บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช...

65
บทที1 บทนำ เนื่องจากปัจจุบันมีการใช้พลังงานไฟฟ้ าเป็นจานวนมากไปกับการดารงชีวิตประจาวัน ซึ ่ง ไม่พอต่อความต้องการของมนุษย์ และสูญเสียพลังงานในการผลิตเยอะ ดังนั ้นโครงงานเครื่องผลิต ไฟฟ้าจากการวิ่งผ่านของรถยนต์ สามารถตอบสนองการช่วยลดการใช้พลังงานไปได้ในบางส่วน จากการที่เราไม่จาเป็นต้องใช้ไฟฟ้ าตามอาคารเพื่อให้แสงสัญญาณกระพริบเตือน บริเวณที่รับบัตร ของลานจอดรถ โดยใช้เครื่องผลิตไฟฟ้าจากการวิ่งผ่านของรถยนต์ เป็นตัวเก็บพลังงานไฟฟ้ า เพื่อ จ่ายให้กับไฟสัญญาณกระพริบเตือนบริเวณที่รับบัตรของลานจอดรถ 1.1 ควำมสำคัญของปัญหำ 1. เพื่อต้องการลดการใช้พลังงานไฟฟ้าจากอาคาร โดยใช้พลังงานจากเครื่องผลิตไฟฟ้ า จากการวิ่งผ่านของรถยนต์ 2. เพื่อประหยัดค่าใช้จ่ายในการใช้ไฟฟ้าในแต่ละเดือน 3. เพื่อใช้พลังงานทดแทนที่คนอื่นมองข้าม ให้เกิดประโยชน์สูงสุด 4. เพื่อเป็นต้นแบบและแนวคิดให้เห็นความสาคัญของพลังงานที่ทุกคนมองข้าม 1.2 วัตถุประสงค์ของโครงงำน 1. เพื่อออกแบบและสร้างต้นแบบในการผลิตเครื่องกาเนิดไฟฟ้ าพลังงานที่ได้จากการวิ่ง ผ่านของรถยนต์ 2. เพื่อศึกษาและประยุกต์การใช้ของหลักการเคลื่อนที่ของแท่งแม่เหล็ก ตัดผ่านขดลวด เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าและนาไปใช้ได้จริง 3. เพื่อนาไปใช้เป็นไฟสัญญาณกระพริบเตือน บริเวณที่รับบัตรของลานจอดรถ โดยไมต้องใช้ไฟฟ้าตามอาคาร

Upload: others

Post on 19-Aug-2020

2 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

1

บทท 1

บทน ำ

เนองจากปจจบนมการใชพลงงานไฟฟาเปนจ านวนมากไปกบการด ารงชวตประจ าวน ซง

ไมพอตอความตองการของมนษย และสญเสยพลงงานในการผลตเยอะ ดงนนโครงงานเครองผลต

ไฟฟาจากการวงผานของรถยนต สามารถตอบสนองการชวยลดการใชพลงงานไปไดในบางสวน

จากการทเราไมจ าเปนตองใชไฟฟาตามอาคารเพอใหแสงสญญาณกระพรบเตอน บรเวณทรบบตร

ของลานจอดรถ โดยใชเครองผลตไฟฟาจากการวงผานของรถยนต เปนตวเกบพลงงานไฟฟา เพอ

จายใหกบไฟสญญาณกระพรบเตอนบรเวณทรบบตรของลานจอดรถ

1.1 ควำมส ำคญของปญหำ

1. เพอตองการลดการใชพลงงานไฟฟาจากอาคาร โดยใชพลงงานจากเครองผลตไฟฟา

จากการวงผานของรถยนต

2. เพอประหยดคาใชจายในการใชไฟฟาในแตละเดอน

3. เพอใชพลงงานทดแทนทคนอนมองขาม ใหเกดประโยชนสงสด

4. เพอเปนตนแบบและแนวคดใหเหนความส าคญของพลงงานททกคนมองขาม

1.2 วตถประสงคของโครงงำน

1. เพอออกแบบและสรางตนแบบในการผลตเครองก าเนดไฟฟาพลงงานทไดจากการวง

ผานของรถยนต

2. เพอศกษาและประยกตการใชของหลกการเคลอนทของแทงแมเหลก ตดผานขดลวด

เพอผลตกระแสไฟฟาและน าไปใชไดจรง

3. เพอน าไปใชเปนไฟสญญาณกระพรบเตอน บรเวณทรบบตรของลานจอดรถ โดยไม

ตองใชไฟฟาตามอาคาร

Page 2: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

2

4. เพอวเคราะหและฝกฝนการแกปญหาตาง ๆ ทเกดจากการท าโครงงาน

5. เพอใหเกดทกษะในดานตาง ๆ จากโครงงานวศวกรรม

1.3 ขอบเขตของโครงงำน

สรางเครองผลตไฟฟาจากการวงผานของรถยนต ประกอบดวยสวนใหญๆ 3 สวน

1. สรางเครองผลตกระแสไฟฟา จากการเคลอนทของแทงแมเหลกถาวรตดผานขดลวด

แลวท าใหเกดกระแสไฟฟาขน จากรถยนตทวงผานและเหยยบบนแผนเหลกหรอลกระนาดเพอผลต

ไฟฟากระแสตรงระดบแรงดนส าหรบประจแบตเตอร

2. ศกษาศกยภาพของพลงงานทไดจากการวงผานและเหยยบของรถยนตเพอเปนขอมล

วเคราะหศกยภาพพลงงานทสามารถผลตได

3. สรางและออกแบบวงจรไฟสญญาณกระพรบเตอนและตดตงไวบรเวณทรบบตรของ

ลานจอดรถในอาคาร

1.4 ประโยชนของโครงงำน

1. สามารถผลตพลงงานไฟฟาจากการวงผานและเหยยบของรถยนต

2. เปนการประหยดคาใชจายในการใชพลงงานไฟฟา จากการใชไฟสญญาณกระพรบ

เตอนบรเวณทรบบตรของลานจอดรถภายในอาคารจอดรถ

3. เปนแนวทางในการเปนตนแบบการผลตไฟฟาจากพลงงานทดแทน

4. ไดฝกวเคราะหและแกปญหาตางๆในโครงงาน

Page 3: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

3

1.5 สวนประกอบของโครงงำน

1. ชดผลตไฟฟาจากการเคลอนทของแทงแมเหลกถาวรตดผานขดลวด

2. ชดเกบกระแสไฟฟาโดยเกบกระแสไฟฟาในแบตเตอรร

3. ชดวงจรไฟสญญาณกระพรบเตอนและตดตงไวบรเวณทรบบตรของลานจอดรถใน

อาคาร

1.6 โครงสรำงของโครงงำน

ภาพท 1.1โครงสรางการท างาน

ชดวงจรไฟสญญาณกระพรบ

แบตเตอร

ชดรบพลงงาน

จากการวงผาน

ของรถยนต

ชดกอนแมเหลก

ถาวรตดผานขดลวด

Page 4: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

4

1.7 งานวจยทเกยวของ

จระเดช สงคลประภา[1] ท าการศกษาวจย การศกษาความเปนไปไดการเกดก าลงไฟฟา

จากพลงงานลมโดยใชพดลมระบายอากาศตดหลงคา เพอศกษาพลงงานลมจากธรรมชาตซง

สามารถวดจากปรมาณความเรวของลมทท าใหพดลมหมน และศกษาพดลมระบายอากาศตดหลงคา

ทมเสนผานศนยกลางขนาดตาง ๆ โดยถกน ามาทดสอบหาความเรวรอบตอความเรวลมทคาตาง ๆ

เพอหาคาความเรวลมเฉลยส าหรบการน าไปใชออกแบบระบบผลตไฟฟาทจายโหลด ผลการวจย

พบวา แรงดนไฟฟาตอความเรวเฉลย 2.263 เมตรตอวนาท สามารถผลตแรงดนไฟฟาได 2 ถง 3

โวลต ก าลงไฟฟาประมาณเทากบ 3 วตต

สรเทพ เวชสวรรณ[2] ท าการศกษาวจยเรอง การพฒนาเครองก าเนดไฟฟากระแสตรง

โดยอาศยพลงงานจากแรงกด 2 จงหวะเพอศกษาการออกแบบและสรางเครองก าเนดไฟฟา

กระแสตรงประสทธภาพสงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดและดนกลบจากลอรถยนตทใชงานใน

ทองถนนทวไป ผลการวจยพบวา เครองก าเนดไฟฟากระแสตรง โดยอาศยพลงงานจากแรงกดและ

ดนกลบทสรางขนสามารถก าเนดก าลงไฟฟาไดสงสดถง9.25 – 41.82 วตต เมอน าไปใชงานขบ

แอลอดจ านวน 180 ดวงเพอท าปายเตอนจราจร และเมอไดรบพลงงานจากแรงกดจากเครองก าเนด

ไฟฟากระแสตรง จะไดระดบแรงดนในการประจแบตเตอรจะอยทระดบ 6.9 – 7.1 โวลต มระดบ

กระแส สงสด 238 mA และมระดบแรงดนเอาทพททจายใหกบโหลดคงททระดบ 3.1 โวลต มระดบ

กระแสสงสดทจายใหโหลด 585 mA

Page 5: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

5

บทท 2

ทฤษฎทเกยวของ

การศกษาเรอง “เครองผลตไฟฟาจากการวงผานของรถยนต” ผศกษาไดท าการศกษา

เอกสารและงานวจยทเกยวของในการออกแบบและสรางเครองก าเนดไฟฟาจากการวงผานของ

รถยนต โดยมรายละเอยดการน าเสนอและล าดบหวขอดงตอไปน

2.1 พลงงานไฟฟา

2.2 เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบและหลกการท างาน

2.3 วงจรเรยงกระแสเตมคลนแบบบรดจ

2.3 วงจรบก DC to DC คอนเวอรเตอร

2.4 ไดโอดเปลงแสงและหลกการท างาน

2.1 พลงงำนไฟฟำ[3]

1. ควำมหมำยของพลงงำน

พลงงำน (Energy) หมายถง ความสามารถซงอยในตวของสงทอาจใหแรงงานได เปนผล

จากการถายทอดหรอการเปลยนสภาพของพลงงาน

2. พลงงำนไฟฟำ

พลงงานไฟฟาเปนพลงงานทมความตองการใชงานสงสดในปจจบนโดยเฉพาะการใช

งานทวไปในการด ารงชวตประจ าวน รวมถงเปนตนก าลงในโรงงานอตสาหกรรม การคมนาคม

เกษตรกรรม นบวามความส าคญอยางยง โดยแหลงพลงงานไฟฟามแหลงก าเนดไดหลายวธดงน

1. เกดจากการเปลยนพลงงานความรอนเปนพลงงานไฟฟา เชนโรงงานไฟฟาพลงงานไอ

น า

2. เกดจากการเปลยนแสงสวางใหเปนพลงงานไฟฟา โดยเซลลแสงอาทตย (Solar Cell)

หรอ โฟโตเซลล (Photo Cell)

Page 6: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

6

3. เกดจากปฏกรยาเคม เชน แบตเตอร ถานไฟฉาย เซลลแหงและเซลลเชอเพลงเปนตน

4. เกดจากการเหนยวน าของอ านาจแมเหลกโดยเครองก าเนดไฟฟา ไดแก ไฟฟาทใชอย

ตามอาคารบานเรอนในปจจบน

5. เกดจากการใชตนพลงงานจากพลงงานเชอเพลง เชน น ามนดบ น ามนส าเรจรป ถาน

หน ไฟฟา ฟน และถาน ซงเปนแหลงผลตพลงงานไฟฟาสงสดในปจจบน

6. เกดจากการใชตนก าลงจากพลงงานทดแทน เชน พลงงานความรอนใตพภพ พลงงาน

จากลม จากคลนทะเล และพลงงานจากแรงกดและแรงดนเปนตน

3. แหลงพลงงำน

มทรพยากรหลายชนดทสามารถน าไปใชใหเปนประโยชนในดานพลงงานได ส าหรบ

ประเทศไทยแมวาจะสามารถจดหาไดจากแหลงภายในประเทศแตยงไมเพยงพอ จ าเปนตองน าเขา

เชอเพลงและแหลงพลงงานจากตางประเทศ จากผลของวกฤตการณพลงงานเชอเพลงเมอ พ.ศ.

