เครื่องจักร DC สามารถจำแนกออกได้เป็น 2 ประเภท คือ มอเตอร์ DC และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า DC เครื่องจักร DC ส่วนใหญ่เทียบเท่ากับเครื่องจักร AC เนื่องจากมีทั้งกระแสไฟฟ้า AC และแรงดันไฟฟ้า AC ในตัว เอาต์พุตของเครื่อง DC คือเอาต์พุต DC เนื่องจากเครื่องเหล่านี้แปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง การสลับของกลไกนี้เรียกว่าการสลับ ดังนั้น เครื่องจักรเหล่านี้จึงถูกเรียกว่าเครื่องสวิตช์ด้วย เครื่องจักร DC ส่วนใหญ่มักใช้กับมอเตอร์ ประโยชน์หลักของเครื่องนี้ได้แก่ การปรับแรงบิดและความเร็วที่ง่ายดาย การใช้งานเครื่องจักร DC จำกัดเฉพาะรถไฟ โรงงาน และเหมืองแร่ ตัวอย่างเช่น รถไฟใต้ดินหรือรถรางก็สามารถใช้มอเตอร์ DC ได้ ก่อนหน้านี้รถยนต์ได้รับการออกแบบมาพร้อมกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า DC เพื่อชาร์จแบตเตอรี่

DC machine คืออะไร?

เครื่องจักร DC คืออุปกรณ์แปลงพลังงานไฟฟ้ากล หลักการทำงานของเครื่อง DC คือ เมื่อกระแสไฟฟ้าวิ่งผ่านขดลวดในสนามแม่เหล็ก จากนั้นแรงแม่เหล็กจะสร้างแรงบิดเพื่อหมุนมอเตอร์ DC เครื่องจักร DC แบ่งออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า DC และมอเตอร์ DC

เครื่อง DC

หน้าที่หลักของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า DC คือการแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า DC ในขณะที่มอเตอร์ DC จะแปลงพลังงาน DC ให้เป็นพลังงานกล มอเตอร์กระแสสลับมักใช้ในงานอุตสาหกรรมเพื่อแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล อย่างไรก็ตาม มอเตอร์ DC ถูกนำไปใช้งานในพื้นที่ที่ต้องควบคุมความเร็วอย่างละเอียดและมีช่วงความเร็วที่กว้าง เช่น ในระบบการซื้อขายไฟฟ้า

การก่อสร้างเครื่องจักร DC

การสร้างเครื่องจักร DC สามารถทำได้โดยใช้ชิ้นส่วนสำคัญบางชิ้น เช่น แอก แกนเสาและรองเท้าเสา ขดลวดเสาและขดลวดแม่เหล็ก แกนอาร์เมเจอร์ ขดลวดอาร์เมเจอร์หรือตัวนำ คอมมิวเตเตอร์ แปรงถ่านและตลับลูกปืน ด้านล่างนี้จะกล่าวถึงชิ้นส่วนบางส่วนของเครื่อง DC

การก่อสร้างเครื่องจักร DC

แอก

ชื่ออื่นของโช๊คคือเฟรม หน้าที่หลักของส้อมในเครื่องจักรคือการรองรับเสาและปกป้องเครื่องจักรทั้งหมดจากความชื้น ฝุ่นละออง ฯลฯ วัสดุที่ใช้ในส้อมได้รับการออกแบบด้วยเหล็กหล่อ เหล็กหล่อหรือเหล็กกล้ารีด

เสาและแกนเสา

ขั้วของเครื่อง DC เป็นแม่เหล็กไฟฟ้า และขดลวดสนามจะพันอยู่ระหว่างขั้ว เมื่อใดก็ตามที่ขดลวดสนามได้รับพลังงาน ขั้วจะสร้างฟลักซ์แม่เหล็ก วัสดุที่ใช้ ได้แก่ เหล็กหล่อ เหล็กหล่อ หรือแกนเสา สามารถสร้างด้วยชั้นเหล็กอบอ่อนเพื่อลดการสูญเสียพลังงานเนื่องจากกระแสน้ำวน

รองเท้า

รองเท้าเสาในเครื่อง DC เป็นส่วนที่มีขนาดกว้างขวางและยังช่วยขยายพื้นที่เสาอีกด้วย เนื่องจากบริเวณนี้ ฟลักซ์แม่เหล็กจึงสามารถแพร่กระจายออกไปในช่องว่างอากาศได้ และฟลักซ์แม่เหล็กเพิ่มเติมสามารถส่งผ่านช่องว่างอากาศไปยังเหล็กเส้นได้ วัสดุที่ใช้ทำฐานเสาคือเหล็กหล่อหรือเหล็กกล้าหล่อ และยังใช้เหล็กกล้ารีดอบอ่อนเพื่อลดการสูญเสียพลังงานเนื่องจากกระแสน้ำวน

