สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

รายงานการวจย

เรอง

การพฒนาศกยภาพของเครองกาเนดไฟฟาประสทธภาพสง เพอผลตพลงงานทดแทนในชนบท

นายอานนท พวงชงงาม ผศ.ดนพล คาปญญา

นายวสทธ ตนตรงเรอง

งานวจยเรองนไดรบทนอดหนนเพอการวจยจากกองทนสงเสรมการวจย ป 2555

มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลสวรรณภม

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

ก

หวหนาโครงการวจย นายอานนท พวงชงงาม

ผรวมวจย ผศ.ดนพล คาปญญา นายวสทธ ตนตรงเรอง

ชอโครงการ การพฒนาศกยภาพของเครองกาเนดไฟฟาประสทธภาพสง เพอผลตพลงงานทดแทนในชนบท

งบประมาณ งบประมาณกองทนสงเสรมการวจยประจาป 2555

บทคดยอ

รายงานการวจยฉบบน เปนการนาเสนอผลการออกแบบและสรางเครองกาเนดไฟฟากระแสสลบแบบสนามแมเหลกตามแนวแกนหมน ขนาดกาลงสงสด 300วตตทมโครงสรางไมซบซอน เพอนาไปประยกตใชในการผลตพลงงานไฟฟาจากพลงงานทดแทนในชนบทโดยสามารถตอใชงานกบภาระทางไฟฟาไดโดยตรงโดยไมตองพงพาอปกรณแปรผกผนทางไฟฟาเหมอนระบบทเปนไฟฟากระแสตรง ทาใหประสทธภาพโดยรวมของระบบสงขน ผลจากการทดสอบแสดงใหเหนวา เครองกาเนดไฟฟากระแสสลบแบบสนามแมเหลกตามแนวแกนทสรางขนสามารถจายภาระทางไฟฟากระแสสลบไดโดยตรงตามทไดออกแบบไว และมประสทธภาพในการใชงานสงโดยมพกดกาลงในการผลตไฟฟาใกลเคยงกบทไดออกแบบ ซงในสวนทายของการวจยนไดมการวเคราะหและสรปผลของความคลาดเคลอนในการออกแบบและสรางเพอเปนแนวทางในการพฒนาเครองกาเนดไฟฟาชนดนไดตอไปในอนาคต

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

ข

กตตกรรมประกาศ

ขอขอบคณมหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลสวรรณภมและสถาบนวจยและพฒนา ททาหนาทในการบรหารงานวจยของมหาวทยาลยฯ ไดอยางมประสทธภาพ ทาใหงานวจยโดยรวมของมหาวทยาลยฯ มความกาวหนาทงดานจานวนโครงการวจยและจานวนนกวจย รวมทงงบประมาณทไดสนบสนนอยางตอเนองและเพยงพอ ทาใหงานวจยนสามารถดาเนนงานไดสาเรจตามวตถประสงค

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

สารบญ หนา บทคดยอ ก กตตกรรมประกาศ ข สารบญตาราง ค สารบญภาพ ฉ สารบญตาราง ซ บทท 1 บทนา 1.1 บทนา 1 1.2 วตถประสงคของโครงการ 1 1.3 เปาหมายหรอผลสาเรจของโครงการ 1 1.4 แผนการดาเนนงาน 1 1.5 แผนการวจยและระยะเวลาในการดาเนนการ 2 1.6 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ 3 บทท 2 ทฤษฏทเกยวของ 2.1 บทนา 4 2.2 เครองกาเนดไฟฟา 4 2.3 หลกการเบองตนเครองกาเนดไฟฟา 5 2.4 โครงสรางเครองกาเนดไฟฟากระแสสลบ 7 2.5 การพนขดลวดอารมาเจอรและการตอวงจรขดลวด เครองกาเนดไฟฟาแบบ Axial Flux 9 2.6 การวางขดลวดแบบพชเศษสวน (Short-Pitch or Fractional-Pitch) 12 2.7 สมการแรงเคลอนไฟฟาเหนยวนา (Equation of induced e.m.f) 14 2.8 แมเหลกและแมเหลกไฟฟา 17 2.9 คณสมบตของแมเหลก 18 2.10 ทฤษฎแมเหลกถาวร (Permanent Magnet Theory) 18 2.11 ทฤษฎแมเหลกไฟฟา 23 2.12 ทฤษฎสนามแมเหลก 27 2.13 ทฤษฎการผสมเรซนหลอใส (เบอร 888) 29

ค

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

สารบญ (ตอ)

หนา บทท 3 วธดาเนนการวจย 3.1 บทนา 31 3.2 การสรางและออกแบบ 32 3.3 การคานวณและการออกแบบขดลวดตวนาและขวแมเหลก 34 3.4 การออกแบบฟอรมคอยลหรอบอบบน 42 3.5 การพนลวดทองแดง 43 3.6 การวางขดลวดและการตอวงจร 44 3.7 การหลอเรซนใหกบชดขดลวด 44 3.8 การออกแบบโครงสรางฐานของเครองกาเนดไฟฟา 47 3.9 การออกแบบฐานยดเครองกาเนดไฟฟาทใชทดสอบในหองทดลอง 47 3.10 การประกอบเครองกาเนดไฟฟา 47 3.11 การทดลอง 49 3.12 ลาดบขนการทดลอง 50 บทท 4 ผลการทดลอง 4.1 บทนา 52 4.2 ผลการทดลอง - การทดสอบ โหลด Z ชนด (หลอดฟลออเรสเซนต ) 52 - สรปผลโหลด Z ชนด (หลอดฟลออเรสเซนต ) 54 - การทดสอบ โหลด Z ชนด (หลอดอนแคนเดสเซนต ) 54 - สรปผลโหลด Z ชนด (หลอดอนแคนเดสเซนต ) 56 - การทดสอบ โหลด P ชนดมอเตอรพดลม 220 V 57 W 50Hz 57 - สรปผลโหลด P ชนดมอเตอรพดลม 220 V 57 W 50Hz 58 - การทดสอบ โหลด I ชนดคอมพวเตอร 59 - สรปผลโหลด I ชนดคอมพวเตอร 60 - การคานวณคายอนกลบเพอหาคาความผดพลาด (Error) 61 - สรปความคลาดเคลอนของการวางขดลวด 62

ง

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

บทท 5 สรปผลการวจย หนา 5.1 บทนา 64 5.2 สรปผลการวจย 64 บรรณานกรม 65

จ

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

สารบญภาพ ภาพท หนา 2.1 แรงเคลอนไฟฟาเหนยวนาทเกดจากการเคลอนท 5 2.2 กฎมอขวาของเฟลมมงหรอกฎไดนาโม 6 2.3 แสดงคาฟลกซแมเหลก 6 2.4 โครงสรางของเครองกาเนดไฟฟาจะเปนแบบ Axial Flux 7 2.5 โรเตอรของเครองกาเนดไฟฟาแบบ Axial Flux Permanent-Magnet Brushless 8 2.6 สเตเตอรของเครองกาเนดไฟฟาแบบ Axial Flux 8 2.7 การตอขดลวดแบบสตารและเดลตา 9 2.8 การพนขดลวดแบบชนเดยว และแบบสองชน 10 2.9 แสดงการพนขดลวดแบบพชเศษสวนและพชเตม 11 2.10 แสดงการวางขดลวดแบบพชเตมและพชเศษสวน 11 2.11 เวคเตอรของขดลวดแบบพชเตม (Full-Pitch) และแบบพชเศษสวน (Short-Pitch) 12 2.12 แสดงการเสรมกนของเสนแรงแมเหลก 14 2.13 ตาแหนงการหมนขดลวด ภายใตขวแมเหลก 15 2.14 แสดงอานาจแมเหลกทเกดรอบตวนาเมอมกระแสไฟฟาไหลผาน 17 2.15 สภาวะทยงไมเปนแมเหลก 18 2.16 สภาวะทเปนแมเหลก 18 2.17 การเหนยวนาแมเหลก 19 2.18 การสมผสทางเดยว 19 2.19 การสมผสแยกสวน 19 2.20 การสมผสแยกสวนแบบขวผสม 20 2.21 การสญเสยอานาจแมเหลกในตวเองของแมเหลกแทง 20 2.22 การลดการการสญเสยอานาจแมเหลก 21 2.23 แมเหลกประเภท Neodymium Magnets 21 2.24 แมเหลกประเภท Ferrite Magnets 22 2.25 แมเหลกประเภท SmCo Magnets 22 2.26 แมเหลกประเภท AlNiCo Magnets 23 2.27 กฎสกรของแมกซเวลล 23 2.28 กฎกามอขวา 24

ฉ

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

สารบญภาพ (ตอ) ภาพท หนา 2.29 ประเภทของวสดในเทอมของคณสมบตทางแมเหลก 25 2.30 เคอรฟการเกดสนามแมเหลก หรอเคอรฟ B-H (B-H Curve) 26 2.31 ผลของการโรยผงเหลกทรอบๆ แทงแมเหลก 27 2.32 เสนแรงแมเหลกรอบๆ แทงแมเหลก 28 2.33 จดทความหนาแนนฟลกซแมเหลกเปนศนย 28 3.1 Flowchart แสดงขนตอนการดาเนนการ 31 3.2 สวนประกอบของเครองกาเนดไฟฟา 32 3.3 แสดงการวางของขวแมเหลก 35 3.4 แสดงการวางตาแหนงของขดลวด 35 3.5 แสดงลกษณะการวางของขดลวดและขวแมเหลก 36 3.6 แบบของบอบบนทใชพนขดลวด 42 3.7 ก.แบบการทาฟอรมคอยล ข.ลกษณะขวแมเหลกกบขดลวด 43 3.8 เครองพนลวดทองแดง 43 3.9 วงจรการตอขดลวด 44 3.10 การออกแบบแมแบบสาหรบหลอเรซน 45 3.11 แสดงการวางขดลวดในแมแบบ 46 3.12 ขนตอนการผสมเรซนและการหลอเรซนบนขดลวด 46 3.13 ชดขดลวดไฟฟาเมอหลอเรซนเสรจเรยบรอย 46 3.14 การตดตงเครองกาเนดไฟฟาเขากบชดทดสอบในหองทดลอง 47 3.15 ขนตอนการประกอบเครองกาเนดไฟฟา 48 3.16 แสดงการประกอบเครองกาเนดไฟฟาเสรจสมบรณ 48 3.17 ไดอะแกรมการตอวงจร 50 3.18 การตอวงจรเครองกาเนดไฟฟา 50 3.19 รปการทดลองโหลดชนดตางๆ 51 4.1 แสดงการวางขดลวดคลาดเคลอน 62

ช

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

ซ

สารบญตาราง ตารางท หนา 1.1 ระยะเวลาดาเนนงาน 3 3.1 จานวนรอบลวดทองแดงทใชแกนอากาศ 39 3.1 (ตอ) จานวนรอบลวดทองแดงทใชแกนอากาศ 40 3.1 (ตอ) จานวนรอบลวดทองแดงทใชแกนอากาศ 41 4.1 ตารางโหลด Z ชนด (หลอดฟลออเรสเซนต ) 52 4.1.1 กราฟกาลงโหลด Z หลอดฟลออเรสเซนต 53 4.1.2 กราฟแรงดนโหลด Z หลอดฟลออเรสเซนต 53 4.1.3 กราฟคาประสทธภาพหลอดฟลออเรสเซนต 53 4.2 โหลด Z ชนด (หลอดอนแคนเดสเซนต ) 54 4.2.1 กราฟกาลงโหลด Z หลอดอนแคนเดสเซนต 55 4.2.2 กราฟแรงดนโหลด Z หลอดอนแคนเดสเซนต 55 4.2.3 กราฟคาประสทธภาพโหลด Z หลอดอนแคนเดสเซนต 56 4.3 โหลด P ชนดพดลม 220 V 57 W 50Hz 57 4.3.1 กราฟกาลงโหลด P ชนดพดลม 57 4.3.2 กราฟแรงดนโหลด P ชนดพดลม 57 4.3.3 กราฟคาประสทธภาพโหลด P ชนดพดลม 58 4.4 โหลด I ชนดคอมพวเตอร 59 4.4.1 กราฟกาลงโหลด I ชนดคอมพวเตอร 59 4.4.2 กราฟแรงดนโหลด I ชนดคอมพวเตอร 59 4.4.3 กราฟคาประสทธภาพโหลด I ชนดคอมพวเตอร 60 4.5 ตารางแรงดนตอขด 61

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

1

บทท 1 บทนา

1.1 บทนา ปจจบนประเทศไทยไดผลตไฟฟาจากพลงงานทดแทนหลายรปแบบ เชน พลงงานแสงอาทตย พลงงานลม เปนตน ดงนนผวจยจงมแนวคดในการออกแบบและสรางเครองกาเนดไฟฟากระแสสลบชนด 1 เฟส 220โวลต แบบเสนแรงแมเหลกไหลตามแกนหมน (AC Axial flux generator) ท มคณสมบตตางจากเครองกาเนดไฟฟาทวไปคอ ตองการความเรวรอบในการหมนตา เนองจากสามารถออกแบบใหมจานวนของขวแมเหลกมากไดตามตองการ จงมความเหมาะสมทจะนาไปประยกตใชกบพลงงานทดแทนในรปแบบตางๆในชนบทไดเปนอยางดเชนพลงงานนาหรอพลงงานลม 1.2 วตถประสงคของโครงการ 1.2.1 เพอศกษาการทางานของเครองกาเนดไฟฟาประสทธภาพสงเพอใชผลตพลงงานทดแทน 1.2.2 สามารถกาหนดหลกเกณฑในการออกแบบเครองกาเนดไฟฟาประสทธภาพสงเพอใชกบ

