โครงสร้างต่างๆของ เครื่องปั่นไฟกระแสตรง

การทํางานของ เครื่องปั่นไฟ ไม่ว่าจะเป็นกระแสตรงหรือกระแสสลับ ต่างก็มีหลักการทํางานที่เหมือนกัน นั่นก็คือ การนําขดลวดอาร์เมเจอร์และขดลวดสนามแม่เหล็กที่ตัดผ่านกันทำให้ได้พลังงานไฟฟ้าออกมา นั่นก็แปลว่า มันจะต้องมีขดลวดชุดหนึ่งอยู่กับที่และมีขดลวดอีกชุดหนึ่งที่หมุนเคลื่อนที่ไปนั่นเอง

โดยปกติแล้วเครื่องปั่นไฟกระแสตรง จะถูกออกแบบให้กําเนิดไฟฟ้าในลักษณะให้ขดลวดอาร์ เมเจอร์เป็นส่วนที่หมุนส่วนที่อยู่กับที่คือขดลวดสนามแม่เหล็ก เมื่อพลังงานกลจากต้นกําลังหมุนขับเพลาส่งกําลัง ไปยังแกนขดลวดอาเมเจอร์แรงหมุนของแกนอาร์เมเจอร์จะมีการเคลื่อนที่ตัดผ่านสนามแม่เหล็กที่ถูกปล่อยออกมาจากขดลวดแม่เหล็ก แต่ เครื่องปั่นไฟกระแสสลับ จะมีลักษณะการทํางานที่แตกต่างกันคือ ขดลวดอาร์เมเจอร์ จะเป็นส่วนที่อยู่กับที่หรือจะเป็นส่วนที่เคลื่อนที่ก็ได้ และส่วนที่หมุนเคลื่อนที่ก็คือ ขดลวดสนามแม่เหล็ก ถึงแม้ว่าลักษณะการทํางานของเครื่องปั่นไฟทั้ง 2 ชนิดจะมีความแตกต่างกัน แต่มันก็จะมีหลักการเดียวกันในการให้เกิดพลังงานไฟฟ้า

ส่วนประกอบ เครื่องปั่นไฟกระแสตรง

ลักษณะการทํางานของเครื่องปั่นไฟกระแสตรง จะมีแกนเหล็กขดลวดอาร์เมเจอร์จะเป็นส่วนที่เคลื่อนที่ตัดผ่านสนามแม่เหล็ก แกนขดลวดแม่เหล็กจึงจะเป็นส่วนที่อยู่กับที่มันจะยึดติดอยู่กับตัวเครื่องปั่นไฟ ส่วนประกอบที่สําคัญของเครื่องปั่นไฟกระแสตรงจะมีอยู่ 4 ส่วนด้วยกันนั่นก็คือ อาร์เมเจอร์ ขั้วแม่เหล็ก คอมมิวเตเตอร์ แปรงถ่านและยังมีส่วนประกอบอย่างอื่นอีก ยกตัวอย่างเช่น แกนเพลาตลับลูกปืน ชุดยึดแปรงถ่าน โดยส่วนประกอบโครงสร้างทั้งหมดนี้จะอยู่ภายในโครงเครื่องปั่นไฟ

เป็นส่วนที่ผลิตแรงดันไฟฟ้าโดยการหมุนตัดผ่านกับสนามแม่เหล็กที่ประกอบด้วยแกนเหล็กและขดลวด รวมกันเป็นชุดแกนขดลวดอาร์เมเจอร์หรือโรเตอร์ของเครื่องปั่นไฟ

