5

บทท 2 ทฤษฎทเกยวของ

2.1 หลกการท างานของมอเตอรไฟฟากระแสตรง [1] มอเตอรไฟฟาคอเครองกลซงเปลยนพลงงานไฟฟาไปเปนพลงงานกล โดยอาศยหลกการดงน คอเมอมกระแสไฟฟาไหลในตวน า ซงวางอยในสนามแมเหลกยอมท าใหเกดแรงขนบนตวน าในทศทางตามกฎมอซายของเฟลมมง (Fleming’s Left Hand Rule) ซงกลาวไววา “นวชแสดงทศทางของเสนแรงแมเหลกนวกลางแสดงทศทางของกระแสไฟฟาและนวหวแมมอแสดงทศทางของแรงเกดขน” และขนาดของแรงทเกดขนสามารถหาไดจากสมการท 2.1

. .F B i L (2.1) เมอ F = แรงทเกดขนบนตวน า

B = ความหนาแนนสนามแมเหลก i = กระแสทไหลในตวน า l = ความยาวของตวน า

ภาพท 2.1 ทศทางของเสนแรงแมเหลก ก. สนามแมเหลกของขวแมเหลก 2 ขว ข. พนทหนาตดของลวดตวน าซงมกระแสไหลออก เสนแรงแมเหลกรอบตวน าจะมทศทางทวนเขมนาฬกา

ก. ข.

6

ภาพท 2.2 ผลรวมของสนามแมเหลกทงสองแหงท าใหเกดแรงบดเบนของสนามแมเหลกอนเปนสาเหตใหเกดแรง F ท าใหลวดตวน าเคลอนทขนบน

ภาพท 2.3 ทศทางของเสนแรงแมเหลกตดผานลวดตวน า ก. ลวดตวน าทมความยาวหนงมกระแสไหลผานและวางอยในสนามแมเหลก ข.แสดงทศทางของเสนแรงแมเหลกทเกดขนรอบตวน าเมอเทยบกบทศทางของสนามแมเหลก

ค. ผลรวมของสนามแมเหลกทงสองแหงท าใหตวเคลอนทดวยแรง

เราสามารถหาทศทางของแรง F ทเกดขนไดโดยใชกฎมอซายของแฟลมมง (Fleming Left Hand Rule) ซงท าใหหาทศทางการหมนของมอเตอรนนเอง ภาพท2.4 แสดงการใชกฎมอซายของ

ก.

ค.

ข.

7

แฟลมมงหรอกฎมอซายของมอเตอร (Left hand Rule Motor Rule) เพอหาทศทางของแรงทเกดขนบนลวดตวน าเมอเปรยบเทยบกบภาพท 2.5 แสดงการใชกฎมอขวาของเฟลมมง หรอกฎมอขวาของเครองก าเนด (left Hand Rule Motor Rule) เพอหาทศทางของแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน า (Induced R.M.F.) ในเครองก าเนดหรอใชหาทศทางของแรงเคลอนไฟฟาตอตาน (Back E.M.F. Or Counter E.M.F.)

ภาพท 2.4 กดมอซายของมอเตอรไฟฟา

ภาพท 2.5 กฎมอขวาของเครองก าเนดไฟฟา

8

2.2 โครงสรางและหลกการท างานของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยก โครงสรางของมอเตอรไฟฟากระแสตรงจะเปนดงภาพท 2.6 และภาพท 2.7

ภาพท 2.6 ลกษณะทวไปของมอมอเตอรไฟฟากระแสตรง ภาพท 2.7 สวนประกอบภายในมอเตอรไฟฟากระแสตรง

9

ภาพท 2.8 โครงสรางและการท างานของมอเตอรไฟฟากระแสตรง

หลกการท างานเบองตนของมอเตอรไฟฟากระแสตรง กคอจะมสนามแมเหลกอย 2 สวน

คอสวนทอยบนสเตเตอร และสวนทอยบนอารเมเจอร โดยสนามแมเหลกทอยบนสเตเตอรนน เกดจากการจายไฟดวยแหลงจาย fv ท าใหเกดกระแส fi ไหลเขาไปในขดลวด เกดขวแมเหลกเหนอ-ใตขนบนสเตเตอร และท าใหเกดเสนแรงแมเหลก วงผานชองวางและโรเตอรจากขวเหนอไปยงขวใตสนามแม เหลกอกสวนหนงคลองสนามแม เหลกทอยบนอารเมเจอรซงขดลวดทสรางสนามแมเหลกน จะพนอยบนโรเตอร สนามแมเหลกนเปนสนามแมเหลกของเสนแรงทวนอยรอบตวน าบนโรเตอร จากภาพท 2.8 ถาเราพจารณาขดลวดเพยงขดเดยวทรบไฟจากแปรงถาน ผานคอมมวเตเตอรและสมมตใหขดลวดนนพนเพยงรอบเดยว เราจะไดภาพของขดลวดทวางอยภายใตสนามแมเหลกดงภาพท 2.8 จากภาพเนองจากกระแส ai ไหลผานแปรงถานและคอมมวเตเตอรเขาขดลวดทางตวน า a และกลบทางตวน า – a จงท าใหมเสนแรงแมเหลกทศทางตามเขมรอบตวน า aและทศทางทวนเขมรอบตวน า - a (โดยใชกฎมอขวา) เนองจากโดยธรรมชาต เสนแรงแมเหลกจะไมตดกนท าใหเสนแรงแมเหลกของสนามแมเหลกหลกบดตวออมตวน า a และ - a ดงในภาพ ผลกคอท าใหเกดการผลกกนระหวางเสนแรงแมเหลก ของสนามแมเหลกหลกและเสนแรงแมเหลกรอบตวน า a , - a ท าใหขดลวด a ,- a ถกผลกใหหมนในทศตามเขมนาฬกาตามภาพ การหมนดงกลาวจะท าใหตวน า - a หมนมาแทนทตวน า a และตวน า a หมนไปแทนทตวน า - a ในสวนของกระแสกจะกลายเปนไหลเขาตวน า - a และออกทางตวน า a ท าใหเกดแรงผลกใหหมนอยางตอเนอง

10

ทงหมดทกลาวมาคอ หลกการท าใหเกดแรงบดขนบนโรเตอรเพอน าไปขบโหลดอกตอหนงเราเรยกพฤตกรรมนวาเปนพฤตกรรมมอเตอร ซงเกดจากการแปลงพลงงานไฟฟาใหเปนพลงงานกลผานการผลกกนของพลงงานจากสนามแมเหลก แตหากพจารณาใหลกลงไป ในขณะทโรเตอรก าลงหมนอยน นขดลวดอารเมเจอรทถกใชเปนตวสรางสนามแมเหลกมาผลกกบสนามแมเหลกหลกนนกจะหมนตดผานกนสนามแมเหลกหลกไปดวยในตว การทขดลวดตวน าอารเมเจอรหมนตดผานสนามแมเหลกหลกนกท าใหเกดแรงเคลอนเหนยวน าขนมาตวหนงมทศทางตานการไหลของกระแส ai ซงเปนกระแสตวทท าใหเกดการหมนขน (เปนไปตามกฎธรรมชาตทวาเมอ

ai ท าใหเกดหมน กตองมแรงดนมาตานการไหลของ ai เพอสรางความสมดล) เราเรยกแรงเคลอนเหนยวน าในทศตานกลบนวา Back Emf ดงแสดงในภาพ 2.8 ซงเปนพฤตกรรมของเครองก าเนดทเกดขนในเวลาเดยวกน และสามารถเขยนวงจรสมมลทางไฟฟาของ ภาพท 2.8 ไดดงภาพท 2.9

