 รอบต่อนำที

แทนคำ่ ลงในสูตรจะได้

Eg = ( 0 .7  10  3 )  1020  4  1500 V.

60  2

Eg = 35.7 V.

แรงเคลือ่ นไฟฟ้ าเหน่ียวนาทีเ่ กดิ ขนึ้ มาค่าเท่ากบั 35.7 V. ตอบ

2.3 กาลงั สูญเสียในเครื่องกาเนดิ ไฟฟ้ ากระแสตรง (Losses in a DC. generator)

กำลงั สูญเสียในเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงมีดงั น้ี

2.3.1 กาลงั สูญเสียในขดลวดทองแดง (Copper losses)

กำลงั สูญเสียในขดลวดทองแดงในเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรง เกิดข้ึนเมื่อมีกระแสไฟฟ้ ำ
ไหลในขดลวดทองแดง ซ่ึงอยใู่ นรูปของควำมรอ้ น (หำไดจ้ ำก I2R) ประกอบดว้ ย

2.3.1.1 กาลังสูญเสียในขดลวดอาร์เมเจอร์ คานวณหาโดยใช้สมการ (Ia)2Ra วัตต์ (W)
เม่ือ Ra = ควำมตำ้ นทำนของขดลวดอำร์เมเจอร์
Ia = กระแสไฟฟ้ ำท่ไี หลในขดลวดอำร์เมเจอร์
กำลงั สูญเสียในขดลวดอำร์เมเจอร์จะมีคำ่ ประมำณ 30 – 40 % ของกำลงั สูญเสียท้งั หมดใน

ขณะท่ีเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำจ่ำยโหลดเตม็ พกิ ดั

2.3.1.2 กาลังสูญเสียในขดลวดสนามแม่เหลก็
ในเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ ากระแสตรงจะมขี ดลวดสนามแม่เหล็กสองชนิดคอื ขดลวดขนาน

และขดลวดอนุกรม ทาให้เกิดกาลังสูญเสียขึน้ ดังนี้
1) กำลงั สูญเสียในขดลวดขนำน (Shunt field) คำนวณหำโดยใชส้ มกำร (Ish)2Rshวตั ต(์ W)
2) กำลงั สูญเสียในขดลวดอนุกรม (Series field) คำนวณหำโดยใชส้ มกำร (Is)2Rsวตั ต(์ W)

วชิ าเครื่องกลไฟฟ้ า 1 รหัส 3104-2003

21

กำลงั สูญเสียในขดลวดสนำมแม่เหล็กจะมีคำ่ ประมำณ 20 – 30% ของกำลงั สูญเสียท้งั หมด
ในขณะที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงจ่ำยโหลดเตม็ พกิ ดั

2.3.2 กาลงั สูญเสียในแกนเหลก็ (Core losses)

กำรสูญเสียในแกนเหล็กประกอบดว้ ย
2.3.2.1 การสูญเสียเนื่องจากฮีสเตอร์รีซีส (Hysteresis loss)

กำลงั สูญเสียเนื่องจำกฮีสเตอร์รีซีส เกิดจำกกำรกลบั ไปกลบั มำของข้วั แม่เหลก็ ในแกน
เหลก็ อำร์เมเจอร์ เพรำะในขณะท่ีอำร์เมเจอร์หมุนจะเกิดกำรเหน่ียวนำข้ึนทำใหแ้ กนเหล็กของอำร์
เมเจอร์มีสภำพเป็นสนำมแม่เหล็กไฟฟ้ ำ แตเ่ มื่อหมุนตวั ตดั กบั ข้วั แม่เหล็กหลกั ทำใหเ้ กิดกำรกลบั ไป
กลบั มำของข้วั แม่เหล็กทีแ่ กนเหลก็ อำร์เมเจอร์เป็ นผลทำใหเ้ กิดกำลงั สูญเสียเรียกวำ่ “กำลงั สูญเสีย
เน่ืองจำกฮีสเตอร์รีซีส”

กำลงั สูญเสียเนื่องจำกฮีสเตอร์รีซีสมีค่ำข้ึนอยกู่ บั ปริมำตรแกนเหล็ก ชนิดของแกนเหลก็
คำ่ สูงสุดของควำมหนำแน่นของสนำมแม่เหล็กและควำมถี่ของกำรกลบั ไปกลบั มำของข้วั แม่เหลก็

2.3.2.2 กาลงั สูญเสียเนอื่ งจากกระแสไฟฟ้ าไหลวน (Eddy current loss)
เมื่ออำร์เมเจอร์หมุนแกนเหล็กและขดลวดอำร์เมเจอร์จะหมุนตัดกับสนำมแม่เหล็ก