พลงงานทดแทนในชนบทไดอยางมประสทธภาพ 1.2.3 สามารถนาไปใชเปนแนวทางเพอถายทอดเทคโนโลยในการสรางเครองกาเนดไฟฟา ประสทธภาพสงสาหรบผลตพลงงานทดแทนออกสสงคม ในนามของมหาวทยาลยได

1.3 เปาหมายหรอผลสาเรจของโครงการ 1.3.1 สามารถประยกตองคความรดานเครองกาเนดไฟฟาประสทธภาพสงเพอผลตพลงงาน ทดแทนและนาไปใชใหเกดประโยชนในพนทชนบทได 1.3.2 เปนแนวทางในการสรางเครองกาเนดไฟฟาประสทธภาพสงเพอใชผลตพลงงานทดแทนใน รปอนๆได 1.3.3 คณาจารยและผทสนใจสามารถสรางความรและทกษะในการทาวจยได 1.3.4 สามารถนาผลสาเรจทไดไปถายทอดใหกบผทสนใจหรอนาเสนอในการประชมทาง วชาการได 1. 3.5 เปนแนวทางในการพฒนาในเชงพานชและการจดสทธบตรในนามของมหาวทยาลย 1.4 แผนการดาเนนงานตามโครงการวจยประจาปงบประมาณ พ.ศ. 2555 (ปปจจบน) 1.4.1 สถานทดาเนนการ สาขาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตรและสถาปตยกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลสวรรณภม ศนยสพรรณบร

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

2

1.4.2 วธการดาเนนการ 1.4.2.1 ศกษาขอมลเกยวกบพลงงานทดแทนและเครองกาเนดไฟฟาประสทธภาพสง 1.4.2.2 กาหนดแนวทางในการออกแบบเครองกาเนดไฟฟาประสทธภาพสงสาหรบพลงงานทดแทน 1.4.2.3 จากแนวทางทกาหนดไว ทาการออกแบบเครองกาเนดไฟฟาประสทธภาพสงตามแนวทางทไดศกษาในขางตน 1.4.2.4 ตรวจสอบความถกตองของการออกแบบกอนการสราง 1.4.2.5 สรางเครองกาเนดไฟฟาประสทธภาพสงตามทไดออกแบบ โดยคานงถงประสทธภาพในการทางานใหมคาสงสด 1.4.2.6 ทาการทดลองเครองกาเนดไฟฟาทสรางขน โดยในการเกบผลการทดลองใหเนนหนกในสวนของอตราการผลตพลงงาน และประสทธภาพในการใชงานของเครอง 1.4.2.7 นาขอมลทไดมาวเคราะหโดยเปรยบเทยบกบเครองกาเนดไฟฟาแบบอนๆ เพอศกษาความเปนไปไดและความคมทนในการนาไปใชงาน 1.4.2.8 สรปผลการทดลองเพอนามาปรบปรงเพอใหมประสทธภาพสงสดเพอเปนแนวทางใหสามารถนาไปใชในเชงพานชตอไป

1.5 แผนการวจยและระยะเวลาดาเนนการ

กจกรรม ปงบประมาณ 2555-2556

2554 2555 2556 ต.ค. พ.ย. ธ.ค. ม.ค.-

ม.ค. เม.ย.-ม.ย.

ก.ค.-ก.ย.

ต.ค.-ธ.ค.

ม.ค.-ม.ค.

เม.ย.-ม.ย.

ก.ค.-ส.ค.

1.ศกษาขอมล 2.กาหนดแนวทางในการวจย 3.ออกแบบระบบ 4.ตรวจสอบความถกตอง 5.สรางเครองกาเนดไฟฟา 6.ทดลองและเกบผลการทดลอง 7.เปรยบเทยบขอมลการทดลอง 8.สรปผลการดาเนนการ 9.รายงานผลการวจย

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

3

ระยะเวลาดาเนนการ 2 ป (ขยายเวลา) เวลาเรมตน ตลาคม 2554 เวลาสนสดโครงการ กนยายน 2555 1.6 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ (ตวบงชผลสาเรจของโครงการ)

1.6.1 สามารถประยกตองคความรดานเครองกาเนดไฟฟาประสทธภาพสงเพอผลตพลงงาน ทดแทนและนาไปใชใหเกดประโยชนในพนทชนบทได 1.6.2 เปนแนวทางในการสรางเครองกาเนดไฟฟาประสทธภาพสงเพอใชผลตพลงงานทดแทน ในรปอนๆได 1.6.3 คณาจารยและผทสนใจสามารถสรางความรและทกษะในการทาวจยได 1.6.4 สามารถนาผลสาเรจทไดไปถายทอดใหกบผทสนใจหรอนาเสนอในการประชมทาง วชาการ 1.6.5 เปนแนวทางในการพฒนาในเชงพานชและการจดสทธบตรในนามของมหาวทยาลย

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

4  

บทท 2 ทฤษฏทเกยวของ

2.1 บทนา ในการจดทาโครงการการศกษาเครองกาเนดไฟฟาเสนแรงแมเหลกตามแนวนจะตองมความเขาใจเกยวกบเนอหาและทฤษฎตาง ๆ ท งทไดเลาเรยนมาและคนควาเพมเตมจากหนงสออนเตอรเนตและองคประกอบทเกยวของ 2.2 เครองกาเนดไฟฟา เครองกาเนดไฟฟา คอ เครองมอทใชสาหรบแปลงพลงงานกลใหเปนพลงงานกลใหเปนพลงงานไฟฟาโดยอาศยหลกการทางาน วาเมอสนามแมเหลกเคลอนทตดผานขดลวด หรอขดลวดเคลอนทตดผานสนามแมเหลกกจะไดไฟฟาออกมา เครองกาเนดไฟฟานน จะประกอบไปดวยสวนทสาคญหลกๆ อยดวยกน 2 สวนคอ สวนทสรางสนามแมเหลก เรยกวา ฟลด และสวนทสรางแรงดนไฟฟาเรยกวาอาเมเจอร ในเครองกาเนดไฟฟากระแสตรง ฟลดจะเปนสวนทอยกบท อาเมเจอรจะเปนสวนทเคลอนท แตในเครองกาเนดไฟฟากระแสสลบ ฟลดและอาเมเจอร สามารถเปนไดทงสวนทอยกบทและสวนทเคลอนทหมน โดยในเครองกาเนดไฟฟาขนาดเลก จะสามารถสรางไดทงแบบฟลดและอาเมเจอรหมนแตในเครองกาเนดไฟฟาขนาดใหญ จะสรางไดแตแบบอาเมเจอรอยกบทเทานน เพราะจะมปญหานอยกวาแรงดนทเกดขนในเครองกาเนดไฟฟาจะมากหรอนอยจะขนอยกบปจจยทสาคญสองตวคอ ความเรวรอบ และเสนแรงแมเหลก ในเครองกาเนดไฟฟากระแสตรงเราสามารถเพมแรงดนไฟฟาไดโดย การปรบความเขมของสนามแมเหลก และเพมความเรวรอบของเครองกาเนดไฟฟา แตในเครองกาเนดไฟฟากระแสสลบการเพมแรงดนโดยการเพมความเรวไมสามารถทจะทาได เพราะจะทาใหความถของแรงดนไฟฟาทได เป ลยนแปลงไป สามารถทาได เพ ยงการป รบความ เขมของสนามแม เหลก เท าน น

 

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

5  

2.3 หลกการเบองตนเครองกาเนดไฟฟา เครองกาเนดไฟฟา (Generator) เปนเครองกลไฟฟาทเปลยนพลงงานกลเปนพลงงานไฟฟาซงแรงเคลอนเหนยวนาทเกดขนเปนไปตามกฎของเฟลมมง (Flaming’s law) ดงรปท 2.24ถาเกดการเปลยนแปลงฟลกซแมเหลก จะเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวนาขนจะมากหรอนอยขนอยกบปรมาณฟลกซแมเหลกเปนไปตามกฎของฟาราเดย (Faraday’s law) ดงสมการท 2.1

dt

dNe

(2.1)

เมอ e คอ แรงเคลอนไฟฟา V

N คอ จานวนรอบของขดลวด (รอบ) คอ เสนแรงแมเหลก Wb t คอ เวลา s

NS

U

e

B

รปท 2.1 แรงเคลอนไฟฟาเหนยวนาทเกดจากการเคลอนท จากรปท 2.1 แรงเคลอนไฟฟาเหนยวนาทเกดจากการเคลอนท เมอเสนแรงแมเหลก (B) ระหวางขวเหนอ (N) กบขวใต (S) อยใกลกนแลวมตวนาไฟฟาตดผานระหวางเสนแรงแมเหลกในทศทางทตงฉาก (u) จะเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวนา (e) ขนเมอตวนานนครบวงจรจะทาใหเกดกระแส (i) ไหลในวงจร เมอ (B) คอ ความหนาแนนของเสนแรงแมเหลก (Wb/m2T) ซงทศทางของกระแสไฟฟาเหนยวนาจะสามารถหาไดโดยกฎมอขวาของเฟลมมง ดงรปท 2.2 กฎมอขวาของเฟลมมงหรอกฎไดนาโม

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

6  

รปท 2.2 กฎมอขวาของเฟลมมงหรอกฎไดนาโม

สมมต ขดลวดม N รอบ และแตละรอบมพนท A ใหขดลวดหมนดวยอตราเรวเชงมม รอบแกนทตงฉากกบสนามแมเหลก โดยท คอมมระหวางสนามแมเหลกและเวกเตอรพนทของขดลวด ฟลกซแมเหลกคอ

รปท 2.3 แสดงคาฟลกซแมเหลก

B = BAcos = BAcost (2.2) แทนคาฟลกซแมเหลก เพอหาคาแรงเคลอนไฟฟาทเกดขนได

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

7  

= - N

dtd B = - NAB

dtd ( cost ) = NABsin t

เมอ sin t = 1 แรงเคลอนไฟฟาสงสดมคา max = NAB (2.3)

2.4 โครงสรางเครองกาเนดไฟฟากระแสสลบ ในโครงงานวศวกรรมนสวนประกอบของเครองกาเนดประกอบของเครองกาเนดไฟฟากระแสสลบอาจจะแตกตางจากเครองกาเนดไฟฟาทวไปเนองจากชนสวนตางๆ ไดถกออกแบบเพอใหมนาหนกไมมากและเหมาะสมกบการใชงานเพอใชงานนาขนไปตดตงทเสาของโครงสรางของเครองกาเนดไฟฟาพลงงานลมจะเปนแบบ Axial Flux ดงรปท 2.4

โดยจะมลกษณะแบนทงสวนของโรเตอร และสเตเตอร สวนประกอบของเครองกาเนดไฟฟากระแสสลบมสวนประกอบทสาคญอย 2 สวนไดแก 2.4.1 โรเตอร (Rotor) โรเตอร คอ สวนทเคลอนท โดยทวไปจะมขดลวดสรางสนามแมเหลกพกอยบนตวของโรเตอร แตในโครงงานวศวกรรมนสวนของโรเตอรนนไดจากจากโรเตอรทวไป โดยโรเตอรของเครองกาเนดไฟฟาแบบนจะมลกษณะเปนแผนเหลกวงกลมทงสองแผนทมรตรงกลางมรยดนอตระหวางแผนเหลกวงกลมทงสองแผนเขาดวยกน โดยชองวางระหวางแผนเหลกวงกลมทงสองแผนนนจะใชแมเหลกถาวรแทนขดลวดสรางสนามแมเหลก เนองจากการใชแมเหลกถาวรแทนขดลวดเพอใหเหมาะสมกบการใชงานในสถานท ทไมมไฟฟาใชไดลกษณะโรเอรของเครองกาเนดแบบนจะม

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

8  

ลกษณะดงรปท 2.5 (ก) โรเตอรของเครองกาเนดไฟฟาแบบ Axial Flux Permanent-Magnet Brushless

ลกษณะการวางขวแมเหลกถาวรทงสองแผนจะตองวางสลบขวกนดงรปท 2.5 (ข) โรเตอรของเครองกาเนดไฟฟาแบบ Axial Flux ใชเรซนหลอทบแมเหลกเพอความแขงแรง ลกษณะทศทางการเคลอนทของเสนแรงแมเหลกจะพงผานจากแผนเหลกแผนแรก (ขวเหนอ) ขามชองวางอากาศ (Air Gap) ไปยงอกแผนหนง (ขวใต) ผานแมเหลกจนครบวงจรแมเหลก ดงรปท 2.5 เครองกาเนดไฟฟาแบบนจะมลกษณะการกระจายของเสนแรงแมเหลกเปนวงรอบปดโดยทศทางของเสนแรงแมเหลกจะมลกษณะเสรมกนจงทาใหไดคาความหนาแนนเสนแรงแมเหลกมากขนเปน 2 เทา แตอยางไรกดเมอคาความหนาแนนเสนแรงแมเหลก (Magnetic Flux Density) ยงมากขนเทาใดกอาจยงทาใหเกดแรงบดตานมากขนตามไปดวย จงทาใหตองใชความเรวลมเฉลยคอนขางสงในการสตารท แตผลดของมนกคอ สามารถออกแบบใหใชขวแมเหลกถาวรจานวนมากพอสาหรบความาเรวลมเฉลยตาๆ ได ดงสมการท 2.4 2.4.2 สเตเตอร (Stator) สเตเตอร คอ สวนทสาคญสวนหนงซงลกษณะของสเตเตอรนนจะเปนสวนทอยกบทซงมหนาทยดกบขดลวดอารเมเจอร (Armature-Winding) หรอชดขดลวดไฟฟาเหนยวนาทผลตแรงเคลอนไฟฟาเหนยวนาออกมาใชงาน โดยทงสองดานของสเตเตอรจะถกประกบดวยโรเตอรทงสองดานเพอใหเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวนาออกมาเปน 2 เทา ในการทนาขดลวดอารเมเจอรมาตดกบชดของ สเตเตอรนนเพอลดปญหาในเรองการฉนวนไฟฟา และยดขดลวดใหแขงแรงไดงาย เนองจากไมถกแรงเหวยง หรอการสนสะเทอนเนองจากการหมนได สเตเตอรของเครองกาเนดไฟฟาพลงงานลมทใชลกษณะจะเปนดงรปท 2.6 สเตเตอรของเครองกาเนดไฟฟาแบบ Axial Flux