คอยล์สนาม

ในกรณีนี้ ขดลวดจะถูกพันในบริเวณแกนขั้ว และเรียกว่าขดลวดสนาม เมื่อใดก็ตามที่มีการจ่ายกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดสนาม จะทำให้ขั้วแม่เหล็กเกิดการสร้างฟลักซ์แม่เหล็กตามที่ต้องการ วัสดุที่ใช้ทำคอยล์สนามคือทองแดง

แกนเครื่องจักร

แกนหลักของเครื่องจักรประกอบด้วยช่องจำนวนมากที่ขอบ แกนนำจะอยู่ในช่องเหล่านี้ มันให้เส้นทางการต้านทานต่ำต่อฟลักซ์แม่เหล็กที่สร้างขึ้นด้วยขดลวดสนาม วัสดุที่ใช้ในแกนกลางนี้ทำจากวัสดุที่มีความต้านทานต่ำ เช่น เหล็ก หรือเหล็กหล่อ สารเคลือบใช้เพื่อลดการสูญเสียอันเนื่องมาจากกระแสน้ำวน

คอยล์โซลินอยด์

สามารถสร้างขดลวดอาร์เมเจอร์ได้โดยการเชื่อมต่อตัวนำอาร์เมเจอร์ เมื่อใดก็ตามที่ขดลวดอาร์เมเจอร์ถูกหมุนด้วยความช่วยเหลือของเครื่องยนต์กำเนิดไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าและฟลักซ์แม่เหล็กจะถูกสร้างขึ้นภายใน คอยล์นี้เชื่อมโยงกับวงจรภายนอก วัสดุที่ใช้สำหรับคอยล์นี้คือวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า เช่น ทองแดง

สวิตช์

หน้าที่หลักของคอมมิวเตเตอร์ในเครื่อง DC คือการรวบรวมกระแสไฟฟ้าจากตัวนำและจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับโหลดโดยใช้แปรงคาร์บอน และยังจ่ายแรงบิด DC ให้กับมอเตอร์ DC อีกด้วย สามารถผลิตสวิตช์ได้เป็นส่วนๆ จำนวนมากในรูปแบบขอบทองแดงที่วาดแข็ง ส่วนต่างๆ ในสวิตช์ได้รับการปกป้องด้วยชั้นไมก้าบางๆ

แปรง

แปรงคาร์บอนในเครื่องจักร DC จะรวบรวมกระแสไฟฟ้าจากตัวรวบรวมและจ่ายให้กับโหลดภายนอก แปรงคาร์บอนจะสึกหรอตามกาลเวลาและจำเป็นต้องตรวจสอบเป็นประจำ วัสดุที่ใช้ในแปรงถ่านคือกราไฟท์หรือคาร์บอนเป็นรูปทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้า

ประเภทของเครื่อง DC

การกระตุ้นของเครื่อง DC แบ่งออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่ การกระตุ้นแยกและการกระตุ้นตัวเอง ในเครื่องจักรชนิด DC ที่ถูกกระตุ้นแยกกัน ขดลวดสนามจะถูกกระตุ้นโดยแหล่ง DC ที่แยกจากกัน ในเครื่องจักร DC ที่มีการกระตุ้นตัวเอง กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านขดลวดสนามที่จ่ายมาพร้อมกับเครื่องจักร ประเภทหลักของเครื่องจักร DC แบ่งออกเป็น 4 ประเภท ดังนี้

• เครื่อง DC ตื่นเต้นแยกกัน
• เครื่องพันชันท์
• เครื่องพันลวด/เครื่องพันลวดแบบซีรีส์.
• เครื่องพันแบบผสม/เครื่องพันแบบผสม

การกระตุ้นแบบแยกส่วน

ในเครื่อง DC ที่มีการกระตุ้นแยกกัน จะมีการใช้แหล่ง DC ที่แยกต่างหากเพื่อจ่ายพลังงานให้กับคอยล์สนาม

