Introduction to Aircraft Electrical System

1. 2009 Lecture Side 3 June 2009 Lecture by Introduction to Aircraft Electrical System Chapter One Aeronautical Engineering

2. Aircraft Electrical System Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials

3. Review ไฟฟ้า คือ การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนบนผิวของตัวนำ ซึ่งตัวอิเล็กตรอนจะถูกผลักด้วยสนามแม่เหล็กให้เคลื่อนที่หลุดออกมาจาก วงโคจรของอะตอมของโลหะ เช่น ทองแดงอย่างต่อเนื่องเมื่อเอาตัวนำ ที่มีอิเล็กตรอนไหลผ่านมาต่อให้ครบวงจรจะมีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น กระแสไฟฟ้า คือ การไหลของอิเล็กตรอน Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials

4. Review วงจรไฟฟ้าคือการนำแหล่งจ่ายไฟฟ้ามาต่อกับโหลด โดยใช้ลวดตัวนำและใช้สวิตช์ในการเปิด-ปิดวงจรมีฟิวส์เพื่อป้องกัน ความผิดพลาดในวงจรและอุปกรณ์เช่นโหลดเกินไฟฟ้าลัดวงจร วงจรไฟฟ้าจะมี วงจรอนุกรม วงจรขนาน วงจรผสม และวงจรแสงสว่าง ซึ่งสามารถคำนวณหาค่า กระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าและค่าความต้านทาน Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials

5. Review องค์ประกอบของวงจรไฟฟ้า มี 3 ส่วน แหล่งจ่ายไฟฟ้า เป็นแหล่งจ่ายแรงดันและกระแสให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้า เพื่อเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้เป็นพลังงานต่างๆ เช่น พลังงานกล พลังงานแสงสว่างฯ โหลดหรืออุปกรณ์ไฟฟ้า เป็นอุปกรณ์ต่างๆที่ใช้ ไฟฟ้าในการ ทำงาน ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้เป็นพลังงานรูปอื่นๆ เช่น เสียง แสง ฯ ตัวนำหรือสายไฟฟ้า ใช้เชื่อมต่อวงจรให้ต่อถึงกันทำให้แหล่งจ่ายไฟฟ้า จ่าย แรงดันถึงโหลดเกิดกระแสไหลผ่านวงจร และกลับมาครบรอบที่แหล่งจ่ายอีกครั้ง Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials

6. Review E I R กฎของโอห์ม (ohm’s laws) ค.ศ. 1862 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน George Simon Ohm กล่าวว่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจรจะแปรผันตรงกับแรงดันไฟฟ้าและแปรผกผันกับค่าความต้านทาน E = IR สมการค่ากำลังไฟฟ้ามีหน่วยเป็นวัตต์ P=EI สมการค่าพลังงานไฟฟ้าW = Pt กิโลวัตต์ต่อชั่วโมง หรือยูนิต(unit) Resistor : http://www.doctronics.co.uk.resistor.htm Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials

7. Review วงจรอนุกรม กระแสไฟฟ้าตลอดวงจรมีค่าเดียวกันตลอด แรงเคลื่อนไฟฟ้าเท่ากับแรงดันที่ตกคร่อมอุปกรณ์แต่ละตัว Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials

8. Review วงจรขนาน(parallel circuit)กระแสไฟฟ้าไหลผ่านอุปกรณ์แต่ละตัว รวมกันจะเท่ากับกระแสไฟฟ้าที่ไหลออกจากแหล่งจ่าย แรงดันตกคร่อมอุปกรณ์แต่ละตัว มีค่าเท่ากับแรงเคลื่อนไฟฟ้าของแหล่งจ่าย Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials

9. Review การวัดค่าความต้านทานรวม (RT) Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials

10. Review V3 V1 V2 VT แหล่งจ่าย การวัดค่าแรงดันไฟฟ้า VT = V1 + V2 + V3 Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials

11. Review R2 I2 R3 R1 • แหล่งจ่าย I1 I3 IT Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials

12. Review (Kirchoff’s Law) เราจะคำนวณวงจรไฟฟ้านี้ได้อย่างไร ? Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials

13. Review กฎของเคอร์ชอฟฟ์ • กฎจุดต่อของเคอร์ชอฟฟ์ Kirchhoff’s Junction Rule (KJR): • ผลรวมของค่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลเข้าสูงจุดต่อจะมีค่าเท่ากับผลรวมของกระแสไฟฟ้าที่ไหลออกจากจุดต่อนั้น • การอนุรักษ์ประจุไฟฟ้าConservation of charge • ประจุไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นและลดลงที่จุดต่อนั้นมีค่าเท่ากัน ! Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials

14. กฎแรงดันไฟฟ้าของเคอร์ชอฟฟ์Kirchhoff’s Voltage Rule (KVR) • ผลรวมของแรงดันไฟฟ้าลดรอบลูปจะมีค่าเป็นศูนย์. • การอนุรักษ์พลังงาน • พลังงานของประจุไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นและลดลงภายในลูปมีค่าเท่ากัน ! Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials

15. Kirchhoff’s Voltage Rule ผลรวมของแรงดันไฟฟ้ารอบลูปมีค่าเป็นศูนย์.  1. ให้เขียนกระแสไฟฟ้าทั้งหมด (ให้เลือกทิศของกระแสไฟฟ้า)  2. ให้เขียนเครื่องหมาด +/- ของอุปกรณ์ทุกชิ้น (กระแสไหลเข้าเป็น + ออกเป็น -)  3. กำหนดทิศทางของกระแสไฟฟ้ารอบลูป (เลือกตามใจชอบ !)  4. เขียนค่าแรงดันไฟฟ้าลด (เครื่องหมายที่ลุกศรเข้าหาคือเครื่องหมายในสมการ!) B R1 = 5 W I –e1+IR1 +e2+IR2 = 0 -50 + 5 I + 10 +15 I = 0 I = +2 Amps - + + e1= 50V - - + A - + R2 = 15 W e2 = 10V Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials

16. Review Question (KVR) ค่า I1เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างไรถ้าสวิทซ์ถูกเปิดออก? I1 R = 10 W • เพิ่มขึ้น • ไม่เปลี่ยนแปลง • ลดลง + - E2 = 5 V R = 10 W I2 ใช้กฏของเคอร์ชอฟฟ์คำนวณลูปด้านนอก: -E1 + I1R = 0 IB - + E1 = 10 V I1 = E1 /R = 1A Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials

17. Kirchhoff’s Junction Rule I1 I2 I3 กระแสไฟฟ้าไหลเข้า = กระแสไฟฟ้าไหลออก @ node นั้น I1 = I2 + I3 ให้หาค่ากระแสไฟฟ้า IB มีค่าเท่าใด ? I1 R=10 W • IB = 0.5 A • IB = 1.0 A • IB = 1.5 A E = 5 V I2 R=10 W IB - IB = I1 + I2 = 1 A + 0.5 A = 1.5 A + E1 = 10 V Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials

18. ขั้นตอนการคำนวณวงจรไฟฟ้าที่ซับซ้อนขั้นตอนการคำนวณวงจรไฟฟ้าที่ซับซ้อน • ให้ทำการสมมติทิศของกระแสไฟฟ้า และใช้กฏของเคอร์ชอฟฟ์ (Kirchhoff’s rules). ถ้าการสมมติผิดจะทราบค่าได้จากคำตอบ. • ถ้าสามารถคำนวณค่าความต้านทานไฟฟ้าสมมูลของตัวต้านทานไฟฟ้าที่ต่ออนุกรมและขนานได้ ให้ทำการคำนวณ ค่าความต้านทานไฟฟ้าสมมูลให้เรียบร้อยก่อน • ถ้าวงจรไฟฟ้ามีหลายลูป ให้ใช้กฏจุดต่อ (junction rule) และกฏของลูป (loop rule) เพื่อกำหนดสมการ ควรกำหนดจำนวนสมการให้มากที่สุด อย่างน้อยต้องมีจำนวนสมการเท่ากับจำนวนตัวแปรในวงจรไฟฟ้า. • อย่าวิตกกังวลเกี่ยวกับการเลือกทิศของกระแสไฟฟ้า, การกำหนดลูปของการคำนวณด้วย Kirchhoff’s laws และการกำหนดจุดเริ่มต้นและจุดสุดท้ายของการคำนวณ. Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials

19. Example วงจรไฟฟ้าประกอบด้วย E1, E2, R1, R2 และ R3. ให้หาค่า I1, I2 และ I3.  1. เขียนกระแสไฟฟ้าทั้งหมด (เลือกทิศของกระแสไฟฟ้า)  • 2. กำหนดเครื่องหมาย +/- ให้กับอุปกรณ์ทั้งหมด (กระแสไหลเข้าเป็น + ออกเป็น - )  3. กำหนดลูปและทิศ (เลือกตามใจ!)  4. เขียนค่าแรงดันไฟฟ้าลด (ใช้เครื่องหมายแรกที่ลูกศรชึ้เข้าหา !)  5. เขียนสมการของ Node R1 I3 I1 - + Loop 1: –e1+I1R1 –I2R2 = 0 I2 + - + e1 R2 R3 Loop 2: Loop 1 Loop 2 • +I2R2 +I3R3 +e2= 0 - - + Node: I1 +I2 = I3 - + e2 • จะได้ 3 สมการ 3 ตัวแปร จากนั้นทำการแก้สมการด้วยพีชคณิต ! Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials

20. Review Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials

21. Review จากสมการ จะได้: q = C e(1 - exp(-t/RC)) and i = dq/dt = (e/R) exp(-t/RC) วงจรไฟฟ้า RC (RC Circuits) ถ้าสับสวิทช์ไปที่ a จะเกิดการประจุไฟฟ้าแก่ตัวเก็บประจุไฟฟ้า คือ ประจุไฟฟ้าจะไหลเข้าสู่ตัวเก็บประจุไฟฟ้าจนกระทั่งความต่างศักย์ไฟฟ้ามีค่าเท่ากับแบตเตอรี่ และกระแสไฟฟ้าหยุดไหล. ใช้กฏลูปของ Kirchhoff จะได้: e - iR - q/C = 0 หรือ e = R dq/dt + q/C “กราฟการประจุไฟฟ้า” Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials

22. Review ค่าคงตัวเวลาของวงจร RC (RC Time Constant) นิยาม t = RC (หน่วยของเวลา) q = C e (1 - exp(-t/RC)) ------> q = C e (1 - exp(-t/ t)) i = dq/dt = (e/R) exp(-t/RC) ------> i = dq/dt = (e/R) exp(-t/ t) “การประจุไฟฟ้า” • q = q0 exp(-t/ t) • I = -(q0/ t) exp (-t/ t) • “การจ่ายไฟ” Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials

23. การประจุไฟฟ้าตัวเก็บประจุไฟฟ้า (Charging a Capacitor) Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials

24. ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Current) ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Current) เป็นไฟฟ้ากระแสที่มีทิศทางการเคลื่อนที่สลับกัน โดยกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในขดลวดตัวนำของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งมีอยู่ 3 ชนิดคือ ไฟฟ้ากระแสสลับ เฟสเดียว สองเฟส และสามเฟส ในปัจจุบันนิยมใช้เพียง 2 ชนิดเท่านั้น คือ กระแสไฟฟ้าสลับเฟสเดียวกับสามเฟส Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials

25. ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Current) • http://www.rmutphysics.com/physics/oldfront/58/inductor-faraday2.htm • http://www.rmutphysics.com/charud/virtualexperiment/applet1/applet%20physics/phe/generator_ethai.htm Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials

26. Review Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials

27. Review Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials

28. Review Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials

29. Review Aerospace Engineering 2009 Subject Name Aircraft Materials