โครงสร้างเครื่องกำเนิด ไฟฟ้ากระแสสลับ

หน่วยท่ี 1 แม่เหลก็ ไฟฟา้ และการเหนย่ี วนา
1.1 แม่เหล็กไฟฟ้า

ในปี ค.ศ. 1819 ฮันส์ คริสเตียน เออร์สเตด (Hans christian Oersted) นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์กได้ ทาการทดลอง
เกย่ี วกับการไหลของกระแสไฟฟ้าและพบว่า เม่ือมีกระแสไฟฟ้าไหลในตวั นาจะทาให้เกดิ สนาม แมเ่ หล็กข้ึนเสมอ

การทดลองของเออรส์ เตดทาโดยการนาเอาลวดตัวนาไฟฟ้า AB ต่อเขา้ กบั เซลลไ์ ฟฟา้ โดยใหล้ วด ตวั นาวางขนานกับ
เข็มทิศท่ีอยู่ใต้ตัวนาน้ัน ดังแสดงในรูปที่ 1.1 เม่ือจ่ายกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนาจะทาให้ เข็มทิศเกิดการเบี่ยงเบนไปจาก
แนวขนานเดิม โดยเข็มทศิ จะต้ังฉากกับลวดตวั นา AB แตเ่ ม่อื ให้กระแสไฟฟ้า ไหลกลับทาง เข็มทศิ จะเกิดการเบยี่ งเบนกลับไป
อกี ทางหนึ่ง ซ่งึ ทามุมกบั ตาแหน่งเดมิ 180 องศา และยังพบ อีกวา่ ถ้าใหล้ วดตัวนาทามุม 90 องศากบั เขม็ ทิศแลว้ เข็มทิศจะไม่
เบย่ี งเบนไปในทิศทางใด ๆ เลย

รูปท่ี 1.1 การทดลองของเออร์สเตด
เออร์สเตคยงั ได้ค้นพบอีกว่า สนามแมเ่ หล็กทเ่ี กิดข้ึนเน่อื งจากการไหลของกระแสไฟฟ้าน้ันประกอบ ไปด้วยเส้นแรง
แมเ่ หล็กจานวนหนึ่งจัดเรยี งเป็นวงรอบ ๆ ตัวนาทกี่ ระแสไฟฟ้านั้นไหลผ่าน โดยตัวนาจะเป็น จุดศนู ยก์ ลางของวงกลมเหล่าน้ัน
สนามแม่เหล็กที่เกิดข้ึนรอบๆ ตัวนาน้ี ถ้าย่ิงอยู่ห่างตัวนามาก อานาจแม่เหล็ก ก็จะยิ่งน้อย การเกิดสนามแม่เหล็กนี้สามารถ
แสดงไดด้ งั รูปท่ี 1.2

รปู ที่ 1.2 การเกิดสนามแม่เหลก็ รอบตัวนา
จากรูปที่ 1.2 เป็นการใหก้ ระแสไฟฟ้าไหลผา่ นตัวนาไฟฟ้าท่ีอยใู่ นแนวต้ังทะลุผ่านกระดาษแขง็ แล้ว นาเข็มทศิ วางไว้
บนกระดาษแขง็ ตามตาแหน่งต่าง ๆ จะสงั เกตเหน็ วา่ ทศิ ทางของเขม็ ทศิ จะหันเหเรียงตามกนั ไปเปน็ วงกลมรอบตัวนา โดยให้สี

ดาแทนด้วยข้ัวเหนือและสีขาวแทนด้วยข้ัวใต้ หรืออาจใช้ผงเหล็กโรยรอบๆ จะสังเกตเห็นว่าผงเหล็กจะจัดเรียงตัวกันเป็น
วงกลม

ความสัมพันธ์ระหว่างทิศทางของเส้นแรงแม่เหลก็ รอบๆ ตัวนากับทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้า ที่ไหลในตัวนา
สามารถหาได้โดยการใช้กฎมือขวาของเสน้ แรงแม่เหล็ก (Right hand rule for magnetic field) คือ ให้ใช้มือขวาการอบตวั
นาไฟฟ้า โดยให้น้ิวหัวแม่มือชี้ตามความยาวของตัวนา ซึ่งแทนทิศทางการไหลของ กระแสไฟฟ้า และให้น้ิวท้ังสี่ที่เหลือกา
รอบตัวนาดังแสดงในรปู ที่ 1.3 โดยนิ้วทง้ั สจ่ี ะแทนทศิ ทางของสนาม แม่เหล็กทีเ่ กิดรอบ ๆ ตัวนาน้นั

รปู ท่ี 1.3 กฎมือขวาของสนามแมเ่ หลก็

รปู ที่ 1.3 กฎมือขวาของสนามแมเ่ หล็ก (ต่อ)
การแสดงทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าไปตามความยาวของตัวนาไฟฟ้าจะใช้ลูกศร โดยกาหนด ให้ด้านท่ี
กระแสไฟฟา้ ไหลเข้าไปเป็นก้นลกู ศร ซึง่ จะแทนด้วยเครื่องหมายกากบาท (4) ส่วนดา้ นทก่ี ระแสไฟฟ้า ไหลออกซึ่งเหน็ เป็นหัว
ลูกศรจะแทนด้วยเคร่ืองหมายจุด (๑) เส้นแรงแม่เหล็กหรือสนามแม่เหลก็ ท่ีเกิดข้ึน ในขดลวดแสดงได้ดังรูปท่ี 1.4 ส่วนรูปท่ี
1.5 แสดงสนามแม่เหลก็ ที่เกดิ ขึ้นในขดลวด

รูปที่ 1.4 ทศิ ทางการไหลของกระแสไฟฟา้ และทศิ ทางของสนามแม่เหล็กรอบตวั นา

รปู ท่ี 1.5 สนามแมเ่ หลก็ ทเ่ี กดิ ขึน้ ในขดลวด
เม่ือนาตัวนาสองตัวมาวางขนานกนั และมีกระแสไฟฟ้าในตวั นาท้งั สองไหลในทศิ ทางตรงขา้ มกนั ดังแสดงในรปู ท่ี 1.6
(ก) สนามแม่เหล็กที่เกิดขึน้ รอบ ๆ ตวั นาทั้งสองสามารถหาได้จากกฎมอื ขวา โดยกระแส ไฟฟ้าท่ไี หลออกจะแสดงด้วยจุด คอื
ตัวนาด้านซ้ายมือ และตัวนาด้านขวามือที่กระแสไฟฟ้าไหลเข้าแสดงด้วยเครื่องหมายกากบาท ทิศทางของสนามแม่เหล็กท่ี
เกิดข้ึนรอบตัวนาทางดา้ นซ้ายมอื จะมที ศิ ทางทวนเขม็ นาฬิกา ส่วนตัวนาทางด้านขวามือท่ีกระแสไฟฟ้าไหลเข้า สนามแม่เหลก็ ท่ี
เกดิ ขน้ึ จะมที ิศทางตามเขม็ นาฬกิ า จะเหน็ ได้วา่ สนามแมเ่ หลก็ ที่เกดิ ข้นึ รอบตัวนาท้ังสองนั้นมีทศิ ทางไปในทางเดียวกัน ทาให้
เกิดขั้วแม่เหล็กเหมอื นกนั จึงเกดิ แรงผลกั กันขน้ึ ระหว่างตัวนาท้ังสองทีว่ างขนานกนั

(ก) ทศิ ทางการไหลของกระแสไฟฟา้ ในทศิ ทางตรงข้ามกนั ในตวั นาที่วางขนานกัน

(ข) ทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าในทศิ ทางเดยี วกนั ในตัวนาทว่ี างขนานกนั
รปู ที่ 1.6 การเกดิ สนามแม่เหล็กท่ตี ัวนาสองตวั วางขนานกนั

ถ้าตวั นาทง้ั สองทว่ี างขนานกันนั้นมกี ระแสไฟฟ้าไหลไปในทิศทางเดียวกัน โดยสมมตใิ ห้กระแส ไฟฟา้ ไหลเขา้ ดงั แสดง
ในรูปท่ี 1.6 (ข) ทิศทางของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นรอบ ๆ ตัวนาทางด้านซ้ายมือจะมี ทิศทางตามเข็มนาฬิกา และ
สนามแม่เหล็กท่ีเกิดขึ้นรอบๆ ตัวนาทางด้านขวามือก็จะมีทิศทางตามเข็มนาฬิกา ด้วยเช่นกัน ทาให้เกิดขั้วแม่เหล็กท่ีต่างกนั
เปน็ เหตใุ หเ้ กดิ แรงดดู กันข้นึ ตัวนาทัง้ สองจงึ ถูกดึงเขา้ มาใกลก้ นั
1.2 การเหนีย่ วนา

นบั ตัง้ แต่ทเี่ ออรส์ เตดไดพ้ บวา่ เม่ือมกี ระแสไฟฟ้าไหลในตัวนาจะทาให้เกดิ สนามแม่เหลก็ ข้นึ รอบๆ ตวั นาน้ัน ต่อมาได้
มีนักวิทยาศาสตร์หลายคนเริม่ ทาการค้นคว้าเพ่ือให้ได้หลักการและปรากฏการณ์ท่ีตรงข้าม กันกับเออร์สเตด จนกระทั่งในปี
ค.ศ. 1821 นักวิทยาศาสตร์ คอื ไมเคิล ฟาราเดย์ (Michael faraday) ซงึ่ เป็น นักฟิสกิ สแ์ ละเคมชี าวองั กฤษ ได้ทาการทดลอง
และคน้ พบปรากฏการณ์ของแมเ่ หลก็ ไฟฟา้ และตัง้ กฎเกณฑ์ เกี่ยวกับไฟฟ้าและแม่เหล็กตลอดจนไฟฟ้าสถิตไว้หลายอย่าง โดย
การเกดิ แรงดนั ไฟฟา้ เหนยี่ วนาในขดลวดตัวนาสามารถทดลองได้ดังนี้

1.2.1 การเกิดแรงดนั ไฟฟา้ เหน่ียวนาเมือ่ สนามแมเ่ หลก็ เคลื่อนทีต่ ดั กบั ตวั นา
เมื่อนาขดลวดตัวนาพันไว้บนฉนวนทรงกระบอก โดยให้ปลายทั้งสองของขดลวดต่อเข้ากับมิลลิโวลต์ มิเตอร์ หรือ
กัลลวานอมิเตอร์ชนิดที่ตาแหน่งศูนย์อยู่กึ่งกลาง และนาไปวางไว้ท่ีด้านหน้าของแท่งแม่เหล็กถาวร ในตาแหน่ง AB ตาม
เส้นประ ดงั แสดงในรปู ท่ี 1.7 (ก) จะเห็นว่ามสี นามแม่เหลก็ บางสว่ นสง่ ไปยังขดลวด ขณะน้เี พิ่มของกลั วานอมเิ ตอร์จะยงั ไม่เกิด
การเบ่ียงเบนแต่อย่างใด แต่ถ้าเราผลกั แท่งแมเ่ หลก็ ถาวรน้ันเข้าไป หาขดลวด คือ เคล่ือนที่จากตาแหน่ง AB ไปตาแหน่ง CD
ในขณะท่ีเราผลักแท่งแมเ่ หล็กเขา้ ไปหาขดลวดน้ัน จะทาใหเ้ ข็มของกัลวานอมิเตอรเ์ กิดการเบี่ยงเบนไปในทิศทางหนึง่ หลังจาก
นนั้ เขม็ ของกลั วานอมเิ ตอรจ์ ะกลบั ไปอย่ตู าแหน่งศูนย์ดังเดิม ในขณะที่แทง่ แมเ่ หล็กวางอยูเ่ ฉยๆ ที่ตาแหน่ง CD

(ก) เม่อื แทง่ แมเ่ หลก็ เคล่ือนทเี่ ข้าหาขดลวดตัวนา

(ข) เมอ่ื แทง่ แมเ่ หล็กเคล่ือนทอ่ี อกจากขดลวดตวั นา
รูปท่ี 1.7 การเกิดแรงดนั ไฟฟ้าเหนี่ยวนาขึ้นเมอ่ื สนามแมเ่ หล็กเคล่ือนทผ่ี า่ นขดลวดตัวนา

การทดลองในคร้ังต่อไป ถา้ ทง้ิ แมเ่ หลก็ กลบั จากตาแหนง่ CDมาอยู่ทีต่ าแหน่ง AB ทเี่ ดมิ ดังแสดงใน รปู ท่ี 1.7 (ข) จะ
สังเกตเห็นว่า เข็มของกัลวานอมิเตอรจ์ ะเกิดการเบย่ี งเบนอีกครง้ั หนึ่ง แต่มีทิศทางตรงกันข้าม กับคร้ังแรก และเมื่อหยุดการ
เคลอ่ื นที่ของแทง่ แมเ่ หลก็ ไวท้ ตี่ าแหนง่ AB เขม็ ของกลั วานอมิเตอรก์ จ็ ะกลบั ไป ทตี่ าแหนง่ ศนู ยเ์ ชน่ เดมิ

จากการทดลองทงั้ สองครั้งจะเหน็ ได้ว่า การเบ่ียงเบนของเข็มกัลวานอมเิ ตอรแ์ สดงถงึ การเกิดแรงดนั ไฟฟ้าเหน่ียวนา
ข้ึนในขดลวดตัวนา และการเหน่ียวนานี้เกิดขน้ึ เน่ืองจากการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก เทา่ นั้น ถงึ แมว้ า่ แทง่ แมเ่ หล็กถาวร
น้ันจะมีความเข้มของสนามแม่เหล็กเท่าไรก็ตาม ถ้าไม่มีการเปล่ียนแปลง ของสนามแม่เหล็ก ก็จะไม่ทาให้เกิดการเหนี่ยวนา
แรงดนั ไฟฟา้ ขึ้นในขดลวดนน้ั แต่ถ้าเพมิ่ จานวนรอบของ ขดลวดใหม้ ากขน้ึ เขม็ ของกัลวานอมเิ ตอรจ์ ะเกดิ การเบี่ยงเบนมากข้ึน
แสดงว่าเกิดแรงดนั ไฟฟา้ เหนย่ี วนา มากขนึ้ และถา้ เพมิ่ ความเร็วในการเคลอ่ื นท่ีของแทง่ แม่เหล็กหรือเพิ่มขนาดแทง่ แมเ่ หล็กให้
ใหญ่ขึ้น กจ็ ะทาให้ เกิดแรงดันไฟฟ้าเหนย่ี วนามากข้นึ ดว้ ยเชน่ กัน

การเหนยี่ วนาแรงดันไฟฟา้ ในกรณีนจี้ ึงสามารถสรปุ ไดด้ ังนี้ 1. แรงดนั ไฟฟา้ เหนี่ยวนาท่ีเกิดข้ึนจะเป็นสดั ส่วนโดยตรง
กบั จานวนรอบขดลวด

