เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากำลังหลัก (Base load Generator)

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าประเภทนี้ เป็นเครื่องที่ใช้เป็นกำลังไฟฟ้าหลัก สามารถใช้อย่างต่อเนื่องโดยไม่จำกัดชั่วโมงในการทำงาน พิกัดกำลังของเครื่องจะต้องรับภาระเป็น 70% ของเครื่องชนิด Standby และ 60% ของเครื่อง Continuous  Type ดังนั้นหากมีความจำเป็นจะต้องเลือกเครื่องประเภทนี้แล้วจะต้องแจ้งให้ผู้ออกแบบทราบล่วงหน้า เพื่อจะได้นำข้อมูลไปประกอบการออกแบบให้ถูกต้อง เครื่องประเภทนี้มักจะใช้ในเกาะ หรือสถานที่ไฟฟ้าชั่วคราว เครื่องชนิดนี้ถึงแม้จะไม่จำกัดชั่วโมงการทำงานก็ตาม หากถึงกำหนดเวลาการทำการบำรุงรักษาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าก็จำเป็นต้องหยุดเพื่อทำการบำรุงรักษา ดังนั้นการเลือกจะต้องคำนึงถึงข้อสำคัญนี้ด้วย ซึ่งอาจจะต้องเลือกซื้อถึง 2 เครื่องเพื่อใช้ในเวลาที่ต้องหยุดเพื่อการจ่ายกำลังไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง

หมายเหตุ

โดยทั่วไปการเลือกเครื่องลักษณะนี้จะเลือกเครื่องประเภทรอบต่ำแต่ราคาจะสูงตามไปด้วย เป็นการเลือกเครื่องกำเนิดไฟฟ้าตามชนิดและประเภทของการใช้งาน

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรองต่อเนื่อง (Continuous Generator Type)

หมายถึงเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้เป็นกำลังสำรอง แต่สามารถใช้ได้อย่างต่อเนื่องเมื่อไฟฟ้าหลักขาดหมายไป การเลือกเครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดนี้จะต้องเข้าใจว่าเราเลือกเครื่องเพื่อสำรองแต่ขณะเดียวกันเราต้องเลือกเครื่องที่มีขีดความสามารถสูงขึ้น ต้องมีเหตุผลประกอบ เช่นเคยมีไฟฟ้าหลักดับหรือขาดหายเป็นเวลานานกว่า 12 ชั่วโมง หรือ ภาระของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าประกอบด้วยโหลด ที่มีขนาดกระแสเริ่มต้นสูง 

ดังนั้นการเลือกเครื่องกำเนิดไฟฟ้าประเภทแรกจึงไม่เหมาะสมด้วยประการทั้งปวงจึงควรเลือกประเภทที่ 2 เครื่องกำเนิดไฟฟ้าประเภทนี้สามารถแก้ข้อจำกัดของเครื่องประเภทแรกได้ แต่ราคาจะสูงกว่าประเภทแรก เนื่องจากการออกแบบจะต้องเลือกเครื่องยนต์ที่เป็นชุดขับเคลื่อนต้องมีขนาดกำลังหรือแรงม้าที่มากพอ รับภาระได้ 10% มาตรฐาน IEC และมาตรฐานอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องเนื่องจากการทำงานของเครื่องกำเนิดประเภทนี้เป็นลักษณะกึ่งการใช้งานหนัก (Heavy duty) จะต้องพิจารณาตัวประกอบอื่นอีก เช่น ความคงทนของฉนวน และอุณหภูมิการใช้งานของชุดกำเนิดไฟฟ้า

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรอง (Standby Generator Type)

หมายถึงเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้เป็นกำลังสำรองเมื่อไฟฟ้าหลักขาดหายไปเป็นเวลาไม่นานนัก เรียกได้ว่ามีไว้สำหรับใช้เมื่อมีความจำเป็นหรือกรณีฉุกเฉิน ดังนั้นความสำคัญของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจึงอยู่ที่ความพร้อมใช้งานเป็นหลัก และจะต้องสามารถจ่ายกำลังไฟฟ้าได้อย่างเพียงพอตามที่ออกแบบไว้ด้วย เครื่องประเภทนี้มักใช้สำหรับอาคารสูงเพื่อใช้สำหรับไฟฟ้าส่วนกลาง โรงงานอุตสาหกรรม ที่ต้องการผลผลิตอย่างต่อเนื่อง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดนี้จะต้องตอบสนองความต้องการอย่างรวดเร็ว และเที่ยงตรงแม่นยำ ข้อมูลด้านเทคนิค เครื่องประเภทนี้จะมีการคำนวณเพื่อออกแบบผลิตเครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดใช้งานเต็มกำลังของเครื่องยนต์เพื่อใช้ขับเคลื่อนชุดกำเนิดไฟฟ้า 

