เครื่องกำเนิดไฟฟ้า แบ่งออก 2 แบบ ด้วยกัน

     เครื่องกำเนิดไฟกระแสตรง และเครื่องปั่นไฟกระสลับ ทั้งสองมีอะไรที่แตกต่างกัน ทั้งระบบการทำงาน ส่วนประกอบของเครื่องปั่นไฟส่วนต่างๆ ที่มีความสำคัญช่วยขับเคลื่อนการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั้ง 2 แบบ แบบไหนเหมาะกับงานประเภทไหน วันนี้จะได้ไขข้อกระจ่างเกี่ยวกับเครื่องกำเนิดไฟทั้งแบบกระแสตรง และเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ
     โดยทั่วไปแล้ว คนส่วนใหญ่ เรียก เครื่องกำเนิดไฟฟ้า เป็น เครื่องปั่นไฟ หรือเครื่องกำเนิดไฟ ที่ให้ความสว่างหรือผลลิตกระแสไฟให้เครื่องมือใช้ไฟฟ้าต่างๆ ที่จำเป็น แต่เครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีความสำคัญยังไงในปัจจุบันเพราะปัจจุบันทั่วไปมีไฟฟ้าที่เพียงพอต่อการใช้งานในระยะเวลาที่ยาวนาน และไม่มีปัญหา แต่สิ่งต่างๆอาจเกิดขึ้นได้อย่างคาดไม่ถึง เช่น โรงพยาบาลที่ต้องใช้กระแสไฟฟ้าตลอด 24 ชั่วโมง หรือบางส่วนอาจขาดไฟฟ้าไม่ได้เลย เพื่อรักษาวัคซีน เป็นต้น ไฟฟ้าจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

1.เครื่องกำเนิดไฟฟ้า กระแสตรง

         หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้านั้น ไม่ว่าจะเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับต่างก็มีหลักการทำงานเหมือนกัน คือ การนำขดลวดอาร์เมเจอร์และขดลวดสนามแม่เหล็กเคลื่อนที่ตัดผ่านกัน จึงจะได้พลังงานไฟฟ้าออกมา นั่นแปลว่า จะต้องมีขดลวดชุดหนึ่งอยู่กับที่ และมีขดลวดอีกชุดหนึ่งที่หมุนเคลื่อนที่
         โดยปกติแล้วเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง จะถูกออกแบบให้กำเนิดไฟฟ้าในลักษณะให้ขดลวดอาร์ เมเจอร์เป็นส่วนที่หมุนส่วนที่อยู่กับที่ คือขดลวดสนามแม่เหล็ก เมื่อพลังงานกลจากต้นกำลังหมุนขับเพลาส่งกำลัง ไปยังแกนขดลวดอาเมเจอร์แรงหมุน ของแกนอาร์เมเจอร์จะมีการเคลื่อนที่
         ตัดผ่านสนามแม่เหล็กที่ถูกปล่อยออกมาจากขดลวดแม่เหล็ก แต่เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ จะมีลักษณะการทำงานที่แตกต่างกัน คือ ขดลวดอาร์เมเจอร์จะเป็นส่วนที่อยู่กับที่หรือจะเป็นส่วนที่เคลื่อนที่ก็ได้ และส่วนที่ หมุนเคลื่อนที่ก็คือขดลวดสนามแม่เหล็ก ถึงแม้ว่าลักษณะการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั้ง 2 ชนิดจะมีความแตกต่างกัน แต่มีหลักการเดียวกันในการกำเนิดพลังงานไฟฟ้า

โครงสร้างและส่วนประกอบ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า กระแสตรง

         ลักษณะการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงนั้น แกนเหล็ก ขดลวดอาร์เมเจอร์จะเป็นส่วนที่เคลื่อนที่ตัดผ่านสนามแม่เหล็ก ขดลวดแม่เหล็กจึงจะเป็นส่วนที่อยู่กับที่ ซึ่งจะยึดติดอยู่กับโครงเครื่อง ประกอบที่สำคัญของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงจะมีอยู่ 4 ส่วนด้วยกัน

ส่วนที่ 1 : อาร์เมเจอร์ (ส่วนที่หมุน หรือโรเตอร์) 

                 เป็นส่วนที่ผลิตแรงเคลื่อนไฟฟ้า (แรงดันไฟฟ้า) โดยการหมุน ตัดผ่านกับสนามแม่เหล็ก ซึ่งโครงสร้างของอาร์เมเจอร์ ประกอบด้วยแกนเหล็ก และขดลวด รวมกันเป็นชุดแกนขดลวดอาร์เมเจอร์ หรือโรเตอร์ (Rotor) ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

                 แกนเหล็กอาร์เมเจอร์ จะผลิตจากแผ่นเหล็กซิลิคอน โดยแผ่น ขนาดความหนาที่ประมาณ 0.5 มิลลิเมตร ผิวทั้งสองด้านของแกน ด้วยฉนวนไฟฟ้า (วานิช) แล้วนำแผ่นเหล็กมาอัดซ้อนกันเป็นรูปทรงกลม จะต้องอัดแผ่นเหล็กซิลิคอนให้ขึ้นรูปทรงกระบอก ก็เพื่อลดการสะสม ฮิสเตอรีซิส (Hysteresis Loss) หรือการสูญเสียของเส้นแรงแม่เหล็ก จากขดลวดที่มีกระแสไหลวนในแกนเหล็ก (Eddy Current Loss) นอกจาก ด้านนอกของแกนแผ่นเหล็กทรงกระบอก จะทำเป็นร่องเรียงตามแนวเส้น รอบนอกของแผ่นแกนเหล็ก เพื่อใช้ในการพันขดลวดอาร์เมเจอร์ ทั้งนี้ ร่อง ตามแนวเส้นรอบวงรอบนอกของแกนเหล็ก จะมีลักษณะอยู่ 2 แบบ คือ
              1. ร่องแบบกึ่งปิด จะใช้ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็ก หรือเครื่องกลไฟฟ้าที่มีความเร็วรอบสูง
              2. ร่องแบบเปิด จะใช้ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดกลางและขนาดใหญ่

                 ขดลวดอาร์เมเจอร์ จะผลิตจากเส้นลวดทองแดงที่ฉาบด้วยฉนวนไฟฟ้า สำหรับลักษณะเส้นลวดทองแดงนั้น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็ก หรือที่มีกำลัง ไฟใช้งานไม่สูงมากนัก จะใช้เส้นลวดทองแดงพื้นที่หน้าตัดกลม แต่สำหรับเครื่อง กำเนิดไฟฟ้าที่มีกำลังไฟใช้งานสูง จะใช้เส้นลวดทองแดงพื้นที่หน้าตัดสี่เหลี่ยม แบน โดยลักษณะของขดลวดอาร์เมเจอร์จะเป็นดังนี้
              1. ขดลวดอาร์เมเจอร์ที่พันไว้ล่วงหน้า หรือฟอร์มคอยล์ (Form Coil)
              2. ส่วนขดลวดอาร์เมเจอร์ที่บรรจุลงในร่อง คือคอยล์ไซด์ (Coil Side)
              3. ขดลวดอาร์เมเจอร์ในส่วนที่เหลือทั้งสองด้าน (หัวและท้าย) โดยสอดไว้ที่ปากร่อง เนื่องจากป้องกันไม่ให้ขดลวดอาร์เมเจอร์หลุดออกจากร่อง ในขณะที่เกิดแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางตอนหมุนทำงาน

ส่วนที่ 2 : ขั้วแม่เหล็ก (ส่วนที่อยู่กับที่ หรือสเตเตอร์) 

                   เป็นส่วนที่สร้างสนามแม่เหล็ก โดยขั้วแม่เหล็กจะเป็นส่วนที่อยู่กับที่และยึดติดกับโครงเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง

                      โครงเครื่อง (Frame or Yoke) โครงส่วนที่ยึดแกนของขั้วแม่เหล็กและฝาครอบเครื่อง อีก ทั้งยังเป็นทางผ่านของสนามแม่เหล็กเพื่อให้เกิดการเดินครบวงจรของเส้นแรงแม่ เหล็ก โดยปกติแล้วโครงเครื่องจะผลิตจาก เหล็กหล่อ หรือเหล็กแผ่นที่โค้งงอเป็นทาง กระบอก แล้วเชื่อมยึดรอยต่อเข้าด้วยกัน นอกจากนี้สําหรับเครื่องกําเนิดไฟฟ้าขนาด ใหญ่ จะออกแบบให้โครงเครื่องเป็นสอง ส่วน เพื่อสะดวกในการขนย้าย โดยโครง เครื่องส่วนหนึ่งจะเป็นส่วนบน อีกส่วนจะ เป็นส่วนล่าง ซึ่งจะสามารถประกอบโครง เครื่องได้ด้วยนอตและสกรู

                      แกนขั้วแม่เหล็ก และ Pole Shoes และส่วนปลายของแกนขั้วแม่เหล็กที่ โค้งรับรูปกลมของแกนอาร์เมเจอร์ (Pole Shoes) จะผลิตจากเหล็กแผ่นลามิเนต ปั๊มเป็นแกนของขั้วแม่เหล็กและ Pole Shoes ให้ประกอบเป็นแผ่นเดียวกัน โดย ส่วนยื่นออกจากขอบทั้งสองข้างด้านหน้าของขั้วแม่เหล็ก ซึ่งจะมีลักษณะโค้งรับ รูปกลมของแกนอาร์เมเจอร์ คือ Pole Shoes Pole and Pole Shoe

                      ขดลวดสนามแม่เหล็ก คือ ขดลวดฟิลด์ที่พันรอบแกนของทุกขั่วแม่เหล็กหลัก โดยขดลวดฟิลด์จะหุ้มฉนวน ด้วยวัสดุอย่างเทปผ้าฝ้าย และอาบด้วย น้ำยาวานิชแล้วนำไปอบแห้ง จากนั้นนำ ไปสวมเข้ากับแกนขั้วแม่เหล็ก ทั้งนี้การ ต่อขดลวดฟิลด์แต่ละขั้วเข้าด้วยกัน ซึ่ง ขดลวดจะพันรอบขั้วแม่เหล็กหลัก จะต้องต่อให้เกิดขั้วเหนือกับขั้วใต้สลับกัน หรือ ขั้วที่อยู่ติดกันจะต้องเป็นขั้วที่ต่างชนิดกัน

ส่วนที่ 3 : คอมมิวเตเตอร์ 

                   เป็นส่วนที่ทำหน้าที่เปลี่ยนแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับใน ขดลวดอาร์เมเจอร์ให้เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง นอกจากนี้คอมมิวเตเตอร์ทำหน้าที่เรียงกระแสไฟฟ้า โดยจะผลิตจากแท่งทองแดง จะมีคว้านลักษณะรูปลิ่ม เพื่อสะดวกในการนำมาประกอบเป็นรูปทรงกระบอก แต่จะมีแผ่นไมก้าคั่นกลางไว้ในแต่ละซี่ ทั้งนี้ ความหนาของซีคอมมิวเตเตอร์จะอยู่ กับขนาดกำลังไฟใช้งานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า รวมถึง Voltage ระหว่างซีคอมมิวเตเตอร์ที่อยู่ประชิดกับโครงสร้างภายในของคอมมิวเตเตอร์

ส่วนที่ 4 : แปรงถ่าน 

                   สำหรับแปรงถ่านและชุดยึดแปรงถ่าน จะมีหน้าที่ต่อวงจรปิด ลวดอาร์เมเจอร์กับวงจรภายนอก เข้าด้วยกัน โดยแปรงถ่านจะสัมผัส กับผิวหน้าของคอมมิวเตเตอร์อยู่ ตลอด ทั้งนี้ แปรงถ่านจะผลิตจากวัสดุ 2 ชนิด คือ คาร์บอนและแกรไฟต์ โดย แปรงถ่านชนิดที่ทำจากผงถ่านคาร์บอนบริสุทธิ์ จะเหมาะสำหรับใช้กับเครื่อง กำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็ก ที่มีขนาดกำลังไฟใช้งานต่ำ ส่วนแปรงถ่านที่ผลิตจาก แกรไฟต์ ซึ่งเป็นการเพิ่มปริมาณความร้อนให้ผงถ่านคาร์บอนบริสุทธิ์จนเปลี่ยน สภาพเป็นแกรไฟต์ เป็นการเพิ่มคุณสมบัติให้แปรงถ่านดียิ่งขึ้น แปรงถ่านแกรไฟต์ จึงเหมาะสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีขนาดกำลังไฟใช้งานสูง แต่มี Voltage ต่ำ โดยแปรงถ่านจะถูกยึดให้อยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสมโดยชุดยึดแปรงถ่าน และจะ มีสปริงกดแปรงถ่านให้สัมผัสกับผิวหน้าคอมมิวเตเตอร์อยู่ตลอด ซึ่งด้านบนของ แปรงถ่านจะมีเส้นลวดทองแดงฝอยถักเชื่อมต่อระหว่างแปรงถ่านกับชุดยึดแปรงถ่าน อีกทั้งจะต้องติดตั้งชุดยึดแปรงถ่านกับแท่งตัวนำที่ยึดติดอยู่กับแขนร็อก (Rocker Arm) นอกจากนี้ปริมาณกระแสต่อพื้นที่แปรงถ่านนั้น จะขึ้นอยู่กับ ของแปรงถ่านที่ใช้ด้วย โดยแปรงถ่านคาร์บอนจะสามารถรับกระแสได้ประมาณ 4-7 แอมป์ต่อตารางเซนติเมตร ส่วนแปรงถ่านแกรไฟต์จะสามารถรับกระแสได้ ประมาณ 8-12 แอมป์ต่อตารางเมตร เช่นนั้น ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีขนาด กำลังไฟใช้งานสูง จะต้องเพิ่มจำนวนชุดแปรงถ่านในแต่ละแท่งตัวนำบนแขนของ ร็อกเกอร์ด้วย

การเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้ารูปคลื่นซายน์ (Sine Wave)

         แรงเคลื่อนไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงนั้น จะสร้างแรงเคลื่อนเอาต์พุตรูปคลื่นซายน์ขึ้น จากนั้นจึงจะถูกเปลี่ยนให้เป็นแรงเคลื่อนไฟกระแสตรงด้วยคอมมิวเตเตอร์ เมื่อขดลวดมีการเคลื่อนที่ครบ 1 รอบ จะได้รูปคลื่นซายน์ครบ 1 รูปพอดี โดยจะทำให้เกิดแรงเคลื่อนรูปซายน์ขึ้นในวงขดลวด และจะมีทิศทางแรงเคลื่อน ไฟฟ้าตามที่แสดงให้ในรูปด้านบน และกระบวนการนี้จะเกิดขึ้นซ้ำไปเรื่อยๆ ใน แต่ละรอบของการเคลื่อนที่

การเปลี่ยนแรงเคลื่อนไฟสลับของคอมมิวเตเตอร์และแปรงถ่าน

         คอมมิวเตเตอร์ จะทำหน้าที่เปลี่ยนแรงเคลื่อนไฟสลับที่เกิดขึ้นภายในวงขดลวด ให้เป็นแรงเคลื่อนไฟตรง (DC) ซึ่งจะเชื่อมต่อระหว่างแปรงถ่านกับวงขดลวด โดยคอมมิวเตเตอร์มีบทบาทสำคัญในการเปลี่ยนไฟฟ้ากระแสสลับให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรง ส่วนแปรงถ่านนั้น จะทำหน้าที่เชื่อมต่อแรงเคลื่อนของกองกำเนิดไฟฟ้าไปยังวงจรภายนอก โดยแปรงถ่านแต่ละอันจะต้องเชื่อมเข้ากับปลาย แต่ละข้างของวงขดลวด แต่ทั้งนี้แปรงถ่านไม่สามารถเชื่อมต่อเข้ากับวงขดลวดโดยตรง เนื่องจากวงขดลวดเป็นส่วนที่หมุนเคลื่อนที่ เช่นนั้น แปรงถ่านทั้งสองด้านจึงถูกต่อเชื่อมโยงเข้ากับปลายทั้งสองของวงขดลวด โดยผ่านคอมมิวเตเตอร์แทนลักษณะของคอมมิวเตเตอร์นั้น 

        นอกจากนี้การทำงานของคอมมิวเตเตอร์และแปรงถ่าน ที่ทำให้ได้แรงเคลื่อนเอาต์พุต ในขณะที่แปรงถ่านแต่ละอันผ่านจากซีกคอมมิวเตเตอร์หนึ่ง ไปอีกซีกหนึ่ง ช่วงระยะเวลาหนึ่งแปรงถ่านจะสัมผัสกับซีกทั้งสองของคอมมิวเตเตอร์พร้อมๆ กัน ทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าจำนวนมาไหลในวงขดลวด ที่เป็นเช่นนี้เพราะปรงถ่านทั้งสองอันจะลัดวงจรปลายทั้งสองของวงขดลวดเข้าด้วยกันโดยตรง

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงชนิดกระตุ้นภายนอก

         เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงชนิดกระตุ้นจากภายนอก จะมีหลักการอดไฟฟ้าโดยการได้รับกระแสไฟฟ้ากระตุ้นขดลวดสนามแม่เหล็กจากแหล่งไฟฟ้ากระแสตรงภายนอก ซึ่งต่อเข้าที่ขั้วของขดลวดสนามแม่เหล็ก ทั้งนี้ แหล่งจ่ายที่ใช้สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงคือ แบตเตอรี่ หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงขนาดเล็ก จะมีตัวกระตุ้นการทำงานที่ติดอยู่กับตัวเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงเรียกว่า เอ็กไซเตอร์ (Exciter)

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงชนิดกระตุ้นในตัวเอง

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงชนิดกระตุ้นในตัวเอง มีหลักการโดยขดลวด สนามแม่เหล็กจะถูกกระตุ้นโดยอาศัยแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง จากการเหนี่ยวนำ ของสนามแม่เหล็กที่ตกค้างภายในตัวเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเอง เมื่ออาร์เมเจอร์หมุน ทำงาน จะเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้นเล็กน้อย และจะเกิดกระแสไฟฟ้า เหนียวนำขึ้นเล็กน้อยเช่นกัน เช่นนั้น กระแสไฟฟ้าเล็กน้อยที่เกิดขึ้นนี้ จะไหลผ่าน ขดลวดสนามแม่เหล็กทำให้เกิดสนามแม่เหล็กขึ้น โดยสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นนี้ จะช่วยเสริมสนามแม่เหล็กซึ่งตกค้างที่ขั้วแม่เหล็ก จึงทำให้สนามแม่เหล็กมีความ เข้มขึ้น ส่งผลให้เกิดการเหนี่ยวนำตามด้วยการเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเพิ่ม มากขึ้นเรื่อยๆ
ทั้งนี้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงชนิดกระตุ้นในตัวเอง ยังสามารถแบ่ง ได้ตามลักษณะการต่อขดลวดสนามแม่เหล็กได้เป็น 3 แบบ โดยจะมีการเรียก ชื่อของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบกระตุ้นภายในตัวเองในแต่ละแบบ จะ มีความสัมพันธ์สอดคล้องกับวิธีการต่อขดลวดสนามแม่เหล็กเข้ากับขดลวดอาร์

