เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสสลับ ต่างกันยังไง?

เครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Generator) แบ่งออกเป็น 2 แบบด้วยกัน

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง และเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ โดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั้ง 2 ชนิดนี้มีความแตกต่างกัน ทั้งระบบการทำงาน ส่วนประกอบของเครื่องปั่นไฟส่วนต่างๆ ที่มีความสำคัญช่วยขับเคลื่อนการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั้ง 2 แบบนั้น แบบไหนเหมาะกับงานประเภทไหน วันนี้จะได้ไขข้อกระจ่างเกี่ยวกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั้งแบบกระแสตรง และเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ โดยทั่วไปแล้วคนส่วนใหญ่เรียก “เครื่องกำเนิดไฟฟ้า” หรือ “เครื่องปั่นไฟ” ที่ให้ความสว่างหรือผลิตกระแสไฟให้เครื่องมือใช้ไฟฟ้าต่างๆ ที่จำเป็น แต่เครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีความสำคัญยังไงในปัจจุบัน เพราะปัจจุบันทั่วไปมีไฟฟ้าที่เพียงพอต่อการใช้งานในระยะเวลาที่ยาวนานและไม่มีปัญหา แต่สิ่งต่างๆ อาจเกิดขึ้นได้อย่างคาดไม่ถึง เช่น โรงพยาบาล ที่ต้องใช้กระแสไฟฟ้าตลอด 24 ชั่วโมง หรือบางส่วนอาจขาดไฟฟ้าไม่ได้เลย เพื่อรักษาวัคซีน เป็นต้น ไฟฟ้าจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง (DC Generator)

หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้านั้น ไม่ว่าจะเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ต่างก็มีหลักการทำงานที่เหมือนกัน คือ การนำขดลวดอาร์เมเจอร์และขดลวดสนามแม่เหล็กเคลื่อนที่ตัดผ่านกันจึงจะได้พลังงานไฟฟ้าออกมา นั่นแปลว่า จะต้องมีขดลวดชุดหนึ่งอยู่กับที่และมีขดลวดอีกชุดหนึ่งที่หมุนเคลื่อนที่ โดยปกติแล้วเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง จะถูกออกแบบให้กำเนิดไฟฟ้าในลักษณะให้ขดลวดอาร์เมเจอร์เป็นส่วนที่หมุนส่วนที่อยู่กับที่ คือ ขดลวดสนามแม่เหล็ก เมื่อพลังงานกลจากต้นกำลังหมุนขับเพลาส่งกำลังไปยังแกนขดลวดอาเมเจอร์ แรงหมุนของแกนอาร์เมเจอร์จะมีการเคลื่อนที่ตัดผ่านสนามแม่เหล็กที่ถูกปล่อยออกมาจากขดลวดแม่เหล็ก แต่เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ จะมีลักษณะการทำงานที่แตกต่างกัน คือ ขดลวดอาร์เมเจอร์จะเป็นส่วนที่อยู่กับที่หรือจะเป็นส่วนที่เคลื่อนที่ก็ได้ และส่วนที่หมุนเคลื่อนที่ก็คือขดลวดสนามแม่เหล็ก ถึงแม้ว่าลักษณะการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั้ง 2 ชนิดจะมีความแตกต่างกัน แต่มีหลักการเดียวกันในการกำเนิดพลังงานไฟฟ้า

โครงสร้างและส่วนประกอบของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง

ลักษณะการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงนั้น แกนเหล็ก ขดลวดอาร์เมเจอร์จะเป็นส่วนที่เคลื่อนที่ตัดผ่านสนามแม่เหล็ก ขดลวดแม่เหล็กจึงจะเป็นส่วนที่อยู่กับที่ ซึ่งจะยึดติดอยู่กับโครงเครื่อง ส่วนประกอบที่สำคัญของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงจะมีอยู่ 4 ส่วนด้วยกัน

• อาร์เมเจอร์ (ส่วนที่หมุนหรือโรเตอร์)
• ขั้วแม่เหล็ก (ส่วนที่อยู่กับที่หรือสเตเตอร์)
• คอมมิวเตอร์
• แปรงถ่าน

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ (AC Generator)

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ หรือ Alternator สามารถผลิตไฟฟ้ากระแสสลับ โดยรับพลังงานกลจากต้นกำลังเพื่อหมุนขับเพลาของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งหลักการทำงานโดยทั่วไปจะเหมือนกันกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง แต่จะมีความต่างกันในเรื่องของการตัดผ่านสนามแม่เหล็ก กล่าวคือ เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับจะอาศัยหลักการตัวนำในอาร์เมเจอร์หมุนตัดสนามตำที่ขั้วแม่เหล็ก หรือสนามแม่เหล็กที่ขั้วแม่เหล็กหมุนตัดตัวนำในอาร์เมเจอร์ ส่วนเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงนั้น ขดลวดอาร์เมเจอร์เป็นส่วนหมุนและขดลวดสนามแม่เหล็กอยู่กับที่ นอกจากนี้เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับนั้นสามารถทำให้ขดลวดอาร์เมเจอร์หมุนหรืออยู่กับที่ก็ได้ ซึ่งจะขึ้นอยู่กับขนาดกำลังไฟใช้งานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โดยปกติแล้วเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับขนาดใหญ่ จะมีลักษณะการทำงานแบบสนามแม่เหล็กหมุน “ขั้วแม่เหล็กหมุน” หรือ Rotating Field เพื่อให้ได้คุณสมบัติดังต่อไปนี้
1.) กระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้และจ่ายออกไปยังโหลด สามารถส่งต่อได้โดยตรงจากขั้วสายของขดลวดอาร์เมเจอร์ไปยังโหลดโดยไม่ต้องแปรงถ่าน
2.) สามารถพันขดลวดได้หลายรอบ และใช้ลวดเส้นโตเบอร์ใหญ่ได้
3.) เนื่องจากขดลวดตัวนำอาร์เมเจอร์เป็นส่วนที่อยู่กับที่ จึงทำให้ไม่มีปัญหาเรื่องฉนวนกั้นระหว่างสลิปริงที่อยู่ใกล้กัน ส่งผลให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถผลิตแรงเคลื่อนไฟฟ้าได้สูง
4.) แรงเคลื่อนไฟฟ้ากระแสตรงจากภายนอกที่จ่ายให้กับขดลวดสนามแม่เหล็กประมาณ 100 ถึง 250 โวลต์ และกระแสฟิลด์มีค่าต่ำ จึงทำให้การอาร์กที่เกิดขึ้นระหว่างหน้าสัมผัสของแปรงถ่านกับสลิปริงลดลง
5.) ไม่จำเป็นต้องกังวลถึงแรงเหวียงศูนย์กลางจากการหมุนเคลื่อนที่เนื่องจากขดลวดอาร์เมเจอร์เป็นส่วนที่อยู่กับที่ จึงสามารถยึดให้แข็งแรงได้

โครงสร้างและส่วนประกอบของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ

• โครงสเตเตอร์ (Stator Frame)
• แกนเหล็กสเตเตอร์ (Stator Core)
• โรเตอร์ (Rotor)
• ขดลวดแดมเปอร์ (Damper Winding)
• เอ็กไซเตอร์ (Exciter)