2516 แผนพฒนาเศรษฐกจและสงคมแหงชาต จงไดลดสดสวนการพงพาเชอเพลงจากตางประเทศ

ลง โดยเรงรดส ารวจและพฒนาแหลงพลงงานภายในประเทศรวมทงการใชพลงงานอยางประหยด

และมประสทธภาพยงขน แหลงพลงงานในประเทศไดแก พลงงานสมยใหม เชน ปโตรเลยม

(น ามนดบ กาซธรรมชาต และคอนเดนเสท) ถานลกไนต พลงน า และพลงจากธรรมชาต เชน

แสงอาทตย ความรอนใตพภพ คลนทะเลและลม เปนตน ส าหรบเชอเพลงและพลงงานทตองน าเขา

ไดแก น ามนดบ น ามนส าเรจรป ถานหน ไฟฟา ฟน และถาน สวนเชอเพลงทประเทศไทยสามารถ

สงออกไดคอ คอนเดนเสท น ามนเตา น ามนเครองบน เปนตน แตละปประเทศไทยไดสญเสย

เงนตราตางประเทศเปนจ านวนมากในการจดหาเชอเพลงและพลงงาน แมวาความพยายามในการ

ลดสดสวนการพงพาพลงงานจากตางประเทศจะประสบผลส าเรจ แตกยงมสดสวนทสงอย ดงนน

สถานการณพลงงานของโลกจะยงคงมผลกระทบตอเศรษฐกจของไทยอยมาก ในขณะทความ

ตองการพลงงานรวมภายในประเทศเพมขนตลอดเวลา

Page 7: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

7

4. กำรผลตไฟฟำในปจจบนและอนำคต

เนองจากโรงไฟฟาแตละประเภทมคณสมบตแตกตางกน เชน โรงไฟฟาพลงน าสามารถ

เดนเครองจายไฟฟาไดรวดเรว มตนทนการผลตตอหนวยต า เพราะไมเสยคาเชอเพลง แตตองใช

ประโยชนจากดานอนๆ อกจงมขอจ ากดในดานปรมาณและเวลาทใช สวนเครองกงหนแกสสามารถ

เดนเครองจายไฟฟาไดรวดเรว แตเสยคาเชอเพลงสงมาก ท าใหตนทนการผลตตอหนวยอยในเกณฑ

คอนขางสง แตมขอดคอ สามารถสรางใหมก าลงผลตสงได ส าหรบในอนาคตความตองการใช

ไฟฟาในประเทศไทยยงคงเพมสงขนเนองจากอตสาหกรรมภายในประเทศก าลงเจรญกาวหนา

ประกอบกบรฐบาลมนโยบายแนนอนทจะขยายการพฒนาไฟฟาไปสชนบท ดงนนภายในระยะเวลา

ไมกปตนทนการผลตไฟฟายอมสงขนตามราคาเชอเพลง ซงมราคาแพงขนซงสวนทางกบปรมาณ

ของแหลงเชอเพลงไดแก น ามน กาซ ทมปรมาณลดนอยลงและคาวาอกไมนานคงหมดไปจากโลก

ดงนนนกวทยาศาสตร ผใหความสนใจดานพลงงานทวโลก หรอแมแตภายในประเทศเชน การ

ไฟฟาฝายผลตแหงประเทศไทย ไดพยายามศกษาและวจยพลงงานตามธรรมชาตอนๆมาทดแทน

เชน ลม แสงอาทตย ความใตพภพ น าขน-น าลง คลนทะเล ความรอยจากทะเล พลงงานจากแรงกด

และผลกดน พลงงานรวมตว(Fusion)ส าหรบการผลตไฟฟาในอนาคตอกดวย

5. กำรผลตไฟฟำของประเทศไทย

การผลตไฟฟาของประเทศไทยทใชอยในปจจบน สามารถแบงอกเปน 2 ประเภทคอ

ประเภทไมใชเชอเพลง

1. โรงไฟฟาพลงน าจากน าในอางเกบน า หรอจากล าหวยทอยในระดบสงๆ

2. โรงไฟฟาพลงงานธรรมชาตจากตนพลงงานทไมหมดสน เชน พลงงานแสงอาทตย ลม

ความรอนใตพภพ

ประเภทใชเชอเพลง

1. โรงไฟฟาพลงไอน า ใชกาซธรรมชาต ถานลกไนต หรอน ามนเตา เปนเชอเพลงให

ความรอนแกน าจนเดอดเปนไอน า น าแรงดนจากไอน ามาขบกงหนใชในการผลตไฟฟา

Page 8: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

8

2. โรงไฟฟาพลงความรอน ใชกาซธรรมชาตหรอน ามนดเซลมาสนดาป ท าใหเกด

พลงงานกลตอไป โรงไฟฟาประเภทนไดแก โรงไฟฟากงหนแกส ใชกาซธรรมชาตหรอน ามนดเซล

โรงไฟฟาพลงความรอนรวม ใชกาซธรรมชาตหรอน ามนดเซล โรงไฟฟาดเซล ใชน ามนดเซล

6. กำรท ำงำนของโรงไฟฟำประเภทตำงๆ

โรงไฟฟำดเซล

เปนโรงไฟฟาพลงความรอนอกประเภทหนง ซงใชน ามนเปนเชอเพลง มหลกการท างาน

เหมอนกบเครองยนตในรถยนตทวไป โดยอาศยหลกการสนดาปของน ามนดเซลทถกฉดเขาไปใน

กระบอกสบของเครองยนตทถกอดอากาศจนมอณหภมสง ซงเราเรยกจงหวะอด ในขณะเดยวกน

น ามนดเซลทถกฉดเขาไปจะเกดการสนดาปกบความรอนและเกดระเบด ดนใหลกสบเคลอนทลง

ไปหมนเพลาขอเหวยงซงตอกบเพลาของเครองยนต ท าใหเพลาของเครองยนตหมนเครองก าเนด

ไฟฟาซงเชอมตอกบเพลาของเครองยนตกจะหมนตามและผลตไฟฟาออกมา

โรงไฟฟำพลงน ำ

เปนการน าทรพยากรน ามาใชใหเกดประโยชนในการผลตไฟฟาโดยอาศยความเรวและ

แรงดนสงมาหมนกงหน มขนตอนดงน

1. น าในอางเกบน าอยในระดบสงกวาโรงไฟฟาท าใหมแรงดนน าสง

2. ปลอยน าในปรมาณทตองการเขามาตามทอสงน า เพอสงไปยงอาคารโรงไฟฟาทอยต า

กวา

3. น าจะไหลเขาเครองกงหนน า ผลกดนใบพดท าใหกงหนน าหมน

4. เพลาของเครองกงหนน าตอกบเพลาของเครองก าเนดไฟฟาท าใหโรเตอรหมน เกดการ

เหนยวน าขนในเครองก าเนดไฟฟา ไดพลงงานไฟฟาออกมาใชงาน

Page 9: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

9

โรงไฟฟำพลงไอน ำ

เปนการแปรสภาพพลงงานเชอเพลงไปเปนพลงงานไฟฟาโดยใชไอน าเปนตวกลาง

ปจจบนประเทศไทยใชน ามนเตา ถานลกไนต และกาซธรรมชาต เปนเชอเพลง ซงมล าดบการ

ท างานดงน

1. เผาไหมเชอเพลง ท าใหเกดการเผาไหมทางเคมไดพลงงานความรอน

2. น าความรอนทไดไปตมน า เพอใหกลายเปนไอน าทอณหภมและความดนทตองการ

3. สงไอน าเขาไปหมนเครองกงหนไอน า ซงมเพลาตออยกบเครองก าเนดไฟฟา ท าใหโร

เตอรหมนเกดการเหนยวน าขนในเครองก าเนดไฟฟา ไดพลงงานไฟฟาออกมาใชงาน

ส าหรบในตางประเทศ นอกจากเชอเพลงทประเทศไทยใชอย ยงมการใชเชอเพลง

นวเคลยร ถานหนคณภาพด เชน แอนทราไซต และบทมนส เปนตน

โรงไฟฟำกงหนแกส

เครองกงหนแกสเปนเครองยนตสนดาปภายใน เปลยนสภาพพลงงานเชอเพลงเปน

พลงงานไฟฟา โดยมขนตอนการท างานดงน

1. อดอากาศใหมความดนสง 8-10 เทา

2. สงอากาศนเขาหองเผาไหม โดยมเชอเพลงท าการเผาไหม

3. อากาศในหองเผาไหมเกดการขยายตว ท าใหมแรงดนและอณหภมสง

4. สงอากาศนไปหมนเครองกงหนแกส

5. เพลาของเครองกงหนแกสจะตอผานชดเกยร เพอทดสอบกอนตอเขากบเพลาของ

เครองกงหนไฟฟา ทงนเพอใหความเรวรอบของมอเตอรหมนอยในพกดทก าหนด เมอเครองก าเนด

ไฟฟาหมนจงเกดการเหนยวน า ผลตแรงกนและกระแสไฟฟาออกมาใชงาน

โรงไฟฟำระบบควำมรอนรวม

เปนโรงไฟฟาทประกอบดวยโรงไฟฟา 2 ระบบรวมกน คอ โรงไฟฟากงหนแกสและ

โรงไฟฟากงหนไอน า โดยน าความรอนจากไอเสยทออกจากเครองกงหนแกสซงมอณหภมสงถง

550 องศาเซลเซยส มาใชแทนเชอเพลงในการตมน าของโรงไฟฟากงหนไอน า เพอใชไอเสยใหเกด

ประโยชน โดยมหลกการท างานดงน

Page 10: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

10

1. น าไอเสยจากเครองกงหนแกสหลายๆเครองมาใชตมน าในโรงไฟฟากงหนไอน า

2. ไอน าไดจากการตมน าจะไปดนเครองกงหนไอน าท าใหเครองก าเนดไฟฟาหมน ผลต

ไฟฟาออกมาไดเชนเดยวกบโรงไฟฟาพลงความรอนรวม

3. ก าลงผลตทไดจากโรงไฟฟากงหนไอน า จะเปนครงหนงของก าลงผลตรวมของ

โรงไฟฟากงหนแกสทเดนเครองอย

การผลตไฟฟาจากโรงไฟฟาระบบความรอนรวมนจะท าการผลตรวมกน หากเกด

เหตขดของทโรงไฟฟากงหนไอน ากยงคงเดนเครองกงหนแกสไดตามปกต โดยการเปดใหไอเสย

ออกสอากาศโดยตรง แตหากเกดเหตขดของกบเครองกงหนแกสเครองใดเครองหนง ก าลงผลตทได

กจะลดลงตามสวน และถาเครองกงหนแกสทกตวหยดเดนเครองโรงไฟฟากงหนไอน าทใชรวมกน

กจะตองหยดเดนเครองดวย

2.2 เครองก ำเนดไฟฟำ[4]

1.เครองก ำเนดไฟฟำ (Generator) เปนเครองมอทเปลยนพลงงานกลคอ การหมนใหเปน

พลงงานไฟฟา โดยอาศยหลกการทวา เมอขดลวดตวน าหมนตดเสนแรงแมเหลก หรอเอาเสนแรง

แมเหลกหมนตดขดลวดตวน ากตาม จะเกดกระแสไฟฟาในขดลวดตวน านนขดลวดตวน าทหมนนน

เราเรยกวาโรเตอร (Rotor)

เมอมตวน าเคลอนทตดเสนแรงแมเหลก เราจะไดแรงดนเหนยวน าปรากฎทปลายทงสอง

ของลวดตวน า เมอเอาเสนลวดมาตอใหครบวงจรโดยมแอมมเตอรมาตอวดกระแสจะมกระแสไหล

ในเสนลวด ลวดตวน าเคลอนทลงตดสนามแมเหลก จะไดทศของกระแสไฟฟาทศทางหนง แตเมอ

ใหลวดตวน าเคลอนทในทศทางตรงขาม โดยสงเกตไดจากเขมของแอมมเตอรจะกระดกไปคนละ

ทาง

ในเครองก าเนดไฟฟาทใหก าเนดกระแสไฟฟา ทตวโรเตอรจะประกอบดวยโรเตอรหลาย

ชด กระแสทไหลในลวดตวน าจะไหลกลบไปกลบมา เครองก าเนดไฟฟาชนดนเรยกวาเครองก าเนด

ไฟสลบ (Alternating Current Generator) หรอ ออลเทอเนเตอร (Alternator) แตถามคอมมวเตเตอร

Page 11: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

11

(Commutator) ซงท าหนาทเปนสวตชบงคบใหกระแสไหลไปในทศทางเดยวกน เครองก าเนดไฟฟา

ชนดนเรยกวา เครองก าเนดไฟตรง (Direct Current Generator)