ดังนั้นเครื่องประเภทนี้จะไม่สามารถจ่ายเกินกำลังได้ เช่น 10% (Overload 10%) ผู้ออกแบบควรระมัดระวังเงื่อนไขเหล่านี้ ชั่วโมงการทำงานจะต้องไม่เกินพิกัดของผู้ผลิตเครื่องยนต์ กำหนดไว้เช่นบางผู้ผลิตกำหนดไว้ไม่เกิน 150 หรือ200 ชั่วโมงต่อปี การใช้ไม่เกินจึงจะถือว่าอยู่ในเงื่อนไขของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรอง การเดินเครื่องแต่ละครั้งจะต้องอยู่ในข้อกำหนดของผู้ผลิตด้วย เช่นในรอบเดินเครื่อง 12 ชั่วโมงต้องหยุด 1 ชั่วโมง หากการใช้งาน เกินช้อกำหนดแสดงว่าเราเลือกประเภทของเครื่องกำเนิดไฟฟ้านั้นไม่เหมาะสมกับประเภทการใช้งาน ผู้ออกแบบหรือผู้เลือกจำเป็นที่จะต้องทราบข้อมูลเบื้องต้นเหล่านี้ เพื่อใช้ในการประกอบการพิจารณาของการเลือกใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดนี้ จะต้องประกอบด้วยตัวตรวจจับไฟฟ้าหลัก (AMF) และชุดสลับจ่ายกระแสไฟฟ้า (ATS)

ชนิดตามกำลังของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

เมื่อทราบถึงวัตถุประสงค์ที่แท้จริงในการใช้ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแล้ว สิ่งต่อไปที่จะต้องทราบและทำความเข้าใจให้ชัดเจน คือ ชนิดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีให้เลือกในปัจจุบันตามประเภทกำลังเพื่อความเหมาะสมกับความต้องการเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีประเภทดังนี้

1.      เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากำลังสำรอง (Standby Generator Type)

2.      เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากำลังสำรองต่อเนื่อง (Continuous Generator Type)

3.      เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากำลังหลัก (Base Generator Type)

หลักการทำงานเบื้องต้นของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Generator)

โดยทั่วไปแล้วเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะประกอบด้วยส่วนสำคัญ 2 ส่วน คือส่วนที่เรียกว่า โรเตอร์ (Rotor) ซึ่งจะมีขดลวดตัวนำฝังอยู่ในร่องรอบแกนโรเตอร์ที่ทำจากแผ่นเหล็กซิลิคอน (Silicon Steel Sheet) ขนาดหนาประมาณ 0.35-0.5 มิลลิเมตร นำมาอัดแน่นโดยระหว่างแผ่นเหล็กซิลิคอนจะมีฉนวนเคลือบ ทั้งนี้เพื่อลดการสูญเสียที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าไหลวน (Eddy Current) ภายในแกนเหล็กของโรเตอร์จะได้รับไฟฟ้ากระแสตรงจากเอ็กไซเตอร์(Excitor) เพื่อทำหน้าที่ในการสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้น อีกส่วนหนึ่งของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าคือส่วนที่อยู่กับที่ เรียกว่า สเตเตอร์(Stator) ภายในร่องแกนสเตเตอร์ มีขดลวดซึ่งทำจากแผ่นเหล็กอัดแน่นเช่นเดียวกับโรเตอร์ฝังอยู่ อาศัยหลักการของการเคลื่อนที่ของแม่เหล็กผ่านลวดตัวนำ จะทำให้เกิดการเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าที่สเตเตอร์และนำแรงดันไฟฟ้านี้ไปใช้ต่อไป

หลักการง่ายของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เมื่อสนามแม่เหล็กหมุนผ่านขดลวดบนสเตเตอร์จะเหนี่ยวนำให้เกิด กระแสและแรงดันขึ้นที่ขดลวด สนามแม่เหล็กเกิดขึ้นได้จากการป้อนไฟ DC เข้าขดลวดของโรเตอร์ กระแสไฟ DC จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กขึ้นที่โรเตอร์และเมื่อโรเตอร์หมุนจะเหนี่ยวนำแรงดัน AC และกระแส ขึ้นที่ขดลวดสเตเตอร์

จากรูปเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่แสดง เมื่อสนามแม่เหล็กหมุนผ่านทุกๆ ขดลวด ในการหมุนครบ 1 รอบ ของโรเตอร์ เราเรียกว่า 1 cycle ถ้าโรเตอร์ หมุน 50 รอบใน 1 วินาที สนามแม่เหล็กจะหมุนผ่านทุกๆ ขดลวด 50 ครั้งใน 1 วินาที เราอาจจะพูดได้ว่า electrical power มีความถี่(Frequency) เท่ากับ 50cycle/sec(Hz) แสดงเป็นสมการได้ดังนี้

               F     =     N

คือความถี่(Frequency) เท่ากับจำนวนรอบของการหมุนต่อวินาที ดังนั้น

               F     =     N/60    =   รอบ/วินาที

จากสมการที่ได้ใช้เฉพาะ Machine ที่เป็นแบบ 2 pole(ขั้ว) N กับ S (North and South) หรือ 1 คู่ของ pole

