1.2 การเกิดสนามแม่เหล็กหมุน
1.2.1 หลักการเหนี่ยวนำไฟฟ้า
การเหนี่ยวนำแรงเคลื่อนไฟฟ้าเกิดจากความสัมพันธ์ระหว่างแม่เหล็กและแรงเคลื่อนไฟฟ้า คือ เมื่อมีกระแสไหลผ่านตัวนำจะเกิดสนามแม่เหล็กขึ้นรอบๆ ตัวนำ หรือเมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่จะเกิดสนามเหล็กขึ้น ในทางตรงกันข้ามเมื่อสนามแม่เหล็กตัดกับตัวนำ จะเกิดอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในตัวนำทันทีปรากฏการณ์นี้ทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า E.M.F ก่อนที่จะเกิดกระแสไหล หรืออิเล็กตรอนไหลในตัวนำที่ถูกสนามแม่เหล็กตัดผ่าน ปรากฏการณ์นี้คือการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งทฤษฎีนี้เป็นการค้นพบโดย นายไมเคิล ฟาราเดย์
กฎของฟาราเดย์ เกี่ยวกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า สรุปได้ดังนี้คือ
เมื่อใดก็ตามที่เส้นแรงแม่เหล็กที่ตัดผ่านตัวนำเกิดการเปลี่ยนแปลงจะทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้นในตัวนำนั้น หรือเมื่อใดก็ตามถ้าตัวนำตัดกับเส้นแรงแม่เหล็กจะเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้นในตัวนำเช่นกัน
ทิศทางของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ
รูปที่1.6 แสดงทิศทางของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ
ทิศทางของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำทิศทางของเส้นแรงแม่เหล็กเคลื่อนที่และทิศทางของตัวนำเคลื่อนที่จะมีความสัมพันธ์ซึ่งทิศทางของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะสามารถหาได้โดย กฎมือขวาของเฟรมมิ่ง หรือกฎของเลนซ์
กฎมือขวาของเฟรมมิ่ง คือยกมือขวาแล้วกางนิ้วหัวแม่มือ นิ้วชี้ และนิ้วกลาง ตั้งฉากซึ้งกันและกัน โดยที่นิ้วชี้แทนการเคลื่อนที่ของเส้นแรงแม่เหล็ก นิ้วหัวแม่มือแสดงทิศทางการเคลื่อนที่ของตัวนำและนิ้วกลางแสดงทิศทางของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในตัวนำ
รูปที่1.7 แสดงกฎมือขวาของเฟรมมิ่ง
กฎของเลนซ์
รูปที่1.8 แสดงการสาธิตกฎของเลนซ์
เมื่อตัวนำเคลื่อนที่ตัดผ่านสนามแม่เหล็กในแนวตั้งฉาก จะเกิดการเหนี่ยวนำตามกฎของ ฟาราเดย์เมื่อเกิดการเหนี่ยวนำหากตัวนำต่อครบวงจร จะมีกระแสไหลในตัวนำ ซึ่งทิศทางการไหลของกระแสในตัวนำขึ้นอยู่กับกฎมือขวาของเฟรมมิ่ง ดังในรูปกระแสจะไหลขึ้นด้านบนของตัวนำมีศักย์เป็นบวก ด้านล่างของตัวนำมีศักย์เป็นลบ กระแสจะไหลครบวงจร เมื่อตัวนำมีกระแสไฟฟ้าไหลจะเกิดเส้นแรงแม่เหล็กขึ้นรอบๆ ตัวนำนั้น เส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้นเป็นไปตามกฎมือขวาผลรวมของเส้นแรงแม่เหล็กจากขั้ว N-S และที่บริเวณรอบๆตัวนำจะทำให้เกิดแรงด้านการเครื่องที่ตัวนำ สังเกตได้จากความเร็วของเครื่องกำเนิดจะลดลง
รูปที่ 1.9 แสดงการเกิดสนามแม่เหล็กหมุน
รูปที่ 1.9 แสดงลักษณะสนามแม่เหล็กหมุนที่เกิดขึ้นในสเตเตอร์ของมอเตอร์เหนี่ยวนำ 3 เฟส
