RMUTL: Electrical Engineer 1

บทที่1หลักการไฟฟาเบื้องตน(PRINCIPLE OF BASIC ELECTRICAL)

RMUTL: Electrical Engineer 2

1.1 ทฤษฎีอะตอมสสาร (Matter) ประกอบขึน้จากอนุภาคที่เล็กลงไปที่เรียกวาโมเลกุล (Molecule) โมเลกุลประกอบดวย (Atom) หลายๆอะตอมจะประกอบดวยอนุภาคเล็กๆ คอือิเล็กตรอน (Electron) โปรตรอน (Proton) และนิวตรอน (Neutron) โปรตรอน และนิวตรอน จะอยูตรงกลางของอะตอมซึง่เรียกวานิวเคลียส (Neucleus) อเิล็กตรอนจะวิ่งรอบๆ นิวเคลียสเปนวงจร

RMUTL: Electrical Engineer 3

อิเล็กตรอนมีขนาดโตกวาโปรตรอนคือมีเสนผานศูนยกลางโตเปน 3 เทาของขนาดโปรตรอน(ประมาณ 0.22 ในลานลานสวนของนิ้ว) และมีมวลประมาณ กิโลกรัม (เบากวาโปรตรอน 1840 เทา) อิเล็กตรอนมีประจุไฟฟาลบ (- ) จึงมีเสนแรงไฟฟาพุงตรงเขาสูตัวมันในทุกทิศทาง

RMUTL: Electrical Engineer 4

โปรตรอนเปนอนุภาคขนาดเล็กมีเสนผานศูนยกลางประมาณ 0.07 ในลานลานสวนของนิ้ว และมีมวลประมาณ กิโลกรัม (หนักวาอิเล็กตรอนประมาณ 1840 เทา) โปรตรอนมีประจุไฟฟาบวก (+ ) จึงมีเสนแรงไฟฟาพุงออกจากตัวมันในทุกทิศทาง

-271.677252 10×

RMUTL: Electrical Engineer 5

นิวตรอนเปนอนุภาคพื้นฐานอีกชนิดหนึ่ง อนุภาคนี้ไมมีประจุไฟฟาและมีมวลประมาณ กิโลกรัม นิวเคลียสเปนศูนยกลางของอะตอมประกอบดวยนิวตรอนและโปรตรอนของอะตอมจํานวนโปรตรอนในนิวเคลียสจะแสดงใหทราบถึงอะตอมจองแตละธาตุแตกตางกันไป จํานวนโปรตรอนที่มีอยูในนิวเคลียสของอะตอมเรียกวาเลขเชิงอะตอม (Atom Number) ซึ่งเลขเชิงอะตอมนี้ใชบอกชนิดของธาตุ

RMUTL: Electrical Engineer 6

สภาวะปกติของอะตอมจะมจีํานวนอิเล็กตรอนและโปรตรอนเทากัน อะตอมจึงมปีระจไุฟฟาบวกและลบเทากัน ประจทุั้งสองจึงทําลายอํานาจกันหมดพอดี อะตอมจึงมีสถานะเปนกลางทางไฟฟาอะตอมทีม่ีอเิล็กตรอนนอยกวาโปรตรอน อะตอมก็จะมปีระจุไฟฟาบวก และถาอะตอมมอีิเล็กตรอนมากกวาโปรตรอนอะตอมก็จะมีประจไุฟฟาลบ อะตอมที่มปีระจุไฟฟาบวกหรือลบเรียกวาไอออน (Ion)

RMUTL: Electrical Engineer 7

วาเลนซอิเล็กตรอนเปนอิเล็กตรอนที่อยูวงนอกสุดสามารถหลุดจากวงโคจรของอะตอมออกไปได

RMUTL: Electrical Engineer 8

RMUTL: Electrical Engineer 9

เมื่ออิเล็กตรอนหลุดจากอะตอมไฟฟาจะเกิดขึ้น อิเล็กตรอนจะหลุดพนจากอะตอมหรือเกิดไฟฟาขึ้นไดโดย 1) ถกูนัระหวางวตัถตุางชนิดกัน 2 ชนิด 2) ปฏิกิริยาทางเคมี 3) อํานาจแมเหล็ก 4) ความรอน5) ความกดดัน 6) แสงสวาง