แกนเหล็กอาร์เมเจอร์ 

ผลิตมาจากแผ่นเหล็กซิลิคอนโดยแผ่นเหล็กเหล่านี้จะมีขนาดความหนาอยู่ที่ประมาณ 0.5 มิลลิเมตร ผิวทั้งสองด้านของแกนเหล็กจะฉาบด้วยฉนวนไฟฟ้า แล้วนําแผ่นเหล็กมาอัดซ้อนๆกันเป็นรูปทรงกระบอก ที่จะต้องอัดแผ่นเหล็กซิลิคอนให้ขึ้นรูปทรงประบอก ก็เพื่อลดการสูญเสียของเส้นแรงแม่เหล็กที่ถูกสร้างขึ้น จากขดลวดที่มีกระแสไหลวนในแกนเหล็ก นอกจากนี้เอง ผิวด้านนอกของแกนแผ่นเหล็กทรงกระบอกจะทําเป็นร่องเรียงตามแนวเส้นรอบวง รอบนอกของแผ่นแกนเหล็ก เพื่อใช้ในการพันขดลวดอาร์เมเจอร์ ร่องที่เรียงตามแนวเส้นรอบวงรอบนอกของแกนเหล็กจะมีลักษณะอยู่ 2 แบบก็คือ

• ร่องแบบกึ่งปิด จะใช้ในเครื่องกําเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กหรือเครื่องกําเนิดไฟฟ้าที่มีความเร็วรอบสูง
• ร่องแบบเปิด จะใช้ในเครื่องกําเนิดไฟฟ้าขนาดกลางและขนาดใหญ่

ขดลวดอาร์เมเจอร์

ผลิตจากเส้นลวดทองแดงที่ฉาบด้วยฉนวนไฟฟ้าสําหรับลักษณะเส้นลวดทองแดงนั้น เครื่องปั่นไฟขนาดเล็กหรือเครื่องปั่นไฟที่มีกําลังที่ไม่สูงมากนักจะใช้เส้นลวดทองแดงพื้นที่หน้าตัดกลม แต่สําหรับเครื่องปั่นไฟที่มีกําลังไฟใช้งานสูง จะใช้เส้นลวดทองแดงพื้นที่หน้าตัดสี่เหลี่ยมแบน โดยลักษณะของขดลวดอาร์เมเจอร์จะเป็นดังนี้

• ขดลวดอาร์เมเจอร์ที่พันไว้ล่วงหน้าหรือฟอร์มคอยล์
• ส่วนขดลวดอาร์เมเจอร์ที่บรรจุลงในร่องคือคอยล์ไซด์
• ขดลวดอาร์เมเจอร์ในส่วนที่เหลือทั้งสองด้านโดยสอดไว้ที่ปากร่อง เนื่องจากป้องกันไม่ให้ขดลวดอาร์เมเจอร์หลุดออกจากร่อง ในขณะที่เกิดแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางตอนหมุนทํางานนั่นเอง

เป็นส่วนที่สร้างสนามแม่เหล็กโดยขั้วแม่เหล็กจะเป็นส่วนที่อยู่กับที่และยึดติดกับโครงเครื่องปั่นไฟกระแสตรง โดยขั้วแม่เหล็กจะครอบสวมแกนอาร์เมเจอร์ไว้ เมื่อได้รับพลังงานกลจากต้นกําลังหมุนขับเพลา แกนอาร์ เมเจอร์จะหมุนตัดผ่านสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นในขั้วแม่เหล็กนั้น ในตัวขั้วแม่เหล็กจะประกอบด้วย ขดลวดสนามแม่เหล็กหรือขดลวดฟิลด์ แกนขั้วแม่เหล็กและปลายขั้วแม่เหล็กที่โค้งรับรูปกลมของแกนอาร์เมเจอร์

โครงเครื่อง 

เป็นโครงส่วนที่ยึดแกนของขั้วแม่เหล็กและฝาครอบเครื่อง และยังเป็นทางผ่านของสนามแม่เหล็กเพื่อให้เกิดการเดินครบวงจรของเส้นแรงแม่เหล็ก แต่โดยปกติแล้วโครงเครื่องจะผลิตจาก เหล็กหล่อหรือเหล็กแผ่นที่โค้งงอเป็นทางกระบอกแล้วเชื่อมยึดรอยต่อเข้าด้วยกัน นอกจากนี้สําหรับเครื่องปั่นไฟขนาดใหญ่ จะออกแบบให้โครงเครื่องเป็น 2 ส่วน เพื่อสะดวกในการขนย้าย โดยโครงเครื่องส่วนหนึ่งจะเป็นส่วนบน อีกส่วนจะเป็นส่วนล่าง ซึ่งจะสามารถประกอบโครงเครื่องได้ด้วยน็อตและสกรูนั่นเอง

