2.เครื่องกลไฟฟ้ากระแสตรง

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 1

บทที 2 เครืองกลไฟฟ้ากระแสตรง
(DIRECT CURRENT MACHINES)

จุดประสงค์การสอน

2. เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง
21 เข้าใจโครงสร้าง
211 บอกสว่ นทีอยกู่ บั ที
212 บอกสว่ นทเี คลอื นที
213 อธิบายการพนั ขดลวดอาร์เมเจอร์
22 เข้าใจหลกั การทํางานพืนฐาน
221 อธิบายการแปรสภาพพลงั งานกล – ไฟฟา้
222 อธิบายกฎตา่ งๆ ทีเกียวข้องกบั เครืองกลไฟฟา้
23 แก้ปัญหาอาร์เมเจอร์รีแอคชนั และคอมมวิ เตชนั
231 อธิบายการเกิดอาร์เมเจอร์รีแอคชนั
232 อธิบายการเกิดคอมมิวเตชนั
233 คาํ นวณการแก้อาร์เมเจอร์รีแอคชนั และคอมมวิ เตชนั

3. เครืองกําเนิดไฟฟา้ กระแสตรง
31 เข้าใจการเกิดแรงเคลอื นไฟฟา้ เหนียวนํา
311 อธิบายหลกั การเกดิ และการหาทิศทางของแรงเคลอื นไฟฟา้ เหนยี วนํา
312 อธิบายการเกิดแรงเคลอื นไฟฟา้ กระแสตรงโดยใช้คอมมิวเตเตอร์
313 อธิบายขนั ตอนการหาสมการการเกิดแรงเคลอื นไฟฟา้
32 เข้าใจชนิดของเครืองกําเนิดไฟฟา้
321 อธิบายสนามแมเ่ หลก็ แบบแยกกระต้นุ
322 อธิบายสนามแมเ่ หลก็ แบบกระต้นุ ตวั เอง
33 เข้าใจคณุ สมบตั แิ ละการควบคมุ แรงดนั ของเครืองกาํ เนิด
331 อธิบายคณุ สมบตั ขิ องเครืองกําเนิดในสภาวะไมม่ ีโหลด
332 อธิบายคณุ สมบตั ขิ องเครืองกําเนดิ ในสภาวะมีโหลด
333 อธิบายการควบคมุ แรงดนั ทีขวั

Montri Ngoudech Page 1

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 2

34 คาํ นวณกําลงั ไฟฟา้ และประสทิ ธิภาพ
341 คาํ นวณหาคา่ แรงเคลอื น กระแส ความเร็วและกาํ ลงั ไฟฟ้า
342 คาํ นวณหาคา่ กําลงั สญู เสยี และประสิทธิภาพ

35 แก้ปัญหาการขนานเครืองกําเนิดไฟฟา้
351 คํานวณหาคา่ การขนานเครืองกําเนิดแบบขนาน
352 อธิบายการขนานเครืองกําเนิดแบบอนกุ รม
353 อธิบายการขนานเครืองกําเนิดแบบผสม

Montri Ngoudech Page 2

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 3

บทที 2 เครืองกลไฟฟ้ากระแสตรง
(DIRECT CURRENT MACHINES)

2.1 ความหมายของเครืองกลไฟฟ้ากระแสตรง (Meaning of DC Machines)

โดยทวั ไป เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง หมายถงึ
 เครืองกําเนิดไฟฟ้ากระแสตรง (DC Generator)

 มอเตอร์ไฟฟา้ กระแสตรง (DC Motor)

DC Supply Line

M2 G M1

Primover Generator Load

รูปที 2-1 เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง

จากรูปที 2-1 เมือมอเตอร์ M2 ได้รบั แรงดนั ไฟฟา้ จากสายจา่ ยแรงดนั ไฟฟา้ กระแสตรง (DC
Supply Line) มอเตอร์ M2 จะหมนุ ขบั เครืองกําเนิดไฟฟา้ G ทําให้เกิดกระแสไฟฟา้ จ่ายไปยงั โหลด
มอเตอร์ M1 ได้

Montri Ngoudech Page 3

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 4

ดงั นนั จงึ สรุปได้วา่
เครืองกาํ เนิดไฟฟ้า เป็นเครืองมอื หรืออปุ กรณ์เปลยี นพลงั งานกลเป็นพลงั งานไฟฟา้
มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง เป็นเครืองมอื หรืออปุ กรณเ์ ปลียนพลงั งานไฟฟา้ เป็นพลงั งานกล

Montri Ngoudech Page 4

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 5

2.2 แรงเคลือนไฟฟ้าทเี กิดในขดลวดตัวนํา (Voltage Induced by a Coil)

การเกิดแรงเคลอื นไฟฟา้ ทีจะกลา่ วถงึ ในทีนี ไมไ่ ด้ใช้เฉพาะกบั เครืองกําเนดิ ไฟฟา้ กระแสตรงเทา่ นนั
แตย่ งั สามารถนําไปใช้กบั เครืองกําเนิดไฟฟ้ากระแสสลบั ได้อีกด้วย

เมอื ใดกต็ ามทีมีการเคลอื นทีสมั พนั ธ์ (Relative Motion) ระหวา่ งตวั นําและสนามแมเ่ หลก็ ใน
ทิศทางทซี ึงตวั นําตดั กบั เส้นแรงแมเ่ หลก็ หรือ ตดั กบั สนามแมเ่ หลก็ แรงเคลือนไฟฟา้ กจ็ ะถกู เหนียวนําให้
เกิดขนึ ในตวั นํา ในสว่ นทเี กียวข้องกบั เครืองกําเนิดไฟฟา้ นนั คา่ หรือขนาด ของแรงเคลอื นเหนียวนําที
เกิดขนึ จะขนึ อยกู่ บั ความเข้มของสนามแมเ่ หลก็ โดยตรง และอตั ราทีซึงเส้นแรงแมเ่ หลก็ ตดั โดยที
สนามแมเ่ หลก็ ทีมคี วามเข้มมากกวา่ หรือจํานวนของเส้นแรงแมเ่ หลก็ ทีตดั ในเวลาทีกําหนดให้มีคา่ มากกวา่ ก็
จะทําให้ได้แรงเคลือนเหนียวนําทีเกิดขนึ มคี า่ มากกวา่ ทิศทางหรือขวั ของแรงเคลอื นทีเกดิ ขนึ สามารถหาได้
โดยการใช้ “กฎมือขวาหรือเครืองกาํ เนดิ ไฟฟ้า” (กฏมือขวาของเฟลมมงิ ) โดยความสมั พนั ธ์ที
สอดคล้องกบั กฎนี ให้กางมือขวาออกโดยให้นิวหวั แมม่ อื นิวชี และนิวกลางตา่ งตงั ฉากซึงกนั และกนั
ดงั นนั ถ้าให้นิวชีชีในทิศทางของสนามแมเ่ หลก็ (B) นิวหวั แมม่ ือชีในทิศทางการเคลอื นทีของตวั นํา (M)

นิวกลางกจ็ ะชใี นทศิ ทางทซี ึงกระแสไหล (I)

Montri Ngoudech Page 5

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 6

N A S
BD
+
C

(ก)

Montri Ngoudech Page 6

บทท2ี : เครืองกลไฟฟ้ากระแสตรง 7

(ข)
รูปที 2-2 ก) ตวั นําหมนุ ตดั กบั สนามแมเ่ หลก็

ข) กฎมือขวาของเฟลมมิง

เมือนํากฎมอื ขวามาใช้กบั เครืองกําเนดิ ไฟฟา้ เบืองต้นทีมขี ดลวดเพียงรอบเดียวตามทีแสดงให้เห็น
ในรูปที 2-2 (ก) กจ็ ะพิจารณาเหน็ ได้วา่ จะมีแรงเคลอื นสองปริมาณทีถกู เหนียวนําให้เกิดขนึ ในวงขดลวดใน
ขณะทีมนั หมนุ แรงเคลอื นเหลา่ นีจะถกู เหนียวนําให้เกิดขนึ บนด้านทงั สอง ของวงขดลวดและมีขนาด
เทา่ กนั ทิศทางของมนั จะอยใู่ นลกั ษณะอนกุ รมกนั เมือนําไปเทียบกบั ปลายทงั สองของวงขดลวดทีเปิด
เพราะฉะนนั ในผลทีเกิดขนึ คา่ หรือขนาดของแรงเคลือนทีคร่อมอย่รู ะหวา่ งปลายทงั สองของวงขดลวดจะมี
คา่ หรือขนาดเป็นสองเทา่ ของแรงเคลอื นทีถกู เหนียวนําให้เกิดขนึ ในแตล่ ะด้านของวงขดลวด

Montri Ngoudech Page 7

บทท2ี : เครืองกลไฟฟ้ากระแสตรง 8

ข้อสังเกต การเหนยี วนําในตวั นําเกิดขนึ ได้ด้วย 2 วิธี นนั คือ
1. ให้ตวั นําเคลอื นทีตดั กบั ฟลกั ซ์แมเ่ หลก็ ลกั ษณะนีเปรียบได้กบั ปฏกิ ิริยาของเครืองกําเนิดไฟฟ้า
(Generator Action) คือ เมือมีมอเตอร์มาหมนุ อาร์เมเจอร์ของเครืองกําเนิดไฟฟา้ ตวั นําทีบรรจอุ ยู่
ในอาร์เมเจอร์จะเคลอื นทีตดั กบั ฟลกั ซ์แมเ่ หลก็ ซึงเกิดจากขวั แมเ่ หลก็ ทําให้จ่ายแรงดนั ไฟฟ้า
ออกมาภายนอกได้
2. การจ่ายแรงดนั ไฟฟา้ ให้ขดลวด ลกั ษณะนีเปรียบได้กบั ปฏกิ ิริยาของมอเตอร์ไฟฟ้า (Motor
Action) คือ เมือมอเตอร์ได้รบั แรงดนั ไฟฟา้ จากภายนอก จะทําให้เกิดแรง F และแรงบิด T ซงึ ทํา
ให้มอเตอร์หมนุ และจ่ายพลงั งานกลออกสภู่ ายนอกได้

Montri Ngoudech Page 8

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 9

2.3 โครงสร้างของเครืองกลไฟฟ้ากระแสตรง (DC Machine Construction)

ส่วนประกอบทีสาํ คัญ ปกตเิ ครืองกลไฟฟ้ากระแสตรงเพียงเครืองเดยี วอาจเป็นได้ทงั เครือง
กําเนิดไฟฟา้ และมอเตอร์ไฟฟา้

Flux Brush F rame

Commutator Field Coil

Air Gap

Armature Pole

รูปที 2-3โครงสร้างของเครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง

รูปที 2-3 แสดงให้เหน็ ถงึ โครงสร้างของเครืองกลไฟฟา้ กระแสตรงทงั หมด สาํ หรับรายละเอียดของ
สว่ นประกอบตา่ งๆ จะกลา่ วถึงในลําดบั ตอ่ ไปนี

Montri Ngoudech Page 9

บทท2ี : เครืองกลไฟฟ้ากระแสตรง 10

Montri Ngoudech Page 10

บทท2ี : เครืองกลไฟฟ้ากระแสตรง 11

2.3.1 ขัวสนามแม่เหล็ก (Field Poles)

ขวั สนามแมเ่ หลก็ เป็นสว่ นทีสร้างฟลกั ซ์แมเ่ หลก็ เมอื ตวั นําในอาร์เมเจอร์หมนุ ตดั สนามแมเ่ หลก็ นี
จะทําให้เกิดการเหนียวนําไฟฟา้ ขนึ สว่ นประกอบและโครงสร้างของขวั สนามแมเ่ หลก็ แสดงดงั รูปที 2-4

รูปที 2-4 ขวั สนามแม่เหลก็
1) ขดลวดสนามแมเ่ หลก็
2) ฉนวนรองรับขดลวดสนามแมเ่ หลก็
3) สกรูยดึ
4) เปลอื กหรือโครงเหลก็
5) แกนขวั แมเ่ หลก็
6) ปลายขวั แมเ่ หลก็

แกนเหลก็ อาร์เมเจอร์ (Armature Core)

แกนเหลก็ อาร์เมเจอร์ทําจากแผน่ เหลก็ บางๆ แตล่ ะแผน่ อาบด้วยนํายาวานิชหรือกนั ด้วย
กระดาษแล้วนําไปอดั เป็นรูปแกนเหลก็ อาร์เมเจอร์ ดงั รูปที 12-5 สาเหตทุ นี ําเอาแผน่ ลามเิ นทมาทําเป็นแกน
เหลก็ อาร์เมเจอร์ กเ็ พือลดความสญู เสยี เนืองจากกระแสไฟฟ้าไหลวน (Eddy Current Loss) ทีเกิดขนึ ใน
ตวั แกนเหลก็ อาร์เมเจอร์เอง

Montri Ngoudech Page 11

บทท2ี : เครืองกลไฟฟ้ากระแสตรง 12

แกนเหลก็ อาร์เมเจอร์จะมีร่องสล๊อตมากมายสําหรบั ฝงั ขดลวดตวั นําลงในร่องสล๊อตนนั

รูปที 2-5 แกนเหลก็ อาร์เมเจอร์

รูป 2-6 a) รูปขณะพนั ขดลวดลงร่องสล๊อตของอาร์เมเจอร์
b) แสดงให้เห็นแกนเหลก็ อาร์เมเจอร์เมือพนั ขดลวดและประกอบเสร็จแล้ว

Montri Ngoudech Page 12

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 13

2.3.3 คอมมวิ เตเตอร์ (Commutater)

คอมมวิ เตเตอร์ประกอบด้วยซีทองแดงจํานวนหลายๆ ซี และมีลกั ษณะรปู ร่างตามทีแสดง
ให้เหน็ ดงั ในรปู ที 2-7 ซีย่อยๆ แตล่ ะซจี ะถกู ประกอบเข้าด้วยกนั ให้อยใู่ นรูปของทรงกระ-บอก ระหวา่ งซีคอม
มิวเตเตอร์แตล่ ะซีจะมแี ผน่ ไมก้าบาง ๆ คนั อยเู่ พือไมใ่ ห้ตอ่ ถงึ กนั ทางไฟฟ้า

รูปที 2-7 คอมมิวเตเตอร์

Montri Ngoudech Page 13

บทท2ี : เครืองกลไฟฟ้ากระแสตรง 14

คอมมวิ เตเตอร์มหี น้าที 2 อย่างคอื
- ทําหน้าทีรบั และเรียงแรงดนั ไฟฟ้าจากขดลวดอาร์เมเจอร์ เพือสง่ ไปยงั แปรงถ่านขณะที
เครืองกลไฟฟา้ ทําหน้าทีเป็นเครืองกําเนิดไฟฟา้
- ทําหน้าทีรับแรงดนั ไฟฟา้ จากแปรงถ่านเพือสง่ ไปยงั ขดลวดอาร์เมเจอร์ ขณะทีเครืองกล
ไฟฟ้าทําหน้าทเี ป็นมอเตอร์ไฟฟา้

2.3.4 แปรงถ่านและทยี ดึ แปรงถ่าน (Brush and Brush Holder)

แทง่ แปรงถา่ นอาจทํามาจากสว่ นผสมของคาร์บอนกบั กราไฟท์ หรือ คาร์บอนกบั ทองแดง
ชดุ ของแปรงถา่ นประกอบด้วย

รูปที 2-8 ชุดของแปรงถา่ น

1. กลอ่ งใสแ่ ปรงถ่าน (Brush-Holder Box)
2. แท่งแปรงถา่ น (Brush)
3. สปริงอดั แรง (Pressure Spring)
4. หางเปียแปรงถา่ น (Brush Pigtail)
เมอื เครืองกลไฟฟ้าทําหน้าทเี ป็นเครืองกําเนดิ ไฟฟ้า แปรงถ่านจะทําหน้าทีรวบรวม
กระแสไฟฟา้ จากซีคอมมิวเตเตอร์สง่ ไปสวู่ งจรภายนอก และเมอื เครืองกลไฟฟา้ ทําหน้าทเี ป็นมอเตอร์ แปรง
ถ่านจะทําหน้าทีรับกระแสไฟฟ้าจากภายนอกสง่ ไปยงั คอมมิวเตเตอร์
เราจะตดิ ตงั แปรงถา่ นไว้ระหวา่ งกึงกลางขวั แมเ่ หลก็ เหนือหรือใต้ เพราะทจี ดุ กงึ กลางนจี ะมี
ความหนาแนน่ ของฟลกั ซ์แมเ่ หลก็ ทเี กิดจากขวั แมเ่ หลก็ น้อยมาก บริเวณนเี รียกวา่ แนวเสน้ สะเทิน
สนามแม่เหลก็ (Magnetic Neutral Line ; MNL)

Montri Ngoudech Page 14

บทท2ี : เครืองกลไฟฟ้ากระแสตรง 15

2.4 การพนั ขดลวดอาร์เมเจอร์ (Armature Winding)

การพนั ขดลวดอาร์เมเจอร์แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ
 การพนั แบบแลป (Lap Winding)
 การพนั แบบเวฟ (Wave Winding)
การพนั แบบแลปและแบบเวฟอาจมีลกั ษณะเป็น 1 ชนั (Simplex) หรือ 2 ชนั

(Duplex)หรือ 3 ชนั (Triplex) ก็ได้ การพนั แบบแลปและแบบเวฟตา่ งกนั ทีวิธกี ารนําเอาปลายของขดลวด
มาตอ่ กบั ซีคอมมิวเตเตอร์

สว่ นประกอบของเครืองกลไฟฟ้าอยา่ งงา่ ยดงั รูปที 12- 9 ได้แกข่ วั แมเ่ หลก็ 4 ขวั ซีคอมมิว
เตเตอร์ 8 ซี (S1-S4) แปรงถา่ น 4 แปรง (B1-B4) ขดลวดอาร์เมเจอร์ 8 ขด (A,B,C,D,E,F,G และ H) แต่
ละขดมีจํานวน N รอบ

อกั ษร a เป็นต้นขดลวด A และ a เป็นปลายขดลวด A
อกั ษร b เป็นต้นขดลวด B และ b เป็นปลายขดลวด B

อกั ษร c เป็นต้นขดลวด C และ c เป็นปลายขดลวด C
อกั ษร d เป็นต้นขดลวด D และ d เป็นปลายขดลวด D

อกั ษร e เป็นต้นขดลวด E และ e เป็นปลายขดลวด E
อกั ษร f เป็นต้นขดลวด F และ f เป็นปลายขดลวด F

อกั ษร g เป็นต้นขดลวด G และ g เป็นปลายขดลวด G

อกั ษร h เป็นต้นขดลวด H และ h เป็นปลายขดลวด H

Montri Ngoudech Page 15

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 16

Rotation B1 North B2
S8
S7 h h' S1
f' g' a b

g G HA a'
South S6 e' FB South
EDC
c S2

f e c' b'
d' S4 d

B4 S5 S3 B3

North
รูปที 2-10 ส่วนประกอบของเครืองกลไฟฟา้ อย่างง่าย

2.4.1 การพนั ขดลวดแบบซิมเพล็กซ์แลป (Simplex Lap Winding)

การพนั ขดลวดแบบซิมเพลก็ ซ์แลปมหี ลกั การคือ นําด้านปลายขดลวดตวั แรกไปตอ่ กบั ต้น

ของขดลวดตวั ตด่ ไปจนครบจํานวนตามต้องการ การพนั แบบแลปแสดงดงั รูปที 2-11

a' เชือมกบั b ที SSSSSSSS67341258 ab c
b' เชือมกบั c ที
c' เชือมกบั d ที h' a' b'
d' เชือมกบั e ที
e' เชือมกบั f ที S8 S1 S2 S3 S4
f' เชือมกบั g ที YC
g' เชือมกบั h ที
h' เชือมกบั a ที Lap Winding

รูปที 2-11 การพนั ขดลวดแบบซิมเพล็กซ์แลป

YC คอื ระห่างระหวา่ งซีคอมมวิ เตเตอร์ระหวา่ งต้นขดลวดตวั หนึงไปยงั ต้นขดลวดอีกตวั หนึงซงึ การ
พนั ขดลวดแบบซิมเพลก็ ซ์นี YC = 1 เสมอ

Montri Ngoudech Page 16

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 17

2.4.2 การพนั ขดลวดแบบซิมเพล็กซ์เวฟ (Simplex Wave Winding)

การพนั ขดลวดแบบซิมเพลก็ ซ์เวฟมคี วามแตกตา่ งกบั การพนั แบบแลปแสดงดงั รูปที 2-12
โดยความหา่ งช่วงต้นและปลายขดลวดจะมชี ว่ งกว้างกวา่ แบบแลป

h' a a' b
Commutator

YC
Wave Winding

รูปที 2-12 การพนั ขดลวดแบบซิมเพล็กซ์เวฟ

ตารางที 2-1 ความแตกต่างระหว่างการพนั อาร์เมเจอร์แบบแลปและแบบเวฟ

การพนั แบบแลป การพนั แบบเวฟ

1. มีกระแสไฟฟ้าทีอาร์เมเจอร์สูงแต่ 1. มีกระแสไฟฟ้าตาํ แต่แรงดนั ไฟฟ้าสูงโดย

แรงดนั ไฟฟ้าตาํ กาํ ลงั ไฟฟ้าทีไดเ้ ท่ากบั แบบแลป

2. ทางขนานในการพนั แบบ 2. ทางขนานในการพนั แบบ

Simplex Lap มี a = p Simplex Wave มี a = 2

Duplex Lap มี a = 2p Duplex Wave มี a = 4

Triplex Lap มี a = 3p Triplex Wave มี a = 6

3. YC = 1 เสมอ 3. YC > 1 เสมอ
4. มแี ปรงถ่านเพียง 2 อนั เท่านนั

Montri Ngoudech Page 17

บทท2ี : เครืองกลไฟฟ้ากระแสตรง 18

2.5 เครืองกาํ เนิดไฟฟ้ากระแสตรง (DC GENERATOR)

2.5.1 หลักการทํางานเบอื งต้นของเครืองกาํ เนิดไฟฟ้ากระแสตรง
2.5.1.1 เครืองกาํ เนิดไฟฟ้ากระแสตรงเบืองต้น

พืนฐานของเครืองกําเนิดไฟฟ้ากระแสตรงจะผลติ ไฟฟา้ ออกมาโดยการหมนุ ของกลมุ่ ขดลวดตวั นําที
เคลือนทีผา่ นไปในสนามแมเ่ หลก็ ดงั นนั พลงั งานทีต้องจา่ ยให้กบั เครืองกําเนิดจงึ เป็นพลงั งานกลทีต้องการ
เพือทีจะนําไปใช้ในการหมนุ ขดลวดตวั นํา พลงั งานกลนีสามารถได้มาจากหลายทางด้วยกนั เช่น เครืองยนต์
แก๊สโซลีน เครืองยนตด์ เี ซล เครืองกงั หนั ไอนํา มอเตอร์ไฟฟา้ การไหลของนํา หรือแม้แตเ่ ครืองปฏิกรณ์
ปรมาณู ฯลฯ