RMUTL: Electrical Engineer 10

- ถูกันระหวางวัตถุตางชนิดกัน 2 ชนิด

http://montri.rmutl.ac.th/electrical/e07/static.swf

RMUTL: Electrical Engineer 11

- หลักการทางเคมี

RMUTL: Electrical Engineer 12

- หลักการของสนามแมเหล็กทิศทาง

ความหนาแนน

RMUTL: Electrical Engineer 13

- หลักการแรงกด

RMUTL: Electrical Engineer 14

- หลักการทางความรอน

เทอรโมคัปเปล

RMUTL: Electrical Engineer 15

- หลักการแรงกด

สวติชไฟฟาแบบกด

RMUTL: Electrical Engineer 16

- หลักการของแสงอาทิตย

Solar Sell

RMUTL: Electrical Engineer 17

- หลักการของแสงอาทิตย (กฟผ.)

RMUTL: Electrical Engineer 18

RMUTL: Electrical Engineer 19 RMUTL: Electrical Engineer 20

1.2 หนวยวัดทางไฟฟา1.2.1 แรงเคลื่อนไฟฟา (Voltage, E)

แรงเคลื่อนไฟฟาคือแรงดันไฟฟาที่เกิดจากการสะสมตัวของประจุไฟฟาระหวางจุดสองจุด ทําใหอิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากประจุลบไปประจุบวก ทําใหเกิดกระแสไฟฟาไหลในวงจร แรงเคลื่อนไฟฟามีหนวยเปนโวลท (Volt) ใชสัญลักษณ V

1 กิโลโวลท (kV) = 1,000 โวลท (V)1 โวลท (V) = 1,000 มิลลิโวลท (mV)1 มิลลิโวลท (mV) = 1,000 ไมโครโวลท (μV)

RMUTL: Electrical Engineer 21 RMUTL: Electrical Engineer 22

1.2.2 กระแสไฟฟา (Current , I)กระแสไฟฟาคืออิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่จากอะตอมหนึ่งไปสูอีกอะตอมหนึ่ง เปนการเคลื่อนที่แบบตอเนื่องขณะนําเอาวัตถทุี่มีประจุไฟฟาตางกนัวางไวใกลกัน อิเล็กครอนจะเคลื่อนที่จากวตัถุที่มีประจุไฟฟาลบไปยังวัตถุที่มีประจุไฟฟาบวก กระแสไฟฟามีหนวยเปนแอมแปร (Ampere) ใชสัญลักษณ A

1 กิโลแอมแปร(kA) = 1,000 แอมแปร (A)1 แอมแปร (A) = 1,000 มิลลิแอมแปร (mA)1 มิลลิ แอมแปร (mA) = 1,000 ไมโครแอมแปร (μA)

RMUTL: Electrical Engineer 23 RMUTL: Electrical Engineer 24

กระแสไฟฟามี 2 ชนิดก. ไฟฟากระแสตรง (Direct Current) คือไฟฟาที่มีทิศทางการไหล

ของอิเล็กตรอนไปในทิศทางเดียวตลอดดังรูปที่ 1.6 ไดแก เซลไฟฟา , แบตเตอรี่ เปนตน

Battery

I แรงเคลื่อน

RMUTL: Electrical Engineer 25

ข. ไฟฟากระแสสลับ (Alternating Current) คือไฟฟาที่มีทิศทางการไหลของกระแสอิเล็กตรอนไปในทิศทางในคาบวกและคาลบตลอดเวลาดังรูปที่ 1.7 ไดแกไฟฟาที่ใชในบานพักอาศัย, เครื่องกําเนิดไฟฟากระแสสลับ เปนตน