ภาพท 2.9 วงจรสมมลดซมอเตอร ก. วงจรขดลวดอารเมเจอร ข. วงจรขดลวดสนาม เมอ Ra คอ ความตานทานในขดลวดอารเมเจอร La คอ ความเหนยวน าในขดลวดอารเมเจอร e

b คอ Back Emf

Rfคอ ความตานทานในขดลวดสนามแมเหลกหลก

Lfคอ ความเหนยวน าในขดลวดสนามแมเหลกหลก

ก. ข.

11

diaV i eR La aa a b

dt

di fV iR Lf ff f

dtb

และสามารถเขยนสมการแสดงความสมพนธของตวแปรตางๆในวงจรไดดงน

วงจรอารเมเจอร วงจรสรางสนามแมเหลกหลก

2.3 การควบคมความเรวมอเตอรไฟฟากระแสตรง [1] การควบคมความเรวมอเตอรไฟฟากระแสตรงโดยทวไปสามารถแบงออกเปน 4 วธ คอ

2.3.1 การควบคมวงจรอารเมเจอร (Armature control) เปนการควบคมกระแสหรอแรงดนทปอนใหกบวงจรอารเมเจอร ซงจะใหผลตอบสนองท

รวดเรว และควบคมแรงบดของมอเตอรไดโดยตรง โดยการควบคมกระแสอารเมเจอร ซงสามารถควบคมผานทางแรงดนทปอนใหกบมอเตอรและเมอกระแสอารเมเจอรมคาเทากบกระแสทพกดคาแรงบดสงสงของมอเตอร (Maximum Torque) จะมคาคงทซงอาจเรยกไดวาเปนการควบคมแบบแรงบดคงท ดงนนจงเหมาะส าส าหรบงานทตองการควบคมแรงบดของมอเตอร

2.3.2 การควบคมวงจรสนาม (Field control)

เปนการควบคมสนามแมเหลกโดยการควบคมกระแสสนามทใชสรางสนามแมเหลกเนองจากไมสามารถปรบความเรวของมอเตอรดวยการปรบแรงดนทปอนใหกบมอเตอรได แตหากลดคากระแสสนามลงจะท าใหความเรวของมอเตอรเพมขนได การลดกระแสสนามจะท าใหฟลกซแมเหลก )( ลดลง แตมขอเสยคอ ผลตอบสนองชา เนองจากคาเหนยวน าของวงจรสนามมคามากกวาวงจรอารเมเจอรจงท าใหไมสามารถควบคมแรงบดของมอเตอรไดโดยตรง และการท างานอาจไมเสถยรเนองจากผลของปฏกรยาอารเมเจอร (Armature Reaction) แตมขอดคอ การควบคมท าใหงายกวาแบบแรกอาจเรยกไดวาเปนการควบคมแบบก าลงงานสงสดคงทจงเหมาะส าหรบงานทตองการควบคมความเรวของมอเตอรเพอใหไดความเรวตามตองการ

12

2.3.3 การควบคมวงจรอารเมเจอรและวงจรสนาม (Combine Armature And Field Flux Control)

เปนการน าการควบคมวธท 1 และ 2 มาใชในการควบคมความเรวมอเตอรกระแสตรง โดยการควบคมกระแสหรอแรงดนทปอนใหกบวงจรอารเมเจอร และควบคมสนามแมเหลกโดยการควบคมกระแสสนามทใชสรางกระแสแมเหลก โดยสามารถเปลยนสถานการณท างานไดอยางตอเนองโดยอตโนมต ซงท าใหสามารถควบคมแรงบดของมอเตอรไดโดยตรง และยงสามารถควบคมความเรวของมอเตอรใหคงทตามคาความเรวคาสงได ภาพท 2.10 การควบคมความเรวดวยวธการควบคมวงจรอารเมเจอรและวงจรสนาม

2.3.4 การควบคมความตานทานของวงจรอารเมเจอร (Armature Resistance Control)

เปนการปรบคาความตานทานของวงจรอารเมเจอร โดยการตอความตานทาน eR อนกรมกบวงจรอารเมเจอรแตวธนมประสทธภาพต า เพราะมการสญเสยเกดขนทความตานทานจงไมนยมใชกนกราฟคณลกษณะของการควบคมดวยวธนแสดงดงภาพท 2.11 ภาพท 2.11 การควบคมความเรวดวยวธการควบคมความตานทานของวงจรอารเมเจอร

13

N I ff

R f

2.4 วงจรสมมลมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยก

ประกอบดวยวงจรขดลวดอารเมเจอร และ ขดลวดสนามแมเหลกทเปนแบบกระตนแยก

(แสดงดงภาพท 2.11)

Rf

I f

Ea

V t

I a La

Ra

M

(ก) (ข)

ภาพท 2.12 วงจรสมมลมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยก ก. วงจรขดลวดอารเมเจอร ข. วงจรขดลวดสนาม จากวงจรสมมลจะไดสมการดงน

คาแรงดนไฟฟาตานกลบ

VE I Ra a aa (2.2) โดยท

Ra = คาความตานทานของขดลวดอารเมเจอร Ia = คากระแสทไหลในขดลวดอารเมเจอร Ea = คาแรงดนไฟฟาตานกลบ (Back E.M.F)

aV = คาแรงดนไฟฟาทจายใหกบมอเตอร

เนองจากเปนแบบกระตนแยก ก าหนดคา คงท จ านวนเสนแรงแมเหลก

(2.3)

aV

ก. ข.

