ระบบส่งกำลังขับเคลื่อนรถจักรดีเซล และรถดีเซลราง

[BanPong1]

[Cummins]

เอาเป็นว่าเดี๋ยวเรื่องที่เราจะประกอบรถดีเซลรางใช้เองไว้เปิดกระทู้ใหม่ดีกว่าครับ สำหรับกระทู้นี้เรามาว่าเรื่องของระบบขับเคลื่อนกันต่อดีกว่าเดี๋ยวจะออกทะเลไปใกล

ครับ ถึงตอนนี้เราก็มาดูระบบขับเคลื่อนแบบ DC-DC กันก่อนครับ ระบบขับเคลื่อนแบบนี้กล่าวได้ว่าเป็นระบบขับเคลื่อนแบบพื้นฐาน ถือกำเนิดมาพร้อมๆ กับระบบการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าเลยก็ว่าได้ ก็ด้วยมูลเหตุที่กล่าวมาแล้ว และอาจยังมีอีกปัญหาหนึ่งก็คือ เรื่องของอุปกรณ์ที่ใช้เรียงกระแสไฟฟ้าแบบกำลังสูงอาจทำได้ไม่ดีนัก

ระบบนี้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลักจะเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง ซึ่งตัวเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลักจะมีโครงสร้างดังรูป



Uploaded with ImageShack.us

รูปแสดงลักษณะโครงสร้างทั้งหมดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงครับ

โดยมีส่วนประกอบหลัก ๆ ดังต่อไปนี้

1. โครงเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (23)

จะเป็นที่อยู่ของขั้วแม่เหล็ก (27) โดยขั้วแม่เหล็กจะยึดอยู่ภายในโครงของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยใช้โบลท์ยึด (28) ส่วนจำนวนขั้วแม่เหล็กก็จะมีตั้งแต่ 2 ขั้วสำหรับเครื่องไฟฟ้าขนาดเล็ก แต่โดยทั่วๆ ไปก็จะใช้ขั้วแม่เหล็ก 4 ขั้วสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่ใช้สำหรับหัวรถจักร และนอกจากจะเป็นที่อยู่สำหรับขั้วแม่เหล็ก แล้วอาจต้องมีแท่นยึดเข้ากับแชสซีสส์ของชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หรือไม่ก็มีหน้าแปลนยึดเข้ากับ Fly wheel housing ของเครื่องยนต์ต้นกำลัง (155)



Uploaded with ImageShack.us

รูปแสดงชิ้นส่วนต่าง ๆ ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง

2. ขั้วแม่เหล็กไฟฟ้า

เป็นชิ้นส่วนที่ไม่เคลื่อนที่ครับ ประกอบด้วย 2 ส่วน คือส่วนที่หนึ่งทำหน้าที่เป็นแกนของขั้วแม่เหล็ก (34) สร้างขึ้นจากแผ่นเหล็กบางๆ ตัดให้เป็นรูปร่างของขั้วแม่เหล็กตามที่ต้องการ เคลือบด้วยฉนวนแล้วนำมาประกอบขึ้นเป็นขั้วแม่เหล็ก โดยอัดซ้อนกันจนแน่น และมีรูปร่างเหมือนกับแท่งเหล็ก แต่เมื่อดูใกล้ๆ แล้ว จะเห็นว่าเป็นแผ่นเหล็กบางๆ ซ้อนกันอยู่ ส่วนที่สองนั้นคือคอยล์ (32,33) ซึ่งจะเกิดเป็นสนามแม่เหล็กเมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไป

โดยคอยล์จะเป็นขดลวดตัวนำอาบฉนวน ตัวนำที่ใช้นั้นจะเป็นลวดทองแดง และสาเหตุที่ต้องใช้แกนเหล็กอ่อนมาทำเป็นแกนของขดลวดนั่นก็คือขั้วแม่เหล็ก เพราะจะทำให้สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นมีความหนาแน่น และมีทิศทางที่แน่นอน

ส่วนสาเหตุที่ใช้แผ่นเหล็กบางๆ หลายๆ แผ่นมาซ้อนกันจนเป็นรูปร่างของขั้วแม่เหล็กตามที่ต้องการ แทนที่จะใช้แท่งเหล็กอ่อนทั้งแท่งด้วยเพราะเหตุว่า จะช่วยให้ลดการเกิดกระแสไหลวนภายในขั้วแม่เหล็ก ซึ่งจะทำให้ลดการสูญเสียพลังงานเนื่องจากการเกิดกระแสไหลวนภายใน และจากการที่ขดลวดของขั้วแม่เหล็กนั้นจะต่อวงจรร่วมกัน ดังนั้นจึงถูกเรียกว่า “ชุดขดลวดสนาม” หรือที่เราเรียกทับศัพท์ติดปากกันว่า “ฟิลด์คอยล์ (Field coil)” ไงล่ะครับ

ส่วนการต่อวงจรของฟิลด์คอยล์นั้น ก็จะมีการต่อวงจรทั้งแบบ วงจรอนุกรม (Series) วงจรขนาน (Shut) และวงจรผสม แต่โดยทั่วๆ ไปแล้ว ถ้าเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ทำหน้าที่หลักเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวมักจะต่อวงจรของฟิลด์คอยล์ในลักษณะของวงจรขนาน และวงจรผสมครับ ส่วนคุณลักษณะของการต่อวงจรฟิลด์คอยล์แต่ละวงจรนั้น ผมคงจะขอเว้นไว้ไม่เอ่ยถึง

ซึ่งถ้าสมาชิกท่านใดอยากทราบรายละเอียดมากกว่านี้ก็คงต้องรบกวนให้ไปค้นคว้าเอาเองครับว่า แรงเคลื่อน กระแส และรอบหมุนมันมีความสัมพันธ์กันอย่างไร ในลักษณะการต่อวงจรฟิลด์คอยล์แต่ละแบบ

3. อามาเจอร์ (34)

เป็นชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ โดยจะถูกขับให้หมุนโดยเครื่องต้นกำลัง ดังนั้นในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลัก (Main generater) ของหัวรถจักรดีเซลนั้น

อามาเจอร์จะถูกต่อเข้ากับเพลาข้อเหวี่ยงของเครื่องยนต์ดีเซลโดยตรง โดยผ่านจานขับซึ่งจะมีชุดพัดลม (18) ประกอบอยู่ เพื่อช่วยระบายความร้อนเมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงาน

อามาเจอร์นั้น จะประกอบด้วยส่วนที่เป็นแกนเหล็กอ่อน ซึ่งจะมีลักษณะเป็นทรงกระบอกกลมมีร่องโดยรอบเพื่อพันขดลวด

ก็เช่นกันกับแกนของชุดฟิลด์คอยล์ ส่วนที่เป็นแกนเหล็กอ่อนของอามาเจอร์นั้น ก็จะประกอบขึ้นจากแผ่นเหล็กบางๆ ซ้อนกันขึ้นมาจนเป็นรูปร่างดังที่กล่าวมาแล้วในข้างต้น และจะต้องทำการสมดุลก่อนในเบื้องต้น ก่อนที่จะนำขดลวดมาพัน และหลังจากที่พันขดลวดเรียบร้อยแล้วก็จะทำการสมดุลอีกครั้งหนึ่ง ที่เพลาของอามาเจอร์นั้นจะรองรับด้วยแบริ่งเพื่อให้หมุนได้คล่อง

ส่วนปลายด้านหนึ่งของอามาเจอร์นั้นจะมีอุปกรณ์ที่เรียกว่า คอมมิวเตเตอร์ (3) ประกอบอยู่ โดยคอมมิวเตเตอร์นั้นจะเป็นทองแดงเป็นชิ้นๆ เรียงกันอยู่รอบๆ เพลาของอามาเจอร์และจะมีฉนวนกั้นดังรูป และจะต่อวงจรเข้ากับขดลวดของอามาเจอร์ เพื่อรับกระแสไฟฟ้าจากส่งออกไปขับมอเตอร์ลากจูงโดยผ่านชุดแปรงถ่าน



Uploaded with ImageShack.us

รูปแสดงลักษณะของอามาเจอร์



Uploaded with ImageShack.us

รูปแสดงลักษณะของชุดแปรงถ่านที่ประกอบอยู่ที่ฝาหลังของเครื่องดำเนิดไฟฟ้า

หลักการทำงาน

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยทั่วๆ ไปก็อาศัยหลักการของการเคลื่อนที่ของสนามแม่เหล็กตัดกับขดลวด หรือการเคลื่อนที่ของขดลวดตัดกับสนามแม่เหล็ก

สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงนั้น จะให้ขดลวดอามาเจอร์เคลื่อนที่โดยการหมุนอยู่ในสนามแม่เหล็ก โดยมีขั้วของแม่เหล็กอยู่ตรงข้ามกัน

ดังนั้นเมื่อขดลวดอามาเจอร์หมุนตัดขดลวดทางด้านขั้วเหนือก็จะได้กระแสไฟฟ้าด้านบวกออกที่ปลายขดลวดด้านหนึ่งผ่านคอมมิวเตเตอร์ผ่านแปรงถ่าน (47) ด้านบวก ส่วนปลายขดลวดอีกด้านก็จะต่ออยู่กับซี่ของคอมมิวเตเตอร์ฝั่งตรงข้ามซึ่งจะเป็นขั้วลบ และเมื่ออามาเจอร์หมุนต่อไปขดลวดของอามาเจอร์จะมาตัดกับขั้วใต้ของขั้วแม่เหล็กซี่ของคอมมิวเตอร์จะกลับมาต่อกับแปรงถ่านอีกด้านหนึ่งก็จะเป็นขั้วลบ

ดังนั้นขั้วของกระแสไฟฟ้าจะคงที่ตลอดเวลา เมื่อพิจารณาดูแล้ว เราจะเห็นว่าคอมมิวเตเตอร์นั้นจะทำหน้าที่เรียงกระแสให้เป็นกระแสตรง ดังนั้น เมื่ออามาเจอร์หมุนตัดกับสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยฟิลด์คอยล์ในทุกๆ รอบ ก็จะมีกระแสไฟฟ้าออกที่ปลายขดลวดอามาเจอร์

แต่เนื่องจากปลายของขดลวดอามาเจอร์ต่ออยู่กับซี่ของคอมมิวเตเตอร์ และมีแปรงถ่านสัมผัสอยู่ โดยมีสปริงกดอยู่เพื่อให้แปรงถ่านแนบสนิทกับคอมมิวเตเตอร์ เพื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ดี ดังนั้น กระแสไฟฟ้าจึงสามารถไหลผ่านจากขดลวดอามาเจอร์ ไปสู่คอมมิวเตเตอร์ และผ่านแปรงถ่านโดยที่ปลายสายของแปรงถ่านจะต่ออยู่กับขั้วหลักของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อต่อกระแสไฟฟ้าออกไปใช้งาน และจะมีข้อสังเกตอยู่ว่าจำนวนของแปรงถ่านนั้นจะมีเท่าๆ กับจำนวนของขั้วแม่เหล็ก ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้านั้นจะขึ้นอยู่กับองค์ประกอบสองประการ คือ

1. ความเร็วของขดลวดอามาเจอร์ที่เคลื่อนที่ตัดกับสนาม เราจะเห็นว่าถ้าขดลวดอามาเจอร์หมุนเร็วมากขึ้นเราก็จะได้แรงเคลื่อนของกระแสไฟฟ้ามากขึ้น แต่ความเร็วรอบของอามาเจอร์นั้นมีข้อจำกัดอยู่ที่เงื่อนไขแรก นั่นก็คือความเร็วรอบของเครื่องยนต์ ซึ่งความเร็วรอบของเครื่องยนต์ดีเซลที่ใช้ในรถจักรดีเซลนั้นทำความเร็วรอบได้ไม่เกิน 2,000 รอบต่อนาทีครับ

เพราะฉะนั้นถ้าเราต้องการแรงเคลื่อนไฟฟ้าสูง แต่มีขีดจำกัดที่ความเร็วรอบของอามาเจอร์ เราก็จะต้องพิจารณาเงื่อนไขที่สองนั่นก็คือ

2. ความเข้มของสนามแม่เหล็กที่ขั้วแม่เหล็ก สามารถทำได้โดยเพิ่ม หรือลดแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ป้อนเข้าไปที่ขดลวดสนามเพื่อกระตุ้นขั้วแม่เหล็กให้มีความเป็นแม่เหล็กมากหรือน้อย แต่แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่กระตุ้นนี้จะป้อนได้มากเท่าไร ขึ้นอยู่กับความต้านทานของขดลวดสนาม

ถ้าขดลวดสนามมีความต้านทานสูง ก็จะสามารถป้อนแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระตุ้นฟิลด์ได้มากจะมีข้อเสีย คือ ขดลวดสนามจะมีขนาดใหญ่ จะทำให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีน้ำหนักมากขึ้น และจะมีข้อเสียอีกประการหนึ่งก็คือ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าอาจใช้แรงเคลื่อนไฟฟ้ากระตุ้นฟิลด์ด้วยตัวเองไม่ได้ จะต้องมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กเพื่อใช้ในการกระตุ้นฟิลด์คอยล์ทำให้มีความยุ่งยากมากขึ้น

ส่วนขนาดของกระแสไฟฟ้านั้น จะขึ้นอยู่กับขนาดของเส้นลวดตัวนำที่พันอยู่ที่อามาเจอร์ถ้าลวดตัวนำมีขนาดใหญ่ กระแสไฟฟ้าก็จะสามารถไหลผ่านได้มากขึ้น และในที่สุดถ้าต้องการปริมาณกระแสมากๆ เราก็จะไม่สามารถใช้ขดลวดตัวนำแบบเส้นกลมได้ เราจึงต้องใช้แผ่นทองแดงแทนเพื่อเพิ่มพื้นที่ให้กระแสไฟฟ้าไหลมากขึ้น

ในกรณีที่การต้องกระแสไฟฟ้าในปริมาณมากๆ แต่ก็มีขีดจำกัดอยู่ตรงที่ว่า ถ้าต้องการกระแสไฟฟ้ามากๆ แล้ว ใช้ตัวนำแบบทองแดงเส้นแบนก็จะทำให้อามาเจอร์มีขนาดใหญ่ และมีน้ำหนักมาก ทำให้มีปัญหาในเรื่องของโมเม็นต์ความเฉื่อยในการเคลื่อนที่ ซึ่งจะทำให้เกิดผลเสียกับเครื่องยนต์ต้นกำลัง

ส่วนการควบคุมแรงเคลื่อนไฟฟ้านั้นในระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้ากระแสตรงของรถจักรจะควบคุมแรงเคลื่อนไฟฟ้าตามความเร็วรอบของเครื่องยนต์ โดยจะออกแบบมอเตอร์ขับเคลื่อนกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้มีความสัมพันธ์กัน กล่าวคือ ที่ความเร็วรอบต่ำ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะมีแรงเคลื่อนมากพอที่จะทำให้มอเตอร์เริ่มออกตัวหมุนได้ และที่ความเร็วรอบสูงสุดแรงเคลื่อนไฟฟ้าจะต้องไม่มากเกินไปกว่าที่มอเตอร์จะทนได้

ดังนั้น เมื่อความเร็วรอบของเครื่องยนต์เปลี่ยนแปลง แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ผลิตได้จากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะเปลี่ยนแปลงตามไปด้วย เป็นผลให้ความเร็วรอบของมอเตอร์ขับเคลื่อนเปลี่ยนแปลงไปตามแรงเคลื่อนไฟฟ้าทำให้ความเร็วของรถจักรเปลี่ยนแปลงไปตามความเร็วรอบของเครื่องยนต์

แต่ด้วยโครงสร้างของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ทำให้ไม่สามารถตอบสนองความต้องการของรถจักรรุ่นใหม่ๆ ที่ต้องการสมรรถนะสูงๆ ได้ ไม่ว่าจะเป็นความเร็ว และกำลังฉุดลาก ดังนั้น เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงสำหรับระบบไฟฟ้าขับเคลื่อนรถจักรจึงไม่สามารถที่จะพัฒนาต่อไปได้ ดังนั้น เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับจึงถูกนำเข้ามาแทนที่
_________________
อดีตโชเฟอร์ล้อเหล็ก

[Cummins]

แต่ก่อนที่เราจะพูดถึงเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับเรามาดูขีดจำกัดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกระแสตรงกันก่อนว่าเพราะอะไรเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกระแสตรงจึงไม่สามารถที่จะพัฒนาต่อให้มีสมรรถนะสูงขึ้นเพื่อให้ตอบสนองกับความต้องการ การใช้งานรถจักรในปัจจุบันนี้ได้ เดี๋ยวเราจะแยกออกทีละประเด็นกันครับ

1. แรงเคลื่อนไฟฟ้า

แรงเคลื่อนไฟฟ้านั้นมีผลโดยตรงกับความเร็วของรถจักรเพราะถ้าแรงเคลื่อนไฟฟ้าสูงจะทำให้ มอเตอร์ขับหมุนได้เร็วขึ้น ผลที่ตามมาจะทำให้รถจักรวิ่งได้เร็วขึ้น

แต่การที่จะทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าได้สูงขึ้นนั้นดังที่ได้กล่าวมาแล้วว่า ขึ้นอยู่กับความเร็วของขดลวดอามาเจอร์ที่เคลื่อนที่ตัดกับสนามแม่เหล็กที่ฟิลด์คอยล์ และเนื่องจากอามาเจอร์ถูกขับจากเพลาข้อเหวี่ยงของเครื่องยนต์ต้นกำลัง ดังนั้นความเร็วรอบของอามาเจอร์จึงขึ้นอยู่กับความเร็วรอบของเครื่องยนต์

ดังที่กล่าวในข้างต้นแล้วว่าในรถจักรดีเซลนั้นปัจจุบันนี้ถ้าใช้เครื่องยนต์ดีเซลหมุนเร็วความเร็วรอบหมุนของเครื่องยนต์ต้นกำลังจะไม่เกิน 2,000 รอบต่อนาที และถ้าเป็นเครื่องยนต์ดีเซลรอบหมุนปานกลาง เราจะได้ความเร็วรอบหมุนเพียง 900-1,200 รอบต่อนาทีเท่านั้น

เพราะฉะนั้นเราสามารถทำได้อีกทางหนึ่งคือ การเพิ่มความเข้มของสนามแม่เหล็กของขดลวดสนาม เราสามารถทำได้โดยเพิ่มแรงเคลื่อนในการกระตุ้นการเป็นสนามแม่เหล็ก แต่การที่จะเพิ่มแรงเคลื่อนในการกระตุ้นได้ขดลวดสนามต้องมีความต้านทานมากพอที่จะทนแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระตุ้นสูงๆ ได้ หรืออีกวิธีหนึ่งให้กระแสไหลได้มากๆ แต่วิธีนี้ ขดลวดสนามจะต้องมีความต้านทานต่ำลงแต่ก็จะมีขีดจำกัดในการทนแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระตุ้น แล้วเราจะแก้ปัญหานี้กันยังไงดี
_________________
อดีตโชเฟอร์ล้อเหล็ก

[Cummins]

ครับเมื่อไม่มีใครตอบผมก็จะเฉลยแล้วล่ะครับว่า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบนี้จะต่อวงจรขดลวดสนามแบบผสม โดยในแต่ละขั้วแม่เหล็กจะมีขดลวดซีรีส์และขดลวดชันท์ต่อร่วมกัน โดยขดลวดซีรีส์จะมีขนาดเส้นลวดที่ใหญ่กว่า และมีความต้านทานต่ำกว่าจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าได้เร็ว และมีแรงเคลื่อนไฟฟ้าคงที่เมื่อเครื่องยนต์ทำงานรอบต่ำ ส่วนขดลวดชันท์จะมีความต้านทานสูงกว่าจะช่วยให้สนามเหล็กมีค่าคงที่ที่ความเร็วรอบสูง มีผลให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าสม่ำเสมอดีขึ้น และจะมีผลดีกับมอเตอร์ขับเคลื่อนคือทำให้มอเตอร์หมุนด้วยความเร็วสม่ำเสมอไม่เกิดอาการกระตุก กระชาก ถึงแม้ว่าความเร็วรอบของเครื่องยนต์จะเปลี่ยนแปลงไปบ้าง

มาถึงตอนนี้ ผมเชื่อว่าสมาชิกหลาย ๆ คนจะต้องมีความสงสัยแล้วล่ะครับว่า “การกระตุ้นฟิลด์” หมายความว่าอย่างไร

การกระตุ้นฟิลด์ ในที่นี้คือ การป้อนกระแสไฟฟ้าเข้าไปในขดลวดสนามเพื่อทำให้เกิดสนามแม่เหล็กขึ้น และการกระตุ้นฟิลด์ในตัวก็หมายความว่า “การที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถกำเนิดไฟฟ้าด้วยตัวเองเมื่อเริ่มหมุน” โดยไม่ต้องอาศัยแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระตุ้นจากภายนอก ซึ่งปรากฏการณ์นี้จะเป็นธรรมชาติของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงครับ

กล่าวคือ ธรรมชาติของแกนเหล็กอ่อนนั้นเมื่อสิ้นสุดการเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าแล้วจะมีเส้นแรงแม่เหล็กตกค้างเหลืออยู่ ดังนั้นเมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเริ่มทำงานอีกครั้งก็จะมีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเกิดขึ้นที่อามาเจอร์แล้วก็ไหลย้อนเข้าไปกระตุ้นฟิลด์คอยล์ทำให้ฟิลด์คอยล์มีอำนาจแม่เหล็กหนาแน่นขึ้นเรื่อยๆ ในทุกๆ รอบ จนกระทั่งในที่สุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าก็จะได้แรงเคลื่อนเต็มที่ที่ความเร็วรอบนั้นๆ

ถึงคราวนี้พอเราเร่งรอบเครื่องยนต์ จะทำให้อามาเจอร์หมุนเร็วขึ้นจะทำให้แรงเคลื่อนที่เอาท์พุทของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ซึ่งจะมีผลทำให้แรงเคลื่อนกระตุ้นฟิลด์เพิ่มขึ้นตาม ดังนั้นในวงจรเร่งรอบเครื่องยนต์ของรถจักรดีเซลบางแบบจะต่อตัวต้านทานแบบเปลี่ยนค่าได้อนุกรมกับวงจรของฟิลด์คอยล์ โดยการเปลี่ยนค่าของตัวต้านทานนี้จะสัมพันธ์กับการทำงานของคันบังคับการเร่งรอบของเครื่องยนต์ กล่าวคือจะจำกัดกระแสไฟฟ้าที่เข้าไปกระตุ้นฟิลด์ให้อยู่ในระดับที่เหมาะสมกับภาระของรถจักรในขณะนั้นเพื่อ

1.ป้องไม่ให้เครื่องยนต์เกิดอาการทำงานเกินกำลัง และ

2.ป้องกันไม่ให้เครื่องกำเนิดจ่ายแรงเคลื่อนสูงเกินไปจนกระทั่งมอเตอร์ลากจูง และตัวเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเองทนไม่ได้

แต่สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลักที่ใช้ในรถจักรดีเซลจะเป็นแบบกระตุ้นภายนอกก็เพื่อประสิทธิภาพในการทำงาน ตลอดจนสะดวกและง่ายสำหรับการควบคุม ซึ่งก็หมายความว่าจะต้องมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงขนาดเล็กอีกหนึ่งตัวไว้เพื่อกำเนิดกระแสไฟฟ้ากระตุ้นฟิลด์

กระแสไฟฟ้า

ผลของกระแสไฟฟ้ากับมอเตอร์นั้น จะมีผลโดยตรงกับกำลังฉุดลากของมอเตอร์ นั่นคือแรงบิดของมอเตอร์นั่นเอง มอเตอร์ตัวเดียวจ่ายแรงเคลื่อนเข้าเท่ากัน แต่ถ้าจ่ายกระแสเข้าต่างกันจะมีผลอย่างชัดเจนกับแรงบิดที่ใช้ในการขับเคลื่อนครับ เราจะเห็นได้อย่างชัดเจนจากมอเตอร์ที่ใช้สตาร์ทเครื่องยนต์ของยานยนต์ทั่ว ๆ ไปนี่แหละครับ กล่าวคือถึงแม้ว่าแบตเตอรี่มีแรงเคลื่อนเพียงพอ แต่จ่ายกระแสได้ไม่พอ (ความจุไม่ถึง) ก็จะมีอาการสตาร์ทไม่วิ่งทันที หรือไม่ก็แบตเตอรี่เสื่อมสภาพก็จะมีอาการเช่นเดียวกัน และถ้าเราขืนดันทุรังที่จะสตาร์ทต่อไปสิ่งที่เราจะได้เห็นตามมาก็คือควันครับไม่ที่สายไฟก็ที่ตัวมอเตอร์นั่นล่ะครับโขมงเลย แต่พอเราเอาแบตเตอรี่มาพ่วงก็เท่ากับเป็นการเพิ่มกระแสไฟฟ้า ในขณะที่แรงเคลื่อนเท่าเดิม แต่กระแสเพิ่มขึ้นปัญหานี้ก็จะหมดไปก่อนที่จะหาแบตเตอรี่มาเปลี่ยนในภายหลัง ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลักของรถจักรดีเซลก็ เช่นกันจะต้องจ่ายกระแสได้มากพอเท่าๆ กับหรือมากกว่าที่มอเตอร์ขับเคลื่อนทั้งหมดต้องการครับ ไม่เช่นนั้นแล้วก็จะทำให้รถจักรมีอาการไม่กำลังและเครื่องยนต์ก็จะเกิดอาการที่เรียกว่าทำงานเกินกำลังทันที

ที่นี้เราก็จะมาดูกันว่า จะทำอย่างไรให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงจ่ายกระแสได้สูงๆ อย่างไร ซึ่งนอกจากความหนาแน่นของสนามแม่เหล็กที่ฟิลด์คอยล์แล้ว องค์ประกอบอีกประการหนึ่งก็คือขนาดของลวดตัวนำที่อามาเจอร์ เพราะกระแสไฟฟ้าจะเกิดที่อามาเจอร์ครับ เพราะฉะนั้นถ้าต้องการให้ได้กระแสไฟฟ้าที่อามาเจอร์มาก ๆ นอกจากความเข้มของสนามแม่เหล็กแล้ว เส้นลวดตัวนำที่อามาเจอร์จะต้องมีขนาดใหญ่ และมีความต้านทานที่ไม่สูงนักเพื่อที่จะทำให้กระแสไฟฟ้าไหลได้มากขึ้น และจำเป็นต้องใช้ลวดเส้นแบนเพื่อที่จะสามารถพันเข้าร่องของอามาเจอร์ได้ง่ายขึ้นดังแสดงในรูป ซึ่งจะเห็นว่าปลายของขดลวดตัวนำทุก ๆ เส้นจะต่อเข้ากับคอมมิวเตเตอร์ที่อยู่ที่ปลายอีกด้านหนึ่ง และการต่อกระแสไฟฟ้าออกไปใช้งานโดยใช้แปรงถ่านสัมผัสอยู่กับคอมมิวเตเตอร์ ซึ่งเราจะเห็นว่าเป็นจุดอ่อนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกระแส

กล่าวคือยิ่งถ้าเราต้องการให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจ่ายกระแสมากขึ้นเท่าไร อามาเจอร์ซึ่งเป็นชิ้นส่วนที่ต้องหมุนยิ่งต้องมีขนาดใหญ่มากขึ้นเท่านั้น เพราะจะต้องใช้เส้นลวดที่มีขนาดใหญ่มากขึ้นดังที่ได้กล่าวมาแล้ว ดังนั้นผลที่ตามมาคือ จะทำให้น้ำหนักของอามาเจอร์มากขึ้น มีซึ่งมีผลโดยตรงต่อการเปลี่ยนแปลงความเร็วรอบ นอกจากนี้ขนาดที่ใหญ่มากขึ้นจะทำให้เส้นรัศมีของคอมมิวเตเตอร์โตขึ้น

ผลที่ตามมาทำให้ความเร็วเชิงมุมของคอมมิเตเตอร์มากขึ้นทำให้แรงเหวี่ยงหนีศูนย์ในจุดเชื่อมต่อระหว่างคอมมิวเตเตอร์กับขดลวดเพิ่มขึ้นตามไปด้วยถึงแม้ว่าความเร็วรอบจะไม่สูงนัก ดังนั้น ถ้ามีเหตุการณ์ที่ทำให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเกิดการทำงานเกินกำลัง ความร้อนที่อามาเจอร์จะสูงขึ้นจนอาจทำให้ตะกั่วที่บัดกรีไว้หลอมละลาย แรงเหวี่ยงอาจเหวี่ยงให้เส้นลวดหลุดจากร่องทำให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเสียหายได้ นอกจากนี้ จากการที่ใช้แปรงถ่านทำหน้าที่ในการรับกระแสไฟฟ้าออกจากคอมมิวเตเตอร์ไปใช้งาน การสัมผัสระหว่างแปรงถ่านกับคอมมิวเตเตอร์นั้นเป็นลักษณะของการสัมผัสแบบลื่นไถล และไม่สามารถหล่อลื่นได้ด้วยวิธีใดๆ นอกจากใช้วัสดุที่นำไฟฟ้า และมีความสามารถในการหล่อลื่นได้ด้วยตัวเอง ทำให้เราไม่สามารถที่จะกดแปรงถ่านเข้ากับคอมมิวเตเตอร์ให้แน่นมากจนเกินไปได้ เพราะจะทำให้ทั้งแปรงถ่าน และคอมมิวเตเตอร์มีอายุการใช้งานสั้นลง

และเมื่อคอมมิวเตเตอร์หมุนไป ทำให้ซี่ของคอมมิวเตเตอร์ที่สัมผัสอยู่กับแปรงถ่านเปลี่ยนไปด้วย ดังนั้น เราจึงไม่สามารถหลีกเลี่ยงการเกิดประกายไฟระหว่างแปรงถ่านกับคอมมิวเตเตอร์ได้

ฉะนั้น ยิ่งคอมมิวเตเตอร์ยิ่งโตมากเท่าไร ความยาวในการถูกับแปรงถ่านยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ซึ่งจะทำให้แปรงถ่านจะมีอายุการใช้งานสั้นลงเมื่อเทียบกับขนาดคอมมิวเตเตอร์ที่เล็กกว่าถ้าความเร็วรอบหมุนเท่าๆ กัน

จุดด้อยตรงนี้ละครับ ที่ทำให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกระแสตรงให้มีสรรถนะสูงขึ้นตามที่ต้องการต่อไปได้
_________________
อดีตโชเฟอร์ล้อเหล็ก

[nathapong]

[Kan]

ทำเป็น Favourite ไว้นานมากแล้ว แต่อ่านไม่เคยจบ พอเจอศัพท์อังกฤษ คำอธิบายภาษาวิศวกรรมแล้วเป็นต้องหมดกำลังใจเป็นทุกที จะพยายามหาเวลา แวะเวียนมาอ่านจนจบและเข้าใจอย่างถ่องแท้ครับ เพราะยาวไม่ใช่เล่นเหมือนกัน แต่เหมือนว่าจะเงียบไปนานแล้วนะครับ มาลงต่อไวๆนะครับ
ขอบคุณอาจารย์ Cummins และท่านอื่นๆที่ร่วมแลกเปลี่ยนความคิดเห็นและความรู้ด้วยครับ

[nathapong]

[Cummins]

ทีนี้เราก็มาดูรถจักรดีเซลไฟฟ้าแบบ DC-DC กันครับจะเห็นเครื่องดีเซลต่อกำลังขับเคลื่อนกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลักโดยตรง ส่วนที่เห็นเกาะอยู่ด้านบนคือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าช่วย (Aux Gen) ใช้สำหรับกระตุ้นฟิลด์ ชาร์ทแบตเตอรี่ และจ่ายกระแสไฟฟ้าไปเลี้ยงระบบควบคุมต่างๆ



Uploaded with ImageShack.us
รูปต่อไปแสดงอามาเจอร์ คอมมิวเตเตอร์ และแปรงถ่านครับ



Uploaded with ImageShack.us

ส่วนรูปต่อไปก็คือขดลวดสนามหรือฟิลด์คอยล์ครับ ซึ่งจะเห็นขดซีรีส์ซึ่งขดจากแผ่นตัวนำซึ่งเป็นทองแดงหุ้มฉนวนอยู่ด้านในส่วนขดลวดชัทท์จะอยู่คู่กันด้านนอกครับ



Uploaded with ImageShack.us
_________________
อดีตโชเฟอร์ล้อเหล็ก

[Cummins]

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าช่วยที่ใช้สำหรับกระตุ้นฟิลด์ และใช้ในระบบไฟฟ้าควบคุมของรถจักรทั้งหมด รวมทั้งใช้ประจุแบตเตอรี่


Uploaded with ImageShack.us
_________________
อดีตโชเฟอร์ล้อเหล็ก

[alderwood]

ขุด ขุด และขุด
ได้ข่าวมาว่า มีคนแอบเนียนกดปุ่ม Ctrl+C แล้วก็ Ctrl+V บทความนี้ไป ไม่อ้างอิงที่มา หรือแม่แต่ชื่อคนเขียน เอาไปแปะยังกับไปเขียนซะเอง แถมคนนั้นก็ยังเป็นสมาชิกเว็บนี้ด้วย เท่านั้นไม่พอ ได้ข่าวว่ามีไปแอบอ้างว่าเป็นช่างซ่อมรถไฟ แล้วก็พนักงานรถจักรอีกด้วย

กระทู้ที่ว่า
http://www.thaiairsoftgun.com/board/index.php?topic=78897.0

และเนื้อหามาจากกระทู้
ระบบส่งกำลังขับเคลื่อนรถจักรดีเซล และรถดีเซลราง
ขุ-ด อ่านว่า ขุด ครับ วันนี้มาว่าด้วยเรื่องรถจักรไอน้ำมั่ง
คาดว่าจะมีอีกกระทู้
ขุดมั่งน้า ก็มาว่าเรื่องของเครื่องยนต์ดีเซลบ้าง

รวมทั้งบทความของอ.นคร จันทศรด้วย
ระบบเบรกของขบวนรถไฟ
_________________
รักรถไฟมั่นใจโคปเตอร์ || Railway Racing Team || Korat Spotter