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

9  

จากความสมพนธระหวาง ความเรวรอบ ความถ และขวแมเหลก จงสามารถคานวณหาความเรวรอบของเครองกาเนดไฟฟากระแสสลบไดดงสมการท 2.4

P

fN

120 (2.4)

เมอ N คอ ความเรวรอบของโรเตอร รอบ/นาท rpm

f คอ ความถ ZH P คอ จานวนขวแมเหลก Pole จากสมการท 2.4 จะเหนไดวาเปนเครองกาเนดไฟฟาทมโครงสรางแบบ Axial Flux นนจานวนคของขวแมเหลกจะเทากบ 1 Pole Even เนองจากขดลวดตวนาในหนง Coil Side จะตดผานขวแมเหลกจานวน 1 คของขวแมเหลก (เหนอใต) ดงนนจงกาหนดในหนงคของขวแมเหลก เทากบ 1 Pole Even 2.5 การพนขดลวดอารมาเจอรและการตอวงจรขดลวดเครองกาเนดไฟฟาแบบ Axial Flux ในการพนขดลวดสงทตองคานงถงมากทสดคอแรงดนเอาตพต (Output-Voltage) ตองใกลเคยงรปคลนไซน (Sine Wave) มากทสด ในเครองกาเนดไฟฟา 3 เฟส ขดลวดแตละชดจะพนเรยงหางกน 120 องศาไฟฟา การตอขดลวดมทงแบบวงจรเปด (เมอตอแบบสตาร) และวงจรปด (เมอตอแบบเดลตา) ดงรปท 2.7

รปท 2.7 การตอขดลวดแบบสตารและเดลตา

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

10  

2.5.1 การพนขดลวดอารมาเจอรแบบชนเดยว (Single-Layer) การพนแบบนใน 1 รอง (Slot) ม 1 คอลยไซด (Coil-Side) เรยกวา Half Coil Winding จานวน Coil-Group ตอเฟสเทากบครงหนงของจานวนขวแมเหลก การตอขดลวดแตละ Coil-Group เขาดวยกบตอแบบปลายตอตน ดงรปท 2.8 (ก)

รปท 2.8 การพนขดลวดแบบชนเดยว และแบบสองชน

2.5.2 การพนขดลวดอารมาเจอรแบบสองชน (Double-Layer) การพนแบบนใน 1 รอง (Slot) ม 2 คอลยไซด (Coil-Side) เรยกวา Whole-Coil- Winding จานวน Coil-Group ตอเฟสเทากบจานวนขวแมเหลก การตอขดลวดของแตละ Coil-Group ตอแบบปลายตอปลาย ดงรปท 2.8 (ข) 2.5.3 การพนขดลวดอารมาเจอรแบบแลบ แบบเวฟและแบบสไปแรล การพนขดลวดอารมาเจอรแบบแลบและแบบเวฟสวนใหญจะพน 2 ชน (Double- Layer) ม 2 รองตอหนงขวแมเหลก (2 Slot/Pole) หรอมจานวน 2 coil/group และมจานวน Coil-Group ทงหมด 4 Coil-Group ซงเทากบจานวนขวแมเหลก รปท 2.9

รปท 2.8 เปนการพนแบบชนเดยว (Single-Layer)

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

11  

เนองจากเครองกาเนดไฟฟาพลงงานลมทมโครงสรางแบบ Axial Flux นนจะไมมรอง Slot จนยมพนขดลวดแบบชนเดยว (Single-Layer) โดยประกอบไปดวยขดลวดแบบหนงเฟสแตม 3 ชด การตอขดลวดในแตละ Coil-Group เขาดวยกนนนจะตอแบบปลายตอตนหรอวาอนกรม (Series) ดงรปท 2.8 ข ซงการตอแบบนจะทาใหไดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวนาเพมขน การพนขดลวดสามารถแบงออกเปน 2 แบบ คอ แบบพชเตม (Full-Pitch) และแบบพชเศษสวน (Short-Pitch) โดยปกตระยะหางระหวางกงกลางขว N วดไปยงกงกลางขว S ทอยประชดกนจะมคาเทากบ 180 องศาไฟฟา เรยกวา 1 โปลพช (Pole-Pitch) การพนขดลวดแบบนเรยกวา แบบพชเตม (Full-Pitch) การพนขดลวดแบบพชเศษสวน (Short-Pitch) หรอนอยกวา 180 องศาไฟฟา แตไมเกน 150 องศาไฟฟา

T

T

(ก) ทกคอลยมระยะพชเปนแบบพชเศษสวน(Short Pitch)

(ข) คอลยนอก (Outer Coil) มระยะพชเปนแบบพชเตม (Full Pitch)

รปท 2.9 แสดงการพนขดลวดแบบพชเศษสวนและพชเตม

รปท 2.10 แสดงการวางขดลวดแบบพชเตมและพชเศษสวน

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

12  

การพนขดลวดแบบพชเศษสวนนนจะตองออกแบบ From ในการพนขดลวดใหมขนาดเลกลงกวาปกตทาใหใชความยาวของขดลวดสนลงกวาเดมและเกดชองวางขนระหวางขดลวดทาใหสามารถเพมจานวนรอบมากเมอเทยบกบการพนแบบพชเตม จากรปท 2.10 ปกตระยะหางระหวางกงกลางขว N วดไปยงกงกลางขว S ทอยประชดกนจะมคา 180 องศาไฟฟา จงแบงออกเปน 6 ชองชองละ 30 องศาไฟฟา จากเดมพนขดลวดเรมจากคอลยไซด (ดานซายมอ) ของขดลวดสมมตใหพนลงท 1 องศาไฟฟาซงอยกงกลางขว N คอลยไซด (ดานขวามอ) ของขดลวดเดยวกนจะพนลงท 180 องศาไฟฟา เรยกวาระยะหางและระยะพชแบบนวาพชเตม (Full-Pitch) และการพนขดลวดแบบพชเศษสวน (Short-Pitch) คอ ตนและปลายของขดลวดเดยวกนจะพนคลม 150 องศาไฟฟา เมอ α คอชองวางทเกดขนระหวางการพนขดลวดทง 2 แบบ

30 2

30

2

30

รปท 2.11 เวคเตอรของขดลวดแบบพชเตม (Full-Pitch) และแบบพชเศษสวน (Short-Pitch) จากรปท 2.11 (ก) แสดง e.m.f (Electromotive Fore) ทเกดขนในแตละขาง (Coil- Side) ของขดลวดจะเกดขนพรอมกนและมทศทางตามกน จงสามารถนามารวมกนไดโดยวธเลขคณตจะได SEE 2 (2.5)

เมอ sE คอ e.m.f (Electromotive-Fore) ทเกดขนในแตละขางของขดลวด

2.6 การวางขดลวดแบบพชเศษสวน (Shor t-Pitch or Fractional-Pitch) จากรปท 2.11 ข แสดง e.m.f ทเกดขนในแตละขาง (Coil-Side) ของขดลวดจะพนหางกน 180 องศาไฟฟา ดงนน e.m.f เกดขนไมพรอมกน e.m.f รวมจะมคานอยกวาจานวนขดลวดทางดาน Stator มคาเทากบ จานวน Slot ทางดาน Stator ดงสมการ

Qc = S1 = ncm1 (2.6)

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

13  

เมอ Qc คอ จานวนขดลวดทางดาน Stator S1 คอ จานวน Slot ทางดาน Stator nc คอ จานวนขดลวดตอเฟส m1 คอ จานวนเฟส

2 (0 / 2)SE E COS (2.7)

ถาผลบวกทางเวคเตอรของ e.m.f ของพชเศษสวน (Short-Pitch) หารดวยผลบวกทางเลขคณต พชเตม ผลลพธทไดเรยกวา พชแฟคเตอร (Pitch-Factor) เมอ PK คอ Pitch Factor

2 (0 / 2)

2S

PS

E COSK

E

(2.8)

(0 / 2)COS

1

ดงนนสมการทวไปทใชคานวณหาคา พชแฟคเตอร (Pitch-Factor)

)/( 2COSK P (2.9)

เมอ เปน มมระหวางระยะของพชเศษสวน (Short-Pitch) ทนอยกวาระยะพชเตม (Full-Pitch) ดงรปท 2.10

หมายเหต ถาวางขดลวดแบบพชเตม (Full-Pitch) คา PK = 1 ขอด คอ - แรงเคลอนไฟฟารวมทขดลวดนนคอนขางคงทสมาเสมอ e.m.f ทเกดขนในแตละขาง (Coil-Side) ของขดลวดจะเกดขนพรอมกน และมทศทางตามกน ขอดของการพนแบบพชเศษสวน (Short-Pitch) - ประหยดลวดทองแดงทใชพน - รปคลน (Wave From) ของแรเคลอนไฟฟาเหนยวนาใกลเคยงรปคลนไซน (Sine Wave) มากทสด ลดการรบกวนจากฮาโมนคสลงไดเกอบหมดในทางปฏบต

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

14  

ขอเสยของการพนแบบพชเศษสวน (Short-Pitch) - แรงเคลอนไฟฟารวมทขดลวดนนคอนขางลดลงเพราะวาแรงคลนไฟฟาจะเหนยวนาใน 2 ดานของขดลวดททการพนแบบระยะไมเตมนน จะตางเฟสกนเลกนอย ทาใหผลรวมของแรงเคลอนไฟฟาทางเวกเตอรมคานอยกวาแบบพชเตม 2.7 สมการแรงเคลอนไฟฟาเหนยวนา (Equation of induced e.m.f)

รปท 2.12 แสดงการเสรมกนของเสนแรงแมเหลก

เนองจากเครองกาเนดไฟฟาพลงงานลมใชโครงสรางแบบ Axial Flux และใชแมเหลกถาวรเปนตวสรางสนามแมเหลกทาใหคาเสนแรงเปนสองเทาตอคของขวแมเหลกและไมยอมเปลยนแปลงตามเวลา ดงนน 1 รอบของการหมนจะหมนจะใชเวลา 60 วนาทตอหนงรอบ จะสามารถอธบายสมการแรงเคลอนไฟฟาเหนยวนา (Equation of induced e.m.f) ไดดงน

เมอ Z คอ จานวนตวนา หรอ จานวนเสนลวดทองแดงทคอลยไซดทงสองตอหนงเฟส T คอ จานวนรอบของขดลวดตอหนงเฟส คอ จานวนเสนแรงแมเหลกสงสดตอขว Wb ล PK คอ พชแฟคเตอร เมอวางขดลวดแบบพชเศษสวน FK คอ From Factor มคา 1.11 (เมอ e.m.f เปนรปคลนไซน)

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

15  

รปท 2.13 ตาแหนงการหมนขดลวด ภายใตขวแมเหลก

จากรปท 2.13 ใน 1 รอบของการหมนจะใชเวลา 60 วนาทตอหนงรอบ ตวนาจะถกตดดวยเสนแรงแมเหลกจานวน P เวเบอร

d = P เวเบอร (2.10)

เวลาทใชในการหมนครบหนงรอบ

dt = N

60 วนาท (2.11)

ดงนนแรงเคลอนไฟฟาเฉลย (Average) ทเกดขนในตวนาหนงตว

e = dt

d (2.12)

สมการท (2.10) และ (2.11) แทนลงใน (2.12)

e = 60

PN V (2.13)

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

16  

จากสมการท (2.4) แทนลงในคา N จะได

e = P

fP 120

60

(2.14)

e = f2 V (2.15) ถามจานวนตวนาทงหมด Z ตวตออนกรมกนในหนงเฟส ดงนนแรงเคลอนไฟฟาเฉลยตอเฟส

e = fZ2 (2.16)

เมอ TZ 2

e = fT4 V (2.17)

ดงนนคา Effective หรอคา r.m.s ของแรงเคลอนไฟฟาเหนยวนาตอเฟส

E = fTK F 4 (2.18)

phE = fT444. V (2.19)

phE คอ แรงเคลอนไฟฟาเหนยวนาทเกดขนในขดลวดหนงเฟส เมอคาของ phE สมการท 2.19 ใชในกรณทขดลวดอารเมเจอรพนแบบพแบบพชเตม (Full-Pitch) แตเมอมการพนขดลวดแบบพชเศษสวน (Short-Pitch) จงตองคณคา PK

ในสมการท 2.21 จะไดสมการของแรงเคลอนไฟฟาเหนยวนาดงน

phE = PfTK444. V (2.20)

