Lab 8

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
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
  
ค่าความเพี้ยนฮาร์มอนิกรวม
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
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