the journal 2-06 · 43...

43

วารสารวิชาการพระจอมเกล้าพระนครเหนือ ปีที่ 17 ฉบับที่ 2 พ.ค. - ส.ค. 2550 The Journal of KMITNB., Vol. 17, No. 2, May - Aug. 2007

วงจรเรียงกระแสบริดจ์เฟสเดียวที่มีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลัง

ด้วยการแปลงผันแบบบูสต์

1-φ Bridge Rectifier Circuit with Boost Converter Power Factor Development.

ดำรง จีนขาวขำ* และ ประสิทธิ์ จันทร์มนตร*ี*

บทคัดย่อ บทความวิจัยนี้ เป็นการนำเสนอวงจรเรียงกระแส

บริดจ์เฟสเดียว ที่มีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลังให้ได้ค่าใกล้เคียงกับยูนิตีพร้อมกับได้รูปคลื่นกระแสอินพุตเป็นรูปคลื่นไซนูซอยด์เหมือนกับแรงดันอินพุต ซึ่งวงจรจะประกอบขึ้นด้วยวงจรเรียงกระแสบริดจ์เฟสเดียวกับวงจรแปลงผันแบบบูสต์ โดยส่วนของวงจรบูสต์จะควบคุมกระแสอินพุตด้วยการสวิตช์แบบฮิสเตอรีซิส เพื่อทำให้กระแสด้านอินพุตมีรูปร่างเป็นไปตามกระแสอ้างอิง จากผลการทดสอบพบว่าหลังจากที่วงจรเรียงกระแสบริดจ์เฟสเดียวได้มีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลังแล้ว วงจรนี้สามารถจ่ายแรงดันได้เท่ากับ 400 V คงที่ ที่โหลดสูงสุดเท่ากับ 500 W ด้วยค่าตัวประกอบกำลังโดยเฉลี่ยมีค่าเท่ากับ 0.98 ล้าหลังประสิทธิภาพโดยเฉลี่ยเท่ากับ 95.49% การคงค่าแรงดันโดยเฉลี่ย เท่ากับ 0.024% และกระแสฮาร์มอนิกได้เป็นไปตามข้อกำหนดของมาตรฐาน IEC 1000-3-2 ทุกประการ

คำสำคัญ : ตัวประกอบกำลัง ฮิสเตอรีซิส และรูปคลื่น

ไซนูซอยด์

Abstract

This research presents the rectifier circuit for

power factor development approach unity, with the

resulting input current waveform is shaped to be

closely sinusoidal waveform. The experiment set

consist of the single phase bridge rectifier circuit

and Converter boost power factor development

converter. The aim of the boost is control input

current with switching hysterical mode for input current

waveform is shaped to be followed current reference.

The experiment resulting which after the rectifier

circuit is developing power factor, this circuit can

be supplied constant voltage for 400 V at maximum

load to 500 W with average power factor to 0.98

lagging, average efficiency to 95.49%, average voltage

regulation to 0.024% and input current harmonic

distortion are followed to IEC 1,000-3-2

Keyword : Power Factor, Hysterical, and Sinusoidal

Waveform

* รองศาสตราจารย์ ภาควิชาเทคโนโลยีวิศวกรรมไฟฟ้า วิทยาลัยเทคโนโลยีอุตสาหกรรม สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ

** อาจารย์ ภาควิชาเทคโนโลยีวิศวกรรมไฟฟ้า วิทยาลัยเทคโนโลยีอุตสาหกรรม สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ

44


1. บทนำ 1.1 ความสำคัญและที่มาของปัญหา

ปัจจุบัน วงจรอิเล็กทรอนิกส์กำลังได้กลายเป็นส่วนสำคัญมากของเครื่องใช้ไฟฟ้า เช่น คอมพิวเตอร์ ทีวี ชุดขับมอเตอร์ บัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์ เครื่องขยายเสียง และเครื่องใช้ไฟฟ้าเหล่านี้ แหล่งจ่ายกำลัง DC ที่ใช้ป้อน จะได้มาจากการเรียงกระแส AC-DC ทั้งสิ้น โดยวงจรที่นิยมใช้เดิม ได้แก่ วงจรตามรูปที่ 1

