ศึกษาการวัดกระแสไฟฟ้าจาก current transformer...

ศกษาการวดกระแสไฟฟาจาก Current Transformer ทสรางขน เทยบกบดจตอลแคลมปมเตอร

ษรากร ซโฮ

วทยานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรวทยาศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาฟสกสศกษา

คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยบรพา สงหาคม 2558

ลขสทธเปนของมหาวทยาลยบรพา

ทนโครงการสงเสรมการผลตครทมความสามารถพเศษทางวทยาศาสตรและคณตศาสตร (สควค.)

กตตกรรมประกาศ

วทยานพนธฉบบนส าเรจไดดวยความกรณาจาก รองศาสตราจารย ดร. สรสงห ไชยคณ อาจารยทปรกษาหลก ทกรณาใหค าแนะน าแนวทางทถกตองตลอดจนแกไขขอบกพรองตาง ๆ ดวยความเอาใจใสดวยดเสมอมา ผวจยรสกซาบซงเปนอยางยง จงกราบขอบพระคณเปนอยางสงไว ณ โอกาสน ผวจยขอขอบคณ ดร.วเชยร ศรพรม ทใหความกรณามาเปนประธานกรรมการสอบวทยานพนธ ขอขอบคณ ดร.อรรถพล เชยศภเกต และดร.ธนสถา รตนะ กรรมการสอบวทยานพนธ

ขอขอบคณสถาบนสงเสรมการสอนวทยาศาสตรและเทคโนโลย (สสวท.) ทสนบสนนทนการศกษา และทนวจยตลอดหลกสตร

ขอกราบขอบพระคณ คณพอวสทธ คณแมกาส ศรเดช และพ ๆ ทกคนทใหก าลงใจ และสนบสนนผวจยเสมอมา

คณคาและประโยชนของวทยานพนธฉบบน ผวจยขอมอบเปนกตญญกตเวทตาแดบพการ บรพาจารย และผมพระคณทกทานทงในอดตและปจจบน ทท าใหขาพเจาเปนผมการศกษาและประสบความส าเรจมาจนตราบเทาทกวนน

ษรากร ซโฮ

ง

56920161: สาขาวชา: ฟสกสศกษา; วท.ม. (ฟสกสศกษา) ค าส าคญ: การทดลอง/ เคอรเรนทรานฟอรเมอร/ อปกรณวดกระแสไฟฟา ษรากร ซโฮ: ศกษาการวดกระแสไฟฟาจาก Current Transformer ทสรางขน เทยบกบดจตอลแคลมปมเตอร (A STUDY OF CURRENT MEASUREMENT USING

CURRENT TRANSFORMERS COMPARING WITH DIGITAL CLAMP METER)

คณะกรรมการควบคมวทยานพนธ: สรสงห ไชยคณ, Ph.D. 39 หนา. ป พ.ศ. 2558.

การศกษานไดกลาวถงเทคนคทมประสทธภาพส าหรบวดคากระแสไฟฟา ผวจยไดสรางอปกรณโดยใชหลกการ Current Transformer โดยไดพนลวดทองแดงขนาดเสนผานศนยกลาง 0.91 mm. รอบแกนเหลกออนวงกลมทมขนาดเสนผานศนย 5.2 cm. จ านวน 2, 4, และ 6 รอบ ตามล าดบ แลวน ามาท าการทดลองเพอค านวณหาอตราสวนของ Current Transformer แตละตว ซงไดอตราสวนเทากบ 2/1 A, 4/1 A และ 6/1 A หลงจากนนน า Current Transformer ทง 3 ตว มาท าการทดลองวดกระแสไฟฟาจากเครองใชไฟฟาในบานชนดตาง ๆ โดยเทยบกบดจตอลแคลมปมเตอร

จากการทดลองพบวา กระแสไฟฟาทวดไดจาก Current Transformer อตราสวน 2/1 A มคาใกลเคยงกบดจตอลแคลมปมเตอร โดยคาความคลาดเคลอนต าสดเทากบ 1.41% คาความคลาดเคลอนมากสดเทากบ 3.85%, อตราสวน 4/1 A มคาความคลาดเคลอนต าสดเทากบ 0.93% คาความคลาดเคลอนมากสดเทากบ 4.62%, และอตราสวน 6/1 A มคาความคลาดเคลอนต าสดเทากบ 1.49% และมคาความคลาดเคลอนมากสดเทากบ 9.09%

จ

56920161: MAJOR: PHYSICS EDUCATION; M.Sc. (PHYSICS EDUCATION) KEYWORDS: TRIAEL/ CURRENT TRANSFORMER/ THE DIVICE

MEASURES ELECTRICAL CURRENTS SIRAKORN SEEHO: A STUDY OF CURRENT MEASUREMENT

USING CURRENT TRANSFORMERS COMPARING WITH DIGITAL CLAMP

METER. ADVISORY COMMITTEE: SURASING CHAIYAKHUN. Ph.D. 39 P.

2015.

This study described an efficient technique for the measure of electrical

current. The researcher created the devices by using the principle of Current

Transformers. The copper coil with 0.91 mm. diameter was bound around a circle

iron core with a diameter of 5.2 cm. for 2, 4 and 6 rounds respectively. Then, the

experiment was conducted in order to calculate the ratio of each Current

Transformers. The ratio was 2/1 A, 4/1 A and 6/1 A. After that, the three Current

Transformers were tested with real electrical current from home appliances

comparing with digital clamp meter. The findings of the study were as follows:

The electrical values measuring from the Current Transformers: The ratio

2/1 A was near to the digital clamp meter with the minimum error of 1.41 % and the

maximum error is 3.85 %. The minimum error of the ratio 4/1 A was 0.93 % and the

maximum error was 4.62 %. And the ratio 6/1 A the minimum error of 1.49 % and

the maximum error was 9.09 %.

สารบญ

หนา บทคดยอภาษาไทย................................................................................................................... ง บทคดยอภาษาองกฤษ.............................................................................................................. จ สารบญ..................................................................................................................................... ฉ สารบญตาราง........................................................................................................................... ซ สารบญภาพ.............................................................................................................................. ฌ บทท 1 บทน า............................................................................................................................... 1

ความเปนมาและความส าคญของปญหา................................................................. 1 วตถประสงคของการวจย....................................................................................... 2 ประโยชนทคาดวาจะไดรบจากการวจย................................................................. 2 ขอบเขตของการวจย............................................................................................... 2

2 เอกสารและงานวจยทเกยวของ........................................................................................ 4การเหนยวน าของฟาราเดย..................................................................................... 4

กฎของเลนซ........................................................................................................... 4 สนามแมเหลกของลวดตวน าตรง........................................................................... 5

ตวเหนยวน าและสนามแมเหลก............................................................................. 7 หมอแปลงกระแส................................................................................................... 12

งานวจยทเกยวของ.................................................................................................. 14 3 วธการด าเนนการวจย........................................................................................................ 15 กรอบแนวคดการวจย.............................................................................................. 15 การออกแบบและการสรางอปกรณวดกระแสไฟฟา............................................... 17 วธการออกแบบสรางอปกรณและการทดลอง........................................................ 18 4 ผลการวจย........................................................................................................................ 25

การสรางอปกรณ Current Transformer.................................................................. 25 การทดลองวดกระแสไฟฟาดวย Current Transformer ทสรางขน.......................... 29

ช

สารบญ (ตอ) หนา บทท 5 สรปและอภปรายผล......................................................................................................... 32 สรปผลการวจย....................................................................................................... 32 อภปรายผล.............................................................................................................. 33 ขอเสนอแนะ............................................................................................................ 33 บรรณานกรม.............................................................................................................................. 34 ภาคผนวก................................................................................................................................... 35 ภาคผนวก ก......................................................................................................................... 36 ประวตยอของผวจย.................................................................................................................... 37

สารบญตาราง

ตารางท หนา

1 แสดงผลการวดกระแสไฟฟาจาก Current Transformer ทพนดวยลวดทองแดง จ านวน 2 รอบ โหลดในวงจร 400 W………………………………...…...................... 25



4 แสดงผลการวดกระแสไฟฟาจาก Current Transformer ทพนดวยลวดทองแดง จ านวน 2 รอบ ลวดตวน าขนาดเสนผานศนยกลาง 1.20 mm……………...................... 27

5 แสดงผลการวดกระแสไฟฟาจาก Current Transformer ทพนดวยลวดทองแดง จ านวน 4 รอบ ลวดตวน าขนาดเสนผานศนยกลาง 1.20 mm……………...................... 27