ดงั น้นั จึงเกิดกำรเหน่ียวนำและเกิดแรงเคล่ือนไฟฟ้ ำเหน่ียวนำข้ึนในขดลวดอำร์เมเจอร์ เป็ นผลทำใหม้ ี
กระแสไฟฟ้ ำจำนวนมำกไหลในแกนเหล็กของอำร์เมเจอร์เนื่องจำกแกนเหล็กของอำร์เมเจอร์มีควำม
ตำ้ นทำนต่ำ กระแสไฟฟ้ ำจำนวนมำกที่เกิดข้ึนน้ีจะไหลวนอยใู่ นแกนเหล็กอำร์เมเจอร์จึงเรียกว่ำ
“กระแสไฟฟ้ ำไหลวน” ถำ้ หำกใชแ้ กนเหล็กอำร์เมเจอร์ท่ีมีลักษณะเป็ นแท่งเหล็กตนั จะทำใหป้ ริมำณ
ของกระแสไฟฟ้ ำที่ไหลวนไดส้ ะดวกและมีค่ำมำกเป็นผลทำใหเ้ กิดกำลงั สูญเสียมำกตำมไปจะส่งผลให้
เกิดควำมร้อนสูง ไม่เกิดผลดีต่อตวั เคร่ืองกลไฟฟ้ ำ ในกำรลดกำรสูญเสียประเภทน้ีน้ีสำมำรถทำไดโ้ ดย
กำรใชแ้ ผน่ เหล็กบำง ๆ อดั ซอ้ นกนั แลว้ ข้ึนรูปเป็ นรูปทรงกระบอก โดยแผ่นเหล็กบำง ๆ แต่ละแผน่ น้ี
จะตอ้ งเคลือบไวด้ ว้ ยวสั ดุฉนวนทำงไฟฟ้ ำเพอ่ื ป้ องกนั กระแสไหลไปสู่แผน่ เหล็กแผน่ อื่น ๆ

กำลงั สูญเสียเนื่องจำกกระแสไฟฟ้ ำไหลวนน้ีสำมำรถลดไดโ้ ดยกำรใชแ้ ผน่ เหล็กบำง ๆ แต่
กำลงั สูญเสียฮีสเตอรีซีสไม่สำมำรถลดไดด้ ว้ ยกำรใชแ้ ผน่ เหล็กบำง ๆ สำหรับกำลงั สูญเสียเนื่องจำก
ฮีสเตอรีซีสน้ันสำมำรถทำให้ลดได้ โดยกำรเลือกใชโ้ ลหะที่ทำแกนเหล็กอำร์เมเจอร์เป็ นเหล็กช้ันดี
โดยทวั่ ไปแลว้ จะเลือกใชแ้ กนเหล็กท่ีมีส่วนผสมของซิลิกอนพเิ ศษ

กำลงั สูญเสียในแกนเหลก็ จะมีคำ่ ประมำณ 20 – 30% ของกำลงั สูญเสียท้งั หมด ในขณะที่
เครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงจำ่ ยโหลดเตม็ พกิ ดั

วชิ าเคร่ืองกลไฟฟ้ า 1 รหสั 3104-2003

22

2.3.3 กาลงั สูญเสียทางกล (Mechanical losses)

ในเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรง เกิดกำลงั สูญเสียทำงกลเม่ือเกิดกำรหมุนข้ึนหรือบำงคร้ัง
เรียกวำ่ กำลงั สูญเสียเนื่องจำกกำรหมุน ซ่ึงประกอบดว้ ย

1. กาลงั สูญเสียเนื่องจากความฝื ดที่แบร่ิงและคอมมวิ เตเตอร์ (Friction loss)

2. กาลังสูญเสียเนื่องจากแรงลมของการหมนุ ของอาร์เมเจอร์ (Winding loss)
กำรสูญเสียน้ีจะมีประมำณ 10 – 20% ของกำรสูญเสียในขณะทม่ี ีโหลดเตม็ พกิ ดั
กาลงั สูญเสียปลีกย่อย (Stray losses)
กำหนดใหก้ ำลงั สูญเสียในแกนเหลก็ และกำลงั สูญเสียทำงกลจะรวมเรียกวำ่ “กาลังสูญเสีย

ปลีกย่อย”
ดงั น้นั กำลงั สูญเสียท้งั หมดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงหำไดจ้ ำก
กำรสูญเสียท้งั หมด = กำรสูญเสียในขดลวดทองแดง + กำรสูญเสียปลีกยอ่ ย
Total losses = Copper losses + Stray losses

2.4 ตาแหน่งของกาลงั ในเครื่องกาเนดิ ไฟฟ้ ากระแสตรง (Power stages in DC. generator)

ตำแหน่งของกำลงั ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรง มีดงั น้ีคือ

กาลงั กลอนิ พุต กาลงั ไฟฟ้ าทเ่ี กดิ ขนึ้ กาลงั ไฟฟ้ าเอาต์พุต
หรือกาลงั เอาต์พุต ในอาร์เมเจอร์ (Pout = VLIL)
EgIa (W)
ของตวั ขบั
(Pin)

กาลงั สูญเสียปลกี ย่อย กาลงั สูญเสียขด
(Stray losses) ลวดทองแดง
(Copper losses)

2.5 ประสิทธภิ าพของเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ ากระแสตรง (Efficiency of DC. generator : )