สำหรับริปเปิลเอาต์พุตของการเรียงกระแสจะต้องมีค่าน้อย และสามารถกระทำได้ด้วยการใช้ตัวเก็บประจุกรอง แต่กระแสอินพุต AC ที่ได้จากการกรองยังไม่ได้เกิดเป็นรูปคลื่นไซน์ กลับจะได้เป็นรูปคลื่นพัลส์ที่มีค่า ยอดสูงมากๆ จึงเป็นผลทำให้กระแสอินพุตมีฮาร์มอนิก สูง [1] และกระแสฮาร์มอนิกนี้จะเป็นสาเหตุทำให้เกิดปัญหาต่างๆ ขึ้นมากมาย เช่น รูปคลื่นแรงดันมีการเพี้ยน ความร้อนในระบบมีค่ามาก สัญญาณรบกวนมีค่าสูง และค่าความสามารถในการจ่ายพลังงานไฟฟ้าของแหล่งจ่ายมีค่าลดลง [2] ถ้ากำลังของเครื่องใช้ไฟฟ้ามีค่าต่ำๆ ปัญหาเหล่านี้สามารถขจัดให้ลดน้อยลงได้ โดยใช้วธิกีารพฒันาคา่ตวัประกอบกำลงัใหม้คีา่สงูขึน้ และรปูแบบ ทีน่ยิมมากทีส่ดุ ไดแ้ก ่วธิกีารแปลงผนัดว้ยวงจรบสูต ์[3], [4] เพราะการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลังด้วยวิธีแบบนี้ จะทำให้ได้ประสิทธิภาพกับค่าตัวประกอบกำลังมีค่าสูงเมื่อเทียบกับวิธีอื่น นอกจากนี้การขับเกตยังสามารถกระทำไดง้า่ย และตวัเหนีย่วนำทีไ่ดว้า่งไวด้า้นหนา้อปุกรณ ์ การสวิตช์ จะช่วยทำให้กระแสอินพุตมีค่าเรียบมากๆ

เทคนิคการควบคุมด้วยวงจรบูสต์มีหลายรูปแบบและรูปแบบหนึ่งที่ [5], [6] ได้นำเสนอคือการป้อนกลับแบบตรวจจับกระแส โดยการใช้ตัวต้านทานตรวจสอบ (Sense Resistor) เพราะวิธีนี้จะง่ายต่อการขับอุปกรณ์การสวิตช์ เนื่องจากสวิตช์จะสวิตช์ด้วยความถี่คงที่ นอกจากนี้ ยังช่วยลดสัญญาณรบกวนได้ดี แต่การวิจัยด้วยรูปแบบนี้ [7] ได้กล่าวว่าได้มีผู้วิจัยกันมากแล้ว เพราะฉะนั้น ในการวิจัยครั้งนี้ผู้วิจัยจึงขอวิจัยด้วยการป้อนกลับแบบตรวจจับกระแสตัวเหนี่ยวนำ โดยการใช้ตัวตรวจสอบกระแสแบบฮอลล์

1.2 วัตถุประสงค์ เพื่อพัฒนาวงจรเรียงกระแสบริดจ์เฟสเดียว ให้มี

ค่าตัวประกอบกำลังใกล้เคียงยูนิตี โดยใช้วงจรแปลงผันแบบบูสต์ พร้อมกับมีการป้อนกลับแบบตรวจจับกระแสตัวเหนี่ยวนำด้วยการใช้ตัวตรวจสอบกระแสแบบฮอลล์

1.3 ขอบเขตการวิจัย

สร้างชุดวงจรเรียงกระแสบริดจ์เฟสเดียว ที่มีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลัง ด้วยการแปลงผันแบบบูสต์ โดยมีข้อกำหนด ดังต่อไปนี้

แรงดันอินพุตเฟสเดียว 220 V 50 Hz

เอาต์พุตไม่น้อยกว่า 500 W 400 V

ประสิทธิภาพ > 80%

ค่าตัวประกอบกำลังขณะโหลดเต็ม > 0.9 ล้าหลัง กระแสอินพุตตามมาตรฐาน IEC 1,000-3-2

ทดลองกับโหลดตัวต้านทานบริสุทธิ์เท่านั้น

รูปที่ 1 การเรียงกระแสแบบบริดจ์เฟสเดียว

รูปที่ 2 รูปคลื่นแรงดันและกระแสการเรียงกระแสแบบบริดจ์เฟสเดียว

45


2. ทฤษฎีและหลักการ จากรูปคลื่นกระแส is ที่ได้แสดงในรูปที่ 2 เมื่อ

นำมาเขียนเป็นสมการ จะได้ตามข้างล่างนี้ [8]

กระแสอินพุต is ขณะวงจรทำงานอยู่ในสถานะคงที่

is = Îs1sin(ωot + φ1) +

[3], [4]

[5], [6]

(Sense Resistor)

[7]

1.2

1.3

220 V 50 Hz

500 W 400 V

> 80%

> 0.9

IEC 1,000-3-2

2.

i s 2

[8]