เครืองกําเนิดไฟฟ้ากระแสตรงเบืองต้น (the basic dc generator) ประกอบด้วยสว่ นสําคญั 4 สว่ น
คือ

(1) สนามแมเ่ หลก็
(2) ขดลวดตวั นํา
(3) คอมมิวเตเตอร์
(4) แปรงถ่าน

รูป 2-13 เครืองกําเนิดไฟฟ้ากระแสตรงเบืองต้น

Montri Ngoudech Page 18

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 19

สนามแมเ่ หลก็ สามารถทจี ะหาได้จากแมเ่ หลก็ ถาวรหรือแมเ่ หลก็ ไฟฟา้ ก็ได้ แตใ่ นทีนีเราจะสมมตุ ิให้

สนามแมเ่ หลก็ ทีได้มาจากแมเ่ หลก็ ถาวรก่อน ตามทีแสดงในรูป 2-13 สนามแมเ่ หลก็ จะประกอบด้วยเส้น

แรงแมเ่ หลก็ ทีอย่ใู นลกั ษณะครบวงจร เส้นแรงแมเ่ หลก็ จะพงุ่ ออกจากขวั เหนือของแมเ่ หลก็ ผา่ นช่องวา่ ง

ระหวา่ งขวั ของแมเ่ หลก็ เข้าสขู่ วั ใต้แล้วเคลอื นทีผา่ นในเนือแมเ่ หลก็ กลบั ไปยงั ขวั เหนือ

ขดลวดตวั นํารอบเดยี วตงั อยรู่ ะหวา่ งขวั แมเ่ หลก็ เพราะฉะนนั ขดลวดดงั กลา่ วนีจึงอยใู่ น

สนามแมเ่ หลก็ ตราบนานเท่านานทีวงขดลวดไมไ่ ด้เคลอื นทีตดั สนามแมเ่ หลก็ สนามแมเ่ หลก็ ก็จะไมส่ ง่ ผล

ใดๆ ตอ่ ขดลวด แตถ่ ้าวงขดลวดเคลือนทหี มนุ ตดั สนามแมเ่ หลก็ มนั กจ็ ะเหนียวนําให้เกดิ แรงเคลือนไฟฟ้าขนึ

ภายในขดลวด

ารเคลือนทีของวงขดลวดในแตล่ ะรอบ ขนาดและทิศทางของแรงเคลือนเหนยี วนําทีเกิดขนึ จะมี

ลกั ษณะเป็นรปู คลนื ซายน์หนงึ ไซเกิลพอดี เพราะฉะนนั ในขณะทีวงขดลวดเคลอื นที แรงเคลอื นรูปซายน์หรือ

แรงเคลอื นไฟสลบั จะปรากฏขนึ ทปี ลายทงั สองของขดลวด แตเ่ นืองจากเครืองกําเนิดไฟฟ้ากระแสตรงมนั

จะต้องมเี อาท์พทุ เป็นไฟตรง เพราะฉะนนั แรงเคลอื นไฟสลบั จะต้องถกู เปลยี นให้เป็นแรงเคลอื นไฟตรง ซงึ

สว่ นทีทําหน้าทีเปลยี นแรงเคลือนไฟสลบั ให้เป็นแรงเคลอื นไฟตรงกค็ ือ คอมมิวเตเตอร์ และแรงเคลอื น

ไฟตรงจากคอมมวิ เตเตอร์จะถกู สง่ ตอ่ ไปยงั วงจรภายนอกโดยผา่ นแปรงถา่ น

2.5.1.2 การเกิดแรงเคลือนไฟฟ้า

การเกิดแรงเคลอื นไฟฟ้านีไมไ่ ด้เฉพาะเครืองกําเนิดไฟฟ้ากระแสตรงเท่านนั แตย่ งั สามารถนําไปใช้
กบั เครืองกําเนิดไฟฟ้ากระแสสลบั ได้อีกด้วย

เมอื ใดกต็ ามทีมกี ารเคลือนทีสมั พทั ธ์ (relative motion) ระหวา่ งตวั นําและสนามแมเ่ หลก็ ใน
ทิศทางทซี ึงตวั นําตดั กบั เส้นแรงแมเ่ หลก็ หรือตดั สนามแมเ่ หลก็ แรงเคลอื นไฟฟา้ กจ็ ะถกู เหนียวนําให้เกิดขนึ
ในตวั นํา ในสว่ นทเี กียวข้องกบั เครืองกําเนดิ ไฟฟา้ นนั คา่ หรือขนาด (magnitude) ของแรงเคลอื น
เหนยี วนําทเี กิดขนึ จะขนึ อย่กู บั ความเข้มของสนามแมเ่ หลก็ โดยตรง และอตั ราทซี ึงเส้นแรงแมเ่ หลก็ ตดั โดย
ทีสนามแมเ่ หลก็ ทีมคี วามเข้มมากกวา่ หรือจํานวนของเส้นแรงแมเ่ หลก็ ทีตดั ในเวลาทีกําหนดทคี า่ มากกวา่ ก็
จะทําให้ได้แรงเคลอื นเหนียวนําทีเกิดขนึ มคี า่ มากกวา่ ทิศทางหรือขวั ของแรงเคลือนทีเกดิ ขนึ สามารถหาได้
โดยการใช้กฎมือขวาสาํ หรับเครืองกําเนิดไฟฟ้า “กฎมอื ขวาของเฟลมมิง” โดยความสมั พนั ธ์ทีสอดคล้อง
กบั กฎนี ให้กางมือขาวออกโดยให้นิวหวั แมม่ อื นิวชี และนิวกลางตา่ งตงั ฉากซึงกนั โดยกําหนดความหมาย
ดงั นี

Montri Ngoudech Page 19

บทท2ี : เครืองกลไฟฟ้ากระแสตรง 20

นิวชี = ทิศทางสนามแมเ่ หลก็
นิวหวั แมม่ อื = ทิศทางการเคลอื นทีของตวั นํา
นิวกลาง = ทิศทางของกระแสทีไหลในตวั นํา

รูป 2-14

เมอื นํากฎมือขวามาใช้กบั เครืองกําเนิดไฟฟ้าเบืองต้นทีมขี ดลวดเพียงรอบเดยี วตามทีแสดงให้เหน็
ในรูปที 2-14 ก็จะพิจารณาเห็นได้วา่ จะมีแรงเคลอื นสองปริมาณทีถกู เหนียวนําให้เกิดขนึ บนด้านทงั สองของ
วงขดลวดและมขี นาดเท่ากนั ทิศทางของมนั จะอย่ใู นลกั ษณะอนกุ รมกนั เมือนําไปเทียบกบั ปลายทงั สอง
ของวงขดลวดทีเปิดเพราะฉะนนั ในผลทีเกิดขนึ คา่ หรือขนาดของแรงเคลือนทีคร่อมอย่ทู ีปลายระหวา่ งทงั
สองของวงขดลวดจะมีคา่ หรือขนาดเป็นสองเท่าของแรงเคลือนทีถกู เหนียวนําในแตล่ ะด้านของวงขดลวด

ข้อสงั เกต การเคลือนทีทีสมั พทั ธ์หมายถงึ ความเร็วในการเคลอื นทีของวตั ถสุ องอนั ไมเ่ ท่ากนั
มคี วามแตกตา่ งของความเร็วระหวา่ งวตั ถทุ งั สองอนั วตั ถอุ นั หนงึ อนั ใดจะหยดุ นิงอยกู่ บั ทีในขณะทีอกี
อนั หนงึ กําลงั เคลอื นทีอยู่

2.5.1.3 การกําหนดขวั ของแรงเคลือนไฟฟ้าทเี กดิ ขนึ

จากการศกึ ษาเราพบวา่ กระแสอเิ ลค็ ตรอนจะไหลจากขวั ลบไปยงั ขวั บวก อยา่ งไรกต็ ามในตวั เครือง
กําเนิดไฟฟ้าเองนนั มนั ไมไ่ ด้เป็นวงจรไฟฟา้ แตม่ นั เป็นแหลง่ จา่ ยกําลงั งานไฟฟ้า ซึงเป็นองค์ประกอบตวั หนึง
ในวงจรไฟฟา้ เพราะฉะนนั ถ้าเครืองกําเนิดไฟฟ้าถกู ตอ่ ให้ครบวงจร เรากจ็ ะพบวา่ กระอเิ ลค็ ตรอนทีไหลอยู่

Montri Ngoudech Page 20

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 21

ภายในตวั แหลง่ จา่ ยกําลงั งานไฟฟ้าจะไหลจากขวั บวกไปยงั ขวั ลบ (ในขณะทีกระแสไฟฟา้ จะไหลจากขวั ลบ
ไปยงั ขวั บวก)

รูป 2-15 การกําหนดขวั ของแรงเคลือนไฟฟ้าทีเกิดขนึ

ดงั นนั จึงมคี วามจําเป็นทีจะต้องกําหนดขวั ให้กบั เครืองกําเนิดไฟฟ้า ทงั นีกเ็ พือทจี ะแสดงให้เห็นวา่
กระแสอิเลค็ ตรอนทถี กู เหนียวนําให้เกิดขนึ ในเครืองกําเนิดไฟฟ้านนั ทําให้เกิดประจไุ ฟฟ้าทีขวั เอาท์พทุ ได้
อยา่ งไร ทงั นีเพราะกระแสเหนยี วนําเป็นตวั ทําให้อิเลค็ ตรอนไหลไปในทิศทางทีเกดิ การสะสม ดงั นนั ขวั ทงั
สองของเครืองกําเนดิ ไฟฟ้าจึงถกู กําหนดให้มีความสมั พนั ธ์สอดคล้องกบั ประจไุ ฟฟา้ ทีเกิดขนึ เพราะฉนนั เมอื
ตอ่ โหลดเข้ากบั เครืองกําเนิดไฟฟา้ กระแสอเิ ลค็ ตรอนทีไหลผา่ นโหลดจะไหลจากขวั ลบไปยงั ขวั บวกใน
ขณะทีกระแสไฟฟา้ จะไหลจากขวั บวกไปยงั ขวั ลบ ทงั นเี พราะเราได้กําหนดให้กระแสไฟฟา้ มีทิศทางการไหล
ทีตรงกนั ข้ามกบั อิเลค็ ตรอนนนั เอง

สรุปได้วา่ ขวั เอาท์พทุ ของเครืองกําเนิดไฟฟา้ กระแสตรงทีถกู ตงั หรือกําหนดขนึ นกี เ็ พือให้เราทราบ
วา่ เมือมีโหลดตอ่ เข้ากบั ขวั ทงั สองของเครืองกําเนิดไฟฟา้ แล้ว กระแสอเิ ลค็ ตรอนทีไหลผา่ นโหลดจะไหลจาก
ขวั ลบไปยงั ขวั บวก หรือกระแสไฟฟา้ ทีไหลจะไหลจากขวั บวกไปยงั ขวั ลบ ตามทีแสดงให้เหน็ ในรูปที 2-15

Montri Ngoudech Page 21

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 22

2.5.1.4 การเกดิ แรงเคลือนไฟฟ้ารูปคลืนซายน์

ตามทีได้กลา่ วมาแล้ววา่ เครืองกําเนิดไฟฟา้ กระแสตรงจะสร้างแรงเคลอื นเอาท์พทุ รูปคลนื ซาย์ขนึ
แล้วจงึ ถกู เปลยี นให้เป็นแรงเคลือนไฟตรงด้วยคอมมิวเตเตอร์ เพือความสะดวกในการพิจารณาในขณะนจี ะ
ไมข่ อกลา่ วถงึ หน้าทีของคอมมวิ เตเตอร์ ในรูปที 2-16 ได้แสดงให้เหน็ ถงึ ตําแหน่งตา่ งๆ ของวงขดลวดที
เคลือนทีหมนุ ตดั กบั สนามแมเ่ หลก็ แล้วทําให้เกิดแรงเคลือนไฟฟ้ารูปคลอื นซายน์ขนึ

