สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

รายงานโครงการวจย

การวเคราะหและออกแบบการโอนถายพลงงานไฟฟา Analysis and Design of Power transfer

ผศ.ดร.ประมข อณหเลขกะ หวหนาโครงการ ดร.ศรสดา ไชยทองสก ผรวมโครงการ

สาขาวศวกรรมศาสตรและอตสาหกรรมวจย กลมวศวกรรมศาสตรและเทคโนโลยพนฐานทางวศวกรรมศาสตร

ประจาปงบประมาณ พ.ศ. 2556

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

 

บทท 1 บทนา

1.1 ความเปนมา และความสาคญของปญหา ปจจบนทางรฐบาลไดใหความสนใจและมงเนนทางดานนวตกรรมและเทคโนโลยทางดานพลงงานแนวทางเลอกใหมของอนาคต และพลงงานในแนวทางเลอกใหมนกาลงเปนทนยมกนอยางแพรหลายในวงการอตสาหกรรม ไดมการพฒนาคดคนและหาแนวทางเลอกใหมในการทดแทนพลงงานและสรางพลงงานขนมาทดแทนพลงงานทเสยไป หรอไดมการพฒนาทางดานการใชพลงงานในรปแบบใหม ทยงไมมใครคดคนขนมาได เพอเปนแนวทางการพฒนาพลงงานทางเลอกใหมสาหรบอนาคต จากทกลาวมาขางตนแลวน จงไดมแนวคดในการหาทางเลอกใหม โดยการศกษาและคนควาทางดานระบบการโอนถายพลงงานไฟฟาผานอากาศ และทาการทดลอง เพอสรางตนแบบในการพฒนาการโอนถายพลงงานไฟฟาผานอากาศ ซงจะสามารถเปนแนวทางเลอกใหมในการใชพลงงานและเปนตนแบบทจะสามารถนาไปพฒนาตอในอนาคตได ในการโอนถายพลงงานไฟฟาผานทางอากาศแบบเหนยวนาน จะมหลกการทางานแบงออกเปน 2 ภาค คอ 1. ภาคสง จะเปนตวโอนถายพลงงานโดยใชหลกการนาไฟฟากระแสตรง(Direct Current)แปลงใหเปนไฟฟากระแสสลบ (Alternating Current) ความถสงสงไปยงทอทองแดงเพอใหเกดการเหนยวนาสนามแมเหลกไฟฟาภายในอากาศ2.ภาครบ ทาหนาทเหนยวนาพลงงานคลนแมเหลกไฟฟาทอยภายในอากาศมาแปลงเปนพลงงานไฟฟา โดยใชหลกการนาไฟฟากระแสสลบ แปลงใหเปนไฟฟากระแสตรง เพอนาไปใชงานกบโหลด 1.2 จดประสงคของโครงการ เพอศกษาการวเคราะหและออกแบบอปกรณการโอนถายพลงงานไฟฟาผานทางอากาศ 1.3 ขอบเขตของโครงการ ออกแบบอปกรณการโอนถายพลงงานไฟฟาผานทางอากาศซงสามารถโอนถายพลงงานไฟฟาผานทางอากาศโดยการแปลงพลงงานไฟฟาเปนคลนสนามแมเหลกความถ 1.6 MHz

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

1.4 ขนตอนการดาเนนโครงการ 1.4.1 ศกษาและรวบรวมงานวจยทเกยวของกบ 1.4.2 ออกแบบการโอนถายพลงงานไฟฟาผานทางอากาศ 1.4.3 วเคราะหและสรปผล 1.4.4 เขยนเลมสรปผลการวจย

1.5 ระยะเวลาและแผนดาเนนโครงการวจย

แผนการดาเนนโครงการวจย ระยะเวลา (เดอน)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1. ศกษารวบรวมงานวจยทเกยวของ

2. ศกษาการโอนถายพลงงานไฟฟาผาน

ทางอากาศ

3. วเคราะหและออกแบบการโอนถาย

พลงงานไฟฟาผานทางอากาศ

4. วเคราะหและสรปผล

5. สงเลมรายงานวจย

1.6 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ(ตวบงชผลสาเรจของโครงการ) 1.6.1 ไดองคความรการออกแบบการโอนถายพลงงานไฟฟาผานทางอากาศ

