เรกูเลเตอร์ในเครื่องยนต์

Posted on : 16-05-2013 | By : Author | In : ระบบต่าง ๆ ในรถยนต์

เรกูเลเตอร์ (regulator) คืออุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ควบคุมแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ออกจากอัลเทอร์เนเตอร์ ไม่ให้ออกมามากเกินไป ทั้งนี้เพื่อป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่ อุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ ในรถยนต์ และอัลเทอร์เนเตอร์เสียหายได้ เนื่องจากความเร็วรอบของเครื่องยนต์ไม่คงที่ ความเร็วรอบของอัลเทอร์เนเตอร์ก็เปลี่ยนแปลงไปตามความเร็วรอบของเครื่องยนต์และภาระ (ได้แก่ หลอดไฟ มอเตอร์ปัดนํ้าฝน แอร์ และวิทยุเทป) ของรถยนต์ก็มีการเปลี่ยนแปลงอัลเทอร์เนเตอร์จะต้องจ่ายแรงเคลื่อนไฟฟ้าออกมาที่แรงเคลื่อนคงที่ โดยการใช้เรกูเลเตอร์เป็นตัวควบคุม เรกูเลเตอร์จะควบคุมความเข้มสนามแม่เหล็กของขดลวดโรเตอร์โดยการเพิ่มหรือลดกระแสไฟฟ้าที่เข้าไปยังขดลวดโรเตอร์ เพื่อที่จะควบคุมจำนวนแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ออกจากอัลเทอร์เนเตอร์ให้อยู่ในค่าที่กำหนดคือ 13.8 ถึง 14.8 โวลต์
เรกูเลเตอร์มีการออกแบบมาใช้ควบคุมแรงเคลื่อนไฟฟ้าของอัลเทอร์เนเตอร์หลายๆ แบบได้แก่
เรกูเลเตอร์ 1 หน่วย หน้าทองขาวเดี่ยว
เรกูเลเตอร์จะมีตัวความต้านทานต่ออนุกรมกับขดลวดฟิลด์คอยล์ของโรเตอร์ ตัวความต้านทานจะไม่มีกระแสไฟไหลผ่านมันดังรูปที่ 7.58 ขณะที่เครื่องยนต์อยู่ในความเร็วรอบตํ่า เมื่อแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ออกจากอัลเทอร์เนเตอร์ตํ่าอยู่ ความเข้มของสนามแม่เหล็กที่ขดลวดโวลเตจเรกูเลเตอร์ก็มีไม่มากจึงไม่สามารถดูดหน้าทองขาวให้แยกออกจากกัน กระแสไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ก็จะไหลผ่านหน้าทองขาวไปยัง ขดลวดโรเตอร์ ทำให้ความเข้มของสนามแม่เหล็กมีมาก อัลเทอร์เนเตอร์ก็จะจ่ายแรงเคลื่อนไฟฟ้าออกมามาก และก็จะทำให้ขดลวดโวลเตจเรกูเลเตอร์มีความเข้มของสนามแม่เหล็กมากจนกระทั่งสามารถดูดให้หน้าทองขาวแยกออกจากกัน กระแสไฟฟ้าไม่สามารถไหลผ่านหน้าทองขาวได้ก็จะไหลผ่านตัวความต้านทานไปยังขดลวดโรเตอร์ กระแสไฟฟ้าก็จะไหลไปยังขดลวดโรเตอร์ได้น้อย ความเข้มของสนามแม่เหล็กของขดลวดโรเตอร์มีน้อยลง อัลเทอร์เนเตอร์ก็จ่ายแรงเคลื่อนไฟฟ้าออกมาได้น้อยลง ทำให้ความเข้มของสนามแม่เหล็กของขดลวดโวลเตจเรกูเลเตอร์ลดลง ปล่อยให้หน้าทองขาวกลับไปติดกันเหมือนเดิม กระแสไฟฟ้าก็จะไหลผ่านหน้าทองขาวอีกโดยไม่ผ่านตัวความต้านทาน ขดลวดโรเตอร์กลับมามีความเข้มของสนาม แม่เหล็กเพิ่มมากขึ้น อัลเทอร์เนเตอร์ก็จ่ายแรงเคลื่อนไฟฟ้าออกมามากอีก เป็นการควบคุมแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ออกจากอัลเทอร์เนเตอร์ให้อยู่ในค่าที่กำหนดคือประมาณ 13.8 ถึง 14.8 โวลต์ ดังรูปที่ 7.59

รูปที่ 7.58 ขณะหน้าทองขาวติดกัน


รูปที่ 7.59 ขณะที่หน้าทองขาวแยกจากกัน
เรกูเลเตอรแบบนี้ในการควบคุมแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ความเร็วรอบสูงต้องใช้ตัวความต้านทานที่มีค่าความต้านทานมาก ซึ่งจะทำให้ความเร็วรอบต่ำแรงเคลื่อนไฟฟ้าจะเปลี่ยนแปลงค่าอยู่เสมอ เมื่อหน้า ทองขาวเปิดและปิด ค่าความต้านทานที่เพิ่มขึ้นจะทำให้เกิดการฮาร์กที่หน้าทองขาวเมื่อหน้าทองขาวเปิด ปัจจุบันนี้เรกูเลเตอร์แบบนี้เลิกใช้แล้ว
เรกูเลเตอร์แบบ 1 หน่วย หน้าทองขาวคู่
เรกูเลเตอร์แบบ 1 หน่วย หน้าทองขาวคู่นี้ออกแบบมาเพื่อให้สามารถควบคุมแรงเคลื่อนไฟฟ้า ที่ออกจากอัลเทอร์เนเตอร์ได้ดีกว่าเรกูเลเตอร์แบบหน้าทองขาวเดี่ยว โดยสามารถควบคุมแรงเคลื่อนไฟฟ้า ได้ดีทั้งที่ความเร็วรอบตํ่าเเละความเร็วรอบสูง
การทำงานของเรกูเลเตอร์แบบหน้าทองขาวคู่จะคล้ายกับเรกูเลเตอร์แบบหน้าทองขาวเดี่ยว โดยหน้าทองขาวที่เคลื่อนที่ติดกันหน้าทองขาว P1 กระแสไฟฟ้าจากแบตเตอรี่จะไหลผ่านหน้าทองขาว P1
ผ่านหน้าทองขาวที่เคลื่อนที่ไปยังขดลวดโรเตอร์โดยไม่ผ่านตัวความต้านทาน ทำให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ออกจากอัลเทอร์เนเตอร์ออกมามาก เมื่อความเร็วรอบของอัลเทอร์เนเตอร์สูงขึ้นก็จะทำให้สนามแม่เหล็กของ ขดลวดโวลเตจเรกูเลเตอร์มีมากขึ้นจนสามารถดูดหน้าทองขาวให้เคลื่อนที่ลง แต่ยังไม่ติดกับหน้าทองขาว P2 กระแสไฟฟ้าก็จะไหลผ่านตัวความต้านทานไปยังขดลวดโรเตอร์ทำให้อันเทอร์เนเตอร์ผลิตแรงเคลื่อนไฟฟ้าลดลง และเมื่อความเร็วรอบของอัลเทอร์เนเตอร์ยังคงที่หรือสูงขึ้นก็จะทำให้ขดลวดโวลเตจเรกูเลเตอร์เกิดสนามแม่เหล็กเพิ่มมากขึ้นจนสามารถดูดหน้าทองขาวที่เคลื่อนที่ให้ลงมาติดกับหน้าทองขาว P2 กระแสไฟฟ้าก็จะไหลผ่านตัวความต้านทานไปหน้าทองขาวที่เคลื่อนที่ผ่านหน้าทองขาว P2 ลงกราวด์ ทำให้ไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลไปยังขดลวดโรเตอร์ อัลเทอร์เนเตอร์ก็ไม่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าออกมาเป็นการตัดการประจุไฟเข้าแบตเตอรี่ดังรูปที่ 7.60 และรูปที่ 7.61


รูปที่ 7.60 หน้าทองขาวที่เคลื่อนที่ติด P1


รูปที่ 7.61 หน้าทองขาวที่เคลื่อนที่ติด P2
เรกูเลเตอร์แบบนี้สามารถลดค่าความต้านทานของตัวความต้านทานลงได้ และเมื่อหน้าทองขาวเปิดและปิดจะเกิดการอาร์กที่หน้าทองขาวลดน้อยลงมาก ทำให้หน้าทองขาวมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น เรกูเลเตอร์แบบ 2 หน้าทองขาวจึงเป็นที่นิยมใช้ในปัจจุบัน
หมายเหตุ การใช้เรกูเลเตอร์แบบ 1 หน่วยนี้จะไม่มีหลอดแสดงการชาร์จบนแผงหน้าปัด แต่จะใช้แอมมิเตอร์แสดงแทน
เรกูเลเตอร์แบบ 2 หน่วย
เรกูเลเตอร์ชนิด 2 หน่วยนี้จะมี 2 หน่วยสนามแม่เหล็กคือ โวลเตจเรกูเลเตอร์และรีเลย์ไฟชาร์จ หน่วยโวลเตจเรกูเลเตอร์ทำหน้าที่ควบคุมอัลเทอร์เนเตอร์ให้จ่ายแรงเคลื่อนไฟฟ้าให้คงที่ และรีเลย์ไฟชาร์จ ทำหน้าที่ควบคุมหลอดเตือนไฟชาร์จ การต่อเรกูเลเตอร์แบบนี้แสดงดังรูปที่ 7.62


รูปที่ 7.62 การต่อวงจรไฟชาร์จของเรกูเลเตอร์ 2 หน่วย
ส่วนรูปที่ 7.63 ถึงรูปที่ 7.65 แสดงวงจรไฟชาร์จแบบต่างๆ และรูปที่ 7.66 แสดงโครงสร้างของเรกูเลเตอร์แบบ 2 หน่วย


รูปที่ 7.63 วงจรไฟชาร์จแบบหนึ่ง(ฮิตาชิ)


รูปที่ 7.64 วงจรไฟชาร์จแบบหนึ่ง(มิตซูบิชิ)


รูปที่ 7.65 วงจรไฟฟ้าชาร์จแบบหนึ่ง (ND)


รูปที่ 7.66 โครงสร้างของเรกูเลเตอร์แบบ 2 หน่วย
การทำงานของเรกูเลเตอร์มีดังนี้
1. เมื่อเปิดสวิตช์จุดระเบิด กระแสไฟฟ้าไหลจากขั้ว IG ของสวิตช์ไปยังขั้ว IG ของเรกูเลเตอร์ ผ่านหน้าทองขาว PL1 PL0 ไปยังขั้ว F และออกจากขั้ว F ของเรกูเลเตอร์ เข้าขดลวดโรเตอร์ลงกราวด์ ครบวงจร ทำให้ขดลวดโรเตอร์เกิดสนามแม่เหล็กจากขั้ว IG ของสวิตช์จุดระเบิดอีกเส้นหนึ่งไปยังหลอด เตือนไฟชาร์จเข้าขั้ว L ของเรกูเลเตอร์ไปยังหน้าทองขาว P0 และผ่านหน้าทองขาว P1 ลงกราวด์ครบวงจรทำให้หลอดเตือนไฟชาร์จติดสว่างดังรูปที่ 7.67


รูปที่ 7.67 เมื่อเปิดสวิตช์กุญแจจุดระเบิดหลอดไฟแสดงการชาร์จติด
2. เมื่อเครื่องยนต์ทำงาน ความเร็วรอบต่ำถึงความเร็วรอบปานกลาง เมื่อทำการสตาร์ตเครื่องยนต์ เครื่องยนต์เดินเครื่องในตำแหน่งเดินเบา อัลเทอร์เนเตอร์ก็หมุนด้วยความเร็วรอบตํ่า ขดลวดโรเตอร์ซึ่งเป็นสนามแม่เหล็กหมุนตัดกับขดลวดสเตเตอร์เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้นที่ขั้ว B และขั้ว N (ขั้ว N จะมีไฟเป็นครึ่งหนึ่งของขั้ว B) กระแสไฟฟ้าจากขั้ว N ของอัลเทอร์เนเตอร์จะไปยังขั้ว N ของเรกูเลเตอร์ เข้าขดลวดรีเลย์ไฟชาร์จลงกราวด์ ทำให้ขดลวดเกิดสนามแม่เหล็กดูดหน้าทองขาว P0 ให้ลงมาติดกับหน้าทองขาว P2 กระแสไฟฟ้าจากขั้ว B ของเรกูเลเตอร์ซึ่งรออยู่ที่หน้าทองขาว P2 ก็จะไปยังหน้าทองขาว P0 ไปยังขดลวดโวลเตจเรกูเลเตอร์ลงกราวด์ ทำให้ขดลวดโวลเตจเรกูเลเตอร์เกิดสนามแม่เหล็กขณะเดียวกันเมื่อกระแสไฟฟ้าจากขั้ว L ผ่านหน้าทองขาว P0 ไปยังขดลวดโวลเตจเรกูเลเตอร์จะชนกับกระแสไฟฟ้าจากขั้ว B ทำให้เกิดการสมดุลทางไฟฟ้า หลอดเตือนไฟชาร์จที่หน้าปัดดับดังรูปที่ 7.68
ขณะที่แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ออกจากอัลเทอร์เนเตอร์ยังมีไม่มาก อำนาจแม่เหล็กของขดลวดโวลเตจเรกูเลเตอร์ก็มีน้อย ไม่สามารถดูดหน้าทองขาว PL0 ให้แยกจาก PL1ได้ กระแสไฟฟ้าขั้ว IG ก็ไปยังขั้ว F โดยไม่ผ่านตัวความต้านทานที่ต่อขนานอยู่กับหน้าทองขาว PL1, PL0 ทำให้กระแสไฟฟ้าจากขั้ว IG ไปยังขั้ว F เข้าขดลวดโรเตอร์ได้มาก ความเข้มของสนามแม่เหล็กของขดลวดโรเตอร์มีมาก
เมื่อความเร็วรอบของเครื่องยนต์เพิ่มมากขึ้น แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ออกจากอัลเทอร์เนเตอร์ก็มากขึ้นด้วย ทำให้ขดลวดโวลเตจเรกูเลเตอร์มีสนามแม่เหล็กมากขึ้นจนสามารถดูดหน้าทองขาว PL0 ให้แยกจาก หน้าทองขาว PL1 แต่ยังไม่ติดกับหน้าทองขาว PL2 กระแสไฟฟ้าขั้ว IG ผ่านหน้าทองขาว PL0 ไม่ได้ ก็ไปผ่านตัวความต้านทานไปยังขั้ว F ของเรกูเลเตอร์แล้วเข้าขั้ว F ของอัลเทอร์เนเตอร์ ทำให้กระแสไฟฟ้า ไหลได้น้อยลง อัลเทอร์เนเตอร์ก็ผลิตแรงเคลื่อนไฟฟ้าออกมาได้น้อยลงจนขดลวดโวลเตจเรกูเลเตอร์มีสนามแม่เหล็กลดลงจนไม่สามารถดูดหน้าทองขาว PL0 ได้ หน้าทองขาว PL0 ก็ไปติดกับหน้าทองขาว PL1 อีกเป็นการเพิ่มแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ออกจากอัลเทอร์เนเตอร์อีก การทำงานเช่นนี้จะอยู่ในช่วงเครื่องยนต์ทำงานที่ความเร็วรอบตํ่าถึงความเร็วรอบปานกลางดังรูปที่ 7.68


รูปที่ 7.68 เครื่องยนต์ทำงานความเร็วรอบต่ำ-ปานกลาง หลอดไฟเตือนไฟชาร์จดับ
3. เมื่อเครื่องยนต์ทำงาน ความเร็วรอบปานกลางส่งความเร็วรอบสูง เมื่อความเร็วรอบของเครื่องยนต์สูงขึ้นจากความเร็วรอบปานกลางไปยังความเร็วรอบสูง อัลเทอร์เนเตอร์ผลิตแรงเคลื่อนไฟฟ้าออกมามากขึ้น ความเข้มของสนามแม่เหล็กของขดลวดโวลเตจเรกูเลเตอร์มีมากก็สามารถดูดหน้าทองขาว PLo ให้มาติดกับหน้าทองขาว PL2 ซึ่งต่อลงกราวด์ทำให้กระแสไฟฟ้าจากขั้ว IG ไหลผ่านตัวความต้านทานไปหน้าทองขาว PLo และ PL2 ลงกราวด์ทำให้ไม่มีกระแสไฟฟ้าไปยังขั้ว F ของอัลเทอร์เนเตอร์ อัลเทอร์เนเตอร์ก็หยุดการผลิตแรงเคลื่อนไฟฟ้า ความเข้มของสนามแม่เหล็กของขดลวดโวลเตจเรกูเลเตอร์ก็ลดลงปล่อยให้หน้าทองขาว PLo แยกจากหน้าทองขาว PL2 แต่ยังไม่ติดกับหน้าทองขาว PL1 กระแส ไฟฟ้าขั้ว IG ก็ไหลผ่านตัวความต้านทานไปยังขั้ว F ของอัลเทอร์เนเตอร์ได้ อัลเทอร์เนเตอร์ก็ผลิตแรงเคลื่อนไฟฟ้า การทำงานเช่นนี้จะอยู่ในช่วงความเร็วรอบเครื่องยนต์ปานกลางถึงความเร็วรอบสูงดังรูปที่ 7.69


รูปที่ 7.69 ความเร็วรอบปานกลาง-ความเร็วสูง ไฟชาร์จถูกควบคุมตามค่าที่กำหนด
หมายเหตุ เมื่อหน้าทองขาว P0 ติดกับหน้าทองขาว P2 หน้าทองขาว P0 จะไม่แยกจากหน้าทองขาว P2 เพราะแรงเคลื่อนไฟฟ้าจากขั้ว N ยังมีอยู่ เนื่องมาจากแรงแม่เหล็กตกค้างของขดลวดโรเตอร์
คุณลักษณะพิเศษของเรกูเลเตอร์
ขดลวดโวลเตจเรกูเลเตอร์ของเรกูเลเตอร์จะใช้ลวดทองแดงพันเป็นขดลวดฟิลด์คอยล์ ซึ่งเมื่ออุณหภูมิของขดลวดนี้สูงขึ้นความต้านทานของขดลวดจะเพิ่มขึ้นทำให้ความเข้มของสนามแม่เหล็กของ ขดลวดลดลง แรงดึงของขดลวดก็ลดลงด้วย จากผลอันนี้ทำให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ออกจากอัลเทอร์เนเตอร์สูงขึ้นมาก เกิดการชาร์จมากเกินไปซึ่งเป็นผลเสียกับแบตเตอรี่และอุปกรณ์ไฟฟ้า เพื่อป้องกันการชาร์จมากเกินไป เรกูเลเตอร์จะมีการใช้ตัวความต้านทานหรือโลหะไบเมเทิล และเรกูเลเตอร์บางแบบก็ใช้ทั้งสองอย่างในตัวเดียวกัน
ตัวความต้านทานทำด้วยลวดนิโครมหรือส่วนประกอบของคาร์บอนต่ออนุกรมเข้ากับขดลวด โวลเตจเรกูเลเตอร์ ซึ่งมีคุณสมบัติเมื่อขดลวดโวลเตจเรกูเลเตอร์ได้รับความร้อนก็จะแบ่งถ่ายเทความร้อน ไปยังตัวความต้านทาน ทำให้ขดลวดโวลเตจเรกูเลเตอร์มีอำนาจแม่เหล็กที่เหมาะสมที่จะควบคุมการชาร์จให้อยู่ในค่าที่กำหนดให้ดังรูปที่ 7.70


รูปที่ 7.70 แสดงตัวความต้านทานต่ออนุกรมกับขดลวดโวลเตจเรกูเลเตอร์
โลหะไบเมเทิลในเรกูเลเตอร์จะถูกใช้ร่วมกับแผ่นสปริงโลหะไบเมเทิลจะลดความแข็งของแผ่นสปริงลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น เมื่อเรกูเลเตอร์ทำงานกระแสไฟฟ้าที่ไหลเข้าไปในขดลวดโวลเตจเรกูเลเตอร์ จะทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น ความต้านทานของขดลวดโวลเตจเรกูเลเตอร์ก็เพิ่มมากขึ้น ทำให้ขดลวดโวลเตจเรกูเลเตอร์มีอำนาจแม่เหล็กลดลงซึ่งจะทำให้เกิดการชาร์จมากเกินไป เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นโลหะไบเมเทิลจะอ่อนตัวทำให้แผ่นสปริงลดความแข็งลง อำนาจแม่เหล็กของโวลเตจเรกูเลเตอร์ก็สามารถดูดแผ่นเหล็กลงมาได้ ทำให้สามารถควบคุมการชาร์จให้อยู่ในค่าที่กำหนดได้ดังรูปที่ 7.71


รูปที่ 7.71 แสดงตำแหน่งติดตั้งโลหะไบเมเทิล
หมายเหตุ ต้องให้เรกูเลเตอร์ทำงานประมาณ 5 ถึง 10 นาที ก่อนที่จะทำการปรับตั้งเรกูเลเตอร์ จึงจะได้ค่าที่ถูกต้อง

บทความอื่น ๆ ที่น่าสนใจ:

Share this :

  • Stumble upon
  • twitter

Comments are closed.