28

บทท 3 การวเคราะหฮารมอนกและออกแบบตวกรอง

การวดและการวเคราะหฮารมอนกในการศกษาเรองฮารมอนกในระบบไฟฟานนม

ความส าคญมาก เพราะในปจจบนเปนปจจยทสงผลโดยตรงใน ดานคณภาพไฟฟาเพอใหเหนไดชดเจนยงขนทางกลมของโครงงานไดท าการวดคาฮารมอนกใน หองศนยคอมพวเตอร อาคาร 5 ชน14 หอง 5-1405 แลวเปรยบเทยบคาทไดจากการวดกบคามาตรฐาน IEE 519ก าหนด แลวจ าลองลกษณะของฮารมอนกตางๆในระบบจ าลองโดยใชโปรแกรม MATLAB เพอเปนแนวทางในการออกแบบตวกรองฮารมอนกในระบบจ าลองระบบไฟฟาเพอใชในการทดสอบผลและกรองปรมาณฮารมอนกในระบบไฟฟาจ าลองตอไป ในสวนของคาทไดจากการวด ศนยคอมพวเตอร อาคาร 5 ชน 14 หอง 5-1405 เปนการวดคากระแสกบแรงดน ซงผลของคาฮารมอนกนนจะเปนผลเปอรเซนตของ THD ของทงกระแสและแรงดนในแตละเฟส จากนนท าการสรางระบบไฟฟาจ าลองโดยใชโปรแกรม MATLAB ในทนใชแหลงจายกระแส ตออนกรมกน เปนแหลงก าเนดฮารมอนกจ าลองโหลดคอมพวเตอร และจ าลองตวกรองฮารมอนกส จากพารามเตอร ทค านวณ ซงผลทวเคราะหนน เราจะวเคราะหจากรปสญญาณกระแสและแรงดน ไหลออกจากตวกรองฮารมอนก วาตวกรองทเราท าการจ าลองมประสทธภาพมากนอยเพยงใด และผลจากการจ าลองนนจงน ามาสรางตวกรองฮารมอนกส าหรบตดตงใชจรงของ หองปฎบตการคอมพวเตอร เพอเปนการศกษาทฤษฎเกยวกบ ฮารมอนก คณภาพไฟฟาและการท างานของตวกรองฮารมอนกแบบ DTUNE และ TUNE ซงแสดงแผนการท างานดง ภาพ 3.1

29

ภาพท 3.1 แผนผงแสดงการด าเนนงาน

เรมตน

ส ารวจและวดคาจากระบบไฟฟา หอง 5-1405

น าคาทวดไดมาวเคราะหกบมาตรฐาน IEE 519-1992

สรางระบบไฟฟาจ าลองของหอง 5-1405

ทดสอบระบบไฟฟาจ าลองเพอดสญญาณทางไฟฟา

ออกแบบตวกรองฮารมอนกของระบบไฟฟา

ตดตงตวกรองและทดสอบระบบเพอดการเปลยนแปลงของกระแส

และแรงดนกบ Notebook

สรปผลทไดจากการทดลอง

จบ

30

3.1 ขอมลคาวดกระแสและแรงดนฮารมอนกของอาคาร 5 หอง 5-1405

ตารางท 3.1 ขอมลการวดกระแสและแรงดนฮารมอนกของอาคาร 5 ชน 14 หอง 5-1405 เฟส a

ล าดบ

ฮารมอนก

เฟส a

กระแส (A) แรงดน (V)

I %THD V %THD

1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

25

1.9

1.6

1.1

0.5

0.1

0.2

0.2

0.1

0

0.1

0.1

0

0

100%

84.90%

55.30%

29.30%

3.80%

9.70%

10.70%

5.00%

1.50%

5.60%

5.50%

2.20%

1.40%

221.8

4.9

4.4

2

1.6

1.3

0.7

0.7

100%

2.20%

2.00%

0.90%

0.60%

0.60%

0.30%

0.30%

จากผลการวดกระแสและแรงดนฮารมอนก ดงตาราง 3.1 จะเหนไดวาคากระแส ฮารมอนก

อนดบตางๆนนมคาทเกนมาตรฐาน IEEE 519 สวนแรงดน ฮารมอนกนนมคาทอยในมาตราฐาน

ก าหนด

31

ตารางท 3.2 ขอมลการวดกระแสและแรงดนฮารมอนกของอาคาร 5 หอง 5-1405 เฟส b

ล าดบ

ฮารมอนก

เฟส b

กระแส (A) แรงดน (V)

I %THD V %THD

1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

25

2

1.5

1

0.5

0.1

0.1

0.2

0.1

0

0.1

0.1

0

0

100%

83.10%

56.70%

27.70%

7.30%

8.20%

8.00%

3.00%

1.60%

2.70%

3.20%

1.50%

0.80%

224

4.5

4.5

2.2

0.9

1.8

0.7

0.4

100%

2.20%

2.00%

1.00%

0.50%

0.70%

0.30%

0.20%

จากผลการวดกระแสและแรงดนฮารมอนกดงตารางท 3.4 จะเหนไดวาคากระแสฮารมอนก

อนดบตางๆนนมคาเกนมาตรฐาน IEEE 519 ระบไววากระแสฮารมอนกแตละอนดบไมควรม

กระแสฮารมอนกเกน 4% สวนแรงดนฮารมอนกนนมคาทอยในมาตรฐานก าหนดท 5%

32

ตารางท 3.3 ขอมลการวดกระแสและแรงดนฮารมอนกของอาคาร 5 ชน 14 หอง 5-1405 เฟส c

ล าดบ

ฮารมอนก

เฟส c

กระแส (A) แรงดน (V)

I %THD V %THD

1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

25

1.3

1.1

0.8

0.5

0.2

0.1

0.1

0.1

0.1

0

0.1

0.1

0

100%

87.80%

64.90%

37.10%

14.90%

5.30%

9.70%

9.40%

5.20%

1.80%

4.30%

4.10%

2.30%

223.8

4

4.7

2.2

1.3

0.9

0

0.7

100%

1.70%

2.10%

1.00%

0.60%

0.40%

0%

0.20%

จากผลการวดกระแสและแรงดนฮารมอนกดงตารางท 3.3 จะเหนไดวาคากระแสฮารมอนก

อนดบตางๆนนมคาเกนมาตรฐาน IEEE 519 สวนแรงดนฮารมอนกนนมคาทอย ในมาตรฐาน

ก าหนด

ไดผลการวดกระแสและแรงดนฮารมอนกในแตละอนดบโดยแสดงผลการวดฮารมอนกเปน

อนดบคในเฟส c โดยภาพท 3.8 เปนการแสดงเปอรเซนตกระแสฮารมอนกของเฟส c จะเหนวา %

THDi ของอนดบฮารมอนกอนดบ 3 มคาสงสดท 87.80% อนดบ 5 % THDi มคา 64.90% และฮาร

มอนกอนดบท 7 ม %THD 37.10% ซงมคาเกนมากกวามาตรฐาน IEEE 519

33

3.2 การออกแบบตวกรองฮารมอนก

ในการออกแบบตวกรองนนน าคาทวดของ อาคาร 5 ชน 14 หอง 5-1405 มาใชในการ

ออกแบบตวกรองฮารมอนก ซงจะใชขนตอนดงตอไปน

3.2.1 ขนตอนการออกแบบวงจรกรองฮารมอนก

ภาพท 3.1 วงจรตวกรองฮารมอนก หลกการค านวณตวกรองฮารมอนก ขนตอนท 1 ก าหนดคาแรงดนของระบบ ทจะน าตวกรองฮารมอนกไปใชงาน ขนตอนท 2 ค านวณหาคารแอกทฟทตองการใช เพอเพมคาตวประกอบก าลงทก าหนด

- (4.1) ขนตอนท 3 ค านวณจ านวนชดตวกรองฮารมอนกทตองการใชทงนการเลอกจ านวนชดตวกรองตองอาศยขอมลประมาณฮารมอนกทตรวจวดไดจรง ขนตอนท 4 ก าหนดจดปรบคลน ( tuning point: ) ของตวกรองฮารมอนกแตละชด ขนตอนท 5 เลอกขนาดของแรงดนพกดของตวเกบประจทมแรงดนมลฐาน 50 Hz

ขนตอนท 6 ก าหนดก าลงงานรแอกทฟพกดของตวเกปประจทตองการใช

(

) ( -

) (4.2)

ขนตอนท 7 หาคาตวเกบประจและคา ทความถ 50 Hz

(4.3)

(4.4)

R3

Filter 7th

L7 L5 L3

R7 R5

Filter 5th

3th

Filter 3th

C7 C5 C3

34

ขนตอนท 8 หาคา L ของตวรแอกเตอรหรอตวเหนยวน าแบบแกนเหลก

( ) (4.5)

ขนตอนท 9 ก าหนดคา Q-Factor และหาคา R

Q-Factor ของตวกรองฮารมอนกจะเปนตวบอกสมรรถนะของตวกรองในการกรองกระแส

ฮารมอนกหาก Q-Factor มคาสง จะกรองกระแสฮารมอนกในล าดบทก าหนดใหกรองไดมาก แตจะ

กรองฮารมอนกล าดบทก าหนดไดนอย และมการสญเสยมาก แตจะกรองกระแสฮารมอนกในล าดบ

ขางเคยงไดมากขน และใชตอการเปลยนแปลงคาองคประกอบนอยกวา โดยปกต Q-Factor ของตว

กรองกระแสฮารมอนกจะมคาประมาณ 40-60 ส าหรบคา R หาไดจาก

- (4.6)

ขนตอนท 10 การหาคาอมพแดนซระบบ

หาคาอมพแดนซของระบบโดยจ าลองดวยคาพารามเตอร R,L,C ท าไดโดยการค านวณหา

อมพแดนซจากโฮหม ดงน

- ) (4.7)

ซงในระบบโหลดเปน R,L จะได

- - (4.8)

35

แทนคาตวแปรดงตอไปน

1. คาทไดจากการวด

2. คาแรงดนทไดจากการวด

3. คากระแสทไดจากการวด

จะไดคา R ของระบบ ซง จะไดคา L ตามระบบดวย

3.2.2 ค านวณการออกแบบตวกรองฮารมอนกส าหรบโหลดอาคาร 5 ชน14 หอง 5-1405

ขอก าหนดในการออกแบบฮารมอนก

1. แรงดนระบบ 416 V

2. กระแสฮารมอนกในแตละเฟสทไดจากการวด

3. คากระแสทไดจากการวด ดงแสดงในตารางท 4.1

ตารางท 3.4 คาทไดจากการวดกระแสและแรงดนฮารมอนกแสดงเปน % THDi และ % THDv ของ

เฟส a , b และc ในอนดบ 1 , 3 , 5 และ 7

Current เฟส a %THD เฟส b %THD เฟส c %THD

I1 1.9 100% 2 100% 1.3 100%

I3 1.6 84.90% 1.5 83.10% 1.1 87.80%

I5 1.1 55.30% 1 56.70% 0.8 64.90%

I7 0.5 29.30% 0.5 27.70% 0.5 37.10%

4. ก าหนดชดกรองฮารมอนก 3, 5 และ 7 อยางละ 1ชด

5. หาก าลงรแอคทฟรวมเพอเพมเพาเวอรแฟกเตอรในแตละเฟส

36

เฟส a

P = 351.3 W

Q = 388.7 VAR

S = 524.0 VA

p.f = 0.680 831208386

จาก

สมการ (4.9)

- ( - )

สมการ(4.10) -

-

6. จากกระแสฮารมอนกในเฟส a

ตาราง 3.5 คาทไดจากการวกชดกระแสฮารมอนก แสดงเปน % THDi

ของเฟสaในอนดบท 1,3,5,7

Current เฟส a %THD

I1 1.9 100%

I3 1.6 84.90%

I5 1.1 55.30%

I7 0.5 29.30%

( ) ( ) ( )

37

7. เลอดขนาดตวเกบประจ 450 V หาคารแอคทฟ

( ) * + ( )

* + ( )

( ) * + (

)

8. หาคาขนาดคาปาซเตอรและคาปาซแตนซ , ทความถ 50 Hz

( )

( )

( )

( )

( )

( )

9.ขนาดอนดกเตอรของตวรแอคเตอร

38

10. ก าหนดคา Q-Factor และหาคา R

( )

( )

( )

11. หาคาอมพแดนซระบบของอาคาร 5 ชน 5-1405 มหาวทยาลยศรปทม

p.f = 0.680

แรงดน = 240 V

กระแส = 1.9 A

จาก

- -

- -

39

เฟส b

P = 365.9 W

Q = 344.3 VAR

S = 502.4VA

p.f = 0.680

จาก

- ( - ) VAR

-

-

1. กระแสฮารมอนกในเฟส b

ตาราง 3.6 คาทไดจากการวดกระแสฮารมอนก แสดงเปน % THDi ของเฟส b ในอนดบท 1,3,5,7

( ) ( ) ( )

Current เฟส b %THD I1 2 100% I3 1.5 83.10% I5 1 56.70% I7 0.5 27.70%

40

2. เลอดขนาดตวเกบประจ 450 V หาคารแอคทฟ

( ) * + ( )

* + ( )

( ) * + (

)

3. หาคาขนาดคาปาซเตอรและคาปาซแตนซ , ทความถ 50 Hz

( )

( )

( )

( )

( )

( )

4. ขนาดอนดกเตอรของตวรแอคเตอร

41

5. ก าหนดคา Q-Factor และหาคา R

( )

( )

( )

6. หาคาอมพแดนซระบบของอาคาร 5 ชน 5-1405 มหาวทยาลยศรปทม

p.f = 0.680

แรงดน = 240 V

กระแส = 2.0 A

จาก

- -

- -

42

เฟส c

P = 286.8 W

Q = 347.1 VAR

S = 450.4 VA

p.f = 0.680

จาก

- ( - )

-

-

1. จากกระแสฮารมอนกในเฟส c

ตาราง 3.7 คาทไดจากการวดกระแสฮารมอนก แสดงเปน % THDi ของเฟสc

ในอนดบท 1,3,5,7

Current เฟส c %THD

I1 1.3 100%

I3 1.1 87.80%

I5 0.8 64.90%

I7 0.5 37.10%

( ) ( ) ( )

43

2. เลอดขนาดตวเกบประจ 450 V หาคารแอคทฟ

( ) * + ( )

( ) * + ( )

( ) * + (

)

3. หาคาขนาดคาปาซเตอรและคาปาซแตนซ , ทความถ 50 Hz

( )

( )

( )

( )

( )

( )

4. ขนาดอนดกเตอรของตวรแอคเตอร

44

5. ก าหนดคา Q-Factor และหาคา R

( )

( )

( )

6. หาคาอมพแดนซระบบของอาคาร 5 ชน 5-1405 มหาวทยาลยศรปทม

p.f = 0.680

แรงดน = 240 V

กระแส = 1.3 A

จาก

- -

- -

45