14

E Ka

V I Ra aa

2

PK

a

K IT a

T I a

โดยท N

f = จ านวนรอบของขดลวดสนามแมเหลก

If

= กระแสทไหลในขดลวดสนามแมเหลก

Rf

= คาความตานทานขดลวดสนามแมเหลก

คาแรงบดจะไดวา

(2.4) ดงนน

คณลกษณะระหวางแรงบด ความเรว และกระแสทไหลในอารเมเจอรจะไดวาคาความเรวรอบเปนสดสวนโดยตรงกบแรงดนไฟฟาตานกลบ ดงสมการท 2.5

(2.5)

โดยท

K = คาคงทของมอเตอร = จ านวนเสนแรงแมเหลก = ความเรวรอบ

จากสมการท (2.3) แทนลงในสมการท (2.2) จะได

คาความเรวรอบ (2.6)

คาคงทของมอเตอร

(2.7)

15

a p

2a

โดยท p = จ านวนขวแมเหลก z = จ านวนตวน าทพนบนอารเมเจอร a = วธการพน พนแบบแลป พนแบบเวฟ

2.5 การขบเคลอนมอเตอรไฟฟากระแสตรงดวยดซชอปเปอร [3]

ดงทเราไดทราบในเบองตนแลววาวธการหนงในการควบคมอตราเรวของมอเตอรไฟฟากระแสตรงกคอการควบคมแรงดนไฟฟาทอารเมเจอร ดงน นเมอ ดซ ชอปเปอร สามารถเปลยนแปลงระดบแรงดนไฟฟาไดนนกหมายถงวาเราสามารถน ามาใชควบคมอตราเรวของมอเตอรไดนนเอง ในปจจบนไดมการน าเอาวงจรชอปเปอรมาใชในการขบเคลอนมอเตอรไฟฟากระแสตรงกนอยางแพรหลาย ทงนเนองจากมขอดอยหลายประการดวยกน อยางเชน มประสทธภาพสง มความยดหยนในการควบคม มการตอบสนองทรวดเรว และมความสามารถในการคนพลงงานทอตราเรวต าๆ ได ดงจะไดกลาวถงรายระเอยดในล าดบตอไปน ตวอยางการประยกตใชงานของ ดซ ชอปเปอร ในการควบคมมอเตอร เชน ยวดยานตางๆ (ทใชพลงงานแหลงจายจากแบตเตอร) งานลากดงหนยนตเคลอนท (Mobile Robot) ฯลฯ

16

2.5.1 ประเภทของ ดซ ชอปเปอร ดซ ชอปเปอรทมโดยทวไปสามารถแบงออกไดเปน 5 ประเภทดงแสดงในตารางท 2.1 ตารางท 2.1 ประเภทของ ดซชอปเปอร

ชนด วงจร ควอดแดรนตทท างาน

ชอปเปอรคลาส A

ชอปเปอรคลาส B

ชอปเปอรคลาส C

ชอปเปอรคลาส D

ชอปเปอรคลาส E

17

V EaI a

Ra

2.5.2 ชอปเปอรคลาส A วงจรก าลงพนฐานของชอปเปอรควอดแดรนตเดยวแบบแปลงลง แบบจ าลองวงจรอาร

เมเจอรของมอเตอรแสดงโดยองคประกอบสามสวนแยกกน(Ea,Ra,La)ค าวา “แปลงลง”(Stepdown) หมายถงแรงดนเฉลยทขวของวงจรอารเมเจอรจะนอยกวาแรงดนแหลงจาย ค าวา“ควอดแดรนตเดยว”(Single-Quadrant) แสดงถงคา vt และ ia จะมไดเฉพาะในควอดแดรนตแรกเทานน ดงการท างานของวงจรในรปท 5.26 b และ c เมอสวตช Q1 , น ากระแส ดงนนแรงดนจากแหลงจายจะตกครอมทโหลด หรอวงจรอารเมเจอร ถาพจารณาการท างานในสภาวะคงตว เราจะได

กระแสเฉลยในวงจรอารเมเจอรสามารถควบคมไดโดยการแปรคา ชวงเวลาในการน ากระแสของสวตซ Q1 (ton หรอ D)

เนองจาก Q1 จะตองหยดน ากระแสในขณะทยงมแรงดนตกครอมเปนบวก ซงตางจากกรณของวงจรเรยงกระแสทสวตซจะหยดน ากระแสในล าดบตอไป (ครงคลนถดไปในกรณวงจรเรยงกระแสหนงเฟส) โดยอตโนมต ดงนนในกรณทไชไทรสเตอรเปนสวตซ จงจ าเปนตองใชวงจรบงคบใหหยดน ากระแส แตไมตองใชในกรณทใชสวตซจ าพวกทรานซสเตอร ไอจบหรอมอสเฟตคาเฉลยของ ia อาจจะควบคมไดจากหลายวธ ดงตอไปน

ก). โดยการแปรคา ton และคงคาคาบเวลา Tp ไว ; เรยกวาการมอดดเลตความกวางพลส (Pulse Width Modulation; PWM)

ข). โดยการแปรคาคาบ Tp และคา ton ใหคงท ; เรยกวาการ มอดดเลตความถ (Frequency Modulation)

ค). โดยวธการใชทงสองวธในขอ ก). และ ข). รวมกน

ถา ton มคานอยมากๆเมอเทยบกบ Tp (รปท 5.26b) กจะมโอกาสท าใหเกดการท างานในยานกระแสไมตอเนอง และในท านองกลบกนถา ton มคาใหญมากๆเมอเทยบกบ Tp (แตไมสามารถมากกวา Tp ได)จะมโอกาสท าใหเกดการท างานในยานกระแสตอเนอง เนองจากความถทใชในการสวตซของ Q1 นนมคาสง (คาแบบอยางส าหรบชอปเปอรทใชไทรสเตอร คอ 200-500 Hz , คาแบบอยางส าหรบ ชอปเปอรทใชทรานซสเตอร

18

คอ 1 KHz-20 KHz ) ดงนนท าใหกระแสมโอกาสทจะตอเนองมากวา ถงแมวาวงจรอารเมเจอรจะมคาตานเหนยวน าทคอนขางต ากตาม แตอยางไรกตามในชวงสภาวะชวครกระแสอาจจะกลายเปนกระแสไมตอเนอง

ภาพท 2.13 วงจรชอปเปอรคลาสA

19

2.5.3 ชอปเปอรคลาส C การควบคมการท างานในควอดแรนตท 1 และ 2 ดวยวงจรชอปเปอรคลาส C ดงภาพท

2.13 ตอไปน

ภาพท 2.14 วงจรชอปเปอร

ภาพท 2.15 การหมนเดนหนาและการเบรกโดยการใชชอปเปอรคลาส C

20

V Va

V EaI a

Ra

จากภาพท 2.13 สวตซ 1S และไดโอด

1D เปนชอปเปอรวงจรหนง สวนสวตซ 2S และ

ไดโอด 2D กเปนชอปเปอรอกวงจรหนง ชอปเปอรทงสองวงจรถกควบคมในเวลาเดยวกนทงใน

ตอนทหมนและคนพลงงานกลาวคอสวตซ 1S และ

2S จะถกปดวงจรสลบกน ในชวงของคาบเวลา T สวตซ

1S จะท างานคาบเวลา T สวนสวตซ 2S จะท างานจาก T ถง T เพอหลกเลยงการ

ลดวงจรของแหลงจาย จงตองระวงไมให S1และS2 ท างานพรอมกน ส าหรบภาพคลนของสญญาณควบคม aac ivi ,, และ si รวมทงอปกรณภายในการน ากระแสในชวงทแตกตางกนของคาบเวลาแสดงดงภาพท 2.14 ซงในภาพคลนดงกลาว การหนวงเวลาระหวางการหยดท างานของสวตซตวหนงและการท างานของอกตวไมไดน ามาคดเนองจากมนเปนคาทนอยมากจากภาพคลนแรงดนทขวมอเตอรของภาพท 2.14