1

b. 2

is

is = Îs1sin( ot + 1) +2n

Îsnsin(n ot+ n) (1)

is

AC (A) Îs1

AC

1 (A)

o (rad/s)

AC (rad)

AC

(radial)

Îsn

AC n(A)

t (s)

n

Îsnsin(nωot+φn) (1)

เมื่อ is แทน กระแสชั่วขณะอินพุตของแหล่งจ่าย AC (A)

Îs1 แทน กระแสค่ายอดอินพุตของแหล่งจ่าย AC ที่ความถี่หลักมูลหรือลำดับฮาร์มอนิก

ที่ 1 (A) ωo แทน ความเร็วเชิงมุม (rad/s)

φ1 แทน มุมต่างเฟสระหว่างกระแสกับแรงดัน แหล่งจ่าย AC ที่ความถี่หลักมูล (rad) φn แทน มุมต่างเฟสระหว่างกระแสกับแรงดัน แหลง่จา่ย AC ทีค่วามถีล่ำดบัฮารม์อนกิ ใดๆ (radial) Îsn แทน กระแสค่ายอดอินพุตของแหล่งจ่าย AC

ที่ความถี่ลำดับฮาร์มอนิก n ใดๆ (A) t แทน เวลาชั่วขณะใดๆ (s) n แทน จำนวนลำดับฮาร์มอนิกใดๆ

และกระแสอาร์เอ็มเอสอินพุตของแหล่งจ่าย AC ในสมการที่ (1) จะมีค่าเท่ากับ

Is

AC

(1)

Is = 2s

2

s2

2

s1 ....III

= 2

s1I2n

Isn2 (2)

Is (A)

Is1

AC (A)

Is2

2 (A)

(Distortion

Current)

Idis =2n

2snI (3)

Idis (A)

-(Total Harmonic Distortion)

THD

THD = x100I

I

s1

dis (4)

(Distortion

Factor)

kdis = s

s1

I

I (5)

kdis

PF = S

P

=ss

s1s

IV

IVcos 1

PF = kdis x cos (6)

P (W)

S (VA)

PF

cos 1

(6)

Is1

(5)

1

cos 1 1

1

3.

(1)DC

UL VDE IEC 1,000-3-2

(2) (Specify)

DC

MEAN WELL

3

(Auxiliary Power Supply)

3

PI

(2) เมื่อ Is แทน กระแสอาร์เอ็มเอสอินพุต (A)

Is1 แทน กระแสอาร์เอ็มเอสอินพุตของแหล่งจ่าย AC ที่ความถี่หลักมูล (A)

Is2 แทน กระแสอาร์เอ็มเอสอินพุตของแหล่งจ่ายที่ลำดับฮาร์มอนิกที่ 2 (A)

สำหรับกระแสฮาร์มอนิกที่ความถี่ไม่ใช่ในลำดับ

หลักมูลจะมีชื่อเรียกว่ากระแสการผิดเพี้ยน (Distortion

Current) และจะมีค่าเท่ากับ Idis = (3)

AC

(1)

Is = 2s

2

s2

2

s1 ....III

= 2

s1I2n

Isn2 (2)

Is (A)

Is1

AC (A)

Is2

2 (A)

(Distortion

Current)

Idis =2n

2snI (3)

Idis (A)


THD

THD = x100I

I

s1

dis (4)

(Distortion

Factor)

kdis = s

s1

I

I (5)

kdis

PF = S

P

=ss

s1s

IV

IVcos 1

PF = kdis x cos (6)

P (W)

S (VA)

PF

cos 1

(6)

Is1

(5)

1

cos 1 1

1

3.

(1)DC


(2) (Specify)

DC

MEAN WELL

3


3

PI

เมื่อ Idis แทน กระแสอาร์เอ็มเอสการผิดเพี้ยน (A)

สำหรับเปอร์เซ็นต์การผิดเพี้ยนของกระแสฮาร์มอ-

นิกรวม (Total Harmonic Distortion) และกำหนดตัวย่อเป็น THD จะมีค่าเท่ากับ

THD = (4)

AC

(1)

Is = 2s

2

s2

2

s1 ....III

= 2

s1I2n

Isn2 (2)

Is (A)

Is1

AC (A)

Is2

2 (A)

(Distortion

Current)

Idis =2n

2snI (3)

Idis (A)


THD

THD = x100I

I

s1

dis (4)

(Distortion

Factor)

kdis = s

s1

I

I (5)

kdis

PF = S

P

=ss

s1s

IV

IVcos 1

PF = kdis x cos (6)

P (W)

S (VA)

PF

cos 1

(6)

Is1

(5)

1

cos 1 1

1

3.