แผลชันท์

ในเครื่องพันขดลวด DC แบบขนาน ขดลวดสนามจะเชื่อมต่อแบบขนานข้ามอาร์เมเจอร์ เนื่องจากสนามชันท์จะรับแรงดันไฟฟ้า o/p ทั้งหมดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้าจ่ายของมอเตอร์ จึงมักประกอบด้วยลวดบิดบางๆ จำนวนมากที่มีกระแสสนามไฟฟ้าขนาดเล็ก

เส้นแผล

ในเครื่องพันขดลวด DC แบบอนุกรม ขดลวดสนามจะเชื่อมต่อแบบอนุกรมผ่านอาร์เมเจอร์ เนื่องจากขดลวดสนามแบบอนุกรมจะรับกระแสไฟฟ้าจากอาร์เมเจอร์ และกระแสไฟฟ้าจากอาร์เมเจอร์มีค่ามาก ขดลวดสนามแบบอนุกรมจึงประกอบด้วยลวดหลายรอบที่มีพื้นที่หน้าตัดขนาดใหญ่

บาดแผลที่ซับซ้อน

เครื่องต่อสายประกอบด้วยทั้งฟิลด์อนุกรมและฟิลด์แบบเธรด เครื่องแต่ละเสาจะทำขดลวด 2 ขดลวด การพันลวดแบบอนุกรมของเครื่องจักรประกอบด้วยลวดหลายรอบที่มีพื้นที่หน้าตัดขนาดใหญ่ รวมถึงการพันลวดแบบแยก ซึ่งประกอบด้วยลวดม้วนเล็กๆ หลายรอบ

การเชื่อมต่อเครื่องเคลือบสามารถทำได้สองวิธี หากสนามชันท์เชื่อมต่อแบบขนานโดยอาร์เมเจอร์เท่านั้น เครื่องดังกล่าวจะเรียกว่า "เครื่องต่อชันท์สั้น" และหากสนามชันท์เชื่อมต่อแบบขนานโดยทั้งอาร์เมเจอร์และสนามอนุกรม เครื่องดังกล่าวจะเรียกว่า "เครื่องต่อชันท์ยาว"

สมการ EMF ของเครื่อง DC

EMF ของเครื่องจักร DC สามารถกำหนดได้ว่า เมื่ออาร์เมเจอร์ในเครื่องจักร DC หมุน แรงดันไฟฟ้าจะถูกเหนี่ยวนำในขดลวด ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า emf ของวงจรหมุนสามารถเรียกว่า emf ที่เกิดขึ้น และ Er=Eg ในมอเตอร์ แรงเคลื่อนไฟฟ้าของการหมุนสามารถเรียกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้ากลับหรือย้อนกลับ และ Er=Eb

ให้ Φ เป็นฟลักซ์ที่มีประโยชน์สำหรับทุกขั้วในเวเบอร์

P คือจำนวนขั้วรวมทั้งหมด

z คือจำนวนตัวนำทั้งหมดภายในอาร์เมเจอร์

n คือความเร็วในการหมุนของเหล็กเส้นเป็นรอบต่อวินาที

A คือจำนวนเลนขนานกันระหว่างเหล็กทั้งหมดระหว่างแปรงที่มีขั้วตรงข้าม

Z/A คือจำนวนตัวนำอาร์เมเจอร์ในช่วงอนุกรมสำหรับแต่ละเลนคู่ขนาน

เนื่องจากฟลักซ์ของแต่ละขั้วคือ 'Φ' ตัวนำแต่ละตัวจึงตัดฟลักซ์ 'PΦ' ในหนึ่งรอบ

แรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นสำหรับแต่ละตัวนำ = ฟลักซ์ตัดสำหรับแต่ละรอบในหน่วย WB / เวลาที่ใช้ในการหมุนรอบเดียวเป็นวินาที

เนื่องจากการหมุน 'n' ครั้งจะเสร็จสิ้นในเวลา 1 วินาที และการหมุน 1 ครั้งจะเสร็จสิ้นในเวลา 1/n วินาที ดังนั้นเวลาในการหมุนโรเตอร์หนึ่งครั้งคือ 1/n วินาที

ค่ามาตรฐานแรงดันไฟฟ้าการผลิตของแต่ละตัวนำ

p Φ/1/n = np Φ ของ

แรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้น (E) สามารถกำหนดได้จากจำนวนตัวนำความเครียดในเลนเดี่ยว I ซีรีส์ระหว่างแปรง ดังนั้นจึงเป็นแรงดันไฟฟ้าทั้งหมดที่สร้างขึ้น