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

17  

2.8 แมเหลกและแมเหลกไฟฟา ความสาคญของแมเหลกและแมเหลกไฟฟา 2.8.1 อปกรณไฟฟาสวนใหญทใหกาลงงานและแสงสวางนน สวนใหญเปนอปกรณท ใชแมเหลกไฟฟาเปนสวนประกอบ เชน มอเตอรไฟฟา หมอแปลงไฟฟา เปนตน 2.8.1.1 ชนดของแมเหลก (ก) แมเหลกธรรมชาต หมายถง แมเหลกทเกดขนเองตามธรรมชาต สวนใหญจะเปนออกไซดของเหลก (Fe3O4) ลกษณะของแมเหลกธรรมชาตจะมรปรางไมแนนอน (ข) แมเหลกประดษฐ ไดแก แมเหลกทมนษยไดสรางขน ซงจาแนกออกเปน 2 ชนด คอ แมเหลกถาวร และแมเหลกชวคราว - แมเหลกถาวร หมายถง แมเหลกทแสดงอานาจการเปนแมเหลกนาน รปรางลกษณะแลวแตลกษณะการใชงาน เชน เปนรปเกอกมา สเหลยมผนผา หรออน ๆ - แมเหลกชวคราว หมายถง แทงแมเหลกทแสดงจานวนการเปนแมเหลกในชวงระยะเวลาทตองการจะใหเปนแมเหลกเทานน เชน แมเหลกทเกดจากการเหนยวนากระแสไฟฟาตวอยางแมเหลกไฟฟาทใชในชวตประจาวน เชน ออดไฟฟา ไมโครโฟน มอเตอรทยกของตามทาเรอ ขวแมเหลก ม 2 ขว คอ ขวเหนอกบขวใต โดยทขวเหนอจะชไปทางทศเหนอ ขวใตจะชไปทางทศใต

รปท 2.14 แสดงอานาจแมเหลกทเกดรอบตวนาเมอมกระแสไฟฟาไหลผาน

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

18  

2.9 คณสมบตของแมเหลก

2.9.1 ถาแขวนแทงแมเหลกใหเคลอนทอยางอสระ เมอหยดนง แลวจะชตามแนวทศเหนอ ทศใต 2.9.2 สามารถดดสสารแมกเนตกได 2.9.3 ขวเหมอนกนเขาใกลกนจะเกดแรงผลกกน และขวตางกนเมอเขาใกลกนจะเกด แรงดด

2.9.4 อานาจแรงดงดดจะมมากทสดทบรเวณขวทงสองแมเหลก 2.9.5 เสนแรงแมเหลกมทศทางออกจากขวเหนอไปยงขวใต

2.10 ทฤษฎแมเหลกถาวร (Permanent Magnet Theory) 2.10.1 ทฤษฎโดเมนของสภาวะแมเหลก (Domain theory of magnetism) กลาววาสารแมเหลกประกอบดวยไดโพล หรอโมเลกลแมเหลกซงมแรงกระทาซงกนและกน และอยในบรเวณหนงๆ เรยกวาโดเมน ซงมขวชไปทศเดยวกน สารแมเหลกจะกลายเปนแมเหลกเมอโดเมนอยอยางเปนระเบยบ

รปท 2.15 สภาวะทยงไมเปนแมเหลก ในสภาวะทยงไมเปนแมเหลกโดเมนจะไมเปนระเบยบมผลใหอานาจแมเหลกหกลางกนหมด

รปท 2.16 สภาวะทเปนแมเหลก

ในสภาวะทเปนแมเหลกโดเมนจะอยอยางเปนระเบยบ อานาจแมเหลกจะไมสงสดและไมสามารถมไดมากกวาน

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

19  

2.10.2 การทาแมเหลก (Magnetization) เมอวตถถกทาใหเปนแมเหลก ไดโพลทงหมดจะเรยงกนอยางเปนระเบยบ เหตการณเชนนจะเกดขนเมอวตถอยในสนามแมเหลก และเรยกวาการเหนยวนา แมเหลกขวเหนอไดโพลจะถกดดโดยขวใตของแทงแมเหลกวตถจะกลายเปนแมเหลก

รปท 2.17 การเหนยวนาแมเหลก 1.) การสมผสทางเดยว (Single touch) วธการทาแมเหลกโดยใชปลายแทงแมเหลก ถบนวตถซ ากนหลายครงในทางเดยวกน วตถจะถกเหนยวนาใหเปนแมเหลกโดยสนามแมเหลกจากแทงแมเหลก

รปท 2.18 การสมผสทางเดยว 2.) การสมผสแบบแยกสวน (Divided touch) เปนการใชปลายแทงแมเหลก 2 แทง ทมขวตางกนถบนวตถหลายครง วตถนนจะถกเหนยวนาใหเปนแมเหลกจากสนามแมเหลกจากสนามแมเหลกทงสอง

รปท 2.19 การสมผสแยกสวน

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

20  

ขวผสมจะเกดขนเมอใชแทงแมเหลกขวเดยวกนในการสมผสแยกสวน

รปท 2.20 การสมผสแยกสวนแบบขวผสม 2.10.3 การทาลายสภาพแมเหลก (Demagnetization) เปนการลบลางอานาจแมเหลกของวตถ ซงอาจทาไดโดยวางแทงแมเหลกในสนามแมเหลกในสนามแมเหลกทเปลยนแปลง เชน สนามแมเหลกในขดลวดทมกระแสไฟฟาสลบ อยางไรกตามไดโพลสามารถกระตนใหมทศทางไมเปนระเบยบไดโดยใชคอนเคาะแทงแมเหลกหรอใชความรอนสงกวา 700 องศาเซลเซยส 2.10.4 การลดอานาจแมเหลกในตวเอง (Self-demagnetization) อานาจแมเหลกสญเสยไปไดเนองจากการดงดดของไดโพล ในแทงแมเหลกเราสามารถลดการสญเสยอานาจแมเหลกในตวมนเองไดโดยใชแผนเหลกออน (เรยกวา แผนรกษาแมเหลก) แตะทขวเพอทาใหเปนวงปด

รปท 2.21 การสญเสยอานาจแมเหลกในตวเองของแมเหลกแทง

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

21  

รปท 2.22 การลดการการสญเสยอานาจแมเหลก 2.10.5 ประเภทแมเหลกถาวร 1.) Neodymium Magnets แมเหลกประเภทนมแรงดงดดสง มคณสมบตและประสทธภาพสงสดในประเภทของแมเหลกถาวร เปนทนยมใชกนอยางแพรหลาย สวนมากใชประกอบในเครองใชไฟฟาเครองแยกเศษเหลก เครองจกตางๆ ฮารดดสก มอเตอร เครองกาเนดไฟฟา เซนเซอร ฯลฯ

รปท 2.23 แมเหลกประเภท Neodymium Magnets

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

22  

2.) Ferrite Magnets (Ceramic) แมเหลกประเภทนจะมราคาถกกวาแมเหลกประเภทอนๆ และนบวาเปนแมเหลกทใชกนอยางแพรหลายทสด เพราะคณสมบตหลายๆ ดานและทนความรอน สวนมากใชประกอบในเครองใชไฟฟา อปกรณทางดานวทยาศาสตร และวศวกรรมอปกรณการสอสาร ของเลน ฯลฯ

รปท 2.24 แมเหลกประเภท Ferrite Magnets 3.) SmCo Magnets แมเหลกประเภทนมแรงดดสงเหมาะสาหรบงานหลายประเภทททนความรอนสง และการกดกรอน สวนมากใชประกอบในเครองมอ นาฬกา เครองกาเนดไฟฟา แมพมพ ฯลฯ

รปท 2.25 แมเหลกประเภท SmCo Magnets

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

23  

4.) AlNiCo Magnets เปนแมเหลกททนตออณหภมสง และทนตออณหภมทเปลยนแปลงไดอยางด สวนมากใชประกอบในอปกรณยดจบชนงาน เครองมอวด แมพมพ ฯลฯ

รปท 2.26 แมเหลกประเภท AlNiCo Magnets 2.11 ทฤษฎแมเหลกไฟฟา 2.11.1 กฎสกรของแมกซเวลล (Maxwell’s screw rule) กลาววาทศทางของสนามแมเหลกรอบๆ เสนลวดทมกระแสไฟฟาไหลผานจะอยในทศทสกรหมนเมอขนเขาไปตามทศของกระแสไฟฟา

รปท 2.27 กฎสกรของแมกซเวลล

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

24  

2.11.2 กฎมอขวา (Right-hand grip rule) กลาววาทศทางของสนามแมเหลกรอบเสนลวดอยในแนวนวมอขวาทการอบเสนลวดโดยททนวหวแมมอชไปตามทศของกระแสในเสนลวด

รปท 2.28 กฎกามอขวา 2.11.3 การแบงประเภทของวสดแมเหลก (Classification of Magnetic Materials) โดยทวไปเราใช Xm หรอ µr เพอการแบงประเภทของวสดในเทอมของคณสมบตทางแมเหลก ถา Xm= 0 (หรอ µr = 1) เราเรยกวา วสดนนไมเปนแมเหลก (Nonmagnetic) แตถาวสดใดไมเปนไปตามเงอนไขดงกลาวถอวาเปนแมเหลก วสดแมเหลกแบงไดกวางๆ ได 3 กลม คอ ไดอาแมกเนตก (Diamagnetic), พาราแมกเนตก (Paramagnetic),เฟอรโรแมกเนตก (Ferromagnetic) ดงรปท 2.29

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

25  

Linear Nonlinear

รปท 2.29 ประเภทของวสดในเทอมของคณสมบตทางแมเหลก

วสดใดทเปนไดอาแมกเนตกม µr ~< 1 หรอ Xmเปนลบเลกนอย, วสดทเปนพาราแมกเนตก µr ~> 1 หรอ Xm เปนบวกเลกนอย และถาม µr >> 1 หรอ Xm เปนบวกมากวสดนนจะเปนเฟอรโรแมกเนตก 1) ไดอาแมกเนตก (Diamagnetic) ไดอาแมกเนตก เกดขนในวสดทมสนามแมเหลก ซงเกดจากการเคลอนของอเลกตรอนรอบนวเคลยสและการหมนรอบแกนของอเลกตรอนเองหกลางซงกนและกน โมเมนตแมเหลกถาวร (อนทรนสก) ของแตละอะตอมเปนศนย วสดชนดนจงไดรบผลกระทบจากสนามแมเหลกเพยงเลกนอย (เชน บทมส, ตะกว, ทองแดง, ซลคอน, เพชร, โซเดยมคลอไรด ) วสดประเภท ตวนายงยวด (Superconductor) เมออณหภมใกลศนยสมบรณจะเปลยนเปนวสดไดอาแมกเนตก (ยกเวนตวนายงยวด) แทบจะไมไดนามาใชงาน วสดทอะตอมมโมเมนตแมเหลกถาวรไมเปนศนย อาจเปนพาราแมกเนตกหรอเฟอรโรแมกเนตกกได 2) พาราแมกเนตก (Paramagnetic) พาราแมกเนตก เกดขนในวสดทมสนามแมเหลก ซงจากการเคลอนทของอเลกตรอนรอบนวเคลยสและการหมนรอบแกนของอเลกตรอนเองทไมหกลางกนอยางสมบรณ (ตางกบไดอาแมกเนตก) วสดพาราแมกเนตก (เชน อากาศ, พลาทนม, ทงสเตน, โปแทสเซยม ) นยมใชงานในตวสงคลนวทย

 Magnetic Materials 

Diamagnetic

Xm <0,µr ≤1.0

Paramagnetic

Xm >0,µr ≥1.

