วิชาเครื่องกลไฟฟ้า 2 รหัส 31 102 ... · 2020. 3. 3. · ส าหรับนักศึกษาระดับชั้น ปวส.2

เอกสารประกอบการสอน วชาเครองกลไฟฟา 2 รหส 3104 - 2102

หลกสตร ประกาศนยบตรวชาชพชนสง พทธศกราช 2557 สาขาวชาชางไฟฟาก าลง สาขางานไฟฟาก าลง

หนวยท 1 เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ

วาทรอยตรถวล มาทง คร วทยฐานะครช านาญการ

ภาควชาชางไฟฟาก าลง วทยาลยเทคนคยะลา ส านกงานคณะกรรมการการอาชวศกษา กระทรวงศกษาธการ

ค าน า

เอกสารประกอบการเรยนการสอน รหสวชา 3104-2102 รายวชาเครองกลไฟฟา 2 หลกสตรประกาศนยบตรวชาชพชนสง(ปวส.) พทธศกราช 2557 ผจดท าไดจดท าขนเพอใชประกอบการสอนส าหรบนกศกษาระดบชน ปวส.2 ภาคเรยนท 1 ปการศกษา 2563 ส าหรบหนวยการเรยนรท 1 เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ ภายในเลมประกอบดวยแบบทดสอบกอนเรยนและแบบทดสอบหลงเรยน แบบฝกหดประจ าหนวยการเรยน พรอมเฉลย เพอใชในการวดและประเมนผลการเรยนรของนกศกษา

ผจดท าหวงวา เอกสารประกอบการสอนฉบบน จะเปนประโยชนกบครผสอนและนกศกษา ถาพบขอบกพรองประการใด โปรดชแนะผจดท าเพอจะไดปรบปรงในโอกาสตอไป

ถวล มาทง คร คศ.2

ก

สารบญ

เรอง หนา แผนการจดการเรยนร 1 แบบทดสอบกอนเรยน 13 เฉลยแบบทดสอบการเรยน 16ใบความร หลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 17 แบบฝกหด 33เฉลยแบบฝกหด 34 ใบปฏบตงานท 1 เรอง โครงสรางและขดลวดของเครองก าหนดไฟฟาและสลบ 35 ใบประเมนผลการปฏบตงาน 42แบบสรปผลการเรยน 43 แบบทดสอบหลงเรยน 45เฉลยแบบทดสอบหลงเรยน 47เอกสารอางอง 48

1

แผนการจดการเรยนร รหสวชา 3104-2102 ชอรายวชา เครองกลไฟฟา 2 ระดบชน ประกาศนยบตรวชาชพชนสง สาขาวชา ชางไฟฟาก าลง ทฤษฎรวม 2 ชวโมง ปฏบตรวม 3 ชวโมง 3 หนวยกต ……………………………………………………………………………………………………………………………………….

จดประสงครายวชา เพอให 1. รและเขาใจลกษณะสมบตของเครองก าเนดไฟฟาแบบซงโครนสและอซงโครนสแบบตาง ๆ 2. ประลองและทดสอบลกษณะสมบตของเครองก าเนดไฟฟาแบบซงโครนส และอซงโครนส 3. มกจนสยในการท างานรวมกบผอนดวยความประณต รอบคอบและปลอดภย

สมรรถนะรายวชา

1. แสดงความรเกยวกบลกษณะสมบตของมอเตอร 2. ค านวณหาคาพารามเตอร 3. ทดสอบ หาลกษณะสมบตของมอเตอร

ค าอธบายรายวชา ศกษาและปฏบตลกษณะสมบตของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบในสภาวะไมมโหลดและมโหลด โวลตเตจเรกกเรชนและการหาคาซงโครนสอมพแดนซ การขนานเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบมอเตอรซงโครนส วงจรสมมลและเฟสเซอรไดอะแกรม การปรบแตงคาเพาเวอรแฟคเตอร หลกการท างานและลกษณะสมบตของมอเตอรเหนยวน าสามเฟสและหนงเฟสแบบตางๆ วธการเรมเดนมอเตอร

2

หนวยการสอน รหสวชา 3104-2102 ชอเครองกลไฟฟา 2 จ านวน 5 ชวโมง/สปดาห

หนวยท

ชอหนวยการสอน จ านวนชวโมง

1 เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ

25 1.1 โครงสรางและสวนประกอบเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 1.2 หลกการท างานของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 1.3 ความสมพนธระหวางความเรวรอบ ความถและจ านวนขว 1.4 สมการแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน า 1.5 เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบในสภาวะไมมโหลดและมโหลด 1.6 การหาโวลตเตจเรกกเรชนดวยวธซงโครนสอมพแดนซ 1.7 การขนานเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 2 ซงโครนสมอเตอร 15 2.1 โครงสรางและสวนประกอบของซงโครนสมอเตอร 2.2 หลกการท างานของซงโครนสมอเตอร 2.3 วธการเรมหมนของซงโครนสมอเตอร 2.4 การปอนโหลดใหซงโครนสมอเตอร 2.5 ก าลงกลของซงโครนสมอเตอร 2.6 วงจรสมมลและแรงดนไฟฟาเหนยวน าตานทานกลบ 2.7 การปรบเพาเวอรแฟคเตอรของซงโครนสมอเตอร 2.8 หลกการของการกระตนขดลวดสนามแมเหลก 3 มอเตอรเหนยวน า 1 เฟส 15 3.1 มอเตอรเหนยวน า 1 เฟส แบบสปลทเฟสมอเตอร 3.2 มอเตอรเหนยวน า 1 เฟส แบบคาปาซเตอรมอเตอร 3.3 มอเตอรเหนยวน า 1 เฟส แบบรพลชน ยนเวอรแซลและเชดเดดโพล 4 มอเตอรเหนยวน า 3 เฟส 30 4.1 โครงสรางและสวนประกอบ 4.2 การเกดสนามแมเหลกของมอเตอรเหนยวน า 3 เฟส 4.3 กระแสและก าลงในโรเตอร 4.4 แรงบด 4.5 วงจรสมมลและขนตอนการสงก าลง 4.6 แผนภาพวงกลมของมอเตอรเหนยวน า 5 วธการเรมเดนมอเตอรไฟฟาเหนยวน า 5 5.1 วธการเรมเดนมอเตอรไฟฟาเหนยวน า 1 เฟส 5.2 วธการเรมเดนมอเตอรไฟฟาเหนยวน า 3 เฟส รวม 90

3

โครงการเรยน/การสอน รหสวชา 3104-2102 ชอเครองกลไฟฟา 2 จ านวน 5 ชวโมง/สปดาห

สปดาหท

หนวยท

หวขอ จ านวนชวโมง

1 1 เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ ทฤษฏ

1.1 โครงสรางและสวนประกอบเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ

1.2 การเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน ารปคลนไซน 1.3 ความสมพนธระหวางความเรวรอบ ความถและจ านวน

ขว ปฏบต

งานโครงสรางและขดลวดเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ

2 3

2 1 ทฤษฏ 1.4 สมการแรงดนไฟฟาเหนยวน าของเครองก าเนดไฟฟา กระแสสลบ ปฏบต งานแรงดนการตอแบบสตารและเดลตา

2 3

3 1 ทฤษฏ 1เครองก ำเนดไฟฟำกระแสสลบในสภำวะไมมโหลดและ

มโหลด ปฏบต งานคณลกษณะโหลดเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ โหลดความตานทาน/ความเหนยวน า

2 3

4 1 ทฤษฏ 1.6 การหาโวลตเตจเรกกเรชนดวยวธซงโครนสอมพแดนซปฏบต งานผลกระทบของความเรวในเครองก าเนดไฟฟา กระแสสลบ

2

3

5

1 ทฤษฏ 1.7 การขนานเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ ปฏบต งานการขนานเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ

2 3

4

สปดาหท

หนวยท

หวขอ จ านวนชวโมง

6 2 ซงโครนสมอเตอร ทฤษฏ 2.1 โครงสรางและการท างานของซงโครนสมอเตอร ปฏบต งานเรมเดนและซงโครไนซเครองกลซงโครนส

