3. คุณลักษณะแรงบิดกับกระแสไฟฟ้าที่อาร์เมเจอร์ (คุณลักษณะทางไฟฟ้า : electrical characteristics)
ผลจากการที่กระแสไหลผ่านขดลวดอาร์เมเจอร์ทําให้เกิดแรงและแรงบิดหมุนขึ้นที่อาร์เมเจอร์ โดยมี
สมการแรงบิดกับกระแสฟ้าที่อาร์เมเจอร์ ดังนี้
2
a
m a
P zI
K I
a
เมื่อ km เป็นค่าคงที่ทางกล
เมื่อ kf เป็นค่าคงที่ทางเส้นแรงแม่เหล็ก
เมื่อ k2=kmkf เป็นค่าคงที่ ดังนั้น
f f
K I
2 f a
K I I
m f f a
K K I I
2
m
Pz
K
a
จะได้ว่า
จากสมการ ได้ว่าแรงบิดที่อาร์เมเจอร์แปรผันตามกับกระแสที่อาร์เมเจอร์ เมื่อให้กระแสไฟฟ้าที่ขดลวด
สนามแม่เหล็กคงที่ คุณลักษณะมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบชันท์แสดงได้ดังรูป
4. กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงบิดกับกระแสที่อาร์เมเจอร์
จากกราฟและสมการ ถ้า Ia เท่ากับศูนย์แรงบิดก็เท่ากับศูนย์ และถ้า Ia มีค่าเพิ่มขึ้น แรงบิดมีค่าเพิ่มขึ้น
ในลักษณะเส้นตรง ในทางปฎิบัติมีกระแสIa ค่าหนึ่งเพื่อเอาชนะแรงจากการหมุน เพื่อให้มีค่าแรงบิด
เกิดชึ้นที่อาร์เมเจอร์และค่าสูญเสียต่างๆในมอเตอร์
T เป็นแรงบิดทั้งหมดของมอเตอร์
Tsh เป็นแรงบิดที่ปลายเพลาของมอเตอร์
5. คุณลักษณะความเร็วและกระแสอาร์เมเจอร์
คือเส้นกราฟคุณลักษณะของความเร็วกับกระแสอาร์เมเจอร์ (N/Ia characteristics) เมื่อ
มอเตอร์หมุนไป จะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้ำต้ำนกลับ (Eb) แลทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้ำตกคร่อมจำก
ขดลวดอำร์เมเจอร์ (IaRa) เมื่อนําแรงดันไฟฟ้ำต้ำนกลับ (Eb) รวมกับแรงดันไฟฟ้ำตกคร่อมจำก
ขดวดอำร์เมเจอร์ (IaRa) จะเท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้ (Vt) ถ้าไม่คํานึงถึงแรงดันไฟฟ้าลดลง
เนื่องจากอาร์เมเจอร์รีแอคชั่น จะได้
60
t b a a
b t a a
t a a
t a a
t a a t a a
V E I R
E V I R
PZ n
V I R
a
K n V I R
V I R V I R
n
K K K
จากสมการจะเห็นว่ากรณีหมุนในขณะไม่มีโหลดที่เพลา ค่ากระแสอาร์เมเจอร์ (Ia)น้อยๆ จะมี
ความเร็วรอบคงที่ค่าหนึ่ง ( ) เมื่อมีโหลดเพิ่มขึ้น ค่ากระแสอาร์เมเจอร์ (Ia) ก็เพิ่มขึ้น มีผลทําให้
ความเร็วรอบของมอเตอร์ลดลง เมื่อกระแส (Ia) ก็เพิ่มขึ้น
t
V
K
6. เส้นกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วรอบกับกระแสไฟฟ้าที่อาร์เมเจอร์
ถ้าแรงดันป้อน Vt คงที่ เมื่อโหลดเพิ่มขึ้นกระแสอาร์เมเจอร์ Ia จะเพิ่มขึ้น แต่กระแสฟีลด์ Ish คงที่
(เนื่องด้วย Rsh คงที่) เมื่อIsh คงที่ ค่าฟลักจะมีค่าคงที่ (เนื่องด้วย ฟลั๊กแปรผันตรงกับ Ish) ดังนั้น
