ดาวน์โหลดงานนำเสนอ
งานนำเสนอกำลังจะดาวน์โหลด โปรดรอ
1
บทที่ 5 เครื่องกําเนิดไฟฟากระแสสลับ (AC Generator)
5.1 โครงสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้า 5.2 Phasor Diagram of an AC Generator 5.3 Voltage Characteristic Curves and Voltage Regulation of an AC Generator 5.4 การทดลองหา Synchronous Impedance ของ AC Generator 5.5 Rating ของ AC Generator 5.6 ประสิทธิภาพ (Efficiency)
2
5.1 โครงสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
(a) Armature winding เป็นขดลวดที่จ่ายกระแสไฟฟ้าออกไป สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ขนาดใหญ่จะสร้างให้อยู่กับที่ (เป็นสเตเตอร์)
3
โครงสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (ต่อ)
4
โครงสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (ต่อ)
(a) (b) เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุน 1 รอบ รูปที่ 5.3 (a) จะได้สัญญาณไฟฟ้า 1 cycle = 2 rad = 360 รูปที่ 5.3 (b) จะได้สัญญาณไฟฟ้า 2 cycle = 4 rad = 720
5
โครงสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (ต่อ)
(b) โรเตอร์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่จะใช้ขั้วแม่เหล็กเป็นตัวหมุน เนื่องจากกระแสที่จะกระตุ้นให้เกิดขั้วแม่เหล็กจะน้อยกว่ากระแสที่จ่ายออกมาจาก Armature winding มาก ทำให้การส่งผ่านกระแสเข้าไปที่ตัวหมุน (โรเตอร์) ทำได้ง่ายกว่า
6
โครงสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (ต่อ)
ความเร็วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า จะวัดเป็นรอบต่อนาที (rpm) f คือความถี่ และ P คือจำนวนขั้ว
7
โครงสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (ต่อ)
องศาไฟฟ้า จากรูปที่ 5.3 จะพบว่าเครื่อง 2 ขั้ว หมุน 1 รอบ (ทางกล) จะให้ waveform = 2 rad = 360 ไฟฟ้า, เครื่อง 4 ขั้ว หมุน 1 รอบ (ทางกล) จะให้ waveform = 22 = 4 rad = 720 ไฟฟ้า
8
5.2 Phasor Diagram of an AC Generator
เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ จะมีขดลวด 3 ชุด แต่ละชุดจะมีค่าความต้านทาน Effective Resistance) Ra เป็น /เฟส เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้านี้จ่ายไฟให้กับผู้ใช้ก็จะเกิด Armature mmf ซึ่งจะทำให้เกิด ฟลักซ์เรียกว่า Armature Reaction มีผลทำให้เกิดแรงดันตกขณะจ่ายโหลด นั่นคือ Armature reaction flux มีผลทำให้เกิด Reactance ค่าหนึ่งขึ้นมา เมื่อรวมกับค่า Leakage reactance ของ Armature winding แล้วจะได้ค่า Reactance รวม เรียกว่า Synchronous reactance (Xs)
9
Phasor Diagram of an AC Generator (ต่อ)
10
Phasor Diagram of an AC Generator (ต่อ)
ฟลักซ์แม่เหล็กที่กำเนิดโดย Field current ลำพังจะคงที่ตราบเท่าที่ Field current คงที่ ดังนั้น แรงดัน E0 ที่กำเนิดโดยฟลักซ์นี้จะคงที่ การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นที่แรงดันที่ขั้ว (Et) จะเกิดจากการเปลี่ยน Magnitude และมุมเฟสของ IaXs และ IaRa ดังรูปที่ 5.5
11
Phasor Diagram of an AC Generator (ต่อ)
12
Phasor Diagram of an AC Generator (ต่อ)
13
5.3 Voltage Characteristic Curves and Voltage Regulation of an AC Generator
รูปที่5.7 แสดงให้เห็นถึง ความแตกต่างระหว่าง Terminal voltage, vt เมื่อจ่ายโหลดกับ No-load terminal voltage, E0 จะขึ้นอยู่อย่างมากกับ Power factor ของโหลดและขนาดของ Armature current
14
Voltage Characteristic Curves and Voltage Regulation of an AC Generator (ต่อ)
Voltage Regulation (V.R.) เป็นค่าที่บอกลักษณะสมบัติของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าว่า เมื่อจ่ายโหลดแล้วมีลักษณะของแรงดันตกมากน้อยเพียงไร (Speed และ Field current คงที่)
15
Voltage Characteristic Curves and Voltage Regulation of an AC Generator (ต่อ)
รูปที่ 5.8 แสดงการเปลี่ยนแปลงของแรงดันที่ขั้ว เมื่อโหลดเปลี่ยนแปลงที่ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ของโหลด 3 ค่า โดยที่กระแส Field และความเร็วคงที่
16
Voltage Characteristic Curves and Voltage Regulation of an AC Generator (ต่อ)
ตัวอย่างที่ 5.1 เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเฟสเดียว มีกระแสจ่ายโหลดเต็มที่ 416 A ที่ 2,400 V ขดลวด Armature มีความต้านทาน 0.1 และ Synchronous reactance 3 จงหา Voltage regulation ที่ 100% P.F. และที่ 80% P.F. lagging current, แรงดันที่ full load = 2,400 V วิธีทำ กระแส Full-load = A แรงดันตกที่ความต้านทาน = IaRa = 416 0.1 = = 42 V แรงดันตกที่ Synchronous reactance = IaXs = 416 3 = 1,248 V
