252282 - (252282(252282(CANDLE

This preview shows page 1 out of 259 pages.

You've reached the end of your free preview.

Want to read all 259 pages?

Unformatted text preview: กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) ความรู้ พนื้ ฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า(252282) ความรู้พนื้ ฐานเบือ้ งต้ น กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ห้องวิจยั การออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิ กส์ดว้ ยระบบคอมพิวเตอร์(CANDLE) ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้ า คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ วัตถุประสงค์ เข้าใจความหมายของงานและพลังงาน เข้าใจความหมายและหาค่าของประสิ ทธิ ภาพได้ อธิ บายโครงสร้างของสสารและอะตอมได้ อธิ บายธรรมชาติของประจุไฟฟ้ าได้ การนําไฟฟ้ าไปใช้งาน -1- กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) งานและพลังงาน งาน หมายถึง แรงที่กระทําต่อวัตถุในระยะทางใด ระยะทางหนึ่ง โดยมีความสัมพันธ์ดงั ต่อไปนี้ งาน = แรง x ระยะทาง งาน(W) มีหน่วยเป็ น จูล (Joules) แรง(F) มีหน่วยเป็ น นิวตัน (Newtons) ระยะทาง(D) มีหน่วยเป็ น เมตร (Meters) งานและพลังงาน พลังงาน มีความหมายเดียวกับงาน พลังงาน = แรง x ระยะทาง พลังงาน(W) มีหน่วยเป็ น จูล (Joules) แรง(F) มีหน่วยเป็ น นิวตัน (Newtons) ระยะทาง(D) มีหน่วยเป็ น เมตร (Meters) -2- กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) ประสิ ทธิภาพ ประสิ ทธิภาพ ของกระบวนการใด ๆ สามารถ คํานวณได้จากสมการต่อไปนี้ Wout Eff (%) 100 Win ประสิ ทธิภาพ -3- กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) โครงสร้ างของสสาร สสาร เกิดขึ้นได้จากการรวมตัวกันของธาตุต่าง ๆ ที่มี อยูต่ ามธรรมชาติ ซึ่งเมื่อนํามาพิจารณาเป็ น ส่ วนย่อย ๆ จะพบว่าประกอบด้วยอะตอมต่าง ๆ เป็ นจํานวนมาก โครงสร้ างของอะตอม อะตอม ประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กมากจํานวน 3 ชนิด คือ 1. โปรตอน (Protons) 2. นิวตรอน (Neutrons) 3. อิเล็กตรอน (Electrons) -4- กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) โครงสร้ างของอะตอม อะตอมของฮีเลียม อะตอมของอะลูมิเนียม โครงสร้ างของอะตอม - อนุภาคนิวตรอม มีมวล 1.67492 x 10-27 กก. (กลาง) อนุภาคโปรตรอน มีมวล 1.67261 x 10-27 กก. (+, e+) อนุภาคอิเล็กตรอน มีมวล 9.10956 x 10-31 กก. (-, e-) -5- กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) อิเล็กตรอนเวเลนซ์ (Valence Electron) อะตอมของอะลูมิเนียม อะตอมของเงิน อิเล็กตรอนอิสระ (Free Electron) -6- กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) ไฟฟ้าสถิต สสารหรื อวัตถุใด ๆ สามารถแสดงอํานาจของประจุ ไฟฟ้ าออกมาได้ ถ้าวัตถุน้ นั มีอนุภาคอิเล็กตรอน มากกว่าอนุภาคโปรตรอน วัตถุน้ นั จะแสดงอํานาจ ของประจุไฟฟ้ าลบ แต่ถา้ วัตถุมีอนุภาคโปรตรอน มากกว่าอนุภาคอิเล็กตรอน วัตถุน้ นั จะแสดงอํานาจ ของประจุไฟฟ้ าบวก ไฟฟ้าสถิต -7- กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) ไฟฟ้าสถิต ไฟฟ้าสถิต -8- กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) การนําไฟฟ้าไปใช้ งาน แหล่ งกําเนิดพลังงานไฟฟ้ า การนําไฟฟ้าไปใช้ งาน -9- กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) การนําไฟฟ้าไปใช้ งาน การส่ งกระแสไฟฟ้ า การนําไฟฟ้าไปใช้ งาน เสาส่ งไฟฟ้ าแรงสู ง - 10 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) การนําไฟฟ้าไปใช้ งาน การนําไฟฟ้าไปใช้ งาน การจ่ ายกระแสไฟฟ้ า ก่อนจ่ายกระแสไฟฟ้ าถึงบ้านผูใ้ ช้ไฟฟ้ า จะต้องมีการลดแรงดัน ไฟฟ้ าเสี ยก่อน โดยผ่านสถานียอ่ ย สายนี้เรี ยกว่าสายป้ อน และสาย ที่ต่อจากสายป้ อนจะส่ งต่อไปด้วยแรงดันไฟฟ้ า 12 kV สายส่ ง ระดับนี้จะกระจายไปตามถนนต่าง ๆ และต่อเข้ากับหม้อแปลง เพื่อลดระดับแรงดัน ระบบนี้เรี ยกว่าระบบจําหน่าย จากนั้น หม้อ แปลงไฟฟ้ าจะแปลงแรงดันไฟฟ้ าจาก 12,000 โวลต์ ลงเป็ น 220 โวลต์ สําหรับระบบไฟฟ้ าเฟสเดียว และเป็ น 380 โวลต์ สาหรับ ระบบไฟฟ้ าสามเฟส แล้วแต่ชนิดของผูใ้ ช้ไฟฟ้ า ระบบไฟฟ้ าแรงสู งมีอนั ตรายมาก จึงต้องใช้ ลูกถ้วย ทําหน้าที่เป็ นฉนวนไม่ให้สายไฟฟ้ า สัมผัสส่ วนของเสา - 11 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) การนําไฟฟ้าไปใช้ งาน ระบบสายบริการ หมายถึงระบบของสายไฟฟ้ าทีต่ ่ อจากหม้ อแปลงไปยังบ้ านพักอาศัย การนําไฟฟ้าไปใช้ งาน - ระบบไฟฟ้าเฟสเดียว 2 สาย - ระบบไฟฟ้าเฟสเดียว 3 สาย - 12 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) การนําไฟฟ้าไปใช้ งาน - ระบบไฟฟ้า 3 เฟสเดียว 3 สาย การนําไฟฟ้าไปใช้ งาน - ระบบไฟฟ้า 3 เฟสเดียว 4 สาย - 13 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) ความรู้ พนื้ ฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า(252282) หน่ วยและปริมาณทางไฟฟ้ า กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ห้องวิจยั การออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิ กส์ดว้ ยระบบคอมพิวเตอร์(CANDLE) ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้ า คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ วัตถุประสงค์ เข้ า ใจการไหลของกระแสอิ เ ล็ ก ตรอน และ กระแสไฟฟ้ า เข้าใจความสัมพันธ์ของกระแส ประจุไฟฟ้ าและ เวลา เข้าใจความสัมพันธ์ของแรงดัน ประจุไฟฟ้ าและ เวลา - 14 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) วัตถุประสงค์ เข้าใจหลักการการกําเนิ ดแรงดันไฟฟ้ า เ ข้ า ใ จ ค ว า ม สั ม พั น ธ์ ข อ ง แ ร ง ดั น ไ ฟ ฟ้ กระแสไฟฟ้ า และค่าความต้านทาน สามารถคํานวณค่าความต้านทานของวัตถุได้ เข้าใจวิธีการแปลงหน่วยของปริ มาณทางไฟฟ้ า า หน่ วยของประจุไฟฟ้า ประจุไฟฟ้ า(Charge, (Coulomb, C) Q) มีหน่วยเป็ น คูลอมบ์ ประจุไฟฟ้ า 1 คูลอมบ์มี 6.25 x 1018 อิเล็กตรอน 1 อิเล็กตรอน = 1.602 x 10-19 C - 15 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) กระแสไฟฟ้าและการไหลของกระแสไฟฟ้า กระแสไฟฟ้ า หมายถึง การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน อิสระไปในทิศทางเดียวกัน ต่อระยะ เวลาที่กาํ หนด (I) กระแสไฟฟ้าและการไหลของกระแสไฟฟ้า - การเคลื่ อนที่ ข องอิ เ ล็กตรอนอิ สระไปในทิ ศ ทาง เดี ยวกันจากขั้วลบไปยังขั้วบวกคื อการไหลของ กระแสไฟฟ้ า - 16 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) กระแสไฟฟ้าและการไหลของกระแสไฟฟ้า หน่ วยของกระแสไฟฟ้า - กระแสไฟฟ้ า 1 แอมแปร์ หมายถึง ประจุไฟฟ้ า 1 คูลอมบ์ เคลื่อนที่ผา่ นจุด ๆ หนึ่งภายในระยะเวลา 1 วินาที I[A] Q[C] t[s] - 17 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) แรงดันไฟฟ้า แรงดั น ไฟฟ้ า หมายถึ ง พลั ง งานที่ ผ ลั ก ดั น ให้ กระแสไฟฟ้ าไหลในวงจรไฟฟ้ าได้ ความต่ างศักย์ ไฟฟ้า หมายถึงความแตกต่างระหว่าง แรงดั น ไฟฟ้ าที่ จุ ด 2 จุ ด ใน วงจรไฟฟ้ า กระแสไฟฟ้าจะไหลจากจุดทีม่ ศี ักย์ไฟฟ้าสู งไปยังจุดทีม่ ศี ักย์ไฟฟ้าตํา่ กว่ าเสมอ แรงดันไฟฟ้า - 18 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) แรงดันไฟฟ้า - แรงดันไฟฟ้ า 1 โวลต์ หมายถึง แรงดันไฟฟ้ าที่ทาํ ให้ ประจุไฟฟ้ า 1 คูลอมบ์ เกิดพลังงาน 1 จูล E[V] W[J] Q[C] ตัวกําเนิดแรงดันไฟฟ้า ตัวกําเนิดแรงดันไฟฟ้ า หมายถึง ตัวสร้างให้เกิดแรงดันไฟฟ้ าหรื อ แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ าโดยอาศัยหลักการต่าง ๆ ดังต่อไปนี้ - 19 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) ตัวกําเนิดแรงดันไฟฟ้า - หลักการทางเคมี ตัวกําเนิดแรงดันไฟฟ้า - หลักการทางความร้ อน - 20 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) ตัวกําเนิดแรงดันไฟฟ้า - พลังงานแสงอาทิตย์ ตัวกําเนิดแรงดันไฟฟ้า - กระบวนการผลิตพลังงานไฟฟ้ าจากแสงอาทิตย์ (กฟผ.) - 21 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) ตัวกํเนิดแรงดันไฟฟ้า - หลักการของสนามแม่ เหล็ก ทิศทาง ความหนาแน่น ตัวกําเนิดแรงดันไฟฟ้า - หลักการของสนามแม่ เหล็ก ความเร็ ว เครื่ องกําเนิดไฟฟ้ า - 22 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) ตัวกําเนิดแรงดันไฟฟ้า - หลักการแรงกด ตัวต้ านทานและค่ าความต้ านทาน - ตัวต้านทาน หมายถึง สิ่ งที่ขดั ขวางหรื อต่อต้านการ ไหลของกระแสไฟฟ้ า ตัว นํา ไฟฟ้ าจะมี ค่ า ความ ต้านทานน้อย ทําให้กระแสไหลผ่านได้ดี แต่ฉนวน จะมีค่าความต้านทานมาก ทําให้กระแสไม่สามารถ ไหลผ่านฉนวนได้ - 23 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) ตัวต้ านทานและค่ าความต้ านทาน - ค่าความต้านทาน (R) จะขึ้นอยูก่ บั องค์ประกอบ 3 อย่างด้วยกัน - ค่าพิกดั ความต้านทาน() ค่าความยาวของวัตถุ (l) ค่าพื้นที่หน้าตัดของวัตถุ (a) ตัวต้ านทานและค่ าความต้ านทาน - ค่าพิกดั ความต้านทาน(Resistivity, [-m]) - 24 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) ตัวต้ านทานและค่ าความต้ านทาน - ค่าความยาวและพื้นที่หน้าตัดของวัตถุ l R a กําลังไฟฟ้า กําลังไฟฟ้ า หมายถึง การทํางาน(W) อย่างใดอย่าง หนึ่ งได้ตามเวลาที่ กาํ หนด(t) ซึ่ ง สามารถเขียนเป็ นสมการได้เป็ น W P t - 25 