ทำความรู้จักเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เบื้องต้นว่าประกอบด้วยอะไรและทำงานอย่างไร

เครื่องกำเนินไฟฟ้า หรือเครื่องปั่นไฟ หรือที่เรียกว่า Generator Set เป็นรูปแบบหนึ่งของระบบสำรองไฟฟ้าที่ได้รับความนิยมในการใช้งานอย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะในจุดที่ต้องการความเสถียรการเป็นจุดสำรองที่มั่นใจได้สูง

หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าคือการเปลี่ยนแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า มีจุดประสงค์หลักในการใช้งานคือการผลิตกระแสไฟฟ้าสำรองเมื่อมีการดับไฟฟ้า เพื่อให้หน่วยงานภาคต่างๆหรือบริษัทสามารถใช้งานไฟฟ้าทดแทนระบบไฟฟ้าหลักได้อย่างต่อเนื่อง

หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบ่งออกเป็นสองประเภทหลักคือ

  • ชนิดกระแสตรงหรือไดนาโม (Dynamo) และ
  • ชนิดกระแสสลับหรืออัลเตอร์เนเตอร์ (Alternator)

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีส่วนประกอบหลักที่ทำให้การทำงานเป็นไปได้ คือ

  • เครื่องยนต์ (Engine)
  • ไดร์ปั่นไฟ (Alternator) และ
  • ชุดควบคุม (Controller)

ทั้งสามส่วนนี้ถูกนำมารวมกันเพื่อให้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเต็มรูปแบบ

เครื่องยนต์สามารถเป็นชนิดเบนซิน, ดีเซล, หรือใช้แก๊ส และมีระบบสายส่งทั้งระบบ 1 เฟสและระบบ 3 เฟส ส่วนชุดควบคุมสามารถทำงานได้ทั้งแบบมือ (Manual) และอัตโนมัติ (Automatic)

สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้ในอุตสาหกรรมมักจะเป็นชนิดกระแสสลับ ทั้งแบบ 1 เฟสและ 3 เฟส โดยมีรูปแบบการขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ดีเซล ที่มีประสิทธิภาพสูง ทนทานต่อการใช้งานหนัก และให้กำลังไฟฟ้าที่ต่อเนื่อง

การทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีขั้นตอนหลายขั้นตอน ได้แก่ Exciter, Rotating Rectifier, Main Generator, และ Automatic Voltage Regulator (A.V.R.) ซึ่ง A.V.R. เป็นหน่วยควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่ทำให้การผลิตไฟฟ้ามีความเสถียร

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าไม่เพียงแค่มีความหลากหลายในรูปแบบและการใช้งาน แต่ยังสามารถปรับความถี่ของกระแสไฟฟ้าได้ ในทางปฏิบัติ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าถือเป็นอุปกรณ์สำคัญที่ช่วยให้กิจการหรือสถานประกอบการทำงานได้ต่อเนื่องแม้กระทั่งช่วงที่เกิดการไฟฟ้าดับ

F A Q

เราได้รวบรวมคำถามที่มักจะมีจากลูกค้าและช่างเกี่ยวกับสินค้าของเราโดยเรียบเรียงเป็นหัวข้อคำถามและชุดคำตอบเพื่อให้ท่านคลายข้อสงสัยไว้ดังนี้

ชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Generator Set) ประกอบด้วยส่วนหลักๆ อะไรบ้าง