2. แรงดนั ไฟฟา้ เหนี่ยวนาท่เี กิดข้ึนจะขน้ึ อยู่กบั จานวนสนามแม่เหลก็ หรือความหนาแน่นของสนาม แม่เหลก็
3. แรงดนั ไฟฟา้ เหน่ียวนาทเ่ี กดิ ขน้ึ จะขน้ึ อยู่กบั ความเร็วในการเคลอื่ นทข่ี องสนามแมเ่ หล็กท่ีตัดกับตวั นา
1.2.2 การเกิดแรงดนั ไฟฟ้าเหนย่ี วนา เม่ือตัวนาเคลอ่ื นทตี่ ดั กบั สนามแมเ่ หล็ก
การทาใหเ้ กิดแรงดันไฟฟ้าเหนย่ี วนาข้ึนในขดลวดตัวนาสามารถทาได้อีกวิธีหนง่ึ ดังแสดงในรูปที่ 1.8 โดยการใช้ลวด
ตัวนาเคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็ก คือ นาตัวนา AB ต่อเข้ากับกัลวานอมิเตอร์ และวางไว้ใน สนามแม่เหล็ก จากนั้นเคล่ือนที่
ลวดตัวนาขึ้นทางด้านบน ในขณะท่ีกาลงั เคลื่อนที่ตัวนาอยู่นัน้ จะสังเกตเหน็ ว่าเข็มของกัลวานอมิเตอร์จะเกิดการเบ่ียงเบนไป
ในทศิ ทางหน่ึงแสดงว่ามกี ารเหนี่ยวนาแรงดันไฟฟ้าขึ้นในลวด ตัวนา และมีกระแสไฟฟ้าไหลผา่ นกลั วานอมิเตอร์ แตถ่ า้ เราหยุด
การเคล่ือนท่ขี องลวดตัวนา เขม็ ของกัลวา นอมิเตอร์จะกลบั ไปทีต่ าแหนง่ ศูนย์ตามเดิม แสดงวา่ การเหนีย่ วนาแรงดันไฟฟ้านั้น
ส้นิ สดุ ลง จากนน้ั ลอง เคลอื่ นที่ลวดตวั นาผ่านสนามแมเ่ หล็กลงดา้ นลา่ งบา้ ง จะสังเกตเหน็ ว่าเป็นของกลั วานอมเิ ตอร์จะเกิดการ
เบ่ยี ง เบนอกี คร้ังหนง่ึ แตม่ ีทิศทางตรงกนั ข้ามกับครัง้ แรกแสดงวา่ เกดิ แรงดนั ไฟฟ้าเหนีย่ วนาขึ้นใหม่อกี แต่มีทศิ ทาง ตรงกนั ขา้ ม
และถา้ เคลื่อนท่ีลวดตัวนาใหเ้ รว็ ข้นึ กวา่ เดิมก็จะทาให้เกิดแรงดนั ไฟฟ้าเหนี่ยวนาเพมิ่ มากขนึ้ หรือ ถ้าลองเปลย่ี นแทง่ แมเ่ หล็กให้
มคี วามเข้มของสนามแมเ่ หล็กมากข้นึ แล้วเคลื่อนทต่ี ัวนาด้วยความเร็วเทา่ เดมิ ก็จะทาให้เกดิ แรงดันไฟฟา้ เหนยี่ วนาเพิม่ มากขึ้น
ด้วย และถ้าสามารถเพิ่มความยาวของตัวนาในส่วนที่ตัด ผ่านสนามแม่เหล็กให้ยาวข้ึน ก็จะมีผลทาใหแ้ รงดันไฟฟ้าเหน่ียวนา
นนั้ มคี ่าสงู ขน้ึ ดว้ ยเช่นกนั แรงดนั ไฟฟา้ เหนยี่ วนาจะไม่เกดิ ขน้ึ เม่ือการเคล่ือนที่ของตวั นาเป็นแบบขนานไปกบั สนามแมเ่ หล็ก

รูปที่ 1.8 การเกิดแรงดนั ไฟฟา้ เหนยี่ วนาเม่ือตวั นาเคล่ือนท่ผี ่านสนามแม่เหล็ก

ดังน้ันจึงสรุปไดว้ า่ การเกดิ แรงดนั ไฟฟา้ เหนย่ี วนาจะขน้ึ อยู่กบั
1. ความยาวของลวดตัวนาสว่ นที่ตดั ผ่านสนามแมเ่ หล็ก
2. ความหนาแน่นของสนามแม่เหลก็
3. ความเร็วในการเคล่ือนท่ีของตวั นา
1.3) กฎของฟาราเดย์เกี่ยวกบั การเหนย่ี วนา
ฟาราเดย์ไดส้ รปุ ผลจากการทดลองออกมาเปน็ กฎของการเหน่ยี วนาไฟฟ้า 2 ขอ้ ดังนี้
กฎขอ้ ที่ 1 เมอ่ื สนามแมเ่ หล็กมีการเปลี่ยนแปลงตอ่ ตัวนา ยอ่ มทาให้เกดิ การเหน่ียวนาไฟฟ้าขึน้ ท่ี ตัวนานนั้ หรือเม่ือ
ตัวนาตดั กับสนามแม่เหล็ก จะทาให้เกดิ แรงดนั ไฟฟา้ เหน่ียวนาขึน้ ในตวั นาน้นั
กฎข้อที่ 2 ขนาดของแรงดันไฟฟา้ เหน่ยี วนาที่เกดิ ข้ึนน้ัน ย่อมเท่ากับอตั ราการเปลยี่ นแปลงของ สนามแมเ่ หลก็

ถ้าสมมติให้ขดลวดตัวนาท่ีพันไว้มีจานวน N รอบ และมีสนามแม่เหล็กก่อนการเปลยี่ นแปลงเป็น ᴓ1 เวเบอร์ และ
สนามแม่เหล็กเมื่อมีการเปล่ียนแปลงเป็น ᴓ2 เวเบอร์ โดยให้เวลาท่ีใช้ในการเปลีย่ นแปลงของ สนามแม่เหล็กเป็น dt วินาที
และทราบว่าจานวนสนามแม่เหลก็ ท่ีเหน่ียวนาน้ันมีค่าเท่ากับจานวนรอบของ ขดลวดตัวนา (N) คูณกับจานวนสนามแม่เหล็ก

(ᴓ) น่นั คือ

สนามแมเ่ หลก็ ที่ใชใ้ นการเหน่ียวนาก่อนการเปลีย่ นแปลง = Nᴓ1 โวลต์
สนามแม่เหลก็ ทใี่ ช้ในการเหนี่ยวนาเมอ่ื มีการเปลย่ี นแปลง = Nᴓ2 โวลต์
ดงั นั้น แรงดนั ไฟฟา้ เหนยี่ วนาที่เกิดขน้ึ = Nᴓ1- Nᴓ2 / dt
หรอื e = N(ᴓ1-ᴓ2) / dt

ถา้ ให้ dᴓ = ᴓ2- ᴓ1 เมื่อ ᴓ2 > ᴓ1

ดงั นัน้ e = N(dᴓ/dt) โวลต์

และ dᴓ = ᴓ1 - ᴓ2 เม่ือ ᴓ2 < ᴓ1
ตวั อยา่ งที่ 1.1 ขดลวดฟลิ คอ์ อยลข์ องเครอื่ งกาเนดิ ไฟฟ้ากระแสสลับชนดิ 4 ข้ัวแตล่ ะข้วั มี 500 รอบ ขดลวดทง้ั หมด

ต่ออนกุ รมกัน และมกี ระแสไฟฟา้ ไหลผ่านขดลวดฟิลด์คอยล์ ทาใหเ้ กดิ สนามแม่เหล็กข้ึนต่อ ขวั้ เท่ากบั 0.04 เวเบอร์ ถ้าวงจร

ฟิลค์คอยล์ถูกเปิดออกเป็นเวลา 0.05 วินาที และมีสนามแม่เหล็กตกค้างต่อข้ัว เท่ากับ 0.005 เวเบอร์ จงคานวณหา

แรงดนั ไฟฟ้าเหนีย่ วนาทีต่ กครอ่ มระหวา่ งข้ัวของขดลวดฟลิ ค์คอยล์

วิธีทา กาหนดให้

จานวนขว้ั แม่เหลก็ ของเคร่อื งกาเนิด = 4 . ขว้ั

จานวนรอบขดลวดฟลิ ดค์ อยลต์ ่อขั้ว = 500 รอบ

วงจรฟิลคค์ อยลถ์ กู เปดิ ออกเป็นเวลา (dt) = 0.05 วนิ าที

สนามแมเ่ หลก็ ตกค้าง = 0.005 เวเบอร์

จาก e = N(dᴓ/dt) โวลต์

จานวนรอบขดลวดทงั้ หมด (N) = จานวนข้ัว x จานวนรอบตอ่ ขั้ว

= 4 x 500 รอบ

จานวนรอบขดลวดทัง้ หมด = 2,000 รอบ

จานวนสนามแม่เหลก็ ท้งั หมดกอ่ นจะมกี ารเปล่ยี นแปลง (ᴓ1)
= จานวนขัว้ x สนามแม่เหลก็ ต่อข้ัว

= 4 x 0.04 เวเบอร์

นั่นคอื ᴓ1 = 0.16 เวเบอร์
จานวนสนามแม่เหล็กตกคา้ งท้งั หมด
= จานวนข้ัว x สนามแมเ่ หลก็ ตกค้างตอ่ ขวั้

= 4 x 0.005 เวเบอร์

= 0.02 เวเบอร์

ดังนน้ั จะได้สนามแมเ่ หลก็ หลงั จากทีม่ ีการเปลย่ี นแปลง (ᴓ2) เทา่ กบั 0.02 เวเบอร์

หรอื ᴓ2 = 0.02 เวเบอร์

สนามแมเ่ หลก็ ท่ีเปล่ยี นแปลง (dᴓ) = ᴓ1 - ᴓ2

= 0.16 - 0.02 โวลต์

ดังน้ัน dᴓ = 0.14 โวลต์

เมอ่ื แทนค่าจะได้ e = 2,000 x (0.14/0.05) โวลต์

e = 5,600

น่นั คือ แรงดนั ไฟฟา้ เหน่ยี วนาเท่ากบั 5,600 โวลต์ ตอบ

1.4 กฎมอื ขวาของเฟลมมิง (Flemming’s right hand rule)

ทิศทางของแรงดนั ไฟฟ้าและกระแสไฟฟา้ เหนย่ี วนาทีเ่ กิดข้ึนในตวั นา ทิศทางของสนามแมเ่ หล็ก ทศิ ทางการเคลอ่ื นที่

ของตัวนาสามารถหาได้โดยการใช้กฎมือขวาของเฟลมมิง ดังแสดงในรูปที่ 1.9 ทาได้โดย กางนิ้วหัวแม่มือ น้ิวชี้ และนิ้วกลาง

ของมือขวาให้ตั้งฉากซึ่งกันและกัน โดยท่ีน้ิวช้ีแสดงทิศทางของสนาม แม่เหล็กท่ีพุ่งจากข้ัวเหนือไปยังขั้วใต้ ส่วนน้ิวกลางจะ

แสดงทศิ ทางกระแสไฟฟา้ ท่ีไหลในตัวนาน้ัน

รปู ท่ี 1.9 การใชก้ ฎมอื ขวาของเฟลมมิง (สาหรับเครอ่ื งกาเนิดไฟฟ้า)
1.5 กฎของเลนส์ (Lenz's law)

ทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้า นอกจากจะหาได้โดยใชก้ ฎมือขวาของเฟลมมงิ แล้ว ยงั สามารถใช้ กฎของเลนซ์ได้
อกี ด้วย โดยการแบมอื ขวาดงั แสดงในรปู ที่ 1.10 แล้วให้ทิศทางของสนามเหลก็ พงุ่ เข้าหาดา้ น หน้าของฝา่ มือ นิ้วท้ังส่ีจะแสดง
ทิศทางของแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าเหน่ียวนาส่วนน้ิวหัวแม่มือแสดง ทิศทางการเคล่ือนท่ีของตัวนา กฎของเลนซ์ถูก
ค้นพบในปี ค.ศ. 1835

รปู ท่ี 1.10 การหาทิศทางของกระแสไฟฟา้ โดยใช้กฎของเลนซ์
นอกจากน้ียังค้นพบว่า กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเน่ืองจากการเหนี่ยวนาของแม่เหล็กไฟฟ้าย่อมไหล สวนทางกับ
กระแสไฟฟา้ ท่ที าให้เกิดอานาจแม่เหล็กนั้น ถา้ พิจารณาจากรปู ที่ 1.7 (ก) ในขณะทีเ่ ราผลกั ขว้ั เหนอื ของแท่งแม่เหลก็ เข้าไปใน
ขดลวด ในเวลาเดียวกนั กระแสไฟฟ้าท่ีเกดิ ขึ้นในขดลวดเน่ืองจากการเหน่ียวนากจ็ ะ สร้างข้ัวเหนอื ข้นึ ในทิศทางท่ีเราพยายาม

ผลักเข้าไป ทาให้เราผลักข้ัวเหนือเข้าไปในขดลวดได้ยากมาก ส่วน รูปท่ี 1.7 (ข) ขณะที่เราดึงข้ัวเหนือออกจากขดลวด
กระแสไฟฟ้าที่เกดิ ข้นึ เนื่องจากการเหนย่ี วนาในขดลวดก็ จะสรา้ งข้วั ใตข้ ึน้ ในทศิ ทางที่เราดึงเอาขั้วเหนือออกมา นั่นหมายความ
ว่า ถึงเราจะพยายามผลักก็จะไม่เข้า หรือ พยายามดึงก็จะไม่ออก จากผลการทดลองนี้แสดงว่าพลังงานกลที่เราพยายาม
ป้อนเข้าไปได้เปล่ียนเป็นพลงั งาน ไฟฟา้ ดงั นั้น กฎของเลนซ์จึงเปรียบเสมือนกฎของการเปลี่ยนพลังงานและพลงั งานก็จะมีทิศ
ทางดา้ นกันเสมอ หรอื ปฏิกิรยิ าทเ่ี กดิ ข้นึ เนือ่ งจากผลของกระแสไฟฟ้าท่ไี หลน้ันจะมีทิศทางต้านกับพลังงานทพี่ ยายามกระทาให้
เกิดกระแสไฟฟา้ น้ัน และค่าของพลังงานท่เี กดิ ขึ้นจะเทา่ กัน ซ่งึ เป็นไปตามกฎเก่ียวกบั การเคลื่อนท่ีของนิวตัน คอื กิรยิ าเทา่ กับ
ปฏกิ ิริยา (Action = Reaction)
1.6 กฎของแมกซเ์ วลล์ (Maxwel's corkscrew rule)

ทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าในตัวนา และทิศทางการเคลือ่ นทีข่ องสนามแม่เหลก็ รอบตัวนาน้ัน มีความสัมพันธ์
ซึ่งกันและกัน แมกซ์เวลล์จึงได้คิดค้นการใช้สกรูเกลียวปกติซ่ึงเป็นชนิดเกลียวขวา โดยกา หนด ให้ปลายของสกรูแทนทิศ
ทางการไหลของกระแสไฟฟ้า สว่ นทิศทางการหมนุ ของสกรเู ข้าไปในเน้ือไม้ ซ่ึง เปน็ การหมนุ ในทิศทางตามเข็มนาฬกิ าจะแทน
ดว้ ยทิศทางของสนามแมเ่ หล็กทีเ่ กิดขึ้นรอบ ๆ ตัวนา ดงั แสดง ในรปู ที่ 1.11