2 3

7 2 ทฤษฏ 2.2 เวกเตอรไดอะแกรมของซงโครนสมอเตอรในสภาวะ จายโหลด ปฏบต V-CURVES ของมอเตอรซงโครนส

2 3

8 2 ทฤษฏ 2.3 การปรบคาเพาเวอรแฟกเตอรของซงโครนสมอเตอร ปฏบต งานตอวงจรการปรบคาเพาเวอรแฟกเตอรของซงโครนสมอเตอร

2 3

9 3 มอเตอรเหนยวน า 1 เฟส ทฤษฏ 3.1 มอเตอรเหนยวน า 1 เฟส ชนด สปลตเฟส ปฏบต งานทศทางการหมนของมอเตอรกระแสสลบ 1 เฟส

2 3

10 3 ทฤษฏ 3.2 มอเตอรเหนยวน า 1 เฟส ชนด คาปาซเตอร ปฏบต งานคณลกษณะของการเรมเดนของสปลทเฟสและคาปาซเตอรมอเตอร

2 3

11 3 ทฤษฏ 3.3 มอเตอรเหนยวน า 1 เฟส ชนด รพลชน ยนเวอรแซลและเชดเดดโพล ปฏบต งานตอวงจรคณสมบตของมอเตอรเหนยวน า 1 เฟส ชนด รพลชน ยนเวอรแซลและเชดเดดโพล

2 3

5

สปดาหท

หนวยท

หวขอ จ านวนชวโมง

12 4 มอเตอรเหนยวน า 3 เฟส ทฤษฏ 4.1 หลกการท างานของมอเตอรเหนยวน า 3 เฟส ปฏบต งานทศทางการหมนของมอเตอรเหนยวน าแบบ 3 เฟส

2 3

13 4 ทฤษฏ 4.2 ความสมพนธระหวางแรงบดและเพาเวอรแฟกเตอร โรเตอรของมอเตอรเหนยวน า 3 เฟส ปฏบต งานคณลกษณะของการเรมเดนมอเตอรแบบกรงกระรอก

2 3

14 4 ทฤษฏ 4.3 แรงบดท างานและความสมพนธระหวางแรงบดสงสด กบคาแรงบดเรมหมนและแรงบดเตมภาระ ปฏบต งานการควบคมความเรวของอนดกชนมอเตอร

2 3

15 4 ทฤษฏ 4.4 วงจรสมมลสมการก าลงและขนตอนการสงก าลง ในมอเตอรเหนยวน า ปฏบต งานคณลกษณะของการท างานของอนดกชนมอเตอรแบบ 3 เฟส

2 3

16 4 ทฤษฏ 4.5 ขนตอนการเขยนแผนภาพวงกลมของมอเตอร เหนยวน า ปฏบต คาประสทธภาพและความสญเสยของมอเตอรไฟฟา เหนยวน า

2 3

17 4 ทฤษฏ 4.6 การหาปรมาณตางๆ และการหาปรมาณสงสด จากผงวงกลม ปฏบต งานคณลกษณะการเรมเดนของวาวดโรเตอรมอเตอร

2 3

6

สปดาหท

หนวยท

หวขอ จ านวนชวโมง

18 5 วธเรมเดนมอเตอรไฟฟาเหนยวน า ทฤษฏ 5.1 การเรมหมนมอเตอรเหนยวน า 1 เฟส 5.2 การเรมหมนมอเตอรเหนยวน า 3 เฟส ปฏบต การตอวงจร วธเรมเดนมอเตอรเหนยวน า 1 เฟส การตอวงจร วธเรมเดนมอเตอรเหนยวน า 3 เฟส

2 3

90

7

แผนการจดการเรยนร หนวยท 1 ชอวชา : เครองกลไฟฟา 2 สปดาหท 1 ชอหนวย : เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ จ านวน 5 ชวโมง

ชอเรอง : หลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ ทฤษฏจ านวน 2 ชวโมง ปฏบตจ านวน 3 ชวโมง

หวขอเรอง หลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 1. โครงสรางและสวนประกอบของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ

2. การเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน ารปคลนไซน 3. ความสมพนธระหวางความเรวรอบ ความถและจ านวนขว ใบปฎบตงานท 1 งานโครงสรางและขดลวดของเครองกลซงโครนนส สาระส าคญ พลงงานไฟฟามความส าคญตอการด าเนนชวตของมนษย ทงดานใชในชวตประจ าวน โครงสรางพนฐานตางๆ และใชในภาคอตสาหกรรมมการใชพลงงานไฟฟาเพมขนอยางตอเนอง ดงนน เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ จงมความจ าเปนทจะตองศกษาโครงสรางและสวนประกอบทส าคญ 3 สวน คอ 1. โครงเครอง 2. แกนเหลกอารเมเจอร 3. สวนทหมนหรอขวแมเหลกหมน สมรรถนะ

1. แสดงความรเกยวกบโครงสรางสวนประกอบของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบไดถกตอง 2. แสดงความรเกยวกบการเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน ารปคลนไซนไดถกตอง 3. แสดงความรเกยวกบความสมพนธระหวางความเรวรอบ ความถและขวไดถกตอง

จดประสงคการเรยนร จดประสงคทวไป

1. รและเขาใจโครงสรางและสวนประกอบของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 2. รและเขาใจการเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน ารปคลนไซน

3. รและเขาใจความสมพนธระหวางความเรวรอบ ความถและขว จดประสงคเชงพฤตกรรม (ดานความร)

1. เขยนโครงสรางและสวนประกอบของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบไดถกตอง 2. อธบายการเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน ารปคลนไซน

3. ค านวณคาความสมพนธระหวางความเรวรอบ ความถและขวไดถกตอง จดประสงคเชงพฤตกรรม(ดานทกษะ) 1. ตอวงจรตามใบปฏบตงานท 1 ไดถกตอง 2. สรปผลการทดลองและตอบค าถามไดถกตอง

8

คณธรรม จรยธรรม และคณลกษณะทพงประสงค 1. ความสามคค 2. การตรงตอเวลา 3. ความรบผดชอบ 4. ความมวนย 5. ความสนใจใฝร

9

กจกรรมการเรยนการสอน ขนตอนการสอนหรอกจกรรมของคร ขนตอนการเรยนหรอกจกรรมของนกเรยน

ขนเตรยม 1. เชคชอนกเรยน 2. เตรยมเครองโปรเจคเตอร 3. เตรยมเอกสารประกอบการสอน 4. เตรยมชดทดลองเครองกลไฟฟา ขนประเมนผลกอนเรยน ถามพนความรเรอง เครองก าเนดไฟฟา ท าแบบทดสอบกอนเรยนเรอง หลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ ขนน าเขาสบทเรยน 1. ถามค าถามทเกยวของกบเนอหาเพอสราง

ความสนใจ 2. บอกสมรรถนะทพงประสงคในเรองการตอ

วงจรเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบตอแบบสตาร

ขนสอน 1. สอนเนอหาตามหวขอของแผนการจดการเรยนรสปดาหท 1 โดยใชวธถาม-ตอบกบนกเรยน โดยใชความรเดมของนกเรยนมาตอยอดเปนความรใหมพรอมใช Power point และกระดานไวทบอรดเปนสอ 2. มอบหมายใหท าแบบฝกหด 3. เฉลยแบบฝกหด โดยใช Power point 4. มอบหมายใหท าใบงานท 1

ขนเตรยม 1. เรยกชอตามเลขท 2. ชวยครเตรยม เครองโปรเจคเตอร 3. เตรยมความพรอมเรยน,สมดจด ขนประเมนผลกอนเรยน ตอบค าถามดวยความตงใจและสจรตใจ โดยใชความรพนฐานทมอย ท าแบบทดสอบกอนเรยนทไดรบมอบหมายดวยความตงใจและสจรตใจ ขนน าเขาสบทเรยน ฟง ตอบค าถามและซกถามขอสงสย ขนสอน 1. จดบนทก ตอบค าถาม ซกถามขอสงสยตรงตามเนอหาดวยวาจาทสภาพเรยบรอย 2. ตวแทนนกเรยนรบเอกสารประกอบการสอนเรองหลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบและท าแบบฝกหด 3. จดบนทก ตอบค าถาม ซกถามขอสงสยดวยวาจาทสภาพเรยบรอย ตรวจแบบฝกหดโดยสลบกนตรวจกบเพอนดวยความถกตองและเปนธรรม