6 แสดงผลการวดกระแสไฟฟาจาก Current Transformer ทพนดวยลวดทองแดง จ านวน 6 รอบ ลวดตวน าขนาดเสนผานศนยกลาง 1.20 mm……………….................. 28 7 ผลการวดกระแสไฟฟาจาก Current Transformer อตราสวน 2/1 A เทยบกบกระแส ไฟฟาของเครองใชไฟฟาตาง ๆ ในบานจากดจตอลแคลมปมเตอร……….................. 29 8 ผลการวดกระแสไฟฟาจาก Current Transformer อตราสวน 4/1 A เทยบกบกระแส ไฟฟาของเครองใชไฟฟาตาง ๆ ในบานจากดจตอลแคลมปมเตอร……….................. 30 9 ผลการวดกระแสไฟฟาจาก Current Transformer อตราสวน 6/1 A เทยบกบกระแส ไฟฟาของเครองใชไฟฟาตาง ๆ ในบานจากดจตอลแคลมปมเตอร……….................. 31

2.1 จ านวนระดบขนความเสรของโมเลกลแกส............................................... 25

สารบญภาพ

ภาพท หนา 1 แสดงตวอยางวงจรวดกระแสไฟฟาจาก Current Transformer…..……..……….……...… 2 2 ทศของแรงเคลอนไฟฟาเหนยวนาตามกฎของเลนซ…..……………….….………...…… 5 3 สนามแมเหลกเกดขนรอบตวนาทมกระแสไฟฟาผาน…..……..…………….....………… 5 4 ทศทางของสนามแมเหลกในเสนลวดตรงจากกฎมอขวา…..……..…………….………… 6 5 กระแสไฟฟาทเกดจากการเหนยวนา…..……..……….…………………………...……… 6 6 ลกษณะการเกดสนามแมเหลก…..……..……….…………………………………....…… 7 7 ลกษณะตวเหนยวนาแกนอากาศ…..……..……….……………………………….....…… 8 8 หลกการเบองตนของ Current Transformer…..……..……………………………...…….. 12 9 แผนผงตนแบบอปกรณวดกระแสไฟฟา (Current Transformer)…………………..…….. 16 10 แกนเหลกออนวงกลม…..……..…………………………………………………...…….. 18 11 แสดงวธการพนลวดทองแดงรอบแกนเหลก…..…………………………………...…….. 19 12 การวดกระแสไฟฟาจาก Current Transformer เพอนามาคานวณหาอตราสวน…..…...….. 19 13 การวดกระแสไฟฟาจาก Current Transformer เพอนามาคานวณหาอตราสวน.…...….….. 20 14 คากระแสไฟฟาทวดจาก Current Transformer…..……..……………..…………...….….. 21 15 แสดงการวดกระแสไฟฟาของเตารดดวย Current Transformer..………..………....…….. 22 16 แสดงการวดกระแสไฟฟาของกาตมน าไฟฟาดวย Current Transformer..……….....…….. 22 17 แสดงการวดกระแสไฟฟาดวย Current Transformer เทยบกบดจตอลแคลมปมเตอร..…... 23 18 การวดกระแสไฟฟาดจตอลแคลมปมเตอร….…………………………………......….….. 23

บทท 1 บทน า

ความเปนมาและความส าคญของปญหา

ไมเคล ฟาราเดย (Faraday, 1791-1867) นกฟสกสชาวองกฤษ ทาการทดลองศกษาแรงเคลอนไฟฟาท เกดจากการเปลยนแปลงของสนามแมเหลก พบวาการเปลยนแปลงสนามแมเหลกทผาน พนทหนาตดของขดลวดจะเหนยวนาใหเกดแรงเคลอนไฟฟา ทาใหมกระแสไฟฟาในขดลวด ตอมาไฮนรช เลนซ (Lenz, 1804-1865) นกฟสกสชาวเยอรมนอธบาย กระแสไฟฟาเหนยวนาเกดขนเพอรกษาฟลกซแมเหลกทผานวงจรใหคงตว (เมอมการเปลยนแปลงของสนามแมเหลกภายนอก) ดงนนกระแสไฟฟาเหนยวนาทเกดขนในวงจรจะสรางสนามแมเหลกใหม ทศตอตานการเปลยนแปลงฟลกซแมเหลก จากการทดลองและทฤษฎดงกลาวไดถกนามาเปนแนวคดและประยกตใชในอปกรณหลายชนด เชน เครองกาเนดไฟฟา มอเตอรไฟฟา แมกระทงเครองมอในการวดปรมาณทางไฟฟาทเรยกวา มเตอรไฟฟา ซงในปจจบนเครองมอทนยมใชคอ มลตมเตอร ซงเปนเครองมอวดคาปรมาณทางไฟฟาทไดรวมเอา แอมมเตอร (Ammeter) ทใชสาหรบวดคากระแสไฟฟา โวลตมเตอร (Voltmeter) ทใชสาหรบวดคาแรงดนไฟฟา และโอหมมเตอร (Ohmmeter) ทใชสาหรบวดคาความตานทาน เขามารวมอยในเครองวดตวเดยวกน มลตมเตอรแบงออกเปนสองชนด คอ

1. มลตมเตอรแบบแสดงผลดวยเขมช (Analog Multimeter) 2. มลตมเตอร แบบแสดงผลดวยตวเลข (Digital Multimeter)

เนองจากเครองมอวดดงกลาวมขอจากดในการวด เชน ปรมาณกระแสทตองการวด ขอคานงถงปรมาณทางไฟฟาทใชในวงจร ซงอาจทาใหเกดความยงยากในการวดตาง ๆ ทมขอบเขตนอกเหนอจากน ดงนนเพอลดขอจากดในการวดกระแสไฟฟาและเพมความสามารถในการวดใหหลากหลายขน ผวจยจงมแนวคดทจะสรางอปกรณสาหรบใชวดกระแสไฟฟาโดยอาศยหลกการของ Current Transformer ทใชขดลวดจานวนรอบตาง ๆ แลวปอนกระแสไฟฟาใหลวดตวนาทพนทหนาตดตางกนทอยภายในขดลวด เมอมกระแสไฟฟาไหลในลวดตวนาจะทาใหเกดสนามแมเหลกและเกดกระแสไฟฟาเหนยวนาในขดลวด ( Induce electromotive force ) ตามทฤษฎการเหนยวนาของฟาราเดย จะสามารถวดกระแสไฟฟาเหนยวนาทเกดขนเพอไปเปรยบเทยบกบปรมาณกระแสไฟฟาทวดไดจากมเตอรมาตรฐาน

2

นอกจากนผทาวจยไดทาการศกษาถงประสทธภาพของอปกรณทสรางขน โดย 1) ศกษาทฤษฎในการออกแบบและสรางอปกรณเพอนาไปทดลองแลวเปรยบเทยบคากระแสไฟฟาทวดไดจาก Current Transformer ทสรางขนกบคากระแสไฟฟาทวดไดจากดจตอลแคลมปมเตอร เมอเปลยนตวแปรตาง ๆ ใหกบวงจร และ2) ศกษาการวดกระแสไฟฟา โดยเปรยบเทยบคากระแสไฟฟาทวดไดจาก Current Transformer ทสรางขนกบคากระแสไฟฟาทวดไดจาก ดจตอลแคลมปมเตอรเมอนามาใชวดกระแสไฟฟาจรงจากเครองใชไฟฟาตาง ๆ

ภาพท 1 แสดงตวอยางวงจรวดกระแสไฟฟาจาก Current Transformer

วตถประสงคของการวจย 1. เพอออกแบบและสรางอปกรณวดกระแสไฟฟา (Current Transformer)

2. เพอศกษาการวดกระแสไฟฟาจาก Current Transformer ทสรางขน

ประโยชนทคาดวาจะไดรบจากการวจย 1. ไดอปกรณวดกระแสไฟฟา (Current Transformer) 2. ไดศกษาและเปรยบเทยบคากระแสไฟฟาทวดไดจาก Current Transformer ทสรางขนกบคากระแสไฟฟาทวดไดจากดจตอลแคลมปมเตอร 3. สามารถนาอปกรณวดกระแสไฟฟา (Current Transformer) ทสรางขน ไปเปนสอในการจดการเรยนการสอน เพอเพมทกษะทางวทยาศาสตรใหกบนกเรยนระดบมธยมศกษาตอนปลาย

3

ขอบเขตของการวจย 1. ศกษาทฤษฎทเกยวของกบการสรางอปกรณวดกระแสไฟฟา (Current Transformer) 2. สรางอปกรณวดกระแสไฟฟา (Current Transformer) 3. ดาเนนการทดลอง และคานวณหาอตราสวนของ Current Transformer ทสรางขน 4. ดาเนนการทดลองโดยนามาใชวดกระแสไฟฟาจากเครองใชไฟฟาเทยบกบ ดจตอลแคลมปมเตอร

บทท 2 เอกสารและงานวจยทเกยวของ

การวจยครงน ผวจยไดน าเสนอทฤษฎและงานวจยทเกยวของตามล าดบตอไปน (1) การเหนยวน าของฟาราเดย (2) กฎของเลนซ (3) สนามแมเหลกของลวดตวน าตรง (4) ตวเหนยวน าและสนามแมเหลก และ(5) หมอแปลงกระแส

การเหนยวน าของฟาราเดย ไมเคล ฟาราเดย (Faraday, 1791-1867) ท าการทดลองศกษาแรงเคลอนไฟฟาท เกดจากการเปลยนแปลงของสนามแมเหลก พบวาการเปลยนแปลงสนามแมเหลกทผาน พนทหนาตดของขดลวดจะเหนยวน าใหเกดแรงเคลอนไฟฟาท าใหมกระแสไฟฟาในขดลวด โดย แรงเคลอนไฟฟาทเกดขนนเกดจากการเปลยนแปลงของฟลกซแมเหลกทผานหนาตด A ของลวดตวน าวงปด เขยนสมการไดดงน

โดยทฟลกซแมเหลกหาไดจาก

ถาพนขดลวดจ านวน N รอบ แรงเคลอนไฟฟาทเกดขนหาไดจาก

ขนาดของแรงเคลอนไฟฟาขนกบการเปลยนแปลงของฟลกซแมเหลกทผานวงปด แมวา สนามแมเหลกทผานวงปดจะมขนาดลดลงกท าใหเกดแรงเคลอนไฟฟาในวงปดไดเชนกน

กฎของเลนซ (Lenz’s law) ไฮนรช เลนซ (Lenz, 1804-1865) นกฟสกสชาวเยอรมนอธบายทศทางและ การเกดกระแสไฟฟาเนองจากแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าทไดจากกฎของฟาราเดย โดยกระแสไฟฟา เหนยวน าเกดขนเพอรกษาฟลกซแมเหลกทผานวงจรใหคงตว (เมอมการเปลยนแปลงของ

(2-1)

(2-2)

(2-3)

5

สนามแมเหลกภายนอก) ดงภาพท 2 ดงนนกระแสไฟฟาเหนยวน าทเกดขนในวงจรจะสรางสนามแมเหลกใหม ทศตอตานการเปลยนแปลงฟลกซแมเหลก จากผลลพธนจงเขยนกฎของ ฟาราเดยไดเปน

ภาพท 2 ทศของแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าตามกฎของเลนซ

สนามแมเหลกของลวดตวน าตรง ฮานส เออรสเตต (Ørsted , 1777-1851) นกวทยาศาสตรชาวเดนมารก ไดท าการทดลองหา

ความสมพนธระหวางไฟฟากบแมเหลกพบวามสนามแมเหลกเกดขนรอบตวน าทมกระแสไฟฟาไหล

ผาน

ภาพท 3 สนามแมเหลกเกดขนรอบตวน าทมกระแสไฟฟาผาน

(2-4)

6

ภาพท 4 ทศทางของสนามแมเหลกในเสนลวดตรงจากกฎมอขวา

รปแสดงการตอแหลงจายแรงดนไฟฟาเขากบลวดตวน า เปนผลท าใหมกระแสไฟฟาไหลผานลวดตวน า ซงกระแสไฟฟานจะท าใหเกดสนามแมเหลก และความเขมของสนามแมเหลก จะเพมขนจากคาศนยไปจนถงคาสงสดในชวงเวลาสน ๆ โดยการขยายตวของสนามแมเหลกไฟฟา จะเรมจากสวนกลางของลวดตวน า ซงการขยายตวของเสนแรงแมเหลกนจะเปนการเคลอนทตดกบตวน าทอยกบท ดงนน จงสงผลใหเกดแรงดนไฟฟาเหนยวน าขน (การเหนยวน าของสนามแมเหลกไฟฟา) การทกระแสไฟฟาไหลผานลวดตวน าแลวท าใหเกดแรงดนไฟฟาเหนยวน าและ แรงดนไฟฟาเหนยวน าทเกดขนน จะท าใหเกดกระแสไฟฟาเหนยวน าท จะคอยตานการเปลยนแปลง ของกระแสไฟฟาภายในวงจร ดงภาพท 5

ภาพท 5 กระแสไฟฟาทเกดจากการเหนยวน า

7

ตวเหนยวน าและสนามแมเหลก ตวเหนยวน า (Inductor) เปนอปกรณพนฐานอกตวหนงทถกน ามาใชงานในวงจรไฟฟา

และวงจรอเลกทรอนกสอยางแพรหลาย บทบาทส าคญของตวเหนยวน าคอ ท าใหเกดการพองตวและการยบตวของสนามแมเหลกขนมา เมอจายแรงดนและกระแสใหสนามแมเหลกทเกดขนบนตวเหนยวน านมประโยชนตอการน าไปใชงาน น าไปสรางอปกรณไฟฟาและเครองใชไฟฟาได ตวเหนยวน าเปนเสนลวดตวน าจ าพวกทองแดงขดลวดเปนวงเรยงกนหลาย ๆ รอบ ลกษณะการพนเสนลวดตวน าแตกตางกน ท าใหตวเหนยวน าแตกตางกน เรยกวาขดลวดหรอคอยล (Coil) การพนจ านวนรอบของตวเหนยวน ามผลตอความเหนยวน า (Inductance) ในตวเหนยวน านน พนจ านวนรอบนอยความเหนยวน านอย พนจ านวนรอบมากความเหนยวน ามาก จ านวนรอบยงมผลตอปรมาณสนามแมเหลกทเกดขนดวย จ านวนรอบนอย สนามแมเหลกเกดนอย จ านวนรอบมาก สนามแมเหลกเกดมาก เมอน าเสนลวดตวน ามาพนเปนขดจะสงผลใหเสนแรงแมเหลกทเกดขนรอบเสนลวดตวน าเกดการเสรมแรงกน เกดเปนสนามแมเหลกขนและสนามแมเหลกทเกดขนมความเขมเพมมากขน ลกษณะการเกดสนามแมเหลก แสดงดงภาพท 6

ภาพท 6 ลกษณะการเกดสนามแมเหลก

ความเขมของสนามแมเหลกไฟฟาขนอยกบสวนประกอบตาง ๆ ดงตอไปน

1. จ านวนรอบของการพนเสนลวดตวน า พนรอบนอยเกดสนามแมเหลกนอย พนรอบมากเกดสนามแมเหลกมาก 2. ปรมาณการไหลของกระแสผานเสนลวดตวน า กระแสไหลนอยสนามแมเหลกเกดนอย กระแสไหลมากสนามแมเหลกเกดมาก

8

3. ชนดของวสดทใชท าแกนแมเหลกไฟฟา แกนอากาศใหความเขมสนามแมเหลกนอย แกนทท ามาจากสารเฟอรโรแมกเนตกใหความเขมของสนามแมเหลกมาก 4. ขนาดของแกนทน ามาใชงาน แกนขนาดเลกใหสนามแมเหลกไดนอย แกนขนาดใหญใหสนามแมเหลกไดมาก

ตวเหนยวน าชนดขดเดยว ตวเหนยวน าชนดขดเดยวเปนตวเหนยวน าทมขดลวดพนไวขดเดยวเรยกวา โชค (Choke) หรอคอยล โครงสรางประกอบดวยเสนลวดทองแดงอาบน ายาฉนวน พนเปนขดลวดอยบนแกนหรอฐานรองตาง ๆ แบงออกไดเปน

1. ตวเหนยวน าแกนอากาศ (Air Core Inductor) ตวเหนยวน าแกนอากาศ เปนตวเหนยวน าทแกนหรอฐานรองท ามาจากวสดทเปนฉนวน เชน คารบอน พลาสตก ไฟเบอร และPVC เปนตน หรออาจพนลอย ๆ ไวโดยไมมอะไรรองรบ ตวเหนยวน าประเภทนนยมน าไปใชงานกบพวกความถสง ๆ หรอความถวทย (RF) มกเรยกตวเหนยวน าประเภทนวา RF โชค ตวเหนยวน าแกนอากาศเปนตวเหนยวน าทมคาความเหนยวน าต า เพราะแกนไมสามารถชวยเสรมคาความเหนยวน าได การจะท าใหคาความเหนยวน าเพมขนตองใชจ านวนรอบในการพนขดลวดเพมขน