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) กําลังของฐาน 10 หน่ วยมาตรฐาน SI - 26 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) ความรู้ พนื้ ฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า(252282) กฎของโอห์ ม การคํานวณและการวัด กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ห้องวิจยั การออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิ กส์ดว้ ยระบบคอมพิวเตอร์(CANDLE) ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้ า คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ วัตถุประสงค์ เขียนวงจรไฟฟ้ าด้วยสัญลักษณ์ไฟฟ้ าได้ถูกต้อง บอกส่ วนประกอบของวงจรไฟฟ้ าได้ เข้าใจกฎของโอห์ม คํานวณหาค่าปริ มาณทางไฟฟ้ าต่าง ๆ ได้ รู ้วธ ิ ีการวัดค่าปริ มาณไฟฟ้ า และการใช้มิเตอร์ - 27 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) สั ญลักษณ์ และส่ วนประกอบของวงจรไฟฟ้า - วงจรไฟฟ้ าที่ ส มบู ร ณ์ จ ะต้ อ งประกอบด้ ว ย ส่ วนประกอบ 6 ประการด้วยกัน 1. แหล่งจ่ายพลังงานไฟฟ้ า (Energy Source) 2. ตัวนําไฟฟ้ า(Conductor) 3. ฉนวนไฟฟ้ า(Insulator) สั ญลักษณ์ และส่ วนประกอบของวงจรไฟฟ้า 4. ภาระไฟฟ้ า (Load) 5. อุปกรณ์ควบคุม(Control Device) 6. อุปกรณ์ป้องกัน(Protection Device) - 28 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) สั ญลักษณ์ และส่ วนประกอบของวงจรไฟฟ้า สัญลักษณ์ของความต้านทาน สั ญลักษณ์ และส่ วนประกอบของวงจรไฟฟ้า - การเขียนวงจรไฟฟ้ า (Schematic สามารถเขียนได้สองแบบดังรู ป Diagram) การเขียนแบบจุดดินร่ วมในวงจรไฟฟ้ า - 29 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) สั ญลักษณ์ และส่ วนประกอบของวงจรไฟฟ้า กฎของโอห์ ม - กระแสไฟฟ้ าในวงจรไฟฟ้ านั้น จะแปรผันตรงกับ แรงดันของแหล่งจ่ายไฟฟ้ า แต่จะแปรผกผันกับค่า ความต้านทานในวงจรไฟฟ้ า E[V] I[A] R[] - 30 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) กําลังไฟฟ้า - กําลังไฟฟ้ า หมายถึง อัตราการใช้พลังงานไฟฟ้ าต่อ หนึ่งหน่วยเวลา P[Watt] V W[J] t[s] W Q P P W/Q t/Q V QV t/Q t กําลังไฟฟ้า I Q t P IV P IV PI R 2 หรื อ - 31 - V2 P R กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) กําลังไฟฟ้า - กําลังไฟฟ้ ามีค่าเป็ นบวกหมายถึงองค์ประกอบได้รับกําลังไฟฟ้ า โดยองค์ประกอบที่รับกําลังไฟฟ้ าอย่างเดียวโดยไม่จ่ายกําลัง ไฟฟ้ าออกมา เรี ยกว่าองค์ประกอบเฉื่ อยงาน(Passive Component) P (2 [V])(3 [A]) 6 [W] P ( 2 [V])( 3 [A]) 6 [W] กําลังไฟฟ้า - กําลังไฟฟ้ ามีค่าเป็ นลบหมายถึงองค์ประกอบจ่ายกําลังไฟฟ า ออกมา โดยองค์ประกอบที่จ่ายกําลังไฟฟ้ าออกมา เรี ยกว่า องค์ประกอบไวงาน(Active Component) P (4 [V])( 5 [A]) 20 [W] - 32 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) การคํานวณค่ าใช้ พลังงานไฟฟ้า W[kWh] P[kW]t[h] โดยค่าใช้ไฟฟ้ าสามารถคํานวณได้จากสมการ Cost ( Rate Ft) W การวัดปริมาณทางไฟฟ้า - มิเตอร์แบบพาเนล - 33 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) การวัดปริมาณทางไฟฟ้า - มัลติมิเตอร์(VOM) การวัดปริมาณทางไฟฟ้า - มัลติมิเตอร์(VOM) - 34 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) การใช้ งานมัลติมเิ ตอร์ 1. การวัดค่าความต้านทาน การใช้ งานมัลติมเิ ตอร์ 1. การวัดค่าความต้านทาน – – – – ปลดแหล่งจ่ายไฟฟ้ าออกจากวงจร เลือกย่านวัดโอห์ม ปรับค่าความต้านทานศูนย์ โดยใช้ปลายทั้งสองของสาย วัดแตะสัมผัสกัน นําสายวัดค่าความต้านทานของอุปกรณ์ที่ตอ้ งการ - 35 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) การใช้ งานมัลติมเิ ตอร์ 2. การวัดค่าแรงดันไฟฟ้ า การใช้ งานมัลติมเิ ตอร์ 2. การวัดค่าแรงดันไฟฟ้ า – – – – เลื อ กย่า นวัด แรงดัน ไฟฟ้ า และเลื อ กให้ ถู ก ต้อ งว่ า วัด แรงดันไฟฟ้ ากระแสตรงหรื อกระแสสลับ ย่านวัดที่เลือกไว้ตอ้ งสู งกว่าค่าสู งสุ ดของแหล่งจ่ายไฟฟ้ า เสมอ นําสายวัดไปวัดโดยต่อขนานกับอุปกรณ์ที่ตอ้ งการวัด นิยมใช้สายสี ดาํ ต่อกับจุด Com และสายสี แดงต่อกับขั้ว V เสมอ - 36 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) การใช้ งานมัลติมเิ ตอร์ 3. การวัดค่ากระแสไฟฟ้ า การใช้ งานมัลติมเิ ตอร์ 3. การวัดค่ากระแสไฟฟ้ า – – – – เลือกว่าวัดไฟฟ้ ากระแสตรงหรื อกระแสสลับ เลือกย่านวัดกระแสโดยเลือกย่านสูงที่สุด นิยมใช้สายสี ดาํ ต่อกับจุด Com และสายสี แดงต่อกับขั้ว V เสมอ ต่ สายสี แ ดงเข้า กับ วงจรไฟฟ้ า โดยต่ อ เข้า กับ จุ ด ที่ กระแสไหลเข้ามิเตอร์ และให้กระแสไหลออกที่สายสี ดาํ - 37 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) การใช้ งานมัลติมเิ ตอร์ 3. การวัดค่ากระแสไฟฟ้ า - 38 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) ความรู้ พนื้ ฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า(252282) วงจรไฟฟ้ าอนุกรมและขนาน กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ห้องวิจยั การออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิ กส์ดว้ ยระบบคอมพิวเตอร์(CANDLE) ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้ า คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ วัตถุประสงค์ เข้ า ใจคุ ณ สมบั ติ ข องแหล่ ง จ่ า ยพลั ง งานของ วงจรไฟฟ้ า เข้าใจคุณสมบัติของวงจรไฟฟ้ าแบบอนุ กรมและ วงจรแบบขนาน คํานวณหาค่าปริ มาณไฟฟ้ าต่าง ๆ ในวงจรได้ - 39 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) วัตถุประสงค์ เข้าใจกฎแรงดันไฟฟ้ าและกฏกระแสไฟฟ้ าของ เคิร์ชฮอฟฟ์ แก้ปัญหาของวงจรไฟฟ้ าอนุกรมและขนานได้ บอกความแตกต่ า งระหว่ า งวงจรไฟฟ้ าแบบ อนุกรมและแบบขนานได้ นํากฎของเคิร์ชฮอฟฟ์ ใช้แก้ปัญหาวงจรไฟฟ้ าได้ แหล่งจ่ ายแรงดันอิสระ (Independent Voltage Sources) แหล่ งจ่ ายแรงดันอิสระ มีตวั อักษรกํากับเป็ นฟังก์ชันทีใ่ ช้ ในการกําหนดค่ าแรงดันที่ ตกคร่ อมขั้วทั้งสอง (a) แสดงถึงสั ญลักษณ์ ของแหล่ งจ่ ายแรงดันกระแสตรงอิสระ (b) แสดงถึงสั ญลักษณ์ ของแบตเตอรี่ (c) แสดงสั ญลักษณ์ ของแหล่งจ่ ายแรงดันกระแสสลับอิสระ - 40 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) แหล่งจ่ ายแรงดันอิสระ (Independent Voltage Sources) - กราฟแสดงลักษณะเฉพาะของแหล่ งจ่ าย แรงดันอิสระทีเ่ วลา t ใด ๆ - ค่ าแรงดันไฟฟ้าของแหล่ งจ่ ายแรงดันจะมี ค่ าเท่ ากับ vs(t) เสมอ ไม่ ว่ากระแสไฟฟ้าที่ ไหลผ่ านแหล่งจ่ ายจะมีค่าเท่ าใดก็าม แหล่งจ่ ายกระแสอิสระ (Independent Current Sources) แหล่ งจ่ ายกระแสอิสระ มีตวั อักษรกํากับเป็ นฟังก์ ชันทีใ่ ช้ ในการ กําหนดค่ ากระแสทีจ่ ่ ายให้ แก่ วงจร โดยมีทศิ ทางการไหลของ กระแสตามทิศทางของลูกศรในสั ญลักษณ์ - 41 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) แหล่งจ่ ายกระแสอิสระ (Independent Current Sources) - กราฟแสดงลักษณะเฉพาะของแหล่ งจ่ าย กระแสอิสระทีเ่ วลา t ใด ๆ - ค่ ากระแสไฟฟ้าของแหล่ งจ่ ายกระแสจะมี ค่ าเท่ ากับ is(t) เสมอ ไม่ ว่าแรงดันไฟฟ้าที่ ตกคร่ อมแหล่งจ่ ายจะมีค่าเท่ าใดก็ตาม แหล่งจ่ ายควบคุม (Controlled Sources) แหล่ งจ่ ายควบคุม หรือแหล่ งจ่ ายไม่ อสิ ระ (Dependent Source) เป็ นแหล่ งจ่ ายซึ่งมีค่าแรงดัน(กระแส)ขึน้ อยู่กบั แรงดันหรือ กระแสขององค์ ประกอบตัวอืน่ ๆ ในวงจรไฟฟ้า - 42 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) แหล่ งจ่ ายพลังงานทีต่ ่ ออนุกรมและขนาน ถ้ามีแหล่งจ่ายแรงดันต่ออนุกรมกันในวงจร เราสามารถรวมเป็ นแหล่งจ่าย แรงดันเทียบเคียงเพียงแหล่งจ่ายเดียวได้ โดยการนําแหล่งจ่ายแรงดันแต่ละ ตัวมาบวกกันทางพีชคณิ ต แหล่ งจ่ ายพลังงานทีต่ ่ ออนุกรมและขนาน ถ้ามีแหล่งจ่ายกระแสต่อขนานกันในวงจร เราสามารถรวมเป็ นแหล่งจ่าย กระแสเทียบเคียงเพียงแหล่งจ่ายเดียวได้ โดยการนําแหล่งจ่ายกระแสแต่ละ ตัวมาบวกกันทางพีชคณิ ต - 43 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) ตัวอย่ าง วงจรไฟฟ้าอนุกรม - กําลังไฟฟ้ า PT E T IT PT PR1 PR2 PR3 PRn - 44 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) วงจรไฟฟ้าอนุกรม - กระแสไฟฟ้ า IT I R1 I R2 I R3 I Rn วงจรไฟฟ้าอนุกรม - ความต้านทาน R T R1 R 2 R 3 R n - 45 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) วงจรไฟฟ้าอนุกรม R T R1 R 2 วงจรไฟฟาอนุกรม - แรงดันไฟฟ้ า E T VR1 VR 2 - 46 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) วงจรไฟฟ้าอนุกรม - แรงดันไฟฟ้ า E T VR1 VR2 VR3 VRn การลัดวงจรและวงจรขาด การลัดวงจร(Short Circuit) - 47 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) การลัดวงจรและวงจรขาด วงจรขาด(Open Circuit) สมการแบ่ งแรงดัน E T R n VRn RT - 48 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) วงจรไฟฟ้าขนาน - กําลังไฟฟ้ า PT PR1 PR2 PR3 PRn วงจรไฟฟ้าขนาน - กระแสไฟฟ้ า IT I R1 I R2 I R3 I Rn - 49 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) สมการกระแสไฟฟ้าของเคิร์ชฮอฟฟ์ ผลรวมทางพีชคณิ ตของกระแสไฟฟ้ าที่ไหลเข้าและไหลออกจุดต่อ ใด ๆ ของวงจรมีค่าเป็ นศูนย์ หรื อผลรวมของกระแสไฟฟ้ าที่ไหล เข้าจุดใด ๆ จะเท่ากับผลรวมของกระแสไฟฟ้ าที่ไหลออกจากจุด นั้น ๆ วงจรไฟฟ้าขนาน - แรงดันไฟฟ้ า E T VR1 VR2 VR3 VRn - 50 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) วงจรไฟฟ้าขนาน - ความต้านทาน RT 1 1 1 1 1 R1 R 2 R 3 Rn วงจรไฟฟ้าขนาน - ความต้านทาน - 51 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) ลองทําดู จงคํานวนหาค่ากระแส IT, RT และ PT I T 0.8 [A] R T 12.5 [] PT 8 [W] สมการแบ่ งกระแส IT R 2 I R1 RT I R2 - 52 - IT R1 RT กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) วงจรไฟฟ้าอนุกรม-ขนาน ตัวอย่ าง จงคํานวนหาค่ากระแส RT, Ix และ PT เมื่อ ET=120 [V] - 53 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) ตัวอย่ าง จากรู ปเราจะได้วา่ R T 66.7 [] IT 1.8 [A] PT 216 [W] ลองทําดู จงคํานวนหาค่า R3, PR4 และ ER1 R 3 166.7[] PR 4 24 [W] - 54 - VR1 20 [V] กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) กฎกระแสไฟฟ้ าและกฎแรงดันไฟฟ้ าเคิร์ชฮอฟฟ์ - กฎกระแสไฟฟ้ าของเคิร์ชฮอฟฟ์ (Kirchhoff’s Current Law) ผรวมของกระแสที่ไหลเข้าจุดและออก ณ จุดใด ๆ ในวงจร ไฟฟ้ ามีค่าเท่ากับศูนย์ กฎกระแสไฟฟ้ าและกฎแรงดันไฟฟ้ าเคิร์ชฮอฟฟ์ - กฎแรงดันไฟฟ้ าของ เคิร์ชฮอฟฟ์ (Kirchhoff’s Voltage Law) ผลรวมของแรงดันไฟฟ้ าในวงจรปิ ดใด ๆ มีค่าเท่ากับศูนย์ - 55 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) กฎกระแสไฟฟ้ าและกฎแรงดันไฟฟ้ าเคิร์ชฮอฟฟ์ 1. สมมุ ติ ทิ ศ ทางการไหลของกระแสไฟฟ้ าในวงจร ซึ่ งโดยปกติ กระแสจะไหลจากขั้วบวกไปขั้วลบ 2. กระแสไฟฟ้ าที่ไหลเข้าตัวต้านทานจะทําให้ข้ วั ของแรงดันตกคร่ อม ตัวต้านทานตัวนั้นมีข้ วั เป็ นบวก และมีข้ วั ลบในจุ ดที่ กระแสไหล ออก โดยทิศทางของแรงดันจะสวนกับทิศของกระแส 3. ถ้ากระแสไหลเข้าแบตเตอรี่ ทางขั้วบวก ค่าของแบตเตอรี่ น้ ันจะ เป็ นบวก แต่ ถ ้า กระแสไหลเข้า ขั้ว ลบของแบตเตอรี่ ค่ า ของ แบตเตอรี่ น้ นั จะติดเครื่ องหมายลบ ตัวอย่ าง จงคํานวนหาค่ากระแส Ix - วงจรปิ ดที่ 1 (ABEF) 0.4I1 0.8I x 24 0 - วงจรปิ ดที่ 2 (CBED) 0.4I 2 0.8I x 26 0 - สมการกระแส I x I1 I 2 I1 10 [A], I 2 15 [A], I3 25 [A] - 56 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) ลองทําดู จงคํานวนหาค่ากระแสที่ไหลในแต่ละกิ่ง 30 [A] 91 17 I DC [A] 91 1 I AC [A] 91 I DA I AB I DA I AC ICB I DC I AC - 57 - I ED I DA I DC กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) ความรู้ พนื้ ฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า(252282) การแก้ ปัญหาวงจรไฟฟ้ าทีซ่ ับซ้ อน(ตอน 1) กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ห้องวิจยั การออกแบบวงจรด้วยระบบคอมพิวเตอร์(CANDLE) ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้ า คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ วัตถุประสงค์ เข้าใจการหาปริ มาณต่าง ๆ ทางไฟฟ้ าด้วยทฤษฎี การ ทับซ้อน เข้าใจการหาปริ มาณต่าง ๆ ทางไฟฟ้ าด้วยวิธีเธวินิน เข้าใจทฤษฎีการส่ งทอดกําลังสู งสุ ด เข้าใจการหาปริ มาณต่าง ๆ ทางไฟฟ้ าด้วยวิธนอร์ ตน ั - 58 