ห น ้า |1
การทดลอง
เครื่ องกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรง (DC Generator)
วัตถุประสงค์
1. เพื่อศึกษาหลักการของเครื่ องกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรง
2. เพื่อให้เข้าใจปรากฏการณ์ในเครื่ องกาเนิ ดไฟฟ้ากระแสตรง และเข้าใจวงจรของเครื่ องกาเนิดไฟฟ้า
3. เพื่อให้เข้าใจคุณลักษณะของ magnetizing curve และการสร้างสนามแม่เหล็กในเครื่ องกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรง
ทฤษฎี
เครื่ องกลไฟฟ้ากระแสตรงจะผลิตแรงดันกระแสสลับภายในตัวของมัน อย่างไรก็ตามเอาต์พุตที่ออกมาจะเป็ น
แรงดันกระแสตรงเพราะมีกลไกซึ่งเปลี่ยนแรงดันกระแสสลับภายในเครื่ องกลไฟฟ้าให้เป็ นแรงดันกระแสตรง โดยใน
ตัวเครื่ องกลไฟฟ้านี้จะประกอบด้วย 2 ส่ วนใหญ่ๆคือ ส่ วนที่เคลื่อนที่ซ่ ึ งถูกเรี ยกว่า โรเตอร์ (Rotor) และส่ วนอยูก่ บั ที่
ซึ่ งเรี ยกว่า สเตเตอร์ (stator) ดังแสดงในรู ปที่ 1
รู ปที่ 1 ลูปของโรเตอร์ ที่อยูภ่ ายใต้ข้ วั แม่เหล็กอย่างง่าย
เมื่อโรเตอร์ เจอเครื่ องกลไฟฟ้าเริ่ มหมุน แรงดันจะถูกเหนี่ยวนาขึ้น โดยที่สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นนั้นจะคงที่
และตั้งฉากกับพื้นผิวของโรเตอร์ ในทุกๆส่ วนที่โรเตอร์ อยูภ่ ายใต้ข้ วั แม่เหล็ก แรงดันที่ถูกเหนี่ยวนาขึ้นจะมีลกั ษณะดัง
ในรู ปที่ 2
ห น ้า |2
รู ปที่ 2 แรงดันเอาต์พุตของลูปในรู ปที่ 1
เพื่อที่จะทาให้ได้แรงดันกระแสตรงออกมาแทนแรงดันกระแสลับนี้น้ นั ตัวนาครึ่ งวงกลมสองตัวถูกนามาต่อ
เข้าที่ปลายขดลวดโดยที่ตวั นาครึ่ งทรงกลมสองตัวนี้จะหมุนไปตามขดลวด แล้วนาหน้าสัมผัส 2 ตัวมาต่อเข้าไปใน
ตาแหน่งที่แรงดันที่ถูกเหนี่ยวนาขึ้นมีค่าเป็ น 0 นัน่ ก็คือหน้า 2 ตัวนี้ จะทาหนาที่ short-circuit ตัวนาครึ่ งทรงกลม 2 ตัว
นั้นไว้ จากการต่อแบบนี้ทาให้ได้วา่ ทุกๆครั้งที่แรงดันที่ถูกเหนี่ยวนาขึ้นเปลี่ยนทิศทางหน้าสัมผัสก็เปลี่ยนการต่อด้วย
นัน่ จะทาให้ได้เอาต์พุตของหน้าสัมผัสมีทิศทางเดียวกันเสมอดังในรู ปที่ 3
รู ปที่ 3 แรงดันเอาต์พุตหลังจากต่อคอมมิวเตเตอร์ และแปรงถ่านเข้าไปที่ขดลวด
เครื่ องกลไฟฟ้ากระแสตรงนี้ สามารถทางานได้ 2 แบบใหญ่ๆ คือ เป็ นได้ท้ งั มอเตอร์ ไฟฟ้ากระแสตรงและ
เครื่ องกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรง ขึ้นอยูก่ บั อินพุตที่ป้อนให้กบั ตัวเครื่ องกลไฟฟ้า โดยถ้าป้ อนฟลังงานไฟฟ้าเข้าไปที่
ตัวเครื่ องกลไฟฟ้าจะได้เอาต์พุตที่ออกมาเป็ นพลังงานทางกล ซึ่ งในกรณี น้ ีใช้งานเป็ น มอเตอร์ แต่ถา้ มีพลังงานทางกล
ป้อนเข้าเป็ นอินพุตของเครื่ องกลไฟฟ้า จะได้เอาต์พุตที่ออกมาเป็ นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง ซึ่งเป็ นลักษณะการทางาน
ของเครื่ องกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรง
ห น ้า |3
รู ปที่ 4 ส่ วนประกอบของมอเตอร์ ไฟฟ้ากระแสตรง
ส่ วนประกอบของเครื่ องกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรง แบ่งออกได้ 2 ส่ วนใหญ่ๆ คือ