E = แรงดันอ้างอิงต่อตัวนำ x จำนวนตัวนำในสายต่อเลน

E = nPΦ x Z/A

สมการข้างต้นเป็นสมการแรงเคลื่อนไฟฟ้าของมอเตอร์ DC

เครื่อง DC เทียบกับเครื่อง AC

ความแตกต่างระหว่างมอเตอร์ AC และมอเตอร์ DC มีดังต่อไปนี้

การสูญเสียในเครื่อง DC

เราทราบดีว่าหน้าที่หลักของเครื่องจักร DC คือการแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า ระหว่างวิธีการแปลงนี้ พลังงานอินพุตทั้งหมดไม่สามารถแปลงเป็นพลังงานเอาต์พุตได้เนื่องจากการสูญเสียพลังงานในรูปแบบต่างๆ ประเภทของการสูญเสียอาจแตกต่างกันไปตามแต่ละอุปกรณ์ การสูญเสียเหล่านี้จะทำให้ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ลดลง และอุณหภูมิก็จะเพิ่มขึ้นด้วย การสูญเสียพลังงานของเครื่อง DC สามารถจำแนกประเภทได้เป็น การสูญเสียทางไฟฟ้าอื่นๆ นอกเหนือจากการสูญเสียทองแดง การสูญเสียแกนอื่นๆ นอกเหนือจากการสูญเสียเหล็ก การสูญเสียทางกล การสูญเสียแปรง และการสูญเสียโหลดแบบกระจาย

ข้อดีของเครื่อง DC

ข้อดีของเครื่องนี้ได้แก่:

• เครื่องจักร DC เช่น มอเตอร์ DC มีข้อดีมากมาย เช่น แรงบิดเริ่มต้นสูง การย้อนกลับ การเริ่มและหยุดที่รวดเร็ว ความเร็วสามารถปรับเปลี่ยนได้ผ่านแรงดันไฟฟ้าขาเข้า
• สิ่งเหล่านี้ควบคุมได้ง่ายมากและราคาถูกกว่าเมื่อเทียบกับ AC
• การควบคุมความเร็วที่ดี
• แรงบิดสูง
• การทำงานแบบไร้รอยต่อ
• ไม่มีฮาร์โมนิค
• ติดตั้งและบำรุงรักษาง่าย

การประยุกต์ใช้งานของเครื่องจักร DC

ปัจจุบันการผลิตพลังงานไฟฟ้าสามารถทำได้จำนวนมากในรูปแบบไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ดังนั้น การใช้เครื่องจักร DC เช่น มอเตอร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้า DC จึงมีจำกัดมาก เนื่องจากใช้ส่วนใหญ่ในการกระตุ้นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า AC ขนาดเล็กและขนาดกลาง ในอุตสาหกรรม เครื่องจักร DC ใช้สำหรับกระบวนการต่างๆ เช่น การเชื่อม ไฟฟ้า และอื่นๆ

โดยทั่วไป ไฟฟ้ากระแสสลับจะถูกสร้างขึ้นแล้วแปลงเป็นไฟฟ้ากระแสตรงด้วยความช่วยเหลือของเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า ดังนั้น เครื่องกำเนิดไฟฟ้า DC จะถูกระงับผ่านแหล่งจ่ายไฟ AC ที่แก้ไขแล้วเพื่อใช้ในบางแอปพลิเคชัน มอเตอร์ DC มักใช้เป็นไดรฟ์ความเร็วแปรผันและในกรณีที่เกิดการเปลี่ยนแปลงแรงบิดอย่างรุนแรง

การนำเครื่องจักร DC มาใช้เป็นมอเตอร์แบ่งออกเป็น 3 ประเภท ได้แก่ แบบอนุกรม แบบขนาน และแบบผสม ในขณะที่การนำเครื่องจักร DC มาใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบ่งออกเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกระตุ้นแยกกัน แบบอนุกรม และแบบขนาน

นี่เป็นเรื่องเกี่ยวกับเครื่อง DC ทั้งหมด จากข้อมูลข้างต้นเราสามารถสรุปได้ว่าเครื่องจักร DC คือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า DC และมอเตอร์ DC เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงมีประโยชน์หลักในการจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงให้กับเครื่องจักรกระแสตรงในโรงไฟฟ้า ในขณะเดียวกัน มอเตอร์ DC ขับเคลื่อนอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องกลึง พัดลม ปั๊มหอยโข่ง เครื่องพิมพ์ หัวรถจักรไฟฟ้า รอก เครน สายพานลำเลียง โรงงานรีดเหล็ก รถตุ๊กตุ๊ก เครื่องทำน้ำแข็ง เป็นต้น

‍

‍