Ferromagnetic

Xm >>0,µr >>1

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

26  

3) เฟอรโรแมกเนตก (Ferromagnetic) เฟอรโรแมกเนตก เกดขนในวสดซงมโมเมนตแมเหลกถาวรขนาดใหญอยในอะตอมวสดเฟอรโรแมกเนตก เชน เหลก, โคบอลท, นเกล, และอลลอย ปกตมกใชวสดเฟอรโรแมกเนตกมากกวาวสดไดอาแมกเนตกและพาราแมกเนตก วสดเฟอรโรแมกเนตกมคณสมบตทสาคญดงตอไปน - ใชสนามแมเหลกสรางเปนแมเหลกได และไดแรงมาก - เมอนาออกมาจากสนามแมเหลกยงคงเกบความเปนแมเหลกไดมาก - เมออณหภมเพมขนเกนกวาอณหภมเคอร (Curie temperature) วสดนจะสญเสยคณสมบตความเปนเฟอรโรแมกเนตก (ไมเปนเชงเสน) และเปลยนเปนวสดพาราแมกเนตกทเปนเชงเสน เชนถาใหความรอนเกนกวาอณหภมเคอร (กรณของเหลกเปน 770๐ C ) แกแมเหลกถาวรจะสญเสยสภาพแมเหลก - ความสมพนธระหวาง B กบ H ไมเปนเชงเสน นนคอสมการ B =µ0µrH ใชกบวสดเฟอรโรแมกเนตกไมไดเนองจาก µr ขนอยกบ B จงแทน µr ไดดวยคาเพยงคาเดยวในทกเงอนไขไมได ทงนเพราะภายใตเงอนไขหนง µr จะมคาหนง - ความสมพนธระหวาง B กบ H ของวสดเฟอรโรแมกเนตกแสดงไดดวย เคอรฟการเกดสนามแมเหลก (Magnetization Curve) หรอเคอรฟ B-H (B-H Curve) ดงรปท 2.30

รปท 2.30 เคอรฟการเกดสนามแมเหลก หรอเคอรฟ B-H (B-H Curve)

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

27  

สมมตวาในตอนเรมตนวสดนยงไมเปนแมเหลก เมอ H เพมขน (เนองจากกระแสเพมขน)จาก 0 ถงความเขมของสนามแมเหลกสงสด (Hmax) จะเกดเคอรฟ OS เคอรฟนเราเรยกวา เวอรจน (Virgin) หรอเคอรฟการเปนแมเหลกเรมตน (Initial Magnetization Curve) หลงจากวสดถงจดอมตวท S ถา H ลดลง B ยงไมลดลงตามเคอรฟการเปนแมเหลกเรมตน แตจะลดลงลาหลง H ปรากฏการณของ B ทลาหลง H นเรยกวา ฮสเตอรซส (Hysteresis) เมอ H ลดลงจนเปนศนย ขณะท B ยงไมลดลงจนเปนศนย แตจะลดลงเปนคา Br ซงเรยกวา ความหนาแนนของฟลกซถาวร (Permanent Flux Density) Br เปนตวบงบอกคณสมบตการเกดสนามแมเหลกถาวรขนในวสด ถา H เพมขนในทางลบจนถง Hc (โดยทศทางของกระแสเปลยนเปนตรงขาม) B จะเปนศนย เมอ H เพมขนในทางลบจนถง Q ทาใหเคอรฟเปลยนแปลงในทศทางตรงกนขามจนถง S จะไดเคอรฟปด ซงเรยกวา ลปฮสเตอรซส (Hysteresis Loop) ลปฮสเตอรซสของวสดแตละประเภทมรปรางตางกน พนทของลปเปนพลงงานทสญเสย [ความสญเสยฮสเตอรซส (Hysteresis Loss)] พลงงานสญเสยนจะอยในรปความรอนดงนน วสดในเครองกาเนดไฟฟา, มอเตอร, และหมอแปลงไฟฟา ควรมลปฮสเตอรซสทมลกษณะสงแตแคบเพอใหการสญเสยฮสเตอรซสมคาตาทสด 2.12 ทฤษฎสนามแมเหลก 2.12.1 เสนแรงแมเหลก หรอ ฟลกซแมเหลก (Magnetic field lines or flux lines) เปนเสนแรงทแสดงทศทางสนามแมเหลกรอบๆ แทงแมเหลก นอกจากนงยงแสดงความเขมของสนามแมเหลกดวย ทศของแรงนกระทากบขวเหนอ ในสนามแมเหลกเสนแรงแมเหลกแสดงใหเหนไดโดยใชผงเหลกโรยรอบๆ แทงแมเหลก หรอการระบตาแหนองของเขมทศเลกๆ ณ จดตางๆ รอบๆ แทงแมเหลก

รปท 2.31 ผลของการโรยผงเหลกทรอบๆ แทงแมเหลก

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

28  

ผลของการโรยผงเหลกรอบๆ แทงแมเหลก ผงเหลกจะเรยงตวเนองจากการเหนยวนาเหลก 2.12.2 ความหนาแนนฟลกซแมเหลก (Magnetic flux density) ขอเปนการวดความเขมของสนามแมเหลกทจดๆ หนง แสดงไดโดย เสนแรงแมเหลกทอยชดกน โดยปกตความหนาแนนฟลกซแมเหลกมคามากรอบๆ ขว

รปท 2.32 เสนแรงแมเหลกรอบๆ แทงแมเหลก

2.12.3 จดเปนกลาง (Neutral point) เปนจดทความหนาแนนฟลกซแมเหลกเปนศนย เกดจากมสนามแมเหลก 2 สนามหรอมากกวา มปฏกรยาตอกนดวยอานาจทเทากน แตทศทางตรงกนขาม แทงแมเหลกทแขวนตามเมรเดยนแมเหลก โดยขวใตชทศเหนอจะมจดสะเทน 2 จด ในแนวแกนแมเหลก

รปท 2.33 จดทความหนาแนนฟลกซแมเหลกเปนศนย

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

29  

2.13 ทฤษฎการผสมเรซนหลอใส (เบอร 888) 2.13.1 คณสมบตของเรซนเบอร 888 เรซนเบอรน ผสมตวเรงปฏกรยาจากโรงงานแลว (มสชมพ) เวลาใชงานใสแตตวทาแขงอยางเดยว เนอเรซนใสเหมอนแกว มความเหนยวกวาเบอรอนๆ ไมแตกงาย แหงชามาก แหงสนทประมาณ 8 - 10 ชวโมง บางครงอาจตองใชความรอนอบ หรอตากแดดชวยใหแหงเรวขน 2.13.2 อตราสวนผสมของเรซนเบอร 888 อตราสวนผสมของเรซนเบอร 888 นใชประมาณ 0.5 - 1 % ตอนาหนกเรซน ซงสามารถดไดจากตารางท 2.1 โดยจะแสดงอตรานาหนกของเรซนตอนาหนกของตวทาแขง

อตราสวนผสมของเรซนเบอร 888

นาหนกเรซน ใชตวทาแขง

1,000 กรม(ก.ก.) 7 กรม (หรอ 5 ซ.ซ.) 500 กรม 4 กรม (หรอ 3 ซ.ซ.) 100 กรม 1 กรม (ประมาณ 1 ซ.ซ. 25 หยด)

30 กรม (1 ถวยแดง) 0.5 กรม (ประมาณ 10 -12 หยด ของหลอด 15 ซ.ซ.)

สวนผสมตามตวอยางน ใชประมาณ 2 ชวโมง จงถอดออกจากแมพมพไดแลววางไวจนกวาจะแหงสนท 10 ชวโมง 2.13.3 คาแนะนาและขอควรระวง - ถาทางานชวงบายแดดรอนจด ควรลดตวทาแขงลงใช 0.5 - 1 % ถาทางานชวงคาหรอตอนฝนตก อากาศเยนตองเพมตวทาแขงเปน 1 - 2 % (ไมควรใชมากกวาน ชนงานจะแตกราวเองได) - เรซนมระยะเวลาทาปฏกรยาคอ ระยะแรก จะเปนลกษณะคลายวนภายใน 20 - 30 นาท ระยะทสอง จะเกดความรอนเพมขนเรอยๆ จนแหงสนท ฉะนนเมอใสตวทาแขงแลวตองรบกวนใหเขากน และใชงานใหหมดภายใน 20 นาท - ถางานทหลอเปนชนใหญ หรอ หนามาก ตองลดตวทาแขงลง เพราะปรมาณเรซนมากกจะเกดความรอนมาก ทาใหแหงเรวขนอาจไมทน และเมอชนงานแหงสนทจะแตกเอง ถาใสตวเรงมาก (ตองลด)

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

30  

- ควรผสมสหรอผสมหนออนในเรซนกอนและแชทงไวครงวนในขณะทกวนใหเขากนมนจะเกดฟองมาก ควรทงไวใหฟองหมดเสยกอน แลวจงนามาแบงใสตวแขงภายหลงเมอจะใชงาน - เรซนทกเบอร ถาเกบไวนานหลายเดอนจะขนมากใชงานไมได ตองผสมโมโนสไตรน (หรอ สไตรน โมโนเมอร) ประมาณ 5 - 7 % ของนาหนกเรซน กวนใหเขากนใหเรซนเหลวเหมอนใหม แลวทงใหฟองอากาศหมดกอนประมาณ 3 ชวโมงขนไป จงแบงออกผสมตวทาแขงใชงานตอไป

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

31

บทท 3 วธการดาเนนการวจย

3.1 บทนา ขนตอนการดาเนนการวจยเพอสรางเครองกาเนดไฟฟาแบบเสนแรงแมเหลกตามแนวหมน เพอใชในการผลตกระแสไฟฟา โดยใชพลงงานจากธรรมชาตนน ไดกาหนดขนตอนไวดงรปท 3.1

รปท 3.1 ขนตอนการดาเนนการวจย

เรมตน

ศกษารวบรวมขอมล

ออกแบบโครงสราง

ดาเนนการจดสราง

ทดสอบและสรปผล

นาเสนอผลของโครงการ

จบ

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

32

3.2 การออกแบบและสราง การออกแบบเครองกาเนดไฟฟาเสนแรงแมเหลกตามแนวหมน 3.2.1 การออกแบบโครงสรางเครองกาเนดไฟฟาเสนแรงแมเหลกตามแนวหมน เครองกาเนดไฟฟามดวยกน 2 ชนด คอ เครองกาเนดไฟฟากระแสตรงและเครองกาเนดไฟฟากระแสสลบ ซงมขอแตกตางทสาคญอยางหนง คอ เครองกาเนดไฟฟากระแสตรงขดลวดอารเม เจอรเปนสวนทหมนและขดลวดสนามแมเหลกอยกบท แตในเครองกาเนดไฟฟากระแสสลบนน อาจจะใชขดลวดอารเมเจอรเปนสวนทหมน หรออยกบทกได การออกแบบเครองกาเนดไฟฟาทใชงานรวมกบกงหนลมนน เนองจากกงหนลมทใชเปนกง หนทมความเรวรอบตา ดงนนเครองกาเนดไฟฟาออกแบบสรางจงเปนแบบขวแมเหลกหมนโดยมชดขดลวดไฟฟาอยกบท ขวแมเหลกทใช คอ 12 ขวแมเหลก ชดขดลวด 12 คอยล 3.2.1.1 สวนประกอบเครองกาเนดไฟฟา เครองกาเนดไฟฟาทออกแบบมสวนประกอบหลก 2 สวน คอ สวนทอยกบท (stator) และสวนทเคลอนท (rotor) สวนทอยกบทในทน หมายถง ชดขดลวดไฟฟา และสวนทเคลอนท หมายถง ชดขวแมเหลก โดยมหลกการทางานดงน เมอขวแมเหลกหมนสนามแมเหลกกจะหมนตามโดยมเสนแรงแมเหลกจะพงตดผานการตดผานขดลวดทอยตรงกลางระหวางขวแมเหลกขวเหนอกบขวใตในแนวตงฉาก เปนผลทาใหเกดแรงเคลอนไฟฟาขนบรเวณขดลวด สวนทอยกบท (stator) มสวนประ กอบแสดงดงรปท 3.1

ก. สวนทอยกบทประกอบดวย ชดขดลวดไฟฟา (F) ดงรปท 3.2 รายละเอยดดในเรองการออกแบบชดขดลวดไฟฟา โดยยดตดกบแผนฐานทใชตดตงกบฐาน (G) และมดมลอรถ ยนต (A) ซงทาหนาทเปนตวยดลกปนหลอลนใหกบสวนทเคลอนท

ข. สวนทเคลอนท (rotor) มสวนประกอบแสดงดงรปท 3.2 สวนทเคลอนทประกอบดวย แผนขวแมเหลกจานวน 2 แผน (B) กบ (C) รายละเอยดดในเรองการการออกแบบขวแมเหลก แผนแมเหลก2แผนโดยม แกนเพลาโรเตอร (E) เปนตวยดระหวางโรเตอรกบสเตเตอร

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

33

รปท 3.2 สวนประกอบของเครองกาเนดไฟฟา

สวนทเคลอนท (Rotor) ประกอบดวย A คอ ดมลอตามของรถยนตทาหนาทเปนจดหมนของ Rotor B คอ แผนเหลกทยดตดแมเหลกถาวรชดท 1 C คอ แผนเหลกทยดตดแมเหลกถาวรซงขวตรงขามกบชดท 1 D คอ แมเหลกถาวร E คอ ชดตอตนกาลง (มเลย) สวนทอยกบท (Stator) ประกอบดวย F คอ ขดลวดทผลตแรงเคลอนไฟฟา G คอ Stator ทาหนาทยดขดลวดทามาจากเรซน H คอ โครงจบยด Stator I คอ ทจบสาหรบถอดจานแมเหลก J คอ นอตสาหรบปรบจานแมเหลก K คอ นอตยดจานแมเหลก

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

34

3.3 การคานวณและการออกแบบขดลวดตวนาและขวแมเหลก การออกแบบเครองกาเนดไฟฟาเสนแรงแมเหลกตามแนวแกนหมน(Axial Flux Generator) ชนด 1 เฟส แบบ 12 คอลย 12 โพล แรงดนประมาณ 18 โวลตตอขด ทพกด 400 วตต

3.3.1 การคานวณหากระแส

WI = V400= 220 = 1.8 A

ดงนนใชลวดทองแดงเบอร 24 เพราะทนกระแสได 1.6 A ตามตารางลวดทองแดงท 3.1

3.3.2 การคานวณหาจานวนขวแมเหลกและชวงของขวแมเหลก

จากสมการ PNf = 120 (3.1)

เมอ f คอ ความถของระบบไฟฟาทตองการ (Hz) P คอ จานวนขวแมเหลก

N คอ ความเรวรอบของเครองกาเนดไฟฟา (RPM) จากนนกาหนดความเรวรอบของเครองกาเนดไฟฟาทพกดเทากบ 500 RPM ทความถ 50 HZ

120 * 50P = 500 = 12 ขว

ดงนนจะไดชวงของขวแมเหลก (Pole Pitch) คอ

Pole Pitch = 360 ◌P (3.2)

จากสตร มมทางกล 360m = p (3.3)

มมทางไฟฟา p°e = m × 2 (3.4)

Pole Pitch = 360 ◌12 = 30 องศาทางกล

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

35

p°e = m × 2 = 1230× 2 = 180 องศาทางไฟฟา

รปท 3.3 แสดงการวางของขวแมเหลก ดงนนจะตองวางแมเหลกบนโรเตอรดานละ 12 อน และวางหางกน 30 องศาทางกล

