ใส่ความเห็น

มอเตอร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

มอเตอร์ (motor)

รูปที่ 46 การทำงานของมอเตอร์ [10]

    จากรูปที่ 46 มีขดลวดสี่เหลี่ยมอยู่ในสนามแม่เหล็ก มีกระแสไฟฟ้า I1 ไหลเข้าไปในขดลวด จะมีผลให้เกิดโมเมนต์ของแรงคู่ควบ จึงทำให้ขดลวดหมุนรอบแกน เส้นลวดที่อยู่ด้านข้างจึงเคลื่อนที่
ตัดสนามแม่เหล็กทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำ (Ie) ขึ้น หากพิจารณาทิศจะพบว่ามีทิศตรงข้ามกับทิศ I1 จึงเรียก
Iนี้ว่า กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำต้านกลับ อำนาจที่ทำให้เกิด Ie นั้นเรียกว่า แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำต้านกลับ
(BACK EMF) : back electromotive force ใช้สัญลักษณ์ e

รูปที่ 47 กระแสไฟฟ้าที่ผ่านมอเตอร์ [10]

    ในกรณีมอเตอร์ติดขัดจากความเสียดทานตามจุดหมุน ความเสียดทานจากแรงภายนอกหรือแรงเคลื่อน
ไฟฟ้าตก เป็นเหตุให้มอเตอร์ไม่หมุนหรือหมุนช้ากว่าปกติ แรงเคลื่อนไฟฟ้าต้านกลับจะมีค่าน้อย ทำให้
กระแสไฟฟ้า ที่ผ่านขดลวดในขณะนั้นมีค่ามาก และกระแสไฟฟ้าที่มีค่ามาก เมื่อผ่านขดลวดเป็นเวลานานๆ
จะทำให้ขดลวดร้อนจนขดลวดไหม้ได้

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือไดนาโม (Electric generator หรือ Dynamo)
คือเครื่องมือที่ใช้สำหรับเปลี่ยนพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า โดยอาศัยหลักการที่ว่าขดลวดซึ่งเรียกว่าอาร์มาเจอร์ (Armature) หมุนตัดสนามแม่เหล็กทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำ โดยต้องหมุนขดลวดไปทางทิศเดิมเสมอ สามารถนำกระแสเหนี่ยวนำที่เกิดไปใช้ประโยชน์ได้ เราจำแนกไดนาโมเป็น 2 ชนิด คือ

รูปที่ 48 เครื่องกำเนิดไฟฟ้า [24]

1. ไดนาโมกระแสตรง (Direct current dynamo)

รูปที่ 49 ไดนาโมกระแสตรง [25]

รูปที่ 50 การทำงานของไดนาโมกระแสตรง [10]

จากรูปที่ 1 ขดลวดหมุนทวนเข็มนาฬิกาทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำ (Ie) ไหลจาก DCBA ออกสู่วงแหวนครึ่งวงกลมซึ่งเรียกว่าคอมมิวเตเตอร์ (commutator) หรือวงแหวนแยก (split ring) เข้าสู่ความต้านทานภายนอก ( R ) โดยผ่านทางแปรง (Brush) G ฉะนั้นตอนนี้กระแสไหลจาก GRH เมื่อขดลวด DC ไปอยู่ซีกซ้าย ลวด AB ก็ย้ายไปอยู่ซีกขวา ดังรูป 2
จากรูปที่ 2 ขดลวดหมุนทวนเข็มนาฬิกาอย่างเดิม กระแสเหนี่ยวนำ (Ie) ไหลจาก ABCD ผ่านแหวนแยกสู่ GRH จะเห็นได้ว่ากระแสไหลภายนอกไดนาโมทิศเดิมตลอด เรียกว่าให้กระแสไฟฟ้าตรงออกไปใช้ จึงเรียกไดนาโมชนิดนี้ว่าไดนาโมกระแสตรง

รูปที่ 51 การหมุนของขดลวดไดนาโมกระแสตรง [10]

หากเราพิจารณาตอนที่พื้นที่หน้าตัดของขดลวดอยู่ในแนวตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก ดังรูป ก. เราเห็นลวด DC เพียงจุด D และเห็นลวด AB เพียงจุด A ตอนนี้กระแสเหนี่ยวนำมีค่า = 0

จากรูป ก. ไปสู่รูป ข. ใช้เวลา  กระแสจะมีค่ามากขึ้นๆจนมากที่สุดเมื่อถึงเวลา คือรูป ข.
จากรูป ข. ไปสู่รูป ค. ใช้เวลาจาก  ->  กระแสจะมีค่าน้อยลงๆจนเป็นศูนย์เมื่อถึงเวลา  คือรูป ค.
จากรูป ค. ไปสู่รูป ง. ใช้เวลาจาก  ->  กระแสจะมีค่ามากขึ้นๆจนมากที่สุดเมื่อถึงเวลา คือรูป ง.
จากรูป ง. ไปสู่รูป จ. ใช้เวลา  -> T กระแสจะมีค่าลดลงๆจนเป็นศูนย์เมื่อถึงเวลา T คือรูป จ.

