เครื่องกำเนิดไฟฟ้า (generator) คือ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่แปลงพลังงานกลให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยใช้หลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า
หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าประกอบด้วยส่วนประกอบหลักๆ ดังนี้
- ขดลวด (coil) ทำหน้าที่รับพลังงานกลจากแหล่งกำเนิด
- สนามแม่เหล็ก (magnetic field) ทำหน้าที่สร้างสนามแม่เหล็ก
- โรเตอร์ (rotor) ทำหน้าที่หมุนขดลวด
- สเตเตอร์ (stator) ทำหน้าที่ยึดขดลวด
เมื่อมีการหมุนโรเตอร์ จะทำให้ขดลวดเคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็ก ทำให้เกิดการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นภายในขดลวด ส่งผลให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวด แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำนี้จะไหลผ่านวงจรไฟฟ้าภายนอก
ประเภทของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบ่งออกเป็น 2 ประเภทหลักๆ คือ
- เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง (direct current generator) ใช้หลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระแสตรง
- เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ (alternating current generator) ใช้หลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระแสสลับ
เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง
เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงประกอบด้วยส่วนประกอบหลักๆ ดังนี้
- ขดลวดอาร์เมเจอร์ (armature coil) ทำหน้าที่รับพลังงานกลจากแหล่งกำเนิด
- ขดลวดสนาม (field coil) ทำหน้าที่สร้างสนามแม่เหล็ก
- แปรงถ่าน (brush) ทำหน้าที่นำกระแสไฟฟ้าจากขดลวดอาร์เมเจอร์ไปยังวงจรไฟฟ้าภายนอก
- คอมมูเตเตอร์ (commutator) ทำหน้าที่เปลี่ยนทิศทางของกระแสไฟฟ้าในขดลวดอาร์เมเจอร์
เมื่อมีการหมุนโรเตอร์ จะทำให้ขดลวดอาร์เมเจอร์เคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็ก ทำให้เกิดการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นภายในขดลวดอาร์เมเจอร์ ส่งผลให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวดอาร์เมเจอร์ แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำนี้จะไหลผ่านแปรงถ่านไปยังวงจรไฟฟ้าภายนอก คอมมูเตเตอร์ทำหน้าที่เปลี่ยนทิศทางของกระแสไฟฟ้าในขดลวดอาร์เมเจอร์ทุกๆ ครึ่งรอบการหมุน ทำให้กระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้าภายนอกเป็นกระแสตรง
เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ
เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับประกอบด้วยส่วนประกอบหลักๆ ดังนี้
- ขดลวดโรเตอร์ (rotor coil) ทำหน้าที่รับพลังงานกลจากแหล่งกำเนิด
- ขดลวดสเตเตอร์ (stator coil) ทำหน้าที่รับแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ
เมื่อมีการหมุนโรเตอร์ จะทำให้ขดลวดโรเตอร์เคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็ก ทำให้เกิดการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นภายในขดลวดโรเตอร์ ส่งผลให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวดโรเตอร์ แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำนี้จะเหนี่ยวนำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวดสเตเตอร์ แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวดสเตเตอร์เป็นกระแสสลับ
การนำเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไปประยุกต์ใช้
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าถูกนำไปประยุกต์ใช้อย่างหลากหลายในชีวิตประจำวัน เช่น
- การผลิตไฟฟ้าสำหรับใช้ในครัวเรือนและภาคอุตสาหกรรม
- ชาร์จแบตเตอรี่
- ผลิตพลังงานไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานลม พลังงานแสงอาทิตย์
ข้อดีและข้อเสียของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
ข้อดี
- สามารถแปลงพลังงานกลให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้
- สามารถนำพลังงานจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนมาใช้ผลิตไฟฟ้าได้
ข้อเสีย
- ประสิทธิภาพของการผลิตไฟฟ้ายังไม่สูง
- อาจมีความเสี่ยงต่อการเกิดอันตรายจากไฟฟ้า
สรุป
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่สำคัญอย่างยิ่งในวงการวิศวกรรมไฟฟ้า เนื่องจากเป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่แปลงพลังงานกลให้เป็นพลังงานไฟฟ้า ซึ่งสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในหลากหลายด้าน