17
Voltage Characteristic Curves and Voltage Regulation of an AC Generator (ต่อ)
18
Voltage Characteristic Curves and Voltage Regulation of an AC Generator (ต่อ)
19
5.4 การทดลองหา Synchronous Impedance ของ AC Generator
20
5.4 การทดลองหา Synchronous Impedance ของ AC Generator
การทดสอบหา No-load saturation curve (1) ขับ Generator ที่ความเร็วพิกัด (2) ปรับค่า If พร้อมกับวัดค่า E0 ที่ If ต่างๆ
21
การทดลองหา Synchronous Impedance ของ AC Generator (ต่อ)
การทดสอบหา Short-ckt. Armature current curve (1) ลดค่า If ให้มีค่าน้อยๆ หรือไม่มีเลย (2) Short-ckt. ที่ปลายขั้วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าด้วยแอมมิเตอร์ (3) ค่อยๆเพิ่ม If พร้อมกับวัดค่า Ia ที่ If ต่างๆ
22
การทดลองหา Synchronous Impedance ของ AC Generator (ต่อ)
23
การทดลองหา Synchronous Impedance ของ AC Generator (ต่อ)
24
การทดลองหา Synchronous Impedance ของ AC Generator (ต่อ)
ตัวอย่างที่ 5.2 เครื่องกำเนิดไฟฟ้า 3 เฟส ต่อแบบ Y มีกระแสจ่ายออกที่ Full load 240 A ที่ 2,400 V ที่ค่ากระแส Field คงที่ค่าหนึ่ง No-load voltage ระหวางขั้ว = 2,400 V และกระแสลัดวงจรที่แต่ละเฟส = 465 A ความต้านทานขดลวดแต่ละเฟส = 0.1 จงหา (a) Synchronous reactance ต่อเฟส (b) Voltage Regulation ที่ Full load, 100% P.F. โดยที่แรงดัน Full load ระหว่างขั้ว = 2,400 V
25
การทดลองหา Synchronous Impedance ของ AC Generator (ต่อ)
26
การทดลองหา Synchronous Impedance ของ AC Generator (ต่อ)
27
การทดลองหา Synchronous Impedance ของ AC Generator (ต่อ)
28
5.5 Rating ของ AC Generator
AC Generator ถูกออกแบบและมีการกำหนดพิกัดแรงดันและพิกัดกระแส เพื่อไม่ให้เกิด Overheat เนื่องจากจ่ายโหลดเกิน แต่เนื่องจาก ถ้าบอกพิกัดเอาต์พุทเป็น kW จะทำให้ต้องไปขึ้นกับค่า P.F. ของโหลดที่ต่ออยู่ ดังนั้นการระบุค่าพิกัดของเครื่องจึงระบุเป็น kVA ซึ่งเป็นอิสระจากค่า P.F. (คิดที่ P.F. = 1)
29
5.5 Rating ของ AC Generator
ตัวอย่างที่ 5.3 เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเฟสเดียว สามารถจ่ายกระแสได้ 100 A ที่ 2,400 V จงหาค่าเอาต์พุทของเครื่องเป็น kVA และ kW ถ้า P.F. ของโหลด = 80%
30
5.5 Rating ของ AC Generator
ตัวอย่างที่ 5.4 เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบ 3 เฟส สามารถจ่ายกระแสได้ 100 A ที่แรงดันไฟฟ้าระหว่างขั้ว 2,400 V จงหาค่าเอาท์พุทของเครื่องเป็น kVA และ kW ถ้า P.F. ของโหลด = 80%
31
5.6 ประสิทธิภาพ (Efficiency)
โดยทั่วๆไป เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับจะสามารถวัดเอาต์พุทได้โดยง่าย แต่จะวัดเพาเวอร์อินพุทได้ยากกว่ามากหลายเท่า เพราะจะเป็นเครื่องขับที่ใช้พลังน้ำ แก๊ส หรือน้ำมัน เป็นต้น เราจึงคิดประสิทธิภาพโดยการวัด Losses ของเครื่องทั้งหมด แล้วนำมาบวกกับเอาต์พุท ก็จะได้อินพุท นั่นคือ
32
ประสิทธิภาพ (Efficiency) (ต่อ)
Losses ของเครื่องประกอบด้วย... (1) Armature Cu loss ทั้ง 3 เฟส (3 ขดลวด) = 3 Ia2Ra (2) Field Loss = If2Rf = vf If (3) Friction, Windage และ Core loss
33
ประสิทธิภาพ (Efficiency) (ต่อ)
ตัวอย่างที่ 5.5 เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบ 3 เฟส 2,400 V, 500 kVA, 60 Hz ต่อแบบ Y มีข้อมูลต่างๆดังนี้ Mechanical และ Iron loss = 12 kW Field current ที่ Full load, 100% P.F. = 53 A Field current ที่ Full load, 80% P.F. = 65 A ความต้านทานของ Armature winding = /phase, Exciter voltage มีค่าคงที่ที่ 125 V จงคำนวณหา Full-load efficiency เมื่อ P.F. ของโหลด = 100% และ 80%
34
ประสิทธิภาพ (Efficiency) (ต่อ)
35
ประสิทธิภาพ (Efficiency) (ต่อ)
แบบฝึกหัด เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาด 9,500 kVA, 24 kV ต่อแบบ Y 50 Hz มีค่า Ra = 0.1 /phase ค่า XS = 30 /phase (a) จงหา Voltage Regulation ของเครื่องนี้ เมื่อเครื่องจ่ายกำลังไฟฟ้าที่ Full load ที่พิกัดแรงดัน และความถี่ P.F. ของโหลด = 0.9 lagging (b) ถ้า P.F. ของโหลด = 0.85 lagging current จงหาประสิทธิภาพของเครื่องที่ Full load ถ้า If = 50 A ที่ 220 Vdc ค่า Friction+Windage และ Core loss = 75 kW
งานนำเสนอที่คล้ายกัน