ภาพท 7 ลกษณะตวเหนยวน าแกนอากาศ

9

2. ตวเหนยวน าแกนผงเหลกอด (Powdered - Iron Core Inductor) ตวเหนยวน าแกนผงเหลกอด เปนตวเหนยวน าทแกนหรอฐานรองรบเสนลวดท าดวยผงเหลกชนดอดแนน โดยน าผงเหลกผสมกบกาวอดแนนเปนแทง ชวยลดการสญเสยสญญาณจากกระแสไหลวน (Eddy Current)ลงได สญญาณสงผานตวเหนยวน าแกนผงเหลกอดไดสงขน เกดการสญเสยสญญาณภายในตวเหนยวน าลดลง ใชงานไดดในยานความถสง ๆ มความเหนยวน าสงแตมขนาดเลก

3. ตวเหนยวน าแกนเฟอรไรด (Ferrite Core Inductor) ตวเหนยวน าแกนเฟอรไรต เปนตวเหนยวน าทแกนหรอฐานรองรบเสนลวดท าดวย เฟอรไรต สวนผสมของเฟอรไรตมความแตกตางกนหลายอยาง เชน แมกนเซยมกบสงกะส แมกนเซยมกบแมงกานส แมกนเซยมกบทองแดง นกเกลกบสงกะส และแมงกานสกบสงกะส เปนตน แตละชนดของเฟอรไรตใหความเขมของคาความเหนยวน าแตกตางกน ขอดของตวเหนยวน าแกนเฟอรไรต คอ สามารถสรางใหมรปรางลกษณะตาง ๆ ได ใชงานไดดทงความถต าและความถสง

4. ตวเหนยวน าแกนทอรอยด (Toroidal Core Inductor) ตวเหนยวน าแกนทอรอยต เปนตวเหนยวน าทแกนหรอฐานรองรบเสนลวดท าดวยผงเหลกชนดอดแนน โดยสรางขนเปนรปวงแหวน ขดลวดถกพนรอบแกนทอรอยตโดยรอบ ขอดของการใชแกนทอรอยต คอ เสนแรงแมเหลกจะไมแพรกระจายออกไปภายนอก และสนามแมเหลกจากภายนอกกไมเขามารบกวน สามารถท าใหตวเหนยวน าแบบนมความเหนยวน าสงในขนาดทสรางไดเลกลง นยมน าไปใชงานวงจรอเลกทรอนกสความถสงทตองการหาคาความเหนยวน าสงและมสนามแมเหลกรบกวนต า 5. ตวเหนยวน าแกนเหลกแผน (Laminated - Iron Core Inductor) ตวเหนยวน าแกนเหลกแผน เปนตวเหนยวน าทแกนหรอฐานรองรบเสนลวดท าดวยเหลกแผนบางวางซอนกน เหลกแผนบางแตละแผนเคลอบฉนวนไว เพอชวยลดการสญเสยเนองจากกระแสะไหลวนและชวยท าใหคาความเหนยวน าเพมขน การใชงานนยมน าไปใชงานในยานความถต า เรยกวา AFโชค เชน ใชเปนตวกรองไฟ (Filter) แรงดนไฟสลบเปนแรงดนไฟตรง เปนตน

10

ตวเหนยวน าชนดหลายขด ตวเหนยวน าชนดหลายขด เปนตวเหนยวน าทมขดลวดพนไวบนแกนมากกวาหนงขด เชน 2 ขด, 3 ขด และ 4 ขด เปนตน ขดลวดทงหมดถกแบงออกเปน 2 สวน คอ สวนทางเขาหรอขดอนพต (Input) เรยกวา ขดปฐมภม (Primary) ท าหนาทรบแรงดนไฟสลบทปอนเขามา ท าใหเกดสนามแมเหลกพองตวออก เมองดจายแรงดนไฟสลบสนามแมเหลกจะยบตวลง เพอจายผานสนามแมเหลกไปตวผานขดลวดขดอน ๆ อกสวนของขดลวด คอ สวนทางออกหรอเอาตพต(Output) เรยกวา ขดทตยภม (Secondary) ท าหนาทรบการชกน าของสนามแมเหลกทเกดขนจาก ขดปฐมภม ในขณะทสนามแมเหลกของขดลวดปฐมภมพองตวออก เกดสนามแมเหลกตดผานขดลวดทตยภม ท าใหเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน า (Induce Electro Motive Force) หรอ EMF ขนมา นนคอ ขดลวดทตยภมเกดแรงดนขนมา คาแรงดนทเกดขนมาทางขดลวดทตยภม มคาแรงดนเกดขนมากหรอนอยขนอยกบจ านวนรอบของการพนขดลวด พนขดลวดจ านวนรอบนอยแรงดนเกดนอย พนขดลวดจ านวนรอบมากแรงดนเกดมาก น าหลกการดงกลาวนไปใชในตวแปลงแรงดนใหมากขนหรอนอยลง เรยกตวเหนยวน าชนดหลายขดนวา หมอแปลงไฟฟาหรอทรานสฟอรเมอร (Transformer) การเรยกชอหมอแปลงไฟฟาจะเรยกชอตามชอของแกนทเปนฐานรองขดลวด แบงไดเปน

1. หมอแปลงไฟฟาแกนอากาศ (Air - Core Transformer) หมอแปลงไฟฟาแกนอากาศ เปนหมอแปลงทขดลวดทกขดพนบนแกน หรอฐานรองท ามาจากวสดทเปนฉนวน เชน พลาสตก ไฟเบอร และ PVC เปนตน หรออาจพนลอย ๆ ไวโดยไมมอะไรรองรบ ตวเหนยวน าประเภทนนยมใชงานกบยานความถสง เพราะมคาความเหนยวน าต า

2. หมอแปลงไฟฟาแกนเฟอรไรต (Ferrite - Core Transformer) หมอแปลงไฟฟาแกนเฟอรไรต เปนหมอแปลงทแกนหรอฐานรองรบเสนลวดท าดวยเฟอรไรตทมสวนผสมแตกตางกน เชน แมกนเซยมกบสงกะส แมกนเซยมกบทองแดง แมกนเซยมกบแมงกานส และแมกนเซยมกบสงกะส เปนตน นยมใชงานในยานความถสง เชน ภาครบวทย (RF) ภาคก าหนดความถปานกลาง (IF) และภาคก าเนดความถ (osc.) เปนตน

3. หมอแปลงไฟฟาแกนเหลก (Iron - Core Transformer) หมอแปลงไฟฟาแกนเหลก เปนหมอแปลงทแกนหรอฐานรองรบเสนลวดท าดวยแผนเหลกบางเคลอบฉนวนวางซอนกน มผลใหเกดคาความเหนยวน าทมากขน และชวยลดการสญเสยเนองจากกระแสไหลวน การใชงานนยมน าไปใชกบยานความถต า ๆ พวกความถเสยง ท าหนาทเปนตวแปลงระดบแรงดน โดยท าใหแรงดนเพมขนหรอลดลง

11

ชนดของหมอแปลงไฟฟาแกนเหลก เปนหมอแปลงทถกพฒนาน ามาใชงานอยางแพรหลายในหลายลกษณะของงาน มชอเรยกแตกตางกนไปตามลกษณะการพนขดลวดในหมอแปลงไฟฟาและตามลกษณะโครงสรางของหมอแปลงไฟฟาทสรางขน แบงชนดตาง ๆ ไดดงน

1. หมอแปลงเพมแรงดน (Step Up Transformer) หมอแปลงเพมแรงดน เปนหมอแปลงไฟฟาทท าหนาทเพมแรงดนไฟสลบทดานสงออกเอาตพต หรอขดทตยภมมคาแรงดนมากกวาคาแรงดนทปอนเขามา รปแบบการพนขดลวดในหมอแปลงไฟฟาชนดน จ านวนรอบของขดลวดทางขดปฐมภมนอยกวาจ านวนรอบของขดลวดทางขดทตยภม

2. หมอแปลงลดแรงดน (Step Down Transformer) หมอแปลงลดแรงดน เปนหมอแปลงไฟฟาทท าหนาทลดแรงดนไฟสลบทสงออกทางขดลวดทตยภม มคาแรงดนนอยกวาคาแรงดนทปอนเขามา รปแบบการพนขดลวดในหมอแปลงไฟฟาชนดน จ านวนรอบของขดลวดทางขดปฐมภมมากกวาจ านวนรอบของขดลวดทางขดทตภม

