Transcript ความรู้พนื้ ฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า(252282) วงจรไฟฟ้าสามเฟส กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ห้องวิจยั การออกแบบวงจรด้วยระบบคอมพิวเตอร์ (CANDLE) ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้ า คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

้
ความรู ้พืนฐานทาง
วิศวกรรมไฟฟ้า(252282)
วงจรไฟฟ้าสามเฟส
กสิณ ประกอบไวทยกิจ
ห ้องวิจยั การออกแบบวงจรด ้วยระบบคอมพิวเตอร ์
(CANDLE)
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้ า คณะวิศวกรรมศาสตร ์
มหาวิทยาลัยเชียงใหม่
วัตถุประสงค ์
 เข ้าใจเครือ
่ งกาเนิดไฟฟ้ า
3 เฟส
 เข ้าใจการต่อ ขดลวดของเครือ
่ งกาเนิ ด
ไฟฟ้ า 3 เฟส
 เข ้าใจการกระจายกาลังไฟฟ้ า 3 เฟส
 เข ้าใจโหลดสมดุ ล ของระบบไฟฟ้ า 3
เฟสแบบ Y
 เข ้าใจโหลดสมดุ ล ของระบบไฟฟ้ า 3
่
เครืองก
าเนิ ดไฟฟ้า 3 เฟส
่
่ ด
ประกอบด้วยขดลวด 3 ชุด เคลือนที
ต
ั สนามแม่เหล็กซึง่
ทาให้เกิดแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมขดลวด aa’, bb’ และ cc’
่ า ขดลวดมี ล ก
ซึงถ้
ั ษณะเหมื อ นกัน ทุ ก ประการ จะได้
แรงดน
ั ไฟฟ้าเท่ากัน แต่ค่าสู งสุดจะเกิดคนละเวลากัน(มี
มุมเฟสต่างกันนั่นเอง)
่
เครืองก
าเนิ ดไฟฟ้า 3 เฟส
vaa'  VP sin(ωt)
vbb'  VP sin(ωt  120)
vcc'  VP sin(ωt  240)
เ ขี ย น ใ น รู ป ข อ ง
Phaser ได้เป็ น
Vaa'  VP 0
Vbb'  VP   120
Vcc'  VP   240  VP 120
ซึ่ ง ผ ล ร ว ม ข อ ง แ ร ง ดั น
่ ั  V  V ๆ คืVอ 00  V   120  V 120  0
ช
Vaaวขณะใด
'
bb '
cc '
P
P
P
่
เครืองก
าเนิ ดไฟฟ้า 3 เฟส
่
่
ถ้าขดลวดเคลือนที
ทวนเข็
มนาฬิกา
รู ป ค ลื่ น ข อ ง แ ร ง ดั น ไ ฟ ฟ้ า
vaa’ จะถึงค่าพีคด้านบวกก่อน vbb’ และ
่
ตามด้ว ย vcc’
ซึงภายใต้
่
่
่
่ าเนิ ดไฟฟ
เงื
อนไขดั
ง
กล่
า
วเครื
องก
ิก า
ถ้าขดลวดเคลือนทีตามเข็
มนาฬ้ ามี
ก
ร ลื
เ ่ รีน ยขงอลง าแ ดัร บง เดั ฟน ไส ฟ
แ ฟ
บ้ บ
รู ปา ค
า
abc
v
aa’ จะถึงค่าพีคด้านบวกก่อน vcc’ และ
่
ตามด้ว ย v
ซึงภายใต้
่
การต่อขดลวดของเครืองก
าเนิ ด
ไฟฟ้า 3 เฟสแบบ Y
การต่อขดลวดแบบวาย (Y)
้ านต้น
-แรงดันระหว่างขัวด้
ข อ ง ข ด ล ว ด
แ ต่ ล ะ ชุ ด ก ั บ Neutral
เ รี ย ก ว่ า แ ร ง ดั น
ไ ฟ ฟ้ า เ ฟ ส ( Phase
Voltage,
Van,
Vbn,
Vcn)
้ านต้น
-แรงดันระหว่างขัวด้
ข อ ง ข ด ล ว ด
่
การต่อขดลวดของเครืองก
าเนิ ด
ไฟฟ้า 3 เฟสแบบ Y
เราทราบว่า
Vab  Van  Vbn
เนื่ องจาก
Van  VP 0  VP (1  j 0)
้
ดังนัน
Vbn  VP   120  VP (0.5  j0.87)
Vab  VP (1  j 0)  VP (0.50  j 0.87)
 3VP 30 [V]
่
การต่อขดลวดของเครืองก
าเนิ ด
ไฟฟ้า 3 เฟสแบบ Y
ในทานองเดียวกัน
Vbc  Vbn  Vcn  3VP  90
Vca  Vcn  Van  3VP-210
ถ้ากาหนดให้
Vline  Vab  Vbc  Vca
Vphase  Van  Vbn  Vcn
Vline  3Vphase
่
การต่อขดลวดของเครืองก
าเนิ ด
ไฟฟ้า 3 เฟสแบบ Y
เฟสเซอร ์ไดอะแกรม
่
การต่อขดลวดของเครืองก
าเนิ ด
ไฟฟ้า 3 เฟสแบบ 
Vline  Vphase
การกระจายกาลังไฟฟ้า 3 เฟส
- การต่อสามเฟสทางด้านส่ง
่
โดยทัวไปตั
วกาเนิ ดไฟฟ้าจะต่อแบบ Y จะ
การกระจายกาลังไฟฟ้า 3 เฟส
- การต่อหม้อแปลงแบบ Y- 
ปฐมภู ม ิ
(Primary)
ทุตย
ิ ภู ม ิ
(Secondary)
การกระจายกาลังไฟฟ้า 3 เฟส
- การต่อหม้อแปลงแบบ  - Y
ปฐมภู ม ิ
(Primary)
ทุตย
ิ ภู ม ิ
(Secondary)
การกระจายกาลังไฟฟ้า 3 เฟส
- การต่อหม้อแปลงแบบแยกเป็ นวงจร 1
เฟส
โหลดสมดุลของระบบไฟฟ้า 3
เฟสแบบ Y
โห ลด ส มดุ ล ห ม าย ถึ ง โ หล ด ที่ มี ค่ า
อิมพีแดนซ ์ทัง้ 3 เฟสเท่ากัน
ถ้า an เป็ นเฟสอ้างอิง แรงดันเฟสจะมี
ค่าเป็Vanน V0, Vbn  V 120, Vcn  V120
โหลดสมดุลของระบบไฟฟ้า 3
เฟสแบบ Y
สาหร ับกระแสเราจะได้ว่า
Iline  I phase
่
ซึงเราสามารถสรุ
ปได้วา
่
I aA 
Van
V
V
, IbB  bn  I aA   120, I cC  cn  I aA 120
Zp
Zp
Zp
โหลดสมดุลของระบบไฟฟ้า 3
เฟสแบบ Y
่
ซึงเราสามารถเขี
ยนเฟสเซ
กระแสได้ด ังรู ป และ
I n  I aA  I bB +I cC  0
เราสามารถหากาลังไฟฟ้าในแต่ละเฟส
P
V I
cos 
ได้เป็ น
phase
phase pha se
โหลดสมดุลของระบบไฟฟ้า 3
เฟสแบบ Y
โดย  เป็ นมุ ม ต่ า งเฟสระหว่ า งแรงดัน
เฟส(Vphase)กับกระแสเฟส(Iphase) หรือ
มุมของ Zp นั่นเอง และเนื่ องจากการต่อ
แ บ บ นี ้ จ ะ เ ห็ น ว่ า ค่ า แ ร ง ดัน เ ฟ ส แ ล ะ
กระแสเฟสของแต่ละเฟสมีขนาดเท่ากัน
้
เราจึงสามารถหาก
าลั
ง
รวมได้
ด
ง
ั
นี
P=3Pphase  3V
I
cos

phase pha se
ตัวอย่าง
Z  1545 [], V
จากรู ป กาหนดให้
P
line
 208 [V]
่
่
(ก) แรงดันไฟฟ้าทีเฟส
(ข) กระแสไฟฟ้าทีสาย
(ค) เขียนเฟสเซอร ์ ไดอะแกรมของข้อ (ก) และ (ข)
(ง) กาลังไฟฟ้าในแต่ละเฟส
่ ายให้โหลด
(จ) กาลังไฟฟ้ารวมทีจ่
ตัวอย่าง
่
(ก) แรงดันไฟฟ้าทีเฟส
Vphase 
Vline
208
=
 120[V]
3
3
Van  1200[V], Vbn  120  120[V], Vcn  120120[V]
ตัวอย่าง
่
่ าก ับกระแสไฟทีเฟส)
่
(ข) กระแสไฟฟ้าทีสาย
(ซึงเท่
I aA 
Van 1200

 8.0  45 [A]
ZP 1545
I bB 
Vbn 120  120

 8.0  165 [A]
ZP
1545
I cC 
Vcn 120120

 8.075 [A]
ZP
1545
ตัวอย่าง
(ค) เขีย นเฟสเซอร ์ ไดอะแกรมของข้อ (ก) และ
(ข)
ตัวอย่าง
(ง) กาลังไฟฟ้าในแต่ละเฟส
จาก (ก) และ (ข) เราจะเห็ น ว่ า มุ ม เฟสของ
แรงดันกับกระแสต่างกันอยู ่ 45°
P=Vphase I pha se cos 
=120  8.0  cos(45)  678.82 [W]
ตัวอย่าง
(จ)
่ ายให้โหลด
กาลังไฟฟ้ารวมทีจ่
P=3Pphase
=3  678.82  2.036[ kW]
โหลดสมดุลของระบบไฟฟ้า 3
เฟสแบบ Y
ในกรณี โหลดสมดุลแบบ Y
ต่อกับ
่ อขดลวดแบบ  ดัง
แหล่งจ่ายไฟฟ้าทีต่
รู ป กระแสไฟฟ้ าและก าลังไฟฟ้ าจะ
่ าวไป
เหมือนกับการต่อแบบ Y
ทีกล่
ข้างต้น ยกเว้นแรงดันต้องหาด้วย
Vline  3Vphase
โหลดสมดุลของระบบไฟฟ้า 3
เฟสแบบ 
I AB
Vline  Vphase
แล
ะ
Vab Vline


 0
Zp
Zp
I BC 
Vbc Vline

  120
Zp
Zp
I CA 
Vca Vline

120
Zp
Zp
โหลดสมดุลของระบบไฟฟ้า 3
เฟสแบบ 
่
ซึงสามารถเขี
ยนเฟสเซอร ์
ไดอะแกรมได้ด ังรู ป
กระแสไฟฟ้าทัง้ 3
เฟสมีขนาดเท่ากัน
และมีมุมเหสต่างกัน
120°
โหลดสมดุลของระบบไฟฟ้า 3
เฟสแบบ 
่
จากวงจรในรู ป เมือใช้
เคอร ์ชอฟฟ์
่ ด A จะได้กระแสไฟฟ้าที่
พิจารณาทีจุ
I  I  I  I 0  I 120
่
สายในเทอมของกระแสไฟฟ
้
าที
เฟสคื
อ
=I
(1  j 0)  I
(0.5  j 0.87)
aA
AB
phase
CA
phase
phase
=I phase (1.5  j 0.87)
=1.73I phase   30 [A]
phase
Iline  3I phase
โหลดสมดุลของระบบไฟฟ้า 3
เฟสแบบ 
่
ในเรืองของก
าลังไฟฟ้าเราสามารถหาได้
จากสมการ
P=3Pphase  3Vphase I pha se cos 
=3Vline
Iline
3
cos 
= 3Vline Iline cos 
โหลดสมดุลของระบบไฟฟ้า 3
เฟสแบบ Y
่
ในเรืองของก
าลังไฟฟ้าในกรณี ตอ
่ โหลด
แบบ Y เราสามารถหาได้
จ
ากสมการ
V
Vphase =
line
3
, Iline  I phase
P=3Pphase  3Vphase I pha se cos 
=3
Vline
3
Iline cos 
= 3Vline Iline cos 
โหลดสมดุลของระบบไฟฟ้า 3
เฟสแบบ 
่
ในเรืองของก
าลังไฟฟ้าในกรณี ตอ
่ โหลด
แบบ  เราสามารถหาได้จIากสมการ
Vphase =Vline , I phase 
line
3
P=3Pphase  3Vphase I pha se cos 
=3Vline
Iline
3
cos 
= 3Vline Iline cos 
โหลดไม่สมดุลของระบบไฟฟ้า 3
เฟส
ในกรณี ท ี่ ZA, ZB, ZC ไม่เท่ากัน เราจะคิด
ค่าต่าง ๆ ได้โดยการใช้กฎของเคอร ์ชอฟฟ์
่ มพีแดนซ ์ทีละตัว และกาลังไฟฟ้า
คิดทีอิ
ตัวอย่าง
จากรู ป จงหากระแสไฟฟ้าในสาย
กระแสไฟฟ้า Neutral และกาลังไฟฟ้ารวม
ถ้Vา  120 [V], Z  10 [], Z  3  j 4 [], Z  10 - j10 []
phase
A
B
C
ตัวอย่าง
หากระแสไฟฟ้าในสาย
I An
I Bn
I Cn
Vphase 0
120


0  120 [A]
100
10
Vphase   120 120  120


 2  173.1 [A]
3  j4
553.1
Vphase 120 120120


 8.5165 [A]
10  j10
14.1  45
I n =I An  I Bn  I Cn  120  2  173.1  8.5165  19.5178 [A]
ตัวอย่าง
กาลังไฟฟ้ารวมสามารถหาได้จาก
Phase A: P=V I cos
phase phase
=120 12 1.0=1.44 [kW]
Phase B: P=120  2  cos(53.1)
Phase C:
=120  2  0.6=0.144 [kW]
P=120  8.5  cos(45)
=120  8.5  0.707=0.721 [kW]
้ าลังไฟฟ
P=1.44
 0.144  0.721  2.305 [kW]
เพราะฉะนันก
้ ารวม