งานวิจัยที่ 5. การออกแบบสร้างหม้อแปลงไฟฟ้าแบบออโต้หนึ่งเฟสที่พิกัดกำลัง

การประชมเครอขายวชาการวศวกรรมไฟฟามหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคล (EENET2008) 19-21 พฤศจกายน 2551, ภาควชาวศวกรรมไฟฟา, คณะวศวกรรมศาสตร, มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลธญบร

การออกแบบสรางหมอแปลงไฟฟาแบบออโตหนงเฟสทพกดกาลง 7 kVA Design and Construction of 1-Phase Auto Transformer at Rated Power 7 kVA

พนศร วรรณการ

สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลพระนคร ศนยพระนครเหนอ 1381 ถ.พบลสงคราม แขวงบางซอ เขตบางซอ กทม. 10800 โทรศพท : 0-2913-2424 E-mail: [email protected]

บทคดยอ บทความวชาการนนาเสนอการออกแบบสรางหมอแปลงไฟฟาแบบออโตทพกดการจายกาลงไมเกน 7 กโลโวลตแอมป โดยใชวธผลคณพนทในการออกแบบสรางหมอแปลงไฟฟาแบบออโตหนงเฟส และมการคานวณหาขนาดแกนเหลกและจานวนรอบของตวนาทใชพนบนแกนเหลก ซงหมอแปลงไฟฟาทออกแบบนสามารถทางานจายโหลดทแรงดนไฟฟาดานเอาตพตสงสด 250 โวลต ทพกดการจายกาลงไมเกน 7 kVA ไดผลเปนทนาพอใจ

คาสาคญ: หมอแปลงไฟฟาแบบออโต , ผลคณพนท

Abstract This article presents the design and construction of 1-phase auto transformer at rated power 7 kVA by using the area

product in the design and construction of 1-phase auto transformer and was calculated the core size and number turn of winding. The 1-phase auto transformer was proposed to can be work on load at the maximum output voltage 250 volt at rated power 7 kVA which appears satisfactory. Keywords: auto transformer , area product

340


1 บทนา เนองดวยในหองปฏบตการของสถาบนการศกษาทมการเรยนการสอนทตองใชแหลงจายไฟฟาปรบคาไดทมขนาดการ

จายกาลงสงๆ เชนหมอแปลงไฟฟาแบบปรบเลอนแทปหรอแบบออโตจาเปนตองสงซอจากบรษทผผลตในราคาทแพง และเสยเวลาในการสงซอนาน ดงนนหากมการออกแบบสรางหมอแปลงไฟฟากระแสสลบทมการจายกาลงไฟฟาทเพยงพอตอการทดสอบอปกรณตางๆ ทางดานไฟฟา กจะทาใหประหยดงบประมาณในการสงซอ โดยในการออกแบบนนหมอแปลงไฟฟาแบบออโต 1 เฟสจะมความเหมาะสมในการใชงาน เพราะมพกดการจายกาลงไฟฟาสง ใชงานงาย ตนทนสรางตากวาหมอแปลงแกนเหลกแบบพนดวยขดลวด 2 ชดแยกกน และมนาหนกเบากวาถาเปรยบเทยบทพกดการจายกาลงเทากน

2. วธการออกแบบ 2.1 หาพกดกาลงของหมอแปลงทางดานเอาตพต กาหนดใหแรงดนทางดานอนพต = 220 โวลต กาหนดใหแรงดนทางดานเอาตพต = 0 - 250 โวลต กาหนดพกดกระแสทางดานเอาตพต = 28 แอมป ดงนนพกดกาลงทางดานเอาตพต = 250 V × 28 A = 7 kVA 2.2 กาหนดขนาดแกนเหลกทใชพนขดลวด ขนาดแกนเหลกทเหมาะสมจะขนอยกบองคประกอบตางๆ เชน พนทในการใชงาน พกดการจายกาลง เปนตน โดยสมมตแกนเหลกมขนาดดงรปท 1

รปท 1 ขนาดแกนเหลกชนด Electrical iron ทใชพนขดลวด

2.3 การขนรปแกนเหลกหมอแปลงไฟฟาแบบออโต 1 เฟส หาความยาวแผนเหลกทใช โดยกาหนดแผนเหลกหนา 0.27 mm กวาง 80 mm หาความยาวของแผนเหลกทมวนขนรปทาแกนเหลกหมอแปลงแบบออโต จากสมการท (1)