               ถ้าโรเตอร์มี 4 pole ทุกๆการหมุน 1 รอบ ของโรเตอร์ จะได้ความถี่ออกมา 2 cycle ดังนั้นจำนวน pole ต้องนำมาพิจารณาด้วย เมื่อจะคำนวณความสัมพันธ์ระหว่างความถี่และความเร็วรอบ

               ดังนั้นเราจะได้สมการใหม่ดังนี้

               F      =     N x P (P = จำนวนคู่ของ pole)

               P คือ จำนวนคู่ของ pole (pair of pole) ไม่ใช่จำนวน pole เช่น 2-pole ของโรเตอร์ จะมี 1 คู่ของ pole, โรเตอร์ 4-pole จะมี 2 คู่ของ pole เช่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอันหนึ่งมีความถี่ 50 cycle/sec, 2 pole จะหมุนด้วยความเร็ว 3,000 RPM แต่ถ้าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าตัวเดียวกัน แต่โรเตอร์เป็นแบบ 4 pole จะหมุนด้วยความเร็ว 1,500 RPM

             
แต่ในทางกลับกันเครื่องกำเนิดไฟฟ้าตัวหนึ่งหมุนที่ความเร็วรอบ 300 RPM จำนวน pole ที่ต้องใช้ในการทำให้ได้ความถี่ 50 cycle/sec จะต้องทำให้โรเตอร์ มีขนาด 10 คู่ pole หรือ 20 pole ซึ่งเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ชนิดนี้ส่วนมากใช้กับ Hydro turbine เป็นตัวหมุนโรเตอร์(โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำ)

              
เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งใช้กับ Steam turbine หรือ Gas turbine เป็นตัวหมุนโรเตอร์ส่วนมากเป็นพวก High speed และรูปร่างโรเตอร์เป็นทรงกระบอกดังรูปด้านล่าง

Turbo Generator Rotor หรือโรเตอร์ทรงกระบอก

              ขดลวดโรเตอร์จะวางลงในช่อง slot และต่อเข้าด้วยกันที่ปลายของแต่ละชุด เพื่อวางรูปให้เป็นขดลวดและกำหนดขั้ว N และ S ซึ่งจะเป็นตัวกำหนดการหมุนของสนามแม่เหล็ก

              ความถี่(Frequency) คือตัววัดความเร็ว ถ้าเพิ่มพลังงานที่ได้จากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยไม่เพิ่มพลังงานให้กับ turbine จะทำให้ความเร็วลดลง ซึ่งเราสามารถรู้ได้ด้วยความถี่ลดลงด้วย

              ควรจำไว้ว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ไม่ได้เป็นตัวสร้างพลังงานไฟฟ้า แต่เครื่องกำเนิดไฟฟ้า เป็นเครื่องมือที่เปลี่ยนพลังงานทางกล ไปเป็น พลังงานไฟฟ้า

Generator เครื่องกำเนิดไฟฟ้าคืออะไร?

เครื่องกำเนิดไฟฟ้า (อังกฤษ: Electric generator) คือ เครื่องกลที่ใช้สำหรับแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า โดยอาศัยหลักการทำงาน ว่าเมื่อสนามแม่เหล็กเคลื่อนที่ตัดขดลวด หรือขดลวดเคลื่อนที่ตัดสนามแม่เหล็กก็จะได้ไฟฟ้าออกมา

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะประกอบด้วยส่วนที่สำคัญสองส่วนคือ ส่วนที่สร้างสนามแม่เหล็ก เรียกกว่า ฟิลด์ และส่วนที่สร้างแรงดันไฟฟ้าเรียกว่าอาเมเจอร์

ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง ฟิลด์จะเป็นส่วนที่อยู่กับที่ อาเมเจอร์จะเป็นส่วนที่เคลื่อนที่ แต่ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ฟิลด์และอาเมเจอร์ สามารถเป็นได้ทั้งส่วนที่อยู่กับที่และส่วนที่หมุน

โดยในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็ก จะสามารถสร้างได้ทั้งแบบฟิลด์และอาเมเจอร์หมุน แต่ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่ จะสร้างได้แต่แบบอาเมเจอร์อยู่กับที่เท่านั้น เพราะจะมีปัญหาน้อยกว่า

แรงดันที่เกิดขึ้นในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะมากหรือน้อย ขึ้นอยู่กับปัจจัยที่สำคัญสองตัวคือ ความเร็วรอบและเส้นแรงแม่เหล็ก

ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงเราสามารถเพิ่มแรงดันไฟฟ้าขึ้นได้โดย การปรับความเข้มของสนามแม่เหล็ก และเพิ่มความเร็วรอบของเครื่องกำเนิด แต่ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับการเพิ่มแรงดันโดยการเพิ่มความเร็วไม่สามารถที่จะทำได้ เพราะจะทำให้ความถี่ของแรงดันไฟฟ้าที่ได้เปลี่ยนแปลงไป สามารถทำได้เพียงการปรับความเข้มของสนามแม่เหล็กเท่านั้น