จะได้ ความเร็ว N แปรผันตรงกับ Vt-IaRa ด้วยเหตุดังกล่าวจึงทําให้ความเร็วของชันท์มอเตอร์
ลดลงบ้างประมาณ 5-15% ของความเร็วเมื่อโหลดเต็มพิกัด
7. วงจรสมมูลหรือวงจรเทียบเคียงมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบชั้นท์
N S
Ea
Ia If
Vt
Ea
Ia It
Rf
If
Vt
Shunt DC Motor
Ra
Equivalent Circuit of Shunt DC Motor
f
f
f
t f a
a t a a
t a a
V
I
R
I I I
E V I R K
V E I R
เขียนวงจรสมมูลได้โดย ภายในขดลวดอาร์เมเจอร์เทียบเท่าว่ามีแรงดันไฟฟ้า
ต้านกลับกับค่าความต้านทานที่อาร์เมเจอร์ต่ออนุกรมกัน ส่วนขดลวด
สนามแม่เหล็กชั้นท์เทียบเท่าว่ามีค่าความต้านทานที่ขดลวดสนามแม่เหล็ก
ต่อขนานกับอาร์เมเจอร์
8. จากวงจรสมมูล
กําลังไฟฟ้าที่โหลด
กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวดสนามแม่เหล็กแบบชันท์
L t L
P V I
t
f
L
V
I
R
กระแสไฟฟ้าที่มอเตอร์รับเข้าไปจากแหล่งจ่ายหาได้จาก
t L f a
I I I I
Ea = แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนําที่เกิดขึ้นในอาร์เมเจอร์
Vt = แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ขั้ว
Ra = ค่าความต้านทานของขดลวดอาร์เมเจอร์
Ia = กระแสไฟฟ้าที่ไหลในขดลวดอาร์เมเจอร์
If = กระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจรขดลวดสนามแม่เหล็ก
It = กระแสไฟฟ้าที่มอเตอร์รับเข้า
เมื่อคิดผลของแรงดันไฟฟ้าลดลงเนื่องจากอาร์เมเจอร์รีแอกชัน
ดังนั้น t a a a ar
V E I R V
9. การสูญเสียในมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบชันท์
การสูญเสียในมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบ่งออกได้เป็น 3 กลุ่มใหญ่ๆดังนี้
1. การสูญเสียในขดลวดทองแดง (Copper losses:Pc)
การสูญเสียในขดลวดทองแดง (copper losses) เป็นกําลังสูญเสียในรูปของความร้อน เนืองจากกระแสไหล
ผ่านค่าความต้านทานของขดลวดทองแดง การสูญเสียนี้จะเป็นปฎิภาคโดยตรงกับกระแสทีไหลผ่านขดลวดยกกําลัง
สองและค่าความต้านทานของขดลวด การสูญเสียในขดลวดทองแดง ประกอบด้วย
ก. การสูญเสียในขดลวดอาเมเจอร์รวมกับการสัมผัสหน้าแปรงถ่าน (armature copper loss)
เป็นการสูญูเสียเนื่องจากกระแสอาร์เมเจอร์ (Ia) ไหลผ่านค่าความต้านทานของวงจรขดลวดอาร์เมเจอร์ (Ra) การ
สูญเสียนีจะมีค่าประมาณ 30-40 % ของการสูญเสียเมือโหลดเต็มพิกัด เขียนเป็นสมการได้ดังนี้
เมือ Ia = กระแสอาร์เมเจอร์ [แอมแปร์]
Ra = ค่าความต้านทานของอาร์เมเจอร์ขดลวดอินเตอร์โปลและอืนๆ [โอห์ม]