พจิ ำรณำจำกตำแหน่งของกำลงั ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรง ทำใหเ้ รำทรำบวำ่ เมื่อใหก้ ำลงั กล
กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรง จะเกิดกำลังสูญเสียในแกนเหล็กและกำลงั สูญเสียทำงกลหรือ
รวมกนั เรียกวำ่ กำลงั สูญเสียปลีกยอ่ ยก่อนเป็ นอนั ดบั แรก ถำ้ หักกำลงั สูญเสียส่วนน้ีออกไปจะไดก้ ำลงั
กลทีเ่ ปล่ียนเป็ นกำลงั ไฟฟ้ ำท้งั หมดหรือกำลงั ไฟฟ้ ำที่เกิดข้นึ ในอำร์เมเจอร์ (EgIa) แต่หำกตอ้ งกำรทรำบ

วชิ าเคร่ืองกลไฟฟ้ า 1 รหสั 3104-2003

23

กำลังไฟฟ้ ำเอำต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงที่จ่ำยให้กบั โหลดจะตอ้ งหักกำลงั สูญเสียใน

ขดลวดทองแดงออกเสียก่อน เขียนเป็นสมกำรดงั น้ี

Pin = Pout + Total losses W

เม่ือ Total Losses = Stray losses + Copper losses W

หรือ Pout = Pin – Stray losses – Copper losses W

จะได้  = Pout  100 %

Pin

หรือ  = Pout  100 %
Pout  Total Losses

2.6 อาร์เมเจอร์รีแอคช่ัน (Armature reaction)

อำร์เมเจอร์รีแอคชนั่ คือ ปฏิกิริยำท่ีเกิดข้ึนในขณะเครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำจ่ำยกระแสไฟฟ้ ำใหก้ บั
โหลด มีกระแสไฟฟ้ ำไหลผำ่ นขดลวดอำร์เมเจอร์ทำใหเ้ กิดสนำมเหล็กข้ึนท่ีอำร์เมเจอร์และไปรวมตวั
กับสนำมแม่เหล็กที่เกิดจำกข้วั แม่เหล็กหลกั (Main pole) ซ่ึงกำรเกิดอำร์เมเจอร์รีแอคช่นั มีผลต่อ
สนำมแม่เหลก็ ที่เกิดจำกข้วั แม่เหลก็ หลกั 2 อยำ่ งคอื

- ควำมหนำแน่นของสนำมแม่เหลก็ ทเี่ กิดจำกข้วั แม่เหล็กหลกั ลดลง
- ตำแหน่งเป็นกลำงของสนำมแม่เหล็กเล่ือนไปจำกตำแหน่งเดิม
กำรเกิดอำร์เมเจอร์รีแอคชนั่ สำมำรถแยกพจิ ำรณำเป็นข้นั ๆ ไปดงั น้ี
ขณะท่ีเครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำยงั ไม่มีโหลดมำต่อ จะไม่มีกระแสไฟฟ้ ำไหลผำ่ นขดลวดอำร์มเจอร์
สนำมแม่เหล็กท่เี กิดจำกข้วั แม่เหล็กหลกั มีทศิ ทำงพงุ่ จำกข้วั เหนือ (N) ไปยงั ข้วั ใต้ (S) และเรียงตวั อยำ่ ง
สม่ำเสมอดงั รูปที่ 2.8 (ก) ที่ตำแหน่งแปรงถ่ำนสมั ผสั กบั คอมมิวเตอร์จะอยรู่ ะหว่ำงข้วั แม่เหล็กและต้งั
ฉำกกับสนำมแม่เหล็กซ่ึงเป็ นตำแหน่งเป็ นกลำงทำงเรขำคณิต (Geometrical neutral axis = GNA)
ตำแหน่งน้ีขดลวดตวั นำในอำร์เมเจอร์ไม่ไดห้ มุนตดั กบั สนำมแม่เหล็ก เน่ืองจำกขดลวดตวั นำในอำร์
เมเจอร์จะหมุนขนำนไปกบั สนำมแม่เหล็ก ทำให้ตำแหน่งน้ีไม่เกิดกำรเหนี่ยวนำหรือเรียกวำ่ ตำแหน่ง
เป็ นกลำงสนำมแเม่เหล็ก (Magnetic neutral axis = MNA) จะเห็นวำ่ ในขณะที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำไม่มี
กำรจ่ำยกระแสใหโ้ หลด ตำแหน่งเป็นกลำงผลรวมของสนำมแม่เหล็กจะอยตู่ รงกนั กบั ตำแหน่งเป็ นกลำง
ทำงเรขำคณิต เวกเตอร์ของสนำมแม่เหล็กที่เกิดจำกข้วั แม่เหล็กหลกั แทนดว้ ยเวกเตอร์ OFm แสดงดงั รูป
ที่ 2.8 (ข)