แกนขั้วแม่เหล็ก และ Pole Shoes

แกนของขั้วแม่เหล็ก (Pole Core) และส่วนปลายของแกนขั้วแม่เหล็กที่โค้งรับรูปกลมของแกนอาร์เมเจอร์ (Pole Shoes) จะผลิตจากเหล็กแผ่นลามิเนต ปั้มเป็นแกนของขั้วแม่เหล็กและแกนอาร์เมเจอร์ให้ประกอบเป็นแผ่นเดียวกัน โดยส่วนยื่นออกจากขอบทั้งสองข้างด้านหน้าของขั้วแม่เหล็ก ซึ่งจะมีลักษณะโค้งรับรูปกลมของแกนอาร์เมเจอร์ คือ Pole Shoes

ขดลวดสนามแม่เหล็ก

เป็นขดลวดฟิลด์ที่พันรอบแกนของทุกขั้วแม่เหล็กหลัก โดยขดลวดฟิลด์จะหุ้มฉนวน ด้วยวัสดุอย่างเทปผ้าฝ้าย และน้ำยาวานิชแล้วนําไปอบแห้ง จากนั้นนําไปสวมเข้ากับแกนขั้วแม่เหล็ก ในการต่อขดลวดฟิลด์แต่ละขั้วเข้าด้วยกัน ซึ่งขดลวดจะพันรอบขั้วแม่เหล็กหลักจะต้องต่อให้เกิดขั้วเหนือกับขั้วใต้สลับกัน หรือขั้วที่อยู่ติดกันจะต้องเป็นขั้วที่ต่างชนิดกัน

ส่วนที่ทําหน้าที่เปลี่ยนแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับใน ขดลวดอาร์เมเจอร์ให้เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง นอกจากนี้คอมมิวเตเตอร์ทํา หน้าที่เรียงกระแสไฟฟ้าโดยคอมมิวเตเตอร์จะผลิตจากแท่งทองแดง แต่ละซี่จะมีคว้านลักษณะรูปลิ่ม เพื่อสะดวกในการนํามาประกอบนั่นเอง แต่มันจะมีแผ่นไมก้าคั่นกลางไว้ในแต่ละซี่ ทั้งนี้ ความหนาของซี่คอมมิวเตเตอร์จะอยู่กับขนาดกําลังไฟใช้งานของเครื่องปั่นไฟ รวมถึง Voltage ระหว่างซีคอมมิวเตเตอร์ที่อยู่ประชิดกับโครงสร้างภายในของคอมมิวเตเตอร์

สําหรับแปรงถ่านและชุดยึดแปรงถ่าน จะมีหน้าที่ต่อวงจรปิด ลวดอาร์เมเจอร์กับวงจรภายนอกเข้าด้วยกัน โดยแปรงถ่านจะสัมผัสกับผิวหน้าของคอมมิวเตเตอร์อยู่ตลอด แปรงถ่านจะผลิตจากวัสดุ 2 ชนิด คือ คาร์บอนและแกรไฟต์ โดยแปรงถ่านชนิดที่ทําจากผงถ่านคาร์บอนบริสุทธิ์จะเหมาะสําหรับใช้กับเครื่อง ปั่นไฟขนาดเล็ก ที่มีขนาดกําลังไฟใช้งานต่ำ ส่วนแปรงถ่านที่ผลิตจากแกรไฟต์ ซึ่งเป็นการเพิ่มปริมาณความร้อนให้ผงถ่านคาร์บอนบริสุทธิ์จนเปลี่ยน สภาพเป็นแกรไฟต์เพิ่มคุณสมบัติให้แปรงถ่านมีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น แปรงถ่านแกรไฟต์จะเหมาะสําหรับเครื่องปั่นไฟที่มีขนาดกําลังไฟใช้งานสูง แต่มี Voltage ต่ำ โดยแปรงถ่านจะถูกยึดให้อยู่ในตําแหน่งที่เหมาะสมโดยชุดยึดแปรงถ่าน และจะมีสปริงกดแปรงถ่านให้สัมผัสกับผิวหน้าคอมมิวเตเตอร์อยู่ตลอด ซึ่งด้านบนของแปรงถ่านจะมีเส้นลวดทองแดงฝอยถักเชื่อมต่อระหว่างแปรงถ่านกับชุดยึดแปรงถ่าน อีกทั้งจะต้องติดตั้งชุดยึดแปรงถ่านกับแท่งตัวนําที่ยึดติดอยู่กับแขนร็อกเกอร์