ผลจากการวางขดลวดทั้ง 3 ชุดห่างกัน 120 องศาทางไฟฟ้าเมื่อจ่ายกระแสไฟฟ้า 3 เฟสเข้าในขดลวดดังกล่าวมาแล้ว ณ คาบเวลาที่เปลี่ยนไปจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กหมุนดังรูปที่ 1.9 ซึ่งสนามแม่เหล็กหมุนจะมีความเร็วเท่ากับ synchronous speed
อธิบายการเกิดสนามแม่เหล็กหมุน
ในมอเตอร์ Induction Three Phase motor นั้นการวางขดลวดในมอเตอร์จะวางห่างกันเป็น 120 องศาทางไฟฟ้า ซึ่งเมื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับขดลวดมอเตอร์ กระแสก็จะต่างเฟสกันอยู่ 120 องศาทางไฟฟ้า และเมื่อพิจารณาตามรูปคลื่นกระแสไฟฟ้า ก็จะบอกถึงลักษณะการเกิดสนามแม่เหล็กหมุนได้ดังนี้
ที่เวลา t1 เฟส 1 ที่ตำแหน่ง U = 0 , X = 0 คือ ตำแหน่งของขั้วแม่เหล็ก N – S เฟส 2 Z = - ,W = + และ เฟส 3 V = -, Y = + ทำให้ขั้วแม่เหล็ก N – S ชี้หรืออยู่ในทิศทางดังรูป (ก)
ที่เวลา t2 เฟส 1 ที่ตำแหน่ง U = + ,X = - และเฟส 2 V = -, Y = + และ ที่เฟส 3 ที่ตำแหน่ง W= + ,Z = - จากตำแหน่งที่ 2 ที่เวลา t2 ก็จะทำให้ขั้วแม่เหล็ก N ,S เปลี่ยนตำแหน่งไปในทิศทางดังรูป (ข)
ที่เวลา t3 เฟส 1 ที่ตำแหน่ง U = + ,X = - และเฟส2 V = -, Y = + และ ที่เฟส 3 ที่ตำแหน่ง W= - ,Z = + ที่เวลาt3 ก็จะทำให้ขั้วแม่เหล็ก N ,S เปลี่ยนตำแหน่งไปในทิศทางใหม่ดังรูป (ค)
ที่เวลา t4 เฟส 1 ที่ตำแหน่ง U = + ,X = - และเฟส 2 V = +, Y = - และ ที่เฟส 3 ที่ตำแหน่ง W= - ,Z = + ที่เวลา t4 ก็จะทำให้ขั้วแม่เหล็ก N ,S เปลี่ยนตำแหน่งไปในทิศทางดังรูป (ง)
ที่เวลา t5 เฟส 1 ที่ตำแหน่ง U = - ,X = + เฟส 2 ตำแหน่ง V = +, Y = - และ เฟส 3 ที่ตำแหน่ง W= - ,Z = + ที่เวลา t5 ก็จะทำให้ขั้วแม่เหล็ก N ,S เปลี่ยนตำแหน่งไปในทิศทางใหม่ดังรูป (จ)
ที่เวลา t6
เฟส 1 ที่ตำแหน่ง U = -,X = +
เฟส 2 ที่ตำแหน่ง V = +,Y = -
เฟส 3 ที่ตำแหน่ง W = +,Z = -
ที่ตำแหน่งที่ 6 เวลา t6 ก็จะทำให้ขั้วแม่เหล็ก N,S เป็นไปในทิศทางใหม่ดังรูป (ฉ)
ที่เวลา t7
เฟส 1 ที่ตำแหน่ง U = -,X = +
เฟส 2 ที่ตำแหน่ง V = -,Y = +
เฟส 3 ที่ตำแหน่ง W = +,Z = -
ที่ เวลา t7 ก็จะทำให้ขั้วแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงไปในทิศทางใหม่ดังรูป (ช)
ที่เวลา t8
เฟส 1 ที่ตำแหน่ง U = 0,X = 0
เฟส 2 ที่ตำแหน่ง V = -,Y = +
เฟส 3 ที่ตำแหน่ง W = +,Z = -
ที่ เวลา t8 ขั้วแม่เหล็ก N,S จะเปลี่ยนแปลงหรือหมุนครบรอบที่ t8 =1 รูปคลื่นไซน์ 1 ลูก ที่เฟส 1 ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กหมุนครบ 1 รอบ พอดีที่ตำแหน่งขั้วแม่เหล็ก N,S ดังรูป (ซ)
สรุป คือ การเกิดสนามแม่เหล็กหมุนในมอเตอร์ 3 เฟส Induction Three Phase motor เกิดได้จากการที่ขดลวดห่างกันเป็น 120 องศาทางไฟฟ้า และเมื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าให้ขดลวด ก็จะมีกระแสที่ต่างกันอยู่ 120 องศาทางไฟฟ้า ดังรูปคลื่นไซน์ กล่าวคือ สนามแม่เหล็กเกิดขึ้นตามการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าดังรูปคลื่นไซน์ ที่ตำแหน่งต่างๆ และที่เวลาใดๆ จนครบ 1 รอบ ของการเกิดสนามแม่เหล็กหมุน