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบขนาน (Shunt DC.Generator)
หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงชนิดกระตุ้นในตัวเอง แบบขนาน คือ เมื่อขดลวดสนามแม่เหล็กต่อขนานกับขดลวดอาร์เมเจอร์ และ เอาต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เช่นนั้น จึงมีการเรียกเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแส ตรงชนิดนี้ว่า เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบขนาน โดยค่าของกระแสไฟฟ้า กระตุ้นขดลวดสนามแม่เหล็กในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบขนานจะขึ้น อยู่กับแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตและความต้านทานของขดลวดสนามแม่เหล็ก ซึ่งปกติ แล้วกระแสไฟฟ้าที่กระตุ้นขดลวดสนามแม่เหล็กจะถูกควบคุมให้มีค่าในระหว่าง 0.5-5 เปอร์เซ็นต์ของกระแสไฟฟ้าที่โหลด

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบอนุกรม (Series DC Generator)
หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงชนิดกระตุ้นในตัว แบบอนุกรม คือ ขดลวดสนามแม่เหล็กต่ออนุกรมกับขดลวดอาร์เมเจอร์ และ เอาต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เช่นนั้น จึงได้มีการเรียกชื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ชนิดนี้ว่า เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบอนุกรม กระแสไฟฟ้ากระตุ้นขดล สนามแม่เหล็กที่ไหลผ่านขดลวดสนามแม่เหล็กของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบนี้อยู่ เป็นค่าเดียวกันกับกระแสไฟฟ้าที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจ่ายให้กับโหลด จึงทำให้เรา ดันไฟฟ้าเอาต์พุตมีค่าขึ้นอยู่กับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านโหลด

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบผสม (Compound DC.Generator)
เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบผสม คือ การนำข้อดีของเครื่องกำเนิด ไฟฟ้ากระแสตรงแบบขนานและแบบอนุกรมมารวมอยู่ในเครื่องเดียวกัน กลาย เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบผสม ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ดียิ่งขึ้น ทั้งนี้ จะสามารถแบ่ง ชนิดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบผสมตามลักษณะการต่อวงจรของขด ลวดสนามแม่เหล็กได้ 2 ลักษณะดังนี้
1. เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบผสมต่อแบบลองซันต์ (Long Shunt DC. Compound Generator) วงจรเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบผสมต่อแบบลองชันต์
2. เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบผสมต่อแบบชอร์ตชั้นต์ (Short Shunt DC. Compound Generator)

2.เครื่องกำเนิดไฟฟ้า กระแสสลับ

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ หรือ Alternator สามารถผลิตไฟฟ้า กระแสสลับ โดยรับพลังงานกลจากต้นกำลังเพื่อหมุนขับเพลาของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งหลักการทำงานโดยทั่วไปจะเหมือนกันกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแส ตรง แต่จะมีความต่างกันในเรื่องของการตัดผ่านสนามแม่เหล็ก กล่าวคือ เครื่อง กำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ จะอาศัยหลักการตัวนำในอาร์เมเจอร์หมุนตัดสนามตำที่ขั้วแม่เหล็ก หรือสนามแม่เหล็กที่ขั้วแม่เหล็กหมุนตัดตัวนำในอาร์เมเจอร์ ส่วนเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงนั้น ขดลวดอาร์เมเจอร์เป็นส่วนหมุนและขด ลวดสนามแม่เหล็กอยู่กับที่ นอกจากนี้เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับนั้นสามารถ ทำให้ขดลวดอาร์เมเจอร์หมุนหรืออยู่ กับที่ก็ได้ ซึ่งจะขึ้นอยู่กับขนาดกำลัง ไฟใช้งานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โดยปกติแล้วเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแส สลับขนาดใหญ่ จะมีลักษณะการทำงานแบบสนามแม่เหล็กหมุน “ขั้ว แม่เหล็กหมุน” หรือ Rotating Field เพื่อให้ได้คุณสมบัติดังต่อไปนี้

กระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้และจ่ายออกไปยังโหลด สามารถส่งต่อได้โดยตรงจากขั้วสายของขดลวดอาร์เมเจอร์ ไปยังโหลดโดยไม่ต้องแปรงถ่าน 

สามารถพันขดลวดได้หลายรอบ และใช้ลวดเส้นโตเบอร์ใหญ่ได้

เนื่องจากขดลวดตัวนำอาร์เมเจอร์เป็นส่วนที่อยู่กับที่ จึงทำให้ไม่มีปัญหาเรื่องฉนวนกั้นระหว่างสลิปริงที่อยู่ใกล้กัน ส่งผลให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถผลิตแรงเคลื่อนไฟฟ้าได้สูง 

แรงเคลื่อนไฟฟ้ากระแสตรงจากภายนอกที่จ่ายให้กับขดลวดสนามแม่เหล็กประมาณ 100 ถึง 250 โวลต์ และกระแสฟิลด์มีค่าต่ำ จึงทำให้การอาร์กที่เกิดขึ้นระหว่างหน้าสัมผัสของแปรงถ่านกับสลิปริงลดลง 

ไม่จำเป็นต้องกังวลถึงแรงเหวียงศูนย์กลางจากการหมุนเคลื่อนที่เนื่องจากขดลวดอาร์เมเจอร์เป็นส่วนที่อยู่กับที่ จึงสามารถยึดให้แข็งแรงได้

โครงสร้างและส่วนประกอบ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า กระแสสลับ

โครงสเตเตอร์ (Stator Frame)
โครงสเตเตอร์ เป็นโครงโลหะ หุ้มภายนอกผลิตจากเหล็กหล่อ โดยโครงสเตเตอร์เป็นส่วนประกอบที่ รองรับส่วนประกอบอื่นๆ ของเครื่อง กำเนิดไฟฟ้า ซึ่งจะทำหน้าที่ยึดแกน เหล็กที่บรรจุขดลวดอาร์เมเจอร์ ทั้งนี้ ได้มีการออกแบบโครงสเตเตอร์ให้มี ช่องลมเพื่อช่วยในการระบายความร้อน

แกนเหล็กสเตเตอร์ (Stator Core)
แกนเหล็กสเตเตอร์ คือ ชิ้นส่วนที่ใช้พันขดลวดอาร์เมเจอร์ โดยแกนเหล็ก สเตเตอร์จะผลิตจากแผ่นเหล็กบางๆ วางอัดซ้อนกัน โดยเหตุผลที่จะต้องออกแบบ แกนเหล็กสเตเตอร์ให้มีลักษณะเช่นนี้ ก็เพื่อลดการสูญเสียเนื่องจากฮิสเตอรีซิส (Hysteresis Loss) หรือการสูญเสียของเส้นแรงแม่เหล็กที่ถูกสร้างขึ้นจากขดลวด ที่มีกระแสไหลวนในแกนเหล็ก (Eddy Current Loss) อีกทั้งแกนแผ่นเหล็กยัง เป็นเหล็กอ่อนบางซึ่งมีส่วนผสมของสารซิลิคอน เมื่อนำมาอัดซ้อนกันจะทำให้ได้ แกนเหล็กที่มีความแข็งแรงมากยิ่งขึ้น นอกจากนี้แผ่นเหล็กแต่ละแผ่นจะมีร่อง อากาศเพื่อระบายความร้อน โดยลักษณะของร่องแกนเหล็กสเตเตอร์จะมีอยู่ด้วย กัน 3 แบบ คือ 

ร่องแบบเปิดกว้าง (Wide – Open Type Slot) 

ร่องแบบกึ่งปิด (Semi – Closed Type Slot) 

ร่องแบบปิด (Wholly Closed Type Slot)

แกนเหล็กสเตเตอร์ (Stator Core)
แกนเหล็กสเตเตอร์ คือ ชิ้นส่วนที่ใช้พันขดลวดอาร์เมเจอร์ โดยแกนเหล็ก สเตเตอร์จะผลิตจากแผ่นเหล็กบางๆ วางอัดซ้อนกัน โดยเหตุผลที่จะต้องออกแบบ แกนเหล็กสเตเตอร์ให้มีลักษณะเช่นนี้ ก็เพื่อลดการสูญเสียเนื่องจากฮิสเตอรีซิส (Hysteresis Loss) หรือการสูญเสียของเส้นแรงแม่เหล็กที่ถูกสร้างขึ้นจากขดลวด ที่มีกระแสไหลวนในแกนเหล็ก (Eddy Current Loss) อีกทั้งแกนแผ่นเหล็กยัง เป็นเหล็กอ่อนบางซึ่งมีส่วนผสมของสารซิลิคอน เมื่อนำมาอัดซ้อนกันจะทำให้ได้ แกนเหล็กที่มีความแข็งแรงมากยิ่งขึ้น นอกจากนี้แผ่นเหล็กแต่ละแผ่นจะมีร่อง อากาศเพื่อระบายความร้อน โดยลักษณะของร่องแกนเหล็กสเตเตอร์จะมีอยู่ด้วย กัน 3 แบบ คือ 

ร่องแบบเปิดกว้าง (Wide – Open Type Slot) 

ร่องแบบกึ่งปิด (Semi – Closed Type Slot) 

ร่องแบบปิด (Wholly Closed Type Slot)

โรเตอร์ชนิดขั้วแม่เหล็กยืน (Salient – Pole Type) จะนำมาใช้กับ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีความเร็วรอบต่ำ หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีความเร็วปาน กลางอย่าง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้พลังงานต้นกำลังเป็นกังหันน้ำของเขื่อนต่างๆ

โรเตอร์ชนิดขั้วแม่เหล็กเรียบ (Smooth – Cylindrical Type) จะ นำไปใช้กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้พลังงานต้นกำลังจากกังหันไอน้ำ (Turbine) หรือกังหันแก๊สที่มีความเร็วรอบสูงประมาณ 1,500 รอบต่อนาที และ 3,000 รอบต่อนาที โดยลักษณะของโรเตอร์จะเป็นแท่งเหล็กแผ่นอัดซ้อนกันเป็นรูปทรงกระบอกยาว มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าโรเตอร์ชนิดขั้วแม่เหล็กยืน ทั้งนี้ เตอร์ชนิดขั้วแม่เหล็กเรียบจะทำให้เกิดการสมดุลมากกว่าชนิดขั้วแม่เหล็กยื่นและลดการสูญเสียกำลัง เพราะแรงเสียดทานของลมและแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง ในขณะที่หมุนถูกขับด้วยความเร็วนั่นเอง

ขดลวดแดมเปอร์ (Damper Winding)
ขดลวดแดมเปอร์ จะมีลักษณะเป็นแท่งทองแดง ซึ่งฝังอยู่ที่บริเวณผิวด้าน หน้าของขั้วแม่เหล็กหมุน โดยจะต่อลัดวงจรเข้ากับวงแหวนทองแดงทั้งสองด้าน ของโรเตอร์ ทั้งนี้ขดลวดแดมเปอร์จะช่วยไม่ให้เกิดการสั่น หรือการแกว่ง เมื่อ ความเร็วรอบของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไม่สม่ำเสมอ

เอ็กไซเตอร์ (Exciter)
ชิ้นส่วนที่ทำหน้าที่ผลิตและจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงให้กับขด ลวดสนามแม่เหล็กของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ โดยเอ็กไซเตอร์จะถูกติดตั้ง ในตำแหน่งเพลาเดียวกันกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ทั้งนี้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่ จะใช้เอ็กไซเตอร์แบบไร้แปลงถ่าน หรือ Brushless Generator เพื่อความสะดวก ในการบํารุงรักษาหากเทียบกับการใช้สลิปริงและแปรงถ่าน อีกทั้งระบบการ
กระตุ้นขดลวดสนามแม่เหล็กที่สมบูรณ์ ยังไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายไฟฟ้าจากภายนอกมากระตุ้น แต่จะใช่ไพล็อตเอ็กไซเตอร์ติดตั้งในตำแหน่งเพลาของฌรเตอร์ ซึ่งเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ 3 เฟส ขนาดเล็กที่มีขั้วแม่เหล็กหมุนเป็น บแม่เหล็กถาวร (Permanent Magnet)