วชิ าเครื่องกลไฟฟ้ า 1 รหัส 3104-2003

24

O
Fm

(ก) (ข)
รูปที่ 2.8 สนำมแม่เหลก็ ท่ีเกิดจำกข้วั แม่เหล็กขณะเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำไมม่ ีโหลด

เมื่อนำโหลดมำต่อเข้ำท่ีข้วั ของอำร์เมเจอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำ จะทำให้อำร์เมเจอร์จ่ำย
กระแสไฟฟ้ ำใหก้ บั โหลดและกระแสไฟฟ้ ำที่เกิดข้ึนท่ีขดลวดอำร์เมเจอร์ก็จะทำใหเ้ กิดสนำมแม่เหล็ก
ข้นึ ทร่ี อบ ๆ ตวั นำของขดลวดอำร์เมเจอร์แสดงดงั รูปที่ 2.9 (ก) เขียนแทนไดด้ ว้ ยเวกเตอร์ OFA ดงั รูปท่ี
2.9 (ข) มีลกั ษณะผลรวมของสนำมแม่เหล็กเกิดข้ึนในแนวเดียวกนั กบั แนวของตำแหน่งเป็ นกลำงทำง
เรขำคณิต

O

(ก) FA

(ก) (ข)
รูปที่ 2.9 สนำมแม่เหล็กทเี่ กิดจำกขดลวดอำร์เมเจอร์เมื่อมีกระแสไฟฟ้ ำไหลผำ่ นตวั นำ

วชิ าเครื่องกลไฟฟ้ า 1 รหสั 3104-2003

25

เมื่อนำเอำสนำมแม่เหล็กที่เกิดจำกข้วั แม่เหล็กหลกั และสนำมแม่เหล็กที่เกิดจำกขดลวดอำร์เมเจอร์
ขณะเครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำจำ่ ยโหลดทำให้รูปร่ำงของสนำมแม่เหล็กท่ีเกิดจำกข้วั แม่เหล็กเปลี่ยนไป จะมี
รูปร่ำงเอียงตำมทศิ ทำงกำรหมุนของอำร์เมเจอร์แสดงดงั รูปที่ 2.10 (ก) จะทำใหต้ ำแหน่งเป็ นกลำงของ
สนำมแม่เหล็กเล่ือนไปจำกตำแหน่งเดิม ส่วนตำแหน่งเป็ นกลำงทำงเรขำคณิตยงั คงอยตู่ ำแหน่งเดิม เมื่อ
พจิ ำรณำกำรรวมของเวกเตอร์สนำมแม่เหลก็ แสดงดงั รูปที่ 2.10 (ข)

แนวแปรงถ่ำนใหม่
O Fm

FA

(ก) (ข)
รูปที่ 2.10 กำรรวมตวั ของสนำมแม่เหลก็ เม่ือเกิดอำร์เมเจอร์รีแอคชน่ั ขณะเครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำจำ่ ยโหลด

เม่ือตำแหน่งเป็นกลำงของสนำมแม่เหล็กเลื่อนไปจำกตำแหน่งเดิม ดงั น้ันจึงตอ้ งเลื่อนตำแหน่งของ
แปรงถ่ำนไปอยตู่ รงท่ีตำแหน่งเป็ นกลำงของสนำมแม่เหล็กที่เล่ือนไป ท้งั น้ีเพรำะตำแหน่งที่ต้งั แปรง
ถ่ำนน้ันจะต้องไม่มีกำรเหนี่ยวนำข้ึนในตัวนำขดลวดอำร์เมเจอร์ที่สัมผสั แปรงถ่ำนน้ัน ถ้ำมีกำร
เหน่ียวนำข้นึ ที่ตำแหน่งน้ีแลว้ ก็จะทำให้เกิดประกำยไฟข้ึนมำในขณะที่แปรงถ่ำนสัมผสั กบั คอมมิวเต
เตอร์ 2 ซ่ี

สนำมแม่เหล็กท่ีเกิดข้นึ เน่ืองจำกขดลวดอำร์เมเจอร์น้นั แยกออกไดเ้ ป็ น 2 ส่วน คือ
1) สนำมแม่เหล็กลด น้นั จะอยใู่ นช่องของมุม 2 ทำงดำ้ นบนและดำ้ นล่ำงของอำร์เมเจอร์ ดงั รูป
ท่ี 2.11 (ก)
2) สนำมแม่เหล็กขวำง สนำมแม่เหล็กขวำงน้นั อยใู่ นช่วง 180 – 2 ดงั รูปท่ี 2.11 (ข)

(ก) (ข)
รูปที่ 2.11 ตวั นำทท่ี ำใหเ้ กิดสนำมแม่เหลก็ ลดและตวั นำท่ีทำใหเ้ กิดสนำมแม่เหลก็ ขวำง

วชิ าเครื่องกลไฟฟ้ า 1 รหสั 3104-2003

26

2.6.1 ข้วั แม่เหล็กเสริม (Inter pole)

