เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงเบื้องต้น
เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงเบื้องต้น ประกอบด้วยส่วนสำคัญ 4 ส่วน คือ (1)สนามแม่เหล็ก (2)ขดลวดตัวนำ (3)คอมมิวเตเตอร์ และ (4)แปรงถ่าน สนามแม่เหล็กสามารถที่จะหาได้จากแม่เหล็กถาวรหรือแม่เหล็กไฟฟ้าก็ได้ แต่ในขณะที่นี้จะสมมุติให้ใช้แม่เหล็กถาวรก่อน สนามแม่เหล็กจะประกอบด้วยฟลักซ์แม่เหล็กที่อยู่ในลักษณะครบวงจร ฟลักซ์แม่เหล็กจะพุ่งออกจากขั้วเหนือของแม่เหล็กผ่านช่องว่างระหว่างขั้วแม่เหล็กเข้าสู่ขั้วใต้แล้วเคลื่อนที่ผ่านเนื้อในแม่เหล็กกลับไปยังขั้วเหนือขดลวดตัวนำรอบเดียวตั้งอยู่ระหว่างขั้วแม่เหล็ก เพราะฉะนั้นขดลวดดังกล่าวนี้จึงอยู่ในสนามแม่เหล็ก ตราบใดที่ขดลวดไม่เคลื่อนที่ตัดกับสนามแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กก็ไม่ส่งผลใดๆ ต่อขดลวด แต่ถ้าวงขดลวดเคลื่อนที่หมุนตัดกับฟลักซ์แม่เหล็ก มันก็จะเหนี่ยวนำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าขึ้นภายในขดลวด
การแบ่งชนิดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง
1. เครื่องกำเนิดชนิดกระตุ้นแบบแยก (Separaly excited generator)
2. เครื่องกำเนิดชนิด (Self excited generator)
2.1 เครื่องกำเนิดแบบอนุกรม (Series generator)
2.2 เครื่องกำเนิดแบบขนาน (Shunt generator)
2.3 เครื่องกำเนิดแบบผสม (Compound generator)
เครื่องกำเนิดไฟฟ้า
อาศัยหลักการขดลวดตัวนำหมุนตัดสนามแม่เหล็ก ขดลวดตัวนำที่สร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำนี้เรียกว่าขดลวดอาร์เมเจอร์(armature) ซึ่งวางอยู่ระหว่างขั้วแม่เหล็กและสามารถหมุนได้โดยมีต้นกำลังงานกลมาขับ เมื่อขดลวดนี้ตัดผ่านสนามแม่เหล็ก ทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระแสสลับเกิดขึ้นในขดลวดอาร์เมเจอร์
เมื่อแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระแสสลับไหลมาถึงซี่คอมมิวเตเตอร์(commutator) ไฟฟ้ากระแสสลับนี้ถูกเปลี่ยนให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรงและไหลออกสู่วงจรภายนอกโดยผ่านแปรงถ่าน(brushes)
เมื่อแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระแสสลับไหลมาถึงวงแหวนลื่น(slip ring) แรงเคลื่อนไฟฟ้ากระแสสลับนี้ไหลออกสู่วงจรภายนอกโดยผ่านแปรงถ่าน(brushes) หลักการกำเนิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าโดยวิธีการของขดลวดตัดผ่านสนามแม่เหล็ก มีหลักการดังนี้ให้ขั้วแม่เหล็กอยู่กับที่แล้วนำขดลวดตัวนำมาวางระหว่างขั้วแม่เหล็กแล้วหาพลังงานมาหมุนขดลวดตัดผ่านสนามแม่เหล็ก ทำให้ได้แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้นที่ขดลวดตัวนำนี้
หลักการกำเนิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าโดยวิธีการของสนามแม่เหล็กตัดผ่านขดลวด มีหลักการดังนี้ให้ขดลวดลวดตัวนำอยู่กับที่แล้วหาพลังงานกลมาขับให้สนามแม่เหล็กตัดผ่านขดลวดตัวนำ ทำให้ได้แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวเกิดขึ้นที่ขดลวดตัวนำนี้
เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงเบื้องต้น (The basic d.c. generator)
เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงเบื้องต้น ประกอบด้วยส่วนสำคัญ 4 ส่วน คือ
(1) สนามแม่เหล็ก
(2) ขดลวดตัวนำ
(3) คอมมิวเตเตอร์ และ
(4) แปรงถ่าน
สนามแม่เหล็กสามารถที่จะหาได้จากแม่เหล็กถาวรหรือแม่เหล็กไฟฟ้าก็ได้ แต่ในขณะที่นี้จะสมมุติให้ใช้แม่เหล็กถาวรก่อนสนามแม่เหล็กจะประกอบด้วยฟลักซ์แม่เหล็กที่อยู่ในลักษณะครบวงจร ฟลักซ์แม่เหล็กจะพุ่งออกจากขั้วเหนือของแม่เหล็กผ่านช่องว่างระหว่างขั้วของแม่เหล็กเข้าสู่ขั้วใต้แล้วเคลื่อนที่ผ่านเนื้อในแม่เหล็กกลับไปยังขั้วเหนือ
ขดลวดตัวนำรอบเดียวตั้งอยู่ระหว่างขั้วแม่เหล็ก เพราะฉะนั้นขดลวดดังกล่าวนี้จึงอยู่ในสนามแม่เหล็ก ตราบใดที่ขดลวดไม่เคลื่อนที่ตัดกับสนามแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กก็ไม่ส่งผลใดๆ ต่อขดลวด แต่ถ้าวงขดลวดเคลื่อนที่หมุนตัดกับฟลักซ์แม่เหล็ก มันก็จะเหนี่ยวนำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าขึ้นภายในขดลวด
การเกิดแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำ
เมื่อใดก็ตามที่มีการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ (Relative motion) ระหว่างตัวนำและสนามแม่เหล็กในทิศทางที่ซึ่งตัวนำตัดกับฟลักซ์แม่เหล็กหรือตัดกับสนามแม่เหล็ก แรงดันไฟฟ้าก็จะถูกเหนี่ยวนำให้เกิดขึ้นในตัวนำ ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้านั้น ค่าหรือขนาด (Magnitude) ของแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้น จะขึ้นอยู่กับความเข้มของสนามแม่เหล็กโดยตรง และอัตราที่ซึ่งฟลักซ์แม่เหล็กตัด โดยที่สนามแม่เหล็กที่มีความเข้มมากกว่าหรือจำนวนของฟลักซ์แม่เหล็กที่ตัดในเวลาที่กำหนดให้มีค่ามากกว่า ก็จะทำให้แรงดันเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นมีค่ามากกว่า ส่วนทิศทางหรือขั้วของแรงดันที่เกิดขึ้นสามารถหาได้ โดยการใช้กฎมือขวาสำหรับเครื่องกำเนิด โดยความสัมพันธ์ที่สอดคล้องกับกฎนี้คือ ให้กางมือขวาออกโดยใช้นิ้วหัวแม่มือ นิ้วชี้ และนิ้วกลางต่างตั้งฉากซึ่งกันและกัน ถ้าให้นิ้วชี้ชี้ในทิศทางของสนามแม่เหล็ก นิ้วหัวแม่มือชี้ในทิศทางการเคลื่อนที่ของตัวนำ นิ้วกลางก็จะชี้ในทิศทางของแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในเส้นลวดตัวนำ
เมื่อนำกฎมือขวามาใช้กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเบื้องต้นที่มีขดลวดเพียงรอบเดียว ก็จะพิจารณาเห็นได้ว่า จะมีแรงดันสองปริมาณที่ถูกเหนี่ยวนำให้เกิดขึ้นบนด้านทั้งสองของวงขดลวดและมีขนาดต่างกัน ทิศทางของมันจะอยู่ในลักษณะอนุกรมกัน ผลคือ ค่าหรือขนาดของแรงดันที่คร่อมอยู่ระหว่างปลายทั้งสองของวงขดลวด จะมีค่าหรือขนาดเป็นสองเท่าของแรงดันที่ถูกเหนี่ยวนำให้เกิดขึ้นในแต่ละด้านของวงขดลวด
การทำงานของคอมมิวเตเตอร์
คอมมิวเตเตอร์ ทำหน้าที่เป็นตัวเปลี่ยนแรงดันไฟสลับที่เกิดขึ้นภายในวงขดลวด ให้เป็นแรงดันไฟตรง อย่างไรก็ตามมันเป็นตัวเชื่อมต่อระหว่างแปรงถ่านไปยังขดลวดหมุนด้วย วิธีที่มันเปลี่ยนไฟสลับไปเป็นไฟตรงจะมีความเกี่ยวพันโดยตรงกับบทบาทหน้าที่ของมัน
ส่วนจุดประสงค์ของแปรงถ่าน ก็คือ เป็นตัวเชื่อมต่อแรงดันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไปยังวงจรภายนอก เพื่อที่จะกระทำสิ่งนี้ แปรงถ่านแต่ละอันจะต้องต่อเชื่อมจะต้องต่อเชื่อมเข้ากับปลายแต่ละข้างของวงขดลวด แต่การเชื่อมต่อเข้าด้วยกันโดยตรงไม่สามารถจะกระทำได้เนื่องจากวงขดลวดเป็นตัวเคลื่อนที่หมุน ดังนั้นแปรงถ่านทั้งสองจึงถูกต่อเชื่อมเข้ากับปลายทั้งสองของวงขดลวดโดยการผ่านคอมมิวเตเตอร์แทนคอมมิวเตเตอร์มีลักษณะเป็นรูปทรงกระบอกผ่าครึ่งสองชิ้นประกบกัน มีผิวเรียบทำจากวัสดุตัวนำและมีวัสดุที่เป็นฉนวนคั่นกลาง แต่ละชิ้นหรือแต่ละซึกของคิมมวิเตเตอร์จะต่อเข้ากับปลายข้างหนึ่งของวงขดลวดถาวร เพราะฉะนั้นในขณะที่วงขดลวดหมุนคอมมิวเตเตอร์ก็จะหมุนตามไปด้วย แปรงถ่านแต่ละอันจะถูกกดให้สัมผัสกับคอมมิวเตเตอร์แต่ละซีกและมันจะสัมผัสกับคอมมิวเตเตอร์ตลอดเวลาในขณะที่วงขดลวดเคลื่อนที่หมุน ในวิธีนี้จะทำให้แปรงถ่านแต่ละอันถูกต่อเข้ากับปลายทั้งสองของวงขดลวดโดยผ่านคอมมิวเตเตอร์แต่ละซีกที่แปรงถ่านกดอยู่ เมื่อคอมมิวเตเตอร์หมุนในขณะที่แปรงถ่านอยู่กับที่ ในตอนแรกแปรงถ่านแต่ละอันจะสัมผัสกับคอมมิวเตเตอร์ซีกหนึ่ง และหลังจากนั้นก็จะสัมผัสกับคอมมิวเตเตอร์อีกซีกหนึ่ง ซึ่งสิ่งนี้ให้ความหมายว่า ในตอนแรกแปรงถ่านแต่ละอันจะต่อเข้ากับปลายข้างหนึ่งของวงขดลวด และต่อมาก็จะต่อเข้ากับปลายอีกข้างหนึ่งของวงขดลวด โดยที่แปรงถ่านทั้งสองอันวางอยู่ในตำแหน่งที่ตรงข้ามกับซีกทั้งสองข้างของคอมมิวเตเตอร์ ดังนั้นมันจึงสัมผัสกับคอมมิวเตเตอร์จากซีกหนึ่งไปสู่อีกซีกหนึ่ง ณ เวลาในขณะเดียวกันกับที่ วงขดลวดเคลื่อนที่หมุนมาถึงจุดที่มันเปลี่ยนขั้วของแรงดันเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นพอดี ดังนั้นที่ทุกๆ ขณะเวลาที่ปลายทั้งสองของวงขดลวดเปลี่ยนขั้ว แปรงถ่านทั้งสองอันจะเปลี่ยนจุดสัมผัส(สวิตซ์) จากซีกหนึ่งของคอมมิวเตเตอร์ไปสู่อีกซีกหนึ่ง ซึ่งในวิธีการนี้จะทำให้แปรงถ่านอันหนึ่งเป็นบวกเสมอเมื่อเทียบกับอีกอันหนึ่ง เพราะฉะนั้นค่าหรือขนาดของแรงดันระหว่างแปรงถ่านทั้งสองอันจึงขึ้นลงหรือแกว่งไปมาระหว่างค่าศูนย์และค่าสูงสุด แต่มันมีขั้วเดียวเสมอ ดังนั้นแรงดันไฟตรงขึ้นลงหรือแกว่งไปมาจึงเป็นเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง
ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้งานในทางปฏิบัติ วงของขดลวดและคอมมิวเตเตอร์จะประกอบเข้าด้วยกันอยู่บนแกนหมุน ซึ่งเรียกว่า อาร์เมเจอร์ และบางครั้งเรียกว่าโรเตอร์ (Rotor) ดังนั้นอาร์เมเจอร์ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบนี้จึงเป็นส่วนที่หมุน
ลักษณะโครงสร้างของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง
โครงสร้างของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง ซึ่งประกอบด้วยส่วนสำคัญต่างๆคือ อาร์เมเจอร์ คอมมิวเตเตอร์ ขั้วแม่เหล็ก แปรงถ่าน นอกจากนี้ยังมีส่วนประกอบย่อยอื่นๆ
อาร์เมเจอร์(Armature)
อาร์เมเจอร์หรือในบางครั้งเรียกว่า ชุดประกอบอาร์เมเจอร์ จะประกอบด้วยส่วนประกอบของเครื่องกำเนิดทุกชิ้นที่หมุน ส่วนประกอบเหล่านี้คือ เพลา แกนอาร์เมเจอร์ ขดลวดอาร์เมเจอร์ และคอมมิวเตเตอร์ แกนอาร์เมเจอร์และคอมมิวเตเตอร์จะถูกยึดอยู่บนเพลาโดยมีขดลวดพันอยู่ในร่องหรือสล็อต (Slots) ไปรอบๆแกนอาร์เมเจอร์ และปลายทั้งสองข้างของขดลวดแต่ละขดจะต่อเข้ากับซี่คอมมิวเตเตอร์
แกนอาร์เมเจอร์ มีรูปร่างเป็นทรงกระบอกและทำด้วยเหล็กอ่อน แทนที่จะใช้เหล็กที่มีเนื้อเดียวกันตลอด แกนจะทำด้วยเหล็กแผ่นบางๆหลายๆแผ่นอัดซ้อนกัน เหล็กแต่ละแผ่นจะฉาบด้วยฉนวนวานิชทั้งสองข้าง แล้วจึงอัดเข้าด้วยกันเป็นรูปทรงกระบอก เหล็กแผ่นบางแต่ละแผ่นจะมีรอยบากไปรอบๆริมขอบรอบวงของมันเพื่อลดการสูญเสียเนื่องจากอิสเตอรีซิส(Hysteresis loss) หรือการสูญเสียที่เกิดจากฟลักซ์แม่เหล็กตกค้างที่เกิดขึ้นในแกนอาร์เมเจอร์ ซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากการกลับทิศทางของการเกิดอำนาจแม่เหล็กในแกนเกิดล้าหลังการกลับทิศทางของกระแสอยู่เสมอ ดังนั้นในทางปฏิบัติแกนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั้งหมดจะทำจากแผ่นเหล็กซิลิกอลอ่อนหนาประมาณ 0.5 มม. ทั้งนี้เพราะว่าเหล็กชนิดนี้มีการสูญเสียเนื่องจากฮิสเตอรีซิสต่ำ ส่วนเพลาของเครื่องกำเนิดจะทำจากท่อนเหล็กกลมและมีผิวเรียบ
ขดลวดอาร์เมเจอร์ ขดลวดแต่ละขดที่ประกอบกันเป็นชุดขดลวดอาร์ เมเจอร์จะถูกพันไปรอบๆแกนของอาร์เมเจอร์ โดยที่ด้านข้างทั้งสองของขดลวดแต่ละขดจะถูกบรรจุลงในสล็อตบนแกนของอาร์เมเจอร์ ในอาร์เมเจอร์ส่วนใหญ่ขดลวดของมันจะถูกพันให้อยู่ในรูปแบบที่แน่นอนเสียก่อน และหลังจากนั้นจึงบรรจุลงในแกน ขดลวดที่พันในลักษณะเช่นนี้เรียกว่า ขดลวดที่พันขึ้นรูปหรือฟอร์มไวดิ้น (Form winding) และทุกๆวงหรือทุกๆรอบ ในขดแต่ละขดจะถูกห่อหุ้มเข้าด้วยกันด้วยแผ่นฉนวน และที่ขดลวดแต่ละขดจะมีปลายขดลวดยื่นออกมาสองปลายเท่านั้นสำหรับต่อเข้ากับคอมมิวเตเตอร์
ลิ่ม ซึ่งทำจากวัสดุที่เป็นฉนวนจะถูกสอดใส่เข้าไปในสล็อตของแกนเพื่อยึดขดลวดให้อยู่ในตำแหน่งที่มั่นคง นอกจากนี้ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าบางตัวจะมีแถบเหล็กแบนยึดไปรอบๆ อาร์เมเจอร์เพื่อป้องกันขดลวดหลุดออกจากสล็อตเนื่องจากแรงเหวี่ยงจากศูนย์กลางในขณะที่มันหมุน
คอมมิวเตเตอร์
เป็นส่วนที่ทำหน้าที่เปลี่ยนไฟฟ้ากระแสสลับในขดลวดอาร์เมเจอร์ให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรง ตามมิวเตเตอร์ประกอบด้วยซี่ทองแดงจำนวนหลายๆซี่ ซี่ย่อยๆแต่ละซี่จะถูกประกบเข้าด้วยกันให้อยู่ในรูปของทรงกระบอกและถูกยึดเข้าด้วยกันด้วยจานหนีบ(Clapmling Flange) โดยที่ซี่คอมมิวเตเตอร์แต่ละซี่จะถูกสอดใส่เข้าไปในช่องว่างที่มีลักษณะเป็นรูปลิ่ม ระหว่างซีกทั้งสองของจานหนีบ แล้วจึงยึดจานหนีบให้แน่นด้วยสลักเกลียว (Bolts) เพื่อยึดซี่คอมมิวเตเตอร์ให้อยู่ในตำแหน่งของมันอย่างมั่นคง ระหว่างซี่คอมมิวเตเตอร์แต่ละซี่จะมีแผ่นไมก้าบางๆคั่นอยู่ เพื่อไม่ให้ต่อถึงกันทางไฟฟ้า ระหว่างซี่คอมมิวเตเตอร์ทั้งหมดและจานหนีบจะมีวงแหวนที่ทำจากไมก้าคั่นอยู่เช่นเดียวกัน เพื่อไม่ให้มันต่อถึงกันทางไฟฟ้า ปลายแต่ละข้างของขดลวดอาร์เมเจอร์ จะต่อเข้ากับบริเวณที่ถูกยกเป็นขอบขึ้นของซี่คอมมิวเตเตอร์แต่ละซี่ ซึ่งเรียกว่าสันหรือยกขอบ(Risers) คอมมิวเตเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงบางตัวไม่มีสันหรือยกขอบ ในกรณีเช่นนี้ปลายตัวนำจากขดลวดอาร์เมเจอร์จะต่อเข้ากับร่องหรือสลิท(Slit) ที่บริเวณปลายของซี่คอมมิวเตเตอร์ บริเวณผิวของคอมมิวเตเตอร์จะถูกทำให้เรียบอย่างมาก สิ่งนี้ช่วยยืนยันได้ว่าจะสามารถลดความฝืดระหว่างผิวของคอมมิวเตเตอร์และแปรงถ่านให้เหลือน้อยที่สุด นอกจากนี้แผ่นไมก้าที่ใช้คั่นระหว่างซี่คอมมิวเตเตอร์แต่ละซี่ จะถูกตัดให้ต่ำกว่าระดับผิวของคอมมิวเตเตอร์เพียงเล็กน้อย ทั้งนี้เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้มันสัมผัสกับแปรงถ่านโดยตรง