ดงนน

(2.8)

จากสมการ 2.8 มอเตอรจะท างานในลกษณะการหมน (+

aI ) เมอ >(E/V) และเปนการเบรกแบบคนพลงงาน (-

aI ) เมอ < (E/V)สวนการท างานในสภาวะไมมโหลด = (E/V)

จากภาพท 2.14 การลดลงของอตราเรวจะเปนการเพมขนของกระแส aI และภาพคลน

ทงหมดของกระแส aI จะเลอนขนเมอกระแส

aI เรมมคามากกวาคาของการกระเพอม กระแส aI

จะเปนบวกเสมอ ซงในขณะนสวตซ 1S และไดโอด

1D จะน ากระแสสวน 2S แมจะรบสญญาณ

ควบคม มนจะไมน ากระแสเนองจากเปนการไบแอสกลบโดยการน ากระแสของไดโอด 1D ใน

ท านองเดยวกนอาจเพมขนของอตราเรวทสงกวาอตราเรวไมมโหลดจะสรางกระแส aI เปนลบ และภาพคลนของกระแส

aI จะเลอนลง เมอกระแส aI เปนลบกระแสจะถกน าโดยสวตซ 2S และ

ไดโอด 2D สวนสวตซ

1S และไดโอด 1D จะไมมการน ากระแส กลาวโดยสรปการหมนของมอเตอร

การน ากระแสจะกระท าโดยสวตซ 1S และไดโอด

1D สวนการเบรกจะน ากระแสโดยสวตซ 2S

และ 2D

21

2.6 เทคโนโลยไอจบท (IGBT) ความล าหนาทางเทคโนโลยอเลกทรอนกสคอจดก าเนด ของ ไอจบท (Insulate Gate Bipola Transistor: IGBT) หากจะกลาวถงอปกรณอเลกทรอนกสทใชในงานในดานเพาเวอรก าลงหรอ เพาเวอรคอนโทรล กเหนจะมอยไมก ชนด ซงในแตละชนดกมขอจ ากดและความสามารถในการท างานทแตกตางกนออกไปตาม ลกษณะของการน าไปใชควบคมงาน ดานตางๆซงอาจจะรวมไปถงความไมลาสมยเรวจนเกนไปของอปกรณทถกเลอกมาใชงานดวย

2.6.1 ความผกพนจากของเดม อปกรณเพาเวอรอเลกทรอนกสคอนโทรล ทพอจะคนเคยและใชงานกนอยางกวางขวางในขณะน กเหนจะไมพนเอสซอาร (SCR) ไตรแอก (TRIAC) ทรานซสเตอรก าลงและมอสเฟตโดยเฉพาะทรานซสเตอรและมอสเฟต ทจะเปนจดพฒนาการของอปกรณชนดใหมน ซงอปกรณทงสองชนด กมคณสมบตทแตกตางกนออกไป กลาวคอ ทรานซสเตอรก าลงขณะอยในสภาวะน ากระแสจะมอตราการสญเสยก าลงงานต า มอตราแรงดนและขยายกระแสไดสง แตความเรวในการสวตชท างานยงต าอย โดยเฉพาะชวงหยดน ากระแส จะมชวงเวลาทยาวกวา ซงจะเปนคณสมบตทตรงขามกบเพาเวอรมอสเฟต ทมความเรวในการสวตชท างานน ากระแสและหยดน ากระแสไดเรวกวามาก แตกมอตราการสญเสยก าลงงานสงมากเชนกน

จากเหตผลทกลาวมาของเพาเวอรทรานซสเตอรและเพาเวอรมอสเฟตจงไดมการพฒนาอปกรณประเภทน จนสามารถไดอปกรณเพาเวอรอเลกทรอนกสคอนโทรลชนดใหมขนมา โดยคณสมบตตาง ๆ จะรวมเอาขอไดเปรยบของทรานซสเตอรไบโพลารและมอสเฟตเขามารวมไวในอปกรณชนดใหมน โดยมการตงชอหรอเรยกชออยางเปนทางการวา ไอจบท (Insulate Gate Bipolar Transistor: IGBT)

2.6.2 โครงสรางและสญลกษณ ไอจบท (IGBT) เปนอปกรณทมจ าหนายกนหลายเบอรดวยกนจากความเปนอปกรณหนาใหมจงมสญลกษณชนดและตวไอจบทอยหลายรปแบบดวยกน ขนอยกบผผลตวาจะใชสญลกษณใดเปนสญลกษณประจ าสนคาทผลตขน จากทพบมากทสดกมใชกนอยสองแบบ ดงแสดงไวในภาพท 2.14 ซงเปนสญลกษณและชอเรยกขาตาง ๆ ของไอจบทชนดเอนแชนเนล

22

ภาพท 2.16 สญลกษณและการเรยกชอขาของไอจบททง 2 แบบ ก. สญลกษณไอจบทแบบคลายสญลกษณมอสเฟส ข. สญลกษณไอจบทแบบคลายสญลกษณทรานซสเตอร

จากภาพท 2.16 ก. จะเหนวามลกษณะคลายสญลกษณของมอสเฟตมาก เพยงแตวาสญลกษณของไอจบทนนจะมลกศรเพมขนมาตรงขาเดรนลกษณะของลกศรจะชเขาหาตว หรอชเขาหาชนของซลคอนภายในตวไอจบทในบทความนจะใชสญลกษณในรป ข. จะเหมอนกบสญลกษณของทรานซสเตอร แตตรงขาเกต (หรอเบสของทรานซสเตอร) จะเพมขดขนมานไมไดตอถงกนโดยตรงกบขาทตอออกมาภายนอก

ภาพท 2.17 โครงสรางพนฐานของไอจบท

D

S

D

G

S

G

ก. ข.

23

โครงสรางของไอจบทชนดเอนแชนเนลเปนภาพตดขวางไดดงภาพท 2.16 โครงสรางโดยรวมสวนใหญมลกษณะคลายกบโครงสรางของมอสเฟตมาก จะแตกตางกนตรงทไอจบท จะมชน P+ หรอชนอนเจกตง (Injecting) ตออยระหวางขาเดรน ซงในมอสเฟตนนไมม จากการทขาเกตถกกนดวยชนของซลคอนออกไซด (SiO2) เปนผลท าใหความตานทานอนพตทขาเกตมคาสงมากเหมอนกบเพาเวอรมอสเฟต โดยทวไปจะมคาอยในชวง 109 โอหม

ภาพท 2.18 คณสมบตของกระแสและแรงดนของไอจบท ก. ลกษณะคณสมบตระหวางกระแสและแรงดนของไอจบท ข. ลกษณะคณสมบตการถายโอนกระแสและแรงดน

จากผลดงกลาวท าใหลกษณะของกคณสมบตของกระแสและแรงดนของ ไอจบท มลกษณะคลายกราฟของทรานซสเตอร แตการควบคมกระแสเดรน จะอาศยการควบคมแรงดนระหวางขาเกตกบขาซอรส มากกวา การควบคมกระแสทขานเหมอนกนทรานซสเตอร ซงคณสมบตของกระแสและแรงดนของไอจบทแสดงไวในภาพท 2.17 ก. และส าหรบภาพท 2.17 ข. เปนคณสมบตการถายโอนกระแสและแรงดน

ภาพใหเหนวาสวนใหญของเสนจะมลกษณะเปนเสนตรงแตจะเรมโคงทกระแสเดรนมคาต า ๆ นนกคอจดทแรงดนระหวางขาเกตและขาซอรสต าลง ใกลแรงดนจดเรมเปลยนสภาวะการท างาน (จด Threshold voltage: Vgs(th) โดยถาแรงดนระหวางหยดน ากระแสหรอคตออฟ ในกรณของไอจบทชนดพแชนเนลนนคณสมบตจะคลายกบเอนแชนเนล แตโครงสรางและสญลกษณจะมลกษณะตรงกนขามกบเอนแชนเนล เชน ชนดของสารทโดฟจากเอนแชนเนล กจะเปลยนเปนตรงกนขาม สญลกษณลกศรกจะกลบเอาหวลกศรกลบไปในทางตรงกนขาม

ข. ก.

24

2.6.3 สภาวะน ากระแส เมอขาเดรนไดรบแรงดนไบแอสตรงคอเปนบวกเทยบกบซอรส และแรงดนระหวางเกต กบซอรสมคาเกน Vgs(th) ประจไฟฟาบวกทเกดจากแรงดนทขาเกตจะดงเอาอเลกตรอน ใหมารวมกนอยในบรเวณภายใตเกต ท าใหชนบอด (Body Layer) ตรงสวนใตเกตแปรสภาพเปน n ท าใหเกดการตอกนของบรเวณ n- (drift region) เขากบบรเวณ n+ (Source Region) ซงลกษณะเชนนเหมอนกบการท างานของ มอสเฟตกระแสอเลกตรอนทไหลจากขาซอรสผานบรเวณใตเกตมายงบรเวณลอยเลอน n- จะรวมกบโฮล ทเปนพาหะขางนอยทถกฉดมาจากชนอนเจกตง P+ (ดรปโครงสรางในภาพท 2.15) เพราะรอยตอ J1 ไดรบแรงดนไบแอสตรง ท าใหไอจบท อยในสภาวะน ากระแส เกดการไหลของกระแสไฟฟาจากเดรนไปซอรสได การรวมกนของโฮสและอเลกตรอนภายในบรเวณ n- เรยกวา การมอดเลตสภาพน า (Conductivity Modulation)

ภาพท 2.19 ทศทางการไหลของอเลกตรอนและโฮลในขณะน ากระแส

ผลของการมอดเลตนจะท าใหความตานทานของบรเวณ n- มคาต าลงเปนการเพมความสามารถ ในการขบผานกระแสไดสงขน ซงจะมลกษณะเหมอนกบทรานซสเตอรก าลง ผลของความตานทานทลดลง ท าใหแรงดนตกครอมทสภาวะน ากระแสลดลง การสญเสยก าลงงานขณะน ากระแสจงลดลงดวย ทศทางการไหลของอเลกตรอนและโฮลดงในภาพท 2.19

25

2.6.4 วงจรสมมลของไอจบท (IGBT)

ภาพท 2.20 โครงสรางและวงจรสมมลของไอจบท ก. แสดงโครงสรางทมทรานซสเตอรและมอสเฟตแฝงอยภายใน

ข. วงจรสมมลส าหรบการท างานสภาพปกตของไอจบท ค. วงจรสมมลทแสดงสวนของไทรสเตอรทแฝงอยในไอจบท

วงจรสมมลของไอจบทแสดงไวในภาพท 2.19 ซงในภาพท ก. นนจะเหนวาในบรเวณบอด p ชนบรเวณ n- และชนอนเจกตง p+ จะคลายกบทรานซสเตอรชนดพเอนพโดยแทนไดดวยขาคอลเลกเตอร, เบสและอมตเตอร ตามล าดบ และ บรเวณภายใตเกตกจะแทนไดดวยมอสเฟตซงจะมความตานทานบรเวณ n- เชอมขาเบส ของทรานซสเตอรพเอนพเขากบขาเดรนของมอสเฟต ซงเมอเขยนวงจรสมมลออกมาจะไดวงจรดงภาพท ข. จากภาพท ข. จะเหนวาเปนวงจรดารลงตน โดยมมอสเฟตเปนตวขบทรานซสเตอรพเอนพ แตมจดพเศษทแตกตางจากวงจรทวไป คอกระแสเดรนสวนใหญจะไหลจากอมตเตอร มายงเบส ผานความตานทานบรเวณลอยเลอน และผานขาเดรนมายง

ข. ข. ค.

ก.

ข.

26

คอลเลกเตอรและขาซอรสส าหรบวงจรสมมลในภาพท ค. จะแสดงใหเหนวาภายในไอจบทมไทรสเตอรแฝงอยดวย โดยดไดจาก การททรานซสเตอรเอนพเอนและพเอนพตอเขาดวยกนในลกษณะทมการปอนกลบ ท าใหเหนไดชดถงเหต ทท าใหเกดการแลตชของ ไอจบท โดยถากระแสสวนนอยทไหลผานจากอมตเตอรมายงคอลเลกเตอรของทรานซสเตอรของทรานซสเตอรพเอนพ ผานความตานทานขางเคยงแลวท าใหเกดแรงดนตกครอม ความตานทานสงกวา 0.7 โวลต ทรานซสเตอรเอนพเอนจะน ากระแส สงผลใหเกดการแลตชขนในไอจบท (IGBT) ส าหรบแรงดนตกครอมขาเดรนและซอรสของไอจบทขณะน ากระแส onVDS

onV ds = 1V j

+ V drift+ I Rd channal

1jV เมอ เปนแรงดนไบแอสตรงทตรงครอมรอยตอพเอน จงมคาคอนขางจะคงท จะมการ

เปลยนแปลงบางกเพยงเลกนอยเพราะมความสมพนธโดยตรงในลกษณะเอกซโปแนเชยลกบกระแส ท าใหมคาอยระหวาง 0.7 - 1 โวลต

driftV เปนแรงดนทตกครอมความตานทานบรเวณเลอน ซงความตานทานนมคาคอนขาง

คงท แตเมอเทยบกบคาแรงดนในมอสเฟตแลวจะมคานอยกวาเพราะผลของการมอดเลต สภาพน าทเกดขนใน ไอจบท

channalR เปนคาความตานทานในยาน 1 - 1,000 โอหม มคาคอนขางจะคงท

channalDRI เปนแรงดนตกครอมมอสเฟต

ดงน นจงพอจะสรปไดวา onVDS จะมคาสงมากขนตามคากระแสเดรนทสงขน

โดยทวไปไอจบทจะสามารถท างานไดในอณหภมรอยตอสงสดถง 150 องศาเซลเซยสและผลของการเปลยนอณหภมหอง ไปถงคาสงสดน จะสงผลใหเกดการเปลยนแปลงคา onVDS

เพยงเลกนอยเทานน เพราะไอจบทมคา onVDS

เปนผลรวมระหวางแรงดนตกครอมมอสเฟตทมสมประสทธทางอณหภมเปนบวก (หมายถงอณหภมสงขนแรงดนตกครอมกจะสงขนตาม) กบแรงดนตกครอมความตานทาน บรเวณลอยเลอยทมสมประสทธอณหภมเปนลบ

2.6.5 ลกษณะการสวตช ลกษณะของสญญาณกระแสและแรงดนในชวงเวลาทเกดการน ากระแสและหยดน ากระแสโดยชวงเวลาในการน ากระแสของไอจบทซงจะมลกษณะคลายกบการน ากระแสของ มอสเฟต คอจะมเวลากอนการน ากระแส onTd นบตงแตเวลาทแรงดนระหวางเกตกบซอรสอย

27

ในชวง GGV จนถง tsVGS

ความจรงแลวการปอนแรงดนนจะมลกษณะการเปลยนแปลงทนททนใดจากคา

GGV เปน GGV แตกลบมลกษณะเปนเอกซโปแนนเชยล

เหตทเปนเชนนนเนองจากผลการชารจประจของตวเกบประจระหวางขาเกตกบซอรสและเกตกบเดรนภายในไอจบท (IGBT) แรงดนทขาเดรนจะยงคงอยในชวงเวลาขาขน nT หรอในชวงเวลาทกระแสเดรนยงไมถงคากระแสท างาน oI หลงจากนนกระแสเดรนกจะคงท แตแรงดนจะตกลงสคา

onVDS โดยแบงชวงเวลาลงเปนสองชวง คอชวง เปนชวงทท างานอยในยานความตานทานสง

channalR สวน2fvt ชวงทท างานอยในยานความตานทานต า

channalR

ลกษณะของกระแสและแรงดนในชวงเวลาทไอจบท (IGBT) หยดน ากระแส จะเหนวากระแสเดรนจะยงคงทอยตลอดชวงเวลาทแรงดนขาเดรนเพมขน และมชวงเวลาลง ของกระแสเดรนทแตกตางชดเจนสองชวง โดยชวงแรก 1fvt จะเปนชวงหยดน ากระแสของมอสเฟตภายในไอจบท และชวง 2fvt จะเปนชวงหยดน ากระแสของทรานซสเตอรพเอนพ ซงจะชากวามอสเฟต ท าใหชวงเวลานนานกวาชวงแรก และมการสญเสยก าลงงานมากในชวงน

2.7 จอสมผส (Touchscreen) [6] จอสมผส (Touchscreen) เปนรปแบบหนงของอปกรณแสดงผลและน าเขาขอมลทผสมรวมกนเพอลดขนาดพนทการใชงาน โดยโปรแกรมจะแสดงผลภาพกราฟกบนจอภาพและผใชสามารถใชนวมอสมผสบนจอภาพ เพอเลอกรายการตางๆทงทอยในลกษณะของรปภาพ หรอขอความกได เพอสงงานจอสมผสนยมน ามาใชในลกษณะของงานทชวยเหลอผทมปญหาการใชอปกรณน าเขาแบบจบตองเชน แปนพมพ, เมาส เปนตน 2.7.1 ประเภทของจอสมผส เปนอกหนงจอภาพทอยากพดถงเปนระบบทถกพฒนาขนทท าใหผใชสามารถสมผสจอแลวไดรบการตอบสนองจากคอมพวเตอรเปรยบเสมอนมเมาสและคยบอรดทจอภาพ ประกอบ 2 สวน - แผนหนาจอสมผส ทมขนาดและความโคงพอดกบหนาจอ ตวควบคม Touch Screen มทงอยบรเวณหลงหนาจอ หรอแบบอยในตวเครองแลวสงขอมลจาการสมผสเขามาในตวคอมพวเตอร - Software จะเปนตวประมวลผลขอมลทไดจากหนาจอสมผส สวน Driver จะเปลยนขอมลใหเปนขอมลส าหรบเมาสและน าสงขอมลทเปลยนแลวไปเปนโคดส าหรบบงคบเมาสซงเปนหนวยทบรรจอยใน Host Server Software ตวบงคบเมาสนจะท างานอยใน Host เราจะไมสามารถทราบวา

28

ขอมล ทได รบ เ ปนโคดส าห รบเมา ส นมาจากตว เมา ส เองหรอมาจากหนาจอ ทควบคม ประโยชนของ Touch Screen นนท าใหผใชงานคอมพวเตอรสามารถใชเครองคอมพวเตอรไดอยางคลองแคลวขนสามารถเขาสการท างานของโปรแกรมไดอยางงายและรวดเรวเพยงปลายนวสมผสอกทงหนาจอของ Touch Screen เปนระบบ Analog Resistive ท าใหสามารถอยในพนททมฝ นกสามารถท างานไดปกตและยงสามารถโดนน ากยงท างานได

2.8 ประเภทของหนาจอ Touch Screen 2.8.1 หนาจอ Touch Screen แบบ Resistive

เทคโนโลย Resistive ถอวาเปนแบบทประหยดและเหมาะกบการใชงานประเภทตางไดกวางขวาง เชน รานอาหาร รานคาทใชเครอง POS งานควบคมทางดานอตสาหกรรม รวมทงใชในอปกรณพกพาอยาง PDA, Mobile เปนตน จอTouch Screen แบบ Resistive จะประกอบดวย เลเยอรดานบนทยดหยนและเลเยอรดานลางทอยบนพนแขงคนระหวาง 2 เลเยอรดวยเมดฉนวนซงท าหนาทแยกไมใหดานในของ 2เลเยอรสมผสกนเพราะดานในของ 2 เลเยอรนจะเคลอบดวยสารตวน าไฟฟาทมคณสมบตโปรงแสงในเวลาสมผสจะมการปลอยกระแสทเลเยอรสารตวน า และเมอคณกดท Touch Screen จะท าใหวงจร 2 เลเยอรตอถงกน จากนนวงจรควบคมกจะค านวณคากระแสไฟฟา ซงจะแตกตางไปตามต าแหนงทสมผสเมอค านาณคากระแสตามแนวตงและแนวนอนกจะไดต าแหนงทสมผสบนหนาจอ

ภาพท 2.21 จอTouch Screen แบบ Resistive 2.8.2 หนาจอทชสกรนแบบ Capacitive เทคโนโลย Capacitive มคณสมบตทโดดเดนทงความทนทานความโปรงแสงมกเปนทนยมใน Application ประเภท เกมส Entertrainment, ATM, Kiosk อปกรณทางอตสาหกรรม และ POS