นอกจากนี้ปริมาณกระแสต่อพื้นที่แปรงถ่านนั้นจะขึ้นอยู่กับชนิดของแปรงถ่านที่ใช้ด้วยโดยแปรงถ่านคาร์บอนจะสามารถรับกระแสได้ประมาณ 4-7 แอมป์ต่อตารางเซนติเมตร ส่วนแปรงถ่านแกรไฟต์จะสามารถรับกระแสได้ ประมาณ 8-12 แอมป์ต่อตารางเมตร เพราะอย่างนั้นในเครื่องปั่นไฟที่มีขนาดกําลังไฟใช้งานสูง จะต้องเพิ่มจํานวนชุดแปรงถ่านในแต่ละแท่งตัวนําบนแขนของ ร็อกเกอร์ด้วย

การเปลี่ยนแรงเคลื่อนไฟสลับของคอมมิวเตเตอร์และแปรงถ่าน

เครื่องปั่นไฟกระแสตรง ชนิดกระตุ้นภายนอก

เครื่องปั่นไฟกระแสตรงชนิดกระตุ้นจากภายนอก ได้รับกระแสไฟฟ้ากระตุ้นขดลวดสนามแม่เหล็กจากแหล่ง จ่ายไฟฟ้ากระแสตรงภายนอก ซึ่งต่อเข้าที่ขั้วของขดลวดสนามแม่เหล็ก แหล่งจ่ายที่ใช้สําหรับเครื่องปั่นไฟกระแสตรงคือแบตเตอรี่หรือเครื่องปั่นไฟกระแสตรงขนาดเล็ก จะมีตัวกระตุ้นการทํางานที่ติดอยู่กับตัวเครื่องปั่นไฟกระแสตรงเรียกว่า เอ็กไซเตอร์

นอกจากนี้ในการกระตุ้นการทํางานของเครื่องปั่นไฟกระแสตรงชนิดกระตุ้นภายนอกนี้ จําเป็นจะต้องมีแบตเตอรี่แยกต่างหากกับเครื่องปั่นไฟ โดยทั่วไปเครื่องปั่นไฟกระแสตรงชนิดนี้จึงค่อนข้างจะมีราคาแพง กว่าเครื่องปั่นไฟกระแสตรงชนิดกระตุ้นในตัว แต่เครื่องปั่นไฟชนิดนี้ สามารถให้ค่าแรงดันไฟฟ้า Output ได้คงที่และสามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้า Output ได้ง่ายอีกด้วย

เครื่องปั่นไฟกระแสตรง ชนิดกระตุ้นในตัวเอง

เครื่องปั่นไฟกระแสตรงชนิดกระตุ้นในตัวเอง มีหลักการโดยขดลวดสนามแม่เหล็กจะถูกกระตุ้นโดยอาศัยแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงจากการเหนี่ยวนําของสนามแม่เหล็กที่ตกค้างภายในตัวเครื่องปั่นไฟ เมื่ออาร์เมเจอร์หมุนทํางานข้นมาจะเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนําขึ้นเล็กน้อย และจะเกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนําขึ้นเล็กน้อยเช่นกัน กระแสไฟฟ้าเล็กน้อยที่เกิดขึ้นนี้จะไหลผ่านขดลวดสนามแม่เหล็กทําให้เกิดสนามแม่เหล็กขึ้น โดยสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นนี้จะช่วยเสริมสนามแม่เหล็กซึ่งตกค้างที่ขั้วแม่เหล็ก จึงทําให้สนามแม่เหล็กมีความเข้มขึ้น ส่งผลให้เกิดการเหนี่ยวนําตามด้วยการเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนําเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ เครื่องปั่นไฟกระแสตรงชนิดกระตุ้นในตัวเอง ยังสามารถแบ่งได้ตามลักษณะการต่อขดลวดสนามแม่เหล็กได้เป็น 3 แบบคือ