1.6.2 ไดตนแบบระบบการโอนถายพลงงานไฟฟาผานทางอากาศ

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

บทท 2 แนวความคดและทฤษฎทสาคญ

การโอนถายพลงงานไฟฟาผานทางอากาศน ใชหลกการเหนยวนาสนามแมเหลกไฟฟาผานทางอากาศแบบ (Resonant Induction)ซงมความเกยวของกบคลนและสนามแมเหลกไฟฟา(Electromagnetic Induction)

2.1 นยามศพทสาคญ 2.2.1 การถายโอนพลงงานไฟฟาแบบเหนยวนาหมายถง การสงจายพลงงานไฟฟาโดยทไมตองอาศยสายไฟฟาหรอตวนาในการเคลอนทของพลงงานไฟฟา 2.2.2 สน ามไฟ ฟ าและสน ามแ ม เห ลก (Electric and Magnetic Field: EMFs) หมายถงเสนสมมตทเขยนขนเพอแสดงอาณาเขตและความเขมของเสนแรงทเกดขนระหวางวตถทมความแตกตางของศกยไฟฟาหรอแรงดนไฟฟา เรยกวา สนามไฟฟา และทเกดขนโดยรอบวตถทมกระแสไฟฟาไหล เรยกวา สนามแมเหลก ในกรณกลาวถงทง สนามไฟฟาและ สนามแมเหลกพรอมกนมกจะเรยกรวมวา สนามแมเหลกไฟฟา (Electromagnetic Field: EMF) หรอ คลนแมเหลกไฟฟา

2.2 แนวคด การโอน ถายพลงงานไฟ ฟ าผ านทางอากาศ น มแนวคดมาจากทฤษ ฎของนกวทยาศาสตรชอ Nikola Teslaทมแนวคดในการสงพลงงานไรสาย แตในขณะเดยวกบอตสาหกรรมไฟฟาของอเมรกากสามารถสรางวธการสงไฟฟาผานสายไฟได ทาใหแนวคดของ Tesla ถกละเลยและไมไดรบการพฒนาตอยอด จงไดมแนวคดในการศกษาคนควาพฒนาและตอยอดในทฤษฎของ Tesla เพอการแกปญหาเรองการสงจายไฟฟาโดยผานสายตวนาไฟฟา ซงมผลเสยเรอง การดแลบารงรกษาฉนวนของสายตวนา การทาลายทศนยภาพรอบๆทมสายตวนาไฟฟาผาน และเมอฉนวนเกดการชารดเสยหายอาจเกดอนตรายตอสงมชวตและทรพยสนได เปนตน อกทงยงมประโยชนในเรอง การประหยดคาใชจายในการวางระบบสายไฟทงในบานเรอน และสะดวกในการใชงาน เพราะสามารถใชงานอปกรณไฟฟาไดโดยไมจาเปนตองอยใกลแหลงพลงงาน

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

จากปญหาและประโยชนดงกลาวจงจดทาโครงการการถายโอนพลงงานไฟฟาแบบเหนยวนาสาหรบระบบสองสวางโดยอาศยการเหนยวนาไฟฟาผานอากาศแบบ (Resonance Induction)เพอเปนการสงคลนสนามแมเหลกไฟฟาผานอากาศได 2.3 งานวจยทเกยวของ 2.3.1 ระบบสงกาลงไฟฟาแบบไรสายทะลสงกดขวาง รศ.ดร.วระเชษฐ ขนเงน สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาเจาคณลาดกระบง โครงการระบบสงกาลงไฟฟาแบบไรสายทะลสงกดขวาง เปนผลงานวจยนนาเสนอการสงกาลงไฟฟาผานอากาศ ดวยความถระดบเมกะเฮรตซ สามารถสงผานอากาศ ไม ผนงปน น า หรอโลหะบางชนดได ขนาดกาลงระหวาง 10-120 วตตมประสทธภาพเชงกาลงระหวางกาลงดานออกตอกาลงจากสายอากาศดานสง 88 เปอรเซนต 2.3.2 เครองสงพลงงานไฟฟาโดยการเหนยวนาเพออดประจ นายชาตชาย โชคอดมสร, นายปยะศกด ทบแสง มหาวทยาลยขอนแกนโครงการเครองสงพลงงานไฟฟาโดยการเหนยวนาเพออดประจ เปนโครงการทใชหลกการเหนยวนาพลงงานผานอากาศเพอทาการชารตแบตเตอร ไปใชในรถบงคบ หลกการคอมภาคสงเปนตวสรางสนามแมเหลกกระจายภายในอากาศ และมตวรบเหนยวนาเอาสนามแมเหลกในอากาศมาเปนพลงงานไฟฟาชารตแบตเตอรไปใชงาน สรปจากความรทไดจากการศกษาการโอนถายพลงงานาไฟฟาผานอากาศแบบเหนยวนา ขอมลทไดคอ การโอนถายพลงงานไฟฟาผานอากาศและสามารถนาพลงงานไฟฟานนไปใชงานได และไดนาความรเหลาน ไปศกษาและนาไปใชในการออกแบบการสรางเครองโอนถายพลงงานไฟฟาผานอากาศ และสรางสวนประกอบตางๆของเครองโอนถายพลงงานไฟฟาผานอากาศได 2.4 ทฤษฎทสาคญ 2.4.1 ทฤษฎสนามแมเหลก ค ล น แ ม เห ล ก ไ ฟ ฟ า (Electromagnetic Wave) ค อ ก า ร ร บ ก ว น ท า งแมเหลกไฟฟาโดยทาใหสนามไฟฟาหรอสนามแมเหลกมการเปลยนแปลงกจะเหนยวนาใหเกดสนามไฟฟาคลนแมเหลกไฟฟาเปนคลนตามขวางประกอบไปดวยสนามแมเหลกและสนามไฟฟาทมการสนในแนวตงฉากกนและอยบนระนาบตงฉากกบทศทางการเคลอนทของคลนและทสาคญคลนแมเหลกไฟฟาเปนคลนทเคลอนทโดยไมอาศยตวกลางจงสามารถเคลอนทในสญญากาศไดผทคนพบและอธบายปรากฏการณน คอ แมกซเวลล (James Clerk

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

Maxwell) ผลการศกษาเกยวกบเรองน นาไปสความกาวหนาทางดานการสอสารและโทรคมนาคม ดงทเปนอยในปจจบน 2.4.2 สมบต ของ คลนแมเหลกไฟฟา 1. ไมตองใชตวกลางในการเคลอนท 2.อตราเรว ของ คลนแมเหลกไฟฟาทกชนด ในสญญากาศ เทากบ 3 10 เมตร/วนาทซงเทากบอตราเรวของแสง 3. เปนคลนตามขวาง 4. ถายเทพลงงานจากทหนงไปอกทหนง 5.ถกปลอยออกมาและถกดดกลนไดโดยสสาร 6. ไมมประจไฟฟา 7.คลนสามารถแทรกสอด สะทอน หกเห และเลยวเบนได 2.4.3 การเกดสนามแมเหลกทเกดจากกระแสไฟฟาผานลวดตวนา 2.4.3.1 สนามแมเหลกจากกระแสไฟฟาผานในลวดตรงยาวเมอนาเขมทศไปวางใกลลวดตรงทมกระแสไฟฟาผาน พบวาแนวเขมทศมการเปลยนแปลงไปจากแนวเหนอ-ใตเดม แสดงวารอบ ๆ ลวดมสนามแมเหลกเกดขน การหาทศของสนามแมเหลกรอบลวดตรง หาไดโดยใชกฎมอขวา ซงทาไดโดยใชมอขวาการอบเสนลวดตวนา ดงรปท 2.1, 2.2 ในลกษณะใหนวหวแมมอชตามทศของกระแสไฟฟา ทศทางการวนของปลายทงสจะแสดงทศของสนามแมเหลกรอบ ๆ ลวดตวนานน

รปท 2.1 กระแสไฟฟาและทศทางของสนามแมเหลก

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

รปท 2.2 การใชกฎมอขวาหาทศทางของสนามแมเหลก 2.4.3.2 สนามแมเหลกจากกระแสไฟฟาผานในขดลวดวงกลมเมอนาเสนลวดมาขดเปนวงกลม แลวจายกระแสไฟฟาเขาไปในขดลวดนน จะเกดสนามแมเหลก ดงรปท 2.3จากการตรวจสอบทศของเสนแรงแมเหลกทเกดกบทศทางของกระแสไฟฟาพบวา จะเปนไปตามกฎมอขวา โดยทศทางของกระแสไฟฟาตามแนวโคงของเสนลวดแทนดวยนวทงส แลวนวหวแมมอชทศของขวเหนอหรอแนวเสนแรงแมเหลกทเกดขน

รปท 2.3 สนามแมเหลกของขดลวดวงกลมของแทงแมเหลก

2.4.3.3 สนามแมเหลกจากกระแสไฟฟาผานในโซเลนอยดโซเลนอยด คอ ลวดตวนาทมฉนวนหมหรอสายไฟ เมอนามาพนเปนขดลวดวงกลมทมรศมคงตว เรยงซอนกน ทขดเปนรปรางคลายสปรงจากการศกษาพบวา เมอผานกระแสไฟฟาเขาไปในขดลวดโซเลนอยดจะเกดสนามแมเหลกรอบ ๆโซเลนอยด คลายกบเสนแรงแมเหลกทเกดจากแทงแมเหลกการหาทศสนามแมเหลกทเกดจากกระแสไฟฟาผานลวดโซเลนอยด ใหใชกฎมอขวา

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

โดยใช มอขวาการอบลวดโซเลนอยด โดยใหนวมอทงสวนไปตามทศของกระแสไฟฟาในขดลวด นวหวแมมอชทศเสนแรงแมเหลกหรอชไปทางขวเหนอทเกดขน ดงรปท 2.4

รปท 2.4 ขวแมเหลกทเกดจากขดลวดตวนาโซเลนอยด

2.4.4 วงจรเรโซแนนซ (Resonance Circuit) วงจรเรโซแนนซเปนวงจรผสมทตออยรวมกนระหวางคาปาซเตอรกบวงจรเหนยวนาซงมความสาคญและใชกนมากในวงจรอเลกทรอนกสแบบอนาลอก ดวยผลตอสญญาณกระแสสลบของขดลวดและคาปาซเตอร ซงแตกตางกนไปในทางตรงกนขามจะทาใหเกดผลตอแรงดนกระแสตรงและแรงดนกระแสสลบในลกษณะตางๆ เชน เกดการจายและรบกระแสใหซงกนและกนทาใหเกดสญญาณกระแสสลบตกครอมวงจรขน เมอวงจรไดรบแรงดนกระแสตรงจะเกดการตอตานและยอมใหกระแสสลบบางความถผานเปนตน จากคณสมบตเชนนจงสามารถนาวงจรเรโซแนนซไปใชเปนจดสรางความถใหกบวงจรออสซลเลเตอร นามาใชสาหรบเลอกใหสญญาณทตองการผานใชเปนวงจรกนหรอจากดสญญาณทไมตองการ วงจรเรโซแนนซมอย 2 ชนด พจารณาจากลกษณะการตอรวมกนระหวางขดลวดกบคาปาซเตอร ถาคาปาซเตอรและขดลวดตอรวมกนแบบอนดบ เรยกวาวงจรเรโซแนนซแบบอนดบ (Series Resonance Circuit) และถาตอขนานกนเรยกวา วงจรเรโซแนนซแบบขนาน (Parallel Resonance Circuit) แตเนองจากในโครงการน จะเลอกใชวงจรเรโซแนนซแบบขนาน จงไดมงเนนทางดานทฤษฎวงจรเรโซแนนซแบบขนานเพยงอยางเดยว

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

รปท 2.5 วงจรเรโซแนนซแบบขนาน

2.4.4.1 การจายแรงดนกระแสสลบใหกบวงจรเรโซแนนซ วงจรเรโซแนนซซงประกอบดวยคาปาซเตอรและขดลวดเหนยวนา ซงมผลตอไฟกระแสสลบตรงกนขามกน คอ คาปาซเตอรจะมคาความตานทานตอไฟกระแสสลบในแบบเปนสดสวนผกผนตอความถ คอถาความถสงจะผานคาปาซเตอรไดด โดยคาความตานทานตอกระแสสลบของคอนเดนเซอร (X ) จะลดลง แตถาความถตาจะผานคาปาซเตอรไดนอย เพราะคาคอนเดนเซอร (X ) จะสง และถาเปนไฟตรงกจะผานคาปาซเตอรไมไดเลย อตราคาความตานทานตอไฟกระแสสลบของคอนเดนเซอร (X ) แสดงใหเหนไดตามสตร

X = (2.1)

โดยหนวยของ X จะมคาเปนโอหม f คอความถของกระแสสลบทผานคาปาซเตอร มหนวยเปนเฮรตซ C เปนหนวยคาคาปาซเตอรมหนวยเปนฟารด

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

สาหรบขดลวดเหนยวนานน จะมคณสมบตตานไฟกระแสสลบในตรงกนขามกบคาปาซเตอรคอสดสวนโดนตรงตอความถของไฟกระแสสลบปอนผาน ถาไฟกระแสสลบมความถสงขดลวดจะมคาความตานทานไฟกระแสสลบ X มาก และถาไฟกระแสสลบมความถตา คาความตานทานตอไฟกระแสสลบของขดลวดกจะนอย ถาจายไฟกระแสตรงใหผานขดลวด จะไมมคาหนวงเหนยวกระแสเลยนอกจากคาความตานทานปกตของขดลวดเทาน น คาความสมพนธระหวางความตานทานไฟกระแสสลบของขดลวดทมตอไฟกระแสสลบคาความถตางๆจะแสดงไดดงสตร

X = 2πfL (2.2)

โดย X จะมหนวยเปนโอหม f คอคาความถของไฟฟากระแสสลบทมหนวยเปนเฮรตซ L เปนคาขดลวดเหนยวนามหนวยเปนเฮนร จากคณสมบตขางตนจะเหนวาคาความตานทานของขดลวดเหนยวนาและคาปาซเตอรทมตอไฟกระแสสลบความถตางๆนนจะมคาไมเทากน เมอจายไฟกระแสสลบใหกบวงจรเรโซแนนซ จะเกดผลอยางไรนนขนอยกบลกษณะของวงจรเรโซแนนซวาเปนอนดบหรอขนาน แตผลทเหมอนกนคอ ถาความถสง คา X จะมากและ X จะนอยและถาความถตา X จะนอยและ X จะมาก ซงวงจรจะแสดงคารแอคแตนซของ C และ L ออกมาดงในรปท ... คาของX และ X จะสวนทางกน ดงน นถาความถของไฟกระแสสลบทเขามาทาให X และ X มคาเทากน คารแอกแตนซจะหกลางกนหมดไป จงเหลอแตเฉพาะคาความตานทานกระแสเทานนปรากฏอยในวงจร ความถททาใหเกดผลดงกลาวเรยกวา ความถเรโซแนนซ f

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

รปท 2.6 ผลของ L และ C ทมผลตอสญญาณกระแสสลบความถตางๆ

คาความถทวงจรเรโซแนนซสรางขนซงเรยกวา ความถเรโซแนนซน จะขนอยกบคาของคาพาซเตอรและขดลวดทตอประกบอยในวงจรเรโซแนนซน โดยสามารถคานวณหาคาความถไดดงตอไปน

f = √

(2.3)

โดย f คอ คาความถเรโซแนนซทวงจรสรางขน มหนวยเปนเฮรตซ ตอวนาท L คอ คาของขดลวดทตออยในวงจรมหนวยเปนเฮนร(H) ถาหนวยเลกกวา เชน ไมโครเฮนรหรอมลลเฮนรตองทาใหเปนเฮนรเสยกอนจงจะนามาคานวณได C คอ คาคาพาซเตอรทตออยในวงจร มหนวยเปนฟารด (F) ถามคาตากวาน เชน พโกฟารด ,นาโนฟารด หรอไมโครฟารด

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

รปท 2.7 ภาพคลนและขนาดของสญญาณความถกระแสสลบทตกครอมวงจรเรโซแนนซ 2.4.4.2 ผลของวงจรเรโซแนนซแบบขนานทมผลตอสญญาณกระแสสลบ เมอสญญาณกระแสสลบปอนเขามา (อนพต :Input) มความถตากวาคาความถเรโซแนนซของวงจร(f )X จะนอยกวา X เปรยบเสมอน C เปดวงจร คาแรงดนตกครอม L ขณะนนจะนอยเนองจาก X ตา เมอความถตาวงจรจงแสดงคณสมบตของขดลวด ทาใหเฟสของแรงดนทตกครอมจงจรเรวกวาเฟสของกระแสทไหลผานวงจร

เมอความถของสญญาณกระแสสลบทปอนเขามาสงกวาคาความถเรโซแนนซของวงจร (f ) คาของX จะนอยกวา X ขณะนนเหมอนเปดจงจร แรงดนทตกครอม C ขณะนนจะมคาตาเพราะ C ลดคาความตานทานตาลงเมอความถสง วงจรจงแสดงคณสมบตของคาปาซเตอรทาใหเฟสของกระแสทไหลในวงจรเรวกวาเฟสของแรงดนทตกครอมวงจร

ถาความถของสญญาณทปอนเขามามคาเทากบความถเรโซแนนซของวงจร (f ) คาของ X จะเทากบ X จงจรจะไมมคารแอกแตนซเปรยบเหมอนมแตเพยงตวตานทานตออยในวงจรเทานน ซงคาความตานทานสงทาใหกระแสไหลผานวงจรไดนอยทสด โดยเฟสของกระแสทไหลผานวงจรเฟสของแรงดนทตกครอมวงจรจะตรงกน (เนองจากวงจรไมแสดงคารแอกแตนซ) (f )X จะมคาตาแตX มคาสง กระแสไหลผานวงจรไดนอย และแรงดนตกครอมวงจรสงวงจรแสดงคา X ทาใหกระแสทไหลในวงจรมเฟสเรวกวาแรงดนทตกครอมวงจรเมอสญญาณอน

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

รปท 2.8 ผลของวงจรเรโซแนนซแบบขนานทมตอสญญาณกระแสสลบ

2.4.4.3 แฟกเตอรคณภาพของวงจรเรโซแนนซแบบขนาน แฟกเตอรคณภาพของวงจรเรโซแนนซแบบขนาน Q เปนสงทแสดงถงคณสมบตของวงจร RLC ตอขนานในวงจรไฟกระแสสลบขณะเรโซแนนซ วาเกดกระแสไหลผานตวเหนยวนาและตวเกบประจไดมากนอยเพยงใด ซงมผลตอความตานทานในวงจรเรโซแนนซ คาแฟกเตอรคณภาพของวงจรเรโซแนนซแบบขนาน Q ทจดเรโซแนนซเปนอตราสวนของกาลงไฟฟาตอบสนอง P หารดวยกาลงไฟฟาเฉลย (P) เขยนเปนสมการไดเปน

Q /

/ (2.4)

ทจดเรโซแนนซคา Qp ทเกดขนในตวเหนยวนาจะเทากบทเกดขนในตวเกบประจเขยนเปนสมการไดเปน

Q (2.5)

หรอ Q 2πf CR (2.6) เมอ Q = คาคณภาพของวงจรขนานทจดเรโซแนนซ R = ผลรวมความตานทานของวงจร หนวยโอหม L = ความเหนยวนาในวงจร หนวยเฮนร C = ความจในวงจร หนวย ฟารด f = ความถเรโซแนนซ หนวย เฮรตซ

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

บทท 3 การดาเนนงานและออกแบบ

การโอนถายพลงงานไฟฟาผานทางอากาศน จากทฤษฎของบทท 2 จะใชหลกการเหนยวนาสนามแมเหลกไฟฟาผานทางอากาศแบบเรโซเนนซซงมความเกยวของกบคลนและสนามแมเหลกไฟฟาในการสงจายพลงงานไฟฟาผานทางอากาศน จะมหลกการทางานแบงเปน 2 ภาค คอ 1. ภาคสงจายพลงงานไฟฟาโดยใชหลกการนากระแสไฟฟาจากแหลงจายมาแปลงใหเปนสญญาณคลนแมเหลกความถสง และ 2. ภาครบพลงงานไฟฟาโดยใชหลกการรบสญญาณคลนแมเหลกมาเปลยนเปนพลงงานไฟฟาเพอนาไปใชงานกบอปกรณไฟฟาทตองการ 3.3 การดาเนนงาน

3.3.1 การจาลองการกระจายสนามไฟฟาและสนามแมเหลกโดยใชโปรแกรม CST STUDIO SUITE 2010 ดงรปท 3.1

รปท 3.1 โปรแกรม CST STUDIO SUITE 2010

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

3.3.2การสรางแบบจาลองตวสงและตวรบ ซงตวรบและตวสง จะเปนลวดทองแดงขนาดเสนผาศนยกลาง 1.5 เซนตเมตร ยาวขางละ 28 เซนตเมตร ดงรปท 3.2(ก) และ 3.2 (ข)

(ก) ตวสง

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

(ข) ตวรบ

รปท 3.2 ขดลวดตวนาทใชในการจาลอง

3.3.3ทาการสรางจดเชอมตอ (Port 1) เพอกาหนดคาพารามเตอร คาอมพแดนซ คาแรงดน และคากระแส ของตวสง โดยทคาอมพแดนซเทากบ 2 นาโนโอหม คาแรงดนเทากบ 12 โวลต และคากระแส 1 แอมแปร ดงรปท 3.3

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

รปท 3.3 การกาหนดคาพารามเตอรท Port 1 ทางดานตวสง

3.3.4 ทาการสรางจดเชอมตอ (Port 2) ของตวรบ ดงรปท 3.4

รปท 3.4 การกาหนดคาพารามเตอรท Port 2 ทางดานตวรบ

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

3.3.5 ทาการกาหนดคาทตองการจาลอง เชน คาการกระจายสนามไฟฟา คาการกระจายสนามแมเหลก โดยจาลองทความถ 1.6 เมกะเฮรตซ ดงรปท 3.5