รูปที่ 1.11 การหาทศิ ทางของสนามแมเ่ หล็กโดยใชก้ ฎของแมกซเ์ วลล์

1.7 การเหนี่ยวนาแรงดนั ไฟฟ้า
แรงดนั ไฟฟ้าเหนีย่ วนา (e.m.f.) ทีเ่ กดิ ขนึ้ ในตัวนามี 2 กรณี คือ
1. การเหนยี่ วนาแบบพลวตั (Dynamically induced)
2. การเหนย่ี วนาแบบสถติ (Statically induced)
1.7.1 การเหนี่ยวนาแบบพลวตั (Dynamically induced)
การเหน่ียวนาแบบพลวัต คือ สนามแม่เหลก็ อยู่นิ่ง ๆ แต่ตัวนาจะเคลอ่ื นที่ตัดผา่ นสนามแม่เหล็ก เช่น เคร่ืองกาเนิด

ไฟฟ้ากระแสตรงทว่ั ไปทีใ่ ช้ขดลวดอารเ์ มเจอร์เคล่อื นท่ีตัดผ่านสนามแม่เหล็ก จากรูปที่ 1.12 (ก) ถา้ ให้ A เป็นตัวนาท่ีวางอยู่ใน
สนามแม่เหล็กท่ีมีความหนาแน่น B เวเบอร์ต่อตารางเมตร และตามแนว ลูกศรของตัวนา A แสดงทิศทางการเคล่ือนท่ีติดตั้ง
ฉากกับสนามแม่เหล็ก สมมติให้ ɻ เป็นความยาวของตัวนา A และเคล่ือนที่ไปได้ระยะทาง dx เมตร ในเวลา 1 วินาที ดังน้ัน
พื้นที่ท่ีตัวนากวาด (ตัด) ผ่านไปจะมีค่า ɻdx ตารางเมตร แต่ในหนึ่งตารางเมตรมีสนามแม่เหล็ก B เวเบอร์ ดังน้ัน
สนามแมเ่ หล็กท่ตี ัวนาเคลือ่ นทตี่ ัดจึงเทา่ กบั ɻdx X B เวเบอร์

สนามแมเ่ หลก็ ท่มี ีการเปลี่ยนแปลง = B ɻdx เวเบอร์

เวลาท่ใี ชใ้ นขณะสนามแม่เหลก็ เปลย่ี นแปลง = dt วนิ าที

จากกฎของฟาราเดย์ที่วา่ เม่อื สนามแม่เหล็กมีการเปล่ียนแปลงตอ่ ตัวนายอ่ มทาใหเ้ กิดการเหน่ียวนา ขึน้ ในตัวนานั้น

ซ่ึงเป็นการเหน่ียวนาแบบพลวัต มีค่าเท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กที่มีการ เหนี่ยวนาต่อเวลา เขียนเป็น

สมการได้ดงั นี้

แรงดนั ไฟฟ้าเหนีย่ วนา = Bɻdx / dt โวลต์

= Bɻ (dx / dt) โวลต์

แต่ dx / dt คอื อัตราการเปล่ยี นแปลงของระยะทางตอ่ เวลา ซึง่ ก็คอื ความเร็วเขียนแทนดว้ ย v (Velocity)

ดงั นนั้ จะได้แรงดันไฟฟา้ เหน่ียวนา = Bɻv โวลต์

หรือ e = Bɻv โวลต์

(ก) ตัวนาเคลื่อนที่ต้ังฉากกบั สนามแม่เหลก็ (ข) ตวั นาเคล่อื นทที่ ามุมนอ้ ยกวา่ 90 องศากบั สนามแมเ่ หลก็
รูปท่ี 1.12 การเคลือ่ นทข่ี องตวั นา

แตถ่ ้าตัวนา A เคลอื่ นทไ่ี ม่เป็นมมุ ฉากกับสนามแม่เหล็ก การเหนยี่ วนาแรงดนั ไฟฟา้ ท่เี กดิ ข้ึนก็ย่อม ไมเ่ ปน็ ไปตามสูตร
ดงั กล่าวข้างตน้ สมมตใิ ห้ตัวนา A เคลอ่ื นท่ีเป็นมุม 6 กบั สนามแม่เหล็กดงั แสดงในรูปท่ี 1.12 (ข) จะได้ความเร็วในการเคลื่อนที่
ของตวั นา โดยการแตกความเรว็ ใหไ้ ปตง้ั ฉากกับสนามแมเ่ หลก็ จะได้เปน็ vSinθ

ดงั น้นั แรงดนั ไฟฟา้ เหน่ยี วนา = BɻvSinθ โวลต์
เม่อื e = แรงดันไฟฟ้าเหน่ียวนาท่เี กิดข้ึนในตัวนา ; โวลต์ (V)

B = ความหนาแน่นของสนามแมเ่ หล็ก,เวเบอร์ต่อตารางเมตร (Wb/m2)
ɻ = ความยาวของตวั นาส่วนทต่ี ัดผ่านสนามแมเ่ หล็ก ; เมตร (m)
v = ความเร็วในการเคลือ่ นท่ขี องตวั นา ; เมตรต่อวนิ าที (m/sac)
θ = มมุ ทีต่ วั นาเคล่อื นทีก่ ระทากบั สนามแม่เหล็ก ; องศา (°)
1.7.2 การเหนยี่ วนาแบบสถิต (Statically induced) การเหนี่ยวนาแรงดนั ไฟฟา้ ดว้ ยวิธนี แี้ บ่งออกเป็น 2 กรณี คือ
1. การเหนย่ี วนาร่วม (Mutually induced e.m.f.)
การทดลองที่ 1 ถ้านาตัวนา A และ B มาวางไว้ใกล้กัน แต่ไม่สัมผัสกัน โดยตัวนา A ต่อเข้ากับแหล่ง จ่ายไฟฟ้า
กระแสตรงโดยมสี วติ ช์ S ท่สี ามารถปิด-เปิดไดต้ ามความตอ้ งการ สว่ นตวั นา B ต่อเขา้ กับกัลวานอมิเตอร์ ดังแสดงในรูปที่ 1.13

รูปท่ี 1.13 วงจรแสดงการเหนีย่ วนารว่ ม

ในการทดลอง ไม่ว่าเราจะปิดหรือเปิดสวิตช์ S ก็ตาม ในขณะที่สับสวิตช์เข้าและเปิดสวิตช์ออกนั้น จะสังเกตเห็นว่าเข็มของ
กลั ลวานอมิเตอรเ์ กดิ การเบีย่ งเบนทุกครั้งซงึ่ การเบี่ยงเบนของเข็มกัลวานอมเิ ตอร์หมายถงึ เกิดการเหนย่ี วนาขึ้นในตวั นา B และ
เป็นการเหนีย่ วนาแรงดนั ไฟฟา้ แบบเหน่ียวนารว่ ม เนื่องจากการ เปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กทไ่ี ปเหนีย่ วนากบั ตัวนา B โดย
ขณะท่เี ราสบั สวติ ช์เข้าไปเพื่อใหม้ ีกระแสไฟฟา้ ไหลผา่ นตัวนา A ทต่ี วั นา A จะเกิดสนามแม่เหล็กข้ึนรอบ ๆ ตวั นา A ดังแสดง
ในรปู ที่ 1.14 และมีสนาม แม่เหลก็ บางส่วนไปตัดกับตัวนา B ทาให้ตวั นา B เกิดแรงดันไฟฟ้าเหนยี่ วนาข้ึน แตถ่ ้าตวั นาทั้งสอง
วางห่าง กันมาก การเหนี่ยวนาที่เกดิ ข้ึนกจ็ ะน้อย ในทางตรงกันข้าม ถา้ ตัวนาท้งั สองวางไว้ใกลก้ ัน การเหนี่ยวนาก็จะ มากข้ึน
ด้วย ซ่งึ สามารถสังเกตไดจ้ ากเขม็ ของกัลวานอมเิ ตอร์จะเบี่ยงเบนมากข้นึ

รปู ที่ 1.14 การเกิดสนามแมเ่ หลก็ ข้ึนรอบๆ ตัวนา A

ในขณะท่ีเราเปิดสวิตช์ออก จะสังเกตเห็นว่าเข็มของกัลวานอมิเตอร์จะเกิดการเบี่ยงเบนอีกคร้ังหน่ึง แต่มีทิศทาง
ตรงกันข้ามกับครง้ั แรก แสดงว่าเกดิ การเหน่ยี วนาแรงดันไฟฟา้ ทีต่ วั นา B อกี ครง้ั หนึง่ แต่ทศิ ทาง ของแรงดนั ไฟฟ้าเหนย่ี วนาน้ัน
ตรงกันขา้ มกับครง้ั แรก
จากการทดลองจึงพอสรุปไดด้ งั นี้

(1) แรงดันไฟฟา้ เหน่ยี วนาทีเ่ กิดข้ึนบนตัวนา B จะเกดิ ขึน้ เฉพาะในขณะที่สับสวิตชเ์ ข้าไป หรอื เปิดสวิตช์ออกเท่าน้ัน
ซึ่งจะสังเกตไดจ้ ากการเบย่ี งเบนของเขม็ กลั วานอมิเตอร์

(2) แรงดนั ไฟฟา้ เหน่ยี วนาจะไมเ่ กดิ ข้นึ บนตวั นา B ถา้ กระแสไฟฟา้ ทไ่ี หลผา่ นตวั นา A มคี ่าคงท่ี ตลอดเวลา
(3) ทิศทางของแรงดนั ไฟฟ้าเหน่ยี วนาท่ีเกิดขน้ึ บนตัวนา B จะตรงข้ามกบั แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนา บนตัวนา A

การทดลองที่ 2 ถา้ นาขดลวดตัวนาชุด A และ B ดังแสดงในรูปท่ี 1.15 โดยใหข้ ดลวดตัวนาชุด 4 มจี านวนรอบเป็น
N1 ส่วนขดลวดตวั นาชุด B มจี านวนรอบเป็น N2 นาขดลวดตวั นาชุด A ตอ่ เขา้ กบั ความ ต้านทานชนิดปรบั ค่าไดแ้ ละแหล่งจ่าย
ไฟฟ้ากระแสตรง โดยมสี วิตช์ s เปน็ ตัวควบคุม สว่ นขดลวดตัวนาชุด B ต่อเข้ากบั กัลวานอมิเตอร์ เม่อื สบั สวติ ช์ S เข้าไป จะทา
ให้มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดตัวนาชุด A ในขณะ เดียวกันก็จะเกิดสนามแม่เหล็กขึ้นในขดลวดตัวนาชุด A และมี
สนามแม่เหล็กบางส่วนผ่านไปตัดกับขดลวด ตัวนาชุด B ที่วางอยู่ใกล้กันนั้น ในขณะท่ีเราสับสวิตช์เข้า จะทาให้เกิดการ
เปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหลก็ ท่ี ขดลวดตัวนาชดุ A ไปเหนี่ยวนากับขดลวดชุด B ขดลวดชดุ B ก็จะเกดิ การเปลยี่ นแปลงด้วย
ดังนนั้ จะเกิดการ เหนยี่ วนาทาให้เกดิ แรงดันไฟฟ้าเหน่ียวนาขึน้ ทข่ี ดลวดตัวนาชุด B ซงึ่ สังเกตไดจ้ ากการเบี่ยงเบนของเข็มกัลล
วานอมิเตอร์ ขนาดของแรงดันไฟฟ้าเหน่ียวนาท่ีเกิดข้ึนนั้นหาได้โดยการใช้กฎของฟาราเดย์ ส่วนทิศทาง ของแรงดันไฟฟ้า
เหนย่ี วนาหาไดจ้ ากกฎของเลนซ์

รปู ที่ 1.15 การทดลองเหน่ียวนาร่วมของขดลวดตัวนาเมื่อจา่ ยไฟใหก้ บั ขดลวดชุด A
แต่ถ้าเราปลดแหล่งจา่ ยไฟฟ้ากระแสตรงออกจากขดลวดชดุ A และนาไปต่อเข้ากับขดลวดตัวนาชุด B ดังแสดงในรูปท่ี 1.16
และให้ทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าเป็นเช่นเดียวกับกระแสไฟฟ้าที่ไหลในขดลวด ตัวนาชุด A ในขณะท่ีเราสับสวิตช์ให้
ขดลวดตัวนาชุด B ตอ่ วงจร จะทาให้เกิดการเหน่ียวนาร่วมพ้ืนที่ขดลวด ตวั นาชดุ A ซงึ่ จะมีทศิ ทางเชน่ เดียวกับเมื่อขดลวดชุด
A ต่ออยู่กับแหลง่ จ่ายไฟฟ้ากระแสตรง ปรากฏการณท์ ่ี เกิดข้ึนน้ีเป็นการเหน่ียวนาในขดลวดชุดหนึ่งที่เกิดขึ้นจากอิทธิพลของ
สนามแม่เหลก็ ของขดลวดอีกชุดหน่ึง การเหน่ียวนาแบบน้ี เรียกวา่ “การเหน่ยี วนารว่ ม”

รูปที่ 1.16 การทดลองเหนี่ยวนารว่ มของขดลวดตัวนาเมื่อจ่ายไฟฟา้ ใหก้ ับขดลวดชดุ B
2. การเหนีย่ วนาตวั เอง (Self induced e.m.f.) การเหนี่ยวนาเช่นน้ีจะเกิดข้นึ ภายในขดลวดเอง ซึง่ เกิดจากการ
เปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กที่เหน่ียวนาตัวเองเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวด ดังแสดงใน รูปท่ี 1.17 และถ้า
กระแสไฟฟ้าน้ีมีการเปลี่ยนแปลงก็จะมีผลทาให้สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นเกิดการเปล่ียนแปลง ด้วย สนามแม่เหล็กที่เกิดการ

เปล่ยี นแปลงนี้จะตัดกับขดลวดของมันเอง ทาให้เกดิ แรงดนั ไฟฟ้าเหน่ียวนาใน ขดลวดตวั นานั้น เรียกการเหนยี่ วนานี้ว่า “การ
เหนี่ยวนาตวั เอง”

รปู ท่ี 1.17 การเหนยี่ วนาตัวเอง

ทิศทางของแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนาที่เกิดขึ้นในขดลวดตัวนาหาได้โดยใช้กฎของเลนซ์ ทิศทางของ แรงดันไฟฟ้า

เหน่ยี วนาที่เกิดขึ้นนจ้ี ะมีทิศทางตรงกันข้าม หรือต้านกันกบั แรงดันไฟฟา้ ที่จา่ ยให้กับขดลวดนั้น เราเรยี กการเกิดแรงดันไฟฟ้า

เหน่ียวนาในตัวเองนี้ว่า “การเหน่ียวนาต่อต้าน หรือการเหน่ียวนาต้านกลับ(Counter e.m.f. or Opposing e.m.f. of self

induction)"

ตัวอย่างท่ี 1.2 ลวดตัวนายาว 80 เซนติเมตร เคล่ือนท่ีตัดกับสนามแม่เหล็กท่ีมคี วามหนาแน่น 50 มิลลิเวเบอร์ต่อ

ตารางเมตร ตัวนาเคล่ือนท่ดี ้วยความเรว็ 120 เมตรต่อวินาที จงคานวณหา แรงดนั ไฟฟา้ เหน่ียวนาที่เกดิ ขึ้นในตัวนาเมอื่

ก. ตัวนาเคลื่อนที่ทามุม 90 องศากับสนามแมเ่ หล็ก

ข. ตวั นาเคลื่อนท่ที ามุม 30 องศากับสนามแม่เหลก็

วิธที า กาหนดให้ ความยาวของลวดตัวนา = 80 เซนติเมตร

= 80 x 10-2 เมตร

ความหนาแนน่ ของสนามแม่เหลก็ (B) = 50 เวเบอร์ต่อตารางเมตร

= 50 x 10-3 มลิ ลเิ วเบอร์ต่อตารางเมตร

ความเร็วในการเคลื่อนท่ขี องตัวนา = 120 เมตรตอ่ วินาที

จากข้อมลู ท่กี าหนดให้ สามารถเขยี นรปู ประกอบการพิจารณาได้ดงั นี้

ก. ตวั นาเคล่อื นที่ทามุม 90 องศากบั สนามแมเ่ หลก็ θ = 90
น่ันคือ e = BɻvSinθ โวลต์

แทนคา่ e = 50 x 10-3 x 80 x 10-2 x 120 x Sin90°

e = 50 x 10-3 x 80 x 10-2 x 120 x 1

= 4.8 โวลต์

ดังนน้ั แรงดนั ไฟฟ้าเหนยี่ วนาท่เี กดิ ขนึ้ เทา่ กบั 4.8 โวลต์ ตอบ

ข. ตวั นาเคลื่อนทท่ี ามุม 360 องศากับสนามแมเ่ หลก็

นั่นคือ θ = 30

จาก e = BɻvSinθ โวลต์

e = 50 x 10-3 x 80 x 10-2 x 120 x Sin30°

e = 50 x 10-3 x 80 x 10-2 x 120 x 0.5

= 2.4 โวลต์

ดงั น้ัน แรงดนั ไฟฟ้าเหนย่ี วนาทเี่ กดิ ข้ึนเท่ากบั 2.4 โวลต์ ตอบ

ตัวอย่างที่ 1.3 เคร่อื งกาเนดิ ไฟฟ้ากระแสสลบั ชนดิ 4 ขัว้ มีสนามแมเ่ หลก็ ต่อขว้ั 20 มิลลเิ วเบอร์ ถ้าอารเ์ มเจอรห์ มุน

ด้วยความเร็วรอบ 1,500 รอบต่อนาที จงคานวณหา แรงดันไฟฟ้าเหน่ียวนาที่เกิดขึ้นใน ขดลวดตัวนาที่มีจานวนรอบ 2 รอบ

วธิ ีทา กาหนดให้ จานวนข้วั แมเ่ หลก็ = 4 ข้ัว

สนามแมเ่ หล็กตอ่ ข้วั = 20 มิลลเิ วเบอร์

= 20 x 10-3 เวเบอร์

ความเรว็ รอบในการหมุน = 1,500 รอบตอ่ นาที

จะเห็นวา่ ตวั นาแต่ละตัวเคล่อื นท่ตี ัดผา่ นขั้วแมเ่ หล็กท้งั 4 ขัว้ โดยในขณะทผ่ี า่ นขว้ั ใดขัว้ หน่ึง ไมว่ า่ ขวั้ เหนือหรอื ข้ัวใต้

ก็จะเกดิ แรงดนั ไฟฟ้าเหน่ียวนาขึ้นในตวั นา

ดงั นนั้ เม่อื ตัวนาเคล่ือนที่ 1 รอบ จะตดั กับสนามแม่เหลก็

= จานวนขัว้ แม่เหล็ก x สนามแม่เหลก็ ตอ่ ข้วั

= 4x 20 x 10-3 เวเบอร์

จานวนสนามแมเ่ หล็กท้ังหมด = 80 x 10-3 เวเบอร์

แต่ความเร็วรอบของอารเ์ มเจอร์ =1,500 รอบตอ่ นาที

ดงั นน้ั อารเ์ มเจอรห์ มุน 1 รอบ จะใช้เวลา = 1,500/60 = 25 รอบตอ่ วนิ าที

จาก e = N(dᴓ/dt) โวลต์

เมือ่ N = 2 รอบ

dᴓ = 80 x 10-3 เวเบอร์

dt = 0.04 วนิ าที

แทนคา่ e = 2 x (80 x 10-3/0.04)

e=4

ดงั นัน้ แรงดนั ไฟฟา้ เหนี่ยวนาทเ่ี กิดขนึ้ เทา่ กบั 4 โวลต์ ตอบ

แบบฝึกหดั บทที่ 1
1. เออรส์ เตคได้ทาการทดลองเพือ่ หาส่ิงใด จงอธิบาย
2. ความสัมพันธ์ระหว่างทิศทางของสนามแม่เหล็กรอบ ๆ ตัวนา กับทิศทางการไหลของกระแส ไฟฟ้าในตัวนา

สามารถหาได้อย่างไร จงอธบิ าย
3. การเกิดแรงดันไฟฟ้าเหนย่ี วนาเม่อื สนามแมเ่ หล็กเคลอื่ นที่ตัดกับตัวนาข้ึนกบั อะไรบา้ ง
4. การเกดิ แรงดันไฟฟ้าเหน่ยี วนาเม่ือตวั นาเคล่อื นทต่ี ดั ผา่ นสนามแม่เหล็กขึ้นกับอะไรบ้าง
5. กฎของฟาราเดย์เก่ยี วกบั การเหนี่ยวนากล่าวไวอ้ ยา่ งไรบา้ ง
6. กฎมอื ขวาของเฟลมมิงคืออะไร จงอธบิ าย
7. กฎของเลนซ์คืออะไร จงอธิบาย
8. กฎของแมกซเ์ วลล์คืออะไร จงอธบิ าย
9. ขดลวดตัวนาจานวน 800 รอบ เคลื่อนท่ีผ่านสนามแม่เหล็กจาก 0.4 ถึง 4 มิลลิเวเบอร์ เป็นเวลา 0.5 วินาทีจง

คานวณหา แรงดนั ไฟฟา้ เหนย่ี วนาทีเ่ กดิ ข้นึ ในตวั นาน้ัน (5.76 โวลต)์ e=N(Φ2- Φ1) /dt
10. เมอ่ื ตวั นาเคลื่อนทตี่ ัดผ่านสนามแมเ่ หล็กจาก 0.2 ถึง 15 มลิ ลเิ วเบอร์ เป็นเวลา 0.5 วนิ าที ทาใหเ้ กิดแรงดนั ไฟฟ้า

เหน่ียวนาขึ้นในตวั นาเท่ากบั 25 โวลต์ จงคานวณหา จานวนรอบของขดลวดตวั นา (845 รอบ) ɻ=e/Bvsineθ
11. ลวดตัวนายาว 50 เซนติเมตร เคล่ือนที่ทามุม 45 องศากับสนามแม่เหล็กท่ีมีความหนาแน่น 0.5 เวเบอร์ต่อ

ตารางเมตร ด้วยความเร็ว 400 เมตรต่อวินาที จงคานวณหา แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนาที่เกิดขึ้นใน ขดลวดตัวนา (70.7โวลต์)

e = Bɻvsineθ
12. ลวดตัวนาเคลื่อนท่ีทามุม 60 องศากับสนามแม่เหล็กท่ีมีความหนาแน่น 3 เวเบอร์ต่อตารางเมตร โดยเคล่ือนท่ี

ดว้ ยความเร็ว 200 เมตรต่อวินาที เกิดแรงดนั ไฟฟา้ เหนีย่ วนาข้ึนในลวดตัวนา 250 โวลด์ จงคานวณ หา ความยาวของขดลวด

ตัวนา (48 เซนตเิ มตร) ɻ=e/B/v/sineθ หรอื ɻ=e/Bvsineθ
13. ลวดตัวนายาว 75 เซนติเมตร เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 150 เมตรต่อวินาที ทามุมกับสนามแม่เหล็ก 36.9 องศา

และเกิดแรงดนั ไฟฟ้าเหนยี่ วนาขึ้น 160 โวลต์ จงคานวณหา ความหนาแนน่ ของสนามแมเ่ หล็ก (2.37 เวเบอรต์ ่อตารางเมตร)

หนว่ ยท่ี 2 โครงสรา้ งเครอื่ งกาเนิดไฟฟา้ กระแสสับ
เคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ บางคร้ังอาจเรียกว่า “เครื่องกาเนิดไฟฟ้าซิงโครนัส (Synchronus generator)”
โครงสรา้ งจะเหมือนกับซงิ โครนัสมอเตอร์ (Synchronous motor) หรือมอเตอร์ซิงโครนัส โดย จะมีข้ัวแม่เหล็กที่ถูกกระตุ้น
ดว้ ยไฟฟา้ กระแสตรง
2.1 ลกั ษณะของเครอื่ งกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ
เครื่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับจะมีการออกแบบในลักษณะต่าง ๆ เพื่อให้เหมาะสมกับสถานท่ีและ ลักษณะการ
นาไปใช้งาน เครื่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับอาจใช้ขดลวดอาร์เมเจอร์เป็นส่วนหมุนตัดกับสนาม แม่เหล็กส่วนที่อยู่กับที่
เช่นเดียวกับเครื่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรงก็ได้ หรืออาจใช้เป็นแบบขดลวดอาร์เมเจอร์ เป็นส่วนท่ีอยู่กับที่ แล้วใช้
สนามแมเ่ หล็กเป็นสว่ นหมนุ ตัดกับตัวนาของขดลวดอารเ์ มเจอร์กไ็ ด้ แตส่ าหรบั เคร่ืองกาเนดิ ไฟฟา้ กระแสสลบั ขนาดใหญ่น้ันจะ
ใช้สนามแมเ่ หลก็ เป็นส่วนหมุน โดยขดลวดอาร์เมเจอร์เปน็ สว่ นที่อยกู่ ับท่ี ซ่ึงมลี กั ษณะดังน้ี
1. เม่ือเครื่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับจ่ายโหลกมาก ๆ กระแสไฟฟ้าท่ีจ่ายออกไปยังโหลดที่ไม่ ต้องผ่านสลิปริงจะ
จ่ายออกจากขดลวดอารเ์ มเจอร์ ซ่งึ เปน็ สว่ นทอี่ ยู่กบั ที่โดยตรง ดงั นั้นจงึ ลดปัญหาการเกดิ ประกายไฟทหี่ นา้ สมั ผสั ระหวา่ งแปรง
ถา่ นกับสลปิ รงิ ทาให้ไม่มปี ระกายไฟเกิดข้ึนเลย
2. ขดลวดสนามแม่เหลก็ ซงึ่ เป็นสว่ นท่ีหมนุ จะต้องได้รบั การจา่ ยไฟฟา้ กระแสตรงใหข้ ดลวด ซ่งึ ไฟฟา้ กระแสตรงทีจ่ ่าย
ใหน้ ัน้ จะมปี รมิ าณกระแสไฟฟ้าตา่ เพราะขดลวดสนามแม่เหลก็ น้ันมขี นาดพ้นื ที่ หน้าตัดน้อยกวา่ ขดลวดอารเ์ มเจอร์มาก ปญั หา
ทเ่ี กิดจากประกายไฟจงึ ไมเ่ กดิ ขึ้น ถงึ แมว้ ่าแรงดันไฟฟา้ กระแส ตรงท่จี า่ ยใหก้ บั ขดลวดสนามแม่เหล็กจะมีค่าประมาณ 50-250
โวลตก์ ต็ าม
3. เครื่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับสามารถผลิตแรงดันไฟฟ้าได้สงู ถึง 30 กิโลโวลต์แต่กระแสไฟฟ้า ที่จ่ายไปยังโหลด
ไมต่ อ้ งผ่านสลปิ รงิ จึงสามารถจา่ ยแรงดนั ไฟฟา้ สงู ๆ ได้
ลกั ษณะโครงสร้างเครอ่ื งกาเนดิ ไฟฟ้ากระแสสลบั แบบอารเ์ มเจอร์เป็นสว่ นหมนุ หรืออาร์เมเจอร์ เปน็ ส่วนทอ่ี ยูก่ บั ที่ แสดงดงั รปู
ท่ี 2.1, 22, 23, 24, 2.5, 2.6, 2.7

รูปที่ 2.1 เครอื่ งกาเนิดไฟฟ้าทวั่ ไป

รูปที่ 2.2 เครอ่ื งกาเนดิ ไฟฟา้ ที่ใช้เครื่องยนตด์ เี ซลเป็นตวั ขบั
รปู ท่ี 2.3 เครอ่ื งกาเนิดไฟฟา้ ท่ีใช้เครือ่ งยนต์ดเี ซลเปน็ ตัวขบั ทสี่ ามารถเกลอ่ื นยา้ ยได้

รูปที่ 2.4 เครื่องกาเนดิ ไฟฟ้าทีใ่ ชเ้ ครือ่ งยนต์เบนซินเปน็ ตัวขับ
รูปท่ี 2.5 เครอื่ งกาเนดิ ไฟฟ้าขนาดใหญ่ตามโรงไฟฟา้ ตา่ งๆ

รปู ท่ี 2.6 เครื่องกาเนิดไฟฟ้าพลงั งานลม

รูปท่ี 2.7 เคร่ืองกาเนิดไฟฟา้ ในรถยนต์
2.2 โครงสรา้ งของเครอื่ งกาเนิดไฟฟา้ กระแสสลับ
เครื่องกาเนดิ ไฟฟา้ กระแสสลบั แบง่ ออกเปน็ 2 แบบ คือ

1. แบบขดลวดอาร์เมเจอร์เป็นตัวหมุน ขดลวดสนามแม่เหล็กอยู่กับที่ (Rotating armature stationary field
type)

2. แบบขดลวดอาร์เมเจอรอ์ ย่กู บั ท่ี ขดลวดสนามแม่เหล็กเป็นตัวหมนุ (Stationary armature rotating field type)
2.2.1 แบบขดลวดอาร์เมเจอร์เปน็ ตวั หมนุ ขดลวดสนามแมเ่ หลก็ อยกู่ ับที่
เคร่อื งกาเนิดไฟฟา้ กระแสสลับแบบนี้มีโครงสรา้ งท่ปี ระกอบด้วยสว่ นใหญ่ ๆ 2 ส่วน คือ
1. สว่ นที่อยู่กับท่ี (Stationary part) ประกอบดว้ ย

(1) เปลือกหรือโครง (Frame or Yoke) ทามาจากเหล็กหล่อหรือสารแม่เหล็ก ทาหน้าที่ยึด ขั้วแม่เหล็กและ
ส่วนประกอบท้งั หมดเปลือกหรอื โครงแสดงดงั รูปท่ี 2.8