2. ไดนาโมกระแสสลับ (Alternating current dynamo)


รูปที่ 52 ไดนาโมกระแสสลับ [26]

รูปที่ 53 การทำงานของไดนาโมกระแสสลับ [10]

จากรูปที่ 3 ขดลวดหมุนตามเข็มนาฬิกาทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำ (Ie) ไหลจาก ABCD ผ่านวงแหวนลื่น (slip ring) ซึ่งเป็นวงแหวนกลมเข้าสู่ความต้านทานภายนอก ( R ) โดยผ่านทางแปรง (Brush) G เมื่อขดลวด CD ไปอยู่ซีกซ้าย ลวด AB ก็ย้ายไปอยู่ซีกขวา ดังรูป 4
จากรูปที่ 4 ขดลวดยังหมุนตามเข็มนาฬิกาทำให้เกิด กระแสเหนี่ยวนำ (Ie) ไหลจาก DCBA ผ่านแปรง HR สู่ G จะพบว่ากระแสที่ผ่าน R นั้นมีการไหลกลับทิศสลับกันเรียกว่าเกิดกระแสสลับ จึงเรียกไดนาโมชนิดนี้ว่าไดนาโมกระแสสลับ

รูปที่ 54 การหมุนของขดลวดไดนาโมกระแสสลับ [10]

หากเริ่มพิจารณาตอนที่พื้นที่หน้าตัดของขดลวดอยู่ในแนวตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก และให้ลวดหมุนรอบแกนแบบตามเข็มนาฬิกา ตอนเริ่มนี้ไม่เกิดกระแสคือมีกระแสเหนี่ยวนำเป็นศูนย์
จากรูป ก. ไปสู่รูป ข. ใช้เวลาจาก 0 -> กระแสจะมีค่ามากขึ้นๆจนมากที่สุดเมื่อถึงเวลา  คือรูป ข. ทิศกระแสไหลใน R เป็นบวก
จากรูป ข. ไปสู่รูป ค. ใช้เวลาจาก  ->  กระแสจะมีค่าน้อยลงๆจนเป็นศูนย์เมื่อถึงเวลา  คือรูป ค. ทิศกระแสใน R เป็นบวก
จากรูป ค. ไปสู่รูป ง. ใช้เวลาจาก  -> กระแสจะมีค่ามากขึ้นๆจนมากที่สุดเมื่อถึงเวลา  คือรูป ง. ทิศกระแสใน R ตรงข้ามกับทิศเดิมให้เป็นทิศลบ
จากรูป ง. ไปสู่รูป จ. ใช้เวลา  -> T กระแสจะมีค่าลดลงๆจนเป็นศูนย์เมื่อถึงเวลา T คือรูป จ. ทิศกระแสใน R เป็นลบ

การส่งกำลังไฟฟ้า
การที่จะให้พลังงานไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิดไฟฟ้าไปยังแหล่งใช้ต้องคำนึงถึงความประหยัดและปลอดภัย ปกตินิยมส่งให้เกิดกระแสน้อยๆโดยให้มีความต่างศักย์สูงๆ เพราะเมื่อจะใช้สามารถปรับศักย์ไฟฟ้าได้ง่ายๆ โดยใช้หม้อแปลงไฟ แต่กระแสถ้ามากลวดตัวนำอาจทนร้อนไม่ได้ จึงต้องใช้ลวดโตๆ สิ้นค่าใช้จ่ายสูงมาก อีกประการนิยมส่งไฟในลักษณะกระแสสลับ เพราะกำลังไฟไม่ตกมาก

การส่งกำลังไฟฟ้าในระบบ 3 เฟส

รูปที่ 55 ไดนาโม 3 เฟส [27]

รูปที่ 56 ไดนาโม 3 เฟส [10]

อาศัยหลักการดังนี้คือ ให้มีขั้วแม่เหล็กหมุนผ่านขดลวด 3 ขด แต่ละขดทำมุมกัน 120 องศา โดยต่อเป็นรูป delta (รูป ) หรืออาจเป็นรูปตัว Y ก็ได้ เมื่อขั้วแม่เหล็กหมุนได้ 1 รอบ จะเกิดความต่างศักย์ 3 ครั้ง แต่ละครั้งจะเกิดในช่วงห่างกัน 120 องศา ดังนั้นจึงได้กระแสออกมา 3 สาย ความต่างศักย์ระหว่างสาย
แต่ละคู่มีค่าเท่าๆ กัน     การส่งกำลังไฟฟ้าในระบบนี้สามารถป้องกันการเกิดประกายไฟฟ้าระหว่างปลายกับแหวนเมื่อขดลวดหมุน เพราะกำลังไฟฟ้าที่ส่งมีกำลังสูงและต้องส่งออกด้วยแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่มีค่าสูง

เราสามารถเขียนกราฟระหว่างความต่างศักย์กับเวลาของขดลวดแต่ละชุดได้ ดังรูป

รูปที่ 57 กราฟระหว่างความต่างศักย์กับเวลาของขดลวดทั้งสามชุด [10]