รปท 3.5 การกาหนดคาความถท 1.6 MHz

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

3.3.6 ทาการจาลองทระยะหาง 10 เซนตเมตร ดงรปท 3.6 (ก) 20 เซนตเมตร ดงรปท 3.6 (ข) และ 30 เซนตเมตร ดงรปท 3.6 (ค)

(ก)ระยะหางตวสงและตวรบ 10 เซนตเมตร

(ข)ระยะหางตวสงและตวรบ 20 เซนตเมตร

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

(ค)ระยะหางตวสงและตวรบ 30 เซนตเมตร

รปท 3.6 ระยะหางในการจาลอง

3.3.2 การออกแบบ การออกแบบเครองโอนถายพลงงานไฟฟาผานอากาศโดยใชหลกการเหนยวนาน จะตองทาการศกษาทางดานทฤษฎของบทท2ใหเขาใจอยางลกซง และนาทฤษฎทไดศกษามานนมาออกแบบสวนประกอบตางๆในโครงการน การออกแบบแบงออกเปนสวนตางๆ ดงน 3.3.2.1 ออกแบบวงจรสรางความถ วงจรความถเปนตวจายกระไฟฟาสลบความถสงใหกบวงจรเรโซแนนซทางดานภาคสง ทเปนตวสรางสนามแมเหลกความถสงเพอกระจายสนามแมเหลกทมความถสงไปในอากาศ หลกการทางานของวงจรสรางความถสง ทางานโดยใชมอสเฟตทาหนาทเปนสวตซ S1 และ S2 จะเปดวงจรและปดวงจรสลบสถานะกน โดยความถในการเปดและปดของสวตซนนถกควบคมโดยคาปาซเตอรเปนตวชารต ดสชารต ใหไดความถเทากบหรอใกลเคยงกบความถเรโซแนนซ ตวเหนยวนา Radio Frequency Choke (L1 และ L2) ทาหนาทรวมกบสวตซ S1 และ S2 เสมอนเปนแหลงจายกระแสสลบความถสงใหกบวงจรเรโซแนนซ และ L1, L2 ทาหนาทแบงกระแสไฟฟาดซ เพอจายใหกบสวตซ S1 และ S2 คาอนดก

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

แตนซของ L1 และ L2 ควรมคาเทากน เพอทจะแบงกระแสใหไหลผาน L1 และ L2 เทากน และเพอเปนการสมมาตรของแรงดนของเอาพตนนเอง 3.3.2.2 ออกแบบวงจรเรโซแนนซ การออกแบบวงจรเรโซแนนซจะตองนาเอาความ ถ 1.6557เมกะเฮรตซมาทาการคานวณเพอหาคาเรโซแนนซ จากสมการท (2.3 ) f 1

2π LC

2πf 1LC

√LC 12πfr

∴ LC (3.1)

ทาการหาสมการในการหาคาของคาปาซเตอรทอยในวงจรความถเรโซแนนซ จากสมการท (3.1)

C 1

4π2f2L (3.2)

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

บทท 4 การวเคราะหผลการจาลอง

ในการจาลองการกระจายสนามไฟฟาและสนามแมเหลกโดยใชโปรแกรม CST STUDIO SUITE 2010 ทระยะ 10, 20 และ 30 เซนตเมตร ดงทกลาวไวในบทท 3 ทาการบนทกและดผลทไดจากการจาลอง โดยดคาความหนาแนนพลงงานไฟฟา (Electric Energy Density) และคาความหนาแนนพลงงานแมเหลก (Magnetic Energy Density) ทสงผานจากตวสงไปยงตวรบ ไดคาดงน 4.1 ผลการจาลอง การกระจายสนามไฟฟาและสนามแมเหลกโดยใชโปรแกรม CST STUDIO SUITE 2010 ดงรปท 4.1 ถง 4.6

รปท 4.1 Electric Energy Density ทระยะ 10 เซนตเมตร

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

รปท 4.2 Magnetic Energy Density ทระยะ 10 เซนตเมตร

รปท 4.3 Electric Energy Density ทระยะ 20 เซนตเมตร

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

รปท 4.4 Magnetic Energy Density ทระยะ 20 เซนตเมตร

รปท 4.5 Electric Energy Density ทระยะ 30 เซนตเมตร

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

รปท 4.6 Magnetic Energy Density ทระยะ 30 เซนตเมตร

จากการจาลองโดยใชโปรแกรม CST STUDIO SUITE 2010 ทาการอานและบนทกคาลงในตาราง ดงแสดงในตารางท 4.1 ตารางท 4.1 ตารางบอกคาตางๆในการจาลอง ระยะหางของ