29

โครงสรางของ TouchScreenแบบ Capacitive นนประกอบดวยแผนแกวเคลอบผวดวยออกไซดของโลหะแบบโปรงแสง เมอถงเวลาการใชงานกจะมการปอนแรงดนไฟฟาทมมทงสของ Touch Screen เพอสรางสนามแมเหลกไฟฟา ความเขมสม าเสมอตลอดทวทงแผน ผใชจะตองใชนวมอเปลาๆสมผสทจอเพอดงกระแสจากแตละมมทใหแรงดนตกลงจากนนแผงวงจรควบคมกจะค านวณเปนต าแหนงทสมผสได

ภาพท 2.22 จอTouch Screen แบบ Capacitive 2.8.3 หนาจอ Touch Screen แบบ Surface-acoustic-wave (SAW) ดวยความโดดเดนในเรองความคมชดสงความเมนย าท าไหมการใชงานเทคโนโลย Acousttic Wave ใน Application Kiosk Touh Screen แบบนจะมตวสงสญญานซงยดตดไวทขอบกระจกเพอสงสญญานอลตราโซนกสไปทงสองระนาบ คลนเสยงนจะสะทอนผานไปทงพนผวของกระจกมายงเซนเซอรอกดานหนง เมอมการสมผสดวยนวหรอสไตตลทมปลายออน จะมการดดซบพลงงานจากคลนเสยง ท าใหแผงควบคมสามารถวดต าแหนงการสมผสไดจากการเปลยนแปลงของคลนเสยง 2.8.4 หนาจอ Touch Screenแบบ Infrared Touch Screen แบบ Infrared จะถกใชงานในจอแสดงผลขนาดใหญในสถาบนการเงนและทางการทหาร เทคโนโลยนท างานโดยการตรวจจบแสง ดงนน แทนทจะมแผนแกวอยหนาจอเหมอนกบเทคโนโลยอน แตจะท าเปนกรอบแทน ภายในกรอบจะมแผงของแหลงก าเหนดแสงทเรยกวา LED ทดานหนงพรอมกบตวตรวจจบแสงทดานตรงขามกน จงเปนเสมอน Grid ของล าแสง

30

ทงจอ เมอมวตถใดสมผสกจะไปตดล าแสงไมใหผานไปถงตวตรวจจบแสง ท าใหแผงควบคมสามารถทราบต าแหนงพกดสมผสได

ภาพท 2.23 จอ Touch Screenแบบ Infrared

2.9 หมอแปลงไฟฟา

คออปกรณทใชแปลงแรงดนไฟฟาสลบ ใหมขนาดแรงดนตามทเราตองการ เราน าหมอแปลงไฟฟาไปใชในงานหลายดาน ท งในระบบการจายไฟฟา หรอเปนอปกรณประกอบในเครองใชไฟฟาตางๆทใชกนตามบานเรอน ไมวาจะเปน โทรทศน เครองขยายเสยง วทยเทป หรอ อะแดปเตอรแปลงไฟเพอใชในงานตางๆ จงนบวามความส าคญและเกยวของกบงานทางไฟฟาและอเลกทรอนกสอยางมาก

2.9.1 หลกการท างาน ในระบบจายไฟฟาจะมการแปลงแรงดนไฟฟาสลบใหมขนาดสงมากๆ เชนใหมขนาดเปน

48kV หรอ 24kV เพอลดขนาดของลวดตวน า ทตองใชในการจายไฟฟาเปนระยะทางไกลๆ เมอถงปลายทางกอนทจะจายไฟฟาไปใหแกบานเรอนตางๆ กจะแปลงระดบแรงดนไฟฟาใหลดลงเปน 220 V เพอลดอนตรายทจะเกดแกผใชไฟฟา และเมอตองการใชกบอปกรณไฟฟาทใชระดบแรงดนต าๆ เชน 6V หรอ 9V กจะตองมการแปลงดนไฟฟา ตามบานจาก 220 V เปนระดบแรงดนไฟฟาตามทตองการ อปกรณทท าหนาทดงกลาว เราเรยกวา หมอแปลงไฟฟา (Transformer)

31

2.9.2 การท างานของหมอแปลงไฟฟา การท างานของหมอแปลงไฟฟานน อาศยหลกการความสมพนธระหวางกระแสไฟฟากบเสนแรงแมเหลกในการสรางแรงเคลอนเหนยวน าใหกบตวน า คอ เมอมกระแสไหลผานขดลวดตวน า กจะท าใหเกดเสนแรงแมเหลกรอบๆตวน านน และถากระแสทปอนมขนาดและทศทางทเป ล ยนแปลงไปมา ก จะท า ใหสนามแม เหลก ท เ กด ขนมการ เป ลยนแปลงตามไปดวย ถาสนามแมเหลกทมการเปลยนแปลงดงกลาวตดผานตวน า กจะเกดแรงเคลอนเหนยวน าขนทตวน านน โดยขนาดของแรงเคลอนเหนยวน าจะสมพนธกบ ความเขมของสนามแมเหลก และความเรวในการตดผานตวน าของสนามแมเหลก

ภาพท 2.24 แสดงโครงสรางหมอแปลงไฟฟา

2.9 รเลย (Relay)

เปนอปกรณท าหนาทเปนสวตชมหลกการท างานคลายกบ ขดลวดแมเหลกไฟฟาหรอโซ ลนอยด (Solenoid)ร เ ล ยใ ช ในก ารค วบ คมวงจร ไฟ ฟ า ไดอ ย า งหล ากหลาย ร เ ล ย เปนสวตชควบคมทท างานดวยไฟฟา แบงออกตามลกษณะการใชงานไดเปน2ประเภทคอ - รเลยก าลง ( Power Relay) หรอมกเรยกกนวาคอนแทกเตอร (Contactor Or Magnetic Contactor)ใ ช ใ น ก า ร ค ว บ ค ม ไ ฟ ฟ า ก า ล ง ม ข น า ด ใ ห ญ ก ว า ร เ ล ย ธ ร ร ม ด า - รเลยควบคม (Control Relay) มขนาดเลกก าลงไฟฟาต า ใชในวงจรควบคมทวไปทมก าลงไฟฟาไมมากนก หรอเพอการควบคมรเลยหรอคอนแทกเตอรขนาดใหญ รเลยควบคม

บางทเรยกกนงาย ๆ วา "รเลย"

32

AC INPUT

DC OUTPUTRL

D1

D3

D2

D4

หนาทของคอนแทกเตอร คอ การใชก าลงไฟฟาจ านวนนอยเพอไปควบคมการตดตอก าลงไฟฟาจ านวนมาก คอนแทกเตอร ท าใหเราสามารถควบคมก าลงไฟฟาในต าแหนงอนๆ ของระบบไฟฟาได สายไฟควบคมใหรเลยก าลงหรอคอนแทกเตอรท างานเปนสายไฟฟาขนาดเลกตอเขากบสวตชควบคมและคอลยของของคอนแทกเตอร ก าลงไฟฟาทปอนเขาคอลยอาจจะเปนไฟฟากระแสตรง หรอไฟฟากระแสสลบกไดขนอยกบการออกแบบการใชคอนแทกเตอรท าใหสามารถควบคมวงจรจากระยะไกล (Remote) ได ซงท าใหเกดความปลอดภยกบผปฏบตงานในการควบคมก าลงไฟฟา