รปู ที่ 2.8 เปลือกหรอื โครง
(2) ข้ัวแม่เหล็ก (Pole shoes) ทาจากแผ่นเหล็กบาง ๆ (Laminated sheet steel) อัดซ้อน เข้าด้วยกัน โดยแต่
ละแผ่นจะเคลอื บไว้ดว้ ยฉนวน ขวั้ แม่เหล็กนี้จะยืน่ ออกมาจากโครง และยดึ เขา้ กบั โครงดว้ ย สกรู ลกั ษณะของขัว้ แมเ่ หลก็ แสดง
ดงั รปู ท่ี 2.9

รูปที่ 2.9 ขั้วแมเ่ หลก็
(3) ขดลวดสนามแมเ่ หลก็ (Field winding) หรือเรยี กว่า ขดลวดฟลิ คค์ อยล์ (Field coil) เป็น ขดลวดตัวนาท่ีพัน
ไว้รอบขั้วแม่เหล็ก ขดลวดสนามแม่เหล็กนี้จะพันจากภายนอกแล้วสวมเข้ากับขั้วแม่เหล็ก โดยท่ีขั้วแม่เหล็กสามารถถอดได้
ขดลวดสนามแม่เหล็กนี้จะต้องมีขนาดท่ีพอดี คือ ไมแ่ น่นหรอื หลวมจน เกินไป เพราะถา้ แน่นจนเกนิ ไป ขณะประกอบอาจทา
ให้ขดลวดเกิดการร่ัวลงกราวด์ได้ และในขณะเดียวกัน ถ้าหลวมเกินไปก็อาจทาให้เกิดอาการสนั่ ของขดลวดขณะใช้งาน และ
อาจทาให้ปิดฝาครอบหัวท้ายไม่ได้ อีกด้วย ขดลวดสนามแม่เหล็กจะทาหน้าท่ีสร้างเส้นแรงแม่เหล็ก ลักษณะของขดลวด
สนามแม่เหล็ก แสดงดังรปู ที่ 2.10

รูปท่ี 2.10 ขดลวดสนามแม่เหลก็

ขดลวดสนามแมเ่ หล็กจะตอ้ งตอ่ อนุกรมเข้าด้วยกันระหวา่ งข้ัวแม่เหล็กให้ถูกต้อง เพราะตอ้ ง ทาใหข้ ั้วแม่เหลก็ เป็นขั้ว
เหนอื และขวั้ ใต้สลับกนั ไป ดงั แสดงในรูปที่ 2.1

การตรวจสอบการต่อขดลวดสนามแม่เหล็กว่าถูกตอ้ งหรือไมน่ ั้น สามารถตรวจสอบได้ด้วยการ ใช้เขม็ ทศิ หรอื ใช้แท่ง
แม่เหลก็ ถาวรตรวจสอบ โดยการจ่ายไฟฟา้ กระแสตรงให้กับขดลวดสนามแมเ่ หล็ก และ ใช้เขม็ ทศิ หรอื แท่งแม่เหลก็ ถาวรสอด
เข้าไปทด่ี ้านหนา้ ของขั้วแม่เหล็กแต่ละขว้ั ซงึ่ ขัว้ แม่เหล็กทีเ่ กิดขน้ึ จะ ตอ้ งสลับกนั ไป

รปู ท่ี 2.1 การตรวจสอบการต่อขดลวดสนามแม่เหล็ก

(4) แปรงถ่านและแบร่ิง (Brushes and bearing) แปรงถ่านทาหน้าท่ีเป็นสะพานไฟจาก สลิปริงไปยังวงจร
ภายนอกและเป็นสะพานไฟจากคอมมิวเตเตอร์ไปยังขดลวดสนามแม่เหล็กของเครื่องกาเนิด ไฟฟ้ากระแสสลับตัวน้ัน แปรง
ถ่านทาจากคาร์บอนผสมแกรไฟต์อัดแน่น มีลักษณะเป็นแท่งสี่เหลี่ยมผืนผ้า บรรจุอยู่ในซองถ่าน โดยท่ีแปรงถ่านน้ีจะมี
ลวดทองแดงถักตดิ อย่ดู ้วยเพอ่ื ต่อไฟออกไปใช้งาน และตอ่ ไฟไปจ่าย ให้กบั ขดลวดสนามแมเ่ หลก็ แปรงถา่ นจะถูกกดดว้ ยสปริง
ใหส้ ัมผสั กบั สลปิ ริง และสมั ผัสกบั คอมมิวเตเตอร์ ตลอดเวลา แปรงถา่ นจะถกู ยึดติดอยูก่ ับฝาครอบ ส่วนแบรง่ิ หรอื ตลับลูกปืน
นั้นจะเปน็ ตัวรบั น้าหนักท้ังหมด ของตวั หมนุ และช่วยลดแรงเสยี ดทานของเพลาขณะท่ีอาร์เมเจอรห์ มนุ ปกติ แบรงิ่ จะยึดตดิ อยู่
กบั เพลาทง้ั 2 คา้ นของเครอ่ื งกาเนดิ ไฟฟ้า รูปท่ี 2.12 แสดงรปู แปรงถ่าน ซองถ่าน และแบรง่ิ ในเคร่ืองกาเนิดไฟฟา้ กระแสสลบั
จะมีแปรงถ่านอยา่ งนอ้ ย 4 แปรงสาหรับเคร่อื งกาเนิดไฟฟา้ กระแสสลับ 1 เฟส 220 โวลต์ โดย 2 แปรงสาหรับ สลปิ รงิ และอีก
2 แปรงสาหรบั คอมมิวเตเตอร์ แตถ่ ้าเป็นเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ 1 เฟสทจี่ ่ายแรงดัน ไฟฟา้ ได้ 2 ขนาดแรงดนั ไฟฟ้า คอื
110/220 โวลต์ จะมีแปรงถ่านถงึ 6 แปรง โดยแบง่ เปน็ 4 แปรงสาหรบั สลิปรงิ และอีก 2 แปรงสาหรบั คอมมวิ เตเตอร์ แปรง
ถ่านท้ังหมดต้องสามารถหมุนปรับตาแหน่งได้พร้อมกัน ดังนั้นซองถ่านทั้งหมดจะต้องอยู่บนตัวปรับอันเดียวกันด้วย โดยที่
จานวนแปรงถา่ นจะเท่ากับจานวนสลปิ ริงเสมอ

รปู ท่ี 2.12 แปรงถ่าน ซองถ่าน และแบริง่
(5) ฝาปิดหัวท้ายหรือฝากรอบ (End plate) ทาจากเหล็กหล่อเช่นเดียวกับโครงทาหน้าท่ีรองรับ เพลาของส่วน
หมนุ และยึดซองแปรงถา่ น ลักษณะฝาครอบของเครอ่ื งกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับแสดงดัง รูปที่ 2.13

รปู ที่ 2.13 ฝาปิดหัวท้ายหรือฝาครอบ
2. สว่ นทเ่ี คลอื่ นท่ีหรอื ส่วนทห่ี มุน (Rotating part) ประกอบด้วย
(1) แกนเหล็กอารเ์ มเจอร์ (Armature core) ทามาจากแผ่นเหล็กบาง ๆ ท่ีด้านหนงึ่ ฉาบด้วย ฉนวนอดั ร้อนเข้าด้วยกันเป็น
รูปทรงกระบอกเพอื่ ลดการสูญเสียเน่ืองจากซสิ เตอรซี ิส (Hysteresis) และกระแส ไหลวนในแกนเหล็กแกนเหล็กอาร์เมเจอร์น้ี
จะทาเป็นช่องสลอตไว้ดงั รูปที่ 2.14 สาหรับบรรจุขดลวดอาร์เมเจอร์ และท่ีแกนเหล็กอาร์เมเจอร์นีจ้ ะเจาะรูไว้เพ่อื ช่วยในการ
ระบายความรอ้ นอนั เนือ่ งมาจากการสูญเสยี

รูปท่ี 2.4 แกนเหล็กคาร์เนเธอร์และขดลวดอารเ์ มเจอร์ Scanned with CamScanner
(2) ขดลวดอาร์เมเจอร์ (Armature winding or armature coil) คือ ขดลวดท่ีบรรจอุ ย่ใู น ช่องสลอตของแกน
เหล็กอารเ์ มเจอร์ ขดลวดจะทาจากลวดทองแดงอาบฉนวน นยิ มพันจากแบบภายนอกแล้ว นาไปบรรจลุ งในสลอต เพราะจะทา
ให้ขดลวดแต่ละขดมีความยาวและมีน้าหนักสมดุล ไม่เกิดการแกว่งขณะ หมุน โดยขดลวดอาร์เมเจอร์ในเครื่องกาเนิดไฟฟ้า
กระแสสลับจะมขี ดลวดอยู่ 2 ชุด คือ ขดลวดชุดที่ 1 เป็น ขดลวดท่ีต่อเข้ากับสลิปริง เพื่อนาไฟฟ้ากระแสสลับที่ได้ออกไปใช้

งาน ส่วนขดลวดชุดที่ 2 เป็นขดลวดท่ีต่อ เข้ากับคอมมิวเตเตอร์เพื่อนาไฟฟ้ากระแสตรงกลับเข้าไปจ่ายให้กับขดลวด
สนามแมเ่ หลก็ ลักษณะของขอลวด อารเ์ มเจอร์เป็นดังรูปที่ 2.14

(3) สลิปริงและคอมมิวเตเตอร์ (Slip-ring and commutator) สลปิ รงิ เป็นส่วนท่ีทาหนา้ ท่ีจ่าย ไฟฟา้ กระแสสลับ
ที่เกิดข้ึนในขดลวดอาร์เมเจอร์จากขดลวดชุดที่ 1 ผ่านแปรงถ่านออกไปวงจรภายนอก ส่วน คอมมิวเตเตอร์ทาหน้าที่เปล่ียน
ไฟฟ้ากระแสสลับท่ีเกิดขึ้นในขดลวดอาร์เมเจอร์จากขดลวดชุดที่ 2 ให้เป็น ไฟฟ้ากระแสตรง สลิปริงทามาจากทองแดง มี
ลักษณะเป็นวงแหวน ส่วนคอมมิวเตเตอร์ก็ทามาจากทองแดง เช่นกัน แต่มีลักษณะคล้ายล่ิม เพ่ือให้สามารถประกอบเข้า
ด้วยกันเป็นรูปทรงกระบอก คอมมิวเตเตอร์แต่ ละอันน้ันจะเรียกว่า “ซี่” และระหว่างที่ทองแดงแต่ละที่จะค่ันไว้ด้วยฉนวน
หนาที่แข็งแรงเช่นเดียวกันกับ คอมมิวเตเตอร์ในเครื่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรง ทั้งสลิปริงและคอมมวิ เตเตอร์จะยึดติดไว้บน
เพลาอนั เดียว กันกับแกนเหลก็ อารเ์ มเจอร์

รปู ท่ี 2.15 แสดงลกั ษณะของสลปิ รงิ และคอมมวิ เตเตอร์
สาหรบั เคร่อื งกาเนดิ ไฟฟา้ กระแสสลบั แบบขดลวดอารเ์ มเจอร์เป็นตัวหมนุ และขดลวดสนาม แมเ่ หลก็ อยกู่ ับทใี่ นบาง
รุ่นหรือบางยี่ห้อ อาจจะไมม่ ีคอมมิวเตเตอร์สาหรบั เปล่ียนไฟฟ้ากระแสสลบั ให้เป็น ไฟฟ้ากระแสตรง แต่จะใช้ไดโอดต่อไวก้ ับ
ขดลวดอารเ์ มเจอร์ ชุดที่ 2 และยดึ ตดิ กับขดลวดอารเ์ มเจอร์ในส่วน ท่ีย่นื ออกมานอกสลอต แล้วนาปลายขดลวดตอ่ เขา้ กับสลิ
ปริงจานวน 2 วง เพ่อื ตอ่ ผา่ นแปรงถา่ นและนาไฟฟ้ากระแสตรงกลับเข้าไปจา่ ยให้กับขดลวดสนามแมเ่ หล็ก
จากโครงสรา้ งของเคร่อื งกาเนดิ ไฟฟ้ากระแสสลบั แบบบอลวออาร์เมเจอร์เป็นตัวหมนุ ขดลวดสนามแม่เหล็กอยู่กับท่ี
สามารถแสดงส่วนต่าง ๆ ไดด้ ังรูปที่ 2.16

รปู ท่ี 2.16 ส่วนตา่ ง ๆ ของเคร่ืองกาเนดิ ไฟฟา้ กระแสสลบั แบบขดลวด
อารเ์ มเจอรเ์ ปน็ ตัวหมุน ขดลวดสนามแม่เหลก็ อยู่กับที่

2.2.2 แบบขดลวดอารเ์ มเจอรอ์ ยู่กับที่ ขดลวดสนามแม่เหลก็ เป็นตวั หมุน
เคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลบั แบบน้ีมีโครงสร้างประกอบด้วยส่วนใหญ่ ๆ 2 ส่วน เช่นเดียวกับ เครื่องกาเนิดไฟฟา้
กระแสสลับแบบขดลวดอารเ์ มเจอร์เป็นตวั หมนุ ขดลวดสนามแมเ่ หล็กอยู่กับท่ี คอื
1. ส่วนที่อยูก่ ับที่ ประกอบด้วย
(1) เปลอื กหรอื โครง บางคร้งั อาจเรยี กว่า “สเตเตอร์เฟรม (Stator frame)” หรือเรียกส้ัน ๆ ว่า สเตเตอร์ (Stator)
ทามาจากเหลก็ หลอ่ ทาหน้าที่ยดึ แกนเหล็กสเตเตอร์ทใ่ี ช้บรรจขุ ดลวดอาร์เมเจอร์ ซ่ึงเปลือก หรอื โครงนี้จะมีเส้นผ่านศนู ย์กลาง
ใหญ่ และเป็นเครื่องกาเนิดไฟฟ้าท่ีมีความเร็วรอบต่า แกนเหลก็ สเตเตอร์ ทามาจากแผ่นเหลก็ บาง ๆ ที่ดา้ นหนึ่งฉาบด้วยฉนวน
อดั ซอ้ นเขา้ ด้วยกันเปน็ รปู ทรงกระบอก แกนเหลก็ สเตเตอร์นนั้ จะตอ้ งเกิดการสูญเสยี เนอ่ื งจากกระแสไหลวนนอ้ ยและตอ้ งยอม
ให้มีอากาศผ่านได้เพ่ือช่วยในการ ระบายความร้อน แกนเหล็กจะถูกทาเป็นช่องสลอตเหมือนกันกับช่องสลอตของมอเตอร์
เหน่ยี วนา 3 เฟส เพอ่ื บรรจขุ ดลวดอารเ์ มเจอร์ ลกั ษณะของเปลือกหรอื โครงแสดงได้ดงั รูปท่ี 2.17

รปู ที่ 2.17 เปลอื กหรอื โครง

ลักษณะสลอตของแกนเหล็กสเตเตอรท์ ใ่ี ชบ้ รรจขุ ดลวดอารเ์ มเจอรม์ ีอยูด่ ้วยกัน 3 แบบ คอื
(ก) สลอตแบบเปิดกว้าง (Wide-open type slot) สลอตแบบนี้จะนิยมใช้มาก เพราะมีข้อดีคือ ง่ายต่อการบรรจุ
ขดลวดท่พี ันขดลวดจากแบบและง่ายตอ่ การซอื้ ขดลวดออกเม่ือตอ้ งการซ่อมแซมแตม่ ีข้อเสยี คอื สนามแม่เหล็กทช่ี ่องวา่ ง (Air-
gap flux) จะทาให้รูปคลื่นของแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนาที่เกิดขึ้นเกดิ การ กระเพื่อม (Ripple) ลักษณะของสลอตแบบเปิดกว้าง
แสดงดังรูปที่ 2.18 (ก)
(ข) สลอตแบบก่ึงปิด (Semi-closed type slot) สลอตแบบนี้เป็นแบบท่ีดกี ว่าแบบเปิดกว้าง เพราะพันขดลวดจาก
แบบแลว้ จึงนามาบรรจลุ งในสลอตลักษณะของสลอตแบบก่ึงปิดแสดงดังรปู ที่ 2.18 (ข)
(ค) สลอตแบบปดิ (Wholly closed type slot) สลอตแบบน้จี ะทาเป็นอุโมงค์ ซ่งึ จะมีผลทาให้ ค่าอนิ คกั แตนซ์ของ
ขดลวดเพิ่มข้ึน การพันขดลวดอาร์เมเจอรจ์ ะต้องใช้วิธีการสอดหรือร้อยเส้นลวดตัวนาจึงเพิ่มข้ันตอนและยุ่งยากลักษณะของ
สลอตแบบปคิ แสดงดงั รูปท่ี 2.18 (ค) ดงั นัน้ เครื่องกาเนิดไฟฟา้ กระแสสลบั จึงไม่นยิ มใชส้ ลอตแบบปิด ซ่งึ ปัจจบุ ันหาไดย้ ากมาก

รปู ท่ี 2.18 ลกั ษณะของสลอตสาหรบั บรรจุขดลวดอารเ์ มเจอร์

(2) ขดลวดอาร์เมเจอร์ คือ ขดลวดที่บรรจุอยใู่ นชอ่ งสลอตของแกนเหล็กสเตเตอร์ ขดลวด อาร์เมเจอร์จะนิยมพนั
จากแบบภายนอก แล้วนาไปบรรจุลงในชอ่ งสลอต โดยปลายของขดลวดอาร์เมเจอร์จะ ตอ่ เขา้ กับสลปิ ริง ถา้ เปน็ เครือ่ งกาเนิด
ไฟฟ้า 1 เฟส ขนาดแรงดันไฟฟ้าเดียว จะมีปลายออกมา 2 ปลาย ถ้าเป็น แบบขนาด 2 แรงดันไฟฟ้า จะมีปลายออกมา 4
ปลาย และถ้าเป็นเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้าแบบ 3 เฟส จะมีปลาย ออกมา 6 ปลายเช่นเดยี วกับขดลวดในมอเตอร์ไฟฟา้ กระแสสลับ
3 เฟส ขดลวดอารเ์ มเจอร์ของแบบ 3 เฟสน้ี จะวางทามมุ กนั 120 องศาทางไฟฟา้ และปลายขดลวดจะถูกนามาต่อเข้าด้วยกัน
เป็นแบบสตาร์ (Star) หรือแบบ เคลตา (Delta) เพื่อใช้งานกบั วงจรภายนอก เครอื่ งกาเนดิ ไฟฟ้ากระแสสลับแบบ 3 เฟสขนาด
ใหญ่จะออกแบบ ใหข้ ดลวดอาร์เมเจอรเ์ ป็นแบบอยู่กบั ท่ี ดังรูปท่ี 2.19

รปู ท่ี 2.19 ขดลวดอารเ์ มเจอรแ์ บบอยู่กบั ที่
(3) แปรงถา่ นและแบริง่ แปรงถ่านทามาจากคาร์บอนผสมแกรไฟต์อดั แน่น มีลกั ษณะเป็น แทง่ ส่เี หลีย่ มผืนผา้ บรรจุ
อยู่ในซองถ่าน โดยทีแ่ ปรงถ่านจะมลี วดทองแดงถักตดิ อยู่ดว้ ย แปรงถา่ นทาหนา้ ที่ เปน็ สะพานไฟนากระแสไฟตรงจากภายนอก
เพื่อจ่ายให้กับขดลวดสนามแม่เหล็กท่ีเป็นขั้วแม่เหล็กหมุน แปรง ถ่านจะถูกกดด้วยสปริงให้สัมผัสกับสลิปริงจา นวน 2 วง
ตลอดเวลา และจะถูกยดึ ติดอยู่กบั ฝาครอบ ส่วนแบรง่ิ หรอื ตลบั ลกู ปนื จะเปน็ ตวั รับน้าหนกั ท้งั หมดของขวั้ แม่เหล็ก และช่วยลด
แรงเสียดทานของเพลาขณะทข่ี วั้ แมเ่ หล็กหมนุ ปกติแบร่ิงจะยึดตดิ อย่กู ับเพลาทัง้ 2 ดา้ นของขว้ั แมเ่ หล็ก ดังรปู ที่ 2.20

รปู ที่ 2.20 แปรงถ่านและแบริ่ง
(4) ฝาปิดหัวท้ายหรือฝากรอบ ทาจากเหล็กหล่อเช่นเดียวกับฝาครอบของแบบขดลวดอาร์ เมเจอร์เป็นตัวหมุน
ขดลวดสนามแม่เหลก็ อยูก่ ับที่ ฝาปดิ หวั ท้ายแสดงดังรูปที่ 2.21

รปู ที่ 2.21 ฝาปดิ หวั ทา้ ย
2. สว่ นท่ีเคลอ่ื นที่ บางครงั้ อาจเรียกว่าสว่ นท่ีหมนุ หรอื โรเตอร์ (Rotor) โดยโรเตอรใ์ นเครอื่ งกาเนดิ ไฟฟ้ากระแสสลบั
แบบนีแ้ บง่ ออกเปน็ 2 ชนิด คอื
(1) ชนิดมีข้ัวแม่เหล็กยื่นออกมา (Salient-pole type) เครื่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับชนิดน้ี โรเตอร์จะมี
ขั้วแม่เหล็กยื่นออกมา ดังแสดงในรูปที่ 2.22 นิยมใช้กับเครื่องกาเนิดไฟฟ้าที่มีความเร็วรอบต่า และความเร็วรอบปานกลาง
ความเรว็ ต่ากวา่ 1,500 รอบ/นาที ขว้ั แม่เหลก็ ทีย่ ื่นออกมาจะมขี นาดใหญ่

รปู ท่ี 2.22 โรเตอร์ชนิดมขี ้วั แมเ่ หล็กยื่นออกมา
(2) ชนิดข้ัวแม่เหล็กเรียบ (Smooth-cylindrical type) เครื่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับที่เป็น ชนิดขั้วแม่เหล็ก
เรียบน้ีจะมีเส้นผ่านศูนยก์ ลางเล็ก แต่จะมแี กนยาวหรอื โรเตอร์เป็นทรงกระบอกยาว ดังแสดง ในรูปที่ 2.23 ส่วนมากจะใช้กับ
เคร่ืองเทอร์ไบน์ (Turbine) หรือเครอ่ื งกังหันไอน้า ซ่งึ เปน็ เครอื่ งท่หี มุนด้วยตัว ขบั ท่มี ีความเร็วรอบสูง (ความเรว็ 1,500-3,000
รอบต่อนาที) โรเตอร์ประกอบด้วยแท่งเหล็กทรงกระบอก ดังแสดงในรูปที่ 2.24 เคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลบั ท่ขี ั้วแม่เหลก็
เรียบน้ี โครงสรา้ งของโรเตอร์จะทาให้เกิด การสมดุลดีกว่าชนิดมีข้ัวแม่เหล็กย่ืนออกมา และขณะที่เคร่ืองกาเนิดหมนุ จะเงียบ
ดังน้ันจงึ เกดิ การสญู เสียเน่ืองจากแรงเสยี ดทานหรอื แรงลมนอ้ ย

รปู ที่ 2.23 โรเตอร์ชนดิ ขว้ั แม่เหลก็ เรยี บ

รูปท่ี 2.24 ส่วนประกอบของโรเตอรช์ นิดขวั้ แม่เหล็กเรยี บ
ในเครื่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับส่วนมากจะมีแท่งทองแดงหรือขดลวดแคมเปอร์อยู่ (Damper winding) เรียกว่า
กรงกระรอก (Squirrel-cage winding) แทง่ ทองแดงนถ้ี กู ตอ่ ลัดวงจรเขา้ ด้วยกันด้วยวงแหวน ทองแดงทง้ั สองดา้ นของโรเตอร์
ขดลวดแคมเปอร์นจ้ี ะใช้ประโยชน์ในการป้องกันการสั่นหรอื การแกว่งเมื่อ ความเร็วของเคร่ืองกาเนิดข้ึน ๆ ลง ๆ ไม่สํมา่ เสมอ
ลักษณะของขดลวดแคมเปอรแ์ สดงได้ดังรปู ที่ 2.25 และ เคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับนเ้ี ราสามารถตอ่ ใหท้ างานเปน็ มอเตอร์
ได้ ซง่ึ จะกลายเปน็ ซิงโครนสั มอเตอร์ ดังนั้นขดลวดแคมเปอรจ์ ะชว่ ยในการเรมิ่ เดนิ มอเตอร์

รูปท่ี 2.25 ขดลวดแคมเปอร์
(3) สลปิ ริง ทาหนา้ ท่รี บั ไฟฟา้ กระแสตรงจากภายนอกทีผ่ ่านมาจากแปรงถ่าน เพือ่ จ่ายให้กบั ขดลวดสนามแม่เหล็ก
ท่ีเป็นขั้วแม่เหล็กหมุน ดังรูปที่ 2.26 โดยสลิปริงจะยึดติดอยู่กับเพลา สลิปริงของเคร่ือง กาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับแบบน้ีจะมี
จานวน 2วง

รูปที่ 2.26 สลปิ ริงของเครื่องกาเนดิ แบบขดลวดอารเ์ มเจอร์อยู่กับท่ี ขดลวดสนามแมเ่ หล็กเปน็ ตัวหมนุ
2.3 โครงสรา้ งของเครอ่ื งกาเนิดไฟฟ้าในรถยนต์

เคร่ืองกาเนิดไฟฟ้าในรถยนต์ หรือท่ีมักนิยมเรียกว่า “ไดชาร์จ” จะทาหน้าที่ผลิตกระแสไฟฟ้าให้กับ ระบบประจุ
ไฟฟา้ เพื่อนาไปประจุไฟให้กับแบตเตอรี่ให้มีประจุเต็มอยู่ตลอดเวลา เพอื่ ใช้กบั ระบบต่าง ๆ ของ รถยนต์ในขณะทีเ่ ครื่องยนต์
ทางาน ระบบประจุไฟฟ้าเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า ระบบการชาร์จไฟฟ้า เครื่องกาเนิด ไฟฟ้าในรถยนต์นั้นเป็นเครื่องกาเนิดไฟฟ้า
กระแสสลบั 3 เฟส แบบขดลวดอาร์เมเจอรอ์ ยูก่ ับที่ ขดลวดสนาม แมเ่ หล็กเป็นตวั หมุนอีกชนดิ หนง่ึ มสี ่วนประกอบทีส่ าคญั 2
ส่วน คอื

2.3.1 สว่ นท่ีอยู่กับที่ ส่วนทอ่ี ยู่กบั ที่ของเคร่ืองกาเนดิ ไฟฟา้ ในรถยนตป์ ระกอบด้วย
1. แกนเหล็กสเตเตอร์ ทาจากแผ่นเหล็กบาง ๆ อัดซ้อนเข้าด้วยกันเป็นรูปทรงกระบอก แกนเหล็ก สเตเตอร์จะทา
เป็นชอ่ งสลอตไว้ดงั รูปที่ 2.27 แกนเหลก็ สเตเตอร์เปน็ ท่สี าหรับบรรจุขดลวดอาร์เมเจอร์

รปู ที่ 2.27 แกนเหล็กสเตเตอร์
2. ขดลวดอารเ์ มเจอรห์ รอื ขดลวดสเตเตอร์ มจี านวน 3 ชุด แบ่งเป็น 3 เฟส บรรจลุ งในช่องสลอต ขดลวดแตล่ ะชุด
จะทามุมกัน 120 องศาทางไฟฟ้า มีปลายของขดลวดออกมาทั้งหมด 6 ปลาย ท้ังหมดจะต่อ เข้าด้วยกันเป็นแบบสตาร์
สว่ นปลายท่เี หลอื จะถกู นาไปต่อเข้ากับไดโอด 6 ตวั เพอ่ื เปลยี่ นไฟฟ้ากระแสสลบั ท่ไี ดจ้ ากขดลวดใหเ้ ป็นไฟฟ้ากระแสตรงเพื่อ
นาไปชาร์จให้กบั แบตเตอร่ีตอ่ ไป ลกั ษณะของขดลวดสเตเตอร์ แสดงดังรูปที่ 2.28

รปู ที่ 2.28 ขดลวดสเตเตอร์
3. แปรงถ่านและซองถ่าน ทาจากคาร์บอนผสมแกรไฟต์อัดแน่น มีลักษณะเป็นรูปส่ีเหลีย่ มผนื ผ้า จานวน 2 แปรง
บรรจุอยู่ในซองถ่าน ดังรูปที่ 2.29 แปรงถ่านจะมีสายไฟต่ออยู่ด้วยทาหน้าท่ีเป็นสะพานไฟ ต่อออกไปชาร์จให้กับแบตเตอรี่
โดยแปรงถา่ นจะมสี ปรงิ กดอยูเ่ พ่อื ให้แปรงถา่ นสมั ผสั กบั สลปิ ริงตลอดเวลา

รูปท่ี 2.29 แปรงถ่านและซองถา่ น
4. แบริ่งหรือตลับลกู ปนื เป็นตัวรบั นา้ หนกั ท้ังหมดของตัวหมนุ คอื โรเตอร์ โดยทาหน้าทล่ี ด แรงเสยี ดทานของเพลา
ในขณะทโ่ี รเตอรห์ มนุ แบริ่งจะยดึ ตดิ อย่กู ับเพลาทง้ั สองด้านของโรเตอร์
5. ฝาปิดหัวท้ายหรือฝาครอบ ทาหน้าท่ีรองรับที่ปลายเพลาของโรเตอร์ท้ังสองด้าน และเป็นที่ยึด ซองแปรงถ่าน
และยึดแผงไดโอดท้ังหมด ลักษณะของฝาครอบแสดงดังรูปท่ี 2.30 เครื่องกาเนิดไฟฟ้าในรถยนต์ น้ีจะมีแผ่นเพลตสาหรบั ปดิ
ท้ายอีกแผ่นหนึง่