เมื่อเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงจ่ำยกระแสไฟฟ้ ำใหก้ บั โหลด จะทำใหม้ ีกระแสไฟฟ้ ำไหล
ผำ่ นขดลวดอำร์เมเจอร์เป็ นผลทำให้เกิดอำร์เมเจอร์รีแอคชนั่ ดงั ที่กล่ำวมำแลว้ น้ัน ซ่ึงจะทำใหต้ ำแหน่ง
เป็นกลำงของสนำมแม่เหล็กเล่ือนไปจำกแนวเดิมและส่ิงท่ตี อ้ งกระทำคือจะตอ้ งเลื่อนแปรงถ่ำนตำมไป
ดว้ ยเพ่ือไม่ให้เกิดประกำยไฟข้ึนมำในขณะที่แปรงถ่ำนสัมผสั กบั คอมมิวเตเตอร์ 2 ซ่ี และเม่ือมีกำร
เปลี่ยนแปลงโหลดก็จะทำให้ต้องเลื่อนแปรงถ่ำนตำมเสมอเพื่อรักษำตำแหน่งเป็ นกลำงของ
สนำมแม่เหลก็ วธิ ีหน่ึงท่จี ะรกั ษำตำแหน่งเป็นกลำงของสนำมแม่เหล็กท่ีแทจ้ ริง (ตำแหน่งเป็ นกลำงของ

สนำมแม่เหล็กในขณะท่ีเคร่ืองกำเนิดกำลังจ่ำยโหลด) ให้อยู่ใกล้เคียงกับตำแหน่งที่เป็ นกลำงทำง
เรขำคณิต แม้จะมีกำรเปล่ียนแปลงโหลด คือกำรใชข้ ้ัวแม่เหล็กเสริม ตำมท่ีแสดงดังรูปที่ 2.11
ข้วั แม่เหล็กเสริมเป็ นข้วั แม่เหล็กเล็ก ๆ ท่ีติดต้งั อยใู่ นตำแหน่งเป็ นกลำงทำงเรขำคณิตหรือติดต้งั อยู่
ระหวำ่ งข้วั แม่เหล็กหลกั ซ่ึงเป็ นส่วนหน่ึงของตวั โครง โดยมีขนำดลวดเส้นเล็ก ๆ พนั อยรู่ อบ ๆ แท่ง
ข้วั แม่เหล็กเสริมชุดขดลวดของแท่งข้วั แม่เหล็กเสริมจะต่ออนุกรมอยกู่ บั ขดลวดอำร์เมเจอร์ ดงั น้ัน
กระแสไฟฟ้ ำท่โี หลดจึงเป็นตวั ทำใหเ้ กิดสนำมแม่เหลก็ ข้ึนรอบ ๆ แต่ละแท่งข้วั แม่เหลก็ เสริม

ทิศทำงของสนำมแม่เหลก็ ทเ่ี กิดจำกข้วั แม่เหล็กเสริมจะหักลำ้ งกบั ทิศทำงของสนำมแม่เหล็ก
ขวำงท่ีเกิดข้ึนบนตวั นำของขดลวดอำร์เมเจอร์ ดงั น้ันจึงไม่มีกำรเล่ือนตำแหน่งเป็ นกลำงของสนำม
แม่เหล็ก นอกจำกน้ีข้วั แม่เหล็กเสริมยงั ทำงำนในลกั ษณะปรับตวั เองได้ กล่ำวคือเมื่อกระแสไฟฟ้ ำที่
โหลดมีค่ำเพม่ิ ข้นึ ตำแหน่งเป็นกลำงของสนำมแม่เหล็กกพ็ ยำมยำมทจ่ี ะเล่ือนออกไป ในทิศทำงกำรหมุน
ของอำร์เมเจอร์แต่ ณ เวลำเดียวกันน้ันสนำมแม่เหล็กของข้วั แม่เหล็กเสริมจะมีควำมเขม้ เพ่ิมมำกข้ึน
ดงั น้นั มนั จงึ ตำ้ นกำรเล่ือนของตำแหน่งเป็นกลำงของสนำมแม่เหลก็ ดงั แสดงไดใ้ นรูปที่ 2.12

ข้วั แม่เหล็กเสริมสำมำรถท่ีจะแกอ้ ำร์เมเจอร์รีแอคชน่ั ไดเ้ พียงบำงส่วนเท่ำน้นั ท้งั น้ีเพรำะกำร
เกิดอำร์เมเจอร์รีแอคชนั่ เกิดข้ึนรอบอำร์เมเจอร์นน่ั เอง

ข้วั แม่เหล็กเสริม ทศิ ทางการหมนุ

S เอาต์พุตของเครื่องกาเนิด

+ S
N

–

N
รูปท่ี 2.12 กำรติดต้งั ข้วั แม่เหลก็ เสริมเพอื่ ใชแ้ กก้ ำรเกิดอำร์เมเจอร์รีแอคชนั่

วชิ าเคร่ืองกลไฟฟ้ า 1 รหสั 3104-2003

27

2.6.2 ชุดขดลวดชดเชย (Compensating winding)
เมื่อข้วั แม่เหล็กเสริมไม่สำมำรถแกก้ ำรเกิดอำร์เมเจอร์รีแอคชั่นได้ท้งั หมดเนื่องจำกมนั ติด

ต้งั อยใู่ นตำแหน่งเป็นกลำงทำงเรขำคณิตเท่ำน้ัน ในขณะที่อำร์เมเจอร์รีแอคชนั่ เกิดข้ึนรอบอำร์เมเจอร์
ท้งั หมด แตถ่ ำ้ ข้วั แม่เหลก็ เสริมถูกวำงไวร้ อบ ๆ อำร์เมเจอร์ท้งั หมดอำร์เมเจอร์รีแอคชนั่ ก็สำมำรถที่จะ
แก้ไดท้ ้ังหมด ในผลท่ีเกิดข้ึนสิ่งน้ีสำมำรถท่ีจะแก้ไขได้โดยกำรใช้ชุดขดลวดชดเชยซ่ึงเป็ นกลุ่ม
ขดลวดเล็ก ๆ ที่ฝังอยบู่ ริเวณดำ้ นหน้ำของแท่งข้วั แม่เหล็กหลกั ชุดขดลวดชดเชยจะต่ออนุกรมซ่ึงกนั
และกนั และต่ออนุกรมกบั ขดลวดอำร์เมเจอร์

ขดลวดชดเชย

ขดลวดอาร์เมเจอร์

สนามแม่เหลก็ ที่มี
ทศิ ทางตรงข้ามกัน

รูปท่ี 2.13 ชุดขดลวดชดเชยเพอื่ ใชแ้ กก้ ำรเกิดอำร์เมเจอร์รีแอคชนั่

จำกรูปท่ี 2.13 คำ่ กระแสไฟฟ้ ำทีไ่ หลในชุดขดลวดชดเชยจะมีทิศทำงตรงขำ้ มกบั กระแสไฟฟ้ ำ
ที่ไหลในชุดขดลวดอำร์เมเจอร์ตรงบริเวณผวิ ดำ้ นหนำ้ ของแท่งข้วั แม่เหล็กหลกั เน่ืองจำกกระแสไฟฟ้ ำ
มีทิศทำงตรงขำ้ มกนั จงึ ทำใหท้ ศิ ทำงของสนำมแม่เหลก็ ทเ่ี กิดจำกชุดขดลวดชดเชยและท่ีเกิดจำกขดลวด
อำร์เมเจอร์มีทศิ ทำงตรงขำ้ มกนั ดว้ ย ซ่ึงส่ิงน้ีใหค้ วำมหมำยวำ่ สนำมแม่เหล็กท่เี กิดจำกชุดขดลวดชดเชย
จะ หกั ลำ้ งกบั สนำมแม่เหล็กขวำงท่เี กิดจำกขดลวดอำร์เมเจอร์ เม่ือสนำมแม่เหล็กขวำงถูกหกั ลำ้ งลง ทำ
ใหช้ ุดขดลวดชดเชยสำมำรถทจ่ี ะแกอ้ ำร์เมเจอร์รีแอคชนั่ ได้

อยำ่ งไรกต็ ำม เรำจะพจิ ำรณำเห็นไดว้ ำ่ ท้งั ชุดขดลวดชดเชยและข้วั แม่เหล็กเสริมสำมำรถที่จะ
ลดผลทที่ ำใหต้ ำแหน่งเป็นกลำงของสนำมแม่เหล็กเล่ือนออกไปไดเ้ กือบท้งั หมดในขณะท่ีโหลดเกิดกำร
เปลี่ยนแปลง เคร่ืองกำเนิดบำงเคร่ืองที่มีโหลดเปล่ียนแปลงจะใชช้ ุดขดลวดชดเชยเพียงอยำ่ งเดียว
ในขณะทีบ่ ำงเคร่ืองจะใชข้ ้วั แม่เหลก็ เสริมเพยี งอยำ่ งเดียว ส่วนในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำที่มีขนำดใหญ่มำก
ๆ หรือในเคร่ืองกำเนิดที่มีกำรเปล่ียนแปลงของโหลดในยำ่ นกวำ้ ง จะใช้ท้งั ชุดขดลวดชดเชยและ
ข้วั แม่เหล็กเสริมร่วมกนั เสมอ

วชิ าเครื่องกลไฟฟ้ า 1 รหัส 3104-2003

28

2.7 คณุ ลกั ษณะของเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ ากระแสตรงแบบกระตุ้นจากภายนอก (Separated

excites DC. generator)

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงแบบกระตนุ้ จำกภำยนอก เป็นเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงที่ตอ้ ง
หำแหล่งจ่ำยไฟฟ้ ำกระแสตรงจำกภำยนอกเพ่ือท่ีจะจ่ำยกระแสไฟฟ้ ำกระตุ้นให้กับขดลวด
สนำมแม่เหลก็ ทำใหเ้ กิดเสน้ แรงแม่เหลก็ ข้นึ ได้ ในกำรศึกษำลกั ษณะของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรง
แบบกระตุน้ จำกภำยนอกน้นั สำมำรถศึกษำได้ 2 ลกั ษณะคือ