1. สเตเตอร์ (stator) เป็ นส่ วนที่อยูก่ บั ที่ ซึ่ งประกอบด้วยโครง (frame) เป็ นโครงเหล็กหุม้ โดยมีขดลวดสนาม
(Field Coil) พันอยูร่ อบแกนเหล็กที่เรี ยกว่า Pole Piece เมื่อจ่ายกระแสไฟตรงเข้าขดลวดสนามจะสร้างเส้น
แรงแม่เหล็กเป็ นขั้วแม่เหล็กเหนือ ใต้ (N-S Poles) ของเครื่ องกาเนิดไฟฟ้า ซึ่ งอาจเป็ นขดลวกสนามแบบ
ขนาน (Shunt Field Coil) และหรื อขดลวดสนามแบบอนุกรม (Series Field Coil)
2. อาร์ เมเจอร์ (Armature) เป็ นส่ วนที่หมุน ซึ่ งประกอบด้วย ขดลวดตัวนาพันรอบแกนเหล็กต้นและปลาย
ขดลวดจะต่อกับแท่งทองแดงขนาดเล็กๆ จานวนหลายแท่งอันยึดติดกับเพลาหมุนโดยมีฉนวนไฟฟ้า เช่น
ไมก้า กั้นระหว่างแท่งทองแดง และเพลาเหล็ก ดังรู ปที่ 4
รู ปที่ 5 ขดลวดภายในเครื่ องกาเนิดฟ้ากระแสตรง
ห น ้า |4
แปรงถ่าน (Brush) จะยึดติดกับสเตเตอร์ โดยมีฉนวนไฟฟ้ากั้นอยู่ และมีสปริ งกดให้แปรงถ่านสัมผัสกับซี่ คอม
มิวเตเตอร์ (Commutator) เพื่อเป็ นทางเดินของกระแสไฟฟ้าเข้าสู่ ขดลวดในอาเมเจอร์ รู ปที่ 5
เครื่ องกาเนิดไฟฟ้ ากระแสตรง (DC generator)
เครื่ องกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรง ก็คือ เครื่ องกลไฟฟ้ากระแสตรงที่ถูกใช้เป็ นเครื่ องกาเนิ ดไฟฟ้านัน่ เอง
เพราะฉะนั้น โครงสร้างของเครื่ องกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรงก็เหมือนกับโครงสร้างของมอเตอรไฟฟ้ากระแสตรง จะ
แตกต่างกันก็ตรงทิศทางการไหลของกาลังไฟฟ้า ดังนั้น เครื่ องกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรงนี้สามารถแบ่งตามการต่อของ
ขดลวดสนามออกได้เป็ น 4 แบบ เหมือนมอเตอร์ ไฟฟ้ากระแสตรงนัน่ เอง
การที่เครื่ องกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรงจะทางานได้น้ นั จะต้องมีแหล่งกาเนิ ดกาลังทางกลมาเป็ นตัวขับซึ่ งตัวขับ
ของเครื่ องกาเนิดไฟฟ้านี้ อาจเป็ น กังหันไอน้ า เครื่ องยนต์ดีเซล หรื อ แม้กระทัง่ มอเตอร์ ไฟฟ้ากระแสตรง
เครื่ องกาเนิดไฟฟ้ ากระแสตรงแบบขดแยก (Separately excited DC generator)
เครื่ องกาเนิดชนิดนี้ น้ นั กระแสสนามจะถูกจ่ายจากแหล่งกาเนิดแรงดันภายนอกดังรู ปที่ 6
รู ปที่ 6 วงจรสมมูลและคุณลักษณะของเครื่ องกาเนิ ดไฟฟ้ากระแสตรงแบบขดแยก
แรงดันที่ข้ วั (terminal voltage) สามารถหาได้จากสมการที่ 1
VT =
EA – IARA……………………………….(1)
ห น ้า |5
เครื่ องกาเนิดไฟฟ้ ากระแสตรงแบบขดขนาน (Shunt DC generator)
เครื่ องกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบนี้จะมีลกั ษณะการต่อขดสนามขนานกับขดอาร์ เมเจอร์ ดังในรู ปที่ 7
รู ปที่ 7 วงจรสมมูลและคุณลักษณะของเครื่ องกาเนิ ดไฟฟ้ากระแสตรงแบบขดขนาน
แรงดันที่ข้ วั ของเครื่ องกาเนิดไฟฟ้าสามารถหาได้จากสมการที่ 2
VT = EA – IARA …………………….(2)
ข้อดีของเครื่ องกาเนิดไฟฟ้าแบบขดขนาน เมื่อเทียบกับแบบขดแยกคือ ไม่ตอ้ งใช้แหล่งกาเนิดแรงดันภายอก
เพื่อจ่ายกระแสสนามให้ขดสนาม อย่างไรก็ตามเครื่ องกานิ ดไฟฟ้าชนิดนี้ ก็มีโอกาสที่จะไม่สามารถสร้างแรงดันขึ้นมา
