ความรู้พื้นฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้า(252282) กำลังไฟฟ้า

1. ความรู้พื้นฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้า(252282)กำลังไฟฟ้าความรู้พื้นฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้า(252282)กำลังไฟฟ้า กสิณ ประกอบไวทยกิจ ห้องวิจัยการออกแบบวงจรด้วยระบบคอมพิวเตอร์(CANDLE) ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

2. วัตถุประสงค์ • เข้าใจความหมายของกำลังไฟฟ้าชั่วขณะ กำลังไฟฟ้าเฉลี่ย • สามารถหาค่ากำลังไฟฟ้าชั่วขณะ กำลังไฟฟ้าเฉลี่ยได้ • เข้าใจความหมายของตัวประกอบกำลังไฟฟ้า กำลังไฟฟ้าเชิงซ้อน การปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า • สามารถหาขนาดของตัวเก็บประจุไฟฟ้าเพื่อใช้ปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าได้

3. กำลังไฟฟ้าชั่วขณะ(Instantaneous Power)

4. กำลังไฟฟ้าชั่วขณะ(Instantaneous Power)

5. กำลังไฟฟ้าชั่วขณะ(Instantaneous Power) ค่าคงที่(ไม่ขึ้นกับเวลา) รูปคลื่นโคไซน์ที่มีความถี่เป็น 2 เท่าของแรงดันไฟฟ้าที่สภาวะคงตัว หรือ ความถี่เป็น 2 เท่าของกระแสไฟฟ้าที่สภาวะคงตัว

6. ตัวอย่าง จงหากระแสไฟฟ้า และกำลังไฟฟ้าชั่วขณะ กำหนดให้

7. ตัวอย่าง

8. ตัวอย่าง

9. กำลังไฟฟ้าเฉลี่ย(Average Power)

10. กำลังไฟฟ้าเฉลี่ย(Average Power)

11. กำลังไฟฟ้าเฉลี่ย(Average Power) - วงจรไฟฟ้าที่ประกอบด้วยตัวต้านทานไฟฟ้าอย่างเดียว

12. กำลังไฟฟ้าเฉลี่ย(Average Power) - วงจรไฟฟ้าที่ประกอบด้วยตัวเหนี่ยวนำหรือตัวเก็บประจุโดยไม่มีตัว ต้านทาน • เป็นองค์ประกอบที่ไม่มีการสูญเสีย กำลังไฟฟ้า • รับหรือดูดซึมกำลังไฟฟ้าเฉลี่ยไม่ได้ • เก็บพลังงานในช่วงเวลาหนึ่งและจ่าย พลังงานในอีกช่วงเวลาหนึ่ง(กำลัง ไฟฟ้าเฉลี่ยจึงเท่ากับศูนย์)

13. ตัวอย่าง จากวงจรไฟฟ้าในรูป จงหากำลังไฟฟ้าเฉลี่ยของวงจร

14. ตัวอย่าง

15. ตัวอย่าง

16. ตัวอย่าง หรืออาจจะหากำลังไฟฟ้าเฉลี่ยได้จาก

17. ตัวอย่าง จากวงจรไฟฟ้า หากำลังไฟฟ้าเฉลี่ยที่ส่งจ่ายจากแหล่งกำเนิดและ กำลังไฟฟ้าเฉลี่ยที่รับโดยอิมพีแดนซ์

18. ตัวอย่าง

19. ตัวอย่าง กำลังไฟฟ้าเฉลี่ยที่ดูดซับโดยตัวต้านทานไฟฟ้า 4 โอห์ม กำลังไฟฟ้าเฉลี่ยที่ดูดซับโดยตัวต้านทานไฟฟ้า 2 โอห์ม กำลังไฟฟ้าเฉลี่ยรวมที่ดูดซับทั้งหมด

20. ตัวอย่าง กำลังไฟฟ้าเฉลี่ยจากแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้า 12 โวลต์ กำลังไฟฟ้าเฉลี่ยที่ส่งจ่ายโดยแหล่ง กำเนิดแรงดันไฟฟ้า 12 โวลต์

21. ตัวประกอบกำลังไฟฟ้า(PowerFactor, PF) กำลังไฟฟ้าปรากฎ [VA] กำลังเฉลี่ยหรือกำลังไฟฟ้าจริง [W] ตัวประกอบกำลังไฟฟ้า

22. ตัวประกอบกำลังไฟฟ้า(PowerFactor)ตัวประกอบกำลังไฟฟ้า(PowerFactor) มุมของอิมพีแดนซ์โหลด

23. ตัวประกอบกำลังไฟฟ้า(PowerFactor)ตัวประกอบกำลังไฟฟ้า(PowerFactor) โหลดความต้านทานไฟฟ้าอย่างเดียว โหลดรีแอคทีฟอย่างเดียว

24. ตัวประกอบกำลังไฟฟ้า(PowerFactor)ตัวประกอบกำลังไฟฟ้า(PowerFactor) มุมของตัวประกอบกำลังไฟฟ้าจะอยู่ระหว่างมุม -90° ถึง +90° - ถ้าเป็นโหลด R กับ C - ถ้าเป็นโหลด R กับ L ตัวประกอบกำลังไฟฟ้าจะเป็นชนิดแบบนำ(Leading PF) หรือแบบตาม(Lagging PF) ดูที่มุมที่ทำระหว่างแรงดันไฟฟ้ากับกระแสไฟฟ้า

25. ตัวประกอบกำลังไฟฟ้า(PowerFactor)ตัวประกอบกำลังไฟฟ้า(PowerFactor) โหลด RC เฟสเซอร์ของกระแสไฟฟ้านำเฟสเซอร์ของแรงดันไฟฟ้า ตัวประกอบกำลังไฟฟ้าแบบนำ Leading PF โหลด RL  เฟสเซอร์ของกระแสไฟฟ้าตามเฟสเซอร์ของแรงดันไฟฟ้า ตัวประกอบกำลังไฟฟ้าแบบตาม Lagging PF

26. ตัวประกอบกำลังไฟฟ้า(PowerFactor)ตัวประกอบกำลังไฟฟ้า(PowerFactor)

27. ตัวประกอบกำลังไฟฟ้า(PowerFactor)ตัวประกอบกำลังไฟฟ้า(PowerFactor) หากำลังไฟฟ้าที่ต้องส่งจ่ายจากสถานีจ่ายไฟฟ้าไปยังโรงงาน (แทนสถานีจ่ายไฟฟ้าด้วยแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้า) ดังรูป 1. โรงงาน(โหลด)มีค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าเท่ากับ 0.707 lagging 2. โรงงาน(โหลด)มีค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าเท่ากับ 0.900 lagging

28. ตัวประกอบกำลังไฟฟ้า(PowerFactor)ตัวประกอบกำลังไฟฟ้า(PowerFactor) กำลังไฟฟ้าที่โหลดดูดซับ(กำลังไฟฟ้าที่โหลดต้องการ) กำลังไฟฟ้าที่ส่งจ่าย(กำลังไฟฟ้าที่จ่ายจากสถานีจ่ายไฟฟ้า) กำลังไฟฟ้าสูญเสีย(ในสายส่ง)

29. ตัวประกอบกำลังไฟฟ้า(PowerFactor)ตัวประกอบกำลังไฟฟ้า(PowerFactor)

30. ตัวประกอบกำลังไฟฟ้า(PowerFactor)ตัวประกอบกำลังไฟฟ้า(PowerFactor)

31. กำลังไฟฟ้าเชิงซ้อน(Complex Power) กำลังไฟฟ้าเชิงซ้อนมาจาก เฟสเซอร์ของแรงดันไฟฟ้า คอนจูเกตเชิงซ้อน (Complex Conjugate) ของ ขนาดของแรงดันไฟฟ้า เฟสเซอร์ของกระแสไฟฟ้า ขนาดของกระแสไฟฟ้า

32. กำลังไฟฟ้าเชิงซ้อน(Complex Power) P กำลังไฟฟ้าจริง(Real Power) หรือ กำลังไฟฟ้าเฉลี่ย(Average Power) หน่วยเป็น วัตต์(W) Q กำลังไฟฟ้าเสมือน หรือ กำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ(Reactive Power) หน่วยเป็น วาร์(VAR) S กำลังไฟฟ้าที่ปรากฎ(Apparent Power) หน่วยเป็น โวลต์-แอมป์(VA)

33. กำลังไฟฟ้าเชิงซ้อน(Complex Power) ส่วนจริง Real part ส่วนจินตภาพ Imaginary part จากอิมพีแดนซ์ ส่วนจริง Real part ของอิมพีแดนซ์ ส่วนจินตภาพ Imaginary part ของอิมพีแดนซ์

34. กำลังไฟฟ้าเชิงซ้อน(Complex Power)

35. กำลังไฟฟ้าเชิงซ้อน(Complex Power) จากความสัมพันธ์ระหว่างกำลังไฟฟ้ากับอิมพีแดนซ์ โดยที่

36. กำลังไฟฟ้าเชิงซ้อน(Complex Power) สามเหลี่ยมกำลังไฟฟ้า(Power Triangle) ถ้า Q เป็นบวก + แสดงว่า เป็นโหลดแบบอินดัคทีฟ (Inductive load) หรือเป็นโหลดที่มีตัวประกอบ กำลังไฟฟ้าแบบตาม(Lagging PF) ถ้า Q เป็นลบ - แสดงว่า เป็นโหลดแบบคาปาซิทีฟ (Capacitive load) หรือเป็นโหลดที่มีตัวประกอบ กำลังไฟฟ้าแบบนำ(Leading PF) ถ้า Q เป็นศูนย์ 0แสดงว่า เป็นโหลดแบบความต้านทาน(Resistive load) หรือเป็นโหลดที่มีตัวประกอบกำลังไฟฟ้าเท่ากับ 1

37. กำลังไฟฟ้าเชิงซ้อน(Complex Power) จงหาค่าแรงดันไฟฟ้า Vs และตัวประกอบกำลังไฟฟ้าของโรงไฟฟ้า(แทนโรงไฟฟ้า ด้วยแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้า) เมื่อโหลดมีค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าเท่ากับ 0.8 lagging สายส่งมีค่าอิมพีแดนซ์เท่ากับ 0.09 +j0.3 Ωโหลดขนาดกำลังไฟฟ้าเท่ากับ 20 kW แรงดันไฟฟ้า 220 Vrms

38. กำลังไฟฟ้าเชิงซ้อน(Complex Power) ความสัมพันธ์ของเฟสเซอร์ของแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า Transmission Lines Power Plant Load

39. กำลังไฟฟ้าเชิงซ้อน(Complex Power) load power factor = 0.800 lagging

40. การปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าการปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า ตัวประกอบกำลังไฟฟ้าต่ำ ทำให้กำลังไฟฟ้าสูญเสียมาก

41. การปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าการปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า • โดยปกติโหลดจะมีค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าแบบตามlagging PF • มักจะเป็นโหลดที่ประกอบด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าเหยี่ยวนำinduction motors • วิธีการปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าก็ต้องมีความเป็นไปได้ทางเศรษฐศาสตร์ วิธีการหนึ่งที่ทำได้ก็คือ ต่อตัวเก็บประจุ capacitor แบบขนานเข้ากับโหลดที่ต้องการปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า

42. การปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าการปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า

43. การปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าการปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า กำหนดให้ กำลังไฟฟ้าเชิงซ้อนของโหลดเดิม ก่อนปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า กำลังไฟฟ้าเชิงซ้อนของตัวเก็บประจุ กำลังไฟฟ้าเชิงซ้อนใหม่ หลังปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า

44. การปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าการปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า กำลังไฟฟ้าเชิงซ้อนใหม่ หลังปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า เป็นค่ามุมตัวประกอบกำลังไฟฟ้าที่เราต้องการให้เป็นหลังปรับปรุงตัวประกอบกำลังไฟฟ้า ตัวเก็บประจุ ตัวประกอบกำลังไฟฟ้าแบบนำ Leading PF  มุมของตัวประกอบกำลังไฟฟ้าจะเป็นลบ

45. การปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าการปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า หาขนาดของกำลังไฟฟ้าเสมือนหรือกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟของตัวเก็บประจุไฟฟ้า จากค่ากำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ ขนาดของแรงดันไฟฟ้า เฟสเซอร์ของแรงดันไฟฟ้า

46. การปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าการปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า อิมพีแดนซ์ของตัวเก็บประจุ ไม่มีส่วนจริงสำหรับตัวเก็บประจุ

47. การปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าการปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า จากสมการกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ เป็นสมการที่ใช้หาขนาดตัวเก็บประจุเพื่อ ให้ได้ค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าที่ต้องการ

48. ตัวอย่าง ต้องการปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าให้มีค่าเท่ากับ 0.95 แบบตาม lagging ให้หาขนาดตัวเก็บประจุเพื่อนำมาต่อในการปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า (แทนโหลดด้วย R, L) กำหนดค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าเดิมก่อนปรับปรุงเท่ากับ 0.8 lagging โหลดโรงงานมีขนาด 50 kW , แรงดันไฟฟ้า 220 Vrms , ความถี่ 60 Hz

49. ตัวอย่าง จากสามเหลี่ยมกำลังไฟฟ้า ก่อนปรับปรุงตัวประกอบกำลังไฟฟ้า

50. ตัวอย่าง หลังปรับปรุงตัวประกอบกำลังไฟฟ้า ขนาดตัวเก็บประจุที่มีจำหน่าย อาจไม่ตรงกับที่คำนวณได้