slide1 l.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
12.4 วงจรไฟฟ้ากระแสสลับ PowerPoint Presentation
Download Presentation
12.4 วงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 25

12.4 วงจรไฟฟ้ากระแสสลับ - PowerPoint PPT Presentation


  • 415 Views
  • Uploaded on

12.4 วงจรไฟฟ้ากระแสสลับ. (AC Circuit). V max. ไฟฟ้ากระแสสลับ ( Alternating Current ).

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about '12.4 วงจรไฟฟ้ากระแสสลับ' - elina


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1

12.4 วงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

(AC Circuit)

alternating current

Vmax

ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Current )

แบตเตอรี่ เป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่จ่ายแรงเคลื่อนไฟฟ้า (emf) ค่าสม่ำเสมอและมีค่าคงตัว ส่วนแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ (ac source) เป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่จ่ายแรงเคลื่อนไฟฟ้า(emf) หรือแรงดันไฟฟ้า (Voltage) เปลี่ยนแปลงตามเวลา (ในรูปฟังก์ชันซายน์ของwt ):

V = Vmaxsin wt w =2pf

  • = ความถี่เชิงมุม

T = คาบเวลา = 1/f = 2p/w

ไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้ในบ้านพักอาศัย

ของประเทศไทยมีความถี่ f เท่ากับ

50 Hz = 50 คลื่น/sec.

slide3
วงจรไฟฟ้าที่มี R อย่างเดียว

แรงดันไฟฟ้าคร่อมตัวต้านทานไฟฟ้าจะมีค่า

เปลี่ยนแปลงเหมือนกับกระแสไฟฟ้า

I = V/R = Imax sin wt

การเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้า มีเครื่อง

หมายเหมือนกับการเปลี่ยนแปลงของกระแส

ไฟฟ้า

แรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้ามีเฟสตรงกัน (in phase). และแอมปลิจูดอยู่ที่เวลาเดียวกัน.

slide4
ค่า rms

เนื่องจากในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับค่าเฉลี่ยแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าจะมีค่าเป็นศูนย์. ดังนั้นการแสดงค่าแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าจะแสดงในรูปของค่า root mean square หรือ ค่า rms .นั่นเอง

ค่า rms ของกระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าสำหรับไฟฟ้ากระแสสลับ สามารถนำมาเปรียบเทียบกับปริมาณสมมูล (equivalent quantities) ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง.

Vrms = IrmsR

Pav = Irms2R = Vrms2/R

slide5
RMS ของแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า

Vrms = Square root of the mean (average) of V-squared.

ค่ากำลังไฟฟ้าเฉลี่ยของวงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่มี R อย่างเดียว

ซึ่งมีค่าคงตัว (ไม่ขึ้นอยู่กับกราฟระหว่าง V กับ t)

slide6
ไฟฟ้าในบ้านพักอาศัย
  • ประเทศไทย: 220 V, 50 Hz AC
  • Vrms = 220 V, Vmax = ( 2) 220 V = 311 V
  • Circuit Breakers ตัวที่ Irms = 15 A

Imax = ( 2 ) 15 A =21.2 Amp

  • กำลังไฟฟ้าสูงสุดจะมีค่าเป็น:
  • P = Irms Vrms < (15A) (220 V) = 3300 W
slide7
คำถาม

ตัวต้านทานไฟฟ้าขนาด 33 kW ต่อกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่มี

ค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดเท่ากับ 101 V. ให้หา

(ก) กำลังไฟฟ้าเฉลี่ย และ (ข) กำลังไฟฟ้าสูงสุดของวงจรไฟฟ้านี้.

capacitor
วงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่มีตัวเก็บประจุไฟฟ้า (Capacitor) อย่างเดียว

ค่ารีแอกแตนซ์ของตัวเก็บประจุไฟฟ้าเรียกว่า capacitive reactance คำนวณจากสมการXC = 1/(wC)

SI unit ของค่ารีแอกแตนซ์คือ Ohm (W) = s/F

Vrms = IrmsXC หรือ Vmax = ImaxXC

แรงดันไฟฟ้าจะมีเฟสล้าหลัง (lag) กระแสไฟฟ้าเท่ากับ 90°. V=Q/C: ขณะที่ I>0 จะเกิดการประจุไฟฟ้าแก่ตัวเก็บประจุไฟฟ้า ส่วนขณะที่ I<0 ตัวเก็บประจุไฟฟ้าจะเกิดการจ่ายไฟ

ค่ากำลังไฟฟ้าเฉลี่ย(average power) ของตัวเก็บประจุไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับจะมีค่าเป็นศูนย์.

ทุก ½ คาบเกิดการประจุไฟฟ้าและช่วง ½ คาบต่อไปตัวเก็บประจุไฟฟ้าจะจ่ายไฟ

slide9

วงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่มีขดลวด (Inductor) อย่างเดียว

ค่ารีแอกแตนซ์ของขดลวดเรียกว่าinductive reactanceคำนวณค่าจากสมการXL = wL

SI unit ของค่ารีแอกแตนซ์คือOhm (W) = H/s

Vrms = IrmsXL หรือVmax = ImaxXL

แรงดันไฟฟ้ามีเฟสนำหน้า (Lead) กระแสไฟฟ้าเท่ากับ 90°.

แรงดันไฟฟ้าทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าจะมีค่าสูงสุดเมื่อกระแสไฟฟ้าเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วที่สุด

ค่ากำลังไฟฟ้าเฉลี่ย(average power) ของขดลวดในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับจะมีค่าเป็นศูนย์.

slide10
เครื่องตัดวงจรไฟฟ้า
  • ใช้ฟลักซ์แม่เหล็กในวงจรความปลอดภัยทางไฟฟ้า
  • ขณะที่กระแสไฟฟ้าทางด้านอินพุทและเอาท์พุทมีค่าเท่ากันจะมีฟลักซ์แม่เหล็กทางด้านขดลวดทุติยภูมิเท่ากับศูนย์
  • ถ้าเกิดกระแสไฟฟ้าไหลผ่านส่วนอื่นๆ ลงสู่กราวด์ (เช่น ผ่านร่างกายคน!!) ทำให้เกิดความไม่สมดูลของฟลักซ์แม่เหล็กเกิดขึ้นซึ่งจะเหนี่ยวนำให้เกิด EMF ในขดลวดรับรู้ (sensing coil) และทำการตัดวงจรของเบรกเกอร์ (Circuit Breaker).
  • อุปกรณ์ประเภทนี้ใช้เพื่อป้องกันอันตรายที่เกิดจากไฟฟ้าช็อค.
rc circuits filters ac coupling
RC circuits:Filters & AC-coupling

I

  • การต่ออนุกรมวงจรไฟฟ้า RC circuit กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านอุปกรณ์ทุกชิ้นจะมีค่าเท่ากัน.
  • แรงดันไฟฟ้าที่คร่อมตัวต้านทานไฟฟ้าจะมีเฟสตรงกับกระแสไฟฟ้า.
  • แรงดันไฟฟ้าที่คร่อมตัวเก็บประจุไฟฟ้าจะล้าหลังกระแสไฟฟ้าเท่ากับ ¼ คาบ.
  • ผลรวมค่าความต้านทานไฟฟ้าและรีแอกแตนซ์ของตัวเก็บประจุไฟฟ้ามีค่าเท่ากับค่าอิมพีแดนซ์ (impedance) คำนวณได้จากสมการ

I

rc circuit filter

Irms

Vrms

Vout

สำหรับw >> 1/(RC), Vout 0

สำหรับ w << 1/(RC), Vout Vrms

RC Circuit:Filter
  • ค่าแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุต (output voltage) ของวงจรไฟฟ้าจะเป็นฟังก์ชันของความถี่ w ของแหล่งกำเนิดไฟฟ้า.
rc circuit ac signal coupling

C

Vout

Vrms

Irms

RC Circuit:AC Signal Coupling
  • เมื่อพิจารณาสัญญานไฟฟ้าที่คร่อมตัวต้านทานไฟฟ้า (ที่นำมาต่อแทนตัวเก็บประจุไฟฟ้า) วงจรไฟฟ้ากระแสสลับจะทำการตัดการไบแอสไฟฟ้ากระแสตรงทางด้านอินพุทและส่งผ่านสัญญานความถี่สูงออกไปทางเอาท์พุท
ac coupling

C

Vout

Vrms

Irms

AC Coupling
  • ที่ความถี่สูง, w >>1/(RC),ตัวเก็บประจุไฟฟ้าจะเกิดการลัดวงจรไฟฟ้า, Vout = Vrms
  • ที่ความถี่ต่ำ, w << 1/(RC), ตัวเก็บประจุไฟฟ้าจะเกิดการเปิดวงจรไฟฟ้า, Vout0
rlc the rlc series circuit

VL

VR

V=I Z

VC

การต่ออนุกรม RLCThe RLC Series Circuit

ค่าความต้านทานไฟฟ้าเสมือน (effective resistance) ของวงจรไฟฟ้าเรียกว่า ค่าอิมพีแดนซ์ (impedance Z):

Imax = Vmax / Z

Irms = Vrms / Z

SI unit ของอิมพีแดนซ์ คือ ohm

resonance rlc
เรโซแนนซ์ (Resonance) ในวงจรไฟฟ้าอนุกรม RLC

กระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้าอนุกรม RLC มีค่าตามสมการ

กระแสไฟฟ้ามีค่าสูงสุดเมื่อ

XL = XC

ที่ค่าความถี่เรโซแนนซ์ wคือ

slide18
ความถี่เรโซแนนซ์ของวงจรไฟฟ้าความถี่เรโซแนนซ์ของวงจรไฟฟ้า
  • วงจรไฟฟ้าอนุกรม RLC
  • ความถี่เรโซแนนซ์ (resonant frequency) จะขึ้นอยู่กับค่า C และ L เท่านั้น คำนวณได้จากสมการ
phasors
เฟสเซอร์(Phasors)
  • V=V0sin(wt) อาจเขียนอยู่ในรูปของเวกเตอร์ที่มีความยาว V0 หมุนอยู่ในระนาบ x-y ด้วยค่าความถี่เชิงมุมเท่ากับ w.
  • สำหรับตัวต้านทานไฟฟ้า, I = V/R,
    • I มีเฟสตรงกับ V.
  • สำหรับตัวเก็บประจุไฟฟ้า IRMS = VRMS (wC),
    • I นำหน้า V เท่ากับ ¼ คาบ หรือมุมเฟส = 90°
  • สำหรับขดลวด IRMS = VRMS / (wL)
    • I ล้าหลัง V เท่ากับ ¼ คาบ หรือมุมเฟส = 90°
phasors rlc series

VL

I

VR

VC

Z

V

VL-VC

XL-XC

f

f

R

VR

PF =

Phasors (RLC Series)

การแสดงค่า กระแสไฟฟ้า และ แรงดันไฟฟ้า ที่คร่อมขดลวด (VL), ตัวเก็บประตัวประจุไฟฟ้า (VC) และ ตัวต้านทานไฟฟ้า (VR) ด้วยเวกเตอร์ไดอะแกรมเรียกว่า เฟสเซอร์. กระแสไฟฟ้า I จะมีทิศขนานกับ VR .ตลอดเวลา ซึ่งในกรณีที่ทำการต่ออนุกรมมักจะให้กระแสไฟฟ้าอยู่ในแนวแกน x :

fคือมุมเฟสของวงจรไฟฟ้า

Power Factor (PF)

phasors rlc parallel

IC

1/Z

1/XC - 1/XL

f

V

1/R

IR

IL

I

IC-IL

f

IR

Phasors (RLC Parallel)

แรงดันไฟฟ้า V จะมีทิศขนานกับ IR ตลอดเวลา ซึ่งในกรณีที่ทำการต่อขนาน มักจะให้แรงดันไฟฟ้าอยู่ในแนวแกน x :

มุมเฟส ?

Power Factor (PF) ?

slide22
เฟสเซอร์ในรูปจำนวนเชิงซ้อนเฟสเซอร์ในรูปจำนวนเชิงซ้อน
  • เฟสเซอร์ phasor เป็นเลขจำนวนเชิงซ้อนที่ใช้แสดงค่าแอมพลิจูดและเฟสของคลื่นรูปซายน์(sine wave).
  • จำนวนเชิงซ้อน มีรูปแบบเป็น

C = A + Bj เมื่อ

เมื่อ C คือ จำนวนเชิงซ้อน

A และ B คือ จำนวนจริง (real number) และ

จำนวนจินตภาพ (Imaginary) ตามลำดับ

impedance diagrams rlc series
Impedance Diagrams RLC Series

XL

Resistor

ZR = R 0

Capacitor

ZC = XC -90

Inductor

ZL = XL 90

R

XC

slide24

กำลังไฟฟ้าเฉลี่ยของวงจรไฟฟ้ากระแสสลับกำลังไฟฟ้าเฉลี่ยของวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

กำลังไฟฟ้าของวงจรไฟฟ้าจะคำนวณของ R อย่างเดียวเท่านั้น

slide25
พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในชีวิตประจำวันพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในชีวิตประจำวัน

พลังงานไฟฟ้าที่เราซื้อในชีวิตประจำวันจะมีหน่วยเป็น kWh หรือ กิโลวัตต์-ชั่วโมง.

ถ้าเราใช้ตู้ไมโครเวฟขนาด 1000 W เป็นเวลา 1 ชั่วโมง นั่นคือเราใช้พลังงานไฟฟ้าเท่ากับ 1 kWh

พลังงานไฟฟ้าที่เก็บสะสมในแบตเตอรี่ มีหน่วยเป็น Ah หรือ แอมแปร์-ชั่วโมง เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่มีค่าค่อนข้าง คงตัว.