i

AC

แรงเคลื่อน

RMUTL: Electrical Engineer 26

1.2.3 ความตานทานไฟฟา (Resistance, R)ความตานทานไฟฟา คือวัตถุที่ตานการไหลของ

กระแสไฟฟา ซึ่งจะตานการไหลของกระแสไฟฟามากหรือนอยขึ้นอยูกับคุณสมบัติของวัตถนุั้นๆ ถาวตัถุมีความตานทานมากกระแสไฟฟาจะไหลผานไดนอย ถาวัตถมุีความตานทานนอยกระแสไฟฟาจะไหลผานไดมาก ความตานทานไฟฟามีหนวยเปนโอหมใชสัญลักษณ Ω

1 เมกะโอหม (MΩ) = 1,000 กิโลโอหม (kΩ)1 กิโลโอหม (kΩ) = 1,000 โอหม(Ω)

RMUTL: Electrical Engineer 27

1.2.4 กฎของโอหม (Ohm Law)

กระแสไฟฟา =ความตานทานแรงเคลื่อนไฟฟา

I = E

R

V

Ω= A

RMUTL: Electrical Engineer 28

1.2.5 กําลังไฟฟา (Electric Power ,P)กําลังไฟฟา คืออัตราการเปลี่ยนแปลงพลังงาน หรืออัตรา

การทํางาน กาํลังไฟฟามีหนวยเปนวัตต (W)สมการกําลังไฟฟากําลังไฟฟา (P) = แรงเคลื่อนไฟฟา(E) X กระแสไฟฟา(Ι)∴เมื่อ P คือกําลังไฟฟา มีหนวยเปนวัตต (W)

E คือแรงเคลื่อนไฟฟามีหนวยเปนโวลท(V)I คือกระแสไฟฟามีหนวยเปนแอมแปร(A)R คือความตานทานไฟฟามีหนวยเปนโอหม(Ω)

1 เมกะวัตต (MW) = 1000 กิโลวัตต (kW)1 กิโลวัตต (kW) = 1000 วัตต (W)1 วัตต (W) = 1000มิลลิวัตต (mW)

RMUTL: Electrical Engineer 29

1.2.6 พลังงานไฟฟา (Electric Energy ,W )พลังงานไฟฟา คือกําลังไฟฟาที่นําไปใชในระยะเวลา

หนึ่ง พลังงานไฟฟามีหนวยเปนวัตต-ชั่วโมง (Wh) พลังงานไฟฟา 1000 วัตต-ชั่วโมง จะเทากับ 1 ยูนิต (Unit) หรือ 1 หนวย เครื่องวัดพลังงานไฟฟาตามบานพักอาศัยเรียกวากิโลวตัตฮาวมิเตอร (Kilowatt Hour Meter)

สมการพลังงานไฟฟาพลังงานไฟฟา (W) = กําลังไฟฟา (P) x เวลา ( t )

22 EW P t E I t I R t t

R= ⋅ = ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ = ⋅

RMUTL: Electrical Engineer 30

RMUTL: Electrical Engineer 31 RMUTL: Electrical Engineer 32

1.3 วงจรไฟฟาวงจรไฟฟามี 3 ประเภท

1.วงจรอนุกรม (Series Circuit)2.วงจรขนาน (Parallel Circuit)3.วงจรผสม (Compound Circuit)