รูปที่ 2.30 ฝาครอบหัวท้าย
6. ไดโอด (Diode) เป็นอุปกรณ์ท่ีทาหน้าที่เปล่ียนไฟฟ้ากระแสสลับที่ได้จากขดลวดสเตเตอร์ให้ เป็นไฟฟ้า
กระแสตรงเพ่ือใชใ้ นการชารจ์ ไฟให้กบั แบตเตอรี่ ขณะที่ใคโอคทางานจะเกิดความรอ้ นขึ้น โครงของ ไดโอดต้องมีการระบาย
ความร้อนเพื่อป้องกันไมใ่ หเ้ กิดความรอ้ นสงู เกินไปจนไดโอดชารุดดังนั้น ไดโอดจะถูก ยึดติดอยู่กับแผ่นระบายความร้อนก่อน
แล้วจึงยึดแผ่นระบายความร้อนเข้ากับฝาครอบทางด้านท้าย ลักษณะ ของแผงไดโอดแสดงดังรูปที่ 2.31 แผงไดโอดอาจอยู่
ภายในหรอื นอกฝาครอบ

รปู ที่ 2.31 แผงไดโอด
2.3.2 ส่วนทีเ่ กล่ือนทห่ี รือสว่ นท่ีหมนุ ส่วนที่เคลอื่ นทหี่ รือสว่ นทห่ี มนุ ของเครือ่ งกาเนิดไฟฟา้ ในรถยนต์ประกอบดว้ ย

1. ขดลวดสนามแม่เหล็ก เป็นขดลวดทองแดง ทาหน้าที่สร้างสนามแม่เหล็ก พันสวมอยู่ภายใน แกนเพลาโรเตอร์
ขดลวดนี้จะได้รบั ไฟฟา้ กระแสตรงจากแบตเตอร่เี พ่อื ให้เกิดขว้ั แม่เหล็กทค่ี งท่ี ลักษณะของ ขดลวดสนามแม่เหล็กแสดงดังรูปท่ี
2.32 ปลายของขดลวดสนามแมเ่ หลก็ จะถกู นาไปต่อเขา้ กบั สลิปรงิ ปลายละ 1 วง

รูปที่ 2.32 สว่ นประกอบของโรเตอร์
2. ขั้วแม่เหล็ก ทามาจากเหล็กอ่อนที่มคี ุณสมบัติเป็นแม่เหล็กได้ง่าย ซึ่งจะทาเป็นก้ามจานวน 6-8 ก้าม จานวน 2
ชิ้น แล้วประกอบเข้าด้วยกัน ดังแสดงในรูปท่ี 2.32 โดยมีขดลวดสนามแม่เหล็กอยู่ระหว่างกลาง เม่ือขดลวดสนามแม่เหล็ก
ได้รับไฟฟา้ กระแสตรงจากแบตเตอรี่ จะทาใหข้ ว้ั แมเ่ หลก็ ที่มลี กั ษณะเปน็ ก้ามนนั้ กลายเปน็ ข้วั แมเ่ หลก็ เหนือและใต้ ดงั แสดงใน
รปู ที่ 2.33

รูปที่ 2.3.3 ขว้ั แม่เหล็กของเครื่องกาเนดิ ไฟฟา้ ในรถยนต์
3. สลิปริง ทาจากทองแดง มีลักษณะเป็นวงแหวน ดังแสดงในรูปที่ 2.32 มีจานวน 2 วง ต่อเข้ากับ ขดลวด
สนามแมเ่ หลก็ ทาหนา้ ทีร่ ับไฟฟ้ากระแสตรงจากแบตเตอรท่ี สี่ ่งผ่านแปรงถ่านเข้ามาให้กันขดลวดสนาม แมเ่ หลก็ เพ่อื ใหเ้ หล็ก
อ่อน 6-8 คูเ่ กดิ เปน็ แม่เหล็กเหนอื -ใต้ ดังแสดงในรปู ที่ 2.33
จากโครงสร้างของเครอ่ื งกาเนดิ ไฟฟ้าในรถยนตด์ ังท่ีกลา่ วมาแลว้ สามารถแสดงสว่ นต่าง ๆ ได้ดงั รปู ท่ี 2.34

รปู ที่ 2.34 สว่ นตา่ งๆ ของเครอื่ งกาเนดิ ไฟฟา้ ในรถยนต์

2.4 ตวั กระตุน้ (Exciter)
ตัวกระตุ้น คือ แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงท่ีจ่ายให้กับขดลวดสนามแม่เหล็กของเคร่ืองกาเนิด ไฟฟ้ากระแสสลับ ตัวกระตุ้น
สาหรับเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับอาจออกแบบให้อยู่ภายในหรอื ภายนอก เคร่อื งกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลบั ก็ได้

ตัวกระตุ้นแบบอยู่ภายในเครื่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับใช้สาหรับเครื่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ขนาดเล็ก
ตัวกระตุ้นแบบนี้ถูกออกแบบให้พันขดลวดสาหรับใช้ในการกระตุ้นขดลวดสนามแม่เหล็กไว้กับ ขดลวดอาร์เมเจอร์ ซึ่งจะพัน
แยกไว้อกี ชดุ หนง่ึ โดยบรรจุไวใ้ นช่องสลอตเดยี วกันกับขดลวดอาร์เมเจอร์ที่เป็น ตวั หมนุ ของเครื่องกาเนดิ ไฟฟา้ กระแสสลับนั้น
ปลายของขดลวดดังกล่าวจะถกู นาไปต่อเข้ากับคอมมิวเตเตอร์ เพือ่ เปลีย่ นไฟฟา้ กระแสสลบั ท่ไี ดใ้ ห้เปน็ ไฟฟ้ากระแสตรง และมี
แปรงถ่านเป็นสะพานไฟต่อไปจ่ายให้กบั ขดลวดสนามแม่เหล็กอกี ทีหนง่ึ หรอื ขดลวดทท่ี าหนา้ ท่เี ป็นตัวกระตุ้นน้ันอาจจะไม่ต่อ
เข้ากับคอมมวิ เตเตอร์ กไ็ ด้ซ่งึ ปจั จุบนั มีการออกแบบโดยนาปลายขดลวดที่เป็นตวั กระตุ้นนี้ต่อเข้ากับไดโอด ทท่ี าหนา้ ท่ีเปลี่ยน
ไฟฟ้ากระแสสลับให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรงแทนการใช้คอมมิวเตเตอร์ ไดโอดนั้นจะถูกยึดติดไว้กับขดลวดในส่วน Scan ท่ีย่ืน
ออกมาจากภายนอกของสลอตเเละจากไดโอดก็จะต่อเข้ากับสลิปริงจานวน2วงเพื่อนาไฟฟ้ากระแสตรงไปจ่ายให้กับขดลวด
สนามแมเ่ หลก็ วธิ ีการนนี้ ิยมใช้กนั มากในปัจจุบนั เพราะทาง่ายกว่าการใช้สลปิ ริง และ ตน้ ทุนถูกกว่าการใช้คอมพิวเตเตอร์มาก

ตัวกระตุ้นจากภายนอกของเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ถ้าเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับเป็น แบบขดลวด
สนามแมเ่ หล็กอยู่กบั ที่ ตวั กระตุน้ จะต่อใหจ้ า่ ยไฟฟ้ากระแสตรงใหก้ บั ขดลวดสนามแม่เหลก็ ของ เครอื่ งกาเนิดไฟฟา้ กระแสสลับ
โดยตรง แตถ่ ้าเปน็ เคร่ืองกาเนิดแบบขดลวดสนามแม่เหล็กเป็นตัวหมุน การ จ่ายไฟฟ้ากระแสตรงให้กบั ขดลวดสนามแม่เหล็ก
จะตอ้ งจา่ ยผ่านแปรงถ่านเท่านน้ั

ในเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับขนาดใหญ่ การกระตุ้นโดยท่ัวไปจะนิยมใช้การกระตุ้นจากเคร่ือง กาเนิดไฟฟ้า
กระแสตรง โดยต่อจากอาร์เมเจอร์ของเครอ่ื งกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรงที่ติดต้ังอยู่บนแกนเพลา เดียวกันกับเครื่องกาเนิดไฟฟา้
กระแสสลับน้ันด้วยการต่อผ่านแปรงถ่านไปยังสลิปริงของเครื่องกาเนิด ไฟฟ้ากระแสสลับ ในสภาวะปกติ แรงดันไฟฟ้าของ
ตัวกระตุ้นจะอยู่ระหว่าง 125-600 โวลต์ ซ่ึงสามารถ ควบคุมกระแสไฟฟ้าทไี่ หลไปยังขดลวดสนามแม่เหลก็ ของเครื่องกาเนดิ
ไฟฟ้ากระแสตรงได้ทั้งแบบมือปรับ (Manually) หรืออัตโนมัติ (Automatically) การควบคุมกระแสไฟฟ้าในขดลวด

สนามแมเ่ หล็กของเคร่อื งกาเนดิ ไฟฟา้ กระแสตรงนเี้ รียกว่า ตวั กระตุน้ ชว่ ย (Pilot exciter) การกระต้นุ กระแสไฟฟา้ จากคอมมิว
เตเตอร์ ผ่านสลิปริงให้กับเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับด้วยการควบคุมจากตัวกระตุ้นช่วยทาได้ดังรูปท่ี 2.35 จะ ทาให้
กระแสไฟฟ้าท่ไี หลในขอลวดสนามแม่เหล็กของเครอื่ งกาเนดิ ไฟฟ้ากระแสสลบั เปลย่ี นแปลงตามไปด้วย

เครื่องกาเนิดไฟฟา้ กระแสสลบั 3 เฟส
รูปท่ี 2.35 การกระตุ้นกระแสไฟฟา้ จากกอมมวิ เตเตอรผ์ ่านสลิปรงิ

เมื่อ IC คือ กระแสไฟฟ้าท่ีไหลจากตัวกระตุ้นช่วยท่ีจ่ายให้กับขอลวดสนามแม่เหล็กของเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้า
กระแสตรง

Ix คือ กระแสไฟฟ้าที่ไหลออกจากอาร์เมเจอร์ของเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรงท่ีจ่ายให้กับขดลวด
สนามแมเ่ หลก็ ของเครือ่ งกาเนิดไฟฟา้ กระแสสลบั
ขนาดกาลงั ของตวั กระตนุ้ หลักขึ้นอยู่กบั ขนาดของเคร่อื งกาเนดิ ไฟฟ้ากระแสสลับ ตัวอยา่ งเช่น ถา้ เครอื่ งกาเนิดไฟฟ้า
กระแสสลับมีขนาด 1,000 kVA จะต้องใช้ตัวกระตุ้นขนาด 25 กิโลวัตต์ (2.5% ของขนาด เครื่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ)
เคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลบั ขนาด 500 เมกะวัตต์ ต้องใช้ตัวกระตุ้นขนาด 2,500 กิโลวัตต์ (0.5% ของขนาดเครื่องกาเนิด
ไฟฟา้ กระแสสลบั ก็เพียงพอแลว้ )
สาหรับการกระตุ้นแบบอัตโนมัติน้ัน การกระตุ้นจะเปล่ียนตามสภาพของโหลดดังนั้นแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับท่ีได้
จากเครอื่ งกาเนดิ ไฟฟ้าจงึ ยังมีคา่ คงทตี่ ลอดเวลา
การใช้แปรงถ่านในเครื่องกาเนิดไฟฟา้ จะทาใหผ้ งหรือฝุ่นของคาร์บอนทใ่ี ช้ทาแปรงถ่านตกค้างอยู่ ทีส่ ลิปริงและคอม
มวิ เตเตอร์เม่อื มกี ารกระตุ้นด้วยไฟฟา้ กระแสตรงเพ่ือเป็นการขจัดปัญหาทเี่ กิดข้ึนเน่ืองจาก ฝุ่นของคาร์บอนให้หมดไปจึงมีการ
พฒั นาการกระต้นุ ดว้ ยการไมใ่ ชแ้ ปรงถ่าน แตใ่ ชก้ ารเรยี งกระแส หรือท่ี นยิ มเรียกกันวา่ “เร็กตไิ ฟเออร์ (Rectifiers)” แทนการ
ใชค้ อมมวิ เตเตอร์ ไฟฟา้ กระแสตรงทไ่ี ด้จากการ เรยี งกระแสจะถูกจ่ายให้กบั ขดลวดสนามแมเ่ หล็ก ดงั แสดงในรปู ที่ 2.36 โดย
ไฟฟ้ากระแสสลบั ทน่ี ามาเรยี ง กระแสนนั้ ไดม้ าจากเครอื่ งกาเนิดไฟฟ้า 3 เฟสขนาดเลก็ ทย่ี ึดตดิ อยู่กบั เพลาเดยี วกับเครอ่ื งกาเนิด
ไฟฟ้ากระแส สลับน้ัน เครื่องกาเนิดไฟฟ้า 3 เฟสขนาดเล็กน้ีจะทาหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นกระแสไฟฟ้าที่ได้จากตัวกระตุ้นน้ัน
สามารถควบคุมได้ด้วยการใช้ตัวกระตุ้นช่วยจะทาให้ควบคมุ กระแสไฟฟ้าที่จากออกจากตัวกระตุ้นหลักได้ตามความต้องการ

ตัวกระตุ้นแบบน้ีเรียกว่า “ตัวกระตุ้นแบบไม่ใช้แปรงถ่าน (Brushless exciter)” หรือการกระตุ้น แบบไม่ใช้แปรงถ่าน
(Brushless excitation)

เครอ่ื งกาเนดิ ไฟฟา้ กระแสสลบั 3 เฟส
รปู ท่ี 2.36 ตวั กระตุ้นแบบไม่ใชแ้ ปรงถ่าน
จากรูปท่ี 2.36 ตวั กระตุ้นหลักของการกระตุ้นแบบไม่ใชแ้ ปรงถ่าน สามารถเขยี นเป็นวงจรอย่างง่าย ได้ดงั รปู ท่ี 2.37
ซ่งึ เป็นเคร่ืองกาเนิดไฟฟา้ กระแสสลบั 3 เฟสขนาดเล็ก ขดลวดอารเ์ มเจอร์ของเครอ่ื งกาเนดิ ไฟฟา้ กระแสสลบั 3 เฟสขนาดเล็ก
จะหมุนอยู่ระหว่างขดลวดสนามแม่เหล็กท่ีอยู่กบั ที่ โดยขดลวดสนาม แมเ่ หลก็ จะได้รับการกระตุ้นด้วยไฟฟ้ากระแสตรงท่ีปรับ
ค่าได้ท่ีเรียกว่า ตัวกระตุ้นช่วย ในรูปที่ 2.36 และแรงดัน ไฟฟ้าเอาต์พุตที่ออกจากขดลวดอาร์เมเจอร์จะถูกต่อเข้ากับชดุ เรียง
กระแสแบบบรดิ จ์ 3 เฟส (Three-phase bridge rectifier) หรือ 3 เฟสเร็กตไิ ฟเออรท์ ี่ยึดติดอยู่ทีเ่ พลาเดยี วกันกบั ขดลวดอาร์
เมเจอร์ เขียนเป็นวงจรอย่างง่ายได้ ดังรูปท่ี 2.38 ชุดเรียงกระแสแบบบริดจ์จะเปลี่ยนไฟฟ้ากระแสสลับ 3 เฟสท่ีเกิดจาก
ขดลวดอาร์เมเจอร์ให้เป็น ไฟฟ้ากระแสตรง เพื่อจ่ายให้กับขดลวดสนามแม่เหล็กของเครื่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ 3 เฟส
ขนาดใหญท่ ่ี อยบู่ นแกนเพลาอนั เดยี วกนั นโ้ี ดยไม่ตอ้ งผ่านแปรงถ่านหรือสลิปรงิ วงจรท้ังหมดแสดงไดด้ งั รปู ที่ 2.39