10

กจกรรมการเรยนการสอน ขนตอนการสอนหรอกจกรรมของคร ขนตอนการเรยนหรอกจกรรมของนกเรยน

ขนสรป น าอภปรายสรปสาระส าคญเรอง หลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ ขนประเมนผลหลงเรยน 1. มอบหมายใหท าแบบทดสอบหลงเรยน 2. สรปผลการประเมนผลรวม เกยวกบกจนสยในการปฏบตงาน และคณลกษณะทตองการบรณาการคณธรรม จรยธรรม ในแบบฝกหด และใบทดสอบ

ขนสรป อภปรายและรวมสรปเรองทเรยนรวมกน ขนประเมนผลหลงเรยน 1. ท าแบบทดสอบหลงเรยน ดวยความมนใจ และสจรตใจ 2. ตรวจสอบความถกตอง ซกถามขอสงสยอภปรายและรวมสรปเรองทเรยนรวมกน

สอการเรยนการสอน

สอสงพมพ 1. แบบทดสอบกอนเรยน,แบบฝกหด,แบบทดสอบหลงเรยน,แบบเฉลย 2. เอกสารประกอบการสอนสปดาหท 1 3. ใบงานท 1 สอโสตทศน 1. เครองคอมพวเตอร เครองโปรเจคเตอร Power point 2. กระดานไวทบอรด 3. สอของจรง “ ชดทดลองเครองกลไฟฟา ” การวดผลและประเมนผล 1. การวดผล 1.1 การตรวจสอบแบบทดสอบกอนเรยนสปดาหท 1 1.2 การตรวจสอบแบบฝกหดสปดาหท 1 1.3 การตรวจสอบแบบทดสอบหลงเรยนสปดาหท 1 1.4 การตรวจผลการปฏบตใบงานท 1 2. การประเมลผล 2.1 ภาคทฤษฎ ประเมลผลจาก 2.1.1 แบบตรวจสอบแบบทดสอบกอนเรยนสปดาหท 1 2.1.2 แบบตรวจสอบแบบฝกหดสปดาหท 1 2.1.3 แบบตรวจสอบแบบทดสอบหลงเรยนสปดาหท 1 2.1.4 แบบประเมลผลเจตคตทพงประสงค

11

2.2 ภาคปฏบต ประเมลผลจาก 2.2.1 แบบประเมลผลภาคปฏบตของใบงานท 1 2.2.2 แบบประเมลผลเจตคตทพงประสงค จากการประเมลผลทงภาคทฤษฎและภาคปฏบต ใหน าคะแนนทงสองสวนมาคดเปน รอยละ และใชเกณฑประเมลผลดงน 80 - 100 คะแนน = ดมาก และ 70 - 79 คะแนน = ด 60 – 69 คะแนน = ปานกลาง และ 50 - 59 คะแนน = ออน 00 – 49 คะแนน = ปรบปรง แหลงการเรยนรเพมเตม แหลงการเรยนร, หนงสอเครองกลไฟฟา 2 , วารสารเกยวกบเครองกลไฟฟา, เวปไซตในอนเทอรเนต กจกรรมเสนอแนะ 1. ศกษาใบงานปฏบตการทดลองท 1 2. สบคนขอมลเพมเตมจากแหลงเรยนรตางๆ ในเวลาวาง

12

บนทกหลงการสอน หนวยท 1 เรอง หลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ

1. ผลการใชเอกสารการสอน ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2. ผลการเรยนของผเรยน ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3. ผลการสอนของผสอน ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

13

แบบทดสอบกอนเรยน วชา เครองกลไฟฟา 2 รหส 3104-2102 หนวยท 1 เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ ชอเรอง หลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ คะแนน 10 คะแนน ค าสง 1. อานค าถามตอไปนแลวท าเครองหมายกากบาท () ขอทถกทสดในกระดาษค าตอบ 2. เวลาส าหรบท าแบบทดสอบ 10 นาท จดประสงคเชงพฤตกรรมบอกชนดของเครองเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบไดถกตอง 1. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบขนาดใหญ จะมขดลวดอารเมเจอร เปนแบบใด

ก. ขดลวดอารเมเจอรแบบมคอมมวเตเตอร ข. ขดลวดอารเมเจอรแบบอยกบท ค. ขดลวดอารเมเจอรแบบ 3 เฟสตอแบบสตาร ง. ขดลวดอารเมเจอรแบบ 3 เฟสตอแบบเดลตา จ. ขดลวดอารเมเจอรหมนเคลอนท

จดประสงคเชงพฤตกรรมบอกสวนประกอบของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบแบบตวน า อารเมเจอรไดถกตอง 2. ขอใดไมใชสวนประกอบของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบแบบตวน าอารเมเจอรอยกบท

ก. สเตเตอร ข. โรเตอร ค. คอมมวเตเตอร ง. ขดลวดแดมเปอร

จ. ฝาปดหวทาย จดประสงคเชงพฤตกรรมค านวณหาคาความเรวและความถของเครองก าเนดไฟฟาไดถกตอง 3. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 4 ขว หมนดวยความเรวรอบ 1800 rpm. เกดแรงดนไฟฟาเหนยวน ามความถเทาไร ก. 40 Hz

ข. 50 Hz ค. 60 Hz

ง. 70 Hz จ. 80 Hz

14

จดประสงคเชงพฤตกรรมค านวณหาคาความเรวและความถของเครองก าเนดไฟฟาไดถกตอง 4. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 3 เฟส ม 2 ขวแมเหลกท างานจายแรงเคลอนไฟฟาทความถ 50 Hz ใหกบโหลดจะตองน าตวตนก าลงมาขบเครองก าเนดไฟฟาดวยความเรวรอบเทาใด

ก. 3500 รอบตอนาท ข. 3000 รอบตอนาท ค. 2000 รอบตอนาท ง. 1500 รอบตอนาท ง. 1800 รอบตอนาท

จดประสงคเชงพฤตกรรมอธบายการพนขดลวดอารเมเจอรของเครองก าเนดไฟฟาไดถกตอง 5. ขอใดไมใชชนดของการพนขดลวดอารเมเจอร ก. การพนแบบเตมชวงชนเดยว

ข. การพนแบบไมเตมชวงสองชน ค. การพนแบบไมเตมชวงชนเดยว

ง. การพนแบบเตมชวงสองชน จ. การพนแบบเตมชวงสองชนสลอตไมลงตว จดประสงคเชงพฤตกรรมอธบายการตอขดลวดอารเมเจอรของเครองก าเนดไดถกตอง 6. ขอใดเปนการตอขดลวดอารเมเจอร 3 เฟส ก. ตอแบบ Open delta

ข. ตอแบบ Delta ค. ตอแบบ Parallel star

ง. ตอแบบ Series delta จ. ตอแบบ Series star จดประสงคเชงพฤตกรรมบอกสวนประกอบของเครองก าเนไฟฟากระแสสลบไดถกตอง 7. เพราะเหตใดสเตเตอรของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบจงสรางจากแผนแมเหลกบาง ๆ อาบฉนวนน ามาอดซอนกน

ก. ลดการสญเสยจากขดลวดทสเตเตอร ข. ลดการสญเสยจากความฝดและแรงลม

ค. ลดการสญเสยจากกระแสไหลวน ง. เพมก าลงไฟฟาทสงออก จ. เพมกระแสทจายออก

15

จดประสงคเชงพฤตกรรมค านวณหาคาความเรวและความถของเครองก าเนดไฟฟาไดถกตอง 8. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบม 2 ขวแมเหลก หมนดวยความเรวรอบ 3,000 rpm. จะมความถเทาไร

ก. 50 Hz ข. 60 Hz ค. 100 Hz ง. 150 Hz จ. 375 Hz

จดประสงคเชงพฤตกรรมค านวณหาคาความเรวและความถของเครองก าเนดไฟฟาไดถกตอง 9. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 24 ขวแมเหลก 50 Hz จะมความเรวรอบเทาไร

ก. 100 rpm. ข. 250 rpm. ค. 270 rpm. ง. 320 rpm. จ. 470 rpm.