(1)DC


(2) (Specify)

DC

MEAN WELL

3


3

PI

โดยค่าตัวประกอบของการผิดเพี้ยน (Distortion

Factor) ของกระแส คือ kdis = (5)

AC

(1)

Is = 2s

2

s2

2

s1 ....III

= 2

s1I2n

Isn2 (2)

Is (A)

Is1

AC (A)

Is2

2 (A)

(Distortion

Current)

Idis =2n

2snI (3)

Idis (A)


THD

THD = x100I

I

s1

dis (4)

(Distortion

Factor)

kdis = s

s1

I

I (5)

kdis

PF = S

P

=ss

s1s

IV

IVcos 1

PF = kdis x cos (6)

P (W)

S (VA)

PF

cos 1

(6)

Is1

(5)

1

cos 1 1

1

3.

(1)DC


(2) (Specify)

DC

MEAN WELL

3


3

PI

เมื่อ kdis แทน ค่าตัวประกอบการผิดเพี้ยน สุดท้าย ได้ค่าตัวประกอบกำลังมีค่าเท่ากับ

PF

AC

(1)

Is = 2s

2

s2

2

s1 ....III

= 2

s1I2n

Isn2 (2)

Is (A)

Is1

AC (A)

Is2

2 (A)

(Distortion

Current)

Idis =2n

2snI (3)

Idis (A)


THD

THD = x100I

I

s1

dis (4)

(Distortion

Factor)

kdis = s

s1

I

I (5)

kdis

PF = S

P

=ss

s1s

IV

IVcos 1

PF = kdis x cos (6)

P (W)

S (VA)

PF

cos 1

(6)

Is1

(5)

1

cos 1 1

1

3.

(1)DC


(2) (Specify)

DC

MEAN WELL

3


3

PI

หรือ PF = kdis x cosφ1 (6)

เมื่อ P แทน กำลังจริง (W)

S แทน กำลังเสมือน (VA)

PF แทน ค่าตัวประกอบกำลัง cosφ1 แทน ค่าตัวประกอบกำลังของกระแส ขณะความถี่หลักมูล

จากสมการที่ (6) จะเห็นว่าค่าตัวประกอบกำลัง

ของวงจรไม่ได้ขึ้นอยู่กับค่ามุมต่างเฟสระหว่างกระแส

46


กับแรงดันเพียงอย่างเดียว แต่จะขึ้นอยู่กับค่าการผิดเพี้ยนของกระแสด้วย และถ้าหากกระแส Is1 มีการผิดเพี้ยน ค่าตัวประกอบการผิดเพี้ยนของกระแสในสมการที่ (5) ก็จะผิดเพี้ยนด้วยและมีค่าน้อยกว่า 1 สุดท้าย ถึงแมว้า่คา่ cosφ1 จะมคีา่เทา่กบั 1 แตค่า่ตวัประกอบกำลงั ของวงจร ก็จะมีค่าน้อยกว่า 1 ได้

3. วิธีดำเนินการ

(1) ศึกษามาตรฐานความปลอดภัยของแหล่งจ่ายกำลัง DC ที่มีการสวิตช์ด้วยความถี่สูงในต่างประเทศ ซึ่งถือว่าเป็นมาตรฐานสากล เช่น มาตรฐานความปลอดภัย UL VDE และ IEC 1,000-3-2

(2) ศึกษารายละเอียด (Specify) ต่างๆ ของแหล่งจ่ายกำลัง DC ที่มีการสวิตช์ด้วยความถี่สูงภายในประเทศ เช่น ยี่ห้อ MEAN WELL ของบริษัทซิลลิค สเตเบิล

ส่วนการออกแบบชุดวงจรเรียงกระแสบริดจ์เฟสเดียว ที่มีการพัฒนาตัวประกอบกำลังด้วยการแปลงผันแบบบูสต์ ได้ออกแบบตามขอบเขตที่ได้กำหนดไว้ และวงจรต่างๆ สามารถสรุปได้เป็น 3 ส่วน คือ วงจรกำลัง วงจรควบคุมและวงจรแหล่งจ่ายกำลังช่วย (Auxiliary

Power Supply)

วงจรกำลังจะประกอบขึ้นด้วยวงจรเรียงกระแสบริดจ์เฟสเดียว กับวงจรแปลงผันแบบบูสต์ ดังแสดงในรูปที่ 3 ส่วนวงจรควบคุมจะประกอบขึ้นด้วย วงจรปรับอัตราขยายแรงดัน วงจรควบคุมแบบ PI วงจรผลิตสัญญาณรูปคลื่นไซน์อ้างอิง วงจรคูณสัญญาณ วงจร อิสเตอรีซิส วงจรเปรียบเทียบและอื่นๆ