เครื่องปั่นไฟกระแสตรง แบบขนาน

หลักการทํางานของเครื่องปั่นไฟกระแสตรงชนิดกระตุ้นในตัวเองแบบขนานคือ เมื่อขดลวดสนามแม่เหล็กต่อขนานกับขดลวดอาร์เมเจอร์ และเอาต์พุตของเครื่องปั่นไฟ จะมีการเรียกว่า เครื่องปั่นไฟกระแสตรงแบบขนาน โดยค่าของกระแสไฟฟ้าจะกระตุ้นขดลวดสนามแม่เหล็กในเครื่องปั่นไฟกระแสตรงแบบขนานมันจะขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตและความต้านทานของขดลวดสนามแม่เหล็กนั่นเอง ซึ่งปกติ แล้วกระแสไฟฟ้าที่กระตุ้นขดลวดสนามแม่เหล็กจะถูกควบคุมให้มีค่าในระหว่าง 0.5-5 เปอร์เซ็นต์ของกระแสไฟฟ้าที่โหลด

เครื่องปั่นไฟกระแสตรง แบบอนุกรม 

หลักการทํางานของเครื่องปั่นไฟกระแสตรงชนิดกระตุ้นในตัวเองแบบอนุกรม คือ ขดลวดสนามแม่เหล็กต่ออนุกรมกับขดลวดอาร์เมเจอร์และเอาต์พุตของเครื่องปั่นไฟ จึงได้มีการเรียกชื่อเครื่องปั่นไฟชนิดนี้ว่า เครื่องปั่นไฟกระแสตรงแบบอนุกรมนั่นเอง กระแสไฟฟ้ากระตุ้นขดลวด สนามแม่เหล็กที่ไหลผ่านขดลวดสนามแม่เหล็กของเครื่องปั่นไฟแบบนี้จะเป็นค่าเดียวกันกับกระแสไฟฟ้าที่เครื่องปั่นไฟจ่ายให้กับโหลด จึงทําให้แรง ดันไฟฟ้าเอาต์พุตมีค่าขึ้นอยู่กับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านโหลดนั่นเอง

เครื่องปั่นไฟกระแสตรง แบบผสม

เครื่องปั่นไฟกระแสตรงแบบผสมคือ การนําข้อดีของเครื่องปั่นไฟกระแสตรงแบบขนานและแบบอนุกรมมารวมอยู่ในเครื่องเดียวกัน กลายเป็นเครื่องปั่นไฟแบบผสมซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ดียิ่งขึ้น ที่จะสามารถแบ่ง ชนิดของเครื่องปั่นไฟกระแสตรงแบบผสมตามลักษณะการต่อวงจรของขด ลวดสนามแม่เหล็กได้ 2 ลักษณะ

• เครื่องปั่นไฟกระแสตรงแบบผสมต่อแบบลองชันต์

วงจรเครื่องปั่นไฟกระแสตรงแบบผสมต่อแบบลองชันต์

• เครื่องปั่นไฟกระแสตรงแบบผสมต่อแบบชอร์ตชันต์

วงจรเครื่องปั่นไฟกระแสตรงแบบผสมต่อแบบชอร์ตชันต์

นอกจากนี้เครื่องปั่นไฟกระแสตรงแบบผสมยังสามารถแบ่งตาม ลักษณะทิศทางของสนามแม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดสนามแม่เหล็กได้อีก 2 ลักษณะดังนี้

• การพันขดลวดไปในทิศทางเดียวกัน โดยการต่อขดลวดสนามแม่เหล็ก ทั้งชุดขนานและชุดอนุกรมให้มีทิศทางสนามแม่เหล็กเสริมกัน เรียกว่า Cumulative DC. Compound Generator 
• การพันลวดอนุกรมให้มีทิศทางตรงกันข้ามกับขดลวดขนาน โดยการต่อขดลวดสนามแม่เหล็กทั้งชุดขนานและชุดอนุกรมให้มีทิศทางสนาม แม่เหล็กหักล้างกัน เรียกว่า Differential DC Compound Generator นั่นเองครับ.

เช็คราคา เครื่องปั่นไฟ