สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

ประเภทโครงการวจย: การพฒนาการทดลอง

รายงานผลการวจย

เรอง

การประยกตใชโปรแกรม PSCAD/EMTDC กบวชาวงจรไฟฟาในหวขอไฟฟาสามเฟส

Application of PSCAD/EMTDC Program in Electric Circuit Instruction on Three-Phase System

โดย

นาย ปรชา สาคะรงค

มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลสวรรณภม

รายงานการวจยนไดรบทนอดหนนจาก มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลสวรรณภม

พ.ศ. 2557

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

ก

สารบาญ หนา

บทท 1 1 บทท 2 3 บทท 3 10 บทท 4 16 บทท 5 19 ภาคผนวก 20

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

1

บทท 1 บทนา

บทนกลาวแนะนาถงความสาคญและทมาของปญหา วตถประสงคของโครงการ ขอบเขตของ

การวจย ประโยชนทคาดวาจะไดรบ ดงมรายละเอยดดงน 1.1 ความสาคญและทมาของปญหา หวขอทยากทสดของการเรยนวชาวงจรไฟฟาคอ ไฟฟากระแสสลบโดยเฉพาะระบบไฟฟาสาม

เฟส การลงปฎบตการสามารถชวยทาใหนกศกษามความเขาใจเพมขนได แตในอดตทผานมาสาขาวชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตรและสถาปตยกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลสวรรณภม ศนยสพรรณบร มขอจากดในการจดหาอปกรณและเครองมอการทดลองทถกตองและเหมาะสมเนองมาจากราคาสง เพราะใชแหลงจายไฟฟากระแสสลบจงตองคานงถงความปลอดภยในทดลองเปนหลก เพอทาการแกไขปญหาดงกลาวใหนอยลง ผเขยนจงนาเสนอแนวทางการประยกตใชโปรแกรมคอมพวเตอรเปนสวนหนงของการสอน โดยหวงวาจะทาใหนกศกษามความรและเขาใจในวชาวงจรไฟฟาผานทางการจาลองบนคอมพวเตอร และใชเปนสอการเรยนเพอสาธตการทางานแบบละเอยดในชนเรยน

นอกจากน การนาเอาโครงงานยอยมาใหนกศกษาทดลองออกแบบอปกรณแกตวประกอบกาลง ยงจะชวยเพมประสบการณการเปนวศวกรไฟฟาในภาคสนามอกดวย การใชโครงงานยอยเรองการแกตวประกอบกาลง ซงเปนหวขอยอยทอยในไฟฟากระแสสลบ มวตถประสงคเพอใหนกศกษาทาการออกแบบอปกรณแกตวประกอบกาลงดวยวธกาลงไฟฟาเชงซอน มขอดอยางมากในการสนบสนนตอนกศกษาใหทาความเขาใจในเรองพนฐานของไฟฟากระแสสลบไปพรอมกน การประยกตใชโปรแกรม PSCAD/EMTDC ทมความสามารถในการแสดงเฟสเซอรไดอะแกรม และตวแปรอนๆในรปแบบโดเมนเวลาซงอยในระบบไฟฟากระแสสลบ จงเปนแนวทางทประหยด ปลอดภย และเหมาะสมกบสภาพการเรยนการสอนของนกศกษาสาขาวชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตรและสถาปตยกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลสวรรณภม ศนยสพรรณบรในปจจบน

1.2 วตถประสงคของโครงการ 1. เพอศกษาและสรางสอการสอนวชาวงจรไฟฟาในหวขอไฟฟาสามเฟส 2. เพอออกแบบอปกรณแกตวประกอบกาลงดวยวธกาลงไฟฟาเชงซอน

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

2

1.3 ขอบเขตของการวจย 1. ใชโปรแกรม PSCAD/EMTDC (evaluation, version 4.2.1) ในการสรางสอการสอนวชาวงจรไฟฟาในหวขอไฟฟาสามเฟส 1.4 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ ไดสอการสอนวชาวงจรไฟฟาในหวขอไฟฟาสามเฟส

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

3

บทท 2

หลกการเบองตน

บทนจะกลาวถงโปรแกรม PSCAD/EMTDC ทใชในการจาลอง หลกการของกาลงไฟฟา

เชงซอน และการออกแบบอปกรณแกตวประกอบกาลงดวยวธกาลงไฟฟาเชงซอน แหลงจายสามเฟส 2.1 โปรแกรม PSCAD/ EMTDC (evaluation version)