ขั้วแม่เหล็ก
เป็นส่วนที่สร้างสนามแม่เหล็กให้ผ่านแกนเหล็กอาร์เมเจอร์ ขั้วแม่เหล็กของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงจะยึดติดกับเครื่องเครื่อง(Frame or yoke) หรือขดลวดฟิลด์ (Field coil) แกนของขั้วแม่เหล็ก(Pole core) และโปลชู(Pole shoe)
โครงเครื่อง ใช้เป็นตัวรองรับทางกล สำหรับส่วนประกอบต่างๆที่ประกอบกันขึ้นเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ตัวโครงเครื่องกำเนิดไฟฟ้าส่วนใหญ่มันยังถูกใช้เป็นตัวป้องกันสิ่งรบกวนจากภายนอกอีกด้วย เช่นฝุ่นผงและความชื้น ตัวโครงเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั้งหมดจะประกอบด้วยสามส่วน คือ ตัวโครงหลัก(Main frame) หนึ่งชิ้นและฝาประกบหัวท้าย(End frame) อีกสองชิ้น โครงหลักจะเป็นตัวยึดหรือรองรับขดลวดสนามแม่เหล็ก นอกจากนี้มันยังถูกใช้ให้เป็นทางเดินของวงจรแม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดสนามแม่เหล็กอีกด้วย ด้วยเหตุที่มันทำหน้าที่เป็นทางเดินของสนามแม่เหล็ก ดังนั้นตัวโครงจึงต้องทำจากเหล็กหรือเหล็กกล้าที่มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่ดี ความหนาของตัวโครงจะขึ้นอยู่กับขนาดที่มันจะต้องรองรับทางกล ในขณะเดียวกันจะขึ้นอยู่กับความเข้มของสนามแม่เหล็กที่มันจะต้องรองรับด้วย ส่วนฝาประกบหัวท้ายจะยึดเข้ากับปลายแต่ละด้านของตัวโครงหลักโดยใช้สกรูเกลียวเป็นตัวยึดเข้าด้วยกัน โดยมีตลับลูกปืนหรือรองลื่น(Bearing) ฝังอัดไว้อย่างมิดชิดอยู่ภายในฝาประกบหัวท้ายข้างละอัน
แกนของขั้วแม่เหล็กและโปลชู ปกติจะทำจากเหล็กแผ่นบางๆ(Laminated sheet steel) ปั๊มเป็นแกนของขั้วแม่เหล็กและโปลชูในแผ่นเดียวกัน แล้วนำมาประกอบเข้าด้วยกัน ซึ่งวิธีนี้จะช่วยลดการสูญเสียที่เกิดจากกระแสไหลวน โปลชู คือ ส่วนที่ยื่นออกจาขอบทั้งสองบริเวณด้านหน้าของชั้วแม่เหล็กและมีลักษณะโค้งงอตามความโค้งของแกนอาร์เมเจอร์ โดยจุดประสงค์เพื่อจะรักษาช่วงว่าง(Air gap) ระหว่างแท่งขั้วแม่เหล็ก และอาร์เมเจอร์ให้เหลือน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ทั้งนี้ก็เพราะว่าอากาศมีความต้านทานต่อฟลักซ์แม่เหล็กสูงมากเมื่อเทียบกับเนื้อเหล็ก
ขดลวดสนามแม่เหล็ก คือขดลวดที่พันรอบแกนของขั้วแม่เหล็กทุกขั้ว โดยมากมักจะใช้ขดลวดสนามแม่เหล็กที่พันไว้ล่วงหน้าหุ้มฉนวนอาบวานิช และอบแห้เรียบร้อยแล้วไปสวมเข้ากับแกนของขั้วแม่เหล็ก การต่อขดลวดสนามแม่เหล็กของแต่ละชั้วเข้าด้วยกัน จะต้องทำให้เกิดขั้นเหนือและขั้วใต้สลับกันไป ขดลวดสนามแม่เหล็กที่ต่อขนานหรือชั้นต์กับอาร์เมเจอร์จะประกอบด้วยจำนวนรอบมาก แต่เป็นลวดทองแดงหุ้มฉนวนที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางขนาดเล็ก ในขณะที่ขดลวดสนามแม่เหล็กที่ต่ออนุกรมกับอาร์เมเจอร์จะประกอบด้วยจำนวนรอบน้อยรอบ แต่เป็นลวดทองแดงหุ้มฉนวนที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางที่โตกว่า อย่างไรก็ตาม เส้นลวดตัวนำที่ใช้ในขดลวดสนามแม่เหล็กอนุกรม จะต้องมีขนาดโตพอที่จะรองรับกระแสโหลดทั้งหมดได้อย่างเพียงพอโดยไม่เกิดความร้อนมากเกินไป
แปรงถ่านและชุดยึดแปรงถ่าน
แปรงถ่านเป็นตัวส่งผ่าน หรือ ถ่านทอดกำลังด้านออกของเครื่องกำเนิดจากคอมมิวเตเตอร์ไปยังวรจรภายนอก โดยปกติมันเป็นแท่งเล็กๆทำจากส่วนผสมระหว่างคาร์บอนและการไฟต์ ไม่ต้องใช้การหล่อลื่นระหว่างแปรงถ่านและคอมมิวเตเตอร์ เนื่องจากกราไฟต์ในตัวแปรงถ่านมีคุณสมบัติของการหล่อลื่นอยู่ในตัวของมันเองอยู่แล้ว แปรงถ่านจะถูกสอดใส่เข้าไว้ในซองยึดแปรงถ่าน และถูกยึดให้กดลงบนซี่คอมมิวเตเตอร์ด้วยสปริง ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าส่วนใหญ่แรงกดของสปริงสามารถที่จะทำการปรับค่าได้ ถ้าแรงกดถูกตั้งไว้สูงมากเกินไปจะทำให้แปรงถ่านสึกเร็วขึ้น แต่ถ้าแรงกดถูกตั้งไว้ต่ำเกินไปจะทำให้การสัมผัสทางไฟฟ้าระหว่างแปรงถ่านและซี่คอมมิวเตเตอร์อยู่ในสภาวะที่ไม่ดีเท่าที่ควร
ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าส่วนใหญ่ แปรงถ่านจะต่อถึงกันทางไฟฟ้าเข้ากับซองยึดแปรงถ่านด้วยลวดทองแดงถึกซึ่งเรียกว่าลวดเกลียวทางเปีย(Pigtails) แต่สำหรับในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบธรรมดา ขนาดของแปรงถ่านจะถูกทำให้สวมเข้าพอดีกับซองยึดแปรงถ่านและใช้เป็นการต่อถุงกันทางไฟฟ้าด้วย ดังนั้นการต่อไปยังวงจรภายนอกจึงต้องต่อจากซองยึดแปรงถ่าน ถึงแม้ว่าซองยึดแปรงถ่านจะติดตั้งอยู่บนตัวโครงของเครื่องกำเนิด แต่มันก็มีฉนวนกั้นไม่ให้ต่อถึงกันทางไฟฟ้าเข้ากับตัวโครง ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าส่วนใหญ่ซองยึดแปรงถ่านติดตั้งอยู่ในตำแหน่งที่ไม่สามารถที่จะใช้มือล้วงถึงได้อย่างสะดวก ดังนั้นโดยปกติจึงมักใช้สลักเกลียวเป็นตัวต่อออกมายังด้านนอกของตัวโครงเครื่องกำเนิด ถึงแม้ว่าแปรงถ่านจะถูกออกแบบให้ใช้ได้ในระยะเวลานาน แต่มันก็จะสึกเร็วกว่าคอมมิวเตเตอร์ นอกนากนี้มันยังมีราคาถูกกว่าและสามารถที่จะเปลี่ยนใหม่ได้ง่ายกว่าอาร์เมเจอร์ โดยปกติแปรงถ่านจะถูกสร้างให้ค่อนข้างมีความยาวเพื่อให้มันสึกลงได้เป็นระยะเวลานานก่อนที่มันจะทำการเปลี่ยนใหม่ ในขณะที่แปรงถ่านสึกลง สปริงจะเป็นตัวกดให้มันเคลื่อนที่เข้าหาคอมมิวเตเตอร์ ถึงแม่ว่าแปรงถ่านจะถูกออกแบบให้ใช้ได้ระยะเวลานาน แต่มันก็จะสึกเร็วกว่าคอมมิวเตเตอร์ นอกนากนี้มันยังมีรคาถูกกว่าและสามารถที่จะเปลี่ยนใหม่ได้ง่ายกว่าอาร์เมเจอร์ โดยปกติแปรงถ่านจะถูกสร้างให้ค่อนข้างมีความยาว เพื่อให้มันสึกลงได้เป็นระยะเวลานานก่อนที่มันจะทำการเปลี่ยนใหม่ ในขณะที่แปรงถ่านสึกลง สปริงจะเป็นตัวกดให้มันเคลื่อนที่เข้ามาคอมมิวเตเตอร์
ส่วนประกอบที่สำคัญอื่นๆ
ส่วนประกอบที่สำคัญอื่นๆ อีกสองอย่างของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า คือ ตลับลูกปืนหรือแบริ่ง (Bearings) และวิธีการระบายความร้อน(Colling methods) ในทางปฏิบัติเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีขนาดเล็กเกือบทั้งหมดจะใช้ตลับลูกปืน เพื่อช่วยให้อาร์เมเจอร์หมุนอย่างราบเรียบที่ความเร็วสูง โดยที่ให้มีความฝืดเกิดขึ้นเล็กน้อยที่สุด ตลับลูกปืนจะเป็นตัวสวมเข้ากับเพลาของอาร์เมเจอร์และมันถูกฝังไว้อย่างมิดชิดที่ฝาประกบหัวท้าย ดังนั้นเมื่อฝ่าประกบหัวท้ายถูกยึดเข้ากับตัวโครงด้วยสกรูเกลียว อาร์เมเจอร์จึงถูกยึดหรือรองรับด้วยฝาประกบหัวท้าย ตลับลูกปืนในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าบางตัวจะมีการหล่อลื่นอย่างถาวร โดยที่ระบบการหล่อลื่นถูกฝังหรือผนึกเข้าไว้อย่างดีในระหว่างการผลิต ดังนั้นจึงไม่จำเป็นที่จะต้องทำการหล่อลื่นอีกในขณะใช้งาน ส่วนในเครื่องกำเนิดที่ไม่ได้ฝังหรือผนึกระบบการหล่อลื่นของตลับลูกปืนเอาไว้ จะต้องทำการหล่อลื่นภายในระยะเวลาที่แน่นอนในขณะที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าถูกใช้งาน โดยปกติสิ่งนี้จะทำเป็นถ้วยรูปกรวยติดตั้งอยู่ที่ฝาประกบหัวท้าย ซึ่งเตรียมไว้สำหรับเติมจาระบีหรือน้ำมัน
เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงานที่อัตราพิกัดเต็มที่ มันจะมีความร้อนเกิดขึ้นด้วย วิธีการระบายความร้อนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดคือ ใช้พัดลม และให้มีช่องหรือรูปสำหรับระบายอากาศช่อง ซึ่งจะเปิดว่างอยู่ที่ฝาประกบหัวท้ายและที่ตัวโครงหลักซึ่งอยู่ใกล้กับขดลวดสนามแม่เหล็ก สำหรับในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่จะมีรูหรือช่องสำหรับระบายอากาศผ่านอาร์เมเจอร์ ส่วนพัดลมจะถูกติดตั้งอยู่บนปลายข้างหนึ่งของเพลาอาร์เมเจอร์
การพันขดลวดอาร์เมเจอร์
เช่นเดียวกับการรวมขดลวดสนามแม่เหล็กย่อยแต่ละขดเข้าด้วยกันประกอบกันขึ้นเป็น ชุดขดลวดสนามแม่เหล็กของเครื่องกำเนิด การรวมขดลวดอาร์เมเจอร์ย่อยแต่ละขดเข้าด้วยกันก็ถูกเรียกว่าชุดขดลวดอาร์เมเจอร์ของเครื่องกำเนิด ปลายทั้งสองข้างของอาร์เมเจอร์แต่ละขดจะต่อเข้ากับซี่ของคอมมิวเตเตอร์ที่อยู่ห่างกัน และแรงดันที่เกิดขึ้นจะถูกแปรงถ่านนำออกไปสู่วงจรภายนอก