จดประสงคเชงพฤตกรรมค านวณหาคาความเรวและความถของเครองก าเนดไฟฟาไดถกตอง 10. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 16 ขวแมเหลกหมนดวยความเรวรอบ 450 rpm. จะสรางความถเทาไร ก. 50 Hz

ข. 60 Hz ค. 100 Hz

ง. 150 Hz จ. 375 Hz

16

เฉลยแบบทดสอบกอนเรยน

ขอ ค าตอบ 1 จ 2 ข 3 ค 4 ข 5 จ 6 ก 7 ค 8 ก 9 ข 10 ข

17

ใบความร หนวยท 1 ชอวชา : เครองกลไฟฟา 2 สปดาหท 1 ชอหนวย : เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ เวลาเรยน

2 ชวโมง ชอเรอง : หลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ

จดประสงคการสอน รายการสอน จดประสงคการเรยนร จดประสงคทวไป

เพอใหนกศกษามความร ความเขาใจ และมเจตคตทด ในเรองหลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ จดประสงคเชงพฤตกรรม

1. บอกสวนประกอบของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบได

2. อธ บ า ย ก า ร เ ก ด แ ร ง เ ค ล อ น ไฟ ฟ าเหนยวน ารปคลนไซน

3. ค านวณหาคาความเรวรอบ ความถและขวของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบได

4. มคณธรรม จรยธรรมและคณลกษณะ อนพงประสงค

1. สวนประกอบของเครองก าเนดไฟฟา กระแสสลบแบบขดลวดอารเมเจอรอยกบท

2. การเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน ารปคลนไซน

3. ความสมพนธระหวางความเรวรอบความถและขวของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ

18

ใบความร หนวยท 1 ชอวชา : เครองกลไฟฟา 2 สปดาหท 1 ชอหนวย : เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ เวลาเรยน

2 ชวโมง ชอเรอง : 1.1 โครงสรางและสวนประกอบเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ

1.2 การเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน ารปคลนไซน 1.3 ความสมพนธระหวางความเรวรอบ ความถและจ านวนขว

เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ ( Synchronous generator)

สาระส าคญ

เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ เปนเครองจกรกลไฟฟาทเปลยนพลงงานกลใหเปนพลงงานไฟฟา โดยสนามแมเหลกหมนตดขดลวดตวน า หรอขดลวดตวน าหมนตดสนามแมเหลก ตามหลกการเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน า ซงประกอบดวยขดลวดอารเมเจอร (Armature Winding) และขดลวดสนามแมเหลก (Fielding Winding) ขนาดของแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าทเกดขนในขดลวดตวน า จะเพมขนตามความหนาแนนของสนามแมเหลก ความยาวของขดลวดตวน าและความเรวรอบของการหมนตด เมอขดลวดตวน าหมนตดสนามแมเหลก 2 ขว ไดหนงรอบท าใหไดรปคลนไซน 1 ไซเกล เปนมม 360 องศาไฟฟา หรอ 2 เรเดยน ดงนนความถ ( f ) ของแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าทเกดขน จะเปลยนแปลงไปตามจ านวนคของขวแมเหลก (P/2) และความเรวรอบของการหมน (N) จะไดความสมพนธ ดงน

120

NPf มหนวยเปน Hz

19

1.1 โครงสรางสวนประกอบของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 1.1.1 โครงเครอง (Stator frame) เปนเปลอกหมภายนอกท าดวยเหลกหลอ ซงเปนชนสวนทรองรบสวนประกอบอนๆ ของเครองก าเนดไฟฟา ท าหนาทยดแกนเหลกทใชบรรจขดลวดอารเมเจอร ออกแบบใหมชองลมเพอชวยในการระบายความรอน ดงแสดงในรปท 1.1

รปท 1.1 โครงเครองของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ (ทมา ; http://www.zelezarny.cz/en/products/)

( สบคน 10 ม.ค. 2562 )

1.1.2 แกนเหลกสเตเตอร (Stator core) เปนสวนทใชพนขดลวดตวน า ท าดวยเหลกแผนบาง ๆ ผสมซลกอนเพอลดการสญเสยจากฮสเตอรซส โดยปมเปนรอง (Slot) แลวน ามาอดตดกน (Laminated sheet steel) เคลอบดวยฉนวนเพอลดการสญเสยเนองจากกระแสไหลวน (Eddy current loss) และจะถกยดเขาดวยกนดวยวงแหวน ส าหรบเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบขนาดเลก หรอถกยดเขาดวยกนเปนทอน ๆ ส าหรบเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบขนาดใหญ และออกแบบใหมอากาศผานไดเพอชวยในการระบายความรอน ลกษณะสลอตส าหรบบรรจขดลวดอารเมเจอร มอยดวยกน 3 แบบ ไดแก รองแบบเปดกวาง(Wide – Open Type Slot) รองแบบกงปด (Semi – Closed Type Slot) และรองแบบปด (Wholly Closed Type Slot) ดงรปท 1.2

(ก) แบบเปดกวาง

โครงเครอง

20

(ข) แบบกงปด

(ค) แบบปด

รปท 1.2 สลอตส าหรบบรรจขดลวดอารเมเจอร (ทมา ;http://www.siliconsteellamination.com)

( สบคน 10 ม.ค. 2562 )

(ก) เปนรองสลอตแบบเปดกวาง (Wide open type slot) สลอตแบบนจะนยมในเครองก าเนดไฟฟากระแสตรง

ขอด คอ งายตอการบรรจและการรอขดลวดอารเมเจอรเพอซอมแซม ขอเสย คอ ชองวางเสนแรงแมเหลก (Air gap flux) จะท าใหรปคลนไซนของแรงดนไฟฟาเหนยวน าทเกดขนในขดลวดอารเมเจอรเกดการกระเพอม (ripple) ( ข ) เปนรอ งสลอตแบบก งปด (Semi closed type slot) สลอตแบบนท า ใหช อ ง ว า ง เ ส น แรงแมเหลก มความตานทานแมเหลกลดลง ท าใหรปคลนไซนของแรงดนไฟฟาเหนยวน า ทเกดขน ในขดลวดอาร เมเจอร เกดการกระเพอม (Ripple) นอยลงและงายตอการบรรจและรอขดลวดอารเมเจอรเพอซอมแซมเชนเดยวกน (ค) เปนรองสลอตแบบปด (Closed type slot) ซงสลอตแบบนจะท าเปนอโมงคและ จะกอใหเกดผลดงน - คาอนดกทฟรแอกแตนซ ของขดลวดอารเมเจอรมคาเพมขน

- การพนและการตอขดลวดตวน าทอารเมเจอรยงยากจะตองใชวธรอยสอดสายท าใหตนทนราคาสงดงนนเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบแบบนจงไมเปนทนยม

21

1.1.3 โรเตอร (Rotor) โรเตอรหรอสวนทหมนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบนนแบงออกเปน 2 ชนดคอ

(1) ขวแมเหลกยน (Salient-pole type) เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบแบบน ขวแมเหลกทยนออกมาจะมขนาดใหญ จ านวนขวตงแต 4 ขวขนไป นยมใชกบเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบทมความเรวรอบต าและความเรวปานกลาง ทใชขบไดแกเครองยนตดเซล (Diesel engine) และกงหนน า (Water turbine) มลกษณะดงในรปท 1.3

รปท 1.3 แสดงโรเตอรชนดขวแมเหลกยนออกมา

(ทมา ; George G. Karady & Keith Holbert, 2003)