ตวสง และตวรบ คา Electric Energy Density (J/M3) คา Magnetic Energy Density (J/M3) คาสงสด คาตาสด คาสงสด คาตาสด

10 เซนตเมตร 0.337316 1.94e-007 0.000907273 1.09e-009 20 เซนตเมตร 0.772351 0.000154 3.26086e-005 1.55e-008 30 เซนตเมตร 0.12014 2.68e-006 1.85639e-008 5.07e-010

4.2 ผลการออกแบบวงจร

4.2.1 วงจรสรางความถ การออกแบบวงจรความถเปนตวจายกระไฟฟาสลบความถสงใหกบวงจรเรโซแนนซทางดานภาคสง ทเปนตวสรางสนามแมเหลกความถสงเพอกระจายสนามแมเหลกทมความถสงไปในอากาศ หลกการทางานของวงจรสรางความถสง

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

รปท 4.7 วงจรสรางความถ 1.6557 เมกะเฮรตซ

4.2.2 วงจรเรโซแนนซ

การออกแบบวงจรเรโซแนนซจะตองนาเอาความถ 1.6557 เมกะเฮรตซมาทาการคานวณเพอหาคาเรโซแนนซ

รปท 4.8 วงจรเรโซแนนซ

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

บทท 5 สรปผลการดาเนนโครงการ

ในบทนจะเปนการสรปผลจากการดาเนนงานตามขอเสนอของโครงการ การสรปผลเปนหวใจสาคญของทกบททนามา ทงความคดและความรความสามารถจะตองวเคราะหและเสนอแนวทางตางๆ ใหมากทสดโดยไมตองคานงถงขอขดของหรออปสรรคทอาจจะมผลตอการสรปผลหรอความคดอยางอสระเปรยบเสมอนการรวบรวมขอมล เพอนามาสรปและทาการแกไขปรบปรงใหตรงกบวตถประสงคและบรรลเปาหมายของการตดตามการประเมนผลตอไป

5.1 สรปผลทไดจากการดาเนนงาน การจาลองการถายโอนพลงงานไฟฟาผานอากาศโดยใชการเหนยวนาจะสามารถโอนพลงงานไฟฟาในระยะหางตางๆ 10, 20 และ 30 เซนตเมตร ในการจายสญญาณความทสง 1.6 เมกะเฮรตช เพอใหมสนามแมเหลกทมความถสงเกดขนภายในอากาศ โดยมแทงทองแดงทางดานตวสงทาหนาทกระจายสนามแมเหลกทมความทสงออกไปในอากาศ และมแทงทองแดงอกดานทาหนาทเปนตวรบซงจะเปนตวเหนยวนากบสนามแมเหลกทมความถสงทมในอากาศ จากผลการจาลองจะเหนวาในระยะหาง 10 และ 20 เซนตเมตร จะมคาความหนาแนนพลงงานไฟฟา และคาความหนาแนนพลงงานแมเหลกเกดขน อยางเหนไดชด สวนทระยะหาง 30 เซนตเมตร จะมคาความหนาแนนพลงงานไฟฟา และคาความหนาแนนพลงงานแมเหลก ตากวาทระยะ 10, 20 เซนตเมตร แสดงใหเหนวาทระยะหางทมากขนจะทาใหมการเหนยวนาสนามแมเหลกไฟฟาลดลง

5.2 สรปผลจากการออกแบบเรโซแนนซ จากการออกแบบวงจรเรโซแนนซ ซงเปนตวสงพลงงานสนามแมเหลกไฟฟาเพอทจะทาใหเกดการเหนยวนาแรงเคลอนไฟฟาผานชองวางอากาศ (Air gap) ไปยงวงจรเรโซแนนซ ภาครบ และไดคานวณหาคาคาปาซเตอรในวงจรเรโซแนนซ โดยกาหนดคาของทอทองแดงในวงจรเรโซแนนซ ไวท 420 นาโนเฮนร ซงคาคาปาซเตอรทคานวณไดคอ 22 นาโนฟารด จงไดจดทาวงจรคาปาซเตอร ทมคา 22 นาโนฟารด