4. ผลการดำเนินงาน

สำหรับผลการดำเนินงานของการวิจัยในครั้งนี้ที่ได้ จะประกอบขึ้นด้วย 3 รูปแบบ ดังนี้

(1) รูปคลื่นกระแสอินพุตเปรียบเทียบกับแรงดันอินพุต

(2) รูปคลื่นการเข้าสู่สถานะคงที่ของกระแสอินพุต (3) ค่าตัวประกอบกำลังและกระแสฮาร์มอนิก

4.1 รปูคลืน่กระแสอนิพตุนำเปรยีบเทยีบกบัแรงดนั อินพุต

ได้ทดสอบ หลังจากที่มีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลงัแลว้ ดว้ยการวดัรปูคลืน่กระแสอนิพตุ เปรยีบเทยีบ กับแรงดันของอินพุตขณะทำงานอยู่ในสถานะคงที่ เพื่อตรวจสอบดูรูปร่าง และมุมต่างเฟสระหว่างทั้งสองค่า โดยโหลดที่ป้อน ได้ป้อนด้วยการแปรค่าทั้งหมด 5 ค่า คือ 164 W, 248 W, 328 W, 416 W และ 500 W

สำหรับรูปคลื่นที่ได้ จะได้ดังรูปที่ 4 และได้แสดงเฉพาะขณะทดสอบด้วยโหลด 500 W เท่านั้น โดยแชนแนล

รูปที่ 3 วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์เฟสเดียวที่มีการ

พัฒนาตัวประกอบกำลังได้

รูปที่ 4 รูปคลื่นกระแสอินพุตของวงจรเรียงกระแส

บริดจ์เฟสเดียว เมื่อนำเปรียบเทียบกับแรงดันอินพุตขณะโหลดเท่ากับ 500 W

47


ที่ 1 (CH1) แทนแรงดันอินพุต และแชนแนลที่ 2 (CH2)

แทนกระแสอินพุต

4.2 รูปคลื่นการเข้าสู่สถานะคงที่ของกระแสอินพุต ได้ทดสอบ ด้วยการวัดรูปคลื่นของกระแสอินพุต

เปรียบเทียบกับแรงดันอินพุต ขณะทำงานด้วยการลดโหลดจาก 500 W เป็น 164 W เพื่อตรวจสอบดูรูปร่างของรูปคลื่นทั้งสอง สำหรับผลลัพธ์ที่ได้ จะได้ตามรูป ที่ 5 โดยแชนแนลที่ 1 (CH1) แทนกระแสเอาต์พุต และแชนแนลที่ 2 (CH2) แทนแรงดันเอาต์พุต

4.3 ค่าประสิทธิภาพตัวประกอบกำลัง กระแสฮาร์มอนิกรวม และการคงค่าแรงดัน

ได้ทำการทดลองเปรียบเทียบกัน 2 รูปแบบ คือ (1) ขณะวงจรเรียงกระแสไม่มีการพัฒนาค่าตัว

ประกอบกำลัง (2) ขณะวงจรเรียงกระแสมีการพัฒนาค่าตัว

ประกอบกำลังแล้ว สำหรบัการทดสอบขณะวงจรเรยีงกระแสบรดิจเ์ฟส

เดียว ยังไม่มีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลัง ได้กระทำด้วยการนำแรงดันแหล่งจ่าย 220 V ป้อนผ่านหม้อแปลงแบบปรับค่าแรงดันเอาต์พุตได้ เพื่อปรับและป้อนเป็นแรงดันอินพุต ให้กับวงจรเรียงกระแสบริดจ์เฟสเดียวก่อนด้วยค่าตามตารางที่ 1 แล้วจึงทำการวัด

กระแสอาร์เอ็มเอสอินพุต ตัวประกอบกำลัง แรงดันเอาต์พุต DC กระแสเอาต์พุต DC และค่ากระแสฮาร์มอนิกรวม พร้อมกับบันทึกลงในตารางที่ 1

ตารางที่ 1 แสดงข้อมูลที่ได้จากการทดสอบของวงจร

เรียงกระแสบริดจ์เฟสเดียว ขณะยังไม่มีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลัง

นำแรงดันอาร์เอ็มเอสอินพุต กระแสอาร์เอ็มเอส

อินพุต และค่าตัวประกอบกำลังมาคำนวณเป็นกำลัง อินพุต และนำแรงดันเอาต์พุต DC กระแสเอาต์พุต DC มาคำนวณกำลังเอาต์พุต สุดท้ายนำกำลังเอาต์พุต กับกำลังอินพุตมาคำนวณประสิทธิภาพ ผลลัพธ์ที่ได้จะได้ในตารางที่ 1

สำหรับการคงค่าแรงดัน ได้ทำการทดสอบและวัดแรงดันขณะป้อนโหลด กับไม่มีโหลดในแต่ละลำดับใดๆ แล้วนำแรงดันที่วัดได้ทั้งสองค่าดังกล่าว มาคำนวณเป็นเปอร์เซ็นต์การคงค่าแรงดัน และผลลัพธ์ที่ได้จะได้ตามตารางที่ 1

การทดสอบวงจรเรียงกระแสบริดจ์เฟสเดียว ขณะมีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลัง ได้ทำการทดสอบและคำนวณเหมือนกันกับการทดสอบวงจรเรียงกระแสบริดจ์เฟสเดียว ขณะยังไม่มีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลังทุกประการ และผลลัพธ์ที่ได้ จะได้ในตารางที่ 2

การทดสอบวงจรเรียงกระแสบริดจ์เฟสเดียว ขณะมีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลังแล้ว เพื่อหาค่าการคงค่าแรงดันสาย (Line Regulation) ได้ทดสอบกับโหลดเดิม ด้วยการแปรค่าแรงดันอินพุตเท่ากับ ±5% และ ±10% และผลลัพธ์ที่ได้ จะได้ในตารางที่ 3

รูปที่ 5 รูปคลื่นของกระแสอินพุต เปรียบเทียบกับแรง

ดันอินพุตขณะทำงานด้วยการลดโหลดจาก 500 W เป็น 164 W

48


ตารางที่ 2 แสดงข้อมูลที่ได้จากการทดสอบของวงจรเรียงกระแสบริดจ์ เฟสเดียวขณะมีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลัง

ตารางที่ 3 ผลลัพธ์ที่ได้จากการหาค่าการคงค่าแรงดัน

สายของวงจรเรียงกระแสบริดจ์เฟสเดียวขณะมีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลัง

รูปที่ 6 แสดงการเปรียบเทียบค่ากันระหว่างค่าตัว

ประกอบกำลังของวงจรขณะไม่มีการพัฒนากับหลังมีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลังแล้ว

รูปที่ 7 แสดงการเปรียบเทียบค่ากัน ระหว่างค่า

ประสิทธิภาพของวงจรเรียงกระแสบริดจ์เฟสเดียวขณะยังไม่มีการพัฒนากับมีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลังแล้ว

รูปที่ 8 แสดงการเปรียบเทียบค่าระหว่างค่ากระแส

ฮาร์มอนิกรวมของวงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์ ขณะยังไม่มีการพัฒนากับหลังมีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลังแล้ว

นำค่าตัวประกอบกำลังที่ได้จากการทดสอบและวัด

ขณะวงจรเรียงกระแสบริดจ์เฟสเดียว ยังไม่มีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลังในตารางที่ 1 กับขณะมีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลัง ในตารางที่ 2 มาพล็อตกราฟขณะกระทำขณะกระทำกับโหลด ผลลัพธ์ที่ได้จะได้ในรูปที่ 6

นำค่าประสิทธิภาพของวงจรที่ได้จากการคำนวณ ขณะวงจรเรียงกระแสบริดจ์เฟสเดียว ยังไม่มีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลัง ในตารางที ่ 1 กับขณะมีการพัฒนาคา่ตวัประกอบกำลงัแลว้ ในตารางที ่2 มาพลอ็ตกราฟขณะกระทำ (Function) กบัโหลดผลลพัธท์ีไ่ด ้จะไดใ้นรปูที ่7

นำค่ากระแสฮาร์มอนิกรวม ที่ได้จากการทดสอบ และวัดขณะวงจรเรียงกระแสบริดจ์เฟสเดียว ยังไม่มีการ

49


พัฒนาค่าตัวประกอบกำลัง ในตารางที่ 1 กับขณะมีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลังแล้ว ในตารางที่ 2 มาพล็อต กราฟขณะกระทำขณะกระทำกับโหลด ผลลัพธ์ที่ได้จะได้ในรูปที่ 8

นำเปอร์เซ็นต์การค่าแรงดัน ที่ได้จากการทดสอบวัดและคำนวณ ขณะวงจรเรียงกระแสบริดจ์เฟสเดียวยังไม่มีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลัง ในตารางที่ 1 กับขณะมีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลังแล้ว ในตารางที่ 2 มาพล็อตกราฟขณะกระทำกับโหลด ผลลัพธ์ที่ได้จะได้ในรูปที่ 9