(2) ขวแมเหลกแบบทรงกระบอกผวเรยบ (Smooth – cylindrical type) นยมใชกบเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบทมความเรวรอบสง เชนไดแกกงหนไอน า (Steam turbine) มขวแมเหลก 2 ขวหรอ 4 ขว ดงนนโครงสรางจงออกแบบใหเรยบเพอเลยงแรงเหวยงหนศนยกลาง และลดการสญเสยเนองจากแรงตานของลม (Windage loss) บรเวณขวแมเหลกจะไมมรองสลอตโรเตอร ประกอบดวยแทงเหลกทรงกระบอกและท าเปนรองสลอตเพอบรรจขดลวด

รปท 1.4 โรเตอรชนดขวแมเหลกเรยบ (ทมา ; George G. Karady & Keith Holbert, 2003)

22

ขวแมเหลกไฟฟาจะอยบรเวณกงกลางและมความหนาแนนของสนามแมเหลกจะมากทสดโดยมขดลวดสนามแมเหลกพนลอมรอบ โรเตอรชนดนจะไมมขวยนออกมา (Non salient pole) สวนมากจะมเสนผานศนยกลางประมาณ 1 เมตร ซงถอวามเสนผาศนยกลางขนาดเลก แตจะมแกนยาวเปนรปทรงกระบอก โครงสรางแบบนจะท าใหเกดการสมดลดกวาชนดมขวแมเหลกยนออกมาจงสามารถหมนดวยความเรวสงได การสญเสยเนองจากแรงเสยดทานนอย

1.1.4 ขดลวดแดมเปอร (Damper winding) จะมลกษณะเปนแทงทองแดงถกตอลดวงจรเขาดวยกนดวยวงแหวนทองแดงทง 2 ดานของโรเตอรและฝงอยในโรเตอรเหมอนกรงกระรอก (Squirrel-cage) ขดลวดแดมเปอรมประโยชนในการปองกนการสนหรอการแกวงของโรเตอร เมอความเรวของเครอง-ก าเนดไฟฟาไมสม าเสมอ ดงรปท 1.5

รปท 1.5 ขดลวดแดมเปอร (ทมา ; https://hubpages.com/ )

( สบคน 16 ม.ค. 2562 ) 1.1.5 ขดลวดอารเมเจอร (Armature winding)

การพนขดลวดอารเมเจอรในเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ จะมวธการพนอย 2 แบบ คอ การพนแบบรวม (Concentrated winding) เปนการพนทดานของคอยล อยตรงกบขวแมเหลกพอด การเกดแรงดนไฟฟาเหนยวน าจะเกดพรอมกน เปนผลรวมทางเลขคณต อกแบบคอ การพนแบบกระจาย (Distribution winding) เปนการพนทดานของคอยล ไมลงอยระหวางคขวแมเหลก การเกดแรงดนไฟฟาเหนยวน าจงเกดขนไมพรอมกนเปนผลรวมทางเวกเตอรของแรงดน ลกษณะของขดลวดอารเมเจอรแบบเคลอนทและแบบอยกบทดงรปท 1.6 และ รปท 1.7

ขดลวดแดมเปอร

23

รปท 1.6 ขดลวดอารเมเจอรแบบเคลอนท (ทมา ; http://www.daviddarling.info )

( สบคน 17 ม.ค. 2562 )

รปท 1.7 ขดลวดอารเมเจอรแบบอยกบท (ทมา ; https://www.indiamart.com)

( สบคน 17 ม.ค. 2562 )

1.1.5.1ชนดการพนขดลวดอารเมเจอร (Armature winding) การพนขดลวดอารเมเจอรของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ แบงออกเปน 2 แบบ คอ การพนขดลวดชนเดยว และการพนขดลวดสองชน

(1) การพนขดลวดชนเดยว (Single layer winding) การพนขดลวดอารเมเจอรชนเดยว จ านวนรองสลอตจะมจ านวนเปน 2 เทาของจ านวนขดลวดทใชในการพน ทงนเพราะวาในแตละสลอตจะมดานขางของขดลวด (Coil side) เพยงดานเดยว ซงอาจพนขดลวดแบบเตมระยะหรอแบบไมเตมระยะกได

(2) การพนขดลวดแบบสองชน (Double layer winding) การแบงชนดการพนขดลวดอารเมเจอรแบบสองชนแบงออกเปน 2 ชนด คอ ชนดสลอตลงตว (Integral slot winding) และชนดสลอตไมลงตว (Fractional slot winding)

ขดลวดอำรเมเจอรแบบเคลอนท

ขดลวดอำรเมเจอรแบบอยกบท

24

ขอดของการพนขดลวดแบบสองชน คอ 1) รปคลนของแรงดนไฟฟาเหนยวน ามลกษณะใกลเคยงกบรปคลนไซน (Sinusoidal) มากกวาเนองจากฮารมอนกลดลงโดยการเลอกชวงของการพนขดลวดทเหมาะสม 2) ประหยดขดลวดทองแดง ถาเปนการพนแบบขดลวดไมเตมระยะ ขอเสยของการพนขดลวดแบบสองชน คอ 1) การซอมแซมท าไดยากกวาการพนขดลวดแบบชนเดยว 2) การพนขดลวดชดทาย ๆ สลอตคอนขางยงยากเพราะตองยกขดลวดทอยดานลางทงสองขางออกกอนแลวจงใสกลบเขาไปทหลงเพอใหดานขางขดลวดอยดานบนขางหนงและอยดานลางขางหนง

1.1.5.2 การตอขดลวดอารเมเจอร การตอขดลวดอารเมเจอรในเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 3 เฟส ม 2 แบบ คอ แบบสตารหรอวาย และแบบเดลตา โดยการตอทง 2 แบบ มลกษณะดงรปท 1.8 และ 1.9

R1

R2 S2

S1

T2

T1

A

B

C

รปท 1.8 แสดงการตอขดลวดของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 3 เฟสแบบสตาร แรงดน VL = VP + VP Sin 60๐ = V1 / V2 V1 = VP Sin 60๐ Sin 60๐ = V2 / VP V2 = VP Sin 60๐ VL = V1 + V2 = VP Sin 60๐ + VP Sin 60๐ = 2 VP Sin 60๐

= 2 VP 2

3

VL = 3 VP …………………….. ( V ) กระแส IL = IP …………………….. ( A )

ก าลงไฟฟา P = 3 VL IL Cos …………………….. ( W )

25

S2 S1

R2

R1

T2

T1

A

B

C

รปท 1.9 แสดงการตอขดลวดของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 3 เฟสแบบเดลตา

กระแส IL = IP + IP Sin 60๐ = I1 / IP I1 = IP Sin 60๐ Sin 60๐ = I2 / IP I2 = IP Sin 60๐ IL = IP + IP = IP Sin 60๐ + IP Sin 60๐ = 2 IP Sin 60๐

= 2 IP 2

3

IL = 3 IP …………………….. ( A ) แรงดน VL = VP …………………….. ( V )

ก าลงไฟฟา P = 3 VL IL Cos …………………….. ( W )

1.1.6 เ อกไซเตอร (Exciter) ท าหนาท ผลตและจ ายไฟฟากระแสตรงใหกบขดลวดสนามแมเหลกของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ ซงตดตงอยทเพลาเดยวกนกบเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ ส าหรบเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบขนาดใหญ มกจะใชเอกไซเตอรแบบ ไรแปรงถาน (Brushless Generator) ท าใหการบ ารงรกษานอยกวาแบบทใชสลปรงและแปรงถานระบบการกระตนขดลวดสนามแมเหลกทสมบรณไมจ าเปนตองใชแหลงจายไฟฟาจากภายนอกมากระตน แตจะใชไพลอตเอกไซเตอรตดตงไวทเพลาของโรเตอรซงเปนเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 3 เฟส ขนาดเลกทมขวแมเหลกหมนเปนแบบแมเหลกถาวร (Permanent Magnet)

IL

26

3

3

3

IF

ก. เอกไซเตอรแบบไรแปรงถาน

3

3

Rf

3

ข. เอกไซเตอรแบบไรแปรงถานและมไพลอตเอกไซเตอร

รปท 1.10 เอกไซเตอร (ทมา Stephen J. Chapman, 2012.)