2.เครองก ำเนดไฟฟำเอซ (Alternating Current Generator) หรอเครองก าเนดไฟสลบ

หลกการของเครองก าเนดไฟสลบ อาศยหลกทวาถามตวน าตดผานสนามแมเหลกจะเกดแรงกระท า

ตออเลกตรอนทอยในเนอตวน า แรงนจะท าใหอเลกตรอนเคลอนทซงท าใหกระแสไฟฟาไหลไดถา

ตอโหลด ดงนนจงกลาวไดวา เมอตวน าตดผานสนามแมเหลกจะเกดแรงเคลอนไฟฟาทปลายทง

สองของตวน านน

เครองก าเนดไฟสลบทงายๆประกอบดวยขดลวดสายไฟหรอวงลวด ขวแมเหลก แปรง

ถาน และแหวนรน (Slip Ring) ซงเชอมตดกบปลายไฟวงละปลาย และสมผสกบแปรงถาน เพอจะ

ไดน ากระแสออกจากเครองก าเนดไฟใหกบวงจรภายนอกเราทราบแลววาแรงดนไฟฟาจะเกดขนได

ในขดลวดจะตองม 3 สงประกอบกนคอ มแมเหลก มลวดตวน า มการเคลอนไหว ระหวางแมเหลก

กบลวดตวน า ถาขาดสงใดสงหนงไปจะไมมแรงดนไฟฟาเกดขน

วงลวดจะถกหมนอยในสนามแมเหลกของข วแมเหลก ขณะทวงลวดนหมนตดผาน

สนามแมเหลก จะเกดแรงดนไฟฟาเหนยวน าขนทปลายของวงลวด ส าหรบเครองก าเนดไฟฟาจรงๆ

นนวงลวดมหลายชด และฝงตวอยกบสวนทหมนทเรยกวา ลกลอ (Armature)เราตอแรงดนไฟฟา

จากสวนทหมนออกมาใชงานโดยผานแหวนรนและแปรงถาน แหวนรนโดยทวไปท าดวยโลหะ

ทองเหลองขดใหเรยบ ขณะทวงลวดหมนแหวนรนซงตออยทปลายของวงลวดตวน าจะหมนไปดวย

แปรงถานเปนสวนทอยกบทแตสมผสของแหวนรนตลอดเวลา

ก าลงไฟฟาสวนใหญทใชกนในปจจบนเกดขนดวยเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบเครอง

ก าเนดไฟฟาเอซท าขนมามขนาดแตกตางกน ขนอยกบการใช ตวอยางเชน เครองก าเนดไฟฟาเครอง

หนงทเขอนโบลเดอร สามารถผลตโวลต-แอมแปรไดเปนลานๆ ขณะทเครองก าเนดไฟฟาทใชใน

เครองบนผลตไดเพยงไมกพนโวลต-แอมแปร

โดยไมค านงถงขนาด เครองก าเนดไฟฟาทงหลายสามารถใชงานไดดวยหลกพนฐาน

เดยวกน คอ สนามแมเหลกตดผานตวน า หรอตวน าตดผานสนามแมเหลก ดงนน เครองก าเนด

ไฟฟาทงหลายจะมตวน าทเหนไดอยางนอยอย 2 ชดคอ

Page 12: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

12

1. ตวน ากลมทท าใหเกดแรงดนไฟฟาออกมา

2. ตวน ากลมทสองซงกระแสตรงผานเพอใหเกดสนามแมเหลกไฟฟาทขวตายตวเครอง

ก าเนดไฟฟาเอซ ถาแบงตามสวนทเกยวของกบเครองใชไฟฟาจะแบงออกได 2 ชนด คอ

1. เครองก าเนดไฟฟาเอซชนดลกลอหมน

2. เครองก าเนดไฟฟาเอซชนดสนามหมน

ถาแบงตามการขบเคลอน เครองก าเนดไฟฟาเอซจะแบงได 3 ชนด ดวยกน ดงนคอ

1. การขบเคลอน-รถยนต ความเรวต า

2. การขบเคลอน-กงหน ความเรวสง

3. การขบเคลอน-เครองยนต ความเรวสง

นอกจากนยงมเครองก าเนดไฟฟาเฟสเดยว (Single Phase Generator) เครองก าเนดไฟฟา

สองเฟส (Two Phase Generators) และเครองก าเนดไฟฟาสามเฟส (Three Phase Generators)

2.3 กำรแปลงแรงดนไฟสลบเปนแรงดนไฟตรง[5]

วงจรอเลกทรอนกสตาง ๆ จะตองใชแรงดนเลยงวงจรเปนแรงดนไฟตรง (DC) โดยท า

การแปลงแรงดนไฟสลบ (AC) ใหเปนแรงดนไฟตรง (DC) วงจรทท าหนาทดงกลาวนเรยกวาวงจร

เรกตไฟเออร (Rectifier Circuit) หรออาจเรยกวาวงจรเรยงกระแส อปกรณทท าหนาทนคอไดโอด

ไดโอดทนยมน ามาใชงานในวงจรเรกตไฟเออรเปนไดโอดชนดซลกอน

การท างานของไดโอดเรกตไฟเออรใชหลกการจายไบอสตรงและการจายไบอสกลบให

ตวไดโอดเพอท าใหไดโอดน ากระแสและหยดน ากระแสตามสภาวะไบอสทจายแรงดนทผานการ

เรกตไฟเออรแลว ไดแรงดนออกมาเปนไฟตรงซกบวกหรอแรงดนไฟตรงซกลบ แรงดนไฟตรงจะ

ไดออกมาซกใดขนอยกบการจดวงจรไดโอดเรกตไฟเออร ถาไดโอดจดใหขาแคโถด (K) ออก

เอาตพตไดแรงดนซกบวกออกมา และถาไดโอดจดใหขาแอโนด (A) ออกเอาตพตไดแรงดนซกลบ

ออกมา ลกษณะการเรกตไฟเออรเบองตน แสดงดงภาพท 2.1

Page 13: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

13

ก. แรงดนไฟตรงซกบวกออก

ข. แรงดนไฟตรงซกลบออก

ภาพท 2.1 การเรกตไฟเออรเบองตน

จากภาพท 2.1 ก. แสดงการเรกตไฟเออรเบองตน ไดแรงดนไฟตรงซกบวกออกเอาตพต

โดยตอขา A รบแรงดนไฟสลบอนพต และตอขา K ออกเอาตพต ไดโอด D จะไดรบไบอสตรงเมอ

แรงดนไฟสลบซกบวกปอนใหขา A ไดโอด D น ากระแส มกระแส I ไหลผานไดโอดไปตกครอม

โหลด RL เปนแรงดนออกเอาตพต VO ซกบวก

สวนภาพท 2.1 ข. แสดงการเรกตไฟเออรเบองตนไดแรงดนไฟตรงซกลบออกเอาตพต

โดยตอขา K รบแรงดนไฟสลบอนพต และตอขา A ออกเอาตพต ไดโอด D จะไดรบไบอสตรงเมอ

แรงดนไฟสลบซกลบปอนใหขา K ไดโอด D น ากระแสมกระแส I ไหลผานโหลด RL ไหลผาน

ไดโอด D เปนแรงดนออกเอาตพต VO ซกลบ

วงจรเรกตไฟเออรทถกสรางใชงานมลกษณะแรงดนทผานการเรกตไฟเออร แลวได

แรงดนออกเอาตพต 2 แบบ คอ แบบแรงดนครงคลน (Half Wave Voltage) และแบบแรงดนเตม

Page 14: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

14

คลน (Full Wave Voltage) เมอน ามาสรางเปนวงจรวงจรเรยงกระแส สามารถสรางวงจรออกมาได

เปน 3 ชนด คอ

1. วงจรเรยงกระแสครงคลน(Half Wave Rectifier)

2. วงจรเรยงกระแสเตมคลนใชหมอแปลงมแทปกลาง(Full Wave Rectifier by Center-

tapped Transformer)

3. วงจรเรยงกระแสเตมคลนแบบบรดจ ( Full Wave Bridge Rectifier)

ซงในโครงงานเครองผลตไฟฟาจากการวงผานของรถยนตจะใชวงจรเรยงกระแสเตม

คลนแบบบรดจ ( Full Wave Bridge Rectifier)

2.3.1. วงจรเรยงกระแสเตมคลนแบบบรดจ

วงจรเรยงกระแสเตมคลนแบบบรดจ คอวงจรเรกตไฟเออรแบบเตมคลนนนเอง เพยงแต

การจดวงจรเรยงกระแสมความแตกตางไปจากวงจรเรยงกระแสเตมคลนใชหมอแปลงมแทปกลาง

วงจรเรยงกระแสเตมคลนแบบบรดจประกอบดวยหมอแปลงใชชนดทางขดทตย ภมม 2 ขวตอไม

ตองมแทปกลาง (CT) ใชไดโอดในการเรยงกระแส 4 ตว การท างานแตละครงไดโอดท างานเปน

ชด 2 ตว ลกษณะวงจรและแรงดนทไดแสดงดงภาพท 2.2

ก. วงจรเรยงกระแสเตมคลนแบบบรดจ ข. แรงดนจดตาง ๆ

ภาพท 2.2 วงจรเรยงกระแสเตมคลนแบบบรดจ

จากภาพท 2.2 แสดงวงจรเรยงกระแสเตมคลนแบบบรดจภาพท 2.2 ก. เปนวงจรเรยง

กระแสเตมคลนแบบบรดจมไดโอด D1-D4 เปนวงจรเรยงกระแสหมอแปลง T1 เปนชนดธรรมดา

Page 15: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

15

ไมมแทปกลาง(CT) วดสญญาณทจด 1 และจด 2 ออกมาไดเหมอนกบวงจรเรยงกระแสเตมคลนใช

หมอแปลงแทปกลางทกประการ

การท างานของวงจรตามภาพท 2.2 อธบายไดดงนทจด 1 เมอมแรงดนไฟสลบซกบวก

ต าแหนง A ปอนเขามา ไดโอด D2, D4 ไดรบไบอสตรงน ากระแส มกระแสไหลผาน D2, RL และ

ผาน D4 ครบวงจรไดแรงดนตกครอม RL ตามจด 2 ทต าแหนง A สวนไดโอด D1,D3 ไดรบไบอส

กลบไมน ากระแส

เมอมแรงดนไฟสลบซกลบต าแหนง B ของจด 1 ปอนเขามาไดโอด D1,D3 ไดรบไบอส

ตรงน ากระแสมกระแสไหลผาน D3,RL และผาน D1 ครบวงจรไดแรงดนตกครอม RL ตามจด 2 ท

ต าแหนง B สวนไดโอด D2, D4 ไดรบไบอสกลบไมน ากระแส

เมอมแรงดนไฟสลบซกบวกต าแหนง C ของจด 1 ปอนเขามาอกครงไดโอด D2,

D4 ไดรบไบอสตรงน ากระแสเปนการท างานเหมอนกบทต าแหนง Aทกประการไดแรงดนตก

ครอม RL ตามจด 2 ทต าแหนง C และเมอมแรงดนไฟสลบซกลบต าแหนง D ของจด 1 ปอนเขามา

อกครง ไดโอด D1, D3 ไดรบไบอสตรงน ากระแส เปนการท างานซ าเหมอนกบทต าแหนง B ทก

ประการ ไดแรงดนตกครอม RL ตามจด 2 ทต าแหนง D

2.4 วงจรบก ดซ ท ดซ คอนเวอรเตอร[6]

2.4.1. หลกกำรพนฐำนของวงจรสวตซดวยเทคนค แบบพดบบลวเอม

ในการควบคมระดบแรงดนใหคงทของแหลงจายไฟสวตชง โดยทวไปจะใชเทคนคการ

ควบคมความกวางพลส (PWM) ซงเปนการควบคมโดยเปลยนแปลงชวงเวลาทอปกรณสวตซ

อเลกทรอนกส เชน ทรานซสเตอร มอสเฟท หรออนๆ นนน ากระแส เปนผลใหเกดการควบคม

แรงดนทเอาทพตใหไดคาทตองการ ซงขอดของการควบคมแรงดนแบบ PWM คอสามารถรกษา

ระดบแรงดนใหมความคงทสง เพราะมการปอนกลบระดบแรงดนจากเอาทพตมาใชในการควบคม

ดวย รวมทงท าใหเกดความสญเสยก าลงงานในการควบคมแรงดนต าสงผลใหมเสถยรภาพตอการ

เปลยนแปลงของอณหภมขณะใชงานสง หลกการท างานของวงจรสวตชงอปกรณสวตชง

Page 16: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

16

เชน เพาเวอรทรานซสเตอร มอสเฟต จะท าหนาทเปนสวตซอเลกทรอนกสมโหมดการท างานคอ

โหมดน ากระแส และหยดน ากระแส

1

2

R V g)(tvg )(tv

)(tvg

Vg

DT s 'TD s

DT st0

ภาพท 2.3 หลกการพนฐานการท างานของวงจรสวตชงอปกรณสวตชง

)(tvs

Vg

VDTarea gs

DT s t0

0

ภาพท 2.4 การวเคราะหหาแรงดนเฉลยของวงจรสวตชง

Vg Vg(t) V(t)

1

2

Vg(t) Vg

DTs DTs

DTs 0 t

Vs(t) Vg

area = DTsVg

DTs 0 t

0

ก. รปวงจรสวตซแบบพดบบลวเอม

ข. รปสญญาณแรงดนของวงจรสวตซชง

Page 17: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

17

หลกการท างานเมอสวตซน ากระแส แรงดนไฟฟาดานออกจะมคาเทากบแรงดนไฟฟา

ดานเขา (V0 = Vs) และเมอสวตซไมน ากระแส แรงดนไฟฟาดานออกจะมคาเทากบศนย หรอ (V0 =

0) ชวงเวลาในการน ากระแสและหยดน ากระแส จะไดสญญาณไฟฟาดานออกเปนพลส ซงสามารถ

หาคาเฉลยหรอคาของแรงดนไฟฟาไดจากสมการ

𝑉0 =1

𝑇𝑠∫ 𝑉0𝑑𝑡 (2.1)

𝑇𝑠

0

𝑉0 =1

𝑇𝑠∫ 𝑉𝑠𝑑𝑡

𝑇𝑠

0

(2.2)

𝑉0 =1

𝑇𝑠(𝐷𝑇𝑠𝑉𝑔) (2.3)

𝑉0 = 𝐷𝑉𝑔 (2.4)

เมอ 𝑉𝑔 = แหลงจายไฟฟากระแสตรง

𝐷 = ดวตไซเคล

𝑉0 = แรงดนไฟฟาดานออก

𝑇𝑠 = เวลาหนงคาบ

จากสมการ (2.4) จะพบวาคาแรงดนไฟฟากระแสตรงทางดานออกจะถกควบคมไดจาก

การปรบคาดวตไซเคล (Duty Cycle หรอ Duty Ratio: D) ซง D หมายถง อตราสวนของชวงเวลาท

สวตซน ากระแสตอชวงเวลาหนงคาบการสวตชง มความสมพนธดงสมการท

𝐷 =𝑡𝑜𝑛

𝑡𝑜𝑛 + 𝑡𝑜𝑓𝑓=

𝑡𝑜𝑛

𝑇 (2.5)

𝑡𝑜𝑛 = 𝐷𝑇𝑠 (2.6)

(2.2)

(2.1)

(2.3)

(2.4)

(2.6)

(2.5)

Page 18: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

18

𝑡𝑜𝑓𝑓 = (1 − 𝐷)𝑇𝑠 (2.7)

โดยท 𝑡𝑜𝑛 = ชวงเวลาน ากระแส

𝑡𝑜𝑓𝑓 = ชวงเวลาไมน ากระแส

𝑇𝑆 = เวลาหนงคาบ

การก าหนดคา Duty Cycle (D) นยมบอกเปนสองลกษณะ คอบอกเปนเลขเตมหนงและ

บอกเปนเปอรเซนต คาต าสดของ D คอศนยและคาสงสดคอหนง ขณะทบอกเปนเปอรเซนตจะมคา

ต าสดเปนศนยเปอรเซนตและคาสงสดเปนหนงรอยเปอรเซนต เชน D = 0.4 หรอ D = 40% หมายถง

ชวงเวลาทสวตซน ากระแสมอย 0.4 สวนจากคาบเวลาหนงคาบ หรอหมายถงชวงเวลาสวตซ

น ากระแสมสสบเปอรเซนตจากชวงเวลาหนงคาบหรอหนงรอยเปอรเซนต

2.4.2. ควำมหมำยของวงจรทอนระดบหรอวงจรบกคอนเวอรเตอร

วงจรทอนระดบหรอวงจรบกคอนเวอรเตอร คอ วงจรทท าใหระดบสญญาณดานออกมคา

ต ากวาแรงดนไฟฟาดานเขา และเพอใหไดแรงดนไฟฟาดานออกทมความเปนกระแสตรงมากๆ จะ

นยมใชวงจรกรองความถต าผาน (Low Pass Filter) ซงโดยมากจะเลอกใชวงจรกรองแบบ LC เพราะ

มอตราการลดทอนสญญาณรบกวนทไมตองการ ผกผนกบก าลงสองของความถ

2.4.3. เงอนไขกำรท ำงำนของวงจรบกคอนเวอรเตอร

การวเคราะหการท างานของวงจรบกคอนเวอรเตอรในชวงทเปนสภาวะอยตว (Stead

State) จะมการก าหนดเงอนไขการท างานของวงจรบกคอนเวอรเตอรดงน

กระแสไฟฟาทไหลผานตวเหนยวน าในแตละคาบเวลาจะมคาเทากน

𝑖L(𝑡 + 𝑇) = 𝑖𝐿(𝑡) (2.8)

(2.7)

(2.8)

Page 19: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

19

หมายถงกระแสไฟฟาทไหลผานตวเหนยวน าจะมคาเทากน ณ ต าแหนงเดยวกนในทก

คาบ

แรงดนไฟฟาเฉลยตกครอมตวเหนยวน าในแตละคาบจะมคาเทากบศนย

𝑉𝐿 =1

𝑇𝑠∫ 𝑣𝐿(𝛿)𝑑𝛿 (2.9)

𝑡+𝑇𝑠

𝑡

หมายถงผลรวมของผลคณระหวางแรงดนไฟฟาตกครอมตวเหนยวน ากบเวลา(Volt-

Second) ในแตละคาบจะมคาเทากบศนย

กระแสไฟฟาเฉลยของตวเกบประจในแตละคาบจะมคาเทากบศนย

𝐼𝑐 =1

𝑇𝑠∫ 𝑖𝑐(𝑡)𝑑𝑡 = 0 (2.10)

𝑡+𝑇𝑠

𝑡

หมายถงประจทถกเกบ (Charged) และทคาย (Discharged) ของตวเกบประจในแตละ

คาบเวลาตองเทากน

ก าลงดานเขาเทากบก าลงไฟฟาดานออก

𝑃𝑖 = 𝑃𝑜 (2.11)

ในกรณนก าหนดใหอปกรณทกตวเปนอดมคต ท าใหไมมการสญเสยเนองจากการท างาน

ของวงจร ประสทธภาพของวงจรจงเทากนรอยเปอรเซนต

(2.10)

(2.11)

(2.9)

Page 20: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

20

2.4.4. หลกกำรท ำงำนของวงจรบกคอนเวอรเตอร

หลกการท างานของวงจรบกคอนเวอรเตอร เพอตองการออกแบบใหไดแรงดนดานออก

ตามทตองการ คอ ตองเรมจากเงอนไขทวาแรงดนไฟฟาเฉลยตกครอมตวเหนยวน าในแตละ

คาบเวลามคาเทากบศนย จากนนกจะสามารถหากระแสทไหลผานตวเหนยวน าไดดงสมการ การ

วเคราะหการท างานของสวตซในแตละโหมด จะตองวเคราะหในสภาวะอยตวดงน

1

2

R Vg)(tvg )(tvC

ภาพท 2.5 วงจรสมมลบกคอนเวอรเตอร

2.4.5. ขณะสวตซน ำกระแส

กระแสทไหลจากแหลงจายไฟฟากระแสตรงจะไหลผานสวตซ ผานตวเหนยวน าไปยง

โหลด โดยทกระแสไฟฟาสวนหนงจะไปเกบทตวประจ จากกฎเคอรชอฟฟสามารถเขยนเปน

สมการของแรงดนไฟฟาไดดงน

R Vg

)(tvL

)(tvC

)(tiL

ภาพท 2.6 วงจรบกคอนเวอรเตอร ขณะสวตซน ากระแส

Vg Vg(t) V(t) C R

1

2

C R V(t) Vg

VL(t)

iL(t)

L

L

Page 21: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

21

−𝑉𝑔 + 𝑣𝐿 + 𝑣(𝑡) = 0 (2.12)

𝑣𝐿 = 𝑉𝑔 − 𝑣(𝑡) (2.13)

คดคาโดยประมาณของระลอกคลนขนาดเลกจะได

𝑣𝐿 = 𝑉𝑔 − 𝑉 (2.14)

โดยแรงดนตกครอม Lหาไดจากสมการ

𝑣𝐿(𝑡) = 𝐿𝑑𝑖𝐿(𝑡)

𝑑𝑡 (2.15)

หาคาความชนของสมการไดเปน

𝑑𝑖𝐿(𝑡)

𝑑𝑡=

𝑣𝐿(𝑡)

𝐿= (

𝑉𝑔 − 𝑉

𝐿) (2.16)

dt ในกรณอยในชวงเวลาน ากระแส คอ dt = DT

∆𝑖𝐿,𝑜𝑛 = (𝑉𝑔 − 𝑉

𝐿) 𝐷𝑇 (2.17)

2.4.6. ขณะสวตซไมน ำกระแส

เมอสวตซไมน ากระแส ไดโอดจะถกไบอสไปหนา (Forward Bias) ใหน ากระแส ท าให

กระแสไฟฟาทไหลผานตวเหนยวน าเกดการไหลอยางตอเนอง และจากกฎของเคอรชอฟฟ จะได

สมการของแรงดนไฟฟาดงน

(2.13)

(2.12)

(2.15)

(2.14)

(2.16)

(2.17)

Page 22: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

22

R Vg

)(tvL

)(tv

L

C)(tiL

)(tiC

ภาพท 2.7 วงจรบกคอนเวอรเตอร ขณะสวตซไมน ากระแส

𝑉𝐿 = −𝑉0 (2.18)

𝑣𝐿 = −𝑉0 = 𝐿𝑑𝑖𝐿

𝑑𝑡 (2.19)

𝑑𝑖𝐿

𝑑𝑡=

∆𝑖𝐿,𝑜𝑓𝑓

∆𝑡=

−𝑉

𝐿 (2.20)

ความหมายของสมการ (2.20) คอกระแสทไหลผานตวเหนยวน าจะคอยๆมคาลดลง

เพราะการเปลยนแปลงกระแสตวเหนยวน าตอเวลามคาเปนลบ

dt ในกรณอยในชวงเวลาหยดน ากระแส คอ dt=(1 − 𝐷)𝑇ดงนนจากสมการ (2.20)

สามารถจดรปใหมไดเปน

∆𝑖𝐿,𝑜𝑓𝑓 = − (𝑉

𝐿) (1 − 𝐷)𝑇 (2.21)

Vg V(t)

VL(t)

iL(t) C R

iC(t)

L

(2.18)

(2.19)

(2.20)

(2.19)

(2.20)

(2.21)

Page 23: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

23

2.4.7. กำรหำคำอตรำกำรขยำยแรงดนของวงจรบกคอนเวอรเตอร

จากเงอนไขทก าหนดไวในสมการ (2.21) กลาวคอ ในชวงสภาวะอยตว การเปลยนแปลง

ของกระแสทไหลผานตวเหนยวน าในขณะทสวตซน ากระแส จะมการเปลยนแปลงทเพมขนเทากบ

การเปลยนแปลงทลดลงของกระแสไฟฟาทไหลผานตวเหนยวน าในขณะทไมน ากระแส หรอ

อาจจะกลาวไดวาการเปลยนแปลงของกระแสทไหลผานตวเหนยวน าสทธมคาเปนศนย ดงนนจาก

สมการท (2.17) และ (2.20) จะไดวา

∆𝑖𝐿,𝑜𝑛 + ∆𝑖𝐿,𝑜𝑓𝑓 = 0 (2.22)

(𝑉𝑔 − 𝑉

𝐿) 𝐷𝑇 + (− (

𝑉

𝐿) (1 − 𝐷)𝑇) = 0 (2.23)

(𝑉𝑔 − 𝑉

𝐿) 𝐷𝑇 + (

𝑉

𝐿) (1 − 𝐷)𝑇 = 0 (2.24)

(𝑉𝑔 − 𝑉)𝐷 − 𝑉(1 − 𝐷) = 0 (2.25)

𝑉𝑔𝐷 − 𝑉𝐷 − 𝑉 + 𝑉𝐷 = 0 (2.26)

𝑉

𝑉𝑔= D (2.27)

ในสมการท (2.27) อตราการขยายแรงดนจะมคาสงสดไมเกน100% ตาม Duty Cycle (D)

วงจรบกคอนเวอรเตอรเปนวงจรทท าใหแรงดนไฟฟาดานออกนอยกวาหรอเทากบแรงดนไฟฟา

ดานเขา ทงนขนอยกบคา D โดยการปรบคา D สามารถปรบไดตงแตศนยถงหนง

จากการหาความสมพนธของอตราสวนของแรงดนไฟฟาดานออกตอแรงดนไฟฟาดาน

เขาหรอทเรยกวา อตราการขยายแรงดน (Voltage Gain) สามารถหาไดอกวธหนงตามหลกการทวา

แรงดนไฟฟาเฉลยทตกครอมตวเหนยวน าในแตละคาบเวลาเทากบศนย ดงสมการ (2.28)

(2.26)

(2.22)

(2.23)

(2.24)

(2.25)

(2.27)

Page 24: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

24

𝐷′𝑇𝑠

−𝑉

𝑉𝐿,𝑎𝑣 = (𝑉𝐿,𝑜𝑛)(𝑡𝑜𝑛) + (𝑉𝐿,𝑜𝑓𝑓)(𝑡𝑜𝑓𝑓) = 0 (2.28)

𝑉𝐿,𝑎𝑣 = (𝑉𝑔 − 𝑉)(𝑡𝑜𝑛) + (−𝑉)(𝑡𝑜𝑓𝑓) = 0 (2.29)

(𝑉𝑔 − 𝑉)(𝐷𝑇) − 𝑉(1 − 𝐷)𝑇 = 0 (2.30)

V

𝑉𝑔= D (2.31)

โดยท 𝑉𝐿,𝑎𝑣 คอ แรงดนเฉลยตกครอมตวเหนยวน า

𝑉𝐿,𝑜𝑛 คอ แรงดนเฉลยตกครอมตวเหนยวน าขณะสวตซน ากระแส

𝑉𝐿,𝑜𝑓𝑓 คอ แรงดนเฉลยตกครอมตวเหนยวน าขณะสวตซไมน ากระแส

𝐷 คอ ดวตไซเคล

2.4.8. กำรหำคำควำมเหนยวน ำทเลกทสดของวงจรบกคอนเวอรเตอร

การหาคาตวเหนยวน าทเลกทสดท าใหวงจรบกคอนเวอรเตอรท างานในโหมดกระแส

ตอเนอง โดยเรมจากการหากระแสเฉลยทไหลผานโหลดเนองจากขณะทอยในสภาวะการท างานอย

ตว

)(tvg

- VV g

DT s

t

1 12

ภาพท 2.8 รปคลนแรงดนทตกครอมเหนยวน า

Vg(t) Vg – V

-V

DTs

t

(2.28)

(2.29)

(2.30)

(2.31)

DTs

Page 25: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

25

กระแสเฉลยทไหลผานตวเกบประจมคาเทากบศนย ดงนนจะได

𝐼𝐿 = 𝐼0 =𝑉

𝑅 (2.32)

DT s t0

) (DTi sL

LV - V g

LV -

)(tiL

)0(iL

I

ภาพท 2.9 รปคลนกระแสทไหลผานตวเหนยวน า

จากสมการ (2.32) จะสามารถหากระแสทไหลผานตวเหนยวน าทมคาสงสดและต าสดได

จากสมการในชวงทสวตชไมน ากระแส ดงน

𝐼𝐿,𝑚𝑎𝑥 = 𝑖𝐿 +∆𝑖𝐿

2 (2.33)

𝐼𝐿,𝑚𝑎𝑥 =𝑉

𝑅+

1

2(

𝑉

𝐿(1 − 𝐷)) 𝑇 (2.34)

เขยนใหงายดงน

𝐼𝐿,𝑚𝑎𝑥 = 𝑉 (1

𝑅+

(1 − 𝐷)

2𝐿𝑓) (2.35)

ดงนนกระแสตวเหนยวน าต าสดคอ

𝐼𝐿,𝑚𝑖𝑛 = 𝑖𝐿 −∆𝑖𝐿

2 (2.36)

DTs

iL(0)

iL(t) iL(DTs)

(2.32)

(2.33)

(2.34)

(2.35)

(2.36)

Page 26: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

26

𝐼𝐿,𝑚𝑖𝑛 =𝑉

𝑅−

1

2(

𝑉

𝐿(1 − 𝐷)𝑇) (2.37)

𝐼𝐿,𝑚𝑖𝑛 =𝑉

𝑅−

𝑉

2(

(1 − 𝐷)

𝐿) (2.38)

𝐼𝐿,𝑚𝑖𝑛 = 𝑉 (1

𝑅−

(1 − 𝐷)

2𝐿𝑓) (2.39)

เงอนไขทส าคญส าหรบการท างานในโหมดกระแสแบบตอเนอง คอ กระแสทไหลผาน

ตวเหนยวน าจะตองเปนกระแสบวกเสมอ ตามสมการทสามารถน ามาใชในการหาคาความเหนยวน า

และความถในการสวตชง ดงน

𝐼𝐿,𝑚𝑖𝑛 = 𝑉 (1

𝑅−

(1 − 𝐷)

2𝐿𝑓) = 0 (2.40)

(1

𝑅−

(1 − 𝐷)

2𝐿𝑓) = 0 (2.41)

1

𝑅=

(1 − 𝐷)

2𝐿𝑓 (2.42)

ดงนนจะไดวา

𝐿𝑚𝑖𝑛 =(1 − 𝐷)𝑅

2𝑓 (2.43)

𝑓 =(1 − 𝐷)𝑅

2𝐿𝑚𝑖𝑛 (2.44)

สมการท (2.43)ใชในการหาคาความเหนยวน าทเลกทสดทท าใหวงจรยงสามารถท างาน

ในโหมดกระแสตอเนอง ซงจะไดคาความเหนยวน าทเลกทสดดงสมการ (2.43) ดงนนหากตองการ

(2.37)

(2.38)

(2.39)

(2.40)

(2.41)

(2.42)

(2.43)

(2.44)

Page 27: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

27

จะออกแบบใหไดความเหนยวน าทเลกทสดโดยทวงจรยงท างานในโหมดกระแสตอเนอง กสามารถ

เลอกออกแบบไดสองแนวทางคอ กรณทหนงการพยายามท าใหเศษในสมการ (2.43) มคานอยทสด

โดยการท าใหคา D มคาเขาใกลหนง หรอการท าใหโหลด R มคานอยๆ แตผลกระทบทเกดขน คอ

กระแสโหลดจะมคาสง สวนอกกรณหนงคอพยายามท าใหคาสวนหรอคาตองการในสมการ (2.44)

มคามากๆในการเพมความถสวตชใหสงขนท าใหขนาดของตวเหนยวน ามขนาดเลกลง

2.4.9. คำระลอกคลนของแรงดนไฟฟำดำนออก

โดยปกตวงจรกรองความถต าผาน หรอวงจรกรองแบบ LC ทอยในวงจรบกคอนเวอร

เตอร จะมตวเกบประจขนาดใหญ เพอรกษาใหแรงดนดานออกมคาคงท แตในทางปฏบตจะไม

สามารถเลอกใชตวเกบประจทใหญมากๆได เนองจากมราคาแพง และใชพนทมาก จงควรเลอกใช

ตวเกบประจทมขนาดเหมาะสมและใหคาระลอกคลนของแรงดนไฟฟาดานออกอยในระดบทรบได

ส าหรบการค านวณหาคาระลอกคลนของแรงดนไฟฟาดานออก สามารถหาไดจากความสมพนธ

ของแรงดนกบกระแสของตวเกบประจดงแสดงในรป ซงกระแสในตวเกบประจหาไดจาก

𝑖𝑐 = 𝑖𝐿 − 𝑖𝑅 (2.45)

เมอกระแสไฟฟาทไหลผานตวเกบประจมคาเปนบวก ซงชวงเวลาดงกลาวตวเกบประจจะ

สะสมประจโดยค านวณจาก

𝑄 = 𝐶𝑉 (2.46)

∆𝑄 = 𝐶∆𝑉 (2.47)

∆𝑉 =∆𝑄

𝐶 (2.48)

โดยท ∆𝑄 คอ คาประจทเปลยนแปลงนอยๆ

∆𝑉 คอ คาระลอกของแรงดนไฟฟาดานออกทเปลยนแปลงนอยๆระหวางยอดถงยอด

(2.45)

(2.46)

(2.47)

(2.48)

Page 28: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

28

∆𝑄 คอพนทสามเหลยมทเกดจากกระแสตวเกบประจคณกบเวลาจะได

∆𝑄 =1

2(

𝑇

2) (

∆𝑖𝐿

2) =

𝑇∆𝑖𝐿

8 (2.49)

แทนสมการ (2.48) ลงในสมการ (2.49) จะได

∆𝑉 =𝑇∆𝑖𝐿

8𝐶 (2.50)

แทนคา ∆𝑖𝐿,𝑜𝑓𝑓 =− (𝑉

𝐿) (1 − 𝐷)𝑇จากสมการ (2.50)โดยพจารณาเฉพาะขนาด จะได

∆𝑉 =𝑇

8𝐶

𝑉

𝐿(1 − 𝐷)𝑇 (2.51)

∆𝑉

𝑉=

𝑇

8𝐶(

1

𝐿) (1 − 𝐷)𝑇 (2.52)

∆V

V=

𝑇2

8𝐶(

1

𝐿) (1 − 𝐷) (2.53)

ดงนนจะได

∆V

V=

1 − 𝐷

8𝐿𝐶𝑓2 (2.54)

สมการท (2.54) เรยกวาคาอตราระลอกคลน (Ripple Ratio) มกใชแสดงเปนอตราสวน

ของระลอกคลนแรงดนไฟฟาดานออกระหวางยอดถงยอดกบคาแรงดนไฟฟาดานออก ในทน

หมายถงเฉพาะแรงดนไฟฟา หากตองการท าใหอตราระลอกคลนแรงดนไฟฟาของวงจรบกคอน

เวอรเตอรมคานอยลง(อตราระลอกคลน ยงนอยหมายถงการทไดแรงดนไฟฟากระแสตรงทเรยบ

(2.49)

(2.50)

(2.51)

(2.52)

(2.53)

(2.54)

Page 29: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

29

มากขน)สมามารถเลอกไดสองแนวทางคอกรณทหนงการพยายามท าใหเศษสมการ (2.54) มคานอย

ทสด โดยการท าให D มคาเขาใกลหนง สวนอกวธหนงคอการพยายามท าใหสวนในสมการ (2.54)

มคามากๆ เชนการเพมคาตวเหนยวน า ตวเกบประจหรอความถในการสวตชใหมากขน โดยการเพม

ความถในการสวตช สงทส าคญของวงจรบกคอนเวอรเตอรคอก าลงไฟฟาทจายจากแหลงจายไฟฟา

ก าลงทไดจะมคาเทากบก าลงไฟฟาทโหลดไดรบ โดยสมมตใหการสญเสยเปนศนยจะได

𝑃0 = 𝑃𝑠 (2.55)

โดยท 𝑃𝑠 คอก าลงไฟฟาทจายจากแหลงจายไฟฟาก าลง

𝑃𝑜 คอก าลงไฟฟาทจายใหโหลด

จากสมการ (2.55) จะเหนไดวาความสมพนธของแรงดนกบกระแสไฟฟาเหมอนกบกรณ

ของหมอแปลงไฟฟากระแสสลบ จงอาจจะกลาวไดวาวงจรบกคอนเวอรเตอรมวงจรสมมลย เปรยบ

ไดกบหมอแปลงไฟฟากระแสตรง

2.5 ไดโอดเปลงแสงและหลกกำรท ำงำน[5]

2.5.1. คณลกษณะทวไปของไดโอดเปลงแสง (Light Emitting Diode : LED)

ไดโอดเปลงแสง (Light-Emitting Diode) เรยกยอๆวา LED คอ ไดโอดซงสามารถ

เปลงแสงออกมาไดแสงทเปลงออกมาประกอบดวยคลนความถเดยว และเฟสตอเนองกน ซงตางกบ

แสงธรรมดาทตาคนมองเหน อนประกอบดวยคลน ซงมเฟสและความถตางๆมารวมกน ซงสามารถ

ใหแสงออกมาได ไดโอดเปลงแสงประกอบดวยสารกงตวน าชนด P และ N ประกบกนมผวขาง

หนงเรยบเปนมนคลายกระจก เมอไดโอดตกไปแอสตรงจะท าใหอเลกตรอนทสารกงตวน าชนด N

มพลงงานสงขนจนสามารถวงขามรอยตอไปรวมกบโฮลใน P กอใหเกดพลงงานในรปของประจ

โปรตรอน ซงจะสงแสงออกมา การประยกต LED ไปใชงานอยางกวางขวางสวนมากใชใน

ภาคแสดงผล (Display Unit) LED โดยทวไปม2ชนดใหญๆ คอ LED ชนดทตาคนเหนได กบชนดท

ตาคนมองไมเหนตองใชทรานซสเตอรมาเปนตวรบแสงแทนตาคน

(2.55)