โปรแกรม PSCAD/EMTDC ถกแบงออกเปน 2 สวนคอ PSCAD (Power Systems CAD) และ EMTDC (Electromagnetic Transients including DC) ซง PSCAD คอสวนตดตอระหวาง EMTDC กบผใชในโหมดกราฟก และ EMTDC คอการหาคาตอบของกลมสมการทเกดจากการตอเชอมกนของอปกรณตางๆ ในโดเมนเวลาดวยขนเวลา (time step) ทแนนอน [2-3]

ถงแมวาโปรแกรม PSCAD/EMTDC ซงเปนโปรแกรมทใชจาลองการทางานของวงจรทางไฟฟาในตระกล EMTP ซงมความถกตองและใชกนอยางแพรหลายในระบบไฟฟากาลง จะเปนโปรแกรมทมลขสทธและราคาสง แตสาหรบรนทดลอง (evaluation version) กเพยงพอตอการทางานซงสามารถหาไดบนอนเทอรเนตโดยไมมคาใชจาย ในรายงานฉบบนใชโปรแกรม PSCAD/ EMTDC version 4.2.1 ซงอาจจะเปนรนเกา แตมขอดทเพยงพอการเรยนการสอนในระดบปรญญาตร เชน การตดตงทาไดงาย มเครองมอทจาเปนตอการจาลองครบถวน และใชเนอทหนวยความจาบนคอมพวเตอรตา 2.2 หลกการของกาลงไฟฟาเชงซอน (Complex Power)

การใชปรมาณเชงซอนชวยคานวณกาลงไฟฟาในกระแสสลบจะทาใหเขาใจความสมพนธของกาลงในลกษณะตางๆ ไดอยางชดเจน เมอกาหนดใหแรงดนสญญาณซายนทตกครอมอปกรณคอ

mv(t) V cos ( t ) (2-1) และกระแสสญญาณซายนทไหลผานอปกรณคอ

mi(t) I cos ( t ) (2-2) จะไดกาลงเฉลย (สมมตวาอปกรณรบกาลง) ในเทอมของคาขนาดสงสดคอ

1cos( )

2av m mP V I (2-3)

โดยมมเฟสระหวางแรงดนและกระแส จะมคาเปนบวกเมอกระแสตามหลงแรงดน (ในกรณโหลดตวเหนยวนา) และมคาเปนลบเมอกระแสนาหนาแรงดน (ในกรณโหลดตวเกบประจ) และเขยนสมการ 2-3 ในเทอมของคาประสทธผลไดคอ

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

4

cos( )av eff effP V I (2-4) เมอกาลงงานปรากฎ (apparent power) คอ eff effV I ซงไมใชคากาลงเฉลยและมหนวยเดยวกนกบคากาลงจรง (real power) แตเพอตองการหลกเลยงความสบสนระหวางกาลงปรากฏและกาลงจรงจงใชหนวย VoltAmpere หรอ VA กบกาลงปรากฎ และใชหนวยวตต (watt) กบกาลงจรง สาหรบตวประกอบกาลงหรอcos( ) ไมมหนวยและขนาดของcos( ) จะมคาไมเกน 1 สอดคลองกบขนาดของกาลงจรงทมคาไมเกนคาขนาดของกาลงปรากฎ

กาลงเชงซอน (โดยใชสญลกษณ S แทน) สามารถเขยนในเทอมของแรงดนและกระแสเฟสเซอรได

*eff effS V I (2-5)

เมอเฟสเซอรแรงดนคอ jeffV e และเฟสเชอรกระแสคอนจเกต (conjugate) คอ

* -jeff effI =I e (2-6)

หรอเขยนกาลงเชงซอนในรปโพลาร หรอในรปเอกซโพเนนเชยล (สมการของออยเลอร, euler) ( )S ( )j

eff eff eff effV I e V I (2-7) หรอเขยนกาลงเชงซอนในรปจานวนจรงและจานวนจนตภาพได

S P jQ (2-8) เมอกาลงเชงซอนในรปจานวนจรง (กาลงจรง) คอ

cos( )eff effP V I (2-9) และกาลงเชงซอนในรปจานวนจนตภาพ (กาลงจนตภาพ) คอ

= sin( ) eff effQ V I (2-10) ขนาดของกาลงเชงซอน คอ กาลงปรากฎ และมมของกาลงเชงซอน คอ 1cos ( )PF หรอ (มมของ PF) สวนจานวนจรงของกาลงเชงซอนคอกาลงเฉลย (กาลงจรง) และจานวนจนตภาพของกาลงเชงซอนคอกาลงจนตภาพ (reactive Power,รแอคทฟเพาเวอร) หนวยของ Q คอ VAR ยอมาจาก VoltAmpere Reactive เพอปองกนความสบสนกบหนวยของ S คอ โวลต-แอมเปร)