1.1.2 การเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน ารปคลนไซน

แรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าเกดขนในขดลวดตวน าเมอใหตวน าหมนตดสนามแมเหลก (ขวแมเหลกอยกบท) หรอใหสนามแมเหลกหมนตดตวน า (ตวน าอยกบท)

27

เมอขดลวดหมนตดผานสนามแมเหลกดงรปท 1.11 หรอสนามแมเหลกหมนตดกบตวน าดงรปท 1.12 จะท าใหเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าขน สงเกตเหนไดวาเขมของกลวานอมเตอรจะเบยงเบนไป ท าใหทราบวามกระแสไฟฟาไหลในวงจร

90 801 270 360

รปท 1.11 การเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าจากตวน าหมนตดสนามแมเหลก

N

S

N

S

รปท 1.12 การเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าจากสนามแมเหลกหมนตดตวน า

1.1.2.1 การเกดรปคลนไซน (Sine Wave) ถาจายไฟฟากระแสตรงใหกบขดลวดสนามแมเหลกจะท าใหเกดอ านาจแมเหลกท

ขวแมเหลก (ขว N และ ขว S) และขบเคลอนใหหมนตดผานกบขดลวดอารเมเจอรจะท าใหเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าในลกษณะรปคลนไซนขน ซงสามารถแบงตามชนดของเครองก าเนดไฟฟา ไดดงน

28

- เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 1 เฟส (Single – Phase Alternator)

a1

a2

90° 180° 270° 360°

2

23 2

0

e

t

eaN

S

รปท 1.13 การเกดรปคลนไซนในเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 1 เฟส

- เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 2 เฟส (Two – Phase Alternator)

a1

a2

90° 180° 270° 360°

2

23 2

0

e

tb1b2

ea eb

90°

N

S

รปท 1.14 การเกดรปคลนไซนในเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 2 เฟส

- เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 3 เฟส (Three – Phase Alternator)

‘

a1

a2

b1b2

c1

c2

90° 180° 270° 360°

2

2

3 20

e

t

ea eb

120°

ec

240°

120°

N

S

รปท 1.15 การเกดรปคลนไซนในเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 3 เฟส

29

สามารถเขยนเปนเวกเตอรไดอะแกรมของแรงเคลอนไฟฟา 3 เฟส ไดดงน

eb

ea

ec

120

120

120

รปท 1.16 เวกเตอรไดอะแกรมของแรงเคลอนไฟฟา 3 เฟส

เมอพจารณาเวกเตอรไดอะแกรมตามเขมนาฬกา

ae tEm sin

be 120sin tEm

ce 240sin tEm

เมอพจารณาเวกเตอรไดอะแกรมทวนเขมนาฬกา tEe ma sin

240sin tEe mb

120sin tEe mc

ขนาดของแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน า (e) ทเกดขนในตวน าจะเพมขนตามความหนาแนนของสนามแมเหลก (B) ความยาวของลวดตวน า ( l ) ความเรวรอบของการหมนตด ( v ) จะไดสมการแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าดงน

Blve มหนวยเปน โวลต (V)

30

1.1.3 ความสมพนธระหวางความเรวรอบ ความถและ จ านวนขวแมเหลก (Speed frequency and pole)

เมอสนามแมเหลกหมนตดตวน าจะท าใหเกดแรงดนไฟฟาเหนยวน ากระแสสลบทมความถไฟฟา มความสมพนธกบความเรวรอบในการหมน (Rotational speed ; N) ของโรเตอรและจ านวนขวแมเหลก (Number of poles ; P) ซงสามารถพจารณาไดดงตอไปน

จากรปท 1.17 ใหทศทางการหมนของสนามแมเหลกหมนตามเขมนาฬกา (Clockwise) ณ ทต าแหนง X ซงเปนต าแหนงกงกลางของขวเหนอ โดยจะมความหนาแนน เสนแรง-แมเหลกสงสด (Maximum flux density) จงท าใหเกดแรงดนไฟฟาเหนยวน าสงสดโดยมทศทางเปนไปตามกฎมอขวาของเฟลมมง

รปท 1.17 แสดงระยะขวแมเหลก

จากรปท 1.17 ทต าแหนง A จะเกดแรงดนไฟฟาเหนยวน าต าทสด (Minimum E.M.F.) เพราะวาความหนาแนนของเสนแรงแมเหลกมคาต าสด และทต าแหนง B ตวน าอยทต าแหนงกงกลางของขวแมเหลกขวใต แรงดนไฟฟาเหนยวน าจะมคาสงสดอกครงหนงเพราะวาความหนาแนนของเสนแรงแมเหลกทต าแหนง B นนมคาสงสด แตทศทางของแรงดนไฟฟาเหนยวน าทเกดขนทขวใตจะตรงกนขามกบแรงดนไฟฟาเหนยวน าทเกดขนจากขวเหนอ (ทต าแหนง X) จะเหนไดวาแรงดนไฟฟาเหนยวน าทเกดใน 1 ไซเคลเมอตวน าเคลอนทผานขวแมเหลก 1 คขว คอ เหนอและใต ดงนน ถาจะให P คอ จ านวนขวแมเหลกทงหมด มหนวยเปน ขว (Pole) N คอ ความเรวรอบของการหมนของโรเตอร มหนวยเปน รอบตอนาท (rpm.) f คอ ความถของแรงดนไฟฟาเหนยวน าทเกดขน มหนวยเปนเฮรตซ (Hz) เมอเกดแรงดนไฟฟาเหนยวน า 1 ไซเคล ตวน าจะหมนผานขวแมเหลก 1 คขว

ดงนน จ านวนไซเคลตอรอบการหมน = 2

P

จากรอบการหมนตอวนาท = 60

N

ดงนน ความถ f = 60

N

2

P

= 602

PN

Hz

31

f = 120

PN Hz

หรอ N = P

120f rpm.

ตวอยางท 1.1 เครองก าเนดไฟฟา 3 เฟส ม 6 ขวแมเหลก หมนดวยความเรว 1000 รอบตอนาท จงค านวณหาคาความถของแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน า วธท า จากโจทย P = 6 ขวแมเหลก และ N = 1000 รอบตอนาท

จากสมการ 120

NPf

แทนคาจะได 120

61000f = 50 Hz

เครองก าเนดไฟฟามความถ ( f ) = 50 Hz ตอบ

ตวอยางท 1.2 เครองก าเนดไฟฟา 3 เฟส 4 ขวแมเหลก จายแรงเคลอนไฟฟาใหกบโหลดทตองการความถ 50 Hz จงค านวณหาความเรวรอบของเครองก าเนดไฟฟาตวน วธท า จากโจทย P = 4 ขวแมเหลก และ f = 50 Hz

จากสมการ P

fN

120

แทนคาจะได 15004

50120

N รอบตอนาท

เครองก าเนดไฟฟาหมนดวยความเรว 1500 รอบตอนาท ตอบ

32

สรป เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ ท าหนาทเปลยนพลงงานกลเปนพลงงานไฟฟา การแบงชนดของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบแบงตามหลกการท างานแบงออกไดเปน 2 ชนด คอ 1. ขดลวดอารเมเจอรอยกบทและสนามแมเหลกหมน

2. ขดลวดอารเมเจอรหมนและสนามแมเหลกอยกบท สวนประกอบของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 1. โครงเครอง (Stator frame) 2. โรเตอร (Rotor)

3. ขดลวดแดมเปอร (Damper winding) 4. เอกไซเตอร (Exciter)

ความสมพนธระหวางความเรวรอบและความถ (Speed and frequencyเมอสนามแมเหลกหมนตดตวน าจะท าใหเกดแรงดนไฟฟาเหนยวน ากระแสสลบทมความถไฟฟา มความสมพนธกบความเรวรอบในการหมน (Rotational speed ; N) ของโรเตอรและจ านวนขวแมเหลก (Number of poles ; P) ซงสามารถพจารณาไดดงตอไปน

f = 120

PN Hz

33

แบบฝกหดประจ าสปดาหท 1 วชา เครองกลไฟฟา 2 รหส 3104-2102 หนวยท 1 เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ ชอเรอง หลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ ค าสง จงตอบค าถามใหสมบรณ (20 คะแนน)

1. แรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าทเกดขนในขดลวดเกดขนไดกวธ อะไรบาง จงอธบาย ตอบ ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………………. 2. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบชนดขวแมเหลกหมนมสวนประกอบอะไรบาง และท าหนาทอะไร ตอบ ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………………. 3. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบแบงตามประเภทของรปคลนไซนมกชนด อะไรบาง ตอบ ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………………. 4. ความถของแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าทไดจากเครองก าเนดไฟฟาสามารถค านวณหาไดจากสมการใด ตอบ ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………………. 5. ขนาดของแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าทเกดขนในตวน า ขนอยกบปจจยใดบาง ตอบ ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………….