3.3.3 การคานวณหาหามมของขดลวด

รปท 3.4 แสดงการวางตาแหนงของขดลวด

360m = p = 36012 = 30 องศาทางกล

p°e = m × 2 = 1230× 2 = 180 องศาทางไฟฟา

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

36

รปท 3.5 แสดงลกษณะการวางของขดลวดและขวแมเหลก

มมทางกล มมทางกลของโรเตอร-มมทางกลของสเตเตอร 30 - 30 0 องศาทางกล มมทางไฟฟา มมทางไฟฟาของโรเตอร-มมทางไฟฟาของสเตเตอร 180 - 180 0 องศาทางไฟฟา

3.3.4 การคานวณหาจานวนรอบตวนา - แรงดนทตองการประมาณ 220 V - ลวดตวนา A.W.G. เบอร 24 ทนกระแสได 3.5 แอมป - พนขดลวดแบบเตมชวง (Full Pitch) ซงมระยะคอลยเทากบ 180 องศาไฟฟา - แมเหลกถาวร 12 คของขวแมเหลก ขนาดกวาง 2.5 cm ยาว 4 cm สง 1 cm - ความหนาแนนของเสนแรงแมเหลกสงสด 5000 เกาต (1 เกาต (G) 0.0001 เทสลา (T)) เพราะฉะนน 5000 × 0.0001 0.5 T

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

37

วธการคานวณ Eg = 4.44 N Øm f kp ks Pith Factor

KP =

βCOS

2 (3.5)

=

0COS

2

= 1

KS = sin

2

sin2

g

g

g = slot/pole/phase

= แตเนองเปนการพนขดลวดแบบการพนรวม

(Concentric) g จงเทากบ 1

= 180

12

= 90

KS =

90sin1

2

901sin

2

= 1

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

38

Magnetic flux = BA (3.6)

= 0.5× 0.025×0.05 = 0.625 mWb

Equation of induced e.m.f Eg = 4.44 N Øm f kp ks (3.7) 220 = -34.44 × N ×0.625×10 ×50×1×1

หาจานวนรอบตวนา (N)

m

P S

EgN =4.44 fK K

= 220-34.44 ×0.625×10 ×50×1×1

จานวนรอบตวนาทงหมด = 1585 จานวนคอลยทตองการ 12 คอลย = 1585/12

= 165 รอบตอขด

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

39

ตารางท 3.1 จานวนรอบลวดทองแดงทใชแกนอากาศ 1 x 2 x 1/2 นว AWG gauge

Conductor Diameter Inches

Conductor Diameter mm

Ohms per 1000 ft

Ohms per mm

Maximum amps for chassis wiring

Maximum amps for power transmission

Maximum frequency for 100% skin depth for solid conductor copper

0000 0.46 11.684 0.049 0.16072 380 302 125 Hz 000 0.4096 10.40384 0.0618 0.202704 328 239 160 Hz 00 0.3648 9.26592 0.0779 0.255512 283 190 200 Hz 0 0.3249 8.25246 0.0982 0.322424 245 150 250 Hz 1 0.2893 7.34822 0.1239 0.406392 211 119 325 Hz 2 0.2576 6.54304 0.1563 0.512664 181 94 410 Hz 3 0.2294 5.82676 0.197 0.64616 158 75 500 Hz 4 02043 5.18922 0.2485 0.81508 135 60 650 Hz 5 0.1819 4.62026 0.3133 1.027624 118 47 810 Hz 6 0.162 4.1148 0.3951 1.295928 101 37 1100 Hz 7 0.1443 3.66522 0.4982 1.634096 89 30 1300 Hz 8 0.1285 3.2639 0.6282 2.060496 73 24 1650 Hz 9 0.1144 2.90576 0.7921 2.598088 64 19 2050 Hz 10 0.1019 2.58826 0.9989 3.276392 55 15 2600 Hz 11 0.0907 2.30378 1.26 4.1328 47 12 3200 Hz 12 0.0808 2.05232 1.588 5.20864 41 9.3 4150 Hz 13 0.072 1.8288 2.003 6.56984 35 7.4 5300 Hz 14 0.0641 1.62814 2.525 8.282 32 5.9 6700 Hz 15 0.0571 1.45034 3.184 10.44352 28 4.7 8250 Hz 16 0.0508 1.29032 4.016 13.17248 22 3.7 11 kHz 17 0.0453 1.15062 5.064 16.60992 19 2.9 13 kHz 18 0.0403 1.02362 6.385 2.9428 16 1.3 17 kHz

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

40

ตารางท 3.1 (ตอ) จานวนรอบลวดทองแดงทใชแกนอากาศ 1 x 2 x 1/2 นว AWG gauge

Conductor Diameter Inches

Conductor Diameter mm

Ohms per 1000 ft

Ohms per mm

Maximum amps for chassis wiring

Maximum amps for power transmission

Maximum frequency for 100% skin depth for solid conductor copper

19 0.0359 0.91186 8.051 26.40728 14 1.8 21 kHz 20 0.032 0.8128 10.15 33.292 11 1.5 27 kHz 21 0.0285 0.7239 12.8 41.984 9 1.2 33 kHz 22 0.0254 0.64516 16.14 52.9392 7 0.92 42 kHz 23 0.0226 0.57404 20.36 66.7808 4.7 0.729 53 kHz 24 0.0201 0.51054 25.67 84.1976 3.5 0.577 68 kHz 25 0.0179 0.45466 32.37 106.1736 2.7 0.457 85 kHz 26 0.0159 0.40386 40.81 133.8568 2.2 0.361 107 V 27 0.0142 0.36068 51.47 168.8216 1.7 0.288 130 kHz 28 0.0126 0.32004 64.9 212.872 1.4 0.226 170 kHz 29 0.0113 0.28702 81.83 268.4024 1.2 0.182 210 kHz 30 0.01 0.254 103.2 338.496 0.86 0.142 270 kHz 31 0.0089 0.22606 130.1 426.728 0.7 0.113 340 kHz 32 0.008 0.2032 164.1 538.248 0.53 0.091 430 kHz Metric 2.0

0.00787 0.200 169.39 555.61 0.51 0.088 440 kHz

33 0.0071 0.18034 206.9 678.632 0.43 0.072 540 kHz Metric 1.8

0.00709 0.180 207.5 680.55 0.43 0.072 540 kHz

34 0.0063 0.16002 260.9 855.752 0.33 0.056 690 kHz Metric 1.6

0.0063 0.16002 260.9 855.752 0.33 0.056 690 kHz

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

41

ตารางท 3.1 (ตอ) จานวนรอบลวดทองแดงทใชแกนอากาศ 1 x 2 x 1/2 นว AWG gauge

Conductor Diameter Inches

Conductor Diameter mm

Ohms per 1000 ft

Ohms per mm

Maximum amps for chassis wiring

Maximum amps for power transmission

Maximum frequency for 100% skin depth for solid conductor copper

35 0.0056 0.14224 329 1079.12 0.27 0.044 870 kHz Metric 1.4

0.0051 0.140 339 1114 0.26 0.043 900 kHz

36 0.005 0.127 414.8 1360 0.21 0.035 1100 kHz Metric 1.25

0.00492 0.125 428.2 1404 0.20 0.034 1150 kHz

37 0.0045 0.1143 523.1 1715 0.17 0.0289 1350 kHz Metric 1.12

0.00441 0.112 533.8 1750 0.163 0.0277 1400 kHz

38 0.004 0.1016 659.6 2163 0.13 0.0228 1750 kHz Metric 1 0.00394 0.1000 670.2 2198 0.126 0.0225 1750 kHz 39 0.0035 0.0889 831.8 2728 0.11 0.0175 2250 kHz 40 0.0031 0.07874 1049 3440 0.09 0.0137 2900 kHz

ทมา : http://www.powerstream.com/Wire_Size.htm?nowritefs

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

42

3.4 การออกแบบฟอรมคอยลหรอบอบบน เมอไดขนาดของลวดทองแดงจากนนทาการออกแบบฟอรมคอยลหรอบอบบนใหเหมาะสมกบเครองกาเนดไฟฟา โดยมขนตอนการทาดงน กอนอนกาหนดจานวนของขวแมเหลก วทยาน พนธเลมนใชขวแมเหลก 12 ขว ดงนนขดลวดสนามไฟฟามทงหมด 12 คอยล โดยการสรางบอบบนนนจะคานงถงขนาดของตวขวแมเหลกเปนหลกโดยทขวแมเหลกนนจะอยกงกลางขดลวดสนามไฟฟา จากขนาดขวแมเหลกคอ 40 คณ 25 คณ 10 มลลเมตร วธทา เมอทราบความกวางขวแมเหลกคอ 25 มลลเมตร ใหคณกบขนาดขดลวดทตองการ คอ 1.02 มลลเมตร จะไดดาน a เทากบ 25.5 แลวหาร 2 จะเทากบ 12.75 ใช 13 ชน เพอไมใหขนาดใหญเกนจากแบบ จากตาราง ลวดทองแดงเบอร 18 ใชจา นวนรอบ 167 รอบ ใหเอา 167 หาร 13 จะไดเทากบ 12.84 เอา 12.84 คณ 1.02 จะได ความกวางดาน b เทากบ 13.09 หรอ 13 รอบ ใหเอา 13 คณกบ 1.02 เทากบ 13.26 บอบบนดาน b เทากบ 1.3 cm ดงนนเมอเอาดาน a คณกบดาน b จะเทากบ 13 คณ 13 เทากบ 169 รอบ

รปดาน a รปดาน b

รปท 3.6 แบบของบอบบนทใชพนขดลวด

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

43

ก. ข.

รปท 3.7 ก.แบบการทาฟอรมคอยล ข.ลกษณะขวแมเหลกกบขดลวด 3.5 การพนลวดทองแดง การพนลวดทองแดงเรมจากการนาฟอรมคอยลมาประกอบดวยกน แลวนาไปใสเครองพนลวด เรมพนจากดานใน คอยๆหมนเรยงลวดทองแดงใหเปนระเบยบจนไดครบตามจานวนรอบทตอง การ 160 รอบ จากนนทาการตดปลายลวดทองแดง ใชเทปพนสายไฟพนรอบๆขดลวดทองแดงทพนใหเรยบรอย จากนนนาลวดทองแดงออกจากฟอรมคอยล โดยระมดระวงอยาใหลวดเปนลอยดงรปท 3.8

รปท 3.8 เครองพนลวดทองแดง

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

44

3.6 การวางขดลวดและการตอวงจร การตอขดลวดจะทาการตอแบบอนกรม (Series) คอ ปลายขดท 1 จะตอกบปลายขดท 2 ตนขดท 2 แลวตนขดท 2 จะตอกบปลายขดท 3 ตอไปเลอย ๆ จนครบทกคอยล จะเหลอปลายออกมาสองเสน คอ L , N ดงรปท 3.9

รปท 3.9 วงจรการตอขดลวด

3.7 การหลอเรซนใหกบชดขดลวด ในการหลอเรซนชดขดลวดนเปนการสรางโครงสรางทใชในการยดตาแหนงขดลวดใหพอดกบขวแมเหลกและจะตองสามารถยดชดขดลวดตดกบแผนฐานเครองกาเนดไดนน จะตองเตรยมวสดอปกรณดงน

1 แมแบบ แมแบบทใชหลอเรซน ตองมคณสมบตดงและขนตอนการสรางดงนน 1.1 ตองทนความรอนทเกดจากเรซนได 1.2 ตองปองกนการรวซมของเรซนได เนองจากเรซนเปนของเหลว 1.3 ตองเปนวสดทไมดดนา เพราะเวลาทนาเรซนออกจากแมแบบจะเอาออกงาย

วสดทใชในการสรางแมแบบ - ไมอด 1 แผน

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

45

- กลองใสแผนซด - แรคซน - ไมบาซา

รปท 3.10 การออกแบบแมแบบสาหรบหลอเรซน 2 การหลอเรซนใหกบขดลวด

เรซนทใชในการหลอขดลวดของเครองกาเนดไฟฟาน เปนการสรางโครงสรางใหกบชดขดลวดและตาแหนงของชดขดลวดดวย โดยมขนตอนการผสมเรซนดงน

2.1 เตรยมเรซนเบอร 888 จานวน 5 กโลกรม ลงบนภาชนะทเตรยมไว 2.2 หยดนายาเรงแขง ประมาณเรซนกโลกรมละ 50 หยด หรอ อตราสวน 1 ตอ 100 2.3 คนเรซนกบนายาเรงใหเขากน จนรสกวามความหนด 2.4 เทเรซนลงบนแมแบบใหจนเตมผวหนาของชดขดลวดทกขด 2.5 รอจนกวาเรซนจะแหงสนท แลวจงถอดแบบออก

ขนตอนการหลอเรซน นาขดลวดมาวางบนแมแบบ ทาการจดวางชดขดลวดตามทแบบ จากนนวาง ใยแกวบรเวณ

ชองใสนอต ดงรปท 3.10 โดยการเทเรซนลงบนขดลวดทองแดงจะตองใชความระมดระวงและตองควบคมอณหภมทใชในการหลอไมเกนให 30 องศาเซลเซยส หรอ ถาอณหภมสงมากกวานนจะ ตองควบคม ปรมาณของน ายาเรงแขงใหด (การหลอเรซนนนสามารถทดลองไดโดยใชเทยบอตรา สวนทละนอยในการทดลอง) เพราะถาควบคมทงสอนขนตอนไมดอาจทาใหเรซนจดเรยงตวไมดเปนผลใหเรซนททาการหลอนนแตกได