ได้ โดยสาเหตุดงั ต่อไปนี้
1. ไม่มีฟลักซ์แม่เหล็กตกค้าง(residual magnetic flux) ในขดสนาม ซึ่ งสามารถแก้ไขได้โดยถอดขดสนาม
แยกออกจากขดอาร์ เมเจอร์ และต่อเข้ากับแหล่งกาเนิ ดไฟฟ้ากระแสตรง เช่น แบตเตอรี่ โดยตรง ซึ่ งวิธีการ
นี้จะเรี ยกว่า Flashing the field
2. ทิศทางการหมุนของเครื่ องกาเนิดไฟฟ้าหรื อขั้วของขดสนามอาจจะกลับทิศ สามารถแก้ไขได้โดยกลับทิศ
ทางการหมุน หรื อ โดย Flashing the field ด้วยขั้วตรงกันข้าม
3. ค่าความต้านทานของขดสนามอาจจะมีค่าสู งเกินกว่าค่าความต้านทานวิกฤต ซึ่ งสามารถแก้ไขได้โดยการ
ลดค่าความต้านทานของขดสนาม
ห น ้า |6
เครื่ องกาเนิดไฟฟ้ าแบบขดอนุกรม ( Series DC generator )
เครื่ องกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบขดอนุกรมคือเครื่ องกาเนิดไฟฟ้าซึ่ งขดสนามต่ออนุกรมอยูก่ บั ขดอาร์
เมเจอร์ เพราะว่าขดลวดอาร์ เมเจอร์ มีกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านสู งกว่าขดขนานมากๆ ดังนั้นขดอนุกรมของเครื่ องกาเนิ ด
ไฟฟ้าจึงมีนานวนรอบน้อยและขนาดของขดลวดจะใหญ่กว่าขดขนาน
รู ปที่ 8 วงจรสมมูลและคุณลักษณะของเครื่ องกาเนิ ดไฟฟ้ากระแสตรงแบบขดอนุกรม
แรงดันขั้วของเครื่ องกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบขดอนุกรมสามารถหาได้จาก
VT = EA - IA (RA+RS)
เครื่ องกาเนิดไฟฟ้ ากระแสตรงแบบขดผสม ( Compounded DC generator )
กาเนิดไฟฟ้าแบบนี้เกิดจากการต่อทั้งขดขนานและขดอนุ กรมพร้อมๆกันซึ่ งสามารถแบ่งได้โดยพิจารณา
ทิศทางของฟลัก๊ ซ์แม่เหล็กเป็ น 2 ประเภท
1.แบบสนามแม่เหล็กเสริ มกัน ( Cumulatively compound ) แบบนี้น้ นั ฟลัก๊ ซ์แม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดทั้งสอง
จะมีทิศทางเดียวกัน ดังในรู ปที่ 9
ห น ้า |7
รู ปที่ 9 วงจรสมมูลของเครื่ องกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบสนามแม่เหล็กเสริ มกัน
แรงดันที่ข้ วั เครื่ องกาเนิดไฟฟ้าชนิดนี้ สามารถหาได้จาก
VT =
EA - IA (RA-RS)
ในเครื่ องกาเนิ ดไฟฟ้ากระแสตรงแบบนี้น้ นั ยังแบ่งย่อยได้อีก 3 ประเภท โดยพิจารณาจากขนาดของแรงดัน
ขณะที่กระแสที่พิกดั ดังนี้
- Under compound แรงดันขณะที่กระแสที่พิกดั นั้นมีค่าน้อยกว่าแรงดันขณะไม่มีโหลด
- Flat compound แรงดันขณะที่กระแสที่พิกดั นั้นมีค่าเท่ากับแรงดันขณะไม่มีโหลด
- Over compound แรงดันขณะที่กระแสที่พิกดั นั้นมีค่ามากกว่าแรงดันขณะไม่มีโหลด
รู ปที่ 10 คุณลักษณะของเครื่ องกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบสนามแม่เหล็กเสริ มกัน
2. แบบสนามแม่เหล็กหักล้างกัน ( Differential compound ) แบบนี้น้ นั ฟลัก๊ ซ์แม่เหล็กเกิดจากขดลวดทั้งสอง
จะมีทิศทางตรงกันข้ามกัน ดังในรู ปที่11
รู ปที่ 11 วงจรสมมูลและคุณลักษณะของเครื่ องกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบสนามแม่เหล็กหักล้างกัน
ห น ้า |8
แรงดันที่ข้ วั ของเครื่ องกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรงชนิดนี้สามารถหาได้โดยใช้สมการเดียวกันแบบเสริ ม