จากรูปที 2-16 จะเห็นวา่ ขดลวดเคลือนทหี มนุ ไปอยใู่ นตาํ แหน่งที 1 จะไมม่ แี รงเคลือนไฟฟ้าเกิดขนึ
หรือแรงเคลอื นไฟฟา้ เป็นศนู ย์ เพราะวา่ ในตาํ แหนง่ นีขดลวดกําลงั เคลือนทีขนานกบั เส้นแรงแมเ่ หลก็ แตเ่ มือ
ขดลวดเคลอื นทีหมนุ จากตําแหนง่ ที 1 ไปยงั ตําแหนง่ ที 2 จะเหน็ ได้วา่ ขดลวดจะตดั กบั สนามแมเ่ หลก็ เพิม
มากขนึ ซึงมผี ลทําให้แรงเคลือนทีเกิดขนึ มคี า่ เพิมมากขนึ ถึงแม้วา่ ความเร็วในการเคลือนทีของวงขดลวดจะ
มีคา่ คงทีกต็ าม

ตาํ แหน่งที 2 ซึงห่างจากตําแหน่งเดิม 90 จะเห็นได้วา่ ด้านข้างทงั สองของวงขดลวดจะตดั กบั เส้น
แรงแมเ่ หลก็ มากทีสดุ ดงั นนั แรงเคลอื นทีเกดิ ขนึ ในตาํ แหนง่ นีจึงมีคา่ สงู สดุ

ตําแหน่งที 3 ระหวา่ งตําแหน่งที 2 และ 3 แรงเคลอื นทเี กิดขนึ ยงั คงมที ิศทางเดยี วกนั แตค่ า่ หรือ
ขนาดของมนั จะคอ่ ยๆ ลดลงเรือยๆ เมือวงขดลวดเคลือนทีเข้าใกล้ตําแหนง่ ที 3 และทีตาํ แหนง่ ที 3 นีจะไมม่ ี
แรงเคลือนเกิดขนึ เพราะวา่ ทีตาํ แหนง่ นีวงขดลวดไมไ่ ด้เคลอื นทีตดั กบั สนามแมเ่ หลก็

ระหวา่ งตําแหนง่ ที 3 และ 4 แรงเคลอื นจะมคี า่ เพมิ มากขนึ ในลกั ษณะทีคล้ายกนั กบั ระหวา่ ง
ตาํ แหนง่ ที 1 และ 2 แตจ่ ะสงั เกตเหน็ ได้วา่ ในตอนแรกหรือระหวา่ งตาํ แหนง่ ที 3 และ 4 ขดลวดด้านสเี ข้มจะ
เคลอื นทีขนึ ดงั นนั แรงเคลือนทเี กิดขนึ ในขดลวดด้านสเี ข้มในตอนนีจึงมที ิศทางตรงกนั ข้ามกบั ในตอนแรก

ในตําแหน่งที 4 หรือทีมมุ 270 จะเห็นได้วา่ ด้านข้างทงั สองของวงขดลวดจะตดั กบั เส้นแรงแมเ่ หลก็
มากทีสดุ อกี ครงั หนึง ดงั นนั แรงเคลอื นทีเกิดขนึ ในตําแหนง่ นจี งึ มีคา่ สงู สดุ อีกครงั หนึงเชน่ กนั แตม่ ที ิศทาง
ตรงกนั ข้ามกบั ในตําแหน่งที 2 หรือทีมมุ 90 ซงึ ในลกั ษณะเชน่ นีจะพิจารณาเหน็ ได้วา่ จะเกิดขนึ สองครงั
เชน่ กนั ในระหวา่ งการเคลือนทีครบหนงึ รอบของวงขดลวด กลา่ วคอื ทีตําแหนง่ หนึงของวงขดลวด (ที
ตําแหนง่ ที 2 หือทีมมุ 90 ) แรงเคลือนสงู สดุ จะเกดิ ขนึ ในทิศทางหนงึ ในขณะทีอีกตําแหน่งหนึง (ทีตําแหนง่
4 หรือทีมมุ 270) หรือ 180 ถดั มาแรงเคลือนสงู สดุ กจ็ ะเกิดขนึ ในอกี ทศิ ทางหนงึ หรือทศิ ทางตรงกนั ข้าม
ซึงเป็นไปตามกฎมอื ขวาสาํ หรับเครืองกําเนิดไฟฟ้า

ระหวา่ งตาํ แหน่งที 4 และ 5 แรงเคลอื นทีเกิดขนึ ยงั คงมีทศิ ทางเดยี วกนั แตค่ า่ หรือขนาดของมนั จะ
ลดลงเรือยๆ เมอื งวงขดลวดเคลอื นทีเข้าใกล้ตําแหนง่ ที 5 และทีตาํ แหนง่ ที 5 นีจะไมม่ แี รงเคลอื นเกิดขนึ
เพราะวา่ ขดลวดไมไ่ ด้ตดั กบั สนามแมเ่ หลก็ ซึงตาํ แหน่งที 5 นีคือตําแหน่งที 1 นนั เอง

Montri Ngoudech Page 22

บทท2ี : เครืองกลไฟฟ้ากระแสตรง 23

Montri Ngoudech Page 23

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 24

รูปที 2-16 การเกดิ แรงเคลือนไฟฟา้ รูปคลนื ซายน์

ดงั นนั เมือพิจารณาเมือการเคลอื นทีครบ 1 รอบจะได้รูปคลืนซายน์หนงึ รูปคลนื พอดี ก็จะ
สงั เกตเหน็ ได้วา่ จะทําให้เกิดแรงเคลอื นรูปซายน์ขนึ ในวงขดลวดและมที ิศทางตามทีแสดงให้เห็นดงั ในรูปที
2-16 โดยทีขบวนการทีกลา่ วมานจี ะเกิดขนึ ซํากนั ไปเรือยๆ ในแตล่ ะรอบของการเคลอื นที

Montri Ngoudech Page 24

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 25

รูปที 2-17 การเกิดแรงเคลอื นไฟฟา้ รูปคลืนซายน์

สว่ นในรูปที 2-16 ก็มีลกั ษณะเหมอื นกบั ในรูปที 2-15 กลา่ วคือ แสดงให้เหน็ วา่ แรงเคลอื นรูปคลืน
ซายน์เกิดขนึ ในลกั ษณะตามลาํ ดบั ได้อยา่ งไรในขณะทีวงขดลวดเคลือนทีหมนุ ไปในสนามแมเ่ หลก็ ทีครบ
หนึงรอบพอดี

2.5.1.5 การทาํ งานของคอมมวิ เตเตอร์

เราได้ทราบวา่ คอมมิวเตเตอร์เป็นตวั เปลยี นแรงเคลือนไฟสลบั ทีเกิดขนึ ภายในวงขดลวดให้เป็นแรง
เคลือนไฟตรง อย่างไรกต็ ามมนั เป็นตวั เชือมตอ่ ระหวา่ งแปรงถ่านไปยงั ขดลวดหมนุ ด้วยวิธีในทีซงึ มนั เปลียน
ไฟสลบั ไปเป็นไฟตรงจะมีความเกียวพนั โดยตรงกบั บทบาทหน้าทีของมนั ในขณะทีมนั เป็นตวั เชือมตอ่
ระหวา่ งแปรงถ่านและวงขดลวด

จดุ ประสงค์ของแปรงถา่ นกค็ ือเป็นตวั เชือมตอ่ แรงเคลือนของเครืองกําเนิดไฟฟ้าไปยงั วงจรภายนอก
เพือทีจะกระทําสงิ นี แปรงถ่านแตล่ ะอนั จะต้องตอ่ เชือมเข้ากบั ปลายแตล่ ะข้างของวงขดลวด แตก่ ารเชือม
เข้าด้วยกนั โดยตรงไมส่ ามารถจะกระทะได้เนืองจากวงขดลวดเป็นตวั เคลอื นทีหมนุ ดงั นนั แปรงถา่ นทงั สอง
อนั จงึ ถกู ตอ่ เชือมเข้ากบั ปลายทงั สองของวงขดลวดโดยการผา่ นคอมมวิ เตเตอร์แทน

Montri Ngoudech Page 25

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 26

ตามรูปที 2-17 จะเหน็ ได้วา่ คอมมวิ เตเตอร์มีลกั ษณะเป็นรูปทรงกระบอกผา่ ครึงสองชนิ ประกบกนั
มผี วิ เรียบทําจากวสั ดตุ วั นําและมวี สั ดทุ ีเป็นฉนวนคนั กลาง แตล่ ะชินหรือแตล่ ะซีกของคอมมวิ เตเตอร์จะตอ่
เข้ากบั ปลายข้างหนงึ ของวงขดลวดอยา่ งถาวร เพราะฉะนนั ในขณะทีขดลวดหมนุ คอมมวิ เตเตอร์กจ็ ะหมนุ
ตามไปด้วย แปรงถ่านแตล่ ะอนั จะถกู กดให้สมั ผสั กบั คอมมิวเตเตอร์แตล่ ะซีก และมนั จะสมั ผสั กบั คอมมิวเต
เตอร์ตลอดเวลาในขณะทีวงขดลวดเคลอื นทหี มนุ ในวธิ ีนีจะทําให้แปรงถ่านแตล่ ะอนั ถกู ตอ่ เข้ากบั ปลายทงั
สองของวงขดลวดโดยผา่ นคอมมิวเตเตอร์แตล่ ะซกี ทีแปรงถ่านกดอยู่

รูปที 2-18 คอมมิวเตเตอร์และแปรงถ่าน

เมือคอมมิวเตเตอร์หมนุ ในขณะทีแปรงถ่านอยกู่ บั ที ในตอนแรกแปรงถ่านแตล่ ะอนั จะสมั ผสั กบั
คอมมวิ เตเตอร์ซีกหนงึ และหลงั จากนนั กจ็ ะสมั ผสั กบั คอมมิวเตเตอร์อกี ซีกหนงึ ซึงสิงให้ความหมายวา่ ใน
ตอนแรกแปรงถา่ นแตล่ ะอนั จะตอ่ เข้ากบั ปลายข้างหนึงของวงขดลวด และตอ่ มากจ็ ะตอ่ เข้ากบั ปลายอกี ข้าง
หนงึ ของวงขดลวด โดยทีแปรงถา่ นทงั สองอนั วางอย่ใู นตาํ แหน่งทีตรงกนั ข้ามกบั ซีกทงั สองของคอมมวิ เต
เตอร์ ดงั นนั มนั จงึ สมั ผสั กบั คอมมวิ เตเตอร์จากซกี หนึงไปสอู่ ีกซีกหนงึ ณ เวลาในขณะเดยี วกนั กบั ทีวง
ขดลวดเคลอื นทีหมนุ มาถึงจดุ ทีมนั เปลยี นขวั ของแรงเคลือนเหนียวนําทีเกิดขนึ พอดี ดงั นนั ทที กุ ๆ ขณะเวลา
ทีปลายทงั สองของวงขดลวดเปลยี นขวั แปรงถ่านทงั สองอนั จะเปลยี นจดุ สมั ผสั (สวทิ ช)์ จากซีกหนงึ ของ
คอมมวิ เตเตอร์ไปสอู่ กี ซีกหนึง ซงึ ในวิธีนจี ะทําให้แปรงถ่านอนั หนงึ เป็นบวกเสมอเมือเทียบกบั อีกอนั หนงึ
เพราะฉะนนั คา่ หรือขนาดของแรงเคลือนระหวา่ งทงั สองอนั จึงขนึ ลงหรือแกวา่ งไปแกวา่ งมาระหวา่ งคา่ ศนู ย์
และคา่ สงู สดุ แตม่ นั มขี วั เดียวเสมอดงั นนั แรงเคลือนไฟตรงขนึ ลงหรือแกวา่ งไปแกวง่ มาจงึ เป็นเอาทพ์ ทุ ของ
เครืองกําเนิดไฟฟ้ากระแสตรง