กระแสสลับจากขดลวดทั้งสามชุดจะมีเฟสต่างกัน 120 องศา เราเรียกเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังกล่าว นี้ว่า เครื่องกำเนิดไฟฟ้า 3 เฟส
จะมีสายต่อออกจากขดลวดทั้งสามชุดทั้งหมด 6 เส้น แต่ละชุดจะมี สายกลาง ซึ่งสายนี้มักจะต่อ ลงดิน จึงมีศักย์ไฟฟ้าเป็นศูนย์ตลอดเวลาเมื่อเทียบกับดิน ส่วนสายที่เหลือของขดลวดแต่ละชุดอีก 3 เส้น เป็นสายที่ศักย์ไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงตามการหมุนของขดลวด เมื่อเทียบกับสายกลาง

รูปที่ 58 การส่งพลังงานไฟฟ้า [10]

ไฟฟ้าที่ใช้ตามบ้านเรือนเป็นไฟฟ้าเฟสเดียว ที่มีความต่างศักย์ของแต่ละเฟสเพียง 220 โวลต์ การส่งพลังงานไฟฟ้านิยมส่งแบบไฟฟ้ากระแสสลับ 3 เฟส 4 สาย ซึ่งสายที่เพิ่มมาคือ สายกลาง
ข้อดีของการผลิตและการส่งไฟฟ้า 3 เฟส ก็คือ การส่งกำลังไฟฟ้าจะถูกแบ่งออกเป็น 3 ส่วน ทำให้ ไม่ต้องใช้สายไฟขนาดใหญ่มากเป็นการประหยัดและลดการสูญเสียได้มาก
นอกจากนี้ชุมชนต่างๆ ที่ใช้ไฟฟ้ากันคนละเฟส เมื่อเกิดเหตุการณ์ไฟฟ้าดับเฟสใดเฟสหนึ่ง ชุมชน ที่ใช้ไฟฟ้าเฟสอื่นก็ยังมีไฟฟ้าใช้ตามปกติ

รูปที่ 59 การส่งพลังงานไฟฟ้าแบบ 3 เฟส [10]

ไฟฟ้าที่ผลิตได้จากโรงไฟฟ้าจะถูกส่งออกมาในรูปของไฟฟ้า 3 เฟส เพื่อความสะดวกและประหยัดไฟฟ้า นอกจากนี้การส่งไฟฟ้าต้องคำนึงถึงความต่างศักย์ด้วย เพราะว่าสายไฟมีความต้านทาน กระแสไฟฟ้า ที่ผ่านสายไฟซึ่งมีความต้านทานจะมีความร้อนเกิดขึ้นในสายไฟนั้น ซึ่งพลังงานความร้อนนี้มาจากพลังงานไฟฟ้า นี่คือการสูญเสียพลังงานไฟฟ้า ดังนั้นเพื่อลดการสูญเสียพลังงานไฟฟ้าในรูปของพลังงานความร้อนน้อยที่สุด
ที่จะเป็นไปได้ การส่งกำลังไฟฟ้าจึงต้องการความต่างศักย์ที่เหมาะสม

ตัวอย่างที่ 1 เมื่อมอเตอร์หมุนช้ากว่าปกติเนื่องจากมีสิ่งสกปรกตามจุดหมุน ในกรณีดังกล่าวนี้
มอเตอร์จะเกิดความเสียหายได้หรือไม่ เพราะเหตุใด

ตัวอย่างที่ 2 เมื่อขดลวดตัวนำสี่เหลี่ยมผืนผ้าเริ่มต้นหมุนจากตำแหน่งที่ระนาบของขดลวดตั้งฉากกับทิศของ
สนามแม่เหล็ก มายังตำแหน่งที่ระนาบของขดลวดขนานกับทิศของสนามแม่เหล็ก จะเกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ
ในขดลวดนี้หรือไม่

ตัวอย่างที่ 3 มอเตอร์เครื่องหนึ่งใช้กับแรงเคลื่อนไฟฟ้า 12 โวลต์ ขณะมอเตอร์กำลังทำงาน
จะเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าต้านกลับ 10 โวลต์ และมีกระแสผ่านมอเตอร์ 8 แอมแปร์ ขดลวดของมอเตอร์
มีความต้านทานเท่าใด

ตัวอย่างที่ 4 มอเตอร์เครื่องหนึ่งขณะที่หมุนเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าต้านกลับ 100 โวลต์ ขณะนั้น มีกระแสผ่านมอเตอร์ 20 แอมแปร์ ถ้ามอเตอร์นี้ใช้แบตเตอรี่ 220 โวลต์ กระแสไฟฟ้าที่ผ่านมอเตอร์ ตอนเริ่มหมุนเป็นเท่าใด

ตัวอย่างที่ 5 เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถส่งกำลังไฟฟ้าได้ 88 กิโลวัตต์ จงหาพลังงานความร้อนที่สูญเสียไป
ภายในสายไฟ กำหนดให้ส่งกำลังไฟฟ้าผ่านสายไฟที่ยาว 500 เมตร ความต้านทาน 0.25 โอห์ม นาน 10 วินาที
ด้วยความต่างศักย์
ก. 220 โวลต์
ข. 22,000 โวลต์

ใส่ความเห็น

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Connecting to %s

%d bloggers like this: