บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... ·...

30
1 บทที1 แนะนําวงจรไฟฟ้า Introduction to Electric Circuits 1 วัตถุประสงค์ที่ต้องการให้นักศึกษารู ข้อแตกต่างระหว่างไฟฟ้า ดีซี และเอซี โครงสร้าง คุณสมบัติ และสัญญาลักษณ์ ของอุปกรณ์ R , L , C , V s , I s ความเป็นมาของ กระแส และแรงดันไฟฟ้า การคํานวณอุปกรณ์ไฟฟ้าเกี่ยวกับ q , I , V , P , W ทฤษฎีทางไฟฟ้าพื้นฐาน เช่น KCL, KVL, Ohm’s Law, Energy meter 2

Transcript of บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... ·...

Page 1: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

1

บทท 1แนะนาวงจรไฟฟา

Introduction to Electric Circuits

1

วตถประสงคทตองการใหนกศกษาร

ขอแตกตางระหวางไฟฟา ดซ และเอซ

โครงสราง คณสมบต และสญญาลกษณ ของอปกรณ R , L , C , Vs , Is ความเปนมาของ กระแส และแรงดนไฟฟา

การคานวณอปกรณไฟฟาเกยวกบ q , I , V , P , W

ทฤษฎทางไฟฟาพนฐาน เชน KCL, KVL, Ohm’s Law, Energy meter

2

Page 2: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

2

สญญาณไฟฟาดซ(DC) ยอมาจาก Direct Current ซงแปลวาไฟฟากระแสตรงหมายความวาเปนกระแสไฟฟาทมขนาดของกระแสหรอแรงดนคงทไมเปลยนแปลงตามเวลาดงแสดงในรปท 1.1

ถาเขยนสมการไดดงน v(t)= A : A=คาคงท

10)( tv

10V

v(t)

t

0

รปท 1.1 สญญาณไฟฟาดซ

ตวอยางของไฟฟาดซ เชน- ถานไฟฉายขนาด 1.5V

- แบตเตอรรถยนตขนาด 12V - แบตเตอรมอถอขนาด 3.5V

- แหลงจายไฟดซทเกดจากการแปลงไฟฟา บานเอซเปนไฟดซและนาไปใชงานวงจร อเลกทรอนกส เชนในเครองคอมพวเตอร

โทรทศน วทย เครองขยายเสยง อปกรณ ชารตมอถอ และวงจรอเลกทรอนกสอนๆ

3

สญญาณไฟฟาเอซ(AC) ยอมาจากคาวา Alternative Current ซงแปลวาไฟฟากระแสสลบ หมายความวาเปนกระแสไฟฟาทมขนาดของกระแสหรอแรงดนทเปลยนแปลงตามเวลา ดงแสดงในรปท 1.2 เปนรปคลนไซยน(Sine Wave)

เขยนสมการไดดงนtVtv m sin)(

sin(x)

-10

-5

0

5

10

0 90 180 270 360

tVtv m sin)( mV

t(sec)2 4 6 8

T

รปท 1.2 สญญาณไฟฟาเอซ(Sinusoidal Wave)

ตวอยางของสญญาณไฟฟาเอซ เชน- สญญาณไฟฟาตามบานขนาด

แรงดน 220 Vrms ไฟฟาทผลต จากเขอนไฟฟาขนาด 36000 V - สญญาณวทย AM

- สญญาณวทย FM - และสญญาณอนๆทมรปรางไมเปน Sine Wave เชน รปคลนสเหลยม(Square

Wave) รปคลนสามเหลยม(Triangular Wave)

4

Page 3: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

3

สญญาณไฟฟาตามบาน ขนาดแรงดน 220 Vrms ความถ 50 Hz สามารถเขยนเปนสมการไดดงน tVtv m sin)(

ttv 502sin311)( f2

Vm = VP = คาแรงดนสงสด (Peak Voltage)Vp-p= 2VP = คาแรงดนตาสดถงสงสด(Peak to Peak Voltage)Vrms = คาแรงดนเฉลย (Effective Voltage, Root Mean

Square)

sin(x)

0 90 180 270 360

ttv )50(2sin311)( mV

t(sec)

311

311

50

1

100

1

t(degree)

sin(x)

0 90 180 270 360

ttv )50(2sin311)( mV

t(sec)

311

311

50

1

100

1

t(degree)

รปท 1.3 สญญาณไฟฟาเอซตามบาน ขนาด 220 Vrms

ความสมพนธระหวาง Vm และ Vrms

T

0

2rms dt)t(v

T

1V

แทนคา tVtv m sin)(

222

ppprms

VVV

**ระบบไฟฟาเอซตามบานในประเทศตางๆ*** 110 Vrms 60 Hz

220 Vrms 50 Hz

แรงดนไฟฟา

5

2. องคประกอบของวงจรไฟฟาวงจรไฟฟาประกอบดวย สวนประกอบทางไฟฟา หลายชนด องคประกอบ

พนฐานทางไฟฟาทสาคญทใชในการวเคราะหวงจรไฟฟาประกอบดวย 5 ชนด คอ

1. แหลงจายแรงดนไฟฟา (Voltage Source) แหลงจายแรงดนหมายความวาเปน แหลงจายทจายแรงดนคงทสวนกระแสเปลยนแปลงได สวนใหญการผลตแหลงจายจะเปนแบบ แหลงจายแรงดนเพราะสรางและออกแบบไดงาย สามารถแยกออกเปนแหลงจายแรงดน กระแสตรง กบแหลงจายแรงดนกระแสสลบ

2. แหลงจายกระแสไฟฟา (Current Source) แหลงจายกระแสหมายความวาเปน แหลงจายทจายกระแสคงทสวนแรงดนเปลยนแปลงได ปกตการสรางแหลงจายกระแสทาได ยากมากโดยทวไปใชในการวเคราะหวงจรเทานน

3. ตวตานทาน (Resistors) เปนอปกรณไฟฟาทสามารถเพมหรอลดคากระแสในวงจรไฟฟาได

4. ตวเหนยวนา (Inductors) เปนอปกรณไฟฟาทสะสมพลงงานไฟฟาอยในรปสนามแมเหลก

5. ตวเกบประจ (Capacitors) เปนอปกรณไฟฟาทสะสมพลงงานไฟฟาอยในรปสนามไฟฟา6

Page 4: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

4

2.1 สญญาลกษณอปกรณไฟฟา

V=

1 2 3

65 7

4

98

46 i5i 12 i3v

7

2.2 คาศพททควรรเกยวกบวงจรไฟฟา

การสงเคราะหวงจร (Circuit Synthesis) หมายถง............................................. .....................................................................................................................................................................

การวเคราะหวงจร (Circuit Analysis) หมายถง............................................. .....................................................................................................................................................................

การทดสอบวงจร (Circuit Evaluation) หมายถง............................................. .....................................................................................................................................................................

การออกแบบวงจร(Circuit Design) หมายถง............................................. .....................................................................................................................................................................

8

Page 5: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

5

วงจรหรไฟดซ

V (t)

V (t)

t

t

วงจรนเปนวงจรหรไฟขนาด 12V จากวงจรไอซ 555จะผลตสญญาณรปสเหลยมทความถประมาณ 20 KHzผานเขาในวงจรขยายแรงดนและกระแสโดยใช Op-amp LM393 และสามารถปรบ duty cycle ได ปอนสญญาณใหแก MOSFET ทาให ON OFF ในชวงเวลาทปรบคาได ความสวางของหลอดไฟฟาขนอยกบพนทใตกราฟของแรงดนครอมหลอดไฟ จงสามารถควบคมความสวางของหลอดไฟได ทความตานทาน 100k 9

3 ความสาคญของวงจรไฟฟา

ในโรงงานอตสาหกรรมแทบทกประเภท จะมการใชไฟฟาในการผลตสนคาเปนจานวนมาก เครองจกรกลทงหลายจาเปนตองใชไฟฟาในการควบคม ดงนนวงจรไฟฟาจงเปนสวนประกอบทสาคญรวมกบระบบอนๆในภาคอตสาหกรรมและวศวกรทกสาขาควรมความรพนฐานเกยวกบวงจรไฟฟา

ปรมาณทางไฟฟาทเราตองการทราบโดยสวนใหญคอ กระแสไฟฟา แรงดนไฟฟา กาลงไฟฟา พลงงานไฟฟา ทศทางการไหล

10

Page 6: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

6

4 หนวยของตวแปรในวงจรไฟฟา

V = แรงดนไฟฟา มหนวยเปน โวลท (V)

I = กระแสไฟฟามหนวยเปน แอมแปร (A)

f = ความถของแรงดนหรอกระแส กระแสสลบ มหนวยเปน เฮรตซ (Hz)

P = กาลงไฟฟามหนวยเปนวตต (W)

R= ความตานทานมหนวยเปนโอหม (Ohm)

VRMS =แรงดน rms ของแรงดนกระแสลสลบมหนวยเปนโวลท (V)

IRMS =กระแส rms ของกระแสลสลบมหนวยเปนแอมปแปร(A)

G = ความนาไฟฟา มหนวยเปน A/V หรอ ซเมนส (S)

C = ความจไฟฟา มหนวยเปนฟาหรด (F)

L = ความเหนยวนา มหนวยเปนเฮนร (H)

11

5 ความหมายของ กระแส และแรงดน

ประจไฟฟาเปนรากฐานของการอธบายปรากฏการณทางไฟฟา

ประจมอย 2 ชนด คอ ประจ + และ ประจ –

ปรากฏการณทางไฟฟาเกดจากการททาการแยกประจไฟฟาออก

จากกน จงทาใหเกด แรงดน กระแส พลงงาน กาลงงาน ขน

คาถาม : 1. ใครเคยเหนประจไฟฟา ? 2. ทาไมจงตองศกษาเรองประจไฟฟา ?

12

Page 7: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

7

6 สมการทสาคญในวงจรไฟฟา

dt

dqti )(

dq

dwtv )(

dt

dwtp )(

6.1 สมการเบองตน

................… (1)

................… (2)

.............… (3)

i กระแสไฟฟามหนวย amp

q ประจไฟฟา มหนวย coulomb

w พลงงานไฟฟา มหนวย joul

t เวลา มหนวย sec

v แรงดน มหนวย volt

p กาลงไฟฟามหนวย watt

Coulombe 19106022.1

)().()( titvtp

................… (4)

13

t

dttitq0

)()( ................… (5)

................… (6)

................… (7)

t

dttptw0

)()(

q

dqqvqw0

)()(

6.2 สมการเพมเตมทดดแปลงจากสมการเบองตน

14

Page 8: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

8

กระแสไฟฟา หมายถงปรมาณของประจลบทไหลผานไปในอปกรณไฟฟาในชวงหนงหนวยของเวลา

dt

dqti )(

กระแสไฟฟาในเสนลวด (Electric Current in a wire)

ความหมายคาวากระแสไฟฟา 1 A หมายถงปรมาณของอเลกตรอน 1 คลอมบ(Coulomb) (หรอปรมาณอเลกตรอน 6.24x1018 ตว) ไหลผานเสนลวดทมพนทหนาตดA ในเวลา 1 วนาท(Second)

สมการท 1

e

15

ในเชงของ Mechanics คณสมบตเบองตนทเราสนใจคอ มวล(Mass)

1. ในเชงของไฟฟาคณสมบตเบองตนทเราสนใจคอ ประจ(Charge)

2. ในกอนป ค.ศ 1740 Benjamin Franklinไดพฒนาทฤษฎเกยวกบไฟฟาวา - มประจสองชนดคอ ประจ + และ – - ประจทตางกนดดกน ประจทเหมอนกนผลกกน

7 ปรากฏการณทางไฟฟา

16

Page 9: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

9

3. ถาทานนาประจบวกทอยหางกน แลวทาการเคลอนทประจเขาหากนจะเกดแรงผลกกนเกดขนยงระยะทางเขาใกลกนมากเทาไรแรงผลกยงเกดขนมาก แรงนจะทาใหเกดพลงงาน พลงงาน (Energy) = แรง x ระยะทาง

17

Potential Energyพลงงานทเกดจากการนาประจสองตววางหางกน

จะเกดแรงและทาใหเกดพลงงานเรยกวา Potential Energy

ถาทาการปลอยประจหนงตวใหเปนอสระจะทาใหเกดแรงผลกประจใหเกดการเคลอนท จะเปนการเปลยนพลงงานจาก Potential Energyเปน Kinetic Energy

18

Page 10: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

10

Potential (Voltage)

แรงดนไฟฟา หมายถง พลงงานทตองการแยกประจบวกและลบออกจากกนตอหนงหนวยของประจ

dq

dwv

เนองจาก Potential Energy ขนอยกบปรมาณประจทงสองทนามาวางหางกน

ดงนน

eCh

EnergyPotentialPotential

arg

Coulomb

Joul1V 1

แรงดนไฟฟา คอสดสวนการเปลยนแปลงพลงงานไฟฟา (Electrical Energy) ตอการเปลยนแปลงของประจไฟฟาดงสมการท 2 19

ตวอยางท 1

จงหากระแสทไหลผานขวของอปกรณไฟฟาตวหนง เมอคาประจไฟฟาทเขาสอปกรณตวน คอ q = 10t

dt

dqti )(

วธทา

Adt

tdti 10

10)(

20

Page 11: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

11

ตวอยางท 2

จงหาคาประจไฟฟาทเขาสอปกรณไฟฟาตวหนงทเวลา t ใด เมอคากระแสทไหลผานอปกรณตวนคอ i(t) = At ; t>0

วธทา

t

0dt)t(i)t(q

t

0Atdt)t(q

2

At)t(q

2

21

ตวอยางท 3จงหาคาประจไฟฟาทเขาสอปกรณไฟฟาตวหนงทเวลา t ใด

เมอคากระแสทไหลผานอปกรณตวนดงรป

วธทา

)2.....().........t(pd)(p)t(w

)1.....().........t(qd)(i)t(q

0

t

t

0

t

t

0

0

i(t)

t

0 1 2

2

1 2 3 4

2t 0

2t1 42t-

1t0 2

0t 0

)t(i

22

Page 12: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

12

2t 0

2t1 42t-

1t0 2

0t 0

)t(i

ชวงท 1 0)(qd0)t(qt

0t

ชวงท 2 )0(qd2)t(qt

0 1t0

t202)t(qt

0

ชวงท 3 )1(qd42)t(qt

1 2t1

1t4t2)41(t4t)t(q

242

2)t(q

22

t

1

2

ชวงท 4 3)2(qd0)t(qt

2 2t

23

i(t)

t0 1 2

2

1 2 3 4

2t 0

2t1 42t-

1t0 2

0t 0

)t(i

2t 3

2t1 1-4tt-

1t0 2t

0t 0

)t(q2

q(t)

t0 1 2

23

t2)t(q 1t4t)t(q 2

24

Page 13: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

13

ชอ สญลกษณ

ความยาว เมตร m

มวล กโลกรม kg

เวลา วนาท s

กระแสไฟฟา แอมแปร A

อณหภม เคลวน K เคลวน K

ปรมาณสสาร โมล mol

ความเขมของการสองสวาง แคนเดลา cd

หนวย SI

ตาราง 1.1 หนวยฐานตามระบบ SI

ปรมาณ

หนวยของตวแปรทางไฟฟา

25

สตร ชอ สญลกษณ

ความเรง(เชงเสน) m/s2 เมตรตอวนาทตอวนาท

ความเรว(เชงเสน) m/s เมตรตอวนาท

ความถ s-1 เฮรตซ Hz

แรง kg.m/s2 นวตน N

ความดนหรอความเคน N/m2 ปาสคาล Pa

ความหนาแนน kg/m3 กโลกรมตอลกบาศกเมตร

พลงงานหรองาน N . m จล J

กาลงไฟฟา J/s วตต W

ประจไฟฟา A . s คลอมบ C

ความตางศกยไฟฟา W/A โวลท V

ความตานทานไฟฟา V/A โอหม

ความนาไฟฟา A/V ซเมนส S

ความจไฟฟา C/V ฟาหรด F

เสนแรงแมเหลก V.s เวเบอร Wb

ความเหนยวนา Wb/A เฮนร H

ปรมาณหนวย SI

ตาราง 1.2 หนวยอนพ ทธตามระบบ SI

26

Page 14: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

14

ตวคณ คานาหนาหนวย สญลกษณ

1012 tera T

109 giga G

106 mega M

103 kilo k

10-2 centi c

10-3 milli m

10-6 micro

10-9 nano n

10-12 pico p

10-15 femto f

ตาราง 1.3 คานาหนาหนวยมาตรฐาน

27

Resistors (R)

Inductors (L)

Capacitors (C)

Voltage Source

Current Source

8. อปกรณพนฐานวงจรไฟฟา

28

Page 15: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

15

8.1 Resistors(R)คาของความตานทานของเสนลวดขนกบ

A

LR

................… (1)

= คาความตานทานจาเพาะ (ในหนงสอหนา 22)

L = ความยาวA = พนทหนาตดR = คาความตานทาน ( )

G = คาความนา ( )

Resistance (Ohm)

Conductance (Mho)

R

1G ................… (2)

/1

29

ตารางคาความตานทานจาเพาะ

คาความตานทานจาเพาะของวสดทนยมใชงานในทางวศวกรรมไฟฟา

วสด คาความตานทานจาเพาะ ( )พลาสตกโพลสไตรน 1×108

ซลกอน 2.3x105

คารบอน 4×10-3

อลมนม 2.7x10-6

ทองแดง 1.7x10-6

30

Page 16: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

16

โครงสรางของตวตานทาน

แบบ Carbon

แบบ Carbon Film

แบบ Metal Film

แบบ Wirewound

31

ตวตานทานแบบ Wirewound

ตวตานทานแบบ Carbon

ตวตานทานแบบฟลมหนา

ตวตานทานแบบฟลมโลหะ

32

Page 17: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

17

คณสมบตตวตานทาน การไหลของกระแสไฟฟาตามกฎของโอมห ใชสญญาลกษณ R โดยท

สวนกลบของคาความตานทานเรยกวาความนา (Conductance) ใชสญญาลกษณ G มหนวยเปนซเมนต Siemens (S)

กาลงไฟฟาของตวตานทานคอ

หรอ WR

V

R

VVP

2

RII)IR(VIP 2

R

1G

R.IV

33

การอานคาตวตานทาน

กรณทม 4 แถบส

แถบ A หมายถงเลขตวแรกแถบ B หมายถงเลขตวทสองแถบ C หมายถงตวคณของเลขสองตวเลขสองตวแรกแถบ D หมายถงเลขแทนคาความคลาดเคลอนเปนเปอรเซนต

34

Page 18: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

18

35

สตร ในการคานวณหาคาความตานทานทเปลยนแปลงตามอณหภม

คาสมประสทธตออณหภมของวสดตางๆทอณหภม )15.293(20 KC

36

Page 19: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

19

8.2 ขดลวดเหนยวนา (Inductor)

เมอ permeability ของแกนกลางr 0 H/m 10.4( 7

0 อากาศ)

เทา เหลก) 1000500(0

เมอN = จานวนรอบA = พ.ทหนาตด (m2)l = ความยาว (m)d = เสนผาศนยกลาง (m)

...… (1)

dt

diL)t(vL

เปนองคประกอบของวงจรทสามารถเกบพลงงานเมอมกระแสไหลผานในรปของสนามแมเหลกได ความสามารถ ในการเกบพลงงานของ inductor เรยกวาคาความเหนยวนา (Inductance) มหนวยเปนเฮนร (H) คาความเหนยวนาใชสญญาลกษณ

37

สญญาลกษณและคณสมบตของ Inductors

dt

tdiLtv

LiN

Nv

L

dtd

)()(

เสนแรงแมเหลก

Ideal Inductor: จะไมคดความตานทานภายในของเสนลวด

...… (2)...… (3)

...… (4)

เสนแรงแมเหลกทงหมด Total Flux

38

Page 20: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

20

ตวเหนยวนา (Inductors)39

พลงงานทสะสมใน InductorsEnergy ทสะสมใน inductor

แต

t

L dttitvtw )()()(

dt

diLtvL )(

t

L dtdt

diLtitw )()(

)(

)(

)()(ti

i

L ditiLtw

)(

)(

2

2

1)(

ti

iL Litw

ถา L ไมมกระแสทสะสมกอน t = 0

0)( i

ดงนน

)(2

1)( 2 tLitwL ...… (5)

Passive elements

40

Page 21: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

21

8.3 Capacitor

เปนอปกรณไฟฟาทสะสมพลงงานในรปแบบแรงดน หรอ สนามไฟฟา(Electric field)

โครงสรางของคาปาซเตอรเกดจากทาแผนโลหะ(Plate)สองแผนวางหางกน เมอทาการจายแรงดนระหวางแผนโลหะ จะมประจบวกและลบเกดขนระหวาง

แผนโลหะซงทาใหเกดสนามไฟฟา(Electric field) ระหวางแผนโลหะ

41

คา Capacitance :................… (1)

เมอ

42

Page 22: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

22

Polyester

Electrolytic

Ceramic Power Capacitor

Trimmer

Tantalum

Polycarbonate

43

สมการประจทสะสมอยใน Capacitors ซงแปรผนตามคา C และ แรงดนครอม C

Cvq

v

qC

และทาให

หนวยของคาปาซเตอร มหนวยเปน ฟารด = ประจคลอมบ / โวลท

Volt

CoulombFarad

คณสมบตของ Capacitors :

................… (2)

................… (3)

44

Page 23: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

23

กระแสทเกดขนใน Capacitors :

Cvq จากสมการท 2

สมการกระแสไฟฟา

dt

dvC

dt

dqi

.......… (3)dt

dvCi

Cdvidt ดดแปลงสมการ

Cdvidt

)(1

tvidtC

)()(

1)(

0

oc

t

t

c tvdttiC

tv .......… (4)

45

พลงงานทสะสมใน CapacitorEnergy ทสะสมใน Capacitor

แต

t

c dttitvtw )()()(

dt

dvCti )(

t

c dtdt

dvCtvtw )()(

)(

)(

)()(tv

v

c dvtvCtw

)(

)(

2

2

1)(

tv

vc Cvtw

ถา C ไมมประจทสะสมกอน

0)( v

ดงนน

)(2

1)( 2 tCvtwc ...… (4)

Passive elements

46

Page 24: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

24

9 ทฤษฎทางไฟฟาพนฐาน

9.1 กฎของโอหม (Ohm’s Law)

George Simon Ohm (1787-1854) นกฟสกสชาวเยอรมนคนพบความสมพนธระหวางกระแสกบแรงดนไฟฟาบนตวตานทาน พบวามความสมพนธเปนแบบเชงเสนดงรป

47

9.2 กฎของเคอรชอฟ (Kirchoff’s Law) 1. กฎเกยวกบแรงดนไฟฟา (Kirchoff’s Voltage Law)

2. กฎเกยวกบกระแสไฟฟา (Kirchoff’s Current Law)

ในวงจรไฟฟาใดๆ ผลรวมทางพชคณตของแรงดนไฟฟาบนสวนประกอบของวงจรไฟฟาทวนรอบลป (loop)ใดๆจะตองเปนศนยเสมอ สมการคอ

0v

054321 vvvvv

ในวงจรไฟฟาใดๆ ผลรวมทางพชคณตของกระแสไฟฟาทจดเชอมตอของสวนประกอบของ วงจรหรอโหนด ( Node) จะตองมคาเปนศนยเสมอ สมการคอ

0i

0-- dcba iiii48

Page 25: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

25

9.3 กาลงไฟฟาและพลงงานไฟฟา (Electric Power and Electrical Energy)

ในวงจรไฟฟากระแสตรงถาแหลงจายมแรงดน V และมกระแสไหลเปน I กาลงไฟฟาทแหลงจายตองจายใหวงจรคอ

P = VI Watt

กาลงไฟฟาของตวตานทานคอ

หรอ

RIIIRVIP 2)(

R

V

R

VVVIP

2

กรณของวงจรไฟฟากระแสตรง

49

กรณของวงจรไฟฟากระแสสลบ

cos.VIP Watt

เมอ มมระหวางกระแสและแรงดน

พลงงานไฟฟา

0

t

eW Pdt ในกรณทกาลงไฟฟามคาคงทหรอคาเฉลยจะไดวา

eW Pt

Joule

Joule

การไฟฟาคดคาพลงงานไฟฟาในรปของหนวย(Unit) โดยกาหนดให

พลงงานไฟฟา1 unit = 1000 วตต x เวลา 1 ชวโมง

= 1kWh

พลงงานไฟฟา 1kW.h สามารถเทยบไดกบพลงงานความรอน 3415 BTU

V เปนแรงดน rmsและ I เปนกระแส rms

50

Page 26: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

26

เครองมอวดพลงงานไฟฟา (Energy Meter or Kilowatt-Hour Meter)

1 Unit = 1 Kwatt-Hour

51

9.4 การคดคาพลงงานไฟฟา

การไฟฟาสวนภมภาคเปนหนวยงานทจายพลงงานไฟฟาใหกบผอยอาศยโดยมมาตรวดพลงงานไฟฟาทใชและกาหนดอตราคากระแสไฟฟาแบบกาวหนา ดงน

5 หนวยแรก หรอนอยกวา เปนเงน 0.00 บาท

10 หนวยตอไป (หนวยท 6-15) หนวยละ 1.3576 บาท

10 หนวยตอไป (หนวยท 16-25) หนวยละ 1.5445 บาท

10 หนวยตอไป (หนวยท 26-35) หนวยละ 1.7968 บาท

60 หนวยตอไป (หนวยท 36-100) หนวยละ 2.180 บาท

50 หนวยตอไป (หนวยท 101-150) หนวยละ 2.2734 บาท

250 หนวยตอไป (หนวยท 151-400) หนวยละ 2.7781 บาท

เกน 400 หนวยขนไป (หนวยท 401 เปนตนไป) หนวยละ 2.9780 บาท

52

Page 27: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

27

ตวอยางท 1.3 สมมตวาบานของนายแดงมเครองใชไฟฟาและมชวโมงการใชงานตามตาราง

อปกรณไฟฟา การใชงาน

1. หมอหงขาวขนาด 1000 วตต ทกวน วนละ 1 ชวโมง

2. ตเยนขนาด 500 วตต ทกวน วนละ 12 ชวโมง

3. เตารดไฟฟาขนาด1500 วตต ทกวน วนละ 2 ชวโมง

4. โทรทศน ขนาด 200 วตต ทกวน วนละ 5 ชวโมง

5. พดลมขนาด 100 วตต ทกวน วนละ 6 ชวโมง

6. หลอดไฟ ขนาด 40 วตต 5 หลอด ทกวน วนละ 10 ชวโมง

ใน 1 เดอนนายแดงควรเสยคาไฟฟาประมาณเทาใด

53

วธทา ใน 1 เดอนม 30 วนดงนนพลงงานไฟฟาทนายแดงใชจะเปน

อปกรณไฟฟา พลงงานไฟฟา1. หมอหงขาว 1000 วตต (1000/1000)*30*1 = 30 หนวย2. ตเยนขนาด 500 วตต (500/1000)*30*12 = 180 หนวย3. เตารดไฟฟา1500 วตต (1500/1000)*30*2 = 90 หนวย4. โทรทศน ขนาด 200 วตต (200/1000)*30*5 = 30 หนวย5. พดลมขนาด 100 วตต (100/1000)*30*6 = 18 หนวย6. หลอดไฟ ขนาด 5x40 วตต (200/1000)*30*10 = 60 หนวย

รวม 408 หนวย

54

Page 28: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

28

5 หนวยแรก หรอนอยกวา เปนเงน 0.00 บาท10 หนวยตอไป (หนวยท 6-15) เปนเงน 13.576 บาท10 หนวยตอไป (หนวยท 16-25) เปนเงน 15.445 บาท10 หนวยตอไป (หนวยท 26-35) เปนเงน 17.968 บาท60 หนวยตอไป (หนวยท 36-100) เปนเงน 130.08 บาท50 หนวยตอไป (หนวยท 101-150) เปนเงน 113.67 บาท250 หนวยตอไป (หนวยท 151-400) เปนเงน 694.55 บาทเกน 400 หนวยขนไป (หนวยท 401- 408) เปนเงน 23.824 บาทคาบรการไฟฟา 40.90 บาท

รวมเปนเงนทงหมด 1050.01 บาท

55

แบบฝกหด

56

Page 29: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

29

57

58

Page 30: บทที่ 1 - Khon Kaen Universityeestaff.kku.ac.th/~sa-nguan/EN211001/Hand-Outs/Ch1... · ดังแสดงในร ูปที่1.1 ถ้าเขียนสมการได

30

Question & Discussion?

59

การคดคาพลงงานไฟฟาของPEA

60