การจำลองมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง DC Motor Simulation

การจำลองมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงDC Motor Simulation อ.มนตรี สุขเลื่อง

การจำลองมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงDC Motor Simulation • อุปกรณ์ • แม่เหล็กถาวร • สายไฟ • ลวดเบอร์ PEW No. 1 • รางถ่าย • มีดคัทเตอร์ • ถ่านไฟฉายเบอร์ 2A • แผ่นโฟม หนา 1 นิ้ว ขนาด 15 cmx 15 cm

สาระการเรียนรู้ • 1. เส้นแรงแม่เหล็กและสนามแม่เหล็ก 2. แม่เหล็กไฟฟ้า 3. มอเตอร์ไฟฟ้าเบื้องต้น 4. การทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้า 5. ส่วนประกอบของมอเตอร์ไฟฟ้าการะแสตรง

ผลการเรียนรู้ที่คาดหวัง • 1.บอกคุณสมบัติของเส้นแรงแม่เหล็กและสนามแม่เหล็กได้2. แสดงวิธีหาเส้นแรงแม่เหล็กรอบเส้นลวดตัวนำโดยใช้กฏมือซ้ายได้3. บอกสาเหตุของการเปลี่ยนแปลงความเข้มของสนามแม่เหล็กได้4. อธิบายหลักการทำงานเบื้องต้นของมอเตอร์ไฟฟ้าได้5. อธิบายหลักการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงได้6. บอกส่วนประกอบที่สำคัญของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงได้

เส้นแรงแม่เหล็กและสนามแม่เหล็กเส้นแรงแม่เหล็กและสนามแม่เหล็ก • แม่เหล็ก(Magnet) ได้ชื่อว่าเป็นหินนำทาง (Leading Stone) มีความสามารถดูดเหล็กได้เมื่อนำมาห้อยแขวนด้วยเชือกแท่งแม่เหล็กสามารถหมุน ได้อย่างอิสระแต่จะชี้ไปในทิศทางเดินตลอดเวลา โดยชี้ไปในแนวสนามแม่เหล็กโลกตามขั้วสนามแม่เหล็กที่มี 2 ขั้วคือขั้วเหนือ (North Pole) หรือขั้ว N และขั้วใต้(South Pole)หรือขั้ว S เกิดขึ้นที่ปลายแต่ละด้านของแท่งแม่เหล็กลักษณะแท่งแม่เหล็กชี้ไปในทิศสนามแม่เหล็กโลกดังในรูป

ขั้วแม่เหล็กแต่ละขั้วมีสนามแม่เหล็ก (Magnetic Field) เกิดขึ้นความเข้มของสนามแม่เหล็กเกิดขึ้นมาที่ปลายขั้วทั้งสองสนามแม่เหล็กแผ่ออกรอบขั้วแม่เหล็ก วิ่งเคลื่อนที่ประสานกันระหว่างขั้วแม่เหล็กทั้งสองการเคลื่อนที่ของสนามแม่เหล็กจะเคลื่อนที่จากขั้วเหนือ (N) ไปหาขั้วใต้ (S) เสมอ การเคลื่อนที่ดังกล่าวทำให้เกิดเส้นแรงแม่เหล็ก (Magnetic Line of Force) ขึ้นมารอบแท่งแม่เหล็ก เส้นแรงแม่เหล็กและสนามแม่เหล็ก แสดงดังรูป

แม่เหล็กไฟฟ้า • นักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดนชื่อ ฮันซ์คริสเตียนเออร์สเตด (Hans Christian Oersted) ได้ค้นพบความสัมพันธ์อย่างหนึ่ง โดยบังเอิญขณะที่เขาทำการทดลองปล่อยกระแสผ่านเข้าไปใน เส้นลวด ตัวนำเส้นหนึ่ง และมีเข็มทิศวางอยู่ใกล้ๆกับเส้นลวดที่มีกระแสไหลผ่าน เข็มทิศเกิดการบ่ายเบนไปจากแนวเดิมเออร์สเตดทดลองกลับทิศทางการ ไหลของกระแสเข็มทิศก็เกิดการบ่ายเบนไปอีกเช่นกันโดยมีทิศทางตรงกันข้ามกับครั้งแรก