อุปกรณ์ การทดลอง
1. ชุดทดลองเครื่ องกลไฟฟ้ากระแสตรง
1
ชุด
2. แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง มีพิกดั อย่างน้อย 0-230 V , 10 A
1
ชุด
3. แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง มีพิกดั อย่างน้อย 0-230 V , 1 A
1
ชุด
4. DC แอมมิเตอร์ พิกดั ใช้งาน 0-10 แอมป์
4
เครื่ อง
5. DC โวลต์มิเตอร์ พิกดั ใช้งาน 0-300 โวลต์
4
เครื่ อง
6. ตัวต้านทานปรับค่าได้
2
ชุด
7. มัลติมิเตอร์
1
เครื่ อง
8. หลอดไฟฟ้า
12
ดวง
ห น ้า |9
ขั้นตอนก่อนการทดลอง
1. อ่านค่า nameplate แล้วบันทึกค่าลงในตารางที่ 1
ตารางที่ 1
DC motor
DC generator
พิกดั แรงดัน
230
230
พิกดั กระแส
13.05 / 21.4
13.05
พิกดั ความเร็ วรอบ
1200
1200
รู ปภาพ Nameplate
2. วัดค่าความต้านทานของขดลวดต่างๆ แล้วบันทึกลงในตารางที่ 2
ตารางที่ 2
DC motor
DC generator
Ra
1.6
3.0
Rshunt
280.6
272.2
Rseries
0.4
ห น ้ า | 10
รู ปที่ 12 วงจรการต่อมอเตอร์ สาหรับขับเครื่ องกาเนิดไฟฟ้ า
การทดลองเรื่ องเครื่ องกาเนิดไฟฟ้ าแบบขดแยก (Separately excited DC generator)
รู ปที่ 13 วงจรการทดลองเครื่ องกาเนิดไฟฟ้าแบบขดแยก
การหา Magnetizing curve และ คุณลักษณะของเครื่ องกาเนิดไฟฟ้ าตรงแบบขดแยก
1.ต่อวงจรตามรู ปที่ 1-2 สตาร์ ทมอเตอร์ กระแสไฟฟ้าตรงอย่างช้าๆ จนกระทัง่ หมุนที่ความเร็ วรอบ 1000 RPM และทา
อีกครั้งที่ความเร็ วรอบ 1200 RPM
2. ให้ปรับค่าแหล่งจ่ายไฟฟ้า Vs3 เพือ่ ให้ได้ค่า If ตามตารางที่ 3 แล้วบันทึกค่า VL1 โดยคุมให้ความเร็ วคงที่ 1000 RPM
และ VL2 ความเร็ วคงที่ 1200 RPM หลังจากนั้นให้นาค่าที่บนั ทึกได้ มาพล็อตกราฟดูความสัมพันธ์ระหว่าง VL กับ If
ห น ้ า | 11
รู ปการทดลอง
ตารางที่ 3.1 ความเร็ วรอบ 1000 RPM
If (A)
0
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
0.65
0.70
0.75
VL (V)
8.57 20.46 37.8
56.0
75.7
96.0
113.5 131.3 146.0 159.3 172.3 182.6 192.8 201.1 209.2 216.5
0.30
ตารางที่ 3.2 ความเร็ วรอบ 1000 RPM
If (A)
0
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
0.65
VL (V)
9.75 23.70 44.54 65.4
89.2
112.4 133.4 154.6 171.8 188.6 202.1 214.8 226.3 236.2 245.4 254.3
3. ปรับค่าแหล่งจ่ายไฟฟ้า Vs3 เพื่อให้ VL เท่ากับ 220 โวลต์
4. ต่อโหลดเข้ากับเครื่ องกาเนิดไฟฟ้าหลังจากนั้นให้เปิ ดหลอดครั้งละ 2 ดวง โดยที่รักษาความเร็ วรอบคงที่
5. บันทึกค่า VL , I L , If ในตารางที่ 4 จนกระทัง่ เปิ ดหลอดไฟครบ 12 ดวง
0.70
0.75
ห น ้ า | 12
กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง VL กับ If ของเครื่ องกาเนิดไฟฟ้าตรงแบบขดแยก
6. ค่อยๆ ปิ ดหลอดไฟ ทีละดวงจนครบ ระวังอย่าให้ความเร็ วเกินพิกดั
7. ให้ลดความเร็ วรอบของมอเตอร์ลงจนเป็ นศูนย์ รอให้มอเตอร์หยุดหมุนจึง สับ CB เพื่อตัดแหล่งจ่ายไฟฟ้า
ตารางที่ 4
จานวน
0
2
4
6
8
10
12
IL
0
1.8
3.5
5.2
6.8
8.7
10.0
If