การทํางานของคอมมวิ เตเตอร์และแปรงถ่านทีทําให้ได้แรงเคลือนเอาทพ์ ทุ ไฟตรงขนึ ลงทีเกิดขนึ ใน
ลกั ษณะตามลําดบั จากตาํ แหนง่ ที 1 ไปยงั ตําแหนง่ ที 5 ได้แสดงให้เห็นในรูปที 2-18 จดุ สาํ คญั ทีจะต้อง
สงั เกตคอื ในขณะทีแปรงถา่ นแตล่ ะอนั ผา่ นจากซีกคอมมวิ เตเตอร์หนงึ ไปสอู่ ีกซีกหนึง จะมเี วลาชวั ขณะหนงึ

Montri Ngoudech Page 26

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 27

ซึงมนั จะสมั ผสั กบั ซีกทงั สองของคอมมวิ เตเตอร์พร้อมกนั แรงเคลือนเหนยี วนําทเี กิดขนึ จํานวนมากไหลในวง
ขดลวด เนืองจากแปรงถา่ นทงั สองอนั จะลดั วงจรปลายทงั สองของวงขดลวดเข้าด้วยกนั โดยตรง
เพราะฉะนนั ตาํ แหน่งของแปรงถา่ นทีมนั สมั ผสั กบั ซีกทงั สองของคอมมิวเตเตอร์พร้อมกนั จะต้องอยใู่ น
ตําแหน่งทเี มอื แรงเคลือนเหนียวนํามคี า่ เป็นศนู ย์ ซงึ เรียกวา่ ระนาบเป็นกลางหรือนิวตรอนเพลน (neutral

plane)

รูปที 2-19 การทํางานของคอมมวิ เตเตอร์และแปรงถ่าน

จากรูปที 2-19 จะเหน็ วา่ แปรงถ่านทางด้านซ้ายจะตอ่ กบั ด้านข้างของวงขดลวดทีกําลงั เคลือนทีลง
เสมอ ในลกั ษณะนีจะทําให้แปรงถา่ นทางด้านซ้ายเป็นบวกเสมอซงึ เราสามารถพิสจู น์ให้เห็นได้จริงโดยการ
ใช้กฎมือขวา ในลกั ษณะทํานองเดยี วกนั แปรงถา่ นทางด้านขวากจ็ ะตอ่ เข้ากบั ด้านข้างของขดลวดทีกําลงั
เคลือนทีขนึ เสมอ ในลกั ษณะเชน่ นจี ะทําให้แปรงถา่ นทางด้านขวาเป็นลบเสมอเชน่ กนั ดงั นนั หลงั จากการ
เคลอื นทีของวงขดลวดไปครงึ รอบ แรงเคลอื นเอาท์พทุ ทีถกู กลบั ขวั กจ็ ะเข้ามาแทนที จึงทําให้ได้แรงเคลือน
เอาท์พทุ สําหรบั การเคลือนทีในครึงรอบหลงั มีลกั ษณะเหมอื นกบั แรงเคลือนเอาท์พทุ ในครึงรอบแรกทกุ
ประการ ดงั นนั คอมมวิ เตเตอร์และแปรงถ่านจึงเป็นตวั เปลียนแรงเคลือนเหนียวนําไฟสลบั ให้เป็นแรงเคลือน
ไฟตรงขนึ ลง ถ้าใช้คาปาซิเตอร์เป็นตวั กรองแรงเคลอื นโดยการตอ่ คร่อมเข้ากบั แปรงถ่าน แรงเคลอื นไฟตรงที
ได้จเั รียบมากยิงขนึ โดยทคี า่ หรือขนาดของมนั จะใกล้เคยี งกบั คา่ สงู สดุ แตถ่ ้าใช้ขดลวด (choke) เป็นตวั
กรอง แรงเคลอื นเอาท์พทุ ทีได้จะมีคา่ หรือขนาดเท่ากบั คา่ เฉลยี ของแรงเคลอื นไฟตรงขนึ ลง ถ้าไมใ่ ชต่ วั กรอง
คา่ เฉลียของแรงเคลอื นจะถกู พจิ ารณาให้เป็นเอาทพ์ ทุ

Montri Ngoudech Page 27

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 28

2.5.1.6 การทาํ ให้แรงเคลือนเอาท์พุทรายเรียบยงิ ขนึ

จากรูปที 2-18 เมือไมไ่ ด้ใช้ตวั กรองแรงเคลือน เอาท์พทุ ของเครืองกําเนิดไฟฟ้าขดลวดราบเดียวจะ
มีลกั ษณะเป็นแรงเคลือนไฟตรงขนึ ลง โดยทีขนาดมนั จะเพิมขนึ ไปจนถงึ คา่ สงู สดุ แล้วลดลงมาเป็นศนู ยซ์ ึง
เกิดขนึ สองครงั ในระหวา่ งการเคลอื นทีครบหนงึ รอบของวงขดลวดการเปลยี นแปลงทีแรงเคลือนเอาท์พทุ นี
เรียกวา่ การกระเพือม (ripple) และทําให้เอาท์พทุ ทีได้ไมเ่ หมาะสมทีจะนําไปใช้งานในหลายๆ ประเภท
การเปลียนแปลงหรือการกระเพือมทีแรงเคลือนเอาท์พทุ สามารถทําให้ลดน้อยลงได้โดยการใช้ขดลวดสอง
ขดหรือสองวงซึงวางให้หา่ งกนั และกนั เป็นมมุ 90 ตามทีแสดงให้เหน็ ในรปู ที 2-19 (ก) โดยทีปลายแตล่ ะ
ข้างของวงขดลวดทงั สองจะตอ่ เข้ากบั ซีของคอมมิวเตเตอร์ทีแยกจากกนั ดงั นนั จงึ มจี ํานวนซีของคอมมวิ เต
เตอร์ทงั หมดเทา่ กบั 4 ซี แตแ่ ปรงถา่ นยงั คงมี 2 อนั เท่าเดมิ และมนั ถกู วางให้อยใู่ นตําแหนง่ ในทีซึงขณะทีวง
ขดลวดและคอมมวิ เตเตอร์หมนุ แปรงถ่านทงั สองอนั จะถกู ทําให้สมั ผสั กบั ซีคอมมิวเตเตอร์สําหรบั ขดลวด
แรกกอ่ น และหลงั จากนนั จงึ จะสมั ผสั กบั ขดลวดวงทีสอง

แปรงถ่านและซีคอมมวิ เตเตอร์สําหรับของขดลวดแตล่ ะวงมนั จะทําหน้าทีเหมอื นกบั ทีกระทําใน
เครืองกําเนิดไฟฟา้ ขดลวดเดียว นนั คือ แปรงถา่ นอนั หนงึ จะสมั ผสั กบั ปลายของวงขดลวดทีเป็นลบเสมอ
ในขณะทีแปรงถา่ นอีกอนั หนงึ จะสมั ผสั กบั ปลายของวงขดลวดทีเป็นบวกเสมอ ดงั นนั แรงเคลอื นไฟสลบั ที
ถกู เหนียวนําให้เกิดขนึ ภายในวงขดลวดจะถกู เปลยี นให้เป็นแรงเคลือนไฟตรงขนึ มา

อยา่ งไรกต็ ามมนั จะมคี วามแตกตา่ งทีสําคญั อยา่ งหนงึ ในเครืองกําเนิดไฟฟ้าทีมขี ดลวดสองวงคือ
ขดลวดวงหนึงจะหมนุ ตามหลงั ขดลวดอีกวงหนงึ เป็นมมุ 90 เสมอ ดงั นนั เมอื แรงเคลอื นในขดลวดวงหนึง
กําลงั ลดลงแรงเคลือนในขดลวดอกี วงหนึงกก็ ําลงั เกิดเพิมขนึ และจะเป็นในลกั ษณะนใี นทางกลบั กนั และ
ตําแหน่งของแปรงถา่ นทีอยใู่ นลกั ษณะเชน่ นนั กจ็ ะพจิ ารณาเหน็ ได้วา่ ในขณะทีวงขดลวดและคอมมวิ เตเต
อร์หมนุ แปรงถ่านจะสมั ผสั กบั ซคี อมมิวเตเตอร์ของวงขดลวดทีมแี รงเคลอื นเหนียวนําเกือบสงู สดุ ตลอดเวลา
และในขณะทีแรงเคลอื นในขดลวดวงหนึงของวงขดลวดลดลงกวา่ แรงเคลือนในขดลวดอกี วงหนึง จะเหน็ ได้
วา่ แปรงถ่านจะผา่ นจากซีคอมมิวเตเตอร์ของวงขดลวดทีมแี รงเคลือนลดลงไปยงั ซีคอมมิวเตเตอร์ของวง
ขดลวดทีมีแรงเคลือนเพิมขนึ การเปลยี นตาํ แหนง่ สมั ผสั หรือสวทิ ช์ชิง (switching) นีเกิดขนึ 4 ครงั ใน
ระหวา่ งการเคลือนทีครบรอบแตล่ ะรอบของวงขดลวดทงั สอง และเนืองจากเหตนุ ีจงึ ทําให้แรงเคลือน
เอาท์พทุ ของเครืองกําเนิดไฟฟ้าทีปรากฎขนึ ระหวา่ งแปรงถ่านทงั สองอนั มีคา่ ไมต่ ํากวา่ 0.707 เท่าของ
คา่ สงู สดุ ของแรงเคลอื นเหนียวนําทีเกิดขนึ ในขดลวดแตล่ ะวง ดงั นนั เอาท์พทุ ไฟตรงทีได้นจี งึ ต้องการการ
กรองทีน้อยกวา่ เอาท์พทุ ทีได้จากเครืองกําเนิดขดลวดรอยเดียวหรือขดลวดวงเดยี ว

Montri Ngoudech Page 28

บทท2ี : เครืองกลไฟฟ้ากระแสตรง 29

รูปที 2-20 คา่ เฉลียแรงเคลือนเอาท์พทุ ในเครืองกําเนิดทีมขี ดลวดสองวง

จากรูปที 2-20 จะเหน็ วา่ การใช้ขดลวดสองวงจะช่วยลดการขนึ ลงหรือการแกวง่ ไปแกวง่ มาของแรง
เคลือนเอาท์พทุ แตค่ า่ สงู สดุ ของแรงเคลอื นเอาท์พทุ ยงั คงมีคา่ เทา่ เดมิ นอกจากนยี งั ทําให้คา่ เฉลยี ของแรง
เคลอื นเอาท์พทุ ทีได้มคี า่ สงู ขนึ กวา่ เดมิ อกี ด้วย

จากรายละเอียดทีผา่ นมา ทําให้เราพิจารณาเหน็ ได้วา่ เมือใช้ขดลวดสองวงแทนทีขดลวดวงเดียว
จะทําให้การกระเพือมทีแรงเคลอื นเอาท์พทุ ของเครืองกําเนิดสามารถลดลงได้อยา่ งไร เพราะฉะนนั ถ้าใช้วง
ขดลวดให้มจี ํานวนเพิมมากขนึ ตามไปด้วย และถ้าเอาท์พทุ ของเครืองกําเนิดมีคา่ ใกล้เคียงกบั คา่ ไฟตรงมาก
ทีสดุ การกรองแรงเคลือนกไ็ มจ่ ําเป็นทีจะต้องกระทําอกี หรือกรองเพียงเลก็ น้อยเทา่ นนั และเอาท์พทุ เฉลยี ที
ได้จะมคี า่ ใกล้เคยี งกบั คา่ สงู สดุ มากทีสดุ