3. หมอแปลงเพมก าลง (Power Transformer) หมอแปลงก าลง เปนหมอแปลงไฟฟาทมลกษณะการพนขดลวดแบบหลายขดลวดรวมกนอยในหมอแปลงทางขดทตภม มทงขดเพมแรงดนและขดลดแรงดน

4. หมอแปลงออโต (Auto Transformer) หมอแปลงออโต เปนหมอแปลงไฟฟาทมลกษณะการพนขดลวดทกขดอยบนแกนเดยวกน มขดลวดพนออกมาใชงานเพยงขดเดยว แยกชดจายแรงดนออกมาตามคาทตองการเปน จด ๆ มจดตอรวมจดเดยวกน จดใดเปนจดจายแรงดนเขา เรยกวา ขดปฐมภม จดใดเปนจดจายแรงดนออก เรยกวา ขดทตภม 5. หมอแปลงทอรอยต (Toroidal Transformer)

หมอแปลงทอรอยต เปนหมอแปลงไฟฟาแกนเหลกแผนบางเคลอบฉนวนวางซอนกน ในรปวงแหวน การพนขดลวดสามารถพนใหเปนหมอแปลงไฟฟาลกษณะตาง ๆ ได เชน ชนดลดแรงดน ชนดเพมแรงดน ชนดก าลง และชนดออโต เปนตน ขอดของหมอแปลงแบบน คอ มขนาดเลกกะทดรดทใหคาความเหนยวน าสง มการสญเสยก าลงต า นยมใชงานอยางแพรหลาย

12

หมอแปลงกระแส (Current Transformer : CT) ในแอมมเตอรกระแสตรงแบบ Permanent Magnet Moving Coil (PMMC) เมอตองการ

ขยายพสยวดจะท าโดยการใชชนตเพอแบงกระแสทตองการวดระหวางเครองวดกบชนต วธนจะเหมาะส าหรบวงจรกระแสตรง แมวาเมอกระแสเพมมากขน ก าลงสญเสยในชนตจะมคามาก ในวงจรกระแสสลบ การแบงกระแสจะไมเพยงขนกบความตานทานของเครองวดกบชนตเทานน แตยงขนกบคารแอกแตนซของมนดวย เพราะวาการวดกระแสสลบอาจกระท าในพสยความถกวาง ดงนนจะเปนการยากทจะไดความถกตองสง หมอแปลงกระแสจะท าใหเกดการขยายพสยทตองการผานอตราสวนการแปลง และท าใหเกดคาทอานไดเกอบจะเหมอนกน โดยไมค านงถงคาคงท (ความตานทาน หรอรแอกแตนซ) หรอจ านวนของเครองวด (ภายในขอบเขต) ทตออยในวงจร

หลกการเบองตนของ Current Transformer : CT

ภาพท 8 หลกการเบองตนของ Current Transformer

กระแสโหลดทตองการวด จะไหลผานขดปฐมภม ซงอาจจะเปนลวดตวน าเสนเดยว

ถอวาเปนหนงรอบทางปฐมภม ขดลวดทตยภมจะมจ านวนรอบมากกวา และจะตอกบมเตอรวดกระแส ขดลวดของรเลยหรอขดลวดของวตตมเตอร การท างานของหมอแปลงกระแสจะขนอยกบสมดลของคาแอมแปร-รอบทสรางขนโดยขดปฐมภมและทตยภม ถาหมอแปลงเปนอดมคต คอ ไมมกระแสท าแมเหลก (Magnetizing Current) หรอความสญเสยในแกน จะได

13

=

=

โดยท nct คอ อตราสวนรอบของหมอแปลงกระแส Ip คอ กระแสไฟฟาดานปฐมภม Is คอ กระแสไฟฟาดานทตยภม Np คอ จ านวนรอบขดลวดดานปฐมภม Ns คอ จ านวนรอบขดลวดดานทตยภม

การออกแบบโดยก าหนดอตราสวนของหมอแปลง เชน 500/5 A แสดงวา กระแส ปฐมภม 500 A จะใหกระแสทตยภม 5 A เพอตอขดทตยภมเขากบแอมมเตอรพสย 5 A เพราะวาโหลดในระบบจะก าหนดกระแสปฐมภม กระแสทตยภมจะสมพนธกบกระแสปฐมภม โดยอตราสวนรอบผกผน (โดยประมาณ) ในการสรางจะตองท าใหกระแสท าแมเหลก ความสญเสยในแกน และเสนแรงรวซมนอยทสด เพอจะแนใจวา อตราสวนกระแสปฐมภมตอทตยภมจรง ๆ จะเขาใกลอตราสวนรอบผกผน จะมความผดพลาดทส าคญในหมอแปลงกระแสคอ ความผดพลาดของกระแส หรออตราสวนกบความผดพลาดมมเฟส (Current or Ratio Error) มการนยามวาเทากบ

⁄ ⁄

⁄

⁄ คอ อตราสวนตามพกด ⁄ คอ อตราสวนจรง

ความผดพลาดมมเฟส คอ มมเฟสระหวางเวกเตอรของกระแสปฐมภมกบเวกเตอรของ

กระแสทตยภมทกลบทศ ส าหรบหมอแปลงทสมบรณ คามมเฟสนจะเปน 0 คาความผดพลาดเหลาน จะก าหนดโดยเทยบกบโหลดทตออยกบขดทตยภมโดยเฉพาะคาหนง เรยกวา เบอรเดน (Burden) ของหมอแปลง และก าหนดเบอรเดนนโดยก าลงปรากฏ (VA) ทใชไปในโหลดภายใตความถ และกระแสทตยภมทก าหนด และโดยตวประกอบก าลง (Power Factor)

(2-5)

(2-6)

โดยท

14

งานวจยทเกยวของ

สขสนต หวงสถตวงษ และด ารง จนขาวข า (2544) ไดเสนอบทความเรองโพรบวดกระแสแบบดดโคงซงวดกระแสไดขนาด 500 แอมป โดยใชหลกการของหมอแปลงอากาศและมขดลวดพนรอบแกนทอรอยด เพอคลองกบสายตวน าทตองการจะวดโดยคาเอาตพตของขดลวดนจะเปนคาแรงดน EMF ทแปรผนตามอตราการเปลยนแปลงของกระแสและเมอน าแรงดนปอนเขากบวงจรอนทเกรเตอร แรงดนเอาตพตทได คอ รปคลนของกระแสนนเอง ส าหรบงานวจยนไดก าหนดแรงดนเอาตพตของโพรบไวท 2mV/A และไดคาความแมนย าเตมสเกลไมเกน 1.1% โดยคาความคลาดเคลอนนขนอยกบพนทหนาตดของแกนทตองเทากนตลอดระยะความยาวและการพนขดลวดอยางสม าเสมอ

อภชาต อมเตม (2552) ไดพฒนาเครองวดการใชกระแสไฟฟาดวยระบบสงขอมลไรสายโดยการน า Xbec ทเปนอปกรณไรสายมาประยกตใชกบวงจรตรวจจบกระแสไฟฟา โดยมการวเคราะห จดเกบขอมลและประมวลผล ซงพบวาสามารถวดการใชกระแสไฟฟาไดใกลเคยงกบมเตอรแบบมาตรฐาน

ทวชย เชอจน (2553) ไดสรางอปกรณส าหรบวดคาสนามแมเหลกโดยอาศยกฎการเหนยวน าของฟาราเดย จากการทดลองพบวาคาสนามแมเหลกทวดไดจากอปกรณทสรางขนมความคลาดเคลอนจากคาสนามแมเหลกทค านวณไดทางทฤษฎไมเกน 10 เปอรเซนต

ชวนทธ โสสนย (2554) ไดศกษาปจจยทมผลตอการวดกระแสไฟฟาของเครองมอวดกระแสไฟฟาพกดสง พบวาปจจยทเกยวของ ไดแก พนทหนาตด ความยาวคอยล จ านวนรอบของคอยล โดยปจจยเหลานมความสมพนธทางสถตทระดบนยส าคญ 0.05

ชวนทธ โสสนย (2555) ไดน าเสนอผลงานสงประดษฐ EGAT HCD ทไดถกพฒนาขนโดยอาศยหลกการของ Rogowski Coil ซงเปนหลกการของขดลวดแกนอากาศเหนยวน าสนามแมเหลกจากตวน าและจายเอาตพตเปนแรงดนออกมา ซงความสมพนธของทงสองตวแปรเปนเชงเสนกนแตอยในรปของการ Dervative จงตองมวงจร Integrate ทจะชวยแปลงแรงดนทไดใหเปนรปแบบกระแส ผวจยไดท าการออกแบบ EGAT HCD เพอใหสามารถใชงานไดกบขดลวด สเตเตอรของเครองก าเนดไฟฟาขนาดใหญ และไดพฒนาวงจรโดยการจ าลองบนโปรแกรม EWB จากนนจงประกอบวงจรจรงและน าทงสองสวนคอ Rogowski Coil ชดวงจรมาประกอบกน โดยไดท าการทดลองในหองปฏบตการจนไดผลการวดทคลาดเคลอนนอยทสด จากนนจงไดน าเขาใชงานจรงเพอใชวดคากระแสภายในแตละวงจรของขดลวดสเตเตอรทมการตอวงจรแบบขนาน

บทท 3 วธด าเนนการวจย

งานวจยนเปนการออกแบบและสรางอปกรณเพอศกษาการวดคากระแสไฟฟา โดยม

รายละเอยดและขนตอนในการด าเนนการวจยดงน

กรอบแนวคดของการวจย ผวจยไดแบงการด าเนนงานของวทยานพนธออกเปน 2 สวน ดงน 1. การศกษาขอมล ออกแบบ สรางอปกรณเพอศกษาการวดกระแสไฟฟา ด าเนนการทดลอง และค านวณหาอตราสวนของ Current Transformer ทสรางขน 2. ด าเนนการทดลองโดยน า Current Transformer ทสรางขนมาใชวดกระแสไฟฟาจากเครองใชไฟฟาเทยบกบดจตอลแคลมปมเตอร

16

แผนผงแสดงการออกแบบและสรางอปกรณวดกระแสไฟฟา

ภาพท 9 แผนผงตนแบบอปกรณวดกระแสไฟฟา (Current Transformer)

ออกแบบอปกรณวดกระแสไฟฟา

ศกษาทฤษฎทเกยวของกบการสรางอปกรณวด

กระแสไฟฟา

ชดทดลองแบบตางๆ

ทใชในปจจบน

หลกการเบองตนของ CT

สรางอปกรณวดกระแสไฟฟา (Current Transformer)

ทดลองวดกระแสไฟฟาจาก Current Transformer ค านวณหาอตราสวน

หลอดไฟ 200, 400, 800 W N= 2, 4, 6 รอบ

น า Current Transformer มาวดกระแสไฟฟาเครองใชไฟฟาเทยบกบ ดจตอลแคลมปมเตอร แลวค านวณหาคาความคลาดเคลอน (%errors)

อปกรณวดกระแสไฟฟา (Current Transformer)

⌀ = 0.91, 1.2, 1.8 mm.

17

การออกแบบและสรางอปกรณวดกระแสไฟฟา การออกแบบและสรางอปกรณวดกระแสไฟฟาทใชในงานวจยนประกอบไปดวย

เครองมอและอปกรณทใชในการสรางอปกรณ Current Transformer เพอวดกระแสไฟฟาแลวน ามาค านวณอตราสวนของ Current Transformer และในสวนทตองน าไปใชวดกระแสไฟฟาจากเครองใชไฟฟาเทยบกบดจตอลแคลมปมเตอร มรายละเอยดดงน

1. หลอดไฟขนาด 200, 400 และ 800 W 2. ลวดทองแดงเสนผานศนยกลางขนาด 0.91, 1.2, 1.8 mm. 3. ลวดทองแดงเสนผานศนยกลางขนาด 0.91 mm. 4. แกนเหลกออนวงกลมเสนผานศนยกลางขนาด 5.2 cm. 5. ปลกไฟ 6. สายไฟ 7. ตวหนบ 8. แอมมเตอร 9. ดจตอลแคลมปมเตอร

10. เครองใชไฟฟาในบานเรอน

18

วธการออกแบบสรางอปกรณและการทดลอง วธการออกแบบสรางอปกรณ Current Transformer และการทดลองเพอศกษาการวดกระแสไฟฟาของวทยานพนธน ผวจยไดแบงการทดลองออกเปน 2 ขนตอน ไดแก ขนตอนการสรางอปกรณ Current Transformer และขนตอนการทดลองวดกระแสไฟฟาดวย Current Transformer ทสรางขน

ขนตอนการสรางอปกรณ Current Transformer อปกรณ Current Transformer ทจะออกแบบและสรางขนในงานวจยน ใชลวดทองแดงเสนผานศนยกลางขนาด 0.91 mm. พนรอบแกนเหลกออนวงกลมเสนผานศนยกลางขนาด 5.2 cm. จ านวนรอบตาง ๆ ซงจ านวนรอบในการพนหาไดจากสมการ

=

=

โดยท nct คอ อตราสวนรอบของหมอแปลงกระแส Ip คอ กระแสไฟฟาดานปฐมภม Is คอ กระแสไฟฟาดานทตยภม Np คอ จ านวนรอบขดลวดดานปฐมภม Ns คอ จ านวนรอบขดลวดดานทตยภม 1. น าลวดทองแดงขนาดเสนผานศนยกลางขนาด 0.91 mm. มาพนรอบแกนเหลกออนวงกลมจ านวน 2, 4 และ 6 รอบ ตามล าดบ

ภาพท 10 แกนเหลกออนวงกลม

19

(ก) (ข) (ค)

ภาพท 11 แสดงวธการพนลวดทองแดงรอบแกนเหลกทพนดวยลวดทองแดง (ก) จ านวน 2 รอบ (ข) จ านวน 4 รอบ (ค) จ านวน 6 รอบ

2. น าอปกรณ Current Transformer ทง 3 ตว ท าการทดลองวดปรมาณกระแสไฟฟาดานปฐมภมและกระแสไฟฟาดานทตยภมจาก Current Transformer เพอน ามาค านวณหาอตราสวนของ Current Transformer ทสรางขน โดยเปลยนขนาดของลวดตวน าตาง ๆ ไดแก เสนลวดทองแดงเสนผานศนยกลางขนาด 0.91, 1.2, 1.8 mm. ตามล าดบ โดยใหโหลดในวงจรทดลองคงท คอ หลอดไฟขนาด 400 W

ภาพท 12 การวดกระแสไฟฟาจาก Current Transformer เพอน ามาค านวณหาอตราสวน

20

3. ท าการทดลองในแตละขนตอนซ า 3 ครง น าคากระแสไฟฟาทวดไดทงดานปฐมภมและดานทตยภมมาหาคาเฉลยแลวบนทกผลเพอน าไปค านวณหาอตราสวนของ Current Transformer แตละตว 4. น าอปกรณ Current Transformer ทง 3 ตว ท าการทดลองวดปรมาณกระแสไฟฟาดานปฐมภมและกระแสไฟฟาดานทตยภมจาก Current Transformer เพอน ามาค านวณหาอตราสวนของ Current Transformer ทสรางขน โดยเปลยนโหลดคาตาง ๆ ไดแก หลอดไฟขนาด 200, 400 และ 800 W ตามล าดบ ในวงจรทดลอง โดยใหขนาดลวดตวน าคงท คอ เสนลวดทองแดงเสนผานศนยกลางขนาด 1.20 mm.