( )n k

nn 1

l n D nTπ=

=

= × × +∑ (1)

ภาพดานบน ภาพโดยรวม

30 cm

22 cm

22 cm

8 cm

30 cm

341


เมอ nl คอ ความยาวทงหมดของแผนเหลกทมวน

n คอ จานวนชนในการพน D คอ เสนผาศนยกลางของแกนในเทากบ 220 mm

T คอ ความหนาของแผนเหลกทมวนเทากบ 0.27 mm

รปท 2 แสดงแบบในการขนรปแกนเหลก

กาหนดความหนาของแผนเหลกทมวนซอนรวมกนมคาเทากบ 40 mm และแผนเหลกมความหนาเทากบ 0.27 mm คานวณหาจานวนชนของแผนเหลกไดดงน

40 mm 148 layer0.27 mm

n = =

แทนคา

( )( )148 220 148 0.27

120.87 mnl π= × × + ×

=

m08.0

120.87 m

รปท 3 แสดงขนาดแผนเหลกทใชขนรปแกนเหลกหมอแปลงออโต

2.4 หาความตานทานแมเหลกในแกนเหลก จากสมการท (2) หาความตานทานแมเหลก [1] ในวงจรแมเหลก ไดดงน

( )C Ave

O C

l

Aμ μℜ = (2)

30cm22 cm

342


เมอ ℜ คอ ความตานทานแมเหลกในแกนเหลก

( )C Avel คอ ความยาวเฉลยของวงจรแมเหลก

Oμ คอ ความซมซาบสมพทธในแกนอากาศ ( 74 10 H / mπ −× )

Cμ คอ ความซมซาบสมพทธในแกนเหลก(Electrical iron = 2200) A คอ พนทหนาตดของแกนเหลก

จากรปท 1 แทนคา

( )( ) 2

2 3.14 0.13 m0.8168 m

C Ave C Avel rπ=

= × ×=

หาความตานทานแมเหลกไดดงน

( )( )

( )( )

( )

-7

0.8168 m4 10 H / m 2, 200 0.04 m 0.08 m

92,327.95 A.t / Wb

C Ave

O r C

lAμ μ

π

ℜ =×

=× × × ×

=

2.5 หาจานวนรอบสงสดทสามารถพนตวนาลงได

รปท 4 การวางลวดตวนาลงบนแกนเหลก

รายละเอยดของลวดตวนาทใชพนแกนเหลก - ใชลวดตวนาทองแดงเบอร SWG 12 - ทนกระแสได 30 A - ขนาดเสนผาศนยกลาง = 2.64 mm - พนทหนาตดลวดตวนา = 3.296 mm2

- นาหนกลวด = 2.965 kg /100 m

- ความตานทาน = 0.335 Ω .kg /100 m

300 mm

220 mm

2CR

1CR

2WR1WR

1 110 mmCR =

2 150 mmCR =

1 104.04 mmWR =2 153.32 mmWR =

343


หาจานวนตวนาสงสดทพนรอบแกนเหลกดานนอกไดดงน

( )maxmax

2

2 153.32mm2.64mm

365 Turn

out

wire

rN

π

φπ

=

× ×=

=

หมายเหต : เมอใหรศมจากแกนกลางถงดานนอกแกนรวมกบความหนาฉนวนและรศม

ลวดตวนาเทากบ 115+2+ ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

264.2 = 153.32 มลลเมตร

2.6 หาจานวนรอบทพนจรง - เลอกพนขดลวดทางดานอนพตจานวน 300 รอบ จานวนแรงเคลอนไฟฟาเหนยวนาตอรอบเทากบ

ind / turn

220V300 turn

V0.73turn

E =

=

- หาจานวนรอบสงสดทางดานเอาตพตเทากบ

250VV0.73

turn343 turn

T =

=

รปท 5 จานวนรอบการพนทางดานอนพทและเอาตพต

HN = 343 turn

2 xN = N = 300 turn

1N = 43 turn

xV = 220 V HV = 250 V

344


ผลการคานวณหาแรงดนเอาตพตเมอเปลยน Tap

รปท 6 แสดงพารามเตอรตางๆ ของหมอแปลงแบบออโตทใชคานวณ

จากสมการ

H 1 2

X 2

V N + N=

V N

ดงนนหาแรงดนดานเอาตพตของหมอแปลงออโต [2] ไดดงน

2X H

1 2

NV = V ×

N + N (3)