รปู ท่ี 2.37 เครื่องกาเนดิ ไฟฟ้ากระแสสลับ 3 เฟสขนาดเลก็ ทที่ าหน้าทเ่ี ปน็ ตัวกระตุน้ แบบไม่ใช้แปรงถา่ น

รูปที่ 2.38 การตอ่ ชดเรยี งกระแสแบบบริดจ์ 3 เฟสเขา้ กบั เครื่องกาเนิดไฟฟา้ กระแสสลับ 3 เฟสขนาดเล็ก

รปู ท่ี 2.39 วงจรการตอ่ ตัวกระตนุ้ แบบไมใ่ ช้แปรงถา่ นเข้ากบั เครื่องกาเนดิ ไฟฟ้ากระแสสลับ 3 เฟสขนาดใหญ่
2.5 ตัวต้นกาลงั ขบั (Prime mover)

เครอ่ื งกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลบั เป็นเครอ่ื งกลไฟฟา้ ที่ทาหนา้ ท่เี ปลี่ยนพลังงานกลให้เป็นพลังไฟฟ้า ดังนั้นเครอ่ื งกาเนิด
ไฟฟ้าจะต้องมีตัวต้นกาลังมาขับเคลื่อนให้เคร่ืองกาเนิดไฟฟ้าหมนุ ตัวต้นกาลังจึงมี ความจาเป็นอย่างย่ิงสาหรับเครื่องกาเนดิ
ไฟฟ้า ถึงแม้ว่าตัวต้นกาลังขับน้ันไม่ได้เป็นส่วนประกอบของเคร่ือง กาเนิดไฟฟ้าก็ตาม ตัวต้นกาลังขับมีอยู่หลายชนิด เช่น
พลังงานเครอื่ งยนต์ พลังงานน้า พลงั งานลม พลังงาน กา๊ ซ เป็นตน้ ตัวต้นกาลังที่ใชก้ นั ในโรงจกั รไฟฟ้า ได้แก่

2.5.1 พลงั งานเครื่องยนต์
ตวั ตน้ กาลงั ขับท่ไี ดจ้ ากพลังงานเครอื่ งยนตโ์ ดยมากจะนิยมใช้เครื่องยนต์ดีเซลเปน็ ตัวต้นกาลังขับ เครื่องกาเนิดไฟฟ้า
กระแสสลับท่ีใช้เคร่ืองยนต์เป็นตัวต้นกาลังขับนี้นิยมใชเ้ ป็นเครือ่ งสารองไฟฟ้าในโรงพยาบาล โรงแรม โรงภาพยนตร์ และใช้
เป็นเครื่องสารองไฟในสถานที่ท่ีไฟฟ้าคบั ไม่ได้ เคร่ืองกาเนิดไฟฟ้าชนิดนี้อาจ ติดต้ังแบบถาวรหรือเคล่ือนย้าย (เป็นรถสารอง
ไฟฟ้า) ก็ได้ ตวั ต้นกาลงั ขับทใ่ี ช้เครือ่ งยนต์ดีเซลจงึ มคี วาม เหมาะสมมาก เพราะมขี นาดเหมาะสม ใช้พื้นทไี่ ม่มาก ลกั ษณะของ
เคร่อื งกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลบั ชนิดใช้ เครื่องยนต์ดีเซลเป็นตวั ตน้ กาลงั ขับแสดงดังรปู ท่ี 2.40

รปู ท่ี 2.40 เครอื่ งกาเนดิ ไฟฟา้ กระแสสลับชนิดใช้เคร่ืองยนต์ดีเซลเปน็ ตัวต้นกาลังขับ

2.5.2 พลังงานน้า
ตวั ต้นกาลงั ขับที่ได้จากพลงั งานน้าจะอาศัยน้าท่ีเก็บนา้ ไวใ้ นอ่างหรือเพื่อนท่ีมปี ริมาณมาก ๆ โดยนา้ จะถกู ปลอ่ ยลง
มาตามท่อน้าขนาดใหญ่เพื่อไปขับกังหันที่ยึดติดอยู่กับเหลาของเครื่องกาเนิดไฟฟ้า พลังของน้า จะทาให้กังหนั หมุน ส่งผลให้
เคร่อื งกาเนิดไฟฟา้ หมนุ เครือ่ งกาเนิดไฟฟ้าชนิดใช้พลังงานน้าเป็นตัวขับเคลื่อน กังหนั นั้นเป็นเครือ่ งกาเนดิ ทมี่ คี วามเร็วรอบต่า
คือ ประมาณ 200-300 รอบต่อนาที โรงไฟฟ้าที่ผลิตกระแสไฟฟ้า จากพลังงานน้า เช่น เข่ือนสิรินธร จังหวัดอุบลราชธานี
สามารถผลิตพลงั งานไฟฟ้าได้ปีละประมาณ 90 ล้าน กโิ ลวตั ตช์ ่วั โมง ดงั แสดงในรปู ท่ี 2.41

รูปที่ 2.4 เขอื่ นสริ ินธร จงั หวดั อุบลราชธานี
เขื่อนวชิราลงกรณ์ จังหวัดกาญจนบุรี ดงั รปู ท่ี 2.42 ติดตั้งเครอื่ งกาเนดิ ไฟฟ้าขนาดกาลงั การผลติ เครือ่ งละ 100,000
กิโลวัตต์ จานวน 3 เคร่อื ง รวมกาลงั การผลิต 300,000 กิโลวัตต์

รปู ท่ี 2.42 เขอื่ นวชริ าลงกรณ์ จังหวัดกาญจนบรุ ี
เข่ือนศรนี ครนิ ทร์ จงั หวัดกาญจนบรุ ี แสดงดังรปู ที่ 2.43

รปู ท่ี 2.43 เขอ่ื นศรีนครนิ ทร์ จังหวดั กาญจนบรุ ี
เขื่อนภูมิพล จงั หวดั ตาก แสดงดงั รูปที่ 2.44

รปู ที่ 2.44 เขอื่ นภมู ิพล จังหวัดตาก

2.5.3 พลงั งานความร้อน
ตัวต้นกาลังขับท่ใี ช้พลังงานความรอ้ น หรืออาจเรียกว่าพลังงานไอน้า เป็นโรงไฟฟ้าทีใ่ ช้พลงั งาน ความร้อนจากการ
เผาไหม้เชื้อเพลิงหลายชนิดอาจจะเป็นกา๊ ซธรรมชาติ ลิกไนต์ น้ามันเตา ฯลฯ ในการต้มน้า ให้กลายเป็นไอน้าแรงดันสูง เพ่ือฉุด
เครือ่ งกาเนิดไฟฟ้าให้หมุนและเกิดเป็นกระแสไฟฟ้า การเดินเคร่อื งของ โรงไฟฟ้าประเภทน้ีแต่ละครั้งจะต้องใช้เวลานานหลาย
ชั่วโมง ตง้ั แตเ่ ริม่ จุดเตาเผาเพอ่ื ต้มน้าจนกระท่ังเดิน เคร่ืองกาเนดิ ไฟฟา้ เพ่ือจ่ายไฟฟ้า โรงไฟฟา้ พลงั งานความรอ้ นเหล่าน้ี ได้แก่
โรงไฟฟ้าพระนครใต้ โรงไฟฟ้าหนองจอก โรงไฟฟ้าวังน้อย โรงไฟฟ้าบางปะกง โรงไฟฟ้าแม่เมาะ โรงไฟฟ้าลานกระบือ
โรงไฟฟ้าน้าพอง โรงไฟฟ้าสุราษฎร์ธานี โรงไฟฟา้ วงั นอ้ ย
โรงไฟฟ้าพระนครใต้ จังหวัดสมุทรปราการ ดังรูปที่ 2.45 ประกอบด้วยโรงไฟฟ้า 2 ประเภท คือ โรงไฟฟ้าพลังงาน
ความรอ้ นจานวน 5 เคร่อื ง รวมกาลงั การผลติ ทั้งสิ้น 1,330,000 กิโลวตั ต์ ใช้น้ามันเตาหรอื กา๊ ซธรรมชาตเิ ปน็ เชือ้ เพลงิ ในการ
ผลิตไฟฟ้า และโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนร่วม 2 ชุด ชุดท่ี 1 มีกาลัง การผลิต 335,000 กิโลวัตต์ ชุดท่ี 2 มีกาลังการผลิต
624,000 กิโลวัตต์แต่ละชุดประกอบด้วยเครื่องกาเนิดไฟฟ้า กังหันก๊าซ 2 เครื่องและเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ากังหนั ไอน้า 1 เครอ่ื ง
รวมกาลงั การผลติ ทัง้ สน้ิ 2,289,000 กโิ ลวตั ต์

รูปท่ี 2.45 โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนพระนครใต้ จังหวดั สมทุ รปราการ

โรงไฟฟ้าหนองจอก กรงุ เทพมหานคร ดังรปู ท่ี 2.46 เปน็ โรงไฟฟา้ พลงั งานความรอ้ นกงั หันก๊าซ ประกอบดว้ ยเคร่ือง
กาเนิดไฟฟ้ากงั หันก๊าซ 3 เครอ่ื ง รวมกาลังการผลติ ทั้งส้นิ 366,000 กโิ ลวตั ต์

รูปที่ 2.46 โรงไฟฟา้ พลงั งานความรอ้ นหนองจอก กรุงเทพมหานคร
โรงไฟฟ้าบางปะกง จังหวดั ฉะเชงิ เทรา ดังรปู ท่ี 2.47 เป็นโรงไฟฟ้าพลงั งานความรอ้ นจานวน 4 เครอื่ ง และโรงไฟฟ้า
พลังงานความร้อนร่วมจานวน 4 ชุด ใช้ทั้งน้ามันเตาและก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงใน การผลิตไฟฟ้า รวมกาลังผลิตทั้งสน้ิ
3,674,600 กโิ ลวตั ต์

รปู ที่ 2.47 โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนบางปะกง จังหวดั ฉะเชิงเทรา
โรงไฟฟ้าแม่เมาะ จังหวัดลาปาง ดังรูปท่ี 2.48 เป็นโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนที่ใช้ลิกไนต์ ประกอบ ด้วยเคร่ือง
กาเนดิ ไฟฟ้า 13 เครอื่ ง รวมกาลงั การผลติ 2,625,000 กโิ ลวตั ต์

รปู ท่ี 2.43 โรงไฟฟ้าพลงั งานความรอ้ นแม่เมาะ จังหวดั ลาปาง

แบบฝกึ หัดบทที่ 2
1. เคร่ืองกาเนดิ ไฟฟ้ากระแสสลับ แบง่ ออกเปน็ 2 แบบ อะไรบ้าง
2. ขดลวดสนามแมเ่ หล็กในเครอื่ งกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับมกี ารต่อระหวา่ งขวั้ เปน็ อย่างไร มกี ารตรวจสอบวา่ ตอ่ ได้

ถกู ตอ้ งหรือไม่ ทาไดอ้ ย่างไร
3. จงอธบิ าย ถงึ ความแตกต่างของขดลวดอารเ์ มเจอรข์ องเครอ่ื งกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ
สองแบบ
4. จากรปู จงบอกสว่ นประกอบของเครอ่ื งกาเนดิ ไฟฟา้ กระแสสลบั

5. จากรูป จงบอกส่วนประกอบของเครื่องกาเนดิ ไฟฟ้าในรถยนต์

6. ตัวกระตุ้นคอื อะไร มีก่ชี นดิ อะไรบา้ ง
7. ตัวกระต้นุ ชว่ ยคืออะไร จงอธบิ าย
8. ตัวตน้ กาลังขบั คืออะไร มอี ะไรบา้ ง
9. จงบอกชื่อโรงไฟฟา้ ท่ีผลติ กระแสไฟฟา้ ด้วยพลงั งานน้าอยา่ งน้อย 5 โรง

หนว่ ยท่ี 3 การพ้นขดลวดอารเ์ มเจอร์
ขดลวดอาร์เมเจอร์ของเครื่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับน้ันแตกต่างจากขดลวดอาร์เมเจอร์ของเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้า

กระแสตรงซ่ึงเปน็ วงจรปดิ แตข่ องเครอ่ื งกาเนดิ ไฟฟา้ กระแสสลบั จะเป็นวงจรเปดิ ก็ต่อเมอ่ื ต่อเป็น แบบสตาร์ และเปน็ วงจรปิด
เม่ือต่อเป็นแบบเดลตา ขดลวดอาร์เมเจอรส์ าหรับเครื่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ 3 เฟสจะมีขดลวด 3 ชุดส่วนขดอารเ์ มเจอร์
สาหรับเคร่ืองกาเนิดไฟฟา้ กระแสสลับ 1 เฟส จะมีขดลวดเพียง ชุดเดยี วเท่าน้นั
3.1 การพันขดลวดอารเ์ มเออรข์ องเครือ่ งกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลบั 1 เฟส (Armature winding of single-phase
alternator)

การพันขดลวดอาร์เมเจอร์ของเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ 1 เฟสจะพันเป็นแบบแลป (Lap) ดัง รูปที่ 3.1 (ก)
แบบเวฟ (wave) ดงั รูปที่ 3.3 และแบบกน้ หอย (Spiral) ดังรูปที่ 3.1 (ข) สว่ นใหญ่จะนิยมพนั เปน็ แบบแลป เพราะมนั ง่ายกว่า
แบบเวฟและแบบกน้ หอย และใหแ้ รงดนั ไฟฟ้าออกมาเทา่ กัน การพันขดลวดทัง้ สามแบบแสดงดงั รูปที่ 32, 3.3 และ 3.4

(ก) การพันแบบแลป (ข) การพนั แบบก้นหอย

รปู ที่ 3.1 การพันขดลวดอารเ์ มเจอรแ์ บบแลปและแบบกน้ หอย

รปู ท่ี 3.2 การพันขดลวดอาร์เมเจอร์แบบแลป รปู ท่ี 3.3 การพนั ขดลวคอาร์เมเจอรแ์ บบเวฟ

รูปที่ 3.4 การพนั ขดลวดอาร์เมเจอร์แบบกน้ หอย

3.1.1 การพันขดลวดอาร์เมเจอรแ์ บบแลปช้ันเดยี ว (Single layer lap winding)
การพันขดลวดอารเ์ มเจอร์แบบนี้ ใน 1 สลอตจะมีขดลวดเพยี งหนึ่งด้านของขดลวด (Coil side) เทา่ นนั้ ดังแสดงใน

รูปที่ 3.5 โดยจานวนกลมุ่ ของขดลวดในแตล่ ะเฟสจะเทา่ กบั ครง่ึ หนึ่งของจานวนขั้วแม่เหลก็ และที่อาร์เมเจอร์จะมสี ลอตเพียง
1 สลอตตอ่ 1 ขัว้ แม่เหลก็ เทา่ นนั้

(ก) การพนั ขดลวดแบบแลปชน้ั เดียว
รปู ท่ี 3.5 การพันขดลวดอารเ์ มเจอร์แบบแลปช้นั เดยี ว