จากการทดสอบ วงจรเรียงกระแสบริดจ์เฟสเดียว ขณะมีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลังแล้ว เพื่อหาค่าการคงคา่แรงดนัสาย (Line Regulation) และผลลพัธท์ีไ่ด ้ จะได้แรงดันค่าเฉลี่ยของเอาต์พุตมีค่าเท่ากับ 399.50 V

4.4 การเปรียบเทียบกระแสฮาร์มอนิก ขณะโหลดคงที่ด้วยค่าใดๆ

ในการวิจัยครั้งนี้ ผู้วิจัยได้ทดสอบวงจรเรียงกระแสบริดจ์เฟสเดียว ขณะยังไม่มีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลัง กับได้มีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลังแล้ว ด้วยการป้อนโหลดคงที่ค่าใดๆ แล้ววัดกระแสฮาร์มอนิกที่ลำดับต่างๆ เพื่อนำมาเปรียบเทียบกับมาตรฐาน IEC

1,000-3-2

สำหรับการทดสอบ กับวงจรเรียงกระแสบริดจ์เฟสเดียว ขณะวงจรยังไม่มีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลัง ได้ทดลองกระทำด้วยการป้อนแรงดันอินพุต ให้กับวงจร

รูปที่ 9 แ สด งกา ร เป รี ยบ เที ยบค่ า กั น ร ะหว่ า ง

เปอร์เซ็นต์การคงค่าแรงดันของวงจรเรียงกระแสบริดจ์เฟสเดียว ขณะยังไม่มีการพัฒนากับหลังมีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลังแล้ว

ตารางที่ 4 ค่าอัตราส่วนระหว่างกระแสฮาร์มอนิกที่ลำดับใดๆ ต่อกระแสอินพุตที่ความถี่หลักมูล ขณะวงจรเรียงกระแสบริดจ์ขณะยังไม่มีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลัง

ตารางที่ 5 ค่าอัตราส่วนระหว่างกระแสฮาร์มอนิกที่ ลำดับใดๆ ต่อกระแสอินพุตที่ความถี่หลักมูลขณะวงจรเรียงกระแสบริดจ์เฟสเดียว ได้มีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลังแล้ว

50


เรียงกระแสบริดจ์เฟสเดียว เพื่อให้ได้กำลังเอาต์พุตมีค่าตามตารางที่ 1 ก่อน และผลลัพธ์ที่ได้จะได้ตามตาราง ที่ 4 โดยจะเป็นค่าอัตราส่วน ระหว่างกระแสฮาร์มอนิกที่ลำดับใดๆ ต่อกระแสอินพุตที่ความถี่หลักมูล

ในทำนองเดียวกัน เมื่อนำไปทดสอบกับวงจรเรียงกระแสบริดจ์เฟสเดียว ขณะวงจรได้มีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลังแล้ว ผลลัพธ์ที่ได้จากการทดลอง จะได้ตามตารางที่ 5 โดยจะเป็นค่าอัตราส่วนระหว่างกระแส ฮาร์มอนิกที่ลำดับใดๆ ต่อกระแสอินพุตที่ความถี่หลักมูลเช่นกัน

นำอัตราส่วน ระหว่างกระแสฮาร์มอนิกที่ลำดับใดๆ ต่อกระแสอินพุตที่ความถี่หลักมูล ขณะวงจรเรียงกระแสยังไม่มีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลัง มาพล็อตกราฟเป็นแท่ง เพื่อนำมาเปรียบเทียบกันกับอัตราส่วนระหว่างกระแสฮาร์มอนิกที่ลำดับใดๆ ต่อกระแสอินพุตที่ความถี่หลักมูล ขณะวงจรได้มีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลังแล้ว และผลลัพธ์ที่ได้ จะได้ตามรูปที่ 10 โดยได้แสดงเป็นกราฟแท่งที่ได้จากการทดสอบ ขณะกำลังของโหลดมีค่าเท่ากับ 164 W, 248 W, 325 W, 416 W และ 500 W คงที ่

a.

b.b.

c.

d

รูปที่ 10 กราฟแท่งของการเปรียบเทียบอัตราส่วนระหว่าง Isn/Is1 ขณะวงจรเรียงกระแสยังไม่มีการพัฒนากับหลังมีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลังแล้วที่ลำดับฮาร์มอนิกใดๆ

e

รูปที่ 10 (ตอ่) กราฟแทง่ของการเปรยีบเทยีบอตัราสว่น ระหว่างกระแส Isn/Is1 ขณะวงจรเรียงกระแส ยังไม่มีการพัฒนากับหลังมีการพัฒนาแล้วด้วยโหลดคงที่เท่ากับ a. 164 W, b. 248 W,