2.7.1 คุณลกั ษณะในขณะไม่มโี หลด (No load characteristic)

คุณลกั ษณะในขณะไม่มีโหลด ซ่ึงมีควำมจำเป็ นที่จะตอ้ งมีขอ้ มูล เพอื่ ใชใ้ นกำรเขียนเสน้ โคง้
ดงั รูปที่ 2.14 กระแสไฟฟ้ ำกระตุน้ ของขดลวดสนำมแม่เหล็กน้ันไดจ้ ำกแหล่งจ่ำยจำกภำยนอก ซ่ึง
ข้ึนอยู่กับแหล่งจ่ำยไฟฟ้ ำกระแสตรงท่ีสำมำรถปรับค่ำได้ต้ังแต่ศูนยข์ ้ึนไป จนถึงค่ำที่ขดลวด
สนำมแม่เหลก็ จะทนไดซ้ ่ึงสงั เกตไดจ้ ำกแอมมิเตอร์ท่ตี อ่ ยกู่ บั วงจรขดลวดสนำมแม่เหลก็

จำกสมกำรแรงเคล่ือนไฟฟ้ ำเหน่ียวนำในเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรง คือ

Eg =  ZPN V.
60 A

แตถ่ ำ้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำมีควำมเร็วคงทีแ่ ลว้ จำกสมกำรขำ้ งบนจะไดว้ ำ่

Eg = K (เมื่อ K = ZPN )
60 A

แต่   If

 Eg  If

Rf

A If G Ra V VO

E

รูปท่ี 2.14 วงจรกำรทดสอบคุณลกั ษณะในขณะไม่มีโหลดของเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงแบบ
กระตนุ้ จำกภำยนอก

วชิ าเครื่องกลไฟฟ้ า 1 รหัส 3104-2003

29
VO(V)

0 er If (A)

รูปที่ 2.15 เสน้ กรำฟคุณลกั ษณะในขณะไมม่ ีโหลดของเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงแบบกระตุน้ จำก

ภำยนอก

If คอื กระแสไฟฟ้ ำกระตนุ้ ขดลวดสนำมแม่เหลก็ เพอื่ ใหส้ นำมแม่เหลก็ เกิดข้นึ มำและอำร์
เมเจอร์หมุนตดั ผำ่ นสนำมแม่เหล็กดว้ ยควำมเร็วรอบคงที่ (N Constant)

er คอื แรงเคล่ือนไฟฟ้ ำเหนี่ยวนำที่เกิดข้ึนเม่ือ If เทำ่ กบั 0 A. กำรเกิด er เนื่องจำกสนำมแม่เหลก็
ตกคำ้ ง (Residual flux) ซ่ึงมีค่ำประมำณ 4 – 6 V. เมื่อเรำจ่ำย If เพิม่ ข้ึนแรงเคลื่อนไฟฟ้ ำเหน่ียวนำ
เอำตพ์ ตุ VO ก็จะเพม่ิ สูงข้ึนไปตำมลำดบั ตำมเสน้ กรำฟดงั รูปท่ี 2.15 เรียกวำ่ เส้นกรำฟอิ่มตวั (Saturation
curve)

กำรอ่ิมตวั (Saturation) คอื กำรเพม่ิ กระแสไฟฟ้ ำกระตุน้ ขดลวดสนำมแม่เหล็ก (If) แต่กำรเกิด
แรงเคล่ือนไฟฟ้ ำเหนี่ยวนำจะไม่เพมิ่ ข้ึนหรือเพม่ิ ข้นึ เพยี งเล็กนอ้ ยเพรำะวำ่ สนำมแม่เหล็กอิ่มตวั แลว้

2.7.2 คณุ ลกั ษณะในขณะมโี หลด (On load characteristic)

คุณลกั ษณะในขณะมีโหลดของเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงชนิดกระตุน้ ภำยนอกน้นั ให้
แรงดนั ไฟฟ้ ำขณะไม่มีโหลดสูง ในขณะที่กระแสที่ไหลในขดลวดสนำมแม่เหล็กมีค่ำคงท่ีถำ้ ไม่มีอำร์
เมเจอร์รีแอคชนั่ และแรงดนั ไฟฟ้ ำตกคร่อมอำร์เมเจอร์ ดงั น้ันแรงดนั ไฟฟ้ ำก็จะคงที่ในขณะไม่มีโหลด
ดงั รูปที่ 2.16 แต่ถำ้ เคร่ืองกำเนิดน้ันมีโหลด แรงดนั ไฟฟ้ ำจะลดลงเน่ืองจำก 2 สำเหตุคืออำร์เมเจอร์รี
แอคชนั่ และแรงดนั ไฟฟ้ ำตกคร่อมที่ควำมตำ้ นทำนของอำร์เมเจอร์