Page 30: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

30

แสงเกดขนจากไดโอดเกดจากพลงงานทปลดปลอยจากอะตอม แสงเปนโปรตรอนทม

พลงงานและโมเมนตม ภายในอะตอม อเลกตรอน โคจรรอบนวเคลยส และมวงโคจรหลายวง แต

ละวงมพลงงานแตกตางกน วงนอกมพลงงานมากกวาวงใน ถาอะตอมไดรบพลงงานจากภายนอก

อเลกตรอนจะกระโดดจากวงโคจรในออกสวงโคจรนอก ในทางกลบกน ถาอเลกตรอนกระโดดจาก

วงโคจรนอกเขาสวงโคจรใน มนจะปลดปลอยพลงงานออกมา และพลงนกคอแสงนนเอง ขณะท

อเลกตรอนเคลอนทผานรอยตอไปทโฮลของสาร P อเลกตรอนจะตกจากวงโคจรสง หรอแถบน า

ไฟฟา ไปสวงโคจรต าหรอแถบวาเลนซมนจะปลดปลอยพลงงานออกมาในรปของโฟตรอน

ปรากฎการณนเกดขนกบไดโอดทกชนด แตสามารถเหนแสงไดกตอเมอ ความถของพลงงานอย

ในชวงทความถทตามองเหนได ดงเชนไดโอดทท าจากซลคอน ซงมชวงของแถบพลงงานแคบ ท า

ใหไดโฟตรอนความถต า เปนความถทตามองเหนได อยางไรกตาม ความถทตามองไมเหนกม

ประโยชน ไมนอย ยกตวอยางเชน ชวงอนฟาเรด สามารถน าไปใชในเครองควบคมระยะไกลหรอ

รโมทคอนโทรล เปนตน

หลอด LED เปนอปกรณกงตวน าทอยในรปของผลกแขง สามารถเปลยนพลงงานไฟฟา

เปนพลงงานแสงโดยตรง ใหแสงทเยนและมประสทธภาพสง เนองจากพลงงานทแพรรงสภายใน

สเปคตรมของแสงทมองเหนได หลอด LED มความพเศษตรงทมขนาดเลกและทนทานดวยอายการ

ใชงานทยาวนานกวาหลอดแสงสวางโดยทวไป และใชพลงงานไฟฟานอยกวา ทงยงปลอดภยเพราะ

ใชแรงดนไฟฟาทต ากวามาก มลกษณะการกระจายแสงเปนมมทแคบ เหมาะกบงานทตองการแสง

ในทศทางตรงๆ เชน งานไฟสญญาณจราจร งานโฆษณา ฯลฯ สวนขอควรระวงในการน าหลอด

LED ไปใชงานกคอตองควบคมกระแสไฟฟาทไหลผานหลอดใหคงทและไมเกนพกดทหลอด LED

จะทนได

2.5.2. การใชงานไดโอดเปลงแสง

ไดโอดเปลงแสงเปนไดโอดชนดพเศษ ทสามารถเปลงแสงออกมาได ไมวาจะเปนแสง

Page 31: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

31

ในชวงทสายตามองเหนหากเมอเปรยบเทยบกบหลอดไฟชนดทงสเตนแลว LED จะมประสทธภาพ

สงกวาประมาณ 10-15 เทา และยงมการตอบสนองตอแสงท เรวกวาดวย คอประมาณ 0.1

ไมโครวนาท เมอเทยบกบหลอดไฟชนดทงสเตน ซงใชเวลาระดบมลลวนาท ดงนนโดยทว ๆ ไป

LED จงเหมาะทจะใชเปนตวแสดงผลหรอใชเปนไฟกระพรบ เมอ LED ไดรบการไบแอสตรงจะม

แรงดนตกครอม LED ประมาณ 2 โวลต ดงแสดงในตารางท 1 ซงเปนคาไบแอสตรงของ LED ส

ตาง ๆ ทกระแสไบแอสตรง 20 มลลแอมป และถา LED ไดรบการไบแอสกลบ กจะเกด

ปรากฏการณอะวาลานซหรอซเนอรเชนเดยวกบไดโอดชนดอนๆแตคาแรงดนนนจะมคานอยกวา

ดงแสดงในภาพท 2.11 โดยทว ๆ ไปแลว LED จะทนแรงดนยอนกลบไดสงสดประมาณ 3-5 โวลต

ตารางท 2.1 คาแรงดนฟอรเวรดไบแอสของ LED สตาง ๆ ทกระแส 𝐼𝐹 20 มลลแอมป

LED สแดง สสม สเหลอง สเขยว คาแรงดนฟอรเวรดไปแอส VF(โวลท)

1.8 2.0 2.1 2.2

1

5V

v

0

ภาพท 2.10 คณลกษณะการท างานของ LED

2.5.3 การตอใชงานไดโอดเปลงแสง

ในการน า LED ไปใชงาน จะตองตอตวตานทานจ ากดกระแสอนกรมเขากบ LED ดวย

เพอปองกนไมให LED เสยหาย ภาพท 2.11 แสดงหาคาตวตานทาน R เพอใหไดกระแสทพอเหมาะ

5v

v

0 t

Page 32: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

32

แก LED โดย R จะตอทขวแคโทด หรอแอโนดของ LED กไดความสวางของ LED จะเปนสดสวน

โดยตรงกบปรมาณกระแสทไหลผานตวมน โดยทว ๆ ไป LED จะสามารถทนกระแสไดสงสด

ประมาณไมเกน 30-40 มลลแอมป

+Vs

LEDa

k

I t

V tV sR

)(V t

0 V

)(I t

ภาพท 2.11 การใชความตานทานเพอจ ากดกระแสใหเหมาะสมกบแรงดนตกครอม

ไดโอดเปลงแสง

2.5.4. การตอใชงานไดโอดเปลงแสงกบไฟฟากระแสสลบ

LED ยงสามารถน าไปใชกบไฟฟากระแสสลบไดดวยดงแสดงในภาพท 2.13 โดยการน า

ไดโอดธรรมดามาตอกลบขวขนานกบ LED เพอปองกนไมให LED ไดรบไบแอสกลบ ส าหรบคา

R ควรมคาเปนครงหนง ของคาทค านวณไดจากวงจรไฟฟากระแสตรง เพอใหความสวางเทาเดม

และถาวงจรนใชกบแหลงจายไฟสลบทมคาแรงดนสง ๆ ตวตานทาน R กจะตองมอตราทนก าลงสง

ๆ ตามไปดวย เชนถาใชกบไฟแหลงจายไฟ 250 โวลต ตวตานทานควรอตราทนก าลงอยางนอยทสด

2.5 โวลต เมอคดทกระแสไหลผาน LED เฉลยประมาณ 10 มลลแอมปหรอถาไมตองการใชตว

ตานทานทมอตราทนก าลงสง ๆ กอาจใชตวเกบประจจ ากดกระแสทผาน LED ตามตองการได

เชนเดยวกน โดยตวเกบประจ𝐶sจะมอตราก าลงสญเสยนอยมาก เนองจากกระแสและแรงดนท 𝐶sม

เฟสตางกน 90 องศา ส าหรบคาของ 𝐶s ประมาณ 0.1 และ 0.22 ไมโครฟารดส าหรบไฟสลบ 50-60

เฮรตซ 250 โวลต และ 125 โวลต ตามล าดบ

a

k

LED แรงดนฟอรเวรด(Vt)

กระแสฟอรเวรด(It)

+Vs

0 V

Page 33: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

33

LED

R

1N4001D1

ภาพท 2.12 การใช LED เปนตวแสดงผลในวงจรไฟฟากระแสสลบทมแรงดนต า

LED1N4001D1

)250(1.0 VF

)125(22.0 VF

C s

L

N

ภาพท 2.13 การใช LED เปนตวแสดงผลในวงจรไฟฟากระแสสลบทมแรงดนสง

วงจรในภาพท 2.14 LED ยงสามารถใชเปนตวแสดงผลการท างานของฟวสไดดวย ใน

สภาวะปกตวงจรจะถกลดดวยฟวสแตเมอฟวสขาดจะท าใหวงจรนท างานโดยกระแสทโหลดจะถก

จ ากดโดย CS

Vac

Vac

C

LED

LED

R

D1

1N4001

L

N

D1

1N4001

Page 34: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

34

LED

1N4001

D1

F1.0

F22.0

C s

L

C s

C s

250V 125V

ภาพท 2.14 การใช LED เปนตวแสดงผลการท างานของฟวส

2.5.5 เทคนคการเลอกใช LED

A

K

A

K

ภาพท 2.15 ต าแหนงขา LED

ปญหาแรกทจะพบในการใชงาน LED กคอหารหาขวของ LED ซงโดยทว ๆ ไป LED

จะมขวแคโทดอยตรงดานรอยบาก หรอเปนขาทส นกวาอกขางหนง ดงแสดงในรปท 2.15 หรอ

รอยบาก

รอยบาก

A

K

A

K

Cs

LED

แรงดนอนพต

ฟวส

ไปยงโหลด

D1

1N4001

L

Page 35: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

35

อาจจะทดสอบหาขวโดยใชวงจรพนฐานใน ภาพท 2.16 กได โดยการทดลองกลบขวของ LED และ

ถา LED ตดสวาง ขวแคโทดจะเปนขา ทตออยกบขวลบของแบตเตอร

โดยทว ๆ ไป LED จะผลตเปนแบบทม LED ตวเดยวในตวถงเดยว ส าหรบ LED ชนดทม

หลาย ๆ ตวอยในตวถงเดยวกน รจกกนก คอ LED 7 สวน (7-Segment Display) ซ งภายใน

ประกอบดวย LED เจดตว(หรอแปดตว) อยในตวถงเดยวกนสามารถแสดงผลไดทงตวอกษรและ

ตวเลขตวแสดงผลอกอยางเปนตวแสดงผลแบบบาร กราฟ (Bargraph-Display)ซงประกอบดวย

LED 10 ถง 30 ตวอยในตวถงเดยวกน

ภาพท 2.16 LED ชนดสองส ประกอบดวย LED 2 ตวตอกลบขวขนานกน

LED สวนใหญสามารถเปลงแสงออกมาไดเพยงสเดยวตอตวเทานน แตส าหรบ LED ท

สามารถเปลงแสง ไดหลายสกมการผลตขนมาเชนกน ดงแสดงในภาพท 2.17 ซงเปน LED ชนด

สองสจะประกอบดวย LED 2 ตวตอกลบขวและขนาดกนจะเปลงแสงสเขยวเมอไดรบการไบแอส

ในทศทางหนง และเปลงแสงสแดง หรอเหลองเมอไดรบการไบแอส ในทศทางตรงกนขาม LED

ชนดนมประโยชนอยางมากในการน ามาแสดงผล เกยวกบทศทางของกระแสหรอการแสดงขว

LED ชนดหลายสอกชนดหนงแสดงดงภาพท 2.17 ซงประกอบดวย LED สเขยวและสแดงตอกน

โดยขาแคโทดจะตอรวมกบ LED ชนดนจะเปลงแสงสเขยวหรอสแดง เมอไดรบการไบแอสท

ขวแอโนดขวใดขวหนง และจะเปลงแสงสสมและสเหลอง เมอไดรบการไบแอสท ง 2 ขวของ

แอโนดอตราสวนของปรมาณกระแสทแตกตางกน ดงแสดงในตารางท 2.2

Page 36: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

36

LED1

LED2

R

a

a

ภาพท 2.17 LED ซงสามารถเปลงแสงไดถง 4 สโดยใช LED เพยง 2 ตว

ตารางท 2.2 แสดงอตราสวนของปรมาณกระแสของ LED ทม สแตกตางกน

สของ LED สแดง สสม สเหลอง สเขยว กระแสของ LED1 0 5 mA 10 mA 15 mA กระแสของ LED2 5 mA 3 mA 2 mA 0

2.5.6. การน า LED หลาย ๆ ตวมาตอใชงานรวมกน

LED สามารถน ามาใชงานพรอมกนในคราวเดยวหลาย ๆ ตวไดโดยน า LED มาตอ

อนกรมกน และใชแหลงจายแรงดนแหลงเดยวในการไบแอสให LED ท างานดงแสดงในภาพท

2.18 โดยแหลงจายแรงดนจะตองมแรงดนมากกวาผลรวมของแรงดนไบแอสตรงของ LED แตละ

ตว เพราะตองท าใหแหลงจายแรงดน สามารถไบแอสให LED ไดเพยงพอ แตหากมแหลงจายทม

ระดบคานอย ๆ กสามารถแกไขไดโดยน าวงจรเหลานมาตอขนานกนดงแสดงในภาพท 2.19

LED1 เขยว

LED2 แดง R

a

a

Page 37: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

37

LED1

LED2

LED3

Vs

V0

IVVt

tsR

VVVV tttt 321

ภาพท 2.18 การน า LED มาตออนกรมกน โดยใชตวตานทานจ ากดกระแสเพยงตวเดยว

LED1 LED2 LED3

V

V0

R1 R2 R3

ภาพท 2.19 การน า LED หลาย ๆ ตวมาตอกนแบบขนาน

การน า LED หลาย ๆ ตวมาใชงานพรอม ๆ กนอกแบบหนงกคอ การน าวงจรพนฐานจาก

ภาพท 2.18 มาตอขนานกนดงแสดงในภาพท 2.19 แตการตอวงจรแบบนคอนขาง จะกนกระแสมาก

คอเทากบผลรวม ของกระแสทจายใหแก LED แตละตว

LED1

LED2

LED3

LED1 LED2 LED3

Page 38: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

38

ภาพท 2.19 แสดงการน า LED หลาย ๆ ตวมาใชงานพรอม ๆ กนจะมขอเสยมากเนองจาก

วงจรจะเหนไดวา LED ไมมทางทจะท างานพรอม ๆ กนได เพราะแรงดนไบแอสตรงของ LED แต

ละตวจะมคาไมเทากน ในกระบวนการผลตกไมสามารถท าให LED ทกตวมคาแรงดนไบแอส

เทากนพอดได ซงจะท าใหม LED ตวใดตวหนงกนกระแสมากกวาตวอน ๆ และท าให LED ตวท

เหลออยไดรบกระแสเพยงเลกนอยหรอ อาจจะไมไดรบกระแสเลยหากแรงดนไบแอสของ LED

ตางกนมาก

Page 39: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

39

บทท 3

กำรออกแบบโครงงำน

การออกแบบโครงงานเครองผลตไฟฟาจากการวงผานของรถยนตในหวขอน จะกลาวถง

โครงสรางและหลกการท างานในแตละสวนของโครงงานน ซงกลาวถงเครองก าเนดไฟฟา ชนงาน

เครองก าเนดไฟฟา และการท างาน

3.1 โครงสรำงล ำดบกำรท ำงำน

ภาพท 3.1โครงสรางการท างาน

3.2 หลกกำรท ำงำนของเครองผลตไฟฟำจำกกำรวงผำนของรถยนต

เรมจากพลงงานกลจากการวงผานของรถยนตท าใหเครองก าเนดไฟฟาหมนเกดเปน

พลงงานไฟฟากระแสสลบ แลวผานวงจรเรยงกระแสเพอควบคมเฟสและแปลงสญญาณไฟฟา

กระแสสลบเปนกระแสตรง แรงดนไฟฟากระแสตรงทผานออกมา 14.80 V. แลวมาเขาวงจรบก

คอนเวอรเตอรเพอลดระดบแรงดนใหเหลอ 12 V. ใหเหมาะกบการอดประจเขาแบตเตอรร แลวน า

ไฟไปใชกบ Load แสงสวาง

วงจรบกคอนเวอรเตอร

การแปลงแรงดนไฟสลบ

เปนแรงดนไฟตรง

ชดรบพลงงาน

จากการวงผาน

ของรถยนต

ชดกอนแมเหลก

ถาวรตดผานขดลวด

แบตเตอรร Load แสงสวาง

Page 40: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

40

3.3 โครงสรำงของเครองผลตไฟฟำจำกกำรวงผำนของรถยนต

ภาพท 3.2 โครงสรางของเครองผลตไฟฟาจากการวงผานของรถยนต

เรมจากพลงงานกลทไดจากการวงผานของรถยนตทเหยยบผานชดรบแรงกด ท าใหเครอง

ก าเนดไฟฟาหมนเกดเปนพลงงานไฟฟากระแสสลบ แลวผานวงจรเรยงกระแสเพอควบคมเฟสและ

แปลงสญญาณไฟฟากระแสสลบเปนกระแสตรง แรงดนไฟฟากระแสตรงทผานออกมา 14.80 V.

แลวมาเขาวงจรบกคอนเวอรเตอรเพอลดระดบแรงดนใหเหลอ 12 V. ใหเหมาะกบการอดประจเขา

แบตเตอรร แลวน าไฟไปใชกบ Load แสงสวาง

N NN

S SS

+-

STOP

Force

Up

Down

Movement.

Force

จดหมน

แรงจากรถ

รงกด

สวนทยน

ออกมา

ขบ Gen แรงกด

Page 41: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

41

3.4 กำรแบบออกวงจรทใชในกำรควบคม

ภาพท 3.3 วงจรทออกแบบทงหมดของเครองผลตไฟฟาจากการวงผานของรถยนต

ก. แผนปรนทออกแบบดวยคอมพวเตอร

ดวยโปรแกรม Altium

ข. แผนปรนทลงลายทองแดง

ค. แผนปรนทประกอบเปนวงจรเสรจสมบรณ

Page 42: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

42

วธกำรเลอกและกำรค ำนวณหำขนำดอปกรณตำงๆ

3.5 กำรออกแบบเครองก ำเนดไฟฟำ

การออกแบบเครองก าเนดไฟฟาแมเหลกตามแนวแกน(Axial Flux Generator)ชนด 1เฟส

แบบ 3คอลย 3โพล แรงดน 20โวลต ทก าลง 20 วตต

3.5.1 การค านวณหากระแส

I = 𝑃

𝑉

= 20

12

= 1.7 A

ดงนนใชลวดทองแดงเบอร 26 เพราะทนกระแสได 2.2A ตามตารางลวดทองแดงท 3.1

3.5.2 การค านวณหาชวงของขวแมเหลก(Pole Pitch)

จากสมการ Pole Pitch = 360°

𝑃

มมทางกล Pole Pitch = 360°

𝑃

= 360°

3

= 120 องศาทางกล

ดงนน จะตองวางขดลวด 3ขด และวางหางกน 120องศาทางกล

3.5.3 การค านวณหาความถ (Hz)

ก าหนดใหรอบต าของโรเตอรอยท 120-180รอบ / นาท ดงนนเลอกใชท 120rpm

จากสตร 𝑓 =120×3

120

= 3 Hz

(3.1)

(3.3)

(3.2)

Page 43: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

43

3.5.4 การค านวณหาจ านวนรอบตวน า

ก. แรงดนทตองการประมาณ 20V

ข. ลวดตวน า A.W.G. เบอร 26 ทนกระแสได 2.2 A

ค. พนขดลวดแบบเตมชวง (Full Pitch) ซงมระยะคอลยเทากบ 180 องศาไฟฟา

ง. แมเหลกถาวร 3 คของขวแมเหลกขนาด รศมวงใหญ 40mmรศมวงเลก 20mm.หนา

20mm

จ. ความหนาแนนของเสนแรงแมเหลกสงสด 4100 เกาต [1 เกาต (G) 0.0001 เทสลา

(T)]

เพราะฉะนน 4100×0.0001 0.41T

จากสมการ 𝐸 = 4.44𝑛𝑓∅

Magnetic flux

∅ = 𝐵𝐴 = ((0.41))[(π)(0.04)(0.04) – (π)(0.02)(0.02)]

= 1.55mWb

ดงนน 𝑛 = E

4.44 𝑓∅

= 20

(4.44)( 1.55mWb)(3Hz)

= 968.71 รอบ

= 969 รอบ

ดงนนจ านวนรอบตวน าทงหมดเทากบ 969รอบ

จ านวนคอลยทตองการ 6คอลย

𝑛 = 969

6

= 161.5

= 162 รอบ/ขด

ดงนนจ านวนรอบตวน าตอขดเทากบ 162รอบ/ขด

เพมเปอรเซนการสญเสยทเกดในขดลวดอก10%ดงนนจะไดรอบการพนขดลวดทงหมด

เปน 179 รอบ/ขด

(3.4)

(3.5)

(3.6)

Page 44: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

44

ก. ต าแหนงการวางกอนแมเหลกถาวร

ข.ต าแหนงการวางขดลวดทองแดง

ค. การวางประกบกนของกอนแมเหลกถาวรกบขดลวดทองแดง

ภาพท 3.4 การวางกอนแมเหลกถาวรและขดลวดทองแดง

S

S

S

N

N

N

N N

N

S S

S

Page 45: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

45

ตารางท 3.1จ านวนรอบลวดทองแดงทใชแกนอากาศ1 x 2 x 1/2 นว

=

AWG

gauge

Conductor

Diameter

Inches

Conductor

Diameter

mm

Ohms

per

1000

ft

Ohms

per mm

Maximum

amps for

chassis

wiring

Maximum

amps for

power

transmission

Maximum

frequency

for 100%

skin depth

for solid

conductor

copper

0000 0.46 11.684 0.049 0.16072 380 302 125 Hz

000 0.4096 10.40384 0.0618 0.202704 328 239 160 Hz

00 0.3648 9.26592 0.0779 0.255512 283 190 200 Hz

0 0.3249 8.25246 0.0982 0.322424 245 150 250 Hz

1 0.2893 7.34822 0.1239 0.406392 211 119 325 Hz

2 0.2576 6.54304 0.1563 0.512664 181 94 410 Hz

3 0.2294 5.82676 0.197 0.64616 158 75 500 Hz

4 0.2043 5.18922 0.2485 0.81508 135 60 650 Hz

5 0.1819 4.62026 0.3133 1.027624 118 47 810 Hz

6 0.162 4.1148 0.3951 1.295928 101 37 1100 Hz

7 0.1443 3.66522 0.4982 1.634096 89 30 1300 Hz

8 0.1285 3.2639 0.6282 2.060496 73 24 1650 Hz

9 0.1144 2.90576 0.7921 2.598088 64 19 2050 Hz

10 0.1019 2.58826 0.9989 3.276392 55 15 2600 Hz

11 0.0907 2.30378 1.26 4.1328 47 12 3200 Hz

12 0.0808 2.05232 1.588 5.20864 41 9.3 4150 Hz

13 0.072 1.8288 2.003 6.56984 35 7.4 5300 Hz

14 0.0641 1.62814 2.525 8.282 32 5.9 6700 Hz

Page 46: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

46

ตารางท 3.1 จ านวนรอบลวดทองแดงทใชแกนอากาศ1 x 2 x 1/2 นว(ตอ)

15 0.0571 1.45034 3.184 10.44352 28 4.7 8250 Hz

16 0.0508 1.29032 4.016 13.17248 22 3.7 11 kHz

17 0.0453 1.15062 5.064 16.60992 19 2.9 13 kHz

18 0.0403 1.02362 6.385 2.9428 16 1.3 17 kHz

19 0.0359 0.91186 8.051 26.40728 14 1.8 21 kHz

20 0.032 0.8128 10.15 33.292 11 1.5 27 kHz

21 0.0285 0.7239 12.8 41.984 9 1.2 33 kHz

22 0.0254 0.64516 16.14 52.9392 7 0.92 42 kHz

23 0.0226 0.57404 20.36 66.7808 4.7 0.729 53 kHz

24 0.0201 0.51054 25.67 84.1976 3.5 0.577 68 kHz

25 0.0179 0.45466 32.37 106.1736 2.7 0.457 85 kHz

26 0.0159 0.40386 40.81 133.8568 2.2 0.361 107 kHz

27 0.0142 0.36068 51.47 168.8216 1.7 0.288 130 kHz

28 0.0126 0.32004 64.9 212.872 1.4 0.226 170 kHz

29 0.0113 0.28702 81.83 268.4024 1.2 0.182 210 kHz

30 0.01 0.254 103.2 338.496 0.86 0.142 270 kHz

Page 47: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

47

3.6 กำรออกแบบของโรเตอรหรอสวนทเคลอนท

ภาพท 3.5 ขนาดกอนแมเหลกถาวร ภาพท 3.6 ขนาดของจานโรเตอร

ภาพท 3.7 การวางกอนแมเหลกถาวร ภาพท 3.8 การประกบกนของกอนแมเหลกถาวร

70 mm35 mm

20

mm

20 mm

280 mm

5 m

m

Page 48: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

48

3.6.1 ขนตอนกำรออกแบบโรเตอร

เราจะน ากอนแมเหลกทรงกระบอกกลวงวางบนแผนโรเตอรท ามมกน 120 องศา ซงจะได

สามกอนดานบนกบสามกอนดานลางจบคกนไดทงหมด 3 ค โดยดานบนเปนขวเหนอ ดานลางเปน

ขวใตดดกนอย จดหมนของโรเตอรจะตอขนไปเพอเชอมกบฟนเฟองและโซ ไวขบเคลอนกบกลไล

การเหยยบของรถยนตดงภาพ

ภาพท 3.9 การเชอมตอฟนเฟองและโซใหกบตวโรเตอรกบตวเปลยนแรงกดเปนแรงหมน

Page 49: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

49

3.7 กำรออกแบบสเตเตอรหรอสวนทอยกบท

ก. ขดลวดทองแดงดานบน

ข. ขดลวดทองแดงดานลาง

ภาพท 3.10 การวางขดลวดทงดานบนและดานลาง

ท าการวางขดลวดทดานลาง 3 ขด และดานบน 3 ขด(วางประกบกบกอนแมเหลกถาวร)

โดยทขดลวดพนอยกบบอบบน ทขนาดบอบบนเทากบขนาดกอนแมเหลกถาวร

Page 50: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

50

3.8 กำรออกแบบชดทรบแรงกดมำเปลยนเปนแรงหมน

ภาพท 3.11 แสดงชดทรบแรงกดมาเปลยนเปนแรงหมน

จะเปนชดทรบแรงกดจากรถยนตแลวน ามาเปลยนเปนแรงหมนแทน เพอทจะน าแรง

หมนทไดมานไปขบเคลอนจานโรเตอร หรอชดกอนแมเหลกถาวรใหหมนตดผานชดสเตเตอรทคอ

ชดขดลวดทองแดง

ก. ดานขวา ข. ดานซาย

ค. ดานบน

Page 51: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

51

3.9 กำรออกแบบตวลกระนำดทรบแรงกดจำกรถยนต

ภาพท 3.12 การออกแบบตวลกระนาดทรบแรงกดจากรถยนต

แรงจากรถ

จดหมน

สวนทยนออกมาขบ Gen

รงกด

7

cm.

5

cm.

1

5 cm.

2

00 cm.

ก. ภาพดานขางของตวลกระนาดทรบแรงกดจากรถยนต

ข. ภาพดานหลงของตวลกระนาดทรบแรงกดจากรถยนต

ค. ภาพดานบนของตวลกระนาดทรบแรงกดจากรถยนต

Page 52: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

52

ภาพท 3.13 การออกแบบสวนประกอบตางๆ ทใชประกอบเขากบลกระนาด

7

.5 cm.

7 cm.

5 cm. 15 cm.

7 cm. 5 cm.

3 cm.

8 cm.

7.5 cm.

ง. แผนบานพบ

ข. ขดสปรง ก. บลอกเหลกครอบ

สปรง

ค. กอนเหลกค าใหสปรงตง

ฉากกบแผนเหลก

7 cm.

Page 53: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

53

3.10 กำรออกแบบแบตเตอรร

ภาพท 3.14 แบตเตอรน าทใชในโครงงาน ขนาด 12V 5A

3.11 กำรออกแบบโหลดสองสวำงหลอด LED

ภาพท 3.15 โหลดสองสวาง LED

ข.) ตอนจายไฟ ก.)ตอนไมจายไฟ

Page 54: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

54

บทท 4

การทดลองและผลการทดลอง

4.1 วตถประสงคของการทดลอง

1.เพอทดสอบการท างานของเครองก าเนดไฟฟาวาสามารถผลตไฟฟาไดจรงหรอไม

2. ศกษาและหารปสญญาณ แรงดนเอาทพตของเครองก าเนดไฟฟา

3. ศกษาและหารปสญญาณทออกจากเครองก าเนดไฟฟาหลงจากผานวงจรเรยงกระแส

4. ศกษาและหารปสญญาณ แรงดนทจายใหกบวงจรประจแบตเตอร

5. เพอศกษาการท างานของเครองก าเนดไฟฟา

6. เพอศกษาแนวทางในการพฒนาตอไปในอนาคต

4.2 อปกรณทใชในการทดลอง

1. ชดเครองผลตไฟฟาจากการวงผานของรถยนต

2. ออสซโลสโคป รน TDS 210 TWO CHANNEL DIGITAL REAL-TIME OSCILLOSCOPE

3. มลตมเตอรรน UNI-T UT33A

4. อปกรณวดความเรวรอบ

4.3 การทดลอง

การทดลองทจะกลาวถงจะเปนการทดลองหารปคลนสญญาณการท างานของเครอง

ก าเนดไฟฟาของโครงงาน การทดลองจะเปนการท างานจรงๆ ในการเหยยบของรถยนตเพอหา

ความเรวรอบของเครองก าเนดไฟฟาแลวท าการบนทกคาของสญญาณทออกมา

Page 55: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

55

4.3.1. การทดลองหาแรงดนเอาทพทของเครองก าเนดไฟฟา

การทดลองนจะท าการตออปกรณรบแรงกลกบเครองก าเนดไฟฟาเขาดวยกนเพอหา

แรงดนไฟฟาทผลตออกมาและแรงดนทออกมาจะเปนกระแสสลบ ซงท าการทดลองจากการท างาน

จรงขณะทมการเหยยบของรถยนตผานลกระนาดจะไดรปสญญาณดงภาพท 4.1 และท าการตอวงจร

เรยงกระแสเพอใหไดไฟฟาทเปนกระแสตรง เพอจะน าไปใชกบวงจรอดประจเขาแบตเตอร

ภาพท 4.1 รปสญญาณรปคลนทออกมาจากเครองก าเนดไฟฟา

จากภาพท 4.1 จะเปนแรงดนรปไซนทมคาสงสด 14.80 โวลต ทความถ 5.3 Hz. ซงเปน

การเหยยบของรถยนตบนลกระนาดทสภาวะปกตของรถยนต 4 ลอทวไป จากผลของความถสงเกด

จากคณบตของเครองก าเนดไฟฟาจะไมมผลอะไรกบการน าไปเปลยนเปนไฟฟากระแสตรงซง

แสดงใหเหนในภาพท 4.2

Page 56: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

56

ภาพท 4.2 สญญาณรปคลนทออกมาจากเครองก าเนดไฟฟาหลงจากการผานวงจรเรยงกระแส

จากภาพท 4.2 แสดงใหเหนวาแรงดนทเครองก าเนดไฟฟาผลตออกมาไดผานการเรยง

กระแส แรงดนทออกมากจะเปนไฟฟากระแสตรง จะเหนไดวาเมอมการเรยงกระแสแลว

แรงดนไฟฟากระแสตรงจะมคามากกวาแรงดนไฟฟากระแสสลบทเครองก าเนดไฟฟาผลตออกมา

ไดเพราะตามทฤษฎแลว VDC = 1.414VAC แตในการทดลองอาจคลาดเคลอนเลกนอย แรงดนทไดน

จะน าไปใชในการประจแบตเตอรรตอไป

ตาราง 4.1 การหาแรงดนเอาทพทในขณะทท าการน ารถยนตเหยยบผานลกระนาด

ความเรวรอบ(rpm) แรงดนrms(Volt)

120 20

140 23.34

160 26.67

180 30

Page 57: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

57

จากตารางท 4.1ไดแสดงความสมพนธระหวางความเรวรอบของเครองก าเนดไฟฟากบ

แรงดนทผลตออกมาไดจะเปนแรงดนไฟฟากระแสสลบทไดจากเครองก าเนดไฟฟาโดยตรง จะเหน

วาความสมพนธจะเปนเชงเสน ดงแสดงในภาพท 4.3

ภาพท 4.3 การเปรยบเทยบระหวางความเรวรอบกบแรงดนเอาทพท

4.3.2. การทดลองการท างานของวงจรประจแบตเตอร

จะเปนการทดลองวาเมอท าการเหยยบของรถยนตผานลกระนาดแลวท าการจายแรงดน

ใหกบวงจรเพอน าไปประจแบตเตอรจะท างานไดหรอไม ซงแรงดนทจายนนสงพอทจะท าใหวงจร

ท างานได และท าการประจแบตเตอรไดซงกสามารถบนทกการ างานทอยบนรปสญญาณทวดดง

แสดงในภาพท 4.4จะเปนแรงดนทจายใหกบวงจร

0

10

20

30

40

120 140 160 180

V(vo

lt)

Speed(rpm)

ความสมพนธระหวางแรงดนกบความเรวรอบ

Page 58: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

58

ภาพท 4.4 แรงดนทจายใหกบวงจรประจแบตเตอร

4.4 ผลการทดสอบการท างาน

เปนผลการทดสอบการท างานทงหมดของโครงงาน ซงจะเปนการวดเปรยบเทยบใน

ขณะทท าการเหยยบของรถยนตผานลกระนาด และคาของแรงดนทออกมาเพอเปรยบเทยบกบ

กระแสและก าลงงานทออกมาไดแสดงไวในตารางท 4.2

Page 59: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

59

ตารางท 4.2 ผลลพธทไดจากการเหยยบของรถยนตผานลกระนาดเมอตอกบเครองก าเนด ไฟฟา

N(rpm) VAC(V) VDC(V) I(A) P(W)

120 20 24.28 0.5 12.14

140 23.34 28.34 0.8 22.67

160 26.67 31.67 1.1 34.84

180 30 36.42 1.3 47.35

VAC = คาแรงดนทวดจาก Generator

N = ความเรวรอบของเครองก าเนดไฟฟา

VDC = คาแรงดนทวดจาก out วงจรแบตเตอร

I = คากระแสของวงจร

P = คาก าลงงาน

Page 60: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

60

ก. การเปรยบเทยบระหวางความเรวรอบของรถยนตทผานลกระนาดกบแรงดนเอาทพท

ข. การเปรยบเทยบระหวางความเรวรอบของรถยนตทผานลกระนาดกบคาแรงดนทวดจากเครอง

ก าเนดไฟฟา

0

10

20

30

40

120 140 160 180

V(vo

lt)

Speed(rpm)

ความสมพนธระหวางความเรวรอบของรถยนตทผานลกระนาดกบแรงดนเอาทพท

0

10

20

30

40

120 140 160 180

V AC(V)

Speed(rpm)

ความสมพนธระหวางความเรวรอบของรถยนตทผานลกระนาดกบคาแรงดนทวดจากเครองก าเนดไฟฟา

Page 61: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

61

ค. การเปรยบเทยบระหวางความเรวรอบของรถยนตทผานลกระนาดกบคาแรงดนทวดจาก

output วงจรแบตเตอร

ง. การเปรยบเทยบระหวางความเรวรอบของรถยนตทผานลกระนาดกบคาก าลงงาน

0

10

20

30

40

120 140 160 180

V DC(V)

Speed(rpm)

ความสมพนธระหวางความเรวรอบของรถยนตทผานลกระนาดกบคาแรงดนทวดจาก output วงจรแบตเตอร

0

20

40

60

120 140 160 180

P(W)

Speed(rpm)

ความสมพนธระหวางความเรวรอบของรถยนตทผานลกระนาดกบคาก าลงงาน

Page 62: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

62

จ. การเปรยบเทยบระหวางความเรวรอบของรถยนตทผานลกระนาดกบกระแส

ภาพท 4.5 แสดงความสมพนธระหวางความเรวรอบของรถยนตทผานลกระนาดกบผลลพธ

ทไดจากการทดลอง

0

0.5

1

1.5

120 140 160 180

I(A)

Speed(rpm)

ความสมพนธระหวางความเรวรอบของรถยนตทผานลกระนาดกบกระแส

Page 63: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

63

บทท 5

สรปและขอเสนอแนะ

จากการท าโครงงานเรองเครองผลตไฟฟาจากการวงผานของรถยนต เรมจากการทมรถวง

ผานตวรบน าหนกแลวเกดเปนแรงกลหมนแกนของเครองก าเนดไฟฟาเกดแรงดนไฟฟากระแสสลบ

จากนนท าการเรยงกระแสโดยผานวงจรเรยงกระแสกลายเปนไฟฟากระแสตรงแรงดนไฟฟากระแส

ตรงทผานออกมา 14.80 V. แลวมาเขาวงจรบกคอนเวอรเตอรเพอลดระดบแรงดนใหเหลอ 12 V. ให

เหมาะกบการอดประจเขาแบตเตอร แบตเตอรของโครงงานนเปนแบบนเกลแคดเมยม เวลาชารจ

ประจแบตเตอรตองค านงถงอายการใชงานของ แบตเตอรจงตองใชกระแสชารจนอยท าใหใชเวลา

ในการชารจนาน ประโยชนทไดรบจากโครงงานน ใชเปนตวตนแบบในการผลตไฟฟาจากสงททก

คนมองขาม สามารถเปนพลงงานทดแทน และชวยประหยดคาไฟไดไปในบางสวน

ปญหาตางๆทเกดขนในการท าโครงงานชนน สามารถสรปไดเปนขอๆดงตอไปน

กอนแมเหลกถาวรทรงกระบอกกลวงทเราใชมขนาดเสนผานศนยกลาง 80mm หนา

20 mm ซงมขนาดใหญเกน ท าใหเกดความฝดในการหมนอนเนองมาจากน าหนกของกอนแมเหลก

ถาวร

มจ านวนโพลแมเหลกในเครองก าเนดไฟฟานอยเกนไป สงผลใหเกดความถของ

แมเหลกในการหมนตดกบขดลวดนอย ความถนอยสงผลใหความดนนอยลงไปดวย

ในการท าโครงงานเครองผลตไฟฟาจากการวงผานของรถยนตชดนผจดท า มขอเสนอ

แนะในการท าโครงงานชนนดงตอไปน

ควรใชกอนแมเหลกขนาดพอเหมาะกบขนาดเสนผานศนยกลางของโรเตอร ในทน

ควรใชขนาดเสนผานศนยกลาง 40 mm ความหนา 20 mm เพอไมใหเกดความฝดทมาจากน าหนก

ของตวแมเหลกเอง

ควรใชแมเหลกถาวรขนาดเลก และใหมจ านวนโพลมากขน เชน 8-16 โพล จะสงผล

ใหมความถมากขน เมอความถมากขนแรงดนไฟฟากจะมากขนดวยเชนกน

Page 64: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

64

เอกสำรอำงอง

[1] วทยานพนธ,จระเดช สงคลประภา, 2552 การศกษาความเปนไปไดการเกดก าลงไฟฟาจาก

พลงงานลมโดยใชพดลมระบายอากาศตดหลงคา, วทยานพนธครศาสตรอตสาหกรรม

มหาบณฑต, สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา คณะครศาสตรอตสาหกรรมและเทคโนโลย

มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร

[2] วทยานพนธ, สรเทพ เวชสวรรณ, 2552, การพฒนาเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศย

พลงงานจากแรงกด 2 จงหวะ, วทยานพนธครศาสตรอตสาหกรรมมหาบณฑต, สาขาวชา

วศวกรรมไฟฟา คณะครศาสตรอตสาหกรรมและเทคโนโลยมหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอม

เกลาธนบร

[3] ไชยหาญ หนเกด, 2537, เครองกลไฟฟา 1, สมาคมสงเสรมเทคโนโลย(ไทย-ญปน)

[4] อไรวรรณ ธรรมรตนพคณ, ไฟฟาในชวตประจ าวน(กรงเทพมหานคร : มหาวทยาลย

รามค าแหง,ม.ป.ป.)

[5] วรเชษฐ ขนเงน, อเลกทรอนกสก าลง (กรงเทพมหานคร : ว.เจ.พรนตง, 2547)

[6] Robert W. Erickson Dragan Maksimovic, 2001, Fudamentals of power Electronics,

University of colorado, Springer.

[7] ยน ภสวรรณ, อเลกทรอนกส เลม1 [Online], Available:

http://web.ku.ac.th/schoolnet/snet7/diode_9.htm, [10 March 2009].

Page 65: บทที่ 1. บท...3 1.5 ส วนประกอบของโครงงำน 1. ช ดผล ตไฟฟ าจากการเคล อนท ของแท

65

ภำคผนวก Data Sheet