คลิกที่นี่

Download Report

Transcript คลิกที่นี่

บทที่ 2 Transformer
หลักการพืน
้ ฐาน
2.2 โครงสร ้างของหม ้อแปลงไฟฟ้ า
2.3 การเกิดแรงดันเหนีย
่ วนา
2.4 วงจรสมมูลย์ (Equivalent Circuit)
ของหม ้อแปลงขณะไร ้โหลด
2.5 หม ้อแปลงเมือ
่ มีโหลด
2.1
วงจรแม่เหล็ก (ต่อ)
2.6
เฟสเซอร์ ไดอะแกรม (Phasor
Diagram) ของหม ้อแปลง
2.7 Approximate Equivalent Circuits
2.8 Open-circuit Test หรือ No-load Test
2.9 Short-circuit Test
2.10 Voltage Regulation
วงจรแม่เหล็ก (ต่อ)
2.11
ิ ธิภาพของหม ้อแปลง
ประสท
(Efficiency)
2.12 All-day Efficiency
2.1
หลักการพืน
้ ฐาน
 ในการทีจ่ ะสง่ จ่ายพลังงานไฟฟ้ าได ้ประหยัด
ิ ธิภาพเป็ นระยะทางไกลๆ จะต ้องใช ้
มีประสท
ระดับแรงดันสูงๆในการสง่ จ่าย เพือ
่ ให ้เกิด
ี (I2R) ในสายสง่ ให ้น ้อยทีส
กาลังสูญเสย
่ ด
ุ แต่
เมือ
่ ถึงปลายทาง เพือ
่ ให ้เกิดความปลอดภัยแก่
้
ผู ้ใชงาน
พลังงานไฟฟ้ าจะต ้องถูกแปลงลงมา
ทีร่ ะดับแรงดันตา่ ๆ หม ้อแปลงไฟฟ้ าเป็ น
้
อุปกรณ์ทใี่ ชในการส
ง่ จ่ายพลังงานไฟฟ้ าที่
หลักการพืน
้ ฐาน (ต่อ)
2.2
โครงสร ้างของหม ้อแปลง
ไฟฟ้ า
2.2.1 แกนเหล็ก (Core)
หม ้อแปลงไฟฟ้ าจะประกอบด ้วยแกน
เหล็ก ซงึ่ จะทาหน ้าทีเ่ ป็ นวงจรแม่เหล็ก
ิ ก
แกนเหล็กจะทาด ้วยเหล็กผสมซล
ิ อน
ซงึ่ จะทาให ้ Reluctance มีคา่ ตา่ r มีคา่ สูง
แกนเหล็กจะเป็ นแผ่นเหล็กบางๆเพือ
่ ให ้
เกิด loss น ้อย โดยแต่ละแผ่นจะถูก
เคลือบไว ้ด ้วยฉนวนไฟฟ้ า
โครงสร ้างของหม ้อแปลงไฟฟ้ า (ต่อ)
 แกนเหล็กของหม ้อแปลง โดยทัว่ ไปจะแบ่ง
ออกได ้เป็ น 3 ชนิดคือ
Winding
Laminated Iron
รูปที่ 2.1 หม ้อแปลง (a) core-type (b)
shell-type (c) Berry-type.
โครงสร ้างของหม ้อแปลงไฟฟ้ า (ต่อ)
2.2.2 ขดลวด (Winding)
I1 = Effective value
ของกระแส
i1 =i Instantaneous
max
Icurrent
1 
2
รูปที่ 2.2 หม ้อแปลงไฟฟ้ า ลูกศรแสดง
ถึงทิศทางทีเ่ ป็ นบวก
โครงสร ้างของหม ้อแปลงไฟฟ้ า (ต่อ)
2.2.2 ขดลวด (Winding)
I1 = Effective value
ของกระแส
i1 =i Instantaneous
max
Icurrent
1 
2
รูปที* ่ถ2.2
หม
้อแปลงไฟฟ้
า
ลู
ก
ศรแสดง
้าหากทางด ้าน Secondary ไม่ได ้ต่อโหลด
ถึงทิจะมี
ศกทางที
ระแส i0 เ่ ป็ นบวก
ไหลทางด ้าน Primary เล็กน ้อย เรียกว่า
Exciting current
2.3
การเกิดแรงดันเหนีย
่ วนา
ในขัน
้ แรก ให ้พิจารณากรณีทเี่ ป็ น Ideal
Transformer ก่อน กล่าวคือ
(a)ไม่ม ี Iron loss (Core loss)
(b)ไม่คด
ิ ความต ้านทานของ Winding
์ ม่เหล็กเดินทางอยูใ่ นขดลวดทัง้
(c) ฟลักซแ
สองทัง้ หมด (ไม่ม ี Leakage flux)
•
การเกิดแรงดันเหนีย
่ วนา (ต่อ)
รูปที่ 2.3 No load phasor diagram ของ
Ideal transformer ซงึ่ ไม่ม ี Iron loss และ
ความต ้านในขดลวด (n1/n2 = 2)
การเกิดแรงดันเหนีย
่ วนา (ต่อ)
• เนือ
่ งจาก i0 เป็ นกระแสสลับเปลีย
่ นค่าตามเวลา  จะ
เปลีย
่ นแปลงตามเวลาด ้วย
e2g จะมีทศ
ิ ทางเดียวกันกับ e1g
์ วั เดียวกัน
ลักซต
เนือ
่ งจากเกิดจากฟ
การเกิดแรงดันเหนีย
่ วนา (ต่อ)
• แทนค่า  จากสมการที่ (2.1) ลงในสมการที่ (2.2) จะได ้
การเกิดแรงดันเหนีย
่ วนา (ต่อ)
• จากสมการ (2.4) จะพบว่า e1g เป็ น sine curve ทีล
่ ้าหลัง
flux,  อยู่ 90
2fn1m
m

ั ญาณของ e1g ในสมการที่
รูปที่ 2.4 รูปสญ
2.4
การเกิดแรงดันเหนีย
่ วนา (ต่อ)
การเกิดแรงดันเหนีย
่ วนา (ต่อ)
การเกิดแรงดันเหนีย
่ วนา (ต่อ)
กรณีคด
ิ Iron loss (Core loss)
้ าหม ้อแปลงจะมี loss
โดยทั่วไป แกนเหล็กทีใ่ ชท
ซงึ่ ยังผลให ้  ล ้าหลัง Exciting current, I0
รูปที่ 2.5 No load phasor diagram
ของหม ้อแปลงไฟฟ้ า (อัตราสว่ นของ
ขดลวดทางด ้านปฐมภูมต
ิ อ
่ ทุตย
ิ ภูมเิ ท่ากับ
การเกิดแรงดันเหนีย
่ วนา (ต่อ)
 Power input ของหม ้อแปลงเท่ากับ E1I0 cos
 และเนือ
่ งจากเอาต์พท
ุ เป็ นศูนย์ ทาให ้อินพุท
คือ Iron loss นั่นเอง (จริงๆแล ้วยังคงมี Cu loss
คือ I02R1 อยู่ แต่เนือ
่ งจาก I0 น ้อยมาก ทาให ้

current, I0ดจะประกอบด
้วย 2 สว่ น
CuExciting
loss น ้อยมากจนตั
ทิง้ ได ้)
คือ
สว่ นของ Magnetizing current, IM = I0 sin  ที่
ทาให ้เกิด flux,  ขึน
้ สว่ นของ Core loss, Ic = I0
cos  ซงึ่ core loss = E1I0 cos 
ประกอบด ้วย Hysteresis และ Eddy-current
การเกิดแรงดันเหนีย
่ วนา (ต่อ)
 ดังนัน
้ จะได ้สมการของ Exciting current ขณะ
ไร ้โหลด คือ
การเกิดแรงดันเหนีย
่ วนา (ต่อ)
Hysteresis loss
เนือ
่ งจากการะแสทีไ่ หลเข ้า Primary winding
ของหม ้อแปลงเป็ นไฟกระแสสลับทาให ้ฟลักซ ์
แม่เหล็กทีเ่ กิดขึน
้ เปลีย
่ นแปลงตามกระแส การ
เปลีย
่ นแปลงนีท
้ าให ้โดเมนของเหล็กกลับไปมา
จึงทาให ้เกิด Hysteresis loss ขึน
้ โดย
Hysteresis loss นีจ
้ ะแปรผันตรงตามความถีแ
่ ละ
B1.6 (B = Max. flux density)
การเกิดแรงดันเหนีย
่ วนา (ต่อ)
Eddy current loss
รูปที่ 2.6 แกนเหล็กของหม ้อ
แปลงไฟฟ้ า
การเกิดแรงดันเหนีย
่ วนา (ต่อ)
Eddy current loss
รูปที่ 2.6 แกนเหล็กของหม ้อ
แปลงไฟฟ้ า
 Eddy-current loss จะแปรผันตามกาลังสองของ flux
density, B และกาลังสองของความถี่
2.4 วงจรสมมูลย์ (Equivalent Circuit) ของ
หม ้อแปลงขณะไร ้โหลด
้
 พารามิเตอร์ทใี่ ชในการเขี
ยนวงจรสมมูลย์
ประกอบด ้วย R1, R2, X1 และ X2
รูปที่ 2.7 แกนเหล็ก
ของหม ้อแปลงไฟฟ้ า
1l = Primary leakage flux
2l = Secondary leakage flux
รูปที่ 2.8 วงจรสมมูลย์ของ
หม ้อแปลงจริง
วงจรสมมูลย์ (Equivalent Circuit) ของ
หม ้อแปลงขณะไร ้โหลด (ต่อ)
 ความต ้านทาน, R0 และ Reactance, X0 ที่
เกิดจาก Core loss และ Magnetization
ตามลาดับ
รูปที่ 2.9 วงจรสมมูลย์ของ
หม ้อแปลง
2.5
่ โหลด
หม้อแปลงเมือมี
 เมือ
่ มีโหลดมาต่อทางด ้าน Secondary ของ
หม ้อแปลง จะเกิด I2 ไหล
รูปที่ 2.10 วงจรสมมูลย์ของหม ้อแปลง
ไฟฟ้ าขณะจ่ายโหลด
่ โหลด (ต่อ)
หม้อแปลงเมือมี
รูปที่ 2.11 เฟสเซอร์ไดอะแกรมของหม ้อแปลง
ไฟฟ้ าขณะจ่ายโหลด
(อัตราสว่ นขดลวดทางด ้านปฐมภูมต
ิ อ
่ ทุตย
ิ ภูม ิ
่ โหลด (ต่อ)
หม้อแปลงเมือมี
 เนือ
่ งจาก flux,  ทีเ่ กิดขึน
้ ในแกนเหล็กเท่ากันตลอด
วงจร ดังนัน
้ mmf ทีเ่ กิดขึน
้ ทางด ้าน Primary และ
Secondary จะต ้องเท่ากัน นั่นคือ
I1 n2 1


I 2 n1 a
(2.11)
2.6 เฟสเซอร ์ ไดอะแกรม (Phasor
Diagram) ของหม้อแปลง
รูปที่ 2.12 Complete phasor diagram ของหม้อแปลง
ไฟฟ้ าจริงขณะจ่ายโหลด P.F.=0.95
Lagging (อัตราส่วนขดลวดทางด ้านปฐมภูมต
ิ อ
่ ทุตยิ ภูมิ
2.7 Approximate Equivalent Circuits
(1) ในขัน
้ แรกจะย ้ายค่าต่างๆทางด ้าน Secondary ไป
ทางด ้าน Primary โดยเปลีย
่ นแปลง Magnitude ตาม
ั สว่ นของ Turn ratio ดังนี้
สด
รูปที่ 2.13 วงจรสมมูลย์ของหม ้อแปลงไฟฟ้ าจริง
์ างด ้านทุตย
เมือ
่ อิมพีแดนซท
ิ ภูมถ
ิ ก
ู ย ้ายไปทางด ้าน
Approximate Equivalent Circuits (ต่อ)
(2) ขัน
้ ต่อไป พิจารณาว่า I0 มีคา่ เพียงเล็กน ้อยเมือ
่ เทียบ
กับ I1 ซงึ่ โดยทัว่ ไปจะประมาณ 0.5-2 % ของกระแสเต็มที่
จึงสามารถเขียนวงจรรูปที่ 2.13 ได ้ใหม่ดงั รูปที่ 2.14
รูปที่
2.14
Approximate Equivalent Circuits (ต่อ)
รูปที่ 2.15 Approximate equivalent
circuit ของหม ้อแปลงไฟฟ้ า
2.8 Open-circuit Test หรือ No-load
Test
รูปที่ 2.16 Open-circuit test ของ
หม ้อแปลงไฟฟ้ า
Open-circuit Test หรือ No-load Test (ต่อ)
 Power input ภายใต ้เงือ
่ นไขนี้ จะเท่ากับ Iron
loss บวกกับ Cu loss ซงึ่ น ้อยมากตัดทิง้ ได ้ แต่
เนือ
่ งจากค่า W0 ทีอ
่ า่ นได ้จาก wattmeter รวมค่า
Power loss ในตัวมันเอง และใน Ammeter ด ้วย
ดังนัน
้
Open-circuit Test หรือ No-load Test (ต่อ)
 Open circuit test ปกติแล ้วจะเปิ ดวงจรทางด ้าน
High voltage และวัดค่าต่างๆทางด ้าน Low
voltage เนือ
่ งจากว่าถ ้าทาการวัดค่าต่างๆทางด ้าน
High voltage จะต ้องใช ้ Rated voltage ทีส
่ งู
ขณะทีก
่ ระแสมีคา่ ตา่ มาก อ่านค่าได ้ยาก
Open-circuit Test หรือ No-load Test (ต่อ)
2.9 Short-circuit Test
 ในการหา Cu losses (I2Re) ของขดลวดทัง้
ทางด ้าน Primary และ Secondary จะกระทาได ้
โดยการต่อวงจรดังรูป 2.17
Short-circuit Test (ต่อ)
Short-circuit Test (ต่อ)
Open/Short-circuit Test (ต่อ)
Open/Short-circuit Test (ต่อ)
Open/Short-circuit Test (ต่อ)
2.10 Voltage Regulation
1. คานวณได ้จากความแตกต่างของแรงดัน
ทางด ้านทุตย
ิ ภูมใิ นสภาวะไร ้โหลด (No load) กับ
สภาวะจ่ายโหลดเต็มที่ (Full load) โดยแสดงเป็ น
เปอร์เซนต์เทียบกับแรงดันที่ Full load ของ
ทางด
้านทุตย
ิ ภูม ิ เมือ
่ ให
้แรงดันทางด ้านปฐมภู
2. คานวณจากการเปลี
ย
่ นแปลงของแรงดั
น มิ
คงที
ทางด่ ้านปฐมภูมท
ิ ต
ี่ ้องการในการทาให ้แรงดัน
ทางด ้านทุตย
ิ ภูมค
ิ งทีจ
่ ากสภาวะไร ้โหลดไปยัง
Full load โดยแสดงเป็ นเปอร์เซนต์เทียบกับ
แรงดันที่ Full load ของทางด ้านปฐมภูม ิ
Voltage Regulation (ต่อ)
Voltage Regulation (ต่อ)
Voltage Regulation (ต่อ)
2.11 ประสิทธิภาพของหม้อแปลง
(Efficiency)
ิ ธิภาพของหม ้อแปลง (Efficiency)
ประสท
(ต่อ)
2.12 All-day Efficiency
All-day Efficiency (ต่อ)
All-day Efficiency (ต่อ)
All-day Efficiency (ต่อ)
All-day Efficiency (ต่อ)
All-day Efficiency (ต่อ)
All-day Efficiency (ต่อ)