Rf A Ia A IL Ia IL
A If RL RL
G Ra VL V Ra VL V
Eg

E
รูปท่ี 2.16 วงจรขณะมีโหลดของเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงแบบกระตนุ้ จำกภำยนอก

วชิ าเคร่ืองกลไฟฟ้ า 1 รหัส 3104-2003

30

จำกรูปท่ี 2.16 สำมำรถนำเอำควำมสมั พนั ธข์ องกระแสไฟฟ้ ำ แรงดนั ไฟฟ้ ำที่โหลดและ
แรงเคลื่อนไฟฟ้ ำเหนี่ยวนำมำเขียนเป็ นสมกำรไดด้ งั ตอ่ ไปน้ี

VL = Eg – IaRa

และ Eg = VL + IaRa

เม่ือกำหนดให้ Ia = กระแสไฟฟ้ ำท่อี ำร์เมเจอร์
IL = กระแสไฟฟ้ ำทีโ่ หลด
VL = แรงดนั ไฟฟ้ ำท่โี หลด
Eg = แรงเคล่ือนไฟฟ้ ำเหน่ียวนำทีอ่ ำร์เมเจอร์
Ra =ควำมตำ้ นทำนของขดลวดที่อำร์เมเจอร์

หำกนำผลของกำรใชง้ ำนเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงชนิดกระตนุ้ จำกภำยนอกขณะมีโหลดมำ
เขยี นเป็นกรำฟแสดงคุณลกั ษณะจะไดด้ งั รูปท่ี 2.17

VL (V.) แรงเคลื่อนไฟฟ้ ำขณะไม่มีโหลด
แรงดนั ไฟฟ้ ำตกเนื่องจำกอำร์เมรีแอคชน่ั
แรงดนั ไฟฟ้ ำตกคร่อมควำมตำ้ นทำนอำร์เมเจอร์

0 Ia (A.)
รูปที่ 2.17 เสน้ โคง้ ควำมสมั พนั ธร์ ะหวำ่ งแรงดนั ไฟฟ้ ำกบั กระแสไฟฟ้ ำในอำร์เมเจอร์

วชิ าเคร่ืองกลไฟฟ้ า 1 รหัส 3104-2003

31

สรุปสาระสาคญั ของเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ ากระแสตรง
กำรกระตนุ้ ขดลวด สำมำรถแบ่งกำรกระตนุ้ ได้ 2 วธิ ีคือ
1. โดยวธิ ีกำรกระตนุ้ จำกภำยนอกหรือทีเ่ รียกอีกอยำ่ งหน่ึงวำ่ กำรกระตนุ้ แยก
2. โดยวธิ ีกำรกระตุน้ ภำยในเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงดว้ ยตนเอง

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงแบบกระตุน้ จำกภำยนอก
เป็นเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้ ำกระแสตรงทต่ี อ้ งอำศยั แหล่งจ่ำยไฟฟ้ ำกระแสตรงจำกภำยนอก เช่น แบตเตอร่ี
เป็นตน้ มำจำ่ ยใหก้ บั ขดลวดสนำมแม่เหลก็ เพอื่ ทจี่ ะสร้ำงสนำมแม่เหล็กใหเ้ กิดข้ึน เม่ือนำตน้ กำลงั มำขบั
ใหโ้ รเตอร์หรือขดลวดอำร์เมเจอร์ใหห้ มุนตดั กบั สนำมแม่เหลก็ ก็จะทำใหเ้ กิดแรงเคลื่อนไฟฟ้ ำเหน่ียวนำ
ข้ึนมำ
แรงเคล่ือนไฟฟ้ ำเหน่ียวนำทีเ่ กิดข้นึ น้ี สำมำรถควบคุมไดโ้ ดยอยกู่ บั องคป์ ระกอบ 2 ประกำรคอื
ควำมเร็วในกำรหมุนตดั สนำมแม่เหล็กและควำมเขม้ ของสนำมแม่เหล็ก ถำ้ ควำมเร็วรอบเพม่ิ เป็ น 2 เท่ำ
แรงเคล่ือนไฟฟ้ ำเหน่ียวนำท่เี กิดข้ึนกจ็ ะเพม่ิ เป็ น 2 เท่ำดว้ ย
เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำทำงำนในสภำวะไม่มีโหลดจะยงั ไม่มีกระแสจ่ำยออก จะมีเพยี งแรงดนั ไฟฟ้ ำ
เอำตพ์ ตุ เท่ำน้นั
เม่ือเครื่องกำเนิดไฟฟ้ ำทำงำนในสภำวะมีโหลดแล้วค่ำกระแสไฟฟ้ ำท่ีจ่ำยออก จะทำให้เกิด
แรงดนั ไฟฟ้ ำตกคร่อมในขดลวดอำร์เมเจอร์ ซ่ึงจะใหค้ ่ำแรงดนั ไฟฟ้ ำเอำตพ์ ตุ ลดลง

--------------------------------------------------

วชิ าเคร่ืองกลไฟฟ้ า 1 รหสั 3104-2003