กาลงรแอคทฟอธบายไดโดยเขยนเปนแผนภาพเฟสเชอรดงรป 2.1 ถาเฟสเซอรกระแส แบงเปน 2 สวน สวนแรกมเฟสตรงกนกบแรงดนซงมขนาด cos( )effI และเฟสเซอรอกคาหนงมมมแตกตางเปนมม 90กบแรงดนซงมขนาด effI sin - กาลงจรง (real power) คอผลคณของเฟสเซอรแรงดนและเฟสเซอรกระแสทมเฟสตรงกน สวน Q คอผลคณของแรงดนกบกระแสทมเฟสแตกตางกน

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

5

Real

Imaginary effV

effI

effI sin

effI cos

รป 2.1 เฟสเซอรกระแส effI แตกออกเปนสองสวน สวนหนงมมมตรงกบเฟสเซอรแรงดน และอกสวน

มเฟสตางกน 90กบเฟสเซอรแรงดน 2.3 การออกแบบอปกรณแกตวประกอบกาลงดวยวธกาลงไฟฟาเชงซอน

หลกการกาลงเชงซอน สามารถนาไปคานวณกบโหลดหลายตวทตอรวมกนได ซงผลรวมของกาลงเชงซอนทงหมดจะเทากบกาลงเชงซอนของโหลดแตละตวรวมกน

1 2 1 2S VI V (I I ) V(I I ) (2-11) และ

1 2S VI VI (2-12) พจารณาตวอยางเมอตอโหลด 2 ตวขนานกนดงรป 2.2

I

2S1S

1I 2I

V

รป 2.2 กาลงเชงซอนรวมจะเทากบผลรวมของกาลงเชงซอนของโหลดทงสองตว

ตวอยาง 2.1 สมมตใหโรงงานแหงหนงทางานโดยใชมอเตอรเหนยวนาม lagging PF 0.8 ท 50 KW (67.1 แรงมา) แรงดนแหลงจายคอ 230 Vrms เจาของโรงงานตองการให PF เพมขนเทากบ 0.95 lagging จะตองทาอยางไร วธทา PF ทาใหเพมขนได 2 วธคอการใหกาลงจรงเพมขน แตรกษากาลงรแอคทฟใหคงท ซงเจาของโรงงานไมทาเพราะทาไดยาก อกวธหนงคอการตอโหลดรแอคทฟไปในระบบแบบขนานซงจะทาใหลด

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

6

กาลงรแอคทฟลงขณะทกาลงจรงเทาเดม จากรป 2.2 กาหนดให S1 คอมอเตอรเหนยวนาและ S2 คอ โหลดรแอคทฟทใสเขาไป กาลงเชงซอนทจายใหกบมอเตอรเหนยวนาคอสวนจานวนจรง 50 kW และมมมเทากบ -1cos (0.8) หรอ 36.9 ดงนน

1

1

50 cos 0.8S 50 j37.5kVA

0.8

เพอให PF = 0.95 กาลงเชงซอนรวมจะตองเทากบ 150 cos (0.95)

S 50 16.43 0.95

j kVA

ดงนนกาลงเชงซอนของโหลดทตองตอเพม( 2S ) คอ

2S 21.07 j kVA อมพแดนซของโหลด Z2 หาไดจาก

22

S j21070I j91.6A

V 230

หรอ

2I 91.6j A ดงนนจะได

22

2

V 230Z 2.51

I 91.6j

j

ถาทางานทความถ 50 Hz จะใชตวเกบประจมคาเทากบ 1268 F ตอขนานกบมอเตอรเหนยวนา 2.4 ไฟฟาสามเฟส แหลงจายสามเฟสมสามขวหรอขวสาย (line terminal) และอาจมอกสายเพมขนมาไดคอ นวทรล การตอแบบวาย-วาย แสดงในรป 2.3 ขว a, b, c และ n

รป 2.3 การตอแหลงจายสามเฟสสสาย

n

a b

c

bnVanV

A

B

N

C

cnV

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

7

เมอพจารณาแหลงจายสามเฟสสมดลจะได an bn cnV V V (2-13)

และ an bn cnV V V 0 (2-14)

แรงดนทงสามไดจากการเปรยบเทยบแรงดนสายกบนวทรลเรยกวาแรงดนเฟส (phase voltage) ถา เราให anV เปนแรงดนอางองหรอ anV Vp 0 กาหนดให pV แสดงขนาดในคา rms ของแรงดนเฟสใดๆ ดงนนจะไดแรงดนอกสองแหลงจายคอ

bn p

cn p

V V 120

V V 240

(2-15)

หรอ bn p

cn p

V V 120

V V 240

(2-16)

การตอแหลงจายสามเฟสม 2 รปแบบดงน แหลงจายสามเฟสแบบบวก (positive phase sequence) หรอ (abc) แสดงในรป 2.4ก) และแบบลบ (negative phase sequence) หรอ (cba) แสดงเปนแผนภาพเฟสเซอร รป 2.4ข)

รป 2.4 ก) แหลงจายสามเฟสแบบบวกหรอ abc ข) แหลงจายสามเฟสแบบลบหรอ cba

โดยปกตเราจะใชแหลงจายตอแบบบวก (positive phase sequence) เปนสวนมาก แรงดนท เปรยบเทยบระหวาง 2 สายเรยกวาแรงดนสายถงสาย (line-to-line voltage) หรอเรยกอยางยอวา แรงดนสาย และเขยนในเทอมแรงดนเฟสไดดงน

abV 3 Vp 30

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

8

bcV 3 Vp 90 (2-17) caV 3 Vp 210

ซงเขยนแผนภาพเฟสเซอรไดดงรป 2.5 เมอใชกฎ KVL จะไดผลรวมของแรงดนสามเฟสเทากบศนย

caV

bnV

anV

cnVabV

bcV

รป 2.5 แผนภาพเฟสเซอรแสดงความสมพนธระหวางแรงดนสายและแรงดนเฟสของการตอแบบวาย

ขนาด rms ของแรงดนสายใดๆ จะใชสญลกษณยอ LV แทน ดงนนคณสมบตหนงของการตอแบบวายคอ L pV 3 V เมอใชการตอแหลงจายสามเฟสแบบบวก จะไดแรงดน anV นาแรงดน

bnV และแรงดน bnV นาแรงดน cnV โดยมมมหางกน 120 สาหรบแรงดนสายจะไดแรงดน abV นาแรงดน bcV และแรงดน bcV นา แรงดน caV โดยมมมหางกน 120 สวนกระแสสายจะเทากบกระแสเฟส

เมอพจารณาโหลดสมดลถาโหลดตอแบบเดลตาดงรป 2.6 จะทาใหแรงดนเฟสและแรงดนสายเทากน แตกระแสสายจะมากกวากระแสเฟสอย 3 เทาหรอ 3L pI I

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

9

n

a b

c

200 0 Vrms

pZ

C

pZ

pZA B

ABI

BCICAI

aAI

cCI

bBI

รป 2.6 แหลงจายตอแบบวายแตโหลดตอแบบเดลตา

พจารณาการตอโหลดสมดลแบบเดลตาทประกอบดวยอมพแดนซ pZ ตออยระหวางคของ

สาย จะไดแรงดนสายเทากบแรงดนเฟสคอ

p L AB BC CAV V V V V (2-18) และเมอแรงดนครอมแตละคของการตอแบบเดลตาจะหาคากระแสเฟสได

abAB

p

BC

CA

VI

Z

I

I

bc

p

ca

p

V

Z

V

Z

(2-19)

และผลตางของกระแสเฟสคอกระแสสายจะได

aA AB CA

bB BC AB

cC CA BC

I I I

I I I

I I I

(2-20)

ซงสอดคลองกบรป 2.7 แผนภาพเฟสเซอร

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

10

aAIbBI

BCI

cCI

CAI

ABI

รป 2.7 แผนภาพเฟสเซอรแสดงความสมพนธระหวางกระแสสายและกระแสเฟสของการตอ

แบบเดลตา

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

10

บทท 3

โปรแกรมการคานวณกาลงเชงซอน สมมตฐานเบองตนของการคานวณมดงน 1) แรงดนและกระแสทตกครอมและไหลผานอปกรณเปนรปคลนซายนความถเดยว 2) พจารณาเฉพาะโหลดเชงเสน รวมทงการปรบปรงตวประกอบกาลงดวยโหลดเชงเสนเทานน 3.1 ไฟฟาหนงเฟส 3.1.1 ตวประกอบกาลง พจารณาวงจรและขอมลในรป 3.1 จะไดคาตวประกอบกาลงเทากบ 0.536977 ซงคานวณไดจาก )cos( เมอ )( เทากบ (0 - (-57.52))

รป 3.1 ความสมพนธระหวางแรงดนและกระแสของอปกรณใดๆ 3.1.2 การปรบปรงตวประกอบกาลงดวยโหลดเชงเสน การปรบปรงตวประกอบกาลงคอการเพมคาของตวประกอบกาลงใหมคาใกลเคยง 