2
a a a
P I R
10. ข. การสูญเสียในขดลวดสนามแม่เหล็ก(Field copper loss) เป็นการสูญเสียในขดลวดทองแดงของ
ชุดขดลวดสนามแม่เหล็กแบ่งออกได้ดังนี้
ค. การสูญเสียเนื่องจากความต้านทานที่แปรงถ่าน (the loss due to brush contact
resistance) โดยปกติจะรวมอยู่กับการสูญเสียในขดลวดอาเมเจอร
การสูญเสียในขดลวดทองแดงของชันท์ฟีลด์(shunt field copper loss) เขียนเป็นสมการได้ดังนี้
เมือ If = กระแสในขดลวดชั้นท์ฟีลด์ [แอมแปร์]
Rf = ค่าความต้านทานของขดลวดชั้นท์ฟีลด์ [โอห์ม]
2
s s s
P I R
การสูญเสียในขดลวดทองแดงของชีรีส์ฟีลด์(series field copper loss) เขียนเป็นสมการได้ดังนี้
เมือ Is = กระแสในขดลวดชีรีส์ฟีลด์ [แอมแปร์]
Rsh = ค่าความต้านทานของขดลวดชีรีส์ฟีลด์ [โอห์ม]
2
f f f
P I R
11. 2. การสูญเสียทางแม่เหล็ก(Magnetic losses: Pcore)
เรียกกันโดยทั่วไปว่าการสูญเสียในแกนเหล็ก (iron or core losses) การสูญเสียส่วนใหญ่เกิดขึ้นใน
แกนเหล็กอาร์เมเจอร์เมื่ออาร์เมเจอร์หมุนแกนเหล็กจะเคลื่อนทีผ่านขั้วเหนือและขั้วใต้ของขั้วแม่เหล็กทําให้
สนามแม่เหล็กทีผ่านแกนเหล็กมีการเปลียนแปลงเกิดขึ้นทําให้เกิดการสูญูเสียเนืองจากฮิสเตอรีซิสและ
กระแสไหลวนการสูญเสียในแกนเหล็กแบ่งออกได้ดังนี้
ก. การสูญเสียเนืองจากฮีสเตอรีซีส(hysteresis loss) กําลังไฟฟ้าสูญเสียส่วนนี้บอกมาเป็นจํานวน
เปอร์เซ็นต์ของกําลังเอาต์พุต กําหนดให้เป็น Ph หน่วยเป็นวัตต์
ข. การสูญเสียเนืองจากกระแสไหลวน (eddy current loss) กําลังไฟฟ้าสูญเสียส่วนนี้บอกมาเป็น
จํานวนเปอร์เซ็นต์ของกําลังเอาต์พุต กําหนดให้เป็น Pe หน่วยเป็นวัตต์
ดังนั้นกําลังไฟฟ้าที่สูญเสียในแกนเหล็กกําหนดให้เป็น Pc หาได้จากสมการ
การสูญเสียนี้มีค่าประมาณ 20 – 30% ของการสูญเสียเมื่อโหลดเต็มพิกัด การสูญเสียดังกล่าวในทาง
ปฏิบัติถือว่าคงทีโดยเฉพาะอย่างยิ่งในมอเตอร์ไฟฟ้าแบบชันท์และแบบคอมเปานด์เพราะว่ากระแสฟีลด์
ของทั้งสองแบบมีค่าเกือบคงที
core h e
P P P
14. การสูญเสียทั้งหมด (Total losses) = การสูญเสียในขดลวดอาเมเจอร์ + WC
ดังนั้น ในมอเตอร์ไฟฟ้าแบบแบบชั้นท์และแบบคอมเปานด์
การสูญเสียทั้งหมด =
การสูญเสียในขดลวดอาเมเจอร์ =
2
a a c
I R W
2
t f a c
I I R W
2
a a
I R
ดังนั้นกําลังไฟฟ้าสูญเสียทั้งหมดของมอเตอร์ไฟฟ้ากําหนดให้เป็น Ploss หาได้จากสมการ
r
P
loss C core ot
P P P
เรียกกันโดยทั่วไปว่า “การสูญเสียที่แปรค่าได้” (variable loss) ทั้งนี้เพราะว่ามันแปรค่าตาม
กระแสโหลด
15.