คำตอบ :
  • เครื่องต้นกำลัง (Engine Prime Mover) เป็นหัวใจหลักของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ทำหน้าที่แปลงพลังงานเชื้อเพลิงให้เป็นพลังงานกล ซึ่งจะส่งต่อไปยังตัวกำเนิดไฟฟ้า (Alternator) เพื่อแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า
  • ระบบระบายความร้อนและไอเสีย (Cooling and Exhaust System) ทำหน้าที่ระบายความร้อนให้กับเครื่องยนต์และตัวกำเนิดไฟฟ้า และกำจัดไอเสียออกจากเครื่องยนต์
  • ระบบหล่อลื่น (Lubrication System) ทำหน้าที่หล่อลื่นชิ้นส่วนต่างๆ ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เพื่อลดการสึกหรอและยืดอายุการใช้งาน
  • ตัวกำเนิดไฟฟ้า (Alternator) ทำหน้าที่แปลงพลังงานกลจากเครื่องยนต์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยอาศัยหลักการของการสร้างสนามแม่เหล็กหมุนตัดผ่านขดลวด เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกระแสลสับ (A.C. Generator or Generator) มีส่วนประกอบสำคัญคือ Rotor, Stator, Exciter field, AVR (Automatic voltage Regulator), PMG (permanent Magnet Generator)
  • ระบบควบคุมแรงดันไฟฟ้า (Voltage Regulator) ชุดควบคุมเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ทำหน้าที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายออกมาจากตัวกำเนิดไฟฟ้าให้อยู่ในระดับที่กำหนด
  • ชุดควบคุมเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Control Panel) ทำหน้าที่แสดงสถานะการทำงานและควบคุมการทำงานของชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แบ่งเป็นระบบควบคุมแบบแมนนวลและอัตโนมัติ แสดงผลได้ทั้งแบบ อนาล็อก และ แบบดิจิตอล
    นอกจากส่วนหลักๆ เหล่านี้แล้ว ชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอาจประกอบด้วยส่วนประกอบอื่นๆ เพิ่มเติม เช่น
  • แบตเตอรี่ (Battery) ทำหน้าที่เป็นแหล่งจ่ายไฟสำรองให้กับตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า
  • ระบบสตาร์ท (Starting System) ทำหน้าที่สตาร์ทเครื่องยนต์
  • ระบบดับเพลิง (Fire Protection System) ทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้เครื่องยนต์เกิดเพลิงไหม้
  • ส่วนประกอบต่างๆ ของชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะทำงานร่วมกันเพื่อให้ชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพและปลอดภัย

เครื่องกำเนิดไฟฟ้า แบบ Prime Rating และ Standby Rating แตกต่างกันอย่างไร

คำตอบ :
การแบ่งพิกัดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั่วไปแบ่งออกเป็น การใช้งาน ดังนี้

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบ Prime Rating และ Standby Rating แตกต่างกันที่ความสามารถในการจ่ายกำลังไฟฟ้า โดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบ Prime Rating สามารถจ่ายกำลังไฟฟ้าได้อย่างต่อเนื่องเป็นเวลานานโดยไม่หยุดพัก ในขณะที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบ Standby Rating สามารถจ่ายกำลังไฟฟ้าได้สูงสุดเป็นเวลาสั้นๆ เท่านั้น

    1.พิกัดแบบสำรองฉุกเฉิน (Standby Rating) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบ Standby Rating มักใช้เป็นแหล่งจ่ายไฟสำรองในกรณีฉุกเฉิน เช่น ไฟฟ้าดับ หรือไฟฟ้าขัดข้อง เป็นต้น ซึ่งอาจต้องจ่ายไฟเป็นเวลาสั้นๆ เพียงไม่กี่ชั่วโมงเท่านั้น ด้วยเหตุนี้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบ Standby Rating จึงมีการออกแบบและผลิตมาให้มีความคุ้มค่าในการใช้งานเป็นหลัก ไม่จำเป็นต้องทนทานเป็นพิเศษเหมือนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบ Prime Rating
    2. พิกัดแบบต้นกำลัง (Prime Rating) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบ Prime Rating มักใช้เป็นแหล่งจ่ายไฟหลักสำหรับอาคารหรือสถานที่ต่างๆ เช่น โรงพยาบาล โรงงานอุตสาหกรรม โรงแรม เป็นต้น ซึ่งต้องมีการจ่ายไฟอย่างต่อเนื่องตลอด 24 ชั่วโมง 7 วันต่อสัปดาห์ ด้วยเหตุนี้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบ Prime Rating จึงมีการออกแบบและผลิตมาให้มีความทนทานเป็นพิเศษ สามารถทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพอย่างต่อเนื่องโดยไม่หยุดพัก

ตารางเปรียบเทียบ

คุณสมบัติ Prime Rating Standby Rating
ความสามารถในการจ่ายกำลังไฟฟ้า ต่อเนื่อง สูงสุดเป็นเวลาสั้นๆ
การใช้งาน เป็นแหล่งจ่ายไฟหลัก เป็นแหล่งจ่ายไฟสำรอง
การออกแบบและการผลิต เน้นความทนทาน เน้นความคุ้มค่า

ข้อสรุป

ในการเลือกซื้อเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ควรพิจารณาถึงความต้องการในการใช้งานเป็นหลัก หากต้องการใช้เป็นแหล่งจ่ายไฟหลัก ควรเลือกเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบ Prime Rating แต่ถ้าต้องการใช้เป็นแหล่งจ่ายไฟสำรอง ควรเลือกเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบ Standby Rating

ATS คืออะไร

คำตอบ :
    ATS ย่อ มาจาก Automatic Transfer Switch มี หน้าที่สั่งให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงานอัตโนมัติในช่วงที่ไฟหลวงดับหรือไฟ ตก โดย ATS จะเช็คว่าไฟหลวงดับ หรือไฟตก ก็จะส่งสัญญาณ ไปเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (generator) ให้สตาร์ท เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสตาร์ท จนความถี่, แรงดันไฟฟ้า ได้ค่าปกติแล้ว ก็จะสั่ง Transfer เอาไฟจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (generator) เข้าไปยังระบบทันที ซึ่งการทำงานดังกล่าวสามารถตั้งค่า (เซ็ท) เวลาได้ ซึ่งจะอยู่ประมาณ 8-15 วินาที ถ้าไม่ติดแสดงว่าอาจมีปัญหาในบางจุด สามารถตรวจเช็คได้ภายหลัง
    โดยทั่วไป ATS มีสองชนิด คือ
    1. ชนิดเซอร์กิตเบรคเกอร์ ซึ่งก็จะมีขนาดแอมป์ตามขนาดของเบรคเกอร์ และ
    2. ชนิดคอนแทคเตอร์
    นอกจากนี้ ATS ยังแบ่งได้อีกเช่น Open Transition (ในระหว่างที่ Transfer จะมีไฟกระพริบ) และ Closed Transition (ในระหว่างที่ Transfer จะใช้เวลาน้อยมาก จนไฟแทบจะไม่กระพริบเลย)

Permanent Magnet Generator (PMG) คืออะไร

คำตอบ :
โดยปกติระบบ Excitation ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะมี 2 แบบซึ่งในที่นี้จะอธิบายโดยย่อ ดังนี้
    1. แบบ Self excited จะรับ power ในการ excitation จาก generator armature (generator output) โดยจะอาศัยอำนาจแม่เหล็กจำนวนเล็กน้อย ที่ตกค้างจากการทำให้เป็นแม่เหล็กในครั้งก่อน (residual magnetism) ไปตัดขดลวด และจะกระตุ้นให้เกิดแรงดัน AC ผ่านวงจร full wave bridge rectifier ให้เป็นไฟ DC แล้วนำไฟ DC ที่ได้นี้ป้อนกลับเข้าไปใน main field เพื่อเพิ่มอำนาจแม่เหล็กเดิมให้มากขึ้น ซึ่งจะวนอย่างนี้ไปเรื่อย ๆ อย่างรวดเร็ว จนกระตุ้นถึงแรงดันที่ต้องการ (ดังนั้นแม่เหล็กดังกล่าวจะเป็นแม่เหล็กชั่วคราวซึ่งได้จากการไหลผ่าน ของกระแสไฟฟ้า)
    2. แบบ Permanent Magnet หรือ PMG จะต่างกับแบบ self excited ตรงที่จะรับ power ในการ excitation จาก pilot excitor แทนที่จะรับจาก main armature ซึ่ง pilot excitor นี้ทำจากแม่เหล็กถาวรทำให้สามารถทำงานได้อิสระโดยไม่จำเป็นต้องพึ่ง generator output voltage เหมือนกรณีของ Self excited
ข้อดีของระบบ excitation แบบ PMG คือ
    1. สามารถทนต่อฮาร์โมนีคโหลดได้ดีกว่าแบบ Self excited
    2. สามารถทนต่อกระแส Short circuit ได้ถึง 300% เป็นเวลา 10 วินาที
    3. สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูงในการสตาร์ตครั้งแรก สามารถรับภาระโหลดทุกช่างระดับโหลด โดยเฉพาะการทนกระแสสตาร์ต มอเตอร์ได้ดี
    โดย ทั่วไปเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีขนาดเล็ก มาตรฐานจากโรงงานจะใช้ระบบ excitation เป็นแบบ self excited แต่หากต้องการเป็นแบบ PMG ก็สามารถทำได้ ซึ่งจะเป็น option ของทางผู้ขาย

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มี AVR ควบคุมไม่ควรเดินรอบเท่าไหร่ที่จะมีผลต่อขดลวดต่างๆ

คำตอบ :
    เครื่อง กำเนิดไฟฟ้าที่ใช้ AVR ควบคุม ไม่ควรเดินรอบเครื่องยนต์ให้ต่ำกว่า 47 Hz เพราะว่าถ้าเดินรอบเครื่องยนต์ต่ำกว่า 47 Hz ต่อเนื่องนานๆ จะทำให้ขดลวด Exciter STATOR, Exciter ROTOR, ขดลวด MAIN FIELD ROTOR ไหม้ได้ รวมทั้งอายุการใช้งานของ ROTATING DIODE จะสั้นอีกด้วย

เครื่องกำเนิดไฟฟ้า มีการรับประกันอย่างไร

คำตอบ :
    โดย ปกติเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะมีการรับประกันที่อายุ 1 ปีหลังจากที่ได้มีการ commissioning หน้างานแล้ว ซึ่งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยทั่วไปต้องมีการตรวจเช็คสภาพเครื่องยนต์ และเปลี่ยนถ่ายน้ำมันเครื่องรวมถึงไส้กรองประเภทต่างๆทุก 250 ชั่วโมง ตามคู่มือเครื่องยนต์ ในส่วนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะตรวจเช็คแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าแต่ละเฟส ความถี่ และ ระบบควบคุมการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

การติดตั้งชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ให้มีประสิทธิภาพ ต้องคำนึงถึงส่วนใดบ้าง

คำตอบ :
ต้องตรวจสอบในเรื่องของ
    สถานที่ติดตั้ง (Location) พิจารณาถึงทิศทางลมที่ไหลเวียนเข้าและออกจากห้อง ต้องห่างจากสภาพแวดล้อมที่มีฝุ่นละออง สารเคมี สิ่งสกปรกต่างๆ และความชื่นสูง
    แบบห้อง ( Room Layout) ปกติ ต้องมีพื้นที่รอบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอย่างน้อย 1.5- 2 เมตรรอบเครื่องสำหรับการบำรุงรักษาเครื่องกำเนิดไฟฟ้า พร้อมๆ กับพื้นที่สำหรับสายไฟหลัก ท่อน้ำมัน ท่อดักลม รวมถึงท่อไอเสีย
    การระบายอากาศ (Room Ventilation) ต้อง มีการระบายอากาศที่ดี เพื่อระบายความร้อนสะสมในห้องและตัวเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โดยอากาศจะไหลเวียนจากด้านท้ายไปด้านหน้า ต้องมีช่องลมเข้า และ ช่องลมออกที่เหมาะสมกับขนาดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
    ฐานติดตั้ง (Foundation) ต้อง สามารถรับน้ำหนักของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้ทั้งชุด รวมทั้งแรงปฎิกิริยาที่เกิดจากการสั่นของเครื่อง ควรยกให้สูงประมาณ 10-15 เซนติเมตรจากพื้น แท่นรับควรจะใหญ่กว่าฐานรับของเครื่องอย่างน้อย ด้านละ 200-400 มิลลิเมตร
    ท่อไอเสีย (Exhaust pipe) ท่อ ไอเสียควรจะสั้น เท่าที่สภาพของสถานที่ติดตั้งจะอำนวย และให้มีจำนวนข้องอให้น้อยที่สุด ในกรณีต้องเดินยาวกว่า 10 เมตร จะต้องเพิ่มขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางท่อ โดยขึ้นอยู่กับความยาวและจำนวนข้องอที่ใช้