c. 328 W, d. 416 W e. 500 W

51


5. สรุปผลการวิจัย จากการทดสอบ จะเห็นว่าค่าตัวประกอบกำลังของ

วงจรเรียงกระแสบริดจ์เฟสเดียว ที่ยังไม่ได้มีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลังโดยเฉลี่ย มีค่าเท่ากับ 0.54 และหลังจากที่ได้พัฒนาค่าตัวประกอบกำลังแล้ว จะมีค่าโดยเฉลี่ยเท่ากับ 0.98 ล้าหลังซึ่งเมื่อนำเปรียบเทียบกัน พบว่า ค่าตัวประกอบกำลังหลังมีการพัฒนาแล้วจะมีค่าสูงกว่า และสูงกว่าค่าที่ได้กำหนดไว้ในขอบเขตของการวิจัย สำหรับประสิทธิภาพจากการทดสอบ จะเห็นว่าค่าประสิทธิภาพโดยเฉลี่ย ขณะที่วงจรเรียงกระแสบริดจ์เฟสเดียว ยังไม่ได้มีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลังจะมีค่าเท่ากับ 90.56% และหลังมีการพัฒนาแล้วจะมีค่าเท่ากับ 95.49% ซึ่งเมื่อนำเปรียบเทียบกัน พบว่าค่าประสิทธิภาพหลังการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลังจะมีค่าสูงกว่า และสูงกว่าค่าที่ได้กำหนดไว้ในขอบเขตของการวิจัยที่ได้กำหนดไว้ ในทำนองเดียวกันการคงค่าแรงดัน จากผลการทดสอบ จะเห็นว่าการคงค่าแรงดันโดยเฉลี่ยขณะยังไม่มีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลังจะมีค่าเท่ากับ 13.38% และหลังจากมีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลังแล้ว จะมีโดยเฉลี่ยเท่ากับ 0.024% ซึ่งเมื่อนำเปรียบเทียบกัน พบว่าการคงค่าแรงดันหลังมีการพฒันาคา่ตวัประกอบกำลงัมคีา่การคงคา่แรงดนัทีด่กีวา่เชน่กนั

สำหรับการเปรียบเทียบอัตราส่วน ระหว่างกระแสฮาร์มอนิกต่อกระแสอินพุตที่ความถี่หลักมูลขณะวงจรเรียงกระแส ยังไม่มีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลังกับหลังมีการพัฒนาค่าตัวประกอบกำลังแล้ว โดยทั้งสองวิธี ได้ทดลองด้วยการป้อนโหลดที่มีค่าเท่ากัน จะเห็นว่า อัตราส่วนระหว่างกระแสฮาร์มอนิก ต่อกระแสอินพุตที่ความถี่หลักมูล ขณะวงจรเรียงกระแสมีพัฒนาค่าตัวประกอบกำลังแล้ว จะมีค่าต่ำเป็นไปตามมาตรฐาน IEC

1,000-3-2 ที่ได้กำหนดไว้ทุกประการ

เอกสารอ้างอิง [1] R. Redl, P. Tenti, J. Daan van Wyk, “Power

Electronics´ Polluting,” IEEE Spectrum, vol. 34

Issue 5, 1997, pp. 32–39.

[2] O. Garcia, J.A. Cobos, R. P. Alou, and J. Uceda,

“Power Factor Correction: Power Electronics,”

Specialists Conference, 2001 IEEE 32nd Annual,

vol. 4, pp. 8–13.

[3] R. Redl, “Electromagnetic Environment Impact

of Power Electronics,” Proceedings of the IEEE,

vol. 89, no. 6, June 2001.

[4] J. M. Bourgeois, “Circuit for Power Factor

Correction with Regards to Mains Filtering,”

SGS-Thomson Application Note.

[5] L. Rossetto, G. Spiazzi, P. Tenti, “Control Tech-

niques for Power Factor Correction Converters,”

Proc. of Power Electronics Motion Control

(PEMC), 1994, pp. 1310-1318.

[6] J.B. Williams, “Design of feedback loop in unity

power factor AC to DC converter,” in Power

Electronics Specialists Confernce, 1989. PESC

89 Record., 20th Annual IEEE, 26-29 Jun 1989,

pp. 959-969 vol.2

[7] M. R. Sahid, N. A. Azli, N. D. Muhamad, “Study

on the Performance of the Boost Power Factor

Correction (PFC) circuit with Variable Inductor

Current Sense Resistor values,” IEEE, 2003, pp.

1106–1109.

[8] Muhammd H. Rashid, Spice for Power Electronics

and Electric Power, New Jersey: Prentice Hall

Interational Inc., 1993.

the journal 2-06 · 43...

Documents