การทดลองที่ 8
Clamp Characteristic in Power Measurement
อุปกรณ์ประกอบการทดลอง
1.) หลอดไฟนีออน 3 หลอด
2.) Oscilloscope OX 6062-M 1 ตัว
3.) kWh meter DD 28 1 ตัว
4.) Watt meter C.A 405 1 ตัว
5.) Clamp meter AC/DC MA CURRENT PROBE 1 ตัว
6.) Clamp meter MN 13-EL CURRENT CLAMP 1 ตัว
7.) Clamp meter GENERAL ELECTRIC 1 ตัว
8.) Clamp meter AMPROBE 1 ตัว
9.) Power meter NANOVIP 1 ตัว
10.) Multifunction meter MC 740 1 ตัว
11.) Junction Box 1 ตัว
12.) แผงทดลองวงจรไฟฟ้า 1 ชุด
วัตถุประสงค์
· เพื่อสังเกตการณ์ใช้ Current Probe กับ Oscilloscope
· เพื่อสังเกตการณ์ใช้ไฟฟ้าและการสร้าง Harmonic ของอุปกรณ์
ทฤษฎี
การใช้ Current Probe
Current Probe เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านลวดตัวนำจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นรอบๆตัวนำนั้นซึ่ง Current Probe จะถูกออกแบบให้ตรวจจับสนามแม่เหล็กไฟฟ้านั้นและแปลงให้อยู่ในรูปของแรงดันไฟฟ้าที่สัมพันธ์กันก่อนจะส่งไปที่ออสซิลโลสโคป ซึ่งสโคปจะสามารถแสดงผลและทำการวิเคราะห์รูปสัญญาณกระแสไฟฟ้าได้ และเมื่อใช้ออสซิลโลสโคปวัดค่าแรงดันและกระแสไฟฟ้าพร้อมๆ กันก็จะสามารถดูลักษณะของสัญญาณกำลังไฟฟ้าได้โดยใช้ฟังก์ชั่นทางคณิตศาสตร์ภายในสโคป โดยสามารถที่จะทำการวัดสัญญาณของกำลังไฟฟ้าได้หลายๆรูปแบบประกอบด้วย กำลังไฟฟ้าชั่วขณะ , กำลังไฟฟ้าจริง , กำลังไฟฟ้าที่ปรากฏ และเฟส ฯลฯ
Current Probe โดยทั่วไปจะมี 2 ชนิด คือ AC Current Probe ซึ่งจะใช้โพรบชนิด passive และ AC/DC Current Probe โดยทั่วไปจะเป็นชนิด active ซึ่งโพรบทั้ง 2 ชนิดนั้นจะใช้หลักการของหม้อแปลงทำการแปลงแรงดันมาจากการตรวจจับกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นรอบๆลวดตัวนำนั้น
Current Probe โดยทั่วไปจะมี 2 ชนิด คือ AC Current Probe ซึ่งจะใช้โพรบชนิด passive และ AC/DC Current Probe โดยทั่วไปจะเป็นชนิด active ซึ่งโพรบทั้ง 2 ชนิดนั้นจะใช้หลักการของหม้อแปลงทำการแปลงแรงดันมาจากการตรวจจับกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นรอบๆลวดตัวนำนั้น
แรงดันจะเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กไฟฟ้ารอบๆลวดตัวนำเฉพาะไฟฟ้ากระแสสลับเท่านั้น
|
การทำงานของหลักการนี้ คือ เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านลวดตัวนำจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นรอบๆลวดตัวนำนั้นซึ่งมีขนาดและทิศทางตัดกับการไหลของกระแสไฟฟ้า
และเมื่อนำขดลวดไปวางไว้ในสนามแม่เหล็กนั้น (ดังภาพ) จะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมขดลวดนั้นๆ
ซึ่งจะเป็นหลักการทำงานเบื้องต้นของ AC Current Probe ทั่วๆไป
และที่หัวจับของโพรบจะมีลักษณะเป็นการใช้ลวดตัวนำพันรอบๆแท่งแม่เหล็ก
ทำให้เกิดการแปลงค่ากระแสไฟฟ้าให้เป็นค่าแรงดันที่มีขนาดแปรผันเป็นแบบเชิงเส้นกับค่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านลวดตัวนำ
ค่า Bandwidth ของ Current Probe จะขึ้นอยู่กับการออกแบบขดลวดของโพรบและปัจจัยอื่นๆประกอบกัน
ซึ่งค่า Bandwidth จะสามารถมีได้ถึง 1 GHz แต่อย่างไรก็ตามโดยปกติมักจะนิยมใช้ Current Probe ที่มี
Bandwidth ที่ต่ำกว่า 100 MHz เท่านั้น
ผลของ Harmonic ในระบบไฟฟ้า
ในปัจจุบันการไฟฟ้าหรือผู้ใช้ไฟฟ้าได้ให้ความสำคัญกับคุณภาพไฟฟ้ามากขึ้น เนื่องจากในระบบไฟฟ้าและโดยเฉพาะ ในกระบวนการผลิตของอุตสาหกรรม ได้มีการใช้อุปกรณ์ที่มีเทคโนโลยีสูงกว่าเดิมในอดีต ซึ่งคุณลักษณะการทำงานของอุปกรณ์ดังกล่าวจะไวต่อการเปลี่ยนแปลงต่อกระแสและแรงดัน คือถ้ามีขนาดและรูปร่างผิดเพี้ยน ไปจากสภาพการจ่ายไฟปกติ อาจจะทำให้อุปกรณ์มีการทำงานผิดพลาดหรือเกิดการชำรุดเสียหายขึ้นได้ ซึ่งเป็นปัญหาคุณภาพไฟฟ้าที่ต้องมีการป้องกันและแก้ไข โดยสาเหตุหลักที่ทำให้กระแสและแรงดันในระบบไฟฟ้ามีขนาดและรูปร่างผิดเพี้ยนไปจากสภาพการจ่ายไฟปกติ มีสาเหตุเกิดจากฮาร์มอนิกที่มีอยู่ในระบบไฟฟ้า ซึ่งเนื่องจากปัจจุบันโรงงานอุตสาหกรรมและอาคารพาณิชย์มีการใช้อุปกรณ์สมัยใหม่เทคโนโลยีสูงที่ทำจากอุปกรณ์ทางด้านโซลิดสเตท เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการควบคุมกระบวน การผลิตให้มีคุณภาพและได้ปริมาณตามที่ต้องการและในอนาคตจะมีแนวโน้มการใช้มากขึ้นเรื่อยๆ โดยส่วนใหญ่เป็นอุปกรณ์ที่มีการทำงานแบบไม่เป็นเชิงเส้น (Non-liner load) ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดฮาร์มอนิก เช่นคอนเวอร์เตอร์ (Convertor) ตัวเรียงกระแสกำลัง ( Power Rectifier) และชุดขับเคลื่อนปรับความเร็ว(Adjustable-Speed Drive) เป็นต้น
ด้วยผลของการใช้อุปกรณ์ที่มีการทำงานแบบไม่เป็นเชิงเส้น อุปกรณ์ดังกล่าวจะจ่ายกระแสฮาร์มอนิกเข้าสู่ระบบไฟฟ้า ภายในของผู้ใช้ไฟเอง หรือถ้าเป็นอุปกรณ์ที่มีพิกัดขนาดใหญ่ กระแสฮาร์มอนิกนั้นอาจไหลเข้าสู่ระบบไฟฟ้าอื่นในบริเวณข้างเคียง จากผลกระทบของฮาร์มอนิกส์ทำให้กระแสและแรงดันในระบบมีขนาดและรูปร่างเพี้ยน ( Distortion) ไปจากสภาพการจ่ายไฟปกติ ซึ่งเป็นผลทำให้อุปกรณ์มีการทำงานผิดพลาดหรือเกิดการชำรุดเสียหายได้ และเพื่อเป็นการเตรียมพร้อมสำหรับการป้องกันและแก้ไขปัญหาดังกล่าวที่เกิดขึ้นในระบบไฟฟ้าในบ้านเรา ในบทความนี้จะกล่าวถึงความเข้าใจเบื้องต้น และภาพโดยรวมทั่วไปของฮาร์มอนิก แหล่งกำเนิดฮาร์มอนิก และผลกระทบที่เกิดจากปัญหาฮาร์มอนิก เพื่อเป็นความเข้าใจเบื้องต้นก่อนที่จะศึกษาและทำการวิเคราะห์แก้ไขปัญหาฮาร์มอนิกขั้นต่อไปซึ่งเป็นส่วนหนึ่งที่จะช่วยทำให้ระบบ ไฟฟ้าในบ้านเรา มีคุณภาพยิ่งขึ้น
คำนิยามฮาร์มอนิก
ฮาร์มอนิก (Harmonic) คือส่วนประกอบในรูปสัญญาณคลื่นไซน์ (Sine wave) ของสัญญาณหรือปริมาณเป็นคาบใดๆ
ซึ่งมีความถี่เป็นจำนวนเต็มเท่าของความถี่หลักมูล (Fundamental Frequency ในระบบไฟฟ้า เรามีค่าเท่ากับ 50 Hz) เช่นฮาร์มอนิกลำดับที่
3 มีค่าความถี่เป็น 150Hz และฮาร์มอนิกลำดับที่
5 มีค่าความถี่เป็น 250Hz ฯ แสดงดังรูป
ในทางคณิตศาสตร์สามารถใช้อนุกรมฟูเรียร์อธิบายคุณลักษณะของฮาร์มอนิกส์ได้ โดยสัญญาณหรือฟังก์ชัน ที่เป็นคาบใดๆ สามารถกระจายให้อยู่ในรูปผลรวมของฟังก์ชันตรีโกณมิติที่ความถี่ต่างๆเป็นฟังก์ชันคาบที่เขียนแทนด้วย f (t ) ดังสมการ
มาตรฐาน IEC
และ IEEE ใช้ค่าความเพี้ยนฮาร์มอนิกส์: %THD
(Total Harmonic Distortion) เป็นค่าบอกระดับความเพี้ยนฮาร์มอนิก โดยเทียบจากอัตราส่วนระหว่างค่ารากที่สองของผลบวกกำลังสองของส่วนประกอบฮาร์มอ
นิกกับค่าของส่วนประกอบความถี่หลักมูลเทียบเป็นร้อยละ ซึ่งจะแยกออกเป็น
ค่าความเพี้ยนกระแสฮาร์มอนิกรวม และค่าความเพี้ยนแรงดันฮาร์มอนิกรวม
Vh (rms) : ค่า rms ของแรงดันฮาร์มอนิกลำดับที่ h
Ih (rms) : ค่า rms ของกระแสฮาร์มอนิกลำดับที่ h
V1 (rms) : ค่า rms ของแรงดันที่ความถี่หลักมูล
I1 (rms) : ค่า rms ของกระแสที่ความถี่หลักมูล
การทดลอง
V1 (rms) : ค่า rms ของแรงดันที่ความถี่หลักมูล
I1 (rms) : ค่า rms ของกระแสที่ความถี่หลักมูล
การทดลอง
1. ใช้ Current Probe จับสัญญาณกระแสไฟฟ้าที่จ่ายให้กับหลอดไฟแบบต่างๆ
- สัญญาณกระแสไฟฟ้าที่ใช้ในหลอดอินแคนเดสเซนต์
- สัญญาณกระแสไฟฟ้าที่ใช้ในหลอดตะเกียบ
2. ใช้มิเตอร์วัดค่าต่างๆทางไฟฟ้า สำหรับหลอดไฟแบบต่างๆ ดังนี้
หลอดตะเกียบ
หลอดอินแคนเดสเซนต์
หลอดฟลูออเรสเซนต์ใหญ่
หลอดฟลูออเรสเซนต์ (แบบบัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์)
สรุปผลการทดลอง
1. กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวนำจะเกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic flux field) รอบๆตัวนำนั้น หลักการทำงานของ Current Probe คือการเหนี่ยวนำเอาสนามแม่เหล็กดังกล่าวแล้วเปลี่ยนมาเป็นแรงดัน (ทำงานเหมือน C.T) และส่งให้ออสซิลโลสโคปวัดผลต่อไป
2. หลอดไฟฟ้าแบบต่างๆ
มีลักษณะการทำงานที่สำคัญตามตารางต่อไปนี้
ซึ่งจากตารางจะพบว่าหลอดตะเกียบและหลอดฟลูออเรสเซนต์ ที่ใช้บัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์นั้น จะมีการสร้าง Harmonic ขึ้นมาในวงจรสูงมาก เนื่องจากทั้งคู่มี %THD เป็น 108.1% และ 123.3% ตามลำดับ
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น