RMUTL: Electrical Engineer 33

1. วงจรอนุกรมคือการนําเอาภาระหรือโหลด(Load) มาตอเรียงลําดับกันดังรูป R 1

R 2

R 3

คุณสมบัติของวงจรอนุกรม

R 1

R 2

R 3

I1

I2I3

V 1

V 2

V 3

V s

1.1. กระแสที่ไหลในวงจรจะเทากันจะได

t 1 2 3I I I I= = =

RMUTL: Electrical Engineer 34

1.2. แรงเคลื่อนของแหลงจายจะเทากับแรงเคลื่อนที่ตกครอมที่ความตานทานแตละตัวรวมกนั

t 1 2 3V = V + V + V

1.3. คาความตานทานรวมของวงจรจะเทากับคาความตานทานของแตละตัวรวมกัน

t 1 2 3R = R + R + R

RMUTL: Electrical Engineer 35

2. วงจรขนานคือการนําเอาภาระหรือโหลด(Load) มาตอขนานกันดังรูป

R1 R2 R3

คุณสมบัติของวงจรขนาน

R1 R2 R3

It I1 I2 I3

V1Vs V2 V3

2.1 กระแสที่ไหลรวมจะเทากับกระแสในแตละสาขารวมกัน

t 1 2 3 I = I + I + I

RMUTL: Electrical Engineer 36

2.2 แรงเคลื่อนของแหลงจายจะเทากับแรงเคลื่อนที่ตกครอมที่ความตานทานแตละตัวในสาขาจะเทากันดังนั้น

t 1 2 3V = V = V = V

2.3 คาความตานทานรวมของวงจรจะเทากับสมการ

t 1 2 3

1 1 1 1R R R R

= + +

RMUTL: Electrical Engineer 37

วงจรอนุกรม วงจรขนาน

t 1 2 3I I I I= = =

t 1 2 3V = V + V + V

t 1 2 3R = R + R + R

R 1

R 2

R 3

I1

I2I3

V 1

V 2

V 3

V s

R1 R2 R3

It I1 I2 I3

V1Vs V2 V3

t 1 2 3 I = I + I + I

t 1 2 3V = V = V = V

t 1 2 3

1 1 1 1R R R R

= + +

RMUTL: Electrical Engineer 38

3.วงจรผสมคือการนําเอาภาระหรือโหลด(Load) มาตอรวมกันทั้งแบบอนุกรมและขนานดังรูป

R1 R2

R3

R1 R2

R3 R4

RMUTL: Electrical Engineer 39

การประยุกตวงจรอนุกรม - ขนานมาใชงาน1. วงจรแบงแรงดัน (Voltage divider)

R1

R2

Es

I

รูป ก ขณะยังไมตอโหลด

R1V = E×1 R + R1 2R2V = E×2 R + R1 2

RMUTL: Electrical Engineer 40

R1

R2 R Load

I

Es

รูป ข ขณะตอโหลด

R1V = E×1 R +(R // R )1 2 Load(R // R )2 LoadV = E×2 R +(R // R )1 2 Load

RMUTL: Electrical Engineer 41

2. วงจรแบงกระแส (Current divider)

It

R1 R2

I1 I2

21

1 2

12

1 2

.

.

t

t

RI IR R

RI IR R

=+

=+

RMUTL: Electrical Engineer 42

3. การแปลงวงจรแบบสตาร (Υ) และแบบเดลตา (Δ )

R1

R3

R2RC

RBRA

¡ÒõèÍẺʵÒÃì

RMUTL: Electrical Engineer 43

การแปลงวรจรจากเดลตาเปนสตาร

2 3

1 2 3

1 3

1 2 3

1 2

1 2 3

.

.

.

A

B

C

R RRR R R

R RRR R R

R RRR R R

=+ +

=+ +

=+ +

R1

R3

R2RC

RBRA

¡ÒõèÍẺʵÒÃì

RMUTL: Electrical Engineer 44

การแปลงวรจรจากสตารเปนเดลตา

1

2

3

. . .

. . .

. . .

A B A C B C

A

A B A C B C

B

A B A C B C

C

R R R R R RRR

R R R R R RRR

R R R R R RRR

+ +=

+ +=

+ +=

R1

R3

R2RC

RBRA

¡ÒõèÍẺʵÒÃì