เนื้อหาสาระ · web viewโหลดทางไฟฟ...

หน่วยท่ี 2การควบคมุแรงเคลื่อนไฟฟา้

หัวขอ้เรื่อง2.1 เครื่องกำเนิดไฟฟ้ทำงนขณะไมม่โีหลดและมโีหลด

2.1.1 เครื่องกำเนิดไฟฟ้ทำงนขณะไมม่โีหลด 2.1.1.1 แรงเคล่ือนไฟฟ้ที่จ่ยออก 2.1.1.2 วงจรสมมูล2.1.2 เครื่องกำเนิดไฟฟ้ทำงนขณะมโีหลด 2.1.2.1 แรงเคล่ือนไฟฟ้ตกครอ่มในขดลวดอรเ์มเจอร์ 2.1.2.2 วงจรสมมูลและเวกเตอรไ์ดอะแกรม 2.1.2.3 กรคำนวณหแรงเคล่ือนไฟฟ้เหน่ียวนำ

ระหว่งสย2.2 โวลต์เตจเรกกเูลชัน่และประสทิธภิพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้

2.2.1 โวลต์เตจเรกกเูลชัน่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้2.2.1.1 กรหโวลต์เตจเรกกเูลชัน่ด้วยวธิซีงิโครนัสอิมพี

แดนซ์2.2.1.2 กรคำนวณหโวลต์เตจเรกกเูลชัน่

2.2.2 ประสทิธภิพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้2.2.2.1 กรคำนวณหประสทิธภิพเครื่องกำเนิดไฟฟ้

สาระสำาคัญเครื่องกำเนิดไฟฟ้ทำงนขณะไมม่โีหลด จะไมม่กีระแสไฟฟ้

ไหลในขดลวดอรเ์มเจอร ์ จงึไมม่แีรงเคล่ือนไฟฟ้ตกครอ่มท่ีสว่นใดๆ ดังนัน้แรงเคล่ือนไฟฟ้เหน่ียวนำท่ีขดลวดอรเ์มเจอรแ์ต่ละเฟส

จะเท่กับแรงเคล่ือนไฟฟ้ท่ีขัว้สยของแต่ละเฟส และวงจรสมมูลของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ขณะไมม่โีหลด ดังแสดงในรูปที่ 2.1

รูปท่ี 2.1 วงจรสมมูลของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ขณะไมม่โีหลด

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ทำงนขณะมโีหลด จะทำใหม้กีระแสไฟฟ้ไหลในวงจรเป็นผลใหแ้รงเคล่ือนไฟฟ้ที่ขัว้สยลดลง เน่ืองจกมแีรงเคล่ือนไฟฟ้ตกครอ่มในสว่นที่มกีระแสไฟฟ้ไหลผ่นสว่นต่งๆ เชน่ ตกครอ่มเน่ืองจกควมต้นทนของอรเ์มเจอร(์ ) ตกครอ่มเน่ืองจก ลีคเกจรแีอกแตนซ ์( )และตกครอ่มเนื่องจกอรเ์มเจอรร์แีอกชนั( )

โหลดทงไฟฟ้และสมกรค่แรงเคล่ือนไฟฟ้เหน่ียวนำมดีังน้ี1. เพเวอรแ์ฟกเตอรเ์ป็นหน่ึง (Unity power factor)

2. เพเวอรแ์ฟกเตอรล้์หลัง ( Lagging power factor)

3. เพเวอรแ์ฟกเตอรน์ำหน้ (Leading power factor)

โวลต์เตจเรกกเูลชัน่(voltage regulation)หมยถึงผลต่งของแรงเคล่ือนไฟฟ้ที่ขัว้เมื่อไมม่โีหลดกับเมื่อมโีหลดเต็มพกิัดต่อแรงเคล่ือนไฟฟ้ท่ีขัว้เมื่อมโีหลดเต็มพกิัด มสีมกรดังน้ี

%โวลต์เตจเรกกเูลชัน่ =

กรหโวลต์เตจเรกกเูลชัน่ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ขนดเล็ก หได้โดยกรต่อโหลดเข้ไปท่ีขัว้ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้โดยตรง ให้โหลดท่ีต่อเข้ไปมคี่เต็มพกิัดแล้ววดัค่แรงเคล่ือนไฟฟ้ที่เกิดขึ้นที่ขัว้ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ ( V ) หลังจกนัน้ใหป้ลดโหลดออก วดัแรงเคล่ือนไฟฟ้ที่ขัว้( )ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ขณะไมม่โีหลด แล้วนำค่แรงเคล่ือนไฟฟ้ท่ีวดัได้ไปคำนวณหเปอรเ์ซน็ต์โวลต์เตจเรกกเูลชัน่ตมสมกรข้งบน

สำหรบัเครื่องกำเนิดไฟฟ้ขนดใหญ่สมรถหค่โวลต์เตจเรกกเูลชัน่ได้ 3 วธิ ีดังน้ี

1. วธิซีงิโครนัสอิมพแีดนซ ์(Synchronous impedance method)

2. วธิแีรงเคล่ือนแมเ่หล็ก(Ampere – turn or m.m.f. method)

3. วธิซีโีรเพเวอรแ์ฟกเตอรห์รอืวธิพีอเทียร(์Zero P.F. or Potier method)

ประสทิธภิพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ หได้จกอัตรสว่นของกำลังเอต์พุต( ) ต่อกำลังอินพุต( ) ดังสมกร

% ประสทิธภิพ

แต่

%

จุดประสงค์เชงิพฤติกรรม 1. อธบิยแรงเคล่ือนไฟฟ้ท่ีจ่ยออกขณะไมม่โีหลดได้2. อธบิยแรงเคล่ือนไฟฟ้ตกครอ่มในขดลวดอรเ์มเจอร์

ขณะมโีหลดได้3. บอกสมกรของแรงเคล่ือนไฟฟ้เหน่ียวนำท่ีเพเวอร์

แฟกเตอรต่์งๆ ได้4. คำนวณหแรงเคล่ือนไฟฟ้เหน่ียวนำต่อเฟสและระหว่ง

สยได้5. อธบิยโวลต์เตจเรกกเูลชัน่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ได้6. คำนวณหโวลต์เตจเรกกเูลชัน่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ได้ 7. อธบิยประสทิธภิพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ได้8. คำนวณหค่ประสทิธภิพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ได้

2.1 เครื่องกำาเนิดไฟฟา้ทำางานขณะไมม่โีหลดและมีโหลด

2.1.1 เครื่องกำาเนิดไฟฟา้ทำางานขณะไมม่โีหลด2.1.1.1 แรงเคลื่อนไฟฟา้ท่ีจา่ยออกแรงเคล่ือนไฟฟ้ที่จ่ยออกมจกเครื่องกำเนิดไฟฟ้กระแส

สลับทัง้ชนิด 1 เฟส และ 3 เฟส เกิดจกกรนำตัวต้นกำลังขบั

เคล่ือนขดลวดอรเ์มเจอรห์มุนตัดกับสนมแมเ่หล็กที่อยูก่ับที่ หรอืจะขบัเคล่ือนสนมแมเ่หล็กตัดกับขดลวดอรเ์มเจอรท์ี่อยูก่ับที่ก็ได้

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ทำงนขณะไมม่โีหลด หมยควมว่ เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้จ่ยแรงเคล่ือนไฟฟ้ออกมที่ขัว้สยของขดลวดอรเ์มเจอรแ์ล้วไมม่โีหลดใดๆ มต่อท่ีขัว้สย ดังนัน้แรงเคล่ือนไฟฟ้ท่ีขัว้สยของขดลวดแต่ละเฟสจะมค่ีเท่กับแรงเคล่ือนไฟฟ้เหน่ียวนำท่ีเกิดขึ้นในขดลวดของแต่ละเฟส

เมื่อกำหนดให้ = แรงเคล่ือนไฟฟ้เหน่ียวนำที่ขดลวดอร์

เมเจอรข์องแต่ละเฟส (Volts) = แรงเคล่ือนไฟฟ้ที่ขัว้สยของแต่ละ

เฟส (Volts) ถ้ไมม่โีหลดมต่อที่ขัว้สยของขดลวดอรเ์มเจอร ์จะทำใหไ้มม่ีกระแสไหลในขดลวด อรเ์มเจอร ์จะมแีต่แรงเคล่ือนไฟฟ้เท่นัน้

เน่ืองจกไมม่กีระแสไฟฟ้ไหล จงึไมท่ำใหเ้กิดแรงเคล่ือนไฟฟ้ตกครอ่มในสย และ ตกครอ่มในขดลวดอรเ์มเจอร ์ ดังนัน้แรงเคล่ือนไฟฟ้ที่ขัว้สยจงึเท่กับแรงเคล่ือนไฟฟ้เหน่ียวนำในขดลวดอรเ์มเจอร์

2.1.1.2 วงจรสมมูลแรงเคล่ือนไฟฟ้เหน่ียวนำที่เกิดขึ้นในขดลวดอรเ์มเจอร(์

)ขณะไมม่โีหลด จะเป็นสดัสว่นโดยตรงกับกระแสกระตุ้นฟลีด์ ( ) จนกระทัง่ถึงจุดอ่ิมตัว แสดงควมสมัพนัธด์ังรูปที่ 2.2

รูปท่ี 2.2 ควมสมัพนัธร์ะหว่ง กับ ขณะไมม่โีหลด(No-load curve)

จกรูปท่ี 2.2 จะเหน็ว่ เป็นสดัสว่นโดยตรงกับ ในชว่ง OR เท่นัน้ (OP OR) โดยมคีวมลดชนั(slope) = และเมื่อ เลยจุด R ขึ้นไปทำใหค้วมลดชนัของกรฟค่อยๆ ลดลงจนในที่สดุเกือบคงที่หรอืคงท่ี นัน่คือ คงท่ีเมื่อเสน้แรงแมเ่หล็กท่ีเกิดจกกระแสไฟฟ้กระตุ้นฟลีด์ ( ) ได้ถึงจุดอ่ิมตัวแล้วไมว่่จะเพิม่

ขึ้นไปอีกก็ตม เสน้ชอ่งว่ง (Air gap Line) เป็นเสน้ตรงที่เลยขึ้นไปนัน้ใชเ้ปรยีบเทียบว่กรปรบัเพิม่ ใหก้ับขดลวดสนมแมเ่หล็กถึงจุดอ่ิมตัวที่จุดใด

กรป้อนไฟฟ้กระแสตรง ( )ใหก้ับขดลวดสนมแมเ่หล็กของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ เพื่อทำใหเ้กิดขัว้แมเ่หล็กขึ้น สมรถควบคมุควมหนแน่นของเสน้แรงแมเ่หล็กได้โดยกรเพิม่ – ลด ท่ีไหลเข้ขดลวดทัง้น้ีเพื่อใหแ้รงเคล่ือนไฟฟ้จกเครื่องกำเนิดไฟฟ้ออกมใช้งนได้ตมต้องกร

(ขณะขดลวดสนมแมเ่หล็กยงัไมอ่ิ่มตัว) (ไมม่กีระแสไหลในขดลวดอรเ์มเจอร)์

รูปท่ี 2.3 วงจรสมมูลขณะไมม่โีหลด

จกรูปท่ี 2.3 ขณะท่ีเครื่องกำเนิดยงัไมจ่่ยไฟออกไปวงจรภยนอก ค่รแีอกแตนซท่ี์แสดงเป็นเสน้ประนัน้ จะมค่ีเป็น

แต่

=

2.1.2 เครื่องกำาเนิดไฟฟา้ทำางานขณะมโีหลด2.1.2.1 แรงเคลื่อนไฟฟา้ตกครอ่มในขดลวดอารเ์มเจอร์

เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้มโีหลดมต่อที่ขัว้สย จะทำใหแ้รงเคล่ือนไฟฟ้ที่ขัว้สย(Terminal Voltage) ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ลดลงเน่ืองจกสเหตดุังต่อไปน้ี

1. แรงเคล่ือนไฟฟ้ตกครอ่ม เน่ืองจกควมต้นทนของอรเ์มเจอร(์ )

ค่ควมต้นทนของขดลวดอรเ์มเจอรต่์อเฟส ( ) เป็นต้นเหตใุหเ้กิดแรงเคล่ือนไฟฟ้ตกครอ่มต่อเฟส ( ) ซึ่งจะทับเฟสหรอืมมุีมเฟสเดียวกับกระแสไฟฟ้ท่ีไหลในอรเ์มเจอร ์ ในทงปฏิบติันัน้

จะมค่ีเท่กับ 1.2-1.6 เท่ของควมต้นทนที่วดัด้วยไฟตรง แต่โดยทัว่ไปจะใชค้่

2. แรงเคล่ือนไฟฟ้ตกครอ่มเน่ืองจกอรเ์มเจอรลี์คเกจรีแอกแตนซ ์(XL)

เมื่อมกีระแสไฟฟ้ไหลผ่นขดลวดอรเ์มเจอร ์ จะทำใหเ้กิดเสน้แรงแมเ่หล็กขึ้นรอบ ๆ ตัวนำของอรเ์มเจอรแ์ละเปล่ียนแปลงไปตมควมถ่ีของกระแสไฟฟ้และเสน้แรงแมเ่หล็กท่ีเกิดขึ้นน้ีจะไมต่กครอ่มที่ชอ่งว่ง แต่จะครบวงจรโดยทงอ่ืนไมไ่ด้นำไปใชป้ระโยชน์ ซึ่งเรยีกว่เสน้แรงแมเ่หล็กรัว่ไหล (Leakage flux)

เสน้แรงแมเ่หล็กรัว่ไหลในทงปฏิบติัไมข่ึ้นอยูก่ับกรอ่ิมตัว แต่จะขึ้นอยูก่ับกระแส I และมุมต่งเฟสของแรงเคล่ือนไฟฟ้ท่ีขัว้ V เสน้แรงแมเ่หล็กรัว่ไหลน้ี จะทำใหเ้กิดแรงเคล่ือนไฟฟ้เหน่ียวนำขึ้นในตัวมนัเอง เรยีกว่ แรงเคล่ือนไฟฟ้รแีอกแตนซ(์Reactance e.m.f) และนำหน้กระแส I อยู ่90 องศ ดังนัน้แรงเคล่ือนไฟฟ้ท่ีตกครอ่มเน่ืองจกลีคเกจรแีอกแตนซม์ค่ีเท่กับ สมกรของแรงเคล่ือนไฟฟ้เหน่ียวนำต่อเฟสขณะมกีระแสไฟฟ้ไหลผ่นควมต้นทนและลีคเกจรแีอกแตนซข์องขดลวดอรเ์มเจอรเ์ป็นดังน้ี

(2.1)

รูปท่ี 2.4 เวกเตอรข์องแรงเคล่ือนไฟฟ้

3. แรงเคล่ือนไฟฟ้ตกครอ่มเน่ืองจกอรเ์มเจอรร์แีอกชนั( )

ขณะเครื่องกำเนิดไฟฟ้จ่ยโหลดจะมกีระแสไฟฟ้ไหลในขดลวดอรเ์มเจอร ์จะทำใหเ้กิดปฏิกิรยิระหว่งเสน้แรงแมเ่หล็กท่ีอยู่รอบๆ ขดลวดอรเ์มเจอรก์ับเสน้แรงแมเ่หล็กจกขัว้แมเ่หล็ก แต่เสน้แรงแมเ่หล็กท่ีเกิดขึ้นรอบๆ ขดลวดอรเ์มเจอร ์ จะขึ้นอยูก่ับเพเวอรแ์ฟกเตอรข์องโหลดด้วย เป็นผลใหแ้รงเคล่ือนไฟฟ้เหน่ียวนำมีขนดลดลง

กรลดลงของแรงเคล่ือนไฟฟ้เหน่ียวนำเน่ืองจกอรเ์มเจอรร์ีแอกชนั( ) สมรถนำไปรวมกับค่อรเ์มเจอรลี์คเกจรแีอกแตนซ ์(

) ได้ เรยีกว่ ซงิโครนัสรแีอกแตนซ(์ )

(2.2)ดังนัน้ แรงเคล่ือนไฟฟ้ตกครอ่มทัง้หมดในเครื่องกำเนิด

ไฟฟ้ขณะมโีหลด คือ

(2.3)

2.1.2.2 วงจรสมมูลและเวกเตอรไ์ดอะแกรมขณะท่ีเครื่องกำเนิดไฟฟ้จ่ยกระแสไฟฟ้ ( I ) ใหก้ับโหลด จะ

ทำใหเ้กิดแรงเคล่ือนไฟฟ้ ตกครอ่มภยในทัง้หมด

(2.4)

กำหนดให ้ = ซงิโครนัสอิมพแีดนซ ์ ( )แทนค่ ในสมกรท่ี 2.3 จะได้แรงเคล่ือนไฟฟ้ตกครอ่ม

ภยในทัง้หมดเป็น

(2.5)

รูปท่ี 2.5 วงจรสมมูลของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ขณะมโีหลด

จกวงจรสมมูลรูปท่ี 2.5 สมรถเขยีนเวกเตอรไ์ดอะแกรมและสมกรแรงเคล่ือนไฟฟ้เหนี่ยวนำได้ เมื่อโหลดมเีพเวอร์แฟกเตอรต่์งๆ ดังน้ี

1. โหลดมเีพเวอรแ์ฟกเตอรเ์ป็น 1 (Unity power factor)

รูปท่ี 2.6 เวกเตอรไ์ดอะแกรมขณะโหลดมเีพเวอรแ์ฟกเตอรเ์ป็น 1

(2.6)

2. โหลดมเีพเวอรแ์ฟกเตอรล้์หลัง (lagging power factor)

รูปท่ี 2.7 เวกเตอรไ์ดอะแกรมขณะโหลดมเีพเวอรแ์ฟกเตอรล้์หลัง

(2.7)

3. โหลดมเีพเวอรแ์ฟกเตอรน์ำหน้ (leading power factor)

รูปท่ี 2.8 เวกเตอรไ์ดอะแกรมขณะโหลดมเีพเวอรแ์ฟกเตอรน์ำหน้

(2.8)

2.1.2.3 การคำานวณหาแรงเคล่ือนไฟฟา้เหนี่ยวนำาระหวา่งสาย

ตัวอยา่งท่ี 2.1 เครื่องกำเนิดไฟฟ้กระแสสลับ 3 เฟสต่อแบบสตรจ์่ยโหลด 15 MW มแีรงเคล่ือนท่ีขัว้ของเครื่องกำเนิดเท่กับ 11 kV ขดลวดอรเ์มเจอรม์คี่ควมต้นทนต่อเฟส 0.1 และซงิโครนัส รแีอกแตนซต่์อเฟสเท่กับ 0.65 จงหค่แรงเคล่ือนไฟฟ้เหน่ียวนำระหว่งสยและเขยีนเวกเตอรไ์ดอะแกรม เมื่อโหลดมีสภวะดังน้ี

ก. โหลดมเีพเวอรแ์ฟกเตอรเ์ป็น 1ข. โหลดมเีพเวอรแ์ฟกเตอร ์0.8 ล้หลังค. โหลดมเีพเวอรแ์ฟกเตอร ์0.8 นำหน้

วธิทีำาก. เมื่อโหลดมเีพเวอรแ์ฟกเตอรเ์ป็น 1

เมื่อ A V V V

แทนค่ V

V หรอื 11.17 kV ตอบ

รูปท่ี 2.9 เวกเตอรไ์ดอะแกรมเมื่อโหลดมเีพเวอรแ์ฟกเตอรเ์ป็น 1

ข. เมื่อโหลดมเีพเวอรแ์ฟกเตอร ์0.8 ล้หลัง

เมื่อ A V V V

แทนค่ V

V หรอื

11.755 kV ตอบ

รูปท่ี 2.10 เวกเตอรไ์ดอะแกรมเมื่อโหลดมเีพเวอรแ์ฟกเตอร ์0.8 ล้หลัง

ข. เมื่อโหลดมเีพเวอรแ์ฟกเตอร ์0.8 นำหน้

เมื่อ A V

V

V

แทนค่ V

V หรอื 10.461 kV ตอบ

รูปท่ี 2.11 เวกเตอรไ์ดอะแกรมเมื่อโหลดมเีพเวอรแ์ฟกเตอร ์0.8 นำหน้

2.2 โวลต์เตจเรกกเูลชัน่และประสทิธภิาพของเครื่องกำาเนิดไฟฟา้

2.2.1 โวลต์เตจเรกกเูลชัน่ (Voltage Regulation)เมื่อโหลดมกีรเปล่ียนแปลง แรงเคล่ือนไฟฟ้ที่ขัว้ของเครื่อง

กำเนิดไฟฟ้จะเปล่ียนแปลงไปด้วย ขนดของแรงเคล่ือนไฟฟ้ท่ีเปล่ียนแปลงไปจะขึ้นอยูก่ับกระแสของโหลด และค่เพเวอร์แฟกเตอรข์องโหลด ซึ่งจำเป็นต้องมกีรควบคมุกรเปล่ียนแปลงของแรงเคล่ือนไฟฟ้ที่ขัว้ใหม้กีรเปล่ียนแปลงน้อยท่ีสดุ

โวลต์เตจเรกกเูลชัน่ หมยถึง ผลต่งของแรงเคล่ือนไฟฟ้ท่ีขัว้ขณะไมม่โีหลดกับขณะมโีหลดเต็มพกิัดต่อแรงเคล่ือนไฟฟ้ที่ขัว้ขณะมโีหลดเต็มพกิัด มสีมกรดังน้ี

โวลต์เตจเรกกเูลชัน่ =

% โวลต์เตจเรกกเูลชัน่ = (2.9)

เมื่อ = แรงเคล่ือนไฟฟ้เหน่ียวนำขณะไมม่ีโหลด V = แรงเคล่ือนไฟฟ้ที่ขัว้เมื่อมโีหลดเต็มพกิัด

เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้จ่ยโหลดที่มค่ี เพเวอรแ์ฟกเตอรน์ำหน้ แรงเคล่ือนไฟฟ้ที่ขัว้จะสงูกว่ตอนไมม่โีหลด แต่เมื่อโหลดม ีเพเวอรแ์ฟกเตอรล้์หลัง แรงเคล่ือนไฟฟ้ท่ีขัว้จะลดลงมกกว่เมื่อโหลดมคี่ เพเวอรแ์ฟกเตอร ์เป็น 1 (Unity) ดังแสดงในรูปที่ 2.12

รูปท่ี 2.12 คณุลักษณะของแรงเคล่ือนไฟฟ้ที่ขัว้เมื่อโหลดต่งๆ

ขอ้สงัเกต1. เป็นผลต่งทงเลขคณิตไมใ่ชผ่ลต่งทงเวกเตอร์2. กรณีที่โหลดมเีพเวอรแ์ฟกเตอรน์ำหน้ แรงเคล่ือนไฟฟ้

จะมค่ีสงูกว่ เปอรเ์ซน็ต์โวลต์เตจเรกกเูลชัน่จะมค่ีเป็นลบ

กรหโวลต์เตจเรกกเูลชัน่ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ขนดเล็ก หได้โดยกรต่อโหลดเข้ไปท่ีขัว้ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้โดยตรง ให้โหลดท่ีต่อเข้ไปมคี่เต็มพกิัดแล้ววดัค่แรงเคล่ือนไฟฟ้ที่เกิดขึ้นที่ขัว้ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ ( ) หลังจกนัน้ใหป้ลดโหลดออก แล้ววดัแรงเคล่ือนไฟฟ้ท่ีขัว้ ( ) ของเครื่องกำเนิดขณะไมม่โีหลดแล้วนำค่แรงเคล่ือนไฟฟ้ท่ีวดัได้ไปคำนวณหค่เปอรเ์ซน็ต์โวลต์เตจเรกกเูลชัน่ตมสมกรที่ 2.9

2.2.1.1 การหาโวลต์เตจเรกกเูลชัน่ด้วยวธิซีงิโครนัสอิมพแีดนซ์

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ขนดใหญ่ โวลต์เตจเรกกเูลชัน่หได้ด้วยวธิซีงิโครนัสอิมพแีดนซ ์ ไมส่มรถท่ีจะหด้วยวธิกีรต่อโหลดโดยตรงที่ขัว้ของเครื่องกำเนิดได้ ซึ่งจะต้องเสยีค่ใชจ้่ยสงูจงึไม่นิยมทำกันมวีธิกีรอยู ่3 วธิ ี คือ วธิซีงิโครนัสอิมพแีดนซ ์ วธิแีรงเคล่ือนแมเ่หล็ก และ วธิซีโีรเพเวอรแ์ฟกเตอรห์รอืวธิพีอเทียรส์ำหรบักรหด้วยวธิซีงิโครนัสอิมพแีดนซ ์มวีตัถปุระสงค์เพื่อต้องกรหค่ควมต้นทนของขดลวดอรเ์มเจอร(์Ra) และซงิโครนัสอิมพแีดนซ ์( ) ของขดลวดอรเ์มเจอรเ์พื่อนำไปคำนวณหค่ โวลต์เตจเรกกเูลชัน่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ตมสมกรท่ี 2.9

ลำดับขัน้กรหโวลต์เตจเรกกเูลชัน่ด้วยวธิซีงิโครนัสอิมพแีดน

ซ ์1. หควมต้นทนของขดลวดอรเ์มเจอรต่์อเฟส

สมรถวดัได้โดยตรงด้วยกรใช ้ โวลต์มเิตอรแ์ละแอมมเิตอรก์ระแสตรงหรอืโดยกรใชว้ตีสโตนบรดิจ์(Wheatstone Bridge)แต่ ประสทิธผิล (Effective armature resistance)นัน้จะมคี่เพิม่ขึ้น ซึ่งขึ้นอยูก่ับ

ปรกฏกรณ์ทงผิว(Skin Effect) ซึ่งโดยทัว่ไปจะมค่ีประมณ 1.6 เท่ของ ที่วดัด้วยไฟฟ้กระแสตรง

2. กรหค่ซงิโครนัสอิมพแีดนซ ์( ) ซึ่งหได้จกกรทดสอบในสภวะเปิดวงจร(Open circuit test) และกรทดสอบในสภวะลัดวงจร (Short circuit test)

กรทดสอบในสภวะเปิดวงจร ทำได้โดยกรค่อยๆปรบักระแสกระตุ้นฟลีด์( )ตัง้แต่ค่ศูนยจ์นถึงค่ท่ีเป็นผลใหก้ระแสสนมแม่เหล็กเริม่อ่ิมตัวและวดัแรงเคล่ือนไฟฟ้ที่ขัว้จกค่ศูนยถึ์งค่สงูสดุ แล้วนำมพลอตกรฟควมสมัพนัธร์ะหว่งแรงเคล่ือนไฟฟ้เอต์พุตกับกระแสกระตุ้นฟลีด์ลกเสน้ระหว่งจุดใหเ้ป็นสว่นโค้งท่ีเรยีบจะได้ O.C.C curve (Open – circuit characteristic) ดังแสดงในรูปท่ี 2.13

รูปท่ี 2.13 เสน้โค้งคณุลักษณะของเครื่องกำเนิดไฟฟ้

กรทดสอบในสภวะลัดวงจร เพื่อหค่กระแสลัดวงจรในวงจรอรเ์มเจอรข์อง เครื่องกำเนิดไฟฟ้ กรทดสอบนี้ต้องมีควมระมดัระวงัมกที่สดุเน่ืองจกกรลัดวงจรจะทำใหเ้กิดกระแสไหลในขดลวดอรเ์มเจอรม์ค่ีสงู ดังนัน้จะต้องค่อยๆ ปรบักระแสกระตุ้นฟลีด์ ( ) จกค่ศูนยถึ์งค่สงูสดุอย่งช้ๆ และวดัค่กระแสลัดวงจร ( )ท่ีไหลในขดลวดอรเ์มเจอร ์ แล้วนำมพลอตกรฟควมสมัพนัธร์ะหว่งกระแสลัดวงจรกับกระแสกระตุ้นฟลีด์แล้วลกเสน้ระหว่งจุด จะได้ S.C.C curve (Short – circuit characteristics) ดังแสดงในรูปที่ 2.13

ในสภวะท่ีขดลวดอรเ์มเจอรลั์ดวงจร แรงเคล่ือนไฟฟ้ท่ีขัว้มีค่เท่กับศูนย ์ ดังนัน้เวกเตอรไ์ดอะแกรมในรูปที่ 2.14 ก. จะลดรูปลงเหลือเป็นรูปที่ 2.14 ข. กระแสอรเ์มเจอร ์ จะเปล่ียนเป็นกระแสลัดวงจร ดังนัน้

(2.10)

และ (2.11)

หมยเหต ุ ในทงปฏิบติัมกัจะใชค่้แรงเคล่ือนไฟฟ้และกระแสลัดวงจร

ณ จุดที่กระแสฟลีด์ ทำใหก้ระแสลัดวงจรมค่ี 150% ของกระแสเต็มพกิัดมห

ก. เวกเตอรไ์ดอะแกรมเมื่อโหลด ข. เวกเตอร์ไดอะแกรมเมื่อขดลวด มเีพเวอรแ์ฟกเตอรล้์หลัง อร์เมเจอรถ์กูลัดวงจร

รูปท่ี 2.14 เวกเตอรไ์ดอะแกรม

3. นำค่ และ ท่ีได้มคำนวณหค่ โดยใชส้มกรของแรงเคล่ือนไฟฟ้เหน่ียวนำที่โหลดมเีพเวอรแ์ฟกเตอรใ์ดๆได้

4. คำนวณหค่โวลต์เตจเรกกเูลชัน่

2.2.1.2 การคำานวณหาโวลต์เตจเรกกเูลชัน่

ตัวอยา่งท่ี 2.2 เครื่องกำเนิดไฟฟ้ 3 เฟส ขนด 500 kVA จ่ยแรงเคล่ือนไฟฟ้ 2300 โวลต์ต่อแบบสตรม์ขีอ้มูลกรทดสอบดังน้ี

สภวะลัดวงจร = 204 A ท่ีกระแสฟลีด์ = 47 A

สภวะเปิดวงจร = 2300 V ท่ีกระแสฟลีด์ = 47 A

ถ้ใชก้ระแสไฟตรงวดัค่ควมต้นทนระหว่งคู่สยของขดลวดอรเ์มเจอรไ์ด้ค่ ควมต้นทนเฉล่ีย 0.8 จงห

ก. ค่ และ (สมมติว่ = 1.5 )ข. โวลต์เตจเรกกเูลชัน่เมื่อจ่ยโหลดเต็มพกิัดท่ี เพเวอร์

แฟกเตอร ์เป็น 0.8 ล้หลังค. โวลต์เตจเรกกเูลชัน่เมื่อจ่ยโหลดเต็มพกิัดท่ี เพเวอร์

แฟกเตอร ์เป็น 1ง. โวลต์เตจเรกกเูลชัน่เมื่อจ่ยโหลดเต็มพกิัดท่ี เพเวอร์

แฟกเตอร ์เป็น 0.8 นำหน้วธิทีำา ก. หค่ และ

ตอบ

ข. หค่โวลต์เตจเรกกเูลชัน่ เพเวอรแ์ฟกเตอร ์เป็น 0.8 ล้หลัง A V V

V

V % โวลต์เตจเรกกเูลชัน่ %

ตอบค. หค่โวลต์เตจเรกกเูลชัน่ เพเวอรแ์ฟกเตอร ์เป็น 1

V % โวลต์เตจเรกกเูลชัน่ %

ง. หค่โวลต์เตจเรกกเูลชัน่ เพเวอรแ์ฟกเตอร ์เป็น 0.8 นำหน้ V

% โวลต์เตจเรกกเูลชัน่ %ตอบ

2.2.2 ประสทิธภิาพของเครื่องกำาเนิดไฟฟา้ประสทิธภิพ (Efficiency) ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้หได้จก

อัตรสว่นของกำลังเอต์พุต( ) ต่อกำลังอินพุต( )โดยพจิรณจกไดอะแกรมกรไหลของกำลังไฟฟ้ในสว่นต่งๆ ดังน้ี

รูปท่ี 2.15 ไดอะแกรมกรไหลของกำลังไฟฟ้ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้

จกรูปข้งบนพบว่กำลังไฟฟ้และกรสญูเสยีท่ีเกิดขึ้นในเครื่องกำเนิดไฟฟ้มดีังนี้

1. กำลังกลทงด้นอินพุต( )2. กำลังกรสญูเสยีเน่ืองจกควมฝืดของแบริง่และแรง

ต้นจกลม( ) 3. กำลังสญูเสยีขณะมโีหลด (Stray Load Losses;

) จะมค่ีมกขึ้นเมื่อโหลดเพิม่ขึ้นอยูใ่นรูปของควมรอ้นที่เกิดจกฮรม์อนิกสม์คี่ประมณ 1% ของกำลังเอต์พุต

4. กำลังสญูเสยีท่ีขดลวดสนมแมเ่หล็กของโรเตอร ์( )5. กำลังท่ีสง่ผ่นชอ่งว่งอกศมยงัสเตเตอร ์( )

6. กำลังสญูเสยีในแกนเหล็กสเตเตอร ์( )7. กำลังสญูเสยีเน่ืองจกทองแดง ( ) ของขดลวดบนส

เตเตอร ์( )8. กำลังไฟฟ้เอต์พุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ ( )

สำหรบักรสญูเสยีในแกนเหล็กที่โรเตอรข์องเครื่องกำเนิดไฟฟ้จะไมเ่กิดขึ้นเพระว่กรหมุนขบัเคล่ือนโรเตอรจ์ะเท่กับควมเรว็ของสนมแมเ่หล็กหมุนและกรสญูเสยีอีกสว่นหน่ึงท่ีเกิดขึ้นคือกรสญูเสยีของเอ็กไซเตอรซ์ึ่งเกิดขึ้นเฉพะเอ็กไซเตอรแ์บบกระตุ้นตัวเองที่มแีปรงถ่นเท่นัน้ สำหรบัเอ็กไซเตอรช์นิดอ่ืนๆ ให้ละทิ้งค่น้ีได้ ดังนัน้สมรถหเปอรเ์ซน็ต์ประสทิธภิพ(% )จกสมกร

% (2.12)เมื่อ

เมื่อ = กำลังสญูเสยีรวมทัง้หมด

ดังนัน้ %(2.13)หรอื % (2.14)

2.2.2.1 การคำานวณหาประสทิธภิาพของเครื่องกำาเนิดไฟฟา้

ตัวอยา่งท่ี 2.3 เครื่องกำเนิดไฟฟ้กระแสสลับ 3 เฟส พกิัด 2000 kVA จ่ยแรงเคล่ือนไฟฟ้ 2300 V ต่อแบบสตรท์ำงนที่โหลดเต็มพกิัดม ีเพเวอรแ์ฟกเตอร ์เท่กับ 0.85 ค่ควมต้นทนของ

ขดลวดอรเ์มเจอรร์ะหว่งขัว้ทัง้สองของเครื่องกำเนิดไฟฟ้เท่กับ 0.08 ขดลวดสนมแมเ่หล็กมกีระแสไหลผ่น 72 A แรงเคล่ือนไฟฟ้ 125 V ไมม่กีรสญูเสยีท่ีเอ็กไซเตอร ์ ถ้กรสญูเสยีจกควมฝืดและแรงต้นลมเท่กับ 18.8 kW กรสญูเสยีในแกนเหล็กรวม 37.6 kW และ กรสญูเสยีเมื่อมโีหลด มค่ี 2.2 kW จงคำนวณหประสทิธภิพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ตัวนี้ ( = 1.3

) วธิทีำา

kW A

กรสญูเสยีรวมทัง้หมด เมื่อ kW

kW kW kW

kWดังนัน้ kWจก %

% %ตอบ

ตัวอยา่งท่ี 2.4 เครื่องกำเนิดไฟฟ้กระแสสลับ 3 เฟส ขนด 3 kVA จ่ยแรงเคล่ือนไฟฟ้ 208V , 50 Hz ขณะท่ีทำงนโหลดเต็มพกิัด และควมเรว็ที่พกิัด มค่ีกำลังสญูเสยีทงกลรวม 140 W กรสญูเสยีทงไฟฟ้รวม 180 W กรสญูเสยีเมื่อมโีหลด 26 W และกรสญูเสยีจกเอ็กไซเตอร ์ เท่กับศูนย ์ จงหประสทิธภิพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้เมื่อมโีหลดในสภวะดังน้ี

ก. จ่ยโหลดเต็มพกิัดท่ีค่เพเวอรแ์ฟกเตอร ์ เป็น 1ข. จ่ยโหลดเต็มพกิัดท่ีค่เพเวอรแ์ฟกเตอร ์เป็น 0.8 ล้

หลัง

วธิทีำาก. เมื่อโหลดมเีพเวอรแ์ฟกเตอร ์เป็น 1 W

W%% %ตอบ

ข. เมื่อโหลดม ีเพเวอรแ์ฟกเตอร ์เป็น 0.8 ล้หลัง W

W%% %ตอบ