สาํ หรบั ทกุ ๆ วงขดลวดทีเพมิ ขนึ จะทําให้ซีของคอมมิวเตเตอร์เพิมขนึ อีกสองซีตามไปด้วยโดยทซี ี
คอมมิวเตเตอร์หนึงจะตอ่ เข้ากบั ปลายข้างหนึงของวงขดลวด ดงั นนั จึงมอี ตั ราสว่ นระหวา่ งจํานวนซีของคอม
มิวเตเตอร์และจํานวนของวงขดลวดเป็นสองตอ่ หนึงเสมอ ยกตวั อย่างเชน่ คอมมิวเตเตอร์สีซจี ะชบั ขดลวด
สองวงหรือคอมมิวเตเตอร์หกซีจะใช้กบั ขดลวดสามวง เป็นต้น ในเครืองกําเนิดไฟฟ้าทีจริงทีใช้งานในทาง
ปฏิบตั จิ ะประกอบด้วยวงขดลวดจํานวนหลายๆ วงและมีจํานวนซีของคอมมิวเตเตอร์มากเป็นสองเท่า
เพราะฉะนนั ถ้าเรานบั จํานวนซีของคอมมิวเตเตอร์ในเครืองกําเนิดไฟฟา้ ใดๆ ก็ตาม ก็จะทราบวา่ มนั มี
จํานวนของวงขดลวดเป็นครึงหนงึ ของจํานวนซีของคอมมวิ เตเตอร์

Montri Ngoudech Page 29

บทท2ี : เครืองกลไฟฟ้ากระแสตรง 30

รูปที 2-21 เครืองกําเนิดไฟฟ้าทปี ระกอบด้วยขดลวดสวี ง

ในรูปที 2-21 แสดงให้เห็นถงึ รูปคลนื เอาท์พทุ ของเครืองกําเนิดทปี ระกอบไปด้วยขดลวดสีวง ซงึ เรา
จะสงั เกตเหน็ ได้อกี ครงั หนงึ วา่ ถงึ แม้วา่ จํานวนของวงขดลวดทีเพิมขนึ จะไปลดการเปลยี นแปลงหรือการ
กระเพือมระหวา่ งคา่ สงู สดุ และคา่ ตําสดุ ของแรงเคลือนเอาท์พทุ แตค่ า่ สงู สดุ ของแรงเคลอื นเอาท์พทุ กจ็ ะไม่
เพิมขนึ ยกเว้นคา่ เฉลียเท่านนั นนั คือคา่ เฉลียของแรงเคลอื นเอาท์พทุ ทีได้จะสงู ขนึ หรือทําให้แรงเคลือน
เอาท์พทุ ทีได้ราบเรียบยิงขนึ

2.5.1.7 การเพมิ ระดบั แรงเคลือนเอาท์พุท

ในการอธิบายเครืองกําเนิดไฟฟ้ากระแสตรงเบืองต้น คา่ หรือขนาดของแรงเคลอื นเอาท์พทุ เป็นคา่
เดียวกนั กบั ทีมนั ถกู เหนียวนําให้เกิดขนึ ในวงขดลวดหมนุ และเป็นคา่ ทีมีขนาดเพียงเลก็ น้อยมากตามทีได้
กลา่ วมาแล้ว ขนาดของแรงเคลอื นทีเกิดขนึ ในขดลวดแตล่ ะวงสามารถหาได้จากอตั ราในทซี ึงวงขดลวด
เคลือนทีตดั กบั สนามแมเ่ หลก็ โดยทีขนาดของแรงเคลือนดงั กลา่ วนีจะขนึ อย่กู บั ความเข้มของสนามแมเ่ หลก็
และความเร็วในการเคลอื นทีหมนุ ของขดลวด ดงั นนั จงึ ทําให้เราคดิ วา่ แรงเคลอื นสามารถทีจะทําให้เกดิ

Montri Ngoudech Page 30

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 31

เพิมขนึ ได้โดยการเพิมความเข้มของสนามแมเ่ หลก็ หรือความเร็วของการหมนุ หรือทงั สองอย่าง แตท่ งั สอง
กรณีนีในทางปฏบิ ตั ิแล้วจะมีขดี จํากดั ในการเพิมอยทู่ ีจดุ ๆ หนงึ เทา่ นนั

รูปที 2-22 การเพิมระดบั แรงเคลือนเอาท์พทุ

แรงเคลอื นเอาท์พทุ ของเครืองกําเนิดไฟฟ้ากระแสตรงสามารถทีจะทําให้เพิมขนึ จนถงึ ระดบั ที
สามารถนําไปใช้งานได้โดยการเพิมจํานวนรอบของขดลวดแตล่ ะวงหรือแตล่ ะขดให้มีหลายๆ รอบแทนทีจะ
ใช้ขดลวดเพียงรอบเดยี ว ดงั เชน่ ขดลวด 2 รอบตามทีแสดงให้เหน็ ในรปู ที 2-22 จะมีแรงเคลือนเกิดขนึ เป็น
สองเท่าของขดลวดรอบเดยี ว ณ ทีความเข้มสนามแมเ่ หลก็ และความเร็วรอบคา่ เดยี วกนั หรือในลกั ษณะ
ทํานองเดยี วกนั ขดลวด 100 รอบ ก็จะมีแรงเคลือนเกิดขนึ ถึง 100 เทา่ ของขดลวดรอบเดียว ละวงขดลวด
หลายๆ รอบทีกลา่ วมานีเรียกวา่ ขดลวดอาร์เมเจอร์ (armature coil) โดยทีขดลวดแตล่ ะวงหรือแตล่ ะขด
จะมสี องปลาย และต้องการคอมมวิ เตเตอร์สองซีเชน่ เดียวกบั วงขดลวดรอบเดยี วตามทีกลา่ วมาแล้ว ดงั นนั
แรงเคลือนทถี กู เหนยี วนําให้เกิดขนึ ในขดลวด (coil) ทงั หมดจะมคี า่ เท่ากบั ผลรวมของแรงเคลอื นยอ่ ยทีถกู
เหนยี วนําให้เกิดขนึ ในแตล่ ะรอบ

Montri Ngoudech Page 31

บทท2ี : เครืองกลไฟฟ้ากระแสตรง 32

รูปที 2-23 ขดลวดอาร์เมเจอร์ลกั ษณะตา่ งๆ ของเครืองกําเนิดไฟฟ้ากระแสตรงทีใช้งานในทางปฏบิ ตั ิ

ขดลวดอาร์เมเจอร์ทีแสดงให้เหน็ ในรูปที 2-23 เป็นขดลวดอาร์เมเจอร์ทใี ช้ในเครืองกําเนิดไฟฟ้าที
แท้จริงในทางปฏบิ ตั ิ ซงึ จะประกอบด้วยขดลวดหลายๆ ขด และในแตล่ ะขดจะมหี ลายๆ รอบ ซึงจะทําให้แรง
เคลือนเอาท์พทุ ของเครืองกําเนิดไฟฟ้าทีได้มีคา่ สงู และคงที ดงั นนั จึงทําให้เราพิจารณาเหน็ ได้วา่ ในขณะที
ความเข้มของสนามแมเ่ หลก็ และความเร็วรอบของการหมนุ ทีกําหนดให้มคี า่ คงทีจํานวนรอบในขดลวดแต่
ละขดจะเป็นตวั บอกขนาดของแรงเคลอื นเอาท์พทุ ของเครืองกําเนิดไฟฟา้ ในขณะทีจํานวนขดของขดลวดจะ
เป็นตวั บอกจํานวนของการกระเพือมในแรงเคลือนเอาท์พทุ ทีเกิดขนึ

Montri Ngoudech Page 32

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 33

2.5.1 สมการพนื ฐานของเครืองกาํ เนิดไฟฟ้ากระแสตรง
แรงดนั ไฟฟ้าทีเกดิ ทีอาร์เมเจอร์หาไดจ้ ากสมการ

Eg = Z PN

60a

เมอื

Eg = แรงดนั ไฟฟ้าเหนียวนาํ เฉลยี ของอาร์เมเจอร์ [ V]
Z = จาํ นวนตวั นาํ [ ตวั ]
[ รอบต่อนาที , rpm ]
N = ความเร็วรอบ [ Pole ]

P = จาํ นวนขวั แม่เหลก็ [ Wb ]

a = จาํ นวนทางขนาน

 = ความเขม้ สนามแมเ่ หลก็

ตัวอย่างที 2-1 ในการพนั เครืองกําเนิดไฟฟ้าแบบ Lap นนั จะมแี รงเคลือนไฟฟา้ เกิดขนึ เท่าไร ถ้าเครือง
นนั หมนุ ด้วยความเร็ว 200 รอบตอ่ นาที โดยมีความเข้มสนามแมเ่ หลก็ ตอ่ หนว่ ยขวั 0.05 Wb. 8 Pole และ
มจี ํานวนตวั นําในอาร์เมเจอร์เป็น 960 ตวั
วธิ ีทาํ

จากสมการ Eg  Z60PaN

Eg  0.05×960×200×8
60×8

Eg = 160 Volts ตอบ

Montri Ngoudech Page 33

บทท2ี : เครืองกลไฟฟ้ากระแสตรง 34

2.5.2 วงจรเทยี บเคียงของเครืองกาํ เนิดไฟฟ้ากระแสตรง

วงจรเทียบเคียง คือ วงจรทีใชส้ ญั ลกั ษณ์แทนส่วนประกอบต่างๆ ของเครืองกาํ เนิดไฟฟ้า การ
เขียนวงจรเทียบเคียงจะช่วยใหพ้ ิจารณาและการคาํ นวณค่าต่างๆ ไดง้ ่ายขึน

IL +
Ia Ra
Electrical
If Rf Mechanical + Vt Input
Input -Eg

Rotation of -
ArmatuArremSahtaufrte

รูปที 2-24 วงจรเทียบเคียง

ส่วนประกอบทีเรานาํ มาเขียนวงจรเทียบเคียงมี 2 ส่วน คือ
1. ส่วนทีทาํ ให้เกดิ สนามแม่เหลก็ หรือฟิ ลด์ (Field) ซึงเป็นตวั เดียวกบั ขดลวดฟิ ลดข์ อง
ขวั แม่เหลก็ วงจรเทียบเคียงของส่วนนีคือ รูปที 2-24 a กาํ หนดใหข้ วั ของฟิ ลดเ์ ป็น F1 และ F2 โดยให้ If
เป็นกระแสไฟฟ้าทีไหลผา่ นฟิ ลด์ และ Rf เป็นความตา้ นทานของฟิ ลด์ ถา้ ให้ Vf เป็นแรงดนั ทีเกิดจากฟิ ลด์

