การวัด กำลังไฟฟ้า พลังงานไฟฟ้า และ ตัวประกอบกำลังไฟฟ้า Wattmeter, Watthour Meter and Power Factor Meter Piyadanai Pachanapan, 303251 EE Measurement & Instrument, EE&CPE, NU

เนื้อหา กำลังไฟฟ้า, พลังงานไฟฟ้า และ ตัวประกอบกำลังไฟฟ้า การวัดกำลังไฟฟ้า (DC, AC power) เครื่องวัดกำลังไฟฟ้า 1 เฟส และ 3 เฟส เครื่องวัดตัวประกอบกำลังไฟฟ้า (Power Factor Meter) เครื่องวัดพลังงานไฟฟ้า (Watt Hour Meter)

กำลังไฟฟ้า (Electric Power) กำลังไฟฟ้าในวงจร กระแสตรง (DC Circuit) กำลังไฟฟ้าในวงจร กระแสสลับ (AC Circuit)

กำลังไฟฟ้าในวงจรกระแสตรง ผลคูณของกระแสที่ไหลและแรงดันที่คร่อมโหลดนั้น หน่วยเป็น วัตต์ (Watt)

กำลังไฟฟ้าในวงจรกระแสสลับ (1 เฟส) กำลังไฟฟ้าขณะใดขณะหนึ่ง (Instantaneous Power) คือ “ผลคูณของแรงดันกับกระแสของโหลดในขณะนั้น” (ที่เวลาใดเวลาหนึ่ง) - ค่าบวก = โหลดดูดกลืนกำลังไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิด - ค่าลบ = โหลดส่งกำลังไฟฟ้ากลับสู่แหล่งกำเนิด

ค่าไฟฟ้าชั่วขณะ (Instantaneous Power) เท่ากับ

จากคุณสมบัติตรีโกณมิติ จะได้กำลังไฟฟ้าชั่วขณะเป็น

จะได้กำลังไฟฟ้าชั่วขณะเป็น (+) (-)

จากความสัมพันธ์ของค่า rms กำหนดให้ เรียกว่า “Impedance Angle” มุม มีค่าเป็น บวก (+) เมื่อ กระแส ตามหลัง (lag) แรงดัน (โหลดตัวเหนี่ยวนำ) มุม มีค่าเป็น ลบ (-) เมื่อ กระแส นำหน้า (lead) แรงดัน (โหลดตัวเก็บประจุ)

Source P Q (+) (-) pR(t) pX(t)

pR(t), Energy Flow Into The Circuit กำลังไฟฟ้าที่ถูกดูดซับโดยโหลด “ความต้านทาน” สัญญาณมีความถี่เป็น 2 เท่า เมื่อเทียบกับแหล่งจ่าย (Source) ค่าเฉลี่ยสัญญาณไซน์ = 0 

ค่า pR(t) มีค่าเป็นบวกเสมอ และมีสูงสุดเป็น - เรียก “กำลังไฟฟ้าจริง (Real Power)” มีหน่วยเป็น Watt (Active Power) - ตัวประกอบกำลัง (power factor) แบบตาม (lagging) 2. แบบนำ (leading) - โหลดตัว L - กระแสตามหลังแรงดัน - โหลดตัว C - กระแสนำหน้าแรงดัน

pX(t), Energy borrowed and returned by the Circuit สัญญาณมีความถี่เป็น 2 เท่า เมื่อเทียบกับแหล่งจ่าย (Source) ค่าเฉลี่ยสัญญาณไซน์ = 0  กำลังไฟฟ้า pX(t) มีทั้งค่า บวก และ ลบ กำลังไฟฟ้า pX(t) ชั่วขณะ เรียกว่า “กำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟชั่วขณะ” (instantaneous reactive power)

Q ค่าสูงสุดของกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟชั่วขณะ (pX(t),max) เรียกว่า “ค่ากำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ (Reactive Power, Q)” หน่วย VAr

จาก จะพบว่า ค่า Q เป็น บวก เมื่อ ผลต่างมุม มีค่าเป็น บวก - ตัวประกอบกำลังเป็นแบบ ล้าหลัง - กระแสตามหลังแรงดัน - โหลดเป็นชนิดเหนี่ยวนำ ค่า Q เป็น ลบ เมื่อ ผลต่างมุม มีค่าเป็น ลบ - ตัวประกอบกำลังเป็นแบบ นำหน้า - กระแสนำหน้าแรงดัน - โหลดเป็นชนิดตัวเก็บประจุ **

กำลังไฟฟ้าเชิงซ้อน (Complex Power) สมมติ และ กรณีโหลดเป็นชนิดเหนี่ยวนำ (PF.ตามหลัง) - สามารถเขียน V,I ในรูปเฟสเซอร์ได้เป็น พบว่า จะได้ ref

จาก จะได้ นำความสัมพันธ์ของ S, P และ Q มาเขียนเป็นสามเหลี่ยมกำลังไฟฟ้า (Power Triangle) ได้เป็น

ขนาดของกำลังไฟฟ้าเชิงซ้อน (Complex Power) อีกชื่อเรียกหนึ่งของ “กำลังไฟฟ้าปรากฎ (Apparent Power)” หาค่าได้จาก หน่วยเป็น VA

การหาค่าตัวประกอบกำลัง (Power Factor) กรณีที่ 1 : ทราบค่า P, V, I จาก จะได้ กรณีที่ 2 : ทราบค่า P, Q จาก จะได้ จาก จะได้

กรณีโหลดเป็นชนิดตัวเก็บประจุ เขียนแผนภาพเฟสเซอร์ และ สามเหลี่ยมกำลังไฟฟ้า ได้เป็น เนื่องจาก พบว่า

กรณีโหลดเป็นอิมพีแดนซ์ (Z) จาก Z = R+jX จะได้ ทำนองเดียวกัน สามารถหาอิมพีแดนซ์ระบบ (กรณีรู้ V,S ของระบบ)