34

เฉลยแบบฝกหดประจ าสปดาหท 1 วชา เครองกลไฟฟา 2 รหส 3104-2102 หนวยท 1 เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ ชอเรอง หลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ ค าสง จงตอบค าถามใหสมบรณ (20 คะแนน)

1. แรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าทเกดขนในขดลวดเกดขนไดกวธ อะไรบาง จงอธบาย ตอบ แรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าทเกดขนในขดลวดเกดขนได 2 วธ คอ 1. ขดลวดหมนตดสนามแมเหลก 2. สนามแมเหลกหมนตดขดลวด 2. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบชนดขวแมเหลกหมนมสวนประกอบอะไรบาง และท าหนาทอะไร ตอบ เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบชนดขวแมเหลกหมนมสวนประกอบ 2 สวน ประกอบดวย 1. สเตเตอร (Stator) ท าหนาทผลตแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าเพอจายไปยงโหลด 2. โรเตอร (Rotor) ท าหนาท สรางขวแมเหลก (N, S) จากการไดรบไฟฟากระแสตรงจากเอกไซเตอร(Exciter) มากระตน 3. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบแบงตามประเภทของรปคลนไซนมกชนด อะไรบาง ตอบ เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบแบงตามประเภทของรปคลนไซนได 3 ชนด คอ 1. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 1 เฟส 2. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 2 เฟส 3. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 3 เฟส 4. ความถของแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าทไดจากเครองก าเนดไฟฟาสามารถค านวณหาไดจากสมการใด

ตอบ ความถของแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าทไดจากเครองก าเนดไฟฟาสามารถค านวณหาไดจาก

120

NPf (Hz)

5. ขนาดของแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าทเกดขนในตวน า ขนอยกบปจจยใดบาง ตอบ ขนาดของแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าทเกดขนในตวน าขนอยกบปจจย 3 ปจจย คอ 1. ความหนาแนนของสนามแมเหลก (B) 2. ความยาวของขดลวด( l ) 3 ความเรวรอบในการหมนตดของขดลวด (v)

35

ใบปฏบตงาน หนวยท 1 ชอวชา : เครองกลไฟฟา 2 สปดาหท 1

ชอหนวย : เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ เวลาเรยน 3 ชวโมง

ชอเรอง : งานโครงสรางและขดลวดเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ จดประสงคการสอน รายการสอน

จดประสงคการเรยนร จดประสงคทวไป เพอใหนกศกษามความร ความเขาใจ มทกษะและมเจตคตทด ในการปฏบตทดลองใบงานท 1 เรอง งานโครงสรางและขดลวดเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ จดประสงคเชงพฤตกรรม

1. เพอใหรหลกการพนฐานเกยวกบโครงสรางการท างานของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ

2. เพอเรยนรสวนประกอบภายในของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ

3. มคณธรรม จรยธรรมและคณลกษณะอนพงประสงค

หลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ

36

เครองมอ / อปกรณ วสด 1. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 1 เครอง 2. แหลงจายไฟฟากระแสสลบ 1 ชด 3. เอซโวลตมเตอร 1 เครอง 4. เอซแอมมเตอร 1 เครอง 5. ซรยฟลดรโอสตส 1 เครอง 6. สายเสยบวงจร 10 เสน

1. กระดาษบนทกขอมล 2. เครองค านวณ 3. ฟวส 2 A

ขอควรระวง 1. ท าการตรวจสอบชนสวนตางๆ ของเครองกลอยในสภาพสมบรณ เพอหลกเลยงความเสยหายทจะเกดขน 2. หลกเลยงการสมผสเครองกลไฟฟากระแสสลบขณะเครองกลไฟฟากระแสสลบท างาน

37

ล าดบขนการปฏบตงาน

1. การตรวจสอบโครงสรางภายในโดยการรอชนสวนออก 1.1 ท าการถอดแปลงถานกอนทจะท าการรอเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ และเมอท าการรอให

จดจ าชนสวนทถอดออกไวเพอประกอบกลบตามเดม 1.2 ท าการศกษาลกษณะโครงสรางของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบและท าการวาดโครงสราง

ภายในรวมถงวงจรไฟฟาภายในและบนทกแตละชนสวนไว ............................................................................................................................. ................................................................................................................................... .................................... ............................................................................................................................. .............................................................................................. ......................................................................... ............................................................................................................................. ....................................................................................................................................................................... ............................................................................................................................. ..................................................................................................................................................... .................. ............................................................................................................ ...................................................................................................................................................................... .................. ....................................................................... ........................................................................................................................................................................................................... .................. .................................................................................................................................................................................................................................................................................. .................. ............................................................................................................................. ................................................................................................................................ ....................................... ............................................................................................................................. ........................................................................................... ............................................................................ ............................................................................................................................. ....................................................................................................................................................................... ............................................................................................................................. ..................................................................................................................................................... .................. ......................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... .................. .................................................................... .............................................................................................................................................................................................................. .................. .................................................................................................................................................................................................................................................................................. ..................

1.3 ในขนตอนนใหนกศกษาเรยนรโครงสรางภายในของขดลวดอารเมเจอรและโรเตอรภายในเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ

1.4 โรเตอรแบบขวยนจะมสนามแมเหลกเมอมกระแสไหลผานฟลดคอยดผานสลปรงจากนนใหสงเกตลกษณะของขวแมเหลก

38

2. การวดคาความตานทานของขดลวด

รปท 1.1 วงจรการทดลอง

1.5 ท าการตอวงจรดงรปท 1.1 จากนนใหท าการปรบซรยฟลดรโอสตสในต าแหนงทวนเขมนาฬกาจนสดเพอใหมความตานทานต าสด

1.6 คอยๆท าการปรบแรงดนทแหลงจายใหกระแสทขอลวดคอยลมกระแสท 0.3 A จากนนท าการอานแรงดนทคอยดและน าคาทไดไปค านวณหาคาความตานทานโดยใชกฏของโอหม

1.7 ท าการโยกสวตซ IND START-SYNC RUN ไปยงต าแหนงเพอท าการวดความตานทานของฟวดคอยด และท าการวดคาความตานทานขดลวดทงหมดทจดตอ +,- เหมอนในขนตอนท 2.2 และบนทกคาลงในตารางท 1

COIL เฟส A COIL เฟส B COIL เฟส C FIELD COIL

CURRENT OF COIL 0.3 A 0.3 A 0.3 A 0.3 A COIL VOLTAGE COIL RESISTANCE

สรปผลการทดลอง ............................................................................................................................. ............................ ...................................................................................................... ................................................... ............................................................................................................................. ............................ ......................................................................................................................................................... ............................................................................................................................. ............................ ............................................................................................................................. ............................ .................................................................................................... ..................................................... ............................................................................................................................. ............................

39

ค าถามทายใบงาน 1. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบชนดขวแมเหลกหมนมสวนประกอบอะไรบาง และท าหนาทอะไร

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ............................................................................................................................. ......................................

2. แรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าทเกดขนในขดลวดเกดขนไดกวธ อะไรบาง จงอธบาย …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

3. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบแบงตามประเภทของรปคลนไซนมกชนด อะไรบาง ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

4. ขนาดของแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าทเกดขนในตวน า ขนอยกบปจจยใดบาง ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 5. ความถของแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าทไดจากเครองก าเนดไฟฟาสามารถค านวณหาไดจากสมการใด ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………

40

แบบประเมนผลกอนเรยน/หลงเรยน หนวยท 1 หลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ

ล าดบท รหสประจ าตว ชอ-นามสกล กอนเรยน หลงเรยน

ความตาง 10 10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

ลงชอวาทร.ต……………………….…....ครผสอนประเมน (ถวล มาทง)

41

แบบประเมนผลแบบฝกหด หนวยท 1 เรอง หลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ

ล า

ดบท

รหสประจ าตว ชอ-นามสกล คะแนนเตม

คะแนนทได 20

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

ลงชอวาทร.ต……………………….…....ครผสอนประเมน (ถวล มาทง)

42

แบบประเมนผลการปฏบตงาน หนวยท 1 เรอง โครงสรางและขดลวดของเครองกลซงโครนส

ล

าดบท

รหสประจ าตว ชอ-นามสกล ใบปฏบตงานท 1

ดานท

กษะ

ดานค

ณธรร

ม

จรยธ

รรม

รวม

40 10 50 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

ลงชอวาทร.ต……………………….…....ครผสอนประเมน (ถวล มาทง)

43

แบบสรปผลการเรยนร หนวยท 1 เรอง เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ

ล าดบ รหสประจ าตว ชอ-นามสกล

ความร ทกษะ คณธรรม จรยธรรม

คะแนนรวม

แบบท

ดสอบ

หลง

เรยน

แบบฝ

กหด

ใบปฏ

บตกา

รทดล

องท

1

พฤตก

รรมร

ะหวา

งเรยน

แล

ะการ

ปฏบต

งาน

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

ลงชอวาทร.ต……………………….…....ครผสอนประเมน (ถวล มาทง)

44

แบบทดสอบหลงเรยน วชา เครองกลไฟฟา 2 รหส 3104-2102 หนวยท 1 เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ ชอเรอง หลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ คะแนน 10 คะแนน ค าสง 1. อานค าถามตอไปนแลวท าเครองหมายกากบาท () ขอทถกทสดในกระดาษค าตอบ 2. เวลาส าหรบท าแบบทดสอบ 10 นาท จดประสงคเชงพฤตกรรมค านวณหาคาความเรวและความถของเครองก าเนดไฟฟาไดถกตอง 1. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 24 ขวแมเหลก 50 Hz จะมความเรวรอบเทาไร

ก. 100 rpm. ข. 250 rpm. ค. 270 rpm. ง. 320 rpm. จ. 470 rpm.

จดประสงคเชงพฤตกรรมค านวณหาคาความเรวและความถของเครองก าเนดไฟฟาไดถกตอง 2. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 16 ขวแมเหลกหมนดวยความเรวรอบ 450 rpm. จะสรางความถเทาไร ก. 50 Hz

ข. 60 Hz ค. 100 Hz

ง. 150 Hz จ. 375 Hz จดประสงคเชงพฤตกรรมค านวณหาคาความเรวและความถของเครองก าเนดไฟฟาไดถกตอง 3. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบม 2 ขวแมเหลก หมนดวยความเรวรอบ 3,000 rpm. จะมความถเทาไร

ก. 50 Hz ข. 60 Hz ค. 100 Hz ง. 150 Hz จ. 375 Hz

จดประสงคเชงพฤตกรรมบอกชนดของเครองเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบไดถกตอง 4. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบขนาดใหญ จะมขดลวดอารเมเจอร เปนแบบใด ก. ขดลวดอารเมเจอรหมนเคลอนท ข. ขดลวดอารเมเจอรแบบอยกบท ค. ขดลวดอารเมเจอรแบบ 3 เฟสตอแบบสตาร ง. ขดลวดอารเมเจอรแบบ 3 เฟสตอแบบเดลตา จ. ขดลวดอารเมเจอรแบบมคอมมวเตเตอร

45

จดประสงคเชงพฤตกรรมบอกสวนประกอบของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบแบบตวน า อารเมเจอรไดถกตอง 5. ขอใดไมใชสวนประกอบของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบแบบตวน าอารเมเจอรอยกบท ก. สเตเตอร ข. โรเตอร ค. คอมมวเตเตอร ง. ขดลวดแดมเปอร จ. ฝาปดหวทาย จดประสงคเชงพฤตกรรมบอกสวนประกอบของเครองก าเนไฟฟากระแสสลบไดถกตอง 6. เพราะเหตใดสเตเตอรของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบจงสรางจากแผนแมเหลกบาง ๆ อาบฉนวนน ามาอดซอนกน

ก. ลดการสญเสยจากขดลวดทสเตเตอร ข. ลดการสญเสยจากแรงฝดและแรงลม

ค. ลดการสญเสยจากกระแสไหลวน ง. เพมก าลงไฟฟาทสงออก จ. เพมกระแสทจายออก

จดประสงคเชงพฤตกรรมอธบายการตอขดลวดอารเมเจอรของเครองก าเนดไดถกตอง 7. ขอใดเปนการตอขดลวดอารเมเจอร 3 เฟส ก. ตอแบบ Open delta

ข. ตอแบบ Delta ค. ตอแบบ Parallel star

ง. ตอแบบ Series delta จ. ตอแบบ Series star จดประสงคเชงพฤตกรรมค านวณหาคาความเรวและความถของเครองก าเนดไฟฟาไดถกตอง 8. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 3 เฟส ม 2 ขวแมเหลกท างานจายแรงเคลอนไฟฟาทความถ 50 Hz ใหกบโหลดจะตองน าตวตนก าลงมาขบเครองก าเนดไฟฟาดวยความเรวรอบเทาใด

ก. 3500 รอบตอนาท ข. 3000 รอบตอนาท ค. 2000 รอบตอนาท ง. 1500 รอบตอนาท

จ. 1800 รอบตอนาท จดประสงคเชงพฤตกรรมอธบายการพนขดลวดอารเมเจอรของเครองก าเนดไฟฟาไดถกตอง 9. ขอใดไมใชชนดของการพนขดลวดอารเมเจอร ก. การพนแบบเตมชวงชนเดยว

46

ข. การพนแบบไมเตมชวงสองชน ค. การพนแบบไมเตมชวงชนเดยว

ง. การพนแบบเตมชวงสองชน จ. การพนแบบเตมชวงสองชนสลอตไมลงตว จดประสงคเชงพฤตกรรมค านวณหาคาความเรวและความถของเครองก าเนดไฟฟาไดถกตอง 10. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 4 ขว หมนดวยความเรวรอบ 1800 rpm. เกดแรงดนไฟฟาเหนยวน ามความถเทาไร ก. 40 Hz

ข. 50 Hz ค. 60 Hz

ง. 70 Hz จ. 80 Hz

47

เฉลยแบบทดสอบหลงเรยน

ขอ ค าตอบ 1 ข 2 ข 3 ก 4 ข 5 ข 6 ค 7 ก 8 ข 9 จ 10 ค

48

เอกสารอางอง

ไชยชาญ หนเกด. เครองกลไฟฟา 2. พมพครงท 2. กรงเทพมหานคร : สมาคมสงเสรมเทคโนโลย (ไทย-ญปน), 2542. ณรงค ชอนตะวน. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ. กรงเทพมหานคร : เอราวณการพมพ, 2531. ธวชชย อตถวบลยกล. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ. กรงเทพมหานคร : ศนยสงเสรมอาชวะ,2546 สธน แกนตน. เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ. กรงเทพฯ : ศนยหนงสอ เมองไทย, 2556 สมพนธ หาญชเล. เครองกลไฟฟา 2. กรงเทพมหานคร : ภาควชาวศวกรรมไฟฟา สถาบนเทคโนโลย พระจอมเกลาธนบร, 2530. B.L. THERAJA. A TEXT-BOOK OF ELECTRICAL TECHNOLOGY. New Delhi : Nirja Construction and Development, 1984.