2.10 วงจรสนบเบอร (Snubber Circuit)

วงจรสนบเบอรมหนาทในการเกดก าลงสญเสยของไอจบท ขณะเปลยนสถานะจากเปดใหเปนปดหยดการน ากระแสจะเกดอตราการเปลยนแปลง ของแรงดนอยางรวดเรวเพอลดการเกดก าลงสญเสยในชวงน การตอวงจรสนบเบอรเขากบไอจบท เพอควบคมแรงดนตกครอมทขาคอลเลคเตอรและอมเตอร ใหเพมขนอยางชาๆ จนกระทงกระแสทไหลผานไอจบทลดลง โดยในวงจรนจะใชวงจรแบบ อารซด(RCD) ตอครอมระหวางขาคอลเลคเตอรและขาอมตเตอร

2.11 วงจรเรยงกระแสแบบบรดจ ( Bridge Rectifier Circuit )

วงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน (Full Wave)อกแบบหนง คอวงจรเรยงกระแสแบบบรดจแรงดนไฟสลบจะต อเข าท สองมมของวงจรบรดจ และเอาต พตจะถกน าออกทสองมมทเหลอ

ภาพท 2.25 วงจรเรยงกระแสแบบบรดจ

ในแต ละครงไซเคลของวงจรอนพตสมมตว าเมอขว A ของขดทตยภมมค าเป นบวกและขวB มค า เป นลบจงเหมอนกบครงไซเคลลบถกป อนเข าทางขดปฐมภมของหม

อแปลง ไดโอด D2และ D3จะอย ในลกษณะไบอสตรงดงนนกระแสจงไหลครบวงจรจากขว A

ผ านไดโอด D2ความต านทานโหลดและไดโอด D3แล วกลบเข าส ขว B ของหม อแป

33

ลง ดงรปท 1.8 ก. และเมอแรงดนไฟสลบเปลยนข างมาเป นขวบวกทขว B และเป นลบทขว A การน ากระแสของไดโอดจะเปลยนไปโดยเรมจากจด B ของขดทตยภม ผ าน D4ความต านทานโหลด และ D1กลบเข าขว A ของหม อแปลง ทศทางแรงดนตกคร อมโหลดจะมทศทางเดยวกบตอนแรกคอ มขวบวกอย ทางด านบน ดงนนการน ากระแสไดโอดจะเกดสลบกนทละสองตว D2กบ D3และ D1กบ D4

ก. ข. ค.

ภาพท 2.26 แสดงการท างานของวงจรเรยงกระแสเตมคลนแบบบรดจ เมออนพตเป นซกลบ ก. รปสญญานอนพตเปนซกลบ ข. วงจรเรยงกระแสเตมคลนแบบบรดจ ค. รปสญญานเอาทพต

ก. ข. ค.

ภาพท 2.27 แสดงการท างานของวงจรเรยงกระแสเตมคลนแบบบรดจ เมออนพตเป นซกบวก ก. รปสญญานอนพตเปนซกบวก ข. วงจรเรยงกระแสเตมคลนแบบบรดจ ค. รปสญญานเอาทพต

34

2.12 ระบบควบคมความเรวแบบลปปด

เนองจากในระบบทควบคมความเรวจะนยมใชมอเตอรไฟฟากระแสตรง การควบคมแบบลปปด (Open Loop) อาจไมมประสทธภาพเพยงพอในการประยกตใชงาน ดงนน จงมการน าระบบควบคมแบบลปปด (Close Loop) มาใช ซงมขอดในเรองของความเทยงตรงสง สามารถปรบปรงผลตอบสนองทางไดนามกสของมอเตอรและลดผลกระทบจากตวรบกวน เชน โหลดเปนตน โดยผลตอบสนองของระบบควบคมแบบลปปด สามารถศกษาโดยการพจารณาจากฟงกชนถายโอน (Transfer Function) และจะแสดงรายละเอยดการหาฟงกชนถายโอนของระบบไวพจารณาดวย การท างานของระบบควบคมความเรวแบบลปปดมแผนผงการท างาน ดงภาพ

SpeedController

DC MotorR(s) E(s) U(s) Ea(s) W(s)

ET (s)

Chopper

Feedback

ภาพท 2.28 แสดงแผนผงพนฐานของระบบควบคมความเรวแบบลปปด

จากภาพ สามารถอธบายการท างานพนฐานได คอ เมอความเรวลดลงเนองจากแรงบดของโหลด (Load Torque) เพมขน มผลใหคาผดพลาดของความเรว (Speed Error) มคามากขน ท าใหสญญาณควบคมเพมขน จงสรางศกดาไฟฟาทตกครอมอาเมเจอรเพมขน ท าใหศกดาไฟฟาทตกครอมมอเตอรมคามากขน การสรางแรงบดมากขน สดทายความเรวของมอเตอรจะมคาเทาเดม 2.12.1 ฟงกชนถายโอนของระบบ

35

2

KE mea

mjdL B mT em t

d t

dV i iR Lea a at a adt

ในการออกแบบระบบควบคม เราจะตองหาฟงกชนถายโอนของแตละบลอก (Block) ในระบบออกมาเพอค านวณหาคาพารามเตอรของตวควบคม (Controller) ทใชควบคมฟงกชนถายโอนของมอเตอรไฟฟากระแสตรงชนดกระตนแยก (Transfer Function Of Separately Excited DC Motor)วงจรแบบไดนามกส (Dynamic Mode) ของมอเตอรไฟฟากระแสตรงชนดกระตนแยก แสดงไดดงภาพ

Ra Ia

Eg

Ir (constant)

Ean

TL,B,J

ภาพท 2.29 แสดงวงจรไดนามกสของมอเตอร B = คาคงทของแรงเสยดทาน (Coefficient Of Viscous Friction) , N-m/(Rad/Sec) J = Polar Moment Of Inertia , kg- m N = ความเรวของอารเมเจอร (Speed Of Arnature) , Rpm = คาคงท (Constant) จากภาพ จะไดสมการของแรงดนคอ (2.8) เมอแรงดนของมอเตอร คอ สวนสมการของแรงบดจะได

36

เมอแรงบดทอารเมเจอร คอ iT KTem a

(2.9) ในโมเมนลาปลาซของสมการ (1) ถง (2) จะได s s s sV lE R La a at a

s KE m sEa

s B sj m sT L sT em

s sT KTIem a

จากสมการจะได

1

s s s sE E E Ea g a gI a

sL asRa a

โดยท Laa

Ra คอ Electrical Time Constant ของวงจรอารเมเจอร

1 /

1

s s T s TL s BT TLsm

js msB

โดยท /j Ba คอ mechanical Time Constant ของมอเตอร