ตารางท 1 สรปผลการคานวณหาแรงดนเอาตพตเมอเปลยน Tap ครงละ 60 รอบทางดานเอาตพต

N1 (turn) 300 240 180 120 60 0

N2 (turn) 0 60 120 180 240 300

VH (volt) 220 220 220 220 220 220

VX (volt) 0 44 88 132 176 220

คานวณหาความตานทานลวดทางดาน VH = 220 V - หาความยาวลวดตอรอบทใชพนดาน VH = 220 V

mm64.96

mm64.46

รปท 7 ภาพตดแกนเหลกรวมฉนวนของหมอแปลงออโตทเผอฉนวนขางละ 2 mm รวมรศมลวด

ตวนา 1.32 mm โดยดานบนและลางเผอฉนวนดานละ 5 mm ดวย

1N

2N

HV = 220 V

XV

345


จากรปท 7 หาความยาวรอบวงดานนอกไดดงน

( ) ( )out side 2 46.64 2 96.64

286.56 mm / turn

l = × + ×

=

- หาความยาวลวดทงหมดทใชพนดาน VH = 220 V ม 300 รอบ ไดดงน

total wiremm286.56 300 turnturn

86 m

l = ×

=

จากขอมลลวดตวนาทองแดง SWG เบอร 12 - นาหนกลวด = 2.965 kg /100 m

- ความตานทาน = 0.335 Ω .kg /100 m

ถาลวดตวนาทองแดงยาว 68.4 เมตร จะมคาความตานทาน

.Kg KgR 0.335 86 m 2.965 86 m

100m 100m0.73

Ω= × × ×

= Ω

คานวณหากระแสอนพตทางดาน VH = 220 V ขณะไมมภาระ เมอ

R = 0.73Ω และ

( )

2

2

NL

300 turn92,328 A.t / Wb0.975 H

=ℜ

=

=

ดงนน

LX = 2×π×50 Hz×0.975H= 306.3Ω

คานวณกระแสอนพต ไดดงน

inin 2 2

L

2 2

VI =R + X

220= = 0.72A0.73 + 306.3

346


คานวณหาเสนแรงแมเหลกทไหลในแกนเหลกไดจากสมการท 4

NI=

300 turn 0.72A92,327.95 A.t / Wb2.34 mWb

φℜ

×=

=

inV = 220 V

R 0.73= Ω

LX 306.3= Ω

inI 0.72A=

รปท 8 วงจรสมมลทางดานอนพตของหมอแปลงออโตขณะยงไมจายโหลด

3. บทสรป

บทความนไดนาเสนอการออกแบบสรางหมอแปลงไฟฟาแบบออโตทพกดการจายกาลงไมเกน 7 กโลโวลตแอมป โดย

ใชวธผลคณพนทในการออกแบบสรางหมอแปลงไฟฟาแบบออโตหนงเฟส โดยแสดงใหเหนในสมการวาในการเลอกชนดแกนเหลก ขนาดแกนเหลกขนาดลวดตวนา และจานวนรอบตวนาทพนบนแกนเหลก จะมผลตอคาความตานทานแมเหลกในวงจรแมเหลกทาใหเสนแรงแมเหลกทไหลในแกนเหลกเปลยนแปลงไป เปนผลใหกระแสทไหลเขาหมอแปลงไฟฟาแบบออโต 1 เฟสทนาเสนอในบทความนเปลยนแปลงได

4. กตตกรรมประกาศ ขอขอบคณอาจารยบญช สมบญเพญ สถาบนเทคโนโลยปทมวน ทชวยเออเฟอสถานทหองปฏบตการไฟฟาแรงสง

และคาชแนะในการคนควาขอมลในการเขยนบทความน

เอกสารอางอง [1] Chapman,Stephen J, “Electric Machinery Fundamentals”, Mc Graw-Hill,Inc.,1985. [2] Mulukutla S. Sarma, “Electric Machines” ,West Publishing Company,1994.

347

Documents

งานวิจัยที่ 5. การออกแบบสร้างหม้อแปลงไฟฟ้าแบบออโต้หนึ่งเฟสที่พิกัดกำลัง