16. กําลังในส่วนต่างๆ ของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
กําลังอินพุทของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง หมายถึงกําลังอินพุตจากแหล่งจ่าย เป็นแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า
ที่จ่ายให้กับมอเตอร์และมีกระแสไฟฟ้าไหลเข้าไป ดังนั้นกําลังอินพุตของมอเตอร์ไฟฟ้าไฟฟ้ า ใช้สัญลักษณ์
Pin หาค่า Pin ได้จากสมการ
( )
in t t t f a
P V I V I I
กําลังไฟฟ้าที่ขั้วอาร์เมเจอร์ เป็นกําลังไฟฟ้าที่เกิดข้นที่ขั้วของอาร์เมเจอร์ที่แปรงถ่านทั้งสองสัมผัส
อยู่ โดยกําลังไฟฟ้าที่ขั้วอาร์เมเจอร์หาได้จาก
t t a em a
P V I P P
r
P
t t a em a a a a out ot core a
P V I P P E I P P P P
17. กําลังเอาท์พุทของมอเตอร์ไฟฟ้า หมายถึงกําลังกลที่เพลาของมอเตอร์เพื่อไปขับเคลื่อนโหลด ไฟฟ้า
สําหรับจ่ายให้โหลด ใช้สัญลักษณ์ Pout กําลังกลทางเอาต์พุตหาได้จาก
กําลังแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นกําลังไฟฟ้าที่ได้ผลิตขึ้นในขดลวดอาร์เมเจอร์ ซึ่งเป็นกําลังที่มอเตอร์ไฟฟ้า
แปรสภาพพลังงานจากกําลังไฟฟ้าไปเป็นกําลังกล โดยกําลังแม่เหล็กไฟฟ้าหาได้จาก
r
P
em a a out ot core
P E I P P
เมื่อ T คือ แรงบิดที่เพลาของมอเตอร์ไฟฟ้า
n คือ ความเร็วรอบของมอเตอร์
2
60
out
n
P
22. จากวงจรสมมูลได้
240
0.8
300
f
f
f
V
I A
R
15 0.8 14.2
t f a a t f
I I I I I I A
ก. กําลังไฟฟ้าสูญเสียในขดลวดทั้งหมด
2 2
14.2 (1.2) 241.968
a a a
P I R W
กําลังไฟฟ้าสูญเสียในขดลวดสนามแม่เหล็กแบบชันท์
กําลังไฟฟ้าสูญเสียในขดลวดอาร์เมเจอร์
กําลังไฟฟ้าสูญเสียในขดลวดทั้งหมดหาได้จาก
2 2
0.8 (300) 192
f f f
P I R W
192 241.968 433.968
c a f
P P P W
25. จากวงจรสมมูลได้
250
2
125
f
f
f
V
I A
R
0 0 10 2 8
82 2 80
a t f
a t f
I I I A
I I I A
ก. กระแสไฟฟ้าที่อาร์เมเจอร์ขณะไม่มีโหลดและเมื่อทํางานเต็มพิกัด
กําหนดให้ Iao เป็นกระแสไฟฟ้าที่อาร์เมเจอร์ขณะไม่มีโหลด และ Ia เป็นกระแสไฟฟ้าที่อาร์เมเจอร์เมื่อ
ทํางานเต็มพิกัด ดังนั้น
กระแสไฟฟ้าที่อาร์เมเจอร์ขณะไม่มีโหลดมีค่าเท่ากับ 8 A และกระแสไฟฟ้าที่อาร์เมเจอร์เมื่อ
ทํางานเต็มพิกัดมีค่าเท่ากับ 80 A
26. ข. แรงดันไฟฟ้าต้านกลับขณะไม่มีโหลดและเมื่อทํางานเต็มพิกัด
กําหนดให้ Eao เป็นแรงดันไฟฟ้าต้านกลับขณะไม่มีโหลด และ Ea เป็นแรงดันไฟฟ้าต้านกลับเมื่อ
ทํางานเต็มพิกัด ดังนั้น
0 0 250 8(0.25) 248
250 80(0.25) 230
a t a a
a t a a
E V I R V
E V I R V
แรงดันไฟฟ้าต้านกลับขณะไม่มีโหลดมีค่าเท่ากับ 248 V และแรงดันไฟฟ้าต้านกลับเมื่อทํางาน
เต็มพิกัดมีค่าเท่ากับ 230 V
27. ค. ความเร็วรอบเมื่อทํางานเต็มพิกัด
เมื่อทํางานไม่มีโหลด 0 0
a
E K n
เมื่อทํางานเต็มพิกัด
ดังนั้น
a
E K n
0 0 0
a
a
E K n n
E K n n
จาก
0
0
230(1800)
1,670 / min
248
a
a
E n
n r
E
ความเร็วรอบเมื่อทํางานเต็มพิกัดมีค่าเท่ากับ 1670 รอบต่อนาที