ภาพท 13 การวดกระแสไฟฟาจาก Current Transformer เพอน ามาค านวณหาอตราสวน

21

5. ท าการทดลองในแตละขนตอนซ า 3 ครง น าคากระแสไฟฟาทวดไดทงดานปฐมภมและดานทตยภมมาหาคาเฉลยแลวบนทกผลเพอน าไปค านวณหาอตราสวนของ Current Transformer แตละตว

ภาพท 14 คากระแสไฟฟาทวดจาก Current Transformer

22

ขนตอนการทดลองวดกระแสไฟฟาดวย Current Transformer ทสรางขน 1. น า Current Transformer ทง 3 ตว ทไดทดลองและค านวณหาอตราสวนแลว มาใชวด

กระแสไฟฟาจากอปกรณเครองใชไฟฟาตาง ๆ เทยบกบดจตอลแคลมปมเตอร โดยวดกระแสไฟฟา

ดานปฐมภมจากดจตอลแคลมปมเตอรและวดกระแสไฟฟาดานทตยภมจาก Current Transformer ท

ตอเขากบแอมมเตอร

ภาพท 15 แสดงการวดกระแสไฟฟาของเตารดดวย Current Transformer

ภาพท 16 แสดงการวดกระแสไฟฟาของกาตมน าไฟฟาดวย Current Transformer

23

ภาพท 17 แสดงการวดกระแสไฟฟาดวย Current Transformer เทยบกบดจตอลแคลมปมเตอร

ภาพท 18 การวดกระแสไฟฟาจากดจตอลแคลมปมเตอร

24

2. ในการทดลองวดคากระแสไฟฟาทงดานปฐมภมและดานทตยภมจะท าการทดลองวด

ซ า 3 ครง แลวน ามาหาคาเฉลยเพอบนทกผล

3. น าคากระแสไฟฟาทไดจากการทดลองวดดวย Current Transformer และคา

กระแสไฟฟาทวดไดจากดจตอลแคลมปมเตอรมาค านวณหาคาเปอรเซนตความคลาดเคลอน

(%errors) จากสมการ

% errors = คาทไดจากการทดลอง คาทไดจากดจตอลแคลมปมเตอร

คาทไดจากดจตอลแคลมปมเตอร X 100%

บทท 4 ผลการวจย

ในการวจยครงน ผวจยไดด าเนนการศกษาคนควา ออกแบบ สรางอปกรณ และทดลอง

เพอหาอตราสวนของอปกรณกอนน ามาใชวดคากระแสไฟฟาจากเครองใชไฟฟาตาง ๆ ในบาน โดยผลการทดลองมดงน

การสรางอปกรณ Current Transformer

1. ผลการทดลองเมอน า Current Transformer ทพนดวยลวดทองแดงจ านวน 2, 4 และ 6 รอบ มาทดลองวดปรมาณกระแสไฟฟาดานปฐมภมและกระแสไฟฟาดานทตยภมจาก Current Transformer เพอน ามาค านวณหาอตราสวนของ Current Transformer ทสรางขน โดยเปลยนขนาดของลวดตวน าตาง ๆ ไดแก เสนลวดทองแดงเสนผานศนยกลางขนาด 0.91, 1.2, 1.8 mm. ตามล าดบ โดยใหโหลดในวงจรทดลองคงท คอ หลอดไฟขนาด 400 W

ตารางท 1 แสดงผลการวดกระแสไฟฟาจาก Current Transformer ทพนดวยลวดทองแดง จ านวน 2 รอบ โหลดในวงจร 400 W

เสนผานศนยกลางลวดตวน า (mm)

กระแสปฐมภม:Ip (A)

กระแสทตยภม:Is (A)

Ratio (Ip/ Is)

0.91 1.65 0.80 2.06 1.20 1.60 0.78 2.05 1.80 1.60 0.78 2.05

คาเฉลย 2.05

จากตารางท 1 พบวาอตราสวน (Ratio) ของ Current Transformer มคาประมาณ 2/1 A

26





Ratio (Ip/ Is)

0.91 1.65 0.41 4.02 1.20 1.60 0.40 4.00 1.80 1.60 0.38 4.21







Ratio (Ip/ Is)

0.91 1.65 0.28 5.90 1.20 1.60 0.27 5.92 1.80 1.60 0.27 5.92



27

2. ผลการทดลองเมอน า Current Transformer ทพนดวยลวดทองแดงจ านวน 2, 4 และ 6 รอบ มาทดลองวดปรมาณกระแสไฟฟาดานปฐมภมและกระแสไฟฟาดานทตยภมจาก Current Transformer เพอน ามาค านวณหาอตราสวนของ Current Transformer ทสรางขน โดยเปลยนโหลดคาตาง ๆ ไดแก หลอดไฟขนาด 200, 400 และ 800 W ตามล าดบ ในวงจรทดลอง โดยใหขนาดลวดตวน าคงท คอ เสนลวดทองแดงเสนผานศนยกลางขนาด 1.20 mm.

ตารางท 4 แสดงผลการวดกระแสไฟฟาจาก Current Transformer ทพนดวยลวดทองแดง จ านวน 2 รอบ ลวดตวน าขนาดเสนผานศนยกลาง 1.20 mm.

โหลดของวงจร (W)

กระแสปฐมภม:Ip

(A) กระแสทตยภม:Is

(A) Ratio (Ip/ Is)

หลอดไฟ 200 0.85 0.40 2.13 หลอดไฟ 400 1.65 0.80 2.06 หลอดไฟ 800 3.45 1.70 2.03







Ratio (Ip/ Is)




28





Ratio (Ip/ Is)




29

การทดลองวดกระแสไฟฟาดวย Current Transformer ทสรางขน ผลการทดลองเมอท าการทดลองวดคากระแสไฟฟาจากเครองใชไฟฟาตาง ๆ ในบาน

ดวย Current Transformer เทยบกบคากระแสไฟฟาจากดจตอลแคลมปมเตอร แลวค านวณหาคาเปอรเซนตความคลาดเคลอน (%errors) ตารางท 7 ผลการวดกระแสไฟฟาจาก Current Transformer อตราสวน 2/1 A เทยบกบ กระแสไฟฟาของเครองใชไฟฟาตาง ๆ ในบานจากดจตอลแคลมปมเตอร

เครองใชไฟฟา กระแสจากClamp:Ip (A)

กระแสจาก CT:Is (A)

2Is (A)

% errors

พดลม 0.66 0.32 0.64 3.03 ไดรเปาผม 2.60 1.25 2.50 3.85 หมอหงขาว 2.76 1.35 2.70 2.17 กาตมน าไฟฟา 2.86 1.40 2.80 2.10

เตารด 4.26 2.10 4.20 1.41 กระทะไฟฟา 4.28 2.10 4.20 1.87 ไมโครเวฟ 6.30 3.10 6.20 1.59

30

ตารางท 8 ผลการวดกระแสไฟฟาจาก Current Transformer อตราสวน 4/1 A เทยบกบ กระแสไฟฟาของเครองใชไฟฟาตาง ๆ ในบานจากดจตอลแคลมปมเตอร



4Is (A)

% errors



31

ตารางท 9 ผลการวดกระแสไฟฟาจาก Current Transformer อตราสวน 6/1 A เทยบกบ กระแสไฟฟาของเครองใชไฟฟาตาง ๆ ในบานจากดจตอลแคลมปมเตอร



6Is (A)

% errors



บทท 5 สรปและอภปรายผล

การวจยการสรางอปกรณวดกระแสไฟฟา Current Transformer มวตถประสงคเพอออกแบบ สรางอปกรณและน ามาศกษาการวดกระแสไฟฟาทเกดจากการเหนยวน า ผวจยไดสราง Current Transformer โดยพนลวดทองแดงรอบแกนเหลกออนวงกลมจ านวน 2, 4 และ 6 รอบ โดยไดท าการทดลองกบวงจรไฟฟาเพอค านวณหาอตราสวนของ Current Transformer แตละตว แลวน ามาท าการทดลองโดยการวดกระแสไฟฟาจากเครองใชไฟฟาในบาน

สรปผลการวจย การสรางอปกรณ Current Transformer

ผลการทดลองเมอน า Current Transformer ทสรางขนทง 3 ตว ไปท าการทดลองในวงจรไฟฟา เพอทดลองและค านวณหาอตราสวนของ Current Transformer ทสรางขนมา พบวา Current Transformer ทพนดวยลวดทองแดงจ านวน 2 รอบ เมอน ามาทดลองในวงจรโดยเปลยนโหลดและเปลยนลวดตวน าขนาดตาง ๆ ในวงจร น ามาค านวณอตราสวนได 2/1 A, Current Transformer ทพนดวยลวดทองแดงจ านวน 4 รอบ เมอน ามาทดลองในวงจรโดยเปลยนโหลดและเปลยนลวดตวน าขนาดตาง ๆ ในวงจร น ามาค านวณอตราสวนได 4/1 A และ Current Transformer ทพนดวยลวดทองแดงจ านวน 6 รอบ เมอน ามาทดลองในวงจรโดยเปลยนโหลดและเปลยนลวดตวน าขนาดตาง ๆ ในวงจร น ามาค านวณอตราสวนได 6/1 A

การทดลองวดกระแสไฟฟา 1. การวดคากระแสไฟฟาจาก Current Transformer อตราสวน 2/1 A จากเครองไฟฟาใน

บานโดยเทยบกบดจตอลแคลมปมเตอร พบวาคากระแสไฟฟาทวดไดมคาใกลเคยงกน โดยคาความคลาดเคลอนต าสดเทากบ 1.41% และมคาความคลาดเคลอนมากสดเทากบ 3.85%

2. การวดคากระแสไฟฟาจาก Current Transformer อตราสวน 4/1 A จากเครองไฟฟาในบานโดยเทยบกบดจตอลแคลมปมเตอร พบวาคากระแสไฟฟาทวดไดมคาใกลเคยงกน โดยคาความคลาดเคลอนต าสดเทากบ 0.93% และมคาความคลาดเคลอนมากสดเทากบ 4.62%

3. การวดคากระแสไฟฟาจาก Current Transformer อตราสวน 6/1 A จากเครองไฟฟาในบานโดยเทยบกบดจตอลแคลมปมเตอร พบวาคากระแสไฟฟาทวดไดมคาความคลาดเคลอนต าสดเทากบ 1.49% และมคาความคลาดเคลอนมากสดเทากบ 9.09%

33

อภปรายผล การศกษาการวดกระแสไฟฟาจาก Current Transformer ทสรางขนในงานวจยน โดยมอตราสวน คอ 2/1 A, 4/1 A และ 6/1 A เมอน า Current Transformer ทง 3 ตว มาทดลองวดกระแสไฟฟาจากเครองใชไฟฟาตางในบานชนดตาง ๆ พบวา Current Transformer อตราสวน 2/1 A และ 4/1 A มคาความคลาดเคลอนมากสดเทากบ 3.85 % และ 4.62% ตามล าดบ ซงถอวาเปน

คาทยอมรบได สวน Current Transformer อตราสวน 6/1 A จะมคาความคลาดเคลอนมากสดเทากบ 9.09%

ความคลาดเคลอนทเกดขนจากการวดกระแสไฟฟาของ Current Transformer เกดไดจากสวนหนงของกระแสปฐมภมตองถกใชเปนกระแสกระตนเพอท าใหเกดฟลกซแมเหลกขนในแกนแมเหลก และเหนยวน าใหเกดแรงเคลอนไฟฟาทขดลวดทตยภมท าใหเกดกระแสไฟฟาขน ดงนนถาตองการใหความคลาดเคลอนต า แกนเหลกทใชจงตองเปนแกนเหลกทมความน าแมเหลกสงและตองมความสมดลของขนาดแกนกบจ านวนรอบทสรางขนและตองท าใหเกดกระแสไหลวนต าสด

ขอเสนอแนะ 1. ในการวจยครงตอไปควรเพมจ านวนรอบขดลวดดานทตยภม เพอศกษาการวด

กระแสไฟฟาจาก Current Transformer ทอตราสวนตาง ๆ 2. ในการวดตองค านงถงปรมาณกระแสไฟฟาเพอใหเหมาะสมกบพกดของ

Current Transformer เพอปองกนอนตรายจากกระแสไฟฟาทสงเกนไป 3. ในการสราง Current Transformer ควรหาแกนเหลกทมความน าแมเหลกสงและ

ลดกระแสไหลวนภายในแกนใหต า

บรรณานกรม พเชษฐ ลมสวรรณ และสปาณ ลมสวรรณ. (2547). ไฟฟาและแมเหลกไฟฟา. กรงเทพฯ:

เลยงเชยง. สมพงษ ใจด. (2550). ฟสกสเชงวเคราะห 2 ไฟฟาและแมเหลก-ไฟฟา. กรงเทพฯ: จฬาลงกรณ มหาวทยาลย. ชวนทธ โสสนย. (2554). การศกษาปจจยทมผลตอการวดกระแสไฟฟาของเครองมอวด

กระแสไฟฟาพกดสง. วทยานพนธวศวกรรมศาสตรมหาบณฑต, สาขาวชาวศวกรรมจดการอตสาหกรรม, คณะวศกรรมอตสาหการ, มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ.

ทวชย เชอจน. (2553). การสรางอปกรณส าหรบวดคาสนามแมเหลกโดยอาศยหลกการเหนยวน า. วทยานพนธวทยาศาสตรมหาบณฑต, สาขาวชาฟสกสศกษา, คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร. อภชาต อมเตม. (2552). การพฒนาเครองวดการใชกระแสไฟฟาดวยระบบสงขอมลไรสาย. วทยานพนธวทยาศาสตรมหาบณฑต, สาขาวชาวทยาการคอมพวเตอร, คณะวทยาศาสตร, มหาวทยาลยเชยงใหม. บรษท สเตเบล อเลกตรก ซพพลาย จ ากด. (2556). หมอแปลงไฟฟา. เขาถงไดจาก

http://www.stable.co.th/index.php?lay=show&ac=article&Id= 539185370&Ntype=17

http://www.stable.co.th/index.php?lay=show&ac=article&Id

ภาคผนวก

36

ภาคผนวก ก ตารางขนาดลวดทองแดงมาตรฐาน

37

ตารางขนาดลวดทองแดงมาตรฐาน

เบอรลวดทองแดง มาตรฐาน SWG

เสนผานศนยกลาง (mm)

พนทหนาตด (mm 2)

กระแสไฟฟาทลวดทนได (A)

000 10.2 81.71 270.11 000 9.5 70.88 233.62 00 8.8 60.82 199.77 0 8.2 52.81 177.22 1 7.6 45.36 151.94 2 7.0 38.48 128.60 3 6.4 32.17 107.21 4 5.9 27.34 90.86 5 5.4 22.90 75.87 6 4.9 18.86 62.3 7 4.5 15.90 52.29 8 4.1 13.20 43.22 9 3.7 10.75 35.01

10 3.3 8.55 27.66 11 2.9 6.61 22.72 12 2.6 5.31 18.26 13 2.3 4.15 14.29 14 2.0 3.14 10.80 15 1.9 2.54 8.751 16 1.8 2.01 6.915 17 1.4 1.54 5.294 18 1.2 1.15 3.890 19 1.0 0.79 2.701 20 0.91 0.65 2.188 21 0.81 0.51 1.729 22 0.72 0.41 1.324

38

เบอรลวดทองแดง มาตรฐาน SWG

เสนผานศนยกลาง (mm)

พนทหนาตด (mm 2)

กระแสไฟฟาทลวดทนได (A)

23 0.61 0.2922 0.972 24 0.56 0.2463 0.817 25 0.51 0.2047 0.675 26 0.45 0.1624 0.547 27 0.40 0.1288 0.432 28 0.38 0.1134 0.370 29 0.36 0.1021 0.312 30 0.31 0.0755 0.243 31 0.29 0.0661 0.204 32 0.28 0.0616 0.176 33 0.25 0.0510 0.169 34 0.23 00451 0.137 35 0.21 0.0346 0.108 36 0.19 0.0285 0.098 37 0.17 0.0227 0.078 38 0.15 0.0177 0.063 39 0.13 0.0133 0.046 40 0.12 0.0114 0.039

ตารางขนาดลวดทองแดงมาตรฐาน

ประวตยอของผวจย ชอ-สกล นางษรากร ซโฮ วน เดอน ปเกด 21 เมษายน พ.ศ. 2527 สถานทเกด จงหวดชยนาท สถานทอยปจจบน บานเลขท 200 ซ.อนามยงามเจรญ 25 แขวงทาขาม เขตบางขนเทยน จงหวดกรงเทพมหานคร ต าแหนงและประวตการท างาน พ.ศ. 2550 เจาหนาทงานทะเบยน/วดผล โรงเรยนราชวนตบางเขน จงหวดกรงเทพมหานคร พ.ศ. 2552 ครผชวย โรงเรยนทามะกาวทยาคม จงหวดกาญจนบร พ.ศ. 2554-ปจจบน คร คศ.1 โรงเรยนมธยมวดสงห จงหวดกรงเทพมหานคร ประวตการศกษา พ.ศ. 2550 วทยาศาสตรบณฑต (ฟสกส) มหาวทยาลยราชภฏพระนคร พ.ศ. 2552 ประกาศนยบตรบณฑตวชาชพคร มหาวทยาลยบรพา พ.ศ. 2558 วทยาศาสตรมหาบณฑต (ฟสกสศกษา) มหาวทยาลยบรพา รางวลหรอทนการศกษา พ.ศ. 2556 ทนการศกษาปรญญาโท โครงการสงเสรมครทม

ความสามารถพเศษทางวทยาศาสตรและคณตศาสตร (สควค.) ของสถาบนสงเสรมการสอนวทยาศาสตรและเทคโนโลย (สสวท.) ประจ าป 2556

ศึกษาการวัดกระแสไฟฟ้าจาก current transformer...

Documents