Vf  I f Rf

2. ส่วนทที ําให้เกดิ แรงดนั ไฟฟ้าในอาร์เมเจอร์ (Eg) วงจรเทียบเคียงของส่วนนีคือ รูปที 2-24 b
กาํ หนดให้ A1 และ A2 เป็นขวั ของอาร์เมเจอร์ ถา้ เราหมนุ แกนของอาร์เมเจอร์ ดว้ ยพลงั งานกล ทาํ ใหเ้ กิด
แรงดนั ไฟฟ้าขึนทีอาร์เมเจอร์ (Eg) ซึงจะสร้างกระแสไฟฟ้าทีอาร์เมเจอร์ (Ia) ในขณะเดียวกนั ทีขดลวดอาร์
เมเจอร์มีความตา้ นทานอยจู่ าํ นวนหนีงคือความตา้ นทานอาร์เมเจอร์ (Ra) เมอื กระแสไฟฟ้าทีอาร์เมเจอร์ไหล
ออกจากวงจรภายในอาร์เมเจอร์จะกลายเป็นกระแสไฟฟ้าไปจ่ายโหลด (IL) ทาํ ใหไ้ ดแ้ รงดนั ไฟฟ้าทีจ่ายโหลด
บางครังเราเรียกว่า แรงดนั ทีขวั (Terminal Voltage ; Vt)

Montri Ngoudech Page 34

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 35

2.5.3 ประเภทของเครืองกําเนิดไฟฟ้ากระแสตรง

เครืองกําเนิดไฟฟ้ากระแสตรง แบง่ ออกเป็น 2 ประเภท คือ
2.5.3.1 เครืองกําเนิดไฟฟา้ ประเภท Separately Excited
2.5.3.2 เครืองกําเนิดไฟฟ้าประเภท Self Excited
o เครืองกําเนิดแบบอนกุ รม (Series Wound Generator)
o เครืองกําเนิดแบบขนาน (Shunt Wound Generator)
o เครืองกําเนิดแบบผสม (Compound Wound Generator)

 Long Shunt Compound Wound Generator
 Short Shunt Compound Wound Generator

2.5.3.1 เครืองกําเนิดไฟฟ้าประเภท Separately Excited

เครืองกําเนิดไฟฟา้ ประเภท Separately Excited เป็นเครืองกําเนิดไฟฟ้าทีได้รบั การกระต้นุ ให้เกิด

สนามแมเ่ หลก็ จากแหลง่ จา่ ยแรงดนั ไฟฟา้ ภายนอก แสดงดงั รูปที 2-25

วงจร Field A1 วงจร Field +

Armature

F2 Battery F A2 F1 -

(a)

DC+ F If A1 Ra IL
Voltage A Ia
Source
+ - F1 Vt V
-
F2 +-Eg
A2

(b)

รูปที 2-25 a)วงจรภายในของเครืองกาํ เนิดไฟฟ้าประเภท Separately Excited
b)วงจรเทียบเคียงของเครืองกาํ เนิดไฟฟ้าประเภท Separately Excited

Montri Ngoudech Page 35

บทท2ี : เครืองกลไฟฟ้ากระแสตรง 36

จากรูปจะเห็นได้วา่ เครืองกําเนิดไฟฟ้าประเภท Separately Excited จะประกอบด้วยวงจรฟิ ลด์
และวงจรอาร์เมเจอร์จะแยกกนั และสามารถเขยี นวงจรเทยี บเคยี งได้ดงั รูปที 2-25 b) สาํ หรบั F ทีปรากฏ
อยใู่ นรูปที 2-25 นนั หมายถึง Field Rheostat เป็นความต้านทานทีปรับคา่ ได้เพือจํากดั กระแสไฟฟ้าที
ไหลผา่ นขดลวดฟิ ลด์ สว่ นแบตเตอรี หรือ DC Voltage Source เป็นแหลง่ จ่ายไฟฟ้าจากภายนอกทีใช้
สาํ หรบั กระต้นุ สนามแมเ่ หลก็ ทีขดลวดฟิ ลด์

สมการของเครืองกาํ เนิดไฟฟ้าแบบกระตุ้นแยก

If  Vf
Rf

Eg  Vt  IaRa

If = Ia  IL
Vf =
Rf = กระแสไฟฟ้าทีไหลในวงจรขดลวดสนามแมเ่ หลก็
Eg = แรงดนั ไฟฟา้ ทีใช้ในการสร้างสนามแมเ่ หลก็ ทีขดลวดสนามแมเ่ หลก็
Vt = คา่ ความต้านทานของขอดลวดสนามแมเ่ หลก็
Ia = แรงเคลือนไฟฟ้าเหนียวนําทีเกิดขนึ ในอาร์เมเจอร์
Ra = แรงเคลือนไฟฟ้าทีขวั
IL = กระแสไฟฟา้ ทีไหลในขดลวดอาร์เมเจอร์
คา่ ความต้านทานของขดลวดอาร์เมเจอร์
กระแสไฟฟ้าทีไหลไปยงั โหลด (LOAD)

Montri Ngoudech Page 36

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 37

2.5.3.2 เครืองกําเนิดไฟฟ้าประเภท Self Excited

เครืองกําเนิดไฟฟา้ ประเภท Self Excited แบบนีได้รับกระแสมาจากอาร์เมเจอร์ของเครืองกําเนิด
ไฟฟา้ จกาตวั ของมนั เอง การเกดิ แรงเคลือนไฟทีจดุ แรกนนั เกิดจากเส้นแรงแมเ่ หลก็ ทียงั เหลอื ค้างอยู่
(Residual magnetism) ทีสนามแมเ่ หลก็ กระต้นุ นนั ฉะนนั เมืออาร์เมเจอร์หมนุ กเ็ ริมเกิดแรงเคลือนไฟขนึ ที
อาร์เมเจอร์กอ่ น และแรงเคลอื นไฟนีกจ็ ่ายไปยงั สนามกระต้นุ ทีตอ่ คร่อมกนั อย่กู บั อาร์เมเจอร์นนั เอง ฉะนนั
จงึ ทําให้มีกระแสไฟในขดลวดของสนามแมเ่ หลก็ เพิมมากขนึ นนั คอื ทําให้มเี ส้นแรงแมเ่ หลก็ เพิมขนึ ดงั นนั จงึ
ทําให้เกิดการเหนียวนําแรงเคลือนไฟสงู ขนึ จากเดิมอีก แรงเคลือนนีกจ็ ะสง่ ตอ่ ไปยงั สนามแมเ่ หลก็ กระต้นุ
เพิมขนึ อกี จงึ ทําให้เกิดแรงเคลือนไฟทีอาร์เมเจอร์เพิมขนึ อกี เป็นเชน่ นเี รือยไปดงั รูปที 2-26
เครืองกําเนิดไฟทีมกี ารตอ่ แบบ Self-excited นีแบง่ ออกตามลกั ษณะการตอ่ field ได้เป็นสามอย่างคอื

o เครืองกําเนิดแบบอนกุ รม (Series Wound Generator)
o เครืองกําเนิดแบบขนาน (Shunt Wound Generator)
o เครืองกําเนิดแบบผสม (Compound Wound Generator)

1) การตอ่ แบบอนกุ รม ( Series wound) การตอ่ แบบนีมขี ดลวดทีพนั รอบแกนขวั แมเ่ หลก็
ตอ่ อนกุ รมกบั ตวั นําของอาร์เมเจอร์ รูปที 2-26

ขดลวดทีใช้พนั รอบแกนขวั แมเ่ หลก็ มี ค.ต.ท. ตาํ และมขี นาดใหญ่ แตม่ ีจํานวนรอบเพยี ง
เลก็ น้อย ทงั นีเพราะต้องทนกระแสไฟได้เตม็ ที ขณะทเี ครืองกําเนิดไฟจ่ายกระแสนนั คอื ต้องทนกระแสไฟได้
พอ ๆ กบั กระแสทีไหลในอาร์เมเจอร์ทงั หมด เครืองกําเนิดไฟชนิดนีมกั ไมค่ อ่ ยใช้ ยกเว้นในกรณีพิเศษเทา่ นนั
เชน่ เป็นตวั เสริมแรงเคลอื นไฟ (Booster) เป็นต้น

Ia Ra Ise Rse +

Series Field IL

Winding Vt

LOAD

+

-Eg

-

รูปที 2-26 Series Generator

Montri Ngoudech Page 37

บทท2ี : เครืองกลไฟฟ้ากระแสตรง 38

สมการของเครืองกาํ เนิดไฟฟ้า Self Excited แบบอนุกรม (Series Generator)
Ise + IL

Ia Ra Rse L
O
+
- Eg Vt A

D

-

Eg  Vt  IaRa  IseRse

Rse = Ia  Ise  IL
Ise =
Eg  Vt  Ia( Ra  Rse )

คา่ ความต้านทานของขดลวดสนามแมเ่ หลก็ อนกุ รม (Series field)
กระแสไฟฟา้ ทีไหลผา่ นขดลวดสนามแมเ่ หลก็ อนกุ รม

2) การตอ่ แบบขนาน (Shunt wound) การตอ่ แบบนีมขี ดลวดของสนามแมเ่ หลก็ ตอ่ คร่อม
หรือขนานกนั กบั ตวั นําของอาร์เมเจอร์ โดยทีมีแรงเคลือนไฟจากเครืองกําเนิดตกคร่อมขดลวด
สนามแมเ่ หลก็ เตม็ ที รูปที 2-27

If A1 IL +
F1 Ia Ra
Vt
Rf +
-
F2 -Eg

A2

รูปที 2-27 Shunt Generator

Montri Ngoudech Page 38

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 39

ขดลวดทีใชพ้ นั แกนของขวั แมเ่ หลก็ นีเป็นเสน้ เลก็ ๆ ทีมีจาํ นวนรอบมาก และมี ค.ต.ท. สูงกว่า
ค.ต.ท. ทีอาร์เมเจอร์มาก เครืองกาํ เนิดไฟแบบนีเป็นทีนิยมใชก้ นั ทวั ไป

สมการของเครืองกาํ เนดิ ไฟฟ้า Self Excited แบบขนาน (Shunt Generator)
Ish IL +

Ia Ra Vt

+Ish Rsh -
- Eg

Eg  Vt  IaRa

Ia  Ish  IL

I sh  Vt
Rsh

Rsh = คา่ ความต้านทานของขดลวดสนามแมเ่ หลก็ ขนาน (Shunt field)
Ish = กระแสไฟฟ้าทีไหลผา่ นขดลวดสนามแมเ่ หลก็ ขนาน

3) การตอ่ แบบผสม (Compound wound) ก็คือ การตอ่ ขดลวดทีใช้พนั แกนขวั แมเ่ หลก็
ของสนามแมเ่ หลก็ โดยตอ่ ขดลวดสนามแมเ่ หลก็ นนั ขนานและอนกุ รมกบั อาร์เมเจอร์นนั เอง การตอ่ แบบนียงั
แบ่งการตอ่ ได้เป็นอกี 2 แบบ คอื แบบ Short shunt และ Long shunt ดงั รูปที 2-28 (a) และ (b)
ตามลําดบั สําหรบั เครืองกําเนิดกระแสไฟตรงแบบตา่ ง ๆ นนั ได้แสดงไว้ในรูปที 2-29 แล้ว

o Long Shunt Compound Wound Generator
o Short Shunt Compound Wound Generator

Montri Ngoudech Page 39

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 40

If IL If IL Rse +
Rse Ia Ra
Vt
Rf Ia Ra Vt Rf +
-
+ -Eg

-Eg

Long Shunt Short Shunt

รูปที 2-28 Compound Generator

สมการของเครืองกาํ เนิดไฟฟ้า Self Excited แบบผสม (Compound Wound Generator)

Long Shunt Compound Wound Generator

Eg  Vt  IaRa  IseRse

Ia  Ise

Ia  Ish  IL

I sh  Vt
Rsh

Montri Ngoudech Page 40

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 41

สมการของเครืองกาํ เนดิ ไฟฟ้า Self Excited แบบผสม (Compound Wound Generator)

Short Shunt Compound Wound Generator

+

Ise Rse

Vsh Ish Ia Ra Vt
Eg
Rsh + -
-

Eg  Vt  IaRa  IseRse

Ise  IL
Ia  Ish  Ise

I sh  Vsh
Rsh

Vsh  Vt  IseRse

Montri Ngoudech Page 41

บทท2ี : เครืองกลไฟฟ้ากระแสตรง 42

LOAD COMPOUND WOUND SHORT SHUNT
LOAD
LONG SHUNT
LOAD
LOADSELF EXCITEDSHUNT WOUND

D.C. GENERATOR LOADSERIES WOUND

SEPARATELY EXCITED

รูปที 2-29 แผนผงั ของเครืองกาํ เนิดไฟฟ้ากระแสตรงชนิดต่างๆ

Montri Ngoudech Page 42

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 43

ตวั อย่างที 2-2 เครืองกาํ เนิดไฟแบบผสมชนิดทีเป็น Long shunt ตวั หนึงตอ้ งจ่ายกระแส 100 แอมป์ ออกไป
โดยมแี รงเคลอื นไฟทีขวั เป็น 500 โวลท์ ถา้ ความตา้ นทานของอาร์เมเจอร์ป็น 0.02 โอหม์ ของ Series
field เป็น 0.04 โอห์มและของ shunt field เป็น 100 โอห์มแลว้ จงหาแรงเคลือนไฟทีเกิดขนึ ภายในทีอาร์
เมเจอร์ โดยใหแ้ รงเคลือนทีตกหายไปแต่ละแปรงถา่ นเท่ากบั 1 โวลท์ โดยไมค่ ิดปฏิกริยาจากอาร์เมเจอร์
(Armature reaction)

Ish IL 100 A +

Ia Ra Vt LOAD
0.04
Rsh + Eg 500V

100

-

-

วธิ ีทํา

วงจรของเครืองกาํ เนิดไฟไดแ้ สดงไวใ้ นรูป
500
Ish = 100 = 5 A.

กระแสทีไหลผา่ นอาร์เมเจอร์และ series field winding = 100+5 = 105 A.

แรงเคลือนไฟทีตกหายไปที series field winding = 105 x 0.04 = 4.2 V.

แรงเคลือนไฟทีตกหายไปทีอาร์เมเจอร์ = 105 x 0.02 = 2.1 V.

แรงเคลือนไฟทีตกหายไปทีแปรงถ่าน = 2 x 1 = 2 V.

E  V  IaRa  IaRse  brush drod
= 500 + 2.1 + 4.2 + 2

= 508.3 V. ตอบ

Montri Ngoudech Page 43

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 44

ตวั อย่างที 2-3 เครืองกาํ เนิดไฟฟ้า 20 kW. ตอ้ งจ่ายกระแสไฟเตม็ ทีเมอื แรงเคลือนทีขวั เป็น 250 V. ความ
ตา้ นทานของอาร์เมเจอร์ Series และ Shunt Field Winding เป็น 0.05 , 0.025 และ 100 
ตามลาํ ดบั จงหาแรงเคลอื นไฟฟ้าเหนียวนาํ ทีเกิดในเครืองกาํ เนิดไฟฟ้านีเมอื ต่อเป็นแบบ Short Shunt

0.025

0.05

100

วธิ ที าํ

วงจรของเครืองกาํ เนิดไฟฟ้าดงั รูป 20  1000
250
 Load Current ( IL ) = Ise = = 80 A.

แรงเคลอื นไฟฟ้าทีตกหายที series field winding IseRse = 80 x 0.025 = 2 V.

แรงเคลอื นไฟฟ้าทีตกคร่อม Shunt winding Vsh  Vt  IseRse

= 250 + 2

= 252 V.

 Ish = 252 = 2.52 A.
100
= 2.523 + 80 = 82.52 A.
 Ia

 IaRa = 82.52 x 0.05 = 4.126 V.

 แรงเคลือนไฟทีเกิดภายใน Eg  Vt  IaRa  IseRse

Eg = 250 + 4.126 + 2

= 256.126 V. ตอบ

Montri Ngoudech Page 44

บทท2ี : เครืองกลไฟฟ้ากระแสตรง 45

2.5.4 โวลท์เทจ เรกกเู ลชัน (VOLTAGE REGULATION)
Voltage regulation (V.R.) เป็นตวั ชีใหเ้ ห็นความแตกต่างของค่าแรงดนั ไฟฟ้าขณะทีไม่ มีโหลด

กบั ขณะจ่ายโหลด กล่าวคือ ถา้ แรงดนั ไฟฟ้าขณะทีจ่ายโหลดลดลงมาจากสภาพไม่มโี หลดมาก แสดงว่า
แรงดนั ไฟฟ้าตกคร่อมในขดลวดอาร์เมเจอร์มากทาํ ใหจ้ ่ายแรงดนั ไฟฟ้าใหโ้ หลดไดน้ อ้ ย แต่ถา้ แรงดนั ไฟฟ้า
ขณะทีจ่ายโหลดลดลงจากสภาพไมม่ โี หลดนอ้ ย แสดงวา่ แรงดนั ไฟฟ้าตกคร่อมในขดลวดอาร์เมเจอร์นอ้ ย ทาํ
ใหจ้ ่ายแรงดนั ไฟฟ้าใหแ้ ก่โหลดไดม้ าก

ค่า Voltage regulation คิดเป็นเปอร์เซนตไ์ ดด้ งั นี

% Voltage regulation = VNL  VFL  100
VFL

เมือ

VNL = แรงดนั ไฟฟ้าทีขวั ขณะไมม่ โี หลด (No Load)
VFL = แรงดนั ไฟฟ้าทีขวั ขณะจ่ายโหลดเตม็ ที (No Load) หรือ แรงดนั ไฟฟ้าทีพกิ ดั

ตวั อย่างที 2-4 เครืองกาํ เนิดไฟฟ้าตวั หนึงขนาด 5 kW 120 Vขณะไมม่ ีโหลด วดั แรงดนั ทีขวั ได้ 138 Vจงหา
เปอร์เซนต์ Voltage regulation (% V.R.)

วธิ ที ํา

%V .R.  138 120  100 ตอบ
120

= 15 %

Montri Ngoudech Page 45

บทท2ี : เครืองกลไฟฟ้ากระแสตรง 46

แบบฝึ กหัดบทที 2

1. เครืองกาํ เนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบคอมเปานดข์ นาดพกิ ดั กาํ ลงั 20kW. จ่ายโหลดเตม็ พกิ ดั ดว้ ย
แรงดนั ไฟฟ้าทีขวั 230V. อาร์เมเจอร์ ซีรียฟ์ ิ ลดแ์ ละชนั ทฟ์ ิ ลดม์ ีความตา้ นทาน 0.1 , 0.05 และ
115 ตามลาํ ดบั จงคาํ นวณหาแรงเคลอื นไฟฟ้าเหนียวนาํ เมอื เครืองกาํ เนิดต่อวงจรแบบ Short-
Shunt Compound
(243.25V)

2. เครืองกาํ เนิดไฟฟ้ากระแสตรงตวั หนึง มแี รงเคลอื นไฟฟ้าเหนียวนาํ 520V. ถา้ มตี วั นาํ ใน อาร์เมเจอร์
2000 ตวั มเี สน้ แรงแม่เหลก็ ต่อหนึงขวั 0.013Wb. หมุนดว้ ยความเร็ว 1200r.p.m. มีจาํ นวนทางขนาน
ของขดลวดอาร์เมเจอร์ 4 ทาง จงหาจาํ นวนขวั แม่เหลก็
(4)

3. เครืองกาํ เนิดไฟฟ้ากระแสตรงตวั หนึงมจี าํ นวนเสน้ แรงแมเ่ หลก็ ต่อหนึงขวั 0.02Wb. เมอื ถูกขบั ดว้ ย
ความเร็ว 1000 r.p.m. มีแรงเคลอื นไฟฟ้าเกิดขึน 200V. ถา้ ความเร็วเพมิ ขึนเป็น 1100 r.p.m. และใน
เวลาเดียวกนั เสน้ แรงแมเ่ หลก็ ต่อหนึงขวั ลดลงเหลอื เพยี ง 0.0149Wb. จงหาแรงเคลอื นไฟฟ้า
เหนียวนาํ
(0.162Wb.)

4. เครืองกาํ เนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบชนั ทข์ นาดพกิ ดั 50kW. , 400V. , 8 Pole , 600 r.p.m. พนั ขดลวด
อาร์เมเจอร์แบบแลพมี 256 ตวั นาํ ขดลวดอาร์เมเจอร์และชนั ทฟ์ ิ ลดม์ คี วามตา้ นทาน 0.1 และ
200 ตามลาํ ดบั มีแรงดนั ไฟฟ้าตกทีแปรงถา่ นขา้ งละ 1 โวลทเ์ มือจ่ายโหลดเตม็ พกิ ดั จงหาเสน้ แรง
แมเ่ หลก็ ต่อหนึงขวั
(0.162Wb.)

5. เครืองกาํ เนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบ 4 ขวั ต่อหนึง หมุนดว้ ยความเร็ว 1500 r.p.m. อาร์เมเจอร์มี 90
ร่อง แต่ละร่องมีตวั นาํ 6 ตวั ถา้ จาํ นวนเสน้ แรงแม่เหลก็ ต่อหนึงขวั เป็น 10mWb. จงหา
แรงเคลือนไฟฟ้าทีขวั เมอื ทาํ งานเป็นเครืองกาํ เนิดไฟฟ้ากระแสตรง ถา้ ขดลวดอาร์เมเจอร์พนั แบบ
Lap และมกี ระแสต่อหนึงตวั นาํ 100A. จงหากาํ ลงั ไฟฟ้า
(810V. , 324kW.)

Montri Ngoudech Page 46

บทท2ี : เครืองกลไฟฟา้ กระแสตรง 47

6. เครืองกาํ เนิดไฟฟ้ากระแสตรง 8 ขวั ตวั หนึงพนั ขดลวดอาร์เมเจอร์แบบ Lap มี 120 ร่อง มีตวั นาํ 4 ตวั
ต่อหนึงร่อง ถา้ แต่ละตวั นาํ รับกระแสได้ 250A. และมจี าํ นวนเสน้ แรงแม่เหลก็ ต่อขวั 0.05Wb. จงหา
ความเร็วรอบของเครืองกาํ เนิดเมอื ผลิตแรงเคลอื นไฟฟ้าขณะวงจรเปิดได้ 240V. เมือจ่ายโหลดเตม็
พิกดั แรงดนั ไฟฟ้าลดลงเหลือ 220V. จงหาขนาดพกิ ดั กาํ ลงั เอาทพ์ ทุ ของเครือง
(600V. , 440kW.)

7. เครืองกาํ เนิดไฟฟ้าแบบคอมเปานด์ 110V. ตวั หนึง อาร์เมเจอร์ ซีรียฟ์ ิ ลด์ และ ชนั ท้ ฟ์ ิ ลด์ มคี วาม
ตา้ นทาน 0.06 , 25 และ 0.04 ตามลาํ ดบั โหลดของเครืองกาํ เนิดประกอบดว้ ยหลอดไฟฟ้า
200 ดวง แต่ละดวงมพี กิ ดั 55W. 110V. จงหาแรงเคลือนไฟฟ้าเหนียวนาํ และกระแสอาร์เมเจอร์เมอื
ต่อวงจรของเครืองกาํ เนิดไฟฟ้าแบบ
 Long Shunt Compound
 Short Shunt Compound
ไม่คาํ นึงถึงอาร์เมเจอร์รีแอคชนั และแรงดนั ไฟฟ้าตกทีแปรงถา่ น
( ก) 120.4V. , 104.4A. ข) 120.3V. 104.6A. )

Montri Ngoudech Page 47