ชนิดของการพันขดลวดอาร์เมเจอร์แบ่งออกได้เป็น 2 แบบคือ
อาร์เมเจอร์แบบวงแหวน(Ring – wound armature)
อาร์เมเจอร์แบบดรัม(Drum armature)
การพันขดลวดในอาร์เมเจอร์แบบดรัม แบ่งออกเป็น 2 แบบ คือ แบบแล็ป (Lap winding) และแบบเวฟ (Wave winding) ความแตกต่างของการพันทั้งสองแบบคือการนำปลายสายทั้งสองขดลวดไปต่อเข้ากับคอมมิวเตเตอร์
การพันขดลวดอาร์เมเจอร์แบบแล็ป (Lap winding)
การพันขดลวดอาร์เมเจอร์แบบเวฟ (Wave winding)
การแบ่งชนิดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง
เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง แบ่งออกตามลักษณะการนำกระแสไฟฟ้าไปกระตุ้นขดลวดสนามแม่เหล็ก ได้ 2 แบบ คือ
เครื่องกำเนิดชนิดกระตุ้นแบบแยก (Separately excited generator)
คือเครื่องกำเนิดชนิดหรือประเภทที่ซึ่ง ขดลวดสนามแม่เหล็กของมันถูกกระตุ้นจากแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงจากภายนอกที่แยกต่างหาก ซึ่งแหล่งจ่ายที่ใช้ในการกระตุ้นสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงจากภายนอกที่แยกต่างหาก ซึ่งแหล่งจ่ายที่ใช้ในการกระตุ้นสำหรับเครื่องกำเนิดชนิดนี้อาจจะเป็นแบตเตอรี่ หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงตัวอื่นๆ เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าตัวอื่นๆถูกนำมาใช้ในการกระตุ้น มันก็จะถูกเรียกว่า ตัวกระตุ้นหรือเอ็กเซเตอร์(Exciter)สัญลักษณ์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงชนิดกระตุ้นแบบแยก
เนื่องจากการกระตุ้นแบบแยกต้องการแบตเตอรี่หรือเครื่องกำเนิดที่แยกต่างหาก ดังนั้น โดยทั่วไป มันจึงมีราคาแพงกว่าการกระตุ้นตัวเอง ตามผลลัพธ์ที่เกิดขึ้นโดยปกติแล้วการกระตุ้นแบบแยกจะถูกนำมาใช้เมื่อการกระตุ้นตัวเองให้ผลไม่เป็นที่น่าพอใจ ซึ่งสิ่งที่เกิดขึ้นในกรณีที่เครื่องกำเนิดต้องตอบสนองอย่างรวดเร็ว และถูกต้องแน่นอนต่อการควบคุมแหล่งจ่ายจากภายนอก หรือเมื่อแรงดันด้านออกของเครื่องกำเนิดต้องเปลี่ยนแปลงไปในย่านที่กว้างในระหว่างที่มันทำงานตามปกติ
เครื่องกำเนิดชนิดกระตุ้นตัวเอง(Self excited generator) คือ เครื่องกำเนิดชนิดหรือประเภทซึ่งชุดขดลวดสนามแม่เหล็กของมัน ถูกกระตุ้นด้วยกระแสที่เกิดจากตัวของมันเอง เนื่องจากแม่เหล็กตกค้างจึงมีฟลักซ์แม่เหล็กบางส่วนหลงเหลืออยู่ภายในแท่งขั้วแม่เหล็กเสมอ เมื่ออาร์เมเจอร์หมุนจะมีแรงเคลื่อนจำนวนหนึ่งเกิดขึ้น และทำให้กระแสเหนี่ยวนำจำนวนหนึ่งเกิดขึ้นด้วยซึ่งเป็นบางส่วนหรือทั้งหมดที่มันเคลื่อนที่ผ่านชุดขดลวดสนามแม่เหล็ก เพราะฉะนั้นฟลักซ์แม่เหล็กที่ตกค้างที่แท่งขั้วแม่เหล็กจึงถูกทำให้มีความเข้มมากขึ้น
เครื่องกำเนิดชนิดกระตุ้นตัวเอง
แบ่งออกตามลักษณะการต่อขดลวดสนามแม่เล็กกับวงจรขดลวดอาร์เมเจอร์ได้เป็น 3 แบบ คือ
1. เครื่องกำเนิดแบบอนุกรม (Series generator)
2. เครื่องกำเนิดแบบขนาน(Shunt generator)
3. เครื่องกำเนิดแบบผสม(Compound generator)
เครื่องกำเนิดแบบอนุกรม (Series generator) เครื่องกำเนิดชนิดนี้ชุด ขดลวดสนามแม่เหล็กจะต่ออนุกรมเข้ากับเอาต์พุดของเครื่องกำเนิด กระแสกระตุ้นที่ไหลผ่านชุดขดลวดสนามแม่เหล็กจะเป็นค่าเดียวกันกับกระแสที่เครื่องกำเนิดจ่ายให้โหลด ถ้าโหลดมีความต้านทานสูง มันก็จะดึงกระแสดจากเครื่องกำเนิดได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น และกระแสกระตุ้นก็จะมีค่าเพียงเล็กน้อยตามไปด้วยทำให้ความเข้มของสนามแม่เหล็กน้อย ซึ่งจะทำให้แรงเคลื่อนที่ขั้วของเครื่องกำเนิดมีค่าต่ำ ในลักษณะทำนองเดียวกัน ถ้าโหลดดึงกระแสมากกระแสกระตุ้นก็จะมีค่ามากด้วย ซึ่งจะทำให้สนามแม่เหล็กของชุดขดลวดสนามแม่เหล็กมีความเข้มมาก และแรงดันที่ขั้วของเครื่องกำเนิดก็จะมีค่าสูง ดังนั้นจึงพิจารณาเห็นได้ว่าเครื่องกำเนิดแบบอนุกรม การเปลี่ยนแปลงของกระแสโหลดจะมีผลอย่างมากต่อแรงดันที่ขั้วของเครื่องกำเนิด เพราะฉะนั้นจึงอาจกล่าวได้ว่า เครื่องกำเนิดแบบอนุกรมจะมีความสม่ำเสมอของแรงดันที่แย่(Poor voltage regulation) และจากผลลัพธ์ที่เกิดขึ้น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบอนุกรมจึงไม่มีความเหมาะสมที่จะนำไปใช้กับโหลดที่ไม่คงที่หรือมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา
เครื่องกำเนิดแบบขนาน(Shunt generator) เครื่องกำเนิดชนิดนี้ชุดขดลวด สนามแม่เหล็กจะพันด้วยขดลวดเส้นเล็ก พันจำนวนมากรอบต่อขนานกับอาร์เมเจอร์และโหลด ค่าของกระแสกระตุ้นในเครื่องกำเนิดแบบขนานจะขึ้นอยู่กับ แรงดันที่ขั้วและความต้านทานของชุดขดลวดสนามแม่เหล็ก โดยปกติกระแสกระตุ้นจะถูกรักษาให้มีค่าอยู่ระหว่าง 0.5 ถึง 5 เปอร์เซ็นต์ของกระแสทั้งหมดที่ไหลออกจากเครื่องกำเนิด
เครื่องกำเนิดแบบผสม(Compound generator) ทั้งเครื่องกำเนิดแบบ อนุกรมและแบบขนานต่างก็มีข้อเสียที่เหมือนกัน กล่าวคือ เมื่อกระแสโหลดของมันเกิดการเปลี่ยนแปลงจากค่าศูนย์จนถึงค่าใช้งานปกติ จะทำให้แรงดันที่ขั้วของมันเกิดการเปลี่ยนแปลง สำหรับในเครื่องกำเนิดแบบอนุกรมเมื่อกระแสไหลเพิ่มขึ้นเป็นเหตุให้แรงดันที่ขั้วเพิ่มขึ้น ในขณะที่ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบขนานเมื่อกระแสโหลดเพิ่มขึ้นเป็นเหตุให้แรงดันที่ขั้วลดลง ในการใช้งานหลายอย่างที่เครื่องกำเนิดต้องการให้ได้แรงดันที่ขั้วของมันมีเสถียรภาพมากกว่าเช่นที่มันจ่าย โดยเครื่องกำเนิดอนุกรมหรือแบบขนาน วิธีหนึ่งที่ใช้เพื่อที่จะให้ได้แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วมีเสถียรภาพ คือ การใช้เครื่องกำเนิดแบบขนานในรูปแบบการปรับค่าแรงดันไฟฟ้าให้ดีขึ้น และอีกวิธีหนึ่งของการจ่ายแรงดันที่ขั้วให้มีเสถียรภาพ คือ การใช้เครื่องกำเนิดแบบผสม
เครื่องกำเนิดแบบผสมเชิงสะสม แบ่งออกเป็น 3 ชนิด คือ
เครื่องกำเนิดแบบผสมชนิดผสมเรียบ(Flat compound generator)
เครื่องกำเนิดแบบผสมชนิดผสมเกิน(Over compound generator)
เครื่องกำเนิดแบบผสมชนิดผสมขาด(Under compound generator)
สมการของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ
ให้ Ø= ฟลักซ์แม่เหล็กต่อหนึ่งขั้ว หน่วยเป็น Wb
Z = ลวดตัวนำทั้งหมดในอาร์เมเจอร์ = จำนวนร่องทั้งหมด x จำนวนตัวนำ/ร่อง
P = จำนวนขั้วแม่เหล็กของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
A = จำนวนทางขนานในอาร์เมเจอร์
N = ความเร็วรอบของอาร์เมเจอร์ หน่วยเป็นรอบต่อนาที
E = แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในแต่ละทาง
เมื่อ A = 2 สำหรับการพันขดลวดอาร์เมเจอร์แบบเวฟหรือซิมเพลกซ์เวฟ
A = P สำหรับการพันขดลวดอาร์เมเจอร์แบบแล็ปหรือซิมเพลกซ์แล็ป
และ A = 2x2= 4 สำหรับการพันแบบดูเพลกซ์เวฟ
A = 3x2= 6 สำหรับการพันแบบทริพเพลกซ์เวฟ
A = 2P สำหรับการพันแบบดูเพลกซ์แล็ป
A = 3P สำหรับพันแบบทริพเพลกซ์แล็ป
คอมมิวเตชั่น(Commutation)
คือ กระบวนการกลับทิศทางการไหลของกระแสในขดลวดอาร์เมเจอร์ย่อยแต่ละขดและนำพากระแสไฟตรงไปสู่วงจรภายนอกโดยผ่านซี่คอมมิวเตเตอร์และแปรงถ่านซึ่งเกิดขึ้นในระยะเวลาสั้นๆ คอมมิวเตชั่นจะเกิดขึ้นพร้อมๆกันในทิ้งสองขดลวดที่กำลังถูกลัดวงจร โดยที่ขดลวด จะถูกลัดวงจรด้วยแปรงถ่านบวก และขดลวดที่อยู่ฝั่งตรงข้ามจะถูกลัดวงจรด้วยแปรงถ่านลบ เพื่อไม่ให้เกิดการ สปาร์คขึ้นระหว่างซี่คอมมิวเตเตอร์และแปรงถ่าน ก็จะต้องวางแปรงถ่านให้อยู่ในตำแหน่งระนาบเป็นกลางที่แท้จริงในขณะที่เครื่องกำเนิดกำลังจ่ายโหลด(ระนาบเป็นกลางทางไฟฟ้า) ทั้งนี้รู้เพราะว่าไม่มีแรงเคลื่อนเหนี่ยวนำเกิดขึ้นในขดลวดทั้งสอง ณ เวลาในขณะนั้น
อินเตอร์โปลหรือคอมโปล(Interpoles or compoles)
อินเตอร์โปลเป็นขั้วแม่เหล็กเล็กๆ ที่อยู่ระหว่างขั้วแม่เหล็กหลัก (Main poles) ขดลวดที่พันรอบขั้วอินเตอร์โปลเป็นลวดทองแดงเส้นใหญ่ และต่ออนุกรมกับอาร์เมเจอร์ เมื่อเกิดอาร์เมเจอร์รีแอคชั่น ระนาบเป็นกลาง(Neutral plane) จะเลื่อนไปในทิศทางการหมุนของอาร์เมเจอร์ ขนาดของมุมที่แปรงถ่านเลื่อนไปขึ้นอยู่กับกระแสโหลด ดังนั้นเมื่อโหลดเปลี่ยนแปลงจึงต้องเลื่อนตำแหน่งแปรงถ่านทุกครั้ง ซึ่งไม่สะดวกในทางปฏิบัติ โดยเฉพราะอย่างยิ่งเมื่อมุมที่แปรงถ่านเลื่อนไปมีขนาดเพิ่มขึ้น ค่าของดีแมกเนไตซิ่ง แอมแปร์-เทินส์(Demagnetizing ampere-turns)ซึ่งสร้างเส้นแรงแม่เหล็กต่อต้านกับฟลักซ์แม่เหล็กของขั้วแม่เหล็กหลักจะมีค่าเพิ่มขึ้น ทำให้ฟลักซ์แม่เหล็กลดลงเป็นผลให้แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วลดลง จากข้อเสียดังกล่าวจึงนิยมใช้อินเตอร์โปลแทนการเลื่อนตำแหน่งแปรงถ่าน โดยติดตั้งไว้กึ่งกลางระหว่างขั้วแม่เหล็กหลัก และอยู่เหนือขดลวดอาร์เมเจอร์ที่ถูกลดวงจรพอดี กระแสที่ไหลผ่านผ่านขดลวดอินเตอร์โปลจะเป็นกระแสจากขดลวดอาร์เมเจอร์ ขั้วแม่เหล็กของอินเตอร์โปลจะต้องมีขั้วเหมือนกับขั้วแม่เหล็กหลักตามทิศทางการหมุน