0.485
0.48
0.48
0.48
0.47
0.465
0.47
VL
200
195.8
193
192.1
187.2
184.8
184
หลอดไฟ
ห น ้ า | 13
กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง VL กับ IL ของเครื่ องกาเนิดไฟฟ้าตรงแบบขดแยก
สรุ ปและวิจารณ์ ผลการทดลองที่ 3
การทดลองนี้ไม่มี Load เพราะฉะนั้น แรงดันตกคร่ อมโหลดมีค่าเท่ากับแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนา (VL= Eg )
จากตารางบันทึกผลการทดลองพบว่าที่ความเร็ วรอบทั้งสองคือ 1000 RPM และ 1200 RPM เมื่อปรับแรงดัน Vs3
เพิ่มขึ้น If จะเพิ่มขึ้นด้วยเพราะเมื่อเราปรับแรงดัน Vs3 เพิ่มขึ้นกระแสไฟฟ้าในขดลวดสนามแม่เหล็ก(If) จะเพิ่มขึ้น
และ  f ( I f  f ) และ  f จะไปเหนี่ยวนา Armature ให้หมุน ทาให้แรงดันที่ตกคร่ อมโหลด(VL) เพิ่มมากขึ้น อ้างอิง
จากสมการ
เมเจอร์
Eg  K an  K f I f n
และเนื่องจากแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนาแปรผันตรงกับความเร็ วรอบหมุนของอาร์
( E g  n ) ทาให้ค่า VL ที่ 1200 RPM มีค่ามากกว่า VLที่ 1000 RPM
สรุ ปและวิจารณ์ ผลการทดลองที่ 4
f
จากตารางผลการทดลองจะพบว่าค่า If คงที่เนื่องจากแรงดันที่จ่ายให้ Shunt field มีค่าคงที่ เมื่อเส้นแรงแม่เหล็ก
คงที่ If ก็คงที่ดว้ ย (  f ถูกควบคุมด้วย If และ Eg ) และจากรู ปวงจรจะได้สมการแสดงความสัมพันธ์ของ Eg และ VL
ว่า Eg = VL + IaRa หรื อ VL = Eg - IaRa เราทราบว่า Eg คือ 198 V (Eg = V no load) และ Ra = 3.7 Ω ซึ่ งค่าทั้งสองเป็ น
ค่าคงที่ เพราะฉะนั้น ค่า VL จะมาก หรื อน้อย ขึ้นอยูก่ บั Ia (Ia = IL) เมื่อ Ia มากค่า VL จะน้อย , Ia น้อย VL จะมาก โดยค่า
Ia ขึ้นกับจานวน load ที่นามาต่อกับวงจร ถ้า load มีความต้านทานมาก load จึงดึงกระแสน้อย และถ้า load มีความ
ต้านทานน้อย load จะดึงกระแสมาก และในการทดลองนี้ load คือ หลอดอินแคนเดสเซนต์ (pure R) แบบต่อขนาน
เมื่อเปิ ดหลอดไฟเพิ่มมากขึ้น ค่าความต้านทานรวมจะน้อยลง ส่ งผลให้ load ดึงกระแสเพิ่มมากขึ้น
ห น ้ า | 14
จากราฟจะพบว่า แรงดันที่ตกคร่ อม load มีค่าน้อยกว่า Eg เนื่องจากเกิดแรงดันตกคร่ อมที่ขดลวดอาร์ เมเจอร์
(IaRa) และ Armature Reaction (Armature Reaction เกิดจากกระแสไฟฟ้าไหลในขดลวด Armature (Ia) สร้าง
สนามแม่เหล็กต้านกับเส้นแรงแม่เหล็กจากขดลวดสนามแม่เหล็ก)
การทดลองเรื่ องเครื่ องกาเนิดไฟฟ้ าแบบขดขนาน (Shunt DC generator)
รู ปที่ 14 วงจรการทดลองเครื่ องกาเนิดไฟฟ้าแบบขนาน
การหา Magnetizing curve และ คุณลักษณะของเครื่ องกาเนิดไฟฟ้ าตรงแบบขดขนาน
1. ต่อวงจรตามรู ปที่ 14 สตาร์ ทมอเตอร์ กระแสไฟฟ้าตรงอย่างช้าๆ จนกระทัง่ หมุนที่ความเร็ วรอบ 1200 RPM
2. ให้ปรับค่าความต้านทานเพื่อให้ได้ If ตามตารางที่ 5 แล้วบันทึกค่า VL โดยคุมให้ความเร็ วคงที่ 1200 RPM หลังจาก
นั้นให้นาค่าที่บนั ทึกได้ มาพล็อตกราฟดูความสัมพันธ์ระหว่าง VL กับ If
ตารางที่ 5
If (A)
0
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
0.65
0.70
VL (V)
12.97 23.46 49.65 68.6
90.6
114.7 133.3 156.1 171.8 187.5 200.6 212.5 222.6 232.5 240.3 247.2
3. ปรับค่าความต้านทานเพื่อให้ VL เท่ากับ 200 โวลต์
4. ต่อโหลดเข้ากับเครื่ องกาเนิดไฟฟ้า หลังจากนั้นให้เปิ ดหลอดไฟครั้งละ 2 ดวง โดยที่รักษาความเร็ วรอบคงที่
5. บันทึกค่า VL , I L , If ในตารางที่ 6 จนกระทัง่ เปิ ดหลอดไฟครบ 12 ดวง
0.75
ห น ้ า | 15
กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง VL กับ If ของเครื่ องกาเนิดไฟฟ้าตรงแบบขดขนาน
รู ปการทดลอง
รู ปการต่อวงจรเครื่ องกาเนิดไฟฟ้าตรงแบบขดขนาน
ตารางที่ 6
จานวน
หลอดไฟ
IL
If
VL
0
2
4
6
8
10
12
0
0.48
200.0
1.8
0.47
197.3
3.5
0.465
194
5.2
0.46
191.2
6.8
0.45
186.3
8.3
0.43
180.0
9.7
0.42
173.6
ห น ้ า | 16
6. ค่อยๆ ปิ ดหลอดไฟ ทีละดวงจนครบ ระวังอย่าให้ความเร็ วเกินพิกดั
7. ให้ลดความเร็ วรอบของมอเตอร์ลงจนเป็ นศูนย์
8. รอให้มอเตอร์หยุดหมุนจึง สับ CB เพื่อตัดแหล่งจ่ายไฟฟ้า
กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง VL กับ IL ของเครื่ องกาเนิดไฟฟ้าตรงแบบขดขนาน
สรุ ปและวิจารณ์ ผลการทดลองตารางที่5
จากการทดลองนี้ ทาขณะ Open load (อาร์ เมเจอร์ หมุนขณะยังไม่มี Load) สังเกตผลการทดลองจากตาราง
บันทึกผล พบว่า เมื่อกระแสไหลผ่าน Shunt Field (If) เพิม่ ขึ้นค่าแรงดัน VL ก็จะเพิม่ ขึ้นด้วย สาเหตุที่ VL ไม่เท่ากับศูนย์
เมื่อ If =0 นั้น มาจาก Residual Magnetic Flux (ฟลักซ์ตกค้างในแม่เหล็ก) และเมื่อปรับค่าความต้านทานลดลงจะทาให้
If เพิ่มมากขึ้น
(R เป็ นตัวจากัด If) และเมื่อ If เพิ่มมากขึ้น VL ก็จะมากขึ้นด้วย ทั้งนี้เป็ นผลมาจากฟลักซ์ตกค้างใน
แม่เหล็กเกิดการเหนี่ยวนาให้อาร์ เมเจอร์ สร้างแรงดันขึ้น ซึ่ งก็คือแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนา(Eg) เมื่อมี Eg ก็จะเกิดกระแส If
ไหล โดยเมื่อฟลักซ์เพิ่มมากขึ้น Eg เพิ่มมากขึ้นจึงทาให้ If เพิ่มมากขึ้นด้วย อ้างอิงจากสมการ
E g  K an  K f I f n ; volts
 I f
และถ้า If มากขึ้น VL ก็มากขึ้นด้วย เนื่ องจาก VL = If Rf (VL α If)
ห น ้ า | 17
สรุ ปและวิจารณ์ ผลการทดลองตารางที่ 6
จากการทาการทดลองให้ความต้านทาน Rf คงที่ และเนื่องจาก Rf เป็ นตัวกาหนดปริ มาณการไหลของกระแส
ที่ไหลผ่าน Shunt field( If) เมื่อ Rf คงที่ If จึงคงที่ดว้ ยและเมื่อ If คงที่จึงส่ งผลให้ Eg คงที่ดว้ ย อ้างอิงจากสู ตร
E g  K an  K f I f n ; volts
(Kf
และ n คงที่)
และจากตารางบันทึกผลการทดลองพบว่า ค่า IL เพิ่มขึ้นเนื่องจากหลอดอินแคนเดสเซนต์ (Load)ต่อแบบขนาน ยิง่ เปิ ด
หลอดมากค่าความต้านทานก็ยง่ิ น้อยลง เมื่อค่าความต้านทานน้อยลง load จึงกระแสมากขึ้น ส่ งผลให้ VL ลดลง อ้างอิง
จากสู ตร
VL = Eg – IaRa
Ia = If + IL
จากราฟจะพบว่า แรงดันที่ตกคร่ อม load มีคา่ น้อยกว่า Eg เนื่องจากเกิดแรงดันตกคร่ อมที่ขดลวดอาร์ เมเจอร์
(IaRa) , Wakened flux และ Armature Reaction (Armature Reaction เกิดจากกระแสไฟฟ้าไหลในขดลวด Armature (Ia)
สร้างสนามแม่เหล็กต้านกับเส้นแรงแม่เหล็กจากขดลวดสนามแม่เหล็ก)
การทดลองเรื่ องเครื่ องกาเนิดไฟฟ้ าแบบผสม
รู ปที่ 15 วงจรการทดลองเครื่ องกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบผสม
1. ต่อวงจรตามรู ปที่ 15
2. สตาร์ ทมอเตอร์ กระแสไฟฟ้าตรงอย่างช้าๆ จนกระทัง่ หมุนที่ความเร็ วรอบ 1200 RPM
ห น ้ า | 18
3. ค่อยๆปรับค่าความต้านทานเพื่อให้ได้แรงดัน VL เท่ากับ 200 โวลต์
4. ต่อโหลดเข้ากับวงจร หลังจากนั้นให้เปิ ดหลอดไฟครั้งละ 2 ดวง โดยรักษาความเร็ วรอบให้คงที่
5. บันทึกค่า VL , I L , If ในตารางที่ 7 จนกระทัง่ เปิ ดหลอดไฟครบ 12 ดวง
ตารางที่ 7
จานวน
หลอดไฟ
IL
If
VL
0
2
4
6
8
10
12
0
0.5
200.6
1.8
0.44
178.5
3.1
0.38
151.5
4.0
0.29
114.5
3.2
0.11
40.63
2.1
0.03
7.83
2.0
0.02
4.60
กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง VL กับ IL ของเครื่ องกาเนิดไฟฟ้าตรงแบบผสม
6. ค่อยๆ ปิ ดหลอดไฟ ทีละดวงจนครบ ระวังอย่าให้ความเร็ วเกินพิกดั
7. ให้ลดความเร็ วรอบของมอเตอร์ลงจนเป็ นศูนย์
8. รอให้มอเตอร์หยุดหมุนจึง สับ CB เพื่อตัดแหล่งจ่ายไฟฟ้า
9. ให้ต่อขดลวดอนุกรมกลับขั้วกับในตอนแรก แล้วให้อาจารย์ผคู ้ วบคุมตรวจสอบความถูกต้อง
ห น ้ า | 19
10. ปรับค่าความต้านทานให้มากที่สุดก่อนเริ่ มการทดลองต่อไป
11. สตาร์ ทมอเตอร์ กระแสไฟฟ้าตรงอย่างช้าๆ จนกระทัง่ หมุนที่ความเร็ วรอบ 1200 RPM
12. ค่อยๆปรับค่าความต้านทานเพื่อให้ได้แรงดัน VL เท่ากับ 200 โวลต์
13. ต่อโหลดเข้ากับวงจร หลังจากนั้นให้เปิ ดหลอดไฟครั้งละ 2 ดวง โดยรักษาความเร็ วรอบให้คงที่
14. บันทึกค่า VL , I L , If ในตารางที่ 8 จนกระทัง่ เปิ ดหลอดไฟครบ 12 ดวง
ตารางที่ 8
จานวน
หลอดไฟ
IL
If
VL
0
2
4
6
8
10
12
0
0.475
200.0
1.9
0.485
205.1
3.8
0.5
211.9
5.6
0.51
215.0
7.5
0.515
218.0
9.2
0.52
218.2
11.0
0.52
218.0
15. ค่อยๆ ปิ ดหลอดไฟ ทีละดวงจนครบ ระวังอย่าให้ความเร็ วเกินพิกดั
16. ให้ลดความเร็ วรอบของมอเตอร์ลงจนเป็ นศูนย์
17. รอให้มอเตอร์หยุดหมุนจึง สับ CB เพื่อตัดแหล่งจ่ายไฟฟ้า
กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง VL กับ IL ของเครื่ องกาเนิดไฟฟ้าตรงแบบผสม(ต่ออนุกรมกลับขั้วกับตอนแรก)
ห น ้ า | 20
สรุ ปและวิจารณ์ ผลการทดลองตารางที่ 7 และ ตารางที่ 8
เครื่ องกาเนิดไฟฟ้าแบบผสม (Compounded DC generator) นี้เกิดจากการต่อขดขนานและการต่อขดอนุกรม
พร้อมๆกัน ซึ่ งมีอยู่ 2 แบบคือ
1.แบบหักล้างกัน เกิดจากขดลวดทั้งสองมีทิศทางตรงข้ามกัน ซึ่ งจากผลการทดลองตารางที่ 7 เมื่อนามา Plot
กราฟความสัมพันธ์ระหว่าง VL กับ IL จึงรู ้ได้วา่ การทดลองจากตารางที่ 7 เป็ นการต่อวงจรแบบหักล้างกัน
2.แบบเสริ มกัน เกิดจากขดลวดทั้งสองมีทิศทางเดียวกัน ซึ่ งจากผลการทดลองตารางที่ 8 เมื่อนามา Plot กราฟ
ความสัมพันธ์ระหว่าง VL กับ IL แบบ Over compound จึงรู ้ได้วา่ การทดลองจากตารางที่ 8 เป็ นการต่อวงจรแบบเสริ ม
กัน
จากตารางบันทึกผลการทดลองที่ 7 จะเห็นว่า IL เพิ่มขึ้น เนื่องจาก เมื่อเราใช้ Load เยอะ กระแสที่ Load ก็จะ
เยอะตามไปด้วยแต่ค่า VL และ IF จะมีค่าลดลง เพราะการต่อ Shunt field กลับขั้ว ทาให้กระแสหักล้างกัน และมีค่าลดลง
เรื่ อยๆ
จากตารางบันทึกผลการทดลองที่ 8 จะเห็นว่า IL เพิ่มขึ้น เนื่องจาก เมื่อเราใช้ Load เยอะ กระแสที่ Load ก็จะ
เยอะตามไปด้วยส่ วนค่า VL และ IF จะมีค่าเพิม่ ขึ้น เพราะการต่อขดลวดแบบ Shunt field และ Series field จะสร้าง
กระแสเสริ มกัน ทาให้ IF มีค่าเพิ่มขึ้น
การทดลองเรื่ องเครื่ องกาเนิดไฟฟ้ าแบบอนุกรม (Series Generator)
รู ปที่ 16 วงจรการทดลองเครื่ องกาเนิดไฟฟ้าแบบอนุกรม
ห น ้ า | 21
1. ต่อวงจรตามรู ปที่ 16
2. สตาร์ทมอเตอร์ กระแสไฟฟ้าตรงอย่างช้าๆ จนกระทัง่ หมุนที่ความเร็ วรอบ 1200 RPM
3. ต่อโหลดเข้ากับวงจร หลังจากนั้นให้เปิ ดหลอดไฟครั้งละ 2 ดวง โดยรักษาความเร็ วรอบให้คงที่
4. บันทึกค่า VL , I L , If ในตารางที่ 9 จนกระทัง่ เปิ ดหลอดไฟครบ 12 ดวง
ตารางที่ 9
จานวน
หลอดไฟ
IL
If
VL
0
2
4
6
8
10
12
0
0
9.43
0.6
0.6
10.5
1.2
1.2
12.7
1.85
1.85
15.56
2.6
2.6
19.13
3.55
3.55
23.43
4.6
4.6
28.09
กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง VL กับ IL ของเครื่ องกาเนิดไฟฟ้าแบบอนุกรม
สรุ ปและวิจารณ์ ผลการทดลองตารางที่ 9
เครื่ องกาเนิดไฟฟ้าแบบอนุกรม (Series generator) เป็ นเครื่ องกาเนิดไฟฟ้าที่ขดสนามต่ออนุกรมอยูก่ บั ขดอาร์
เมเจอร์ ไม่พบในเครื่ องใช้ทวั่ ไป จะพบในเครื่ องเชื่ อมที่ตอ้ งการกระแสสู งๆ
ห น ้ า | 22
จากสู ตร
IL = IA = IS
VT = EA- IA(RA+RS)
แรงดันที่ข้ วั (terminal voltage) จึงสามารถหาได้จากสมการ VT = EA- IA(RA+RS) นัน่ เอง
ตามกราฟคุณลักษณะของเครื่ องกาเนิดไฟฟ้าแบบอนุกรม จะเห็นว่า กราฟไม่ได้เริ่ มจาก 0 แสดงให้เห็นว่ามี
สนามแม่เหล็กตกค้าง กราฟ EAจะขนานไปกับแกน X ซึ่ งก็คือแรงเคลื่อนที่ได้จากการสร้างสนามแม่เหล็กนัน่ เอง ส่ วน
VT คือแรงดันที่สร้างคงที่ แต่ที่ใช้มากขึ้น กราฟจึงตกลง และจากผลการทดลองตารางที่ 9 ค่า VL จะเพิ่มขึ้นเรื่ อยๆ และ
ค่า IL จะเท่ากับ IF เพราะเป็ นการต่ออนุกรม กระแสทั้งสองจึงเป็ นตัวเดียวกัน
จากตารางบันทึกผลการทดลองที่ 9 จะเห็นว่า IL เพิ่มขึ้น เนื่องจาก เมื่อเราใช้ Load เยอะ กระแสที่ Load ก็จะ
เยอะตามไปด้วยส่ วน IF ก็จะมีค่าเพิ่มขึ้นเช่นกัน เพราะต่ออนุกรม ดังนั้นอาจกล่าวได้วา่ IF และ IL คือตัวเดียวกัน ค่าที่วดั
ได้จากการทดลองมีค่าเท่ากัน ส่ วน VL จะมีค่าเพิ่มขึ้นเรื่ อยๆ แล้วค่อยๆน้อยลง
คาสั่งเพิม่ เติม
จงเขียนกราฟ แสดง magnetizing curve ของเครื่ องกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบขดขนาน
กราฟ แสดง magnetizing curve ของเครื่ องกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบขดขนาน
ห น ้ า | 23
บรรณานุกรม
- เอกสารประกอบการเรี ยน วิชา EEE393 Electrical Engineering Laboratory II เรื่ อง เครื่ องกาเนิดไฟฟ้า
กระแสตรง (DC generator)