เออร์สเตดสรุปผลการทดลองครั้งนี้ว่า “เมื่อมีกระแสไหลผ่านเส้นลวดตัวนำจะเกิดเส้นแรงแม่เหล็กขึ้นมารอบๆ เส้นลวดตัวนำนั้น” ลักษณะเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้นรอบ เส้น ลวดตัวนำเกิดขึ้นเป็นลักษณะวงกลมล้อมรอบเส้นลวดตัวนำลักษณะการเกิดเส้นแรงแม่เหล็กรอบ เส้นลวดลวดตัวนำ แสดงดังรูป

มอเตอร์คือเครื่องกลไฟฟ้า (Electormechanical Energy) ที่ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้า (Electric Energy) ให้เป็นพลังงานกล (Mechanical Energy) ในรูปของการหมุนเคลื่อนที่ มีประโยชน์ในการนำไปใช้งานได้อย่างกว้างขวาง ถูกนำไปร่วมใช้งานกับอุปกรณ์ไฟฟ้า เครื่องมือไฟฟ้า และเครื่องใช้ไฟฟ้าถึงประมาณ 80-90% ลักษณมอเตอร์ไฟฟ้า (Electric Motor) แสดงดังรูป

การทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้า • มอเตอร์ไฟฟ้าที่ถูกผลิตขึ้นมาใช้งานแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท คือ มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง (DC Motor) เป็นมอเตอร์ที่ต้องใช้กับแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง (DC Source) เป็นมอเตอร์แบบเบื้องต้นที่ถูกผลิตมาใช้งานและมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC Motor) เป็นมอเตอร์ที่ต้องใช้กับแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ (AC Source) มอเตอร์ชนิดนี้ถูกพัฒนามาจากมอเตอร์กระแสตรง เพื่อให้สามารถใช้งานได้อย่างกว้างขวางมากขึ้น

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงประกอบด้วย แม่เหล็กถาวร 2 ขั้ววางอยู่ระหว่างขดลวดตัวนำ ขดลวดตำนำจะได้รับแรงดันไฟตรงป้อนให้ในการทำงาน ทำให้เกิดอำนาจแม่เหล็ก 2 ชุด มีขั้วแม่เหล็กเหมือนกันวางใกล้กัน เกิดแรงผลักดันทำให้ขดลวดตัวนำหมุนเคลื่อนที่ได้ การทำงานเบื้องต้นของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง แสดงดังรูป

จากสมการ F= ILB • F(N) = แรงผลักของขดลวด • I (A) = กระแสที่ไหลในขดลวด • B (T) = ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็ก • L (m) = ความยาวของขดลวด

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง (D.C. Motor) • เมื่อมีกระแสไหลผ่านเข้าไปในมอเตอร์กระแสจะแบ่งออกไป 2 ทาง คือ ส่วนที่หนึ่งจะผ่านเข้าไปที่ขดลวดสนามแม่เหล็ก (Field coil) ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กขึ้นและอีกส่วนหนึ่งจะผ่านแปลงถ่านคาร์บอนและผ่านคอมมิวเตเตอร์ เข้าไปในขดลวดอาร์เมเจอร์ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กขึ้นเช่นกัน ซึ่งทั้งสองสนามจะเกิดขึ้นขณะเดียวกัน ตามคุณสมบัติของเส้นแรงแม่เหล็กแล้วจะไม่มีการตัดกัน จะมีแต่การหักล้างและการเสริมกัน ซึ่งทำให้เกิดแรงบิดในอาร์เมเจอร์ ทำให้อาร์เมเจอร์หมุนซึ่งในการหมุนนั้นจะเป็นไปตามกฎมือซ้ายของเฟลมมิ่ง (Fleming’sleft hand rule)

ขั้นตอนการทดลอง • 1.นำขดลวดเบอร์ PEW No.1 ม้วนเป็นวงกลมเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 cm ใช้คัทเตอร์ขูดสารเคลือบตอนปลายของขดลวด เพื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลได้ง่าย

2. นำคลิปกระดาษดัดแปลงเป็นตัววางขดลวด ดังรูป

3. นำคลิปกระดาษวางบนโฟม ที่เตรียมเอาไว้ ความขนาดพอดีกับ วงกลมของขดลวด ให้รอยขูดสัมผัสกับคลิป

4.วางแม่เหล็กถาวรทางด้านลางของขดลวดระหว่างคลิปกระดาษ

5. ประกอบถ่านไฟฉายเข้ากับรางถ่าน และต่อสายไฟฟ้ากับคลิปกระดาษ A และ B

การจำลองมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง DC Motor Simulation