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

46

รปท 3.11 แสดงการวางขดลวดในแมแบบ หลงจากทเทเรซนจะใชเวลาประมาณ 2-30 ชวโมง เรซนจะเรมเซตตวแขง จะใหดควรทง

ไว 2 วนเพอใหเรซนนนแหงสนดจากนนจงแกะเรซนชดขดลวดออกจากแมแบบได (ควรระวงถาเรซนตดกบไมอดแนนมาก จะตองคอยๆแกะเรซนชดขดลวดออก เนองจากเรซนบรเวณผวหนาขด ลวดทวางไวนนบางมาก ถาไมระมดระวงอาจจะทาใหเรซนบรเวณนแตได และขดลวดอาจเปนรอยทาใหเกดการลดวงจรได)

รปท 3.12 ขนตอนการผสมเรซนและการหลอเรซนบนขดลวด

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

47

รปท 3.13 ชดขดลวดไฟฟาเมอหลอเรซนเสรจเรยบรอย 3.8 การออกแบบโครงสรางฐานของเครองกาเนดไฟฟา โครงสรางฐานของเครองกาเนดไฟฟาหนาทคอใชในการตดตงชดโรเตอรและชดขดลวดไฟฟา เพอใชในการผลตไฟฟา โดยในการออกแบบจะตองคานงถงขนาดของชดขดลวดเปนเกณฑ 3.9 การออกแบบฐานยดเครองกาเนดไฟฟาทใชทดสอบในหองทดลอง การออกแบบฐานยดเครองกาเนดไฟฟากบแทนในหองทดลอง โดยใช มอเตอรไฟฟากระแส ตรงเปนตวขบเคลอนเครองกาเนด เพอทดสอบหาสมรรถภาพและประสทธภาพของตวเครองกา เนดไฟฟา ในการออกแบบจะตองคานงถงความเหมาะสมและความแขงแรงในการออกแบบตดตง ดงรป 3.14

รปท 3.14 การตดตงเครองกาเนดไฟฟาเขากบชดทดสอบในหองทดลอง 3.10 การประกอบเครองกาเนดไฟฟา การประกอบเครองกาเนดไฟฟาตองระมดระวงเปนอยางมาก เนองจากแผนแมเหลกมแรงดงดดมากเนองจากทศทางของขวแมเหลกตรงกนขามกนทาใหขวแมเหลกนนดดกน อาจเกดอนตรายได 3.10.1 การประกอบเครองกาเนดไฟฟามขนตอนดงน

นาชด bearing ตดตงแผนโครงสรางฐานสาหรบตดตงชดขดลวดและแกนเพลา นาแผนโครงสรางฐานทตดตงชด bearing ตดตงกบฐานของกงหนลม จากนน สวมแกนเพลาตามดวยแปนยดแผนขวแมเหลกทาการขนเกลยวของสกลใหแนจากนนนาแผนแมเหลกชดแรกวางบนแปนแลวนาหมอนลองหนนมาวางแลวทาการขนสกลใหแนนจากนนนนาสกลเกลยวตลอดยดตดกบแผนโครงสรางฐานเพอใชยดตดตงชดขดลวดไฟฟา ดงรปท 3.15

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

48

รปท 3.15 ขนตอนการประกอบเครองกาเนดไฟฟา จากนนนาแผนขวแมเหลกอกชดมาวางโดยทขวแมเหลกจะตองสลบขวกนดงรปท 3.11 เมอวางไดตามตาแหนงทตองการจากนนสวมแปนยดแผนขวแมเหลกอกชนและทาการไขสกลใหแนจาก นนนานอตตวเมยขนาด 1 นวมาไขยดใหแนนอกครงดงรปท 3.15

รปท 3.16 แสดงการประกอบเครองกาเนดไฟฟาเสรจสมบรณ

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

49

3.11 การทดลอง ในปรญญานพนธเลมนไดทาการแบบการทดสอบหาประสทธภาพและสมรรถนะของเครอง กาเนดไฟฟาดงตอไปน 3.11.1 การทดสอบหาประสทธภาพและสมรรถนะของเครองกาเนดไฟฟา การทดสอบหาสมรรถนะของเครองกาเนดไฟฟาเพอกาหนดความสามารถทเหมาะสมตอการใชงานจรงนน สามารถทดสอบไดจากหองทดลองเครองกลไฟฟาโดยการใชมอเตอรไฟฟากระแส ตรงขนาด 1500 W เปนตนกาลงในการขบเครองกาเนดไฟฟาทใชทดสอบ โดยใชชดสายพานเปนตวเชอมระหวางมอเตอรกบเครองกาเนด และเปนการทดสอบเครองกาเนดไฟฟาเพอหาประสทธภาพพกดเครองกาเนดไฟฟาแบบเสนแรงแมเหลกตามแนวแกนหมนขนาด 12 คอลย 12 ขว แมเหลก กบภาระทางไฟฟาตามทกาหนด 3.11.1.1 การทดสอบหาประสทธภาพของเครองกาเนดไฟฟา อปกรณทใช - มอเตอรไฟฟากระแสตรงขนาด 1500 W - เครองมอวด กระแสไฟฟา , แรงดนไฟฟา,และกาลงไฟฟา - ออสซลโลสโคป - เครองวดความเรวรอบแบบแสง - ชดวงจรแปลงแรงดนกระแสสลบเปนกระแสตรง - หลอดฟลออเรสเซนต 220 โวลต 36 วตต จานวน 4 หลอด ( แบบบลลาสขดลวด) - หลอดอนแคนเดสเซนต 220 โวลต 25 วตต จานวน 10 ดวง - มอเตอรพดลมตงโตะ 220โวลต 54 วตต จานวน 1 ตว คอมพวเตอร (พรอมจอแอลซด) คอมพวเตอรโนตบค - เครองวดแรงบด

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

50

3.12 ลาดบขนการทดลอง 1. ตอวงจรตามรปท 3.16 2. ทาการทดสอบโดยวดคาตาง ๆของเครองกาเนดเชนแรงดนไฟฟา กระแสไฟฟา กาลงไฟฟา และแรงบดของตวขบทใชในการทางาน ซงในแตละการทดลองนน ใหควบคมความเรวรอบท 500 รอบตอนาท ขณะไมมโหลด และมโหลด โดยโหลดในทน คอ หลอดฟลออเรสเซนต 220 โวลต 36 วตต (แบบบลลาสขดลวด), หลอดอนแคนเดสเซนต 220 โวลต 40 วตต , มอเตอรพดลมตงโตะ 220โวลต 54 วตต จานวน 1 ตว , คอมพวเตอร (พรอมจอแอลซด) , คอมพวเตอรโนตบค , เครองวดแรงบด

3.17 ไดอะแกรมการตอวงจร

3.18 การตอวงจรเครองกาเนดไฟฟา

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

51

รปท 3.19 รปการทดลองโหลดชนดตางๆ การทดสอบประกอบไปดวยการทดสอบดงตอไปน 1 การทดสอบกบโหลดชนด Z คอ หลอดฟลออเรสเซนต หลอดอนแคนเดสเซนต 2 การทดสอบกบโหลดชนด I คอ เคสคอมพวเตอร จอแอลซด คอมพวเตอรโนตบค 3 การทดสอบกบโหลดชนด P คอ มอเตอรพดลม

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

52

บทท 4 ผลการวจย

4.1 บทนา ในบทนจะกลาวถงผลการทดสอบหาประสทธภาพ และสมรรถนะของเครองกาเนดไฟฟาทไดออกแบบและสรางขน โดยการทดสอบจะอาศยมอเตอรไฟฟากระแสตรงในหองปฏบตการ ทาหนาทเปนตวตนกาลงในการขบเคลอนเครองกาเนดไฟฟา 4.2 ผลการทดลอง การคานวนระบบสงกาลงของตวขบเคลอนและเครองกาเนดไฟฟา

อตราสวนมเลย 36 : 15 = 2.4 ความเรวรอบของมอเตอร = 2.4 x 500 = 1200 รอบ/นาท

สตร P(in) = 2

60

nT W

ตารางท 4.1 โหลดชนด Z (หลอดฟลออเรสเซนต )

หลอดฟลออเรสเซนต V A W(Pout) (T)แรงบด f P(in) Cos ประสทธภาพ

(%) หลอดฟลออเรสเซนต

No Load 230 - - 0 50.52 - - -

1 หลอด 225 0.35 35 0.29 50.39 36.424 0.540 96 %

2 หลอด 212 0.66 65 0.515 50.52 72.22 0.550 90 %

3 หลอด 205 0.90 86 1.02 50.25 128.112 0.580 67 %

4 หลอด 195 1.11 113 1.25 50.51 157 0.600 71 %

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

53

รป 4.1.1 กราฟกาลงโหลด Z หลอดฟลออเรสเซนต

รปท 4.1.2 กราฟแรงดนโหลด Z หลอดฟลออเรสเซนต

รปท 4.1.3 กราฟคาประสทธภาพหลอดฟลออเรสเซนต

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

54

สรปตารางการทดลอง จากขอมลดงแสดงในตารางโหลดประเภทอมพแดนซคงทจะเหนไดวาคาประสทธภาพของเครองกาเนดไฟฟาจะสงสดเมอจายใหหลอดไฟเพยงหลอดเดยว และเมอจายโหลดเพมขน เปน 2หลอด 3หลอดและ 4หลอด ประสทธภาพของเครองกาเนดจะลดลงเหตผลเพราะเมอจายโหลดเพมมากขนกระแสไฟฟาทเพมตามไปดวย จะทาใหกาลงสญเสยตางๆเพมสงตามไปดวย และอก 2องคประกอบทไมสามารถควบคมไดคอ แรงดนไฟฟา และตวประกอบกาลง (cosø) ซงแรงดนไฟฟานนไมสามารถปรบเพมได เนองจากเครองกาเนดใชแทงแมเหลกถาวร ดงนนการปรบแรงดนจงทาไดวธเดยวคอเพมรอบของเครองกาเนดไฟฟา ซงมผลจะทาใหความถเปลยนแปลงไป และตวประกอบกาลง (cosø) ซงไมไดถกชดเชยเพอใหเขาใกล 1 ดงนนประสทธภาพของเครองกาเนดจะขนอยกบ 2 สวนหลกๆคอ กระแสไฟฟาทเพมขนและตวประกอบกาลง (cosø) นนเอง ตารางท 4.2 โหลด Z ชนด (หลอดอนแคนเดสเซนต )

หลอดใส 25 W V A W(Pout) (T)แรงบด f P(in) Cos ประสทธภาพ

(%)

1 หลอด 225 0.11 24 0.25 50.20 31.4 0.993 76.43 %

2 หลอด 220 0.22 47 0.43 50.20 54 0.999 87.02 %

3 หลอด 218 0.33 68 0.60 50.10 75.36 1.0 90.23 %

4 หลอด 215 0.46 93 0.867 50.49 108.89 1.0 90.23 %

5 หลอด 210 0.59 118 1.05 50.66 131.88 1.0 89.4 %

6 หลอด 205 0.71 139 1.20 50.59 150.72 1.0 92.22 %

7 หลอด 200 0.81 154 1.32 50.15 165.792 1.0 92.88 %

8 หลอด 200 0.91 171 1.45 50.40 182.12 1.0 93.89 %

9 หลอด 195 1.03 191 1.68 50.60 211.008 1.0 90.51 %

10 หลอด 193 1.12 203 1.95 50.45 244.92 1.0 82.88 %

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

55

หลอดใส 25 W 8 หลอด

100 W 2 หลอด V A W(Pout) (T)แรงบด f P(in) Cos

ประสทธภาพ(%)

1 หลอด 225 0.11 24 0.25 50.20 31.4 0.993 76.43 %

2 หลอด 220 0.22 47 0.43 50.20 54 0.999 87.02 % 3 หลอด 218 0.33 68 0.60 50.10 75.36 1.0 90.23 % 4 หลอด 215 0.46 93 0.867 50.49 108.89 1.0 90.23 %

5 หลอด 210 0.59 118 1.05 50.66 131.88 1.0 89.4 % 6 หลอด 205 0.71 139 1.20 50.59 150.72 1.0 92.22 % 7 หลอด 200 0.81 154 1.32 50.15 165.792 1.0 92.88 %

8 หลอด 200 0.91 171 1.45 50.40 182.12 1.0 93.89 % 100 W 1 หลอด 188 1.30 230 2.30 50.81 288.88 1.0 79.69 % 100 W 2 หลอด 175 1.63 264 2.74 50.30 344.144 1.0 76.71 %

รปท 4.2.1 กราฟกาลงโหลด Z หลอดอนแคนเดสเซนต

รปท 4.2.2 กราฟแรงดนโหลด Z หลอดอนแคนเดสเซนต

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

56

รปท 4.2.3 กราฟคาประสทธภาพโหลด Z หลอดอนแคนเดสเซนต สรปตารางการทดลอง จากขอมลดงแสดงในตารางโหลดประเภทความตานทานคงทจะเหนไดวาคาประสทธภาพของเครองกาเนดไฟฟาจะลดลงอยางรวดเรวเมอเพมหลอดไฟขนาด 100 W เขาไป เหตผลเพราะเมอจายโหลดเพมมากขนกระแสไฟฟาทเพมตามไปดวยจะทาใหกาลงสญเสยตางๆเพมสงตามไปดวย ดงน นคาประสทธภาพของเครองกาเนดไฟฟาเมอจายโหลดชนดนจะขนอยกบ กระแสไฟฟาและแรงดนไฟฟาเนองจากคาตวประกอบกาลงของโหลดประเภทนจะไมเปลยนแปลง