หน้าที่หลักของอินเตอร์โปลมี 2 ประการ คือ
1. ลดประกายไฟที่เกิดจากคอมมิวเตชั่น โดยขดลวดที่ถูกลัดวงจรเมื่อเคลื่อนที่ ตัดกับฟลักซ์แม่เหล็กของอินเตอร์โปลจะร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าขึ้น เรียกว่า “คอมมิวเตติ้ง อี.เอ็ม.เอฟ.(Commutating e.m.f.)”
2. การลดคลอสแมกไนเตชิ่ง แอมแปร์เทินส์ที่เกิดจากอาร์เมเจอร์รีแอคชั่น
ลักษณะสมบัติของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง (Characteristic of D.C.generators)
เส้นกราฟลักษณะสมบัติอิ่มตัวขณะไม่มีโหลด (No-load saturation characteristic,E0/If) เรียกกันโดยทั่วไปว่าลักษณะสมบัติทางแม่เหล็ก (Magnetic characteristic) หรือ ลักษณะสมบัติในสภาวะวงจรเปิด (Open-circuit characteristic or o.c.c.) ใช้แสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในอาร์เมเจอร์ขณะไร้โหลด (E0) และกระแสฟิลด์ (If) เมื่อความเร็วรอบคงที
เส้นกราฟลักษณะสมบัติภายใจ (Internal or total characteristic,E/Ia) เป็นเส้นกราฟที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในอาร์เมเจอร์ (E) (ภายหลังการเกิดผลของดีแมกเนไตซิ่งของอาร์เมเจอร์รีแอคชั่น) และกระแสอาร์เมเจอร์ (Ia)
เส้นกราฟลักษณะสมบัติภายนอก (External characteristic,V/I) เป็นเส้นกราฟที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้าที่ขั้ว (V) กับกระแสที่จ่ายให้โหลด (I) หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า”Performance characteristic”
การสูญเสียในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง
การสูญเสียในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ
1. การสูญเสียที่เกิดจากขดลวดทองแดง (Copper loss)
2. การสูญเสียที่เกิดจากการหมุน (Rotational loss)
การสูญเสียที่เกิดจากขดลวดทองแดง (Copper loss)
การสูญเสียที่เกิดจากขดลวดทองแดง เป็นกำลังที่สูญเสียไปในรูปของความร้อนในขดลวด เนื่องจากกระแสไหลผ่านขดลวดทองแดง การสูญเสียนี้จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความต้านทานของขดลวดและกรแสที่ไหนผ่านขดลวดยกกำลังสอง โดยที่ความต้านทานของขดลวดจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความยาวของขดลวดและเป็นสัดส่วนกลับ กับพื้นที่หน้าตัดของมัน การสูญเสียที่เกิดจากขดลวดทองแดงประกอบด้วย
การสูญเสียที่เกิดจากขดลวดทองแดงในอาร์เมเจอร์ การสูญเสียที่เกิดจากขดลวดทองแดงในอาร์เมเจอร์ จะขึ้นอยู่กับความต้านทานของอาร์เมเจอร์และกระแสที่ไหลผ่านอาร์เมเจอร์ยกกำลังสอง โดยที่ความต้านทานของอาร์เมเจอร์ จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความยาวของตัวนำอาร์เมเจอร์และเป็นสัดส่วนกลับกับพื้นที่หน้าตัดของมัน การสูญเสียนี้มีค่าประมาณ 30-40 % ของการสูญเสียเมื่อมีโหลดเต็ม
การสูญเสียที่เกิดจากขดลวดทองแดงในชุดขดลวดสนามแม่เหล็ก การสูญเสียที่เกิดขึ้นในชุดขดลวดสนามแม่เหล็กขนาน(ในกรณีเป็นเครื่องกำเนิดแบบขนาน) การสูญเสียที่เกิดขึ้นในชุดขดลวดสนามแม่เหล็กอนุกรม (ในกรณีเป็นเครื่องกำเนิดแบบอนุกรม) การสูญเสียในขดลวดสนามแม่เหล็กมีค่าประมาณ 20-30% ของการสูญเสียเมื่อมีโหลดเต็ม
การสูญเสียที่เกิดจากการหมุน(Rotational loss)
การสูญเสียที่เกิดขึ้นในแกนเหล็ก การสูญเสียที่เกิดขึ้นในแกนเหล็กมี 2 ชนิด คือ การสูญเสียที่เกิดจากกระแสไหลวน การสูญเสียที่เกิดจากฮิสเตอรีซิส
การสูญเสียทางกล (Mechanical loss) การสูญเสียนี้ประกอบด้วย การสูญเสียที่เกิดจากความฝืดที่แบริ่ง(Bearing) และคอมมิวเตเตอร์ การสูญเสียเนื่องจากแรงต้านลมขณะที่อาร์เมเจอร์หมุน
การสูญเสียนี้มีค่าประมาณ 10-20% ของการสูญเสียเมื่อมีโหลดเต็ม การสูญเสียทั้งหมดในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง