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) ทฤษฎีการทับซ้ อน(Superposition Theorem) ในวงจรลิเนียร์ หรื อวงจรแบบเชิงเส้ นใด ๆ ก็ตามที่มี แหล่ งจ่ ายพลังงาน(แหล่ งจ่ ายแรงดันหรื อกระแส) ตั้งแต่ หนึ่งตัวขึน้ ไป เมื่อนําค่ าของกระแสที่เกิดจากแหล่ งจ่ าย พลังงานแต่ ละตัวทีจ่ ่ ายพลังงานให้ แก่ วงจรอย่ างอิสระมา รวมกันทางพีชคณิต ก็จะทําให้ ได้ ค่าของกระแสที่ไหล ในสาขาต่ าง ๆ ของวงจรทีแ่ ท้ จริงในขณะนั้น ทฤษฎีการทับซ้ อน - สมมติทศิ ทางของกระแสในวงจร - เลือกแหล่ งจ่ ายพลังงานอิสระหนึ่งตัว - แหล่งจ่ ายพลังงานอิสระอืน่ เป็ นศูนย์ ให้ พจิ ารณาดังต่ อไปนี้ - แหล่งจ่ ายแรงดัน -> ให้ ลดั วงจร - แหล่ งจ่ ายกระแส -> ให้ เปิ ดวงจร - คํานวณค่ ากระแสหรือแรงดัน พร้ อมทั้งดูทศิ ทางให้ ถูกต้ อง - ทําซํ้าอีกครั้งกับแหล่ งจ่ ายพลังงานอิสระทุกตัว - นํากระแสทีไ่ ด้ มารวมกัน จะได้ กระแสทีไ่ หลในวงจร - 59 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) ทฤษฎีการทับซ้ อน ทฤษฎีการทับซ้ อน วงจรที่ 1 E1 R1 (R 2 / /R 3 ) R3 I'2 I1' R2 R3 I1' I1' 0.308[A] I'2 0.1437[A] I3' I1' I'2 0.1643[A] - 60 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) ทฤษฎีการทับซ้ อน วงจรที่ 2 E2 R 2 (R 1 / /R 3 ) R3 I1" I"2 R1 R 3 I"2 I1" 0.1725 [A] I"2 0.4805 [A] I"3 I"2 I1" 0.308 [A] ทฤษฎีการทับซ้ อน I1 I1' I1" 0.1355 [A] I 2 I"2 I'2 0.3368 [A] I3 I3' I"3 0.4723 [A] - 61 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) ตัวอย่ าง ตัวอย่ าง I1' E R1 (R 2 / /(R 3 R 4 )) I'2 R3 R 4 I1' R2 R3 R4 I1' 0.6 [A] I'2 0.4 [A] I3' I'4 I1' I'2 0.2 [A] - 62 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) ตัวอย่ าง I"3 R4 I R 3 R 4 (R1 / /R 2 ) I"3 I I 2 " 1 " 2 I1" I"2 0.2 [A] I"3 0.4[A] I"4 I I"3 0.6 [A] ตัวอย่ าง I1 I1' I1" 0.4 [A] I3 I"3 I3' 0.2 [A] I 2 I'2 I"2 0.6 [A] I 4 I '4 I"4 0.8 [A] - 63 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) ลองทําดู จากรู ปวงจร จงใช้ วธิ ีการทับซ้ อนในการหาค่ า I I I 2 [A] ทีม่ าของทฤษฎีบทของเทวินิน จากรู ปวงจร ถ้ าเราใช้ วิธีเมชเคอร์ เรนท์ หรื อวิธีโนด โวลท์ เตจในการหาค่ าต่ าง ๆ จะทําให้ ได้ สมการที่ย่ ุงยาก และเสี ยเวลาในการคํานวณมาก - 64 - กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ความรู ้พ้ืนฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า (252282) ทฤษฎีบทของเทวินิน(Thévenin’s Theorem) ในวงจรลิเนียร์ หรื อวงจรแบบเชิงเส้ นใด ๆ ก็ตามที่มี แหล่ งจ่ ายพลังงานต่ ออยู่ ด้วยนั้ น เราสามารถที่จะยุบ หรือรวมวงจรให้ อยู่ในรู ปของแหล่ งกําเนิดแรงดันต่ อกับ ความต้ านทานภายในได้ โดยเราจะเรี ยกแหล่ งกําเนิ ด แรงดันนั้นว่ า แรงดันเทียบเท่ าเทวินิน และตัวต้ านทาน ภายในนั้นเราจะเรียกว่ า ความต้ า...
View Full Document

  • Spring '16

  • Left Quote Icon

    Student Picture

  • Left Quote Icon

    Student Picture

  • Left Quote Icon

    Student Picture