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 2 4 6 8 10 12 14

ประสทธ ภาพ (%)

ประสทธภาพ (%)

จานวนหลอดอนแคนเดสเซนต

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

57

ตารางท 4.3 โหลด P ชนดมอเตอรพดลม 220 V 57 W 50Hz

พดลม 220 V 57 W

50Hz V A W(Pout) (T)แรงบด F P(in) Cos

ประสทธภาพ(%)

ความเรวสงเบอร3 220 0.24 50 0.42 50.50 52.752 0.992 94.75 %

ความเรวกลางเบอร2 220 0.20 42 0.38 50.25 47.728 0.985 87.99 %

ความเรวตาเบอร1 220 0.18 39 0.35 50.30 43.96 0.963 88.71 %

รปท 4.3.1 กราฟกาลงโหลด P ชนดพดลม

รปท 4.3.2 กราฟแรงดนโหลด P ชนดพดลม

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

58

รปท 4.3.3 กราฟคาประสทธภาพโหลด P ชนดพดลม สรปตารางการทดลอง จากขอมลดงแสดงในตารางโหลดประเภทกาลงไฟฟาคงทจะเหนไดวาคาประสทธภาพสงสดของเครองกาเนดคอจายใหกบพดลมขนาดเพยง 57W ดงนนจงสามารถทดลองทระดบแรงดนไฟฟาคงทไดคอท 220 V ทง 3 ความเรว ผลทไดคอคาประสทธภาพของเครองกาเนดไฟฟาไมเปลยนแปลงตามกระแสไฟฟาทเพมสงขนซงทาใหกาลงสญเสยเพมสงขน เหตผลเปนเพราะคาตวประกอบกาลงจะเพมสงขนตามการเพมของภาระ เมอเทยบกบกระแสไฟฟาทเพมขนเพยงเลกนอยเทานน

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

59

ตารางท 4.4 โหลด I อปกรณอเลกทรอนกส (คอมพวเตอร)

คอมพวเตอร V A W(Pout) (T)แรงบด F P(in) Cos ประสทธภาพ

(%)

เคสคอมพวเตอร 220 0.41 39 0.35 50.30 43.96 0.963 88.71 %

Notebook 220 0.26 50 0.575 51.33 72.22 0.890 69.23 %

เคส+จอLCD 220 0.57 116 0.95 50.52 119.32 0.764 97.21 %

รปท 4.4.1 กราฟกาลงโหลด I ชนดคอมพวเตอร

รปท 4.4.2 กราฟแรงดนโหลด I ชนดคอมพวเตอร

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

60

รปท 4.4.3 กราฟคาประสทธภาพโหลด I ชนดคอมพวเตอร สรปตารางการทดลอง จากการทดลองอปกรณทมประสทธภาพสงสด คอ อปกรณอเลกทรอนกสคอมพวเตอร และจากการทดสอบจะเหนไดวา เมอคาของกาลงไฟฟาเปลยนแปลงแรงดนจะคงทเสมอโดยสงทจะแปรตามกาลงไฟฟา คอ กระแสของภาระ

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

61

การคานวณคายอนกลบเพอหาคาความผดพลาด (Er ror ) การวดแรงดนของขดลวดแตละขดจานวน 12 ขด ทความเรวรอบของ Generator 500 รอบ / นาท

ขณะไมไดจายภาระทางไฟฟา

4.5 ตารางแสดงแรงเคลอนเหนยวนาทเกดในขดลวดของเครองกาเนดไฟฟา

ลวดขดท แรงดนตอขดทวดได(V)

แรงดนตอขดทคานวณ(V) %Error แรงดนไฟฟาท

คลาดเคลอน(V) 1 18.1 18.34 -1.308615049 -0.24

2 18.3 18.34 -0.218102508 -0.04

3 18.5 18.34 0.872410033 0.16

4 18.5 18.34 0.872410033 0.16

5 18.9 18.34 3.053435115 0.56

6 18.3 18.34 -0.218102508 -0.04

7 18.1 18.34 -1.308615049 -0.24

8 18.8 18.34 2.508178844 0.46

9 18.1 18.34 -1.308615049 -0.24

10 18.1 18.34 -1.308615049 -0.24

11 18.6 18.34 1.417666303 0.26

12 18 18.34 -1.85387132 -0.34

รวม 220.3 220.08 0.09996365 0.22

การคานวณแรงดนไฟฟาของเครองกาเนดไฟฟากระแสสลบ แบเสนแรงแมเหลกไหลตามแนวแกนหมน 1 เฟส 220 โวลต 50 เฮรตซ

1. ตองการแรงดนไฟฟา 220 โวลต 2. ความถ 50 เฮรตซ

แรงดนไฟฟาตอขด = 220

12

= 18.33 V ดงนน แรงดนไฟฟาตอขดทคานวณในการออกแบบมคาใกลเคยงกบแรงดนไฟฟาทวดได คาความผดพลาด (Error) ของแรงดนจงมคานอยมาก

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

62

สรปความคลาดเคลอนของการวางขดลวด

ขดท1 เรมนบทางดานสายไฟออกและขดททามมเพมขนไป 30° เปนขดท 2 ขดท 1 คลาดเคลอนจากจดทถกตองไปเปนมม +2° ดงนนขดลวดชดนจงวางอยทมม 2° ขดท 2 ไมเกดความคลาดเคลอนดงนนขดลวดชดนจงวางอยทมม 30° ขดท 3 คลาดเคลอนจากจดทถกตองไปเปนมม +5°ดงนนขดลวดชดนจงวางอยทมม 65° ขดท 4 คลาดเคลอนจากจดทถกตองไปเปนมม +3°ดงนนขดลวดชดนจงวางอยทมม 93° ขดท 5 คลาดเคลอนจากจดทถกตองไปเปนมม -2°ดงนนขดลวดชดนจงวางอยทมม 118° ขดท 6 คลาดเคลอนจากจดทถกตองไปเปนมม +4°ดงนนขดลวดชดนจงวางอยทมม 154° ขดท 7 คลาดเคลอนจากจดทถกตองไปเปนมม -2°ดงนนขดลวดชดนจงวางอยทมม 178° ขดท 8 คลาดเคลอนจากจดทถกตองไปเปนมม -3°ดงนนขดลวดชดนจงวางอยทมม 207° ขดท 9 คลาดเคลอนจากจดทถกตองไปเปนมม -2°ดงนนขดลวดชดนจงวางอยทมม 238° ขดท 10 ไมเกดความคลาดเคลอนดงนนขดลวดชดนจงวางอยทมม 270° ขดท 11 คลาดเคลอนจากจดทถกตองไปเปนมม -1°ดงนนขดลวดชดนจงวางอยทมม 299° ขดท 12 คลาดเคลอนจากจดทถกตองไปเปนมม +6°ดงนนขดลวดชดนจงวางอยทมม 336°

รปท 4.1 แสดงการวางขดลวดคลาดเคลอน

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

63

สาเหตทเครองกาเนดไฟฟาไมสามารถจายภาระไดตามทไดออกแบบไว มสาเหตมาจากแมเหลกถาวรทไมสามารถปรบคาของสนามแมเหลกไดจงไมสามารถปรบแรงดนไฟฟาของเครองกาเนดเพอชดเชยกบคาแรงดนทลดลงจากการจายภาระได ตามหลกของการควบคมแรงดนของเครองกาเนดไฟฟาทวไปคอ 1.ปรบความเขมของสนามแมเหลก 2.ปรบความเรวรอบของขวตนกาลงทาใหเครองกาเนดหมนเรวขน วธแรกเปนวธเดยวทไมมผลกระทบกบสวนอนของเครองกาเนดเชน ความถจะไมเปลยนแปลงสามารถจายโหลดไดเพมขนโดยทสามารถรกษาระดบแรงดนไฟฟาและความถไวได แตวธทสองน นสามารถเพมแรงดนไฟฟาไดกจรง แตไมสามารถรกษาความถใหคงทไดเพราะการทเพมรอบของเครองกาเนดไฟฟาจะทาใหความถเพมสงตาม

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

บทท 5 สรปผลการวจย

5.1 บทนา ในบทนจะกลาวถงผลการทดสอบเครองกาเนดไฟฟาเสนแรงแมเหลกตามแนวแกนหมน 220 V 50 Hz ทไดสรางขนตามแนวทางการทดสอบในบทท 3 5.2 สรปผลการวจย เครองกาเนดแบบเสนแรงแมเหลกตามแนวแกนหมน (Axial Flux Generator) 220 V,50 Hz มจดเดนตรงทมโครงสรางไมซบซอนสามารถสรางและประกอบไดงายในราคาถก อกทงสามารถออกแบบใหมขว แมเหลกไดมากทาใหนาไปใชงานกบตนกาลงทมความเรวรอบหมนตาไดด และเนองจากเครองกาเนดไฟฟาทไดออกแบบสามารถผลตออกมาเปน AC จงสามารถนาไปจายกระแสไฟฟาใหกบภาระทางไฟฟาไดโดยตรงโดยไมตองผานอปกรณแปรผกผนไฟฟา(Inverter) จงทาใหประสทธภาพโดยรวมของระบบสงขนหากตองการความถ 50 Hz ตามทไดออกแบบไวแตตองใชงานกบตวขบเคลอนทมความเรวรอบทคงท คอ 500 รอบตอนาท เชน กงหนน าเพอรกษาความถใหไดตามทภาระตองการ คอ 50 Hz จากการทดสอบการจายภาระทางไฟฟากระแสสลบท ง 3 แบบคอทาใหทราบถงแนวทางการนาไปใชงานคอเมอนาไปใชกบภาระทางไฟฟาทตองการกระแสสงเชนภาระความตานทาน จะทาใหประสทธภาพของเครองกาเนดไฟฟาลดลงมากเมอภาระทางไฟฟาเพมขน แตถานาไปใชกบภาระทางไฟฟาทตองการกระแสหรอกาลงคงทเชนภาระทเปนอปกรณอเลกทรอนกสและภาระทเปนตวเหนยวนาเครองกาเนดไฟฟาจะมประสทธภาพสงและสามารถจายกาลงไฟฟาไดมาก สาหรบแนวทางในการพฒนาประสทธภาพของเครองกาเนดไฟฟาใหมคาสงขนสามารถทาไดโดยเลอกใชแมเหลกถาวรทมความเขมของเสนแรงแมเหลกสงเพราะจะทาใหเครองกาเนดไฟฟามแรงเคลอนเหนยวนาทสงขนตาม เมอจายภาระทางไฟฟาจะชวยลดคาของกระแสไฟฟาทมผลตอการสญเสยในขดลวดเครองกาเนดไฟฟาได จากการทดสอบแสดงใหเหนวาเครองกาเนดไฟฟาแบบแมเหลกถาวรชนดสนามแมเหลกตามแนวแกนสามารถออกแบบและสรางใหสามารถจายภาระทางไฟฟากระแสสลบทมอยท วไปไดจงเปนแนวทางในการนาไปประยกตใชในการผลตพลงงานไฟฟาจากพลงงานทดแทนในชนบทหรอพนทหางไกลไดโดยมตนทนในการสรางตามความซบซอนและตองการการบารงรกษานอยอกทงยงสามารถใชเปนแนวทางในการศกษาและวจยทางดานพลงงานทดแทนตอไป

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

บรรณานกรม [1] ณรงค ชอนตะวน,2538, มอเตอรไฟฟากระแสสลบ. กรงเทพมหานคร. [2] ศ.ดร.วรทธ องภาภรณ และ รศ.ชาญ ถนดงาน, 2524, การออกแบบเครองกล สถาบน เทคโนโลยพระจอมเกลา พระนครเหนอ [3] เกยรตศกด อรรถสษฐ และ ทะแกลว ปานขาว,2551, ออกแบบและสรางมอเตอรไฟฟาชนด แมเหลกถาวรแบบเสนแรงแมเหลกตามแกน, ปรญญานพธปรญญาวศวกรรมศาสตรบณฑต สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลธญบร [4] ธระศกด พรยะปญญาพร, พศทธ พมเกษม และ สพจน นมวฒน ,2551, การศกษาออกแบบและ สรางกงหนลมผลตกระแสไฟฟาแนวแกนตง, ปรญญานพธปรญญาวศวกรรมศาสตรบณฑต สาขาวศวกรรมไฟฟา มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลสวรรณภม [5] รศ.พเชษฐ ลมสวรรณและ ผศ.สปาณ ลมสวรรณ,2543, ไฟฟาและแมเหลก. กรงเทพมหานคร. [6] วระศกด ซอมขนทด,2548, แมเหลกไฟฟา. สานกพมพจฬาลงกรณมหาวทยาลย. [7] มงคล ทองสงคราม,2539, สนามแมเหลกไฟฟา. บรษทรามาการพมพ จากด กรงเทพมหานคร. [8] ไชยชาญ หนเกด,2542, เครองกลไฟฟา 1. สมาคมสงเสรมเทคโนโลย(ไทย – ญปน) กรงเทพ มหานคร. [9] รศ.สมพนธ หาญชเล,2542, เครองกลไฟฟา 2. ภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร บางมด กรงเทพมหานคร. [10] www.rmutphysics.com [11] www.sinomagnetic.com [12] www.aaamagnet.net [13] www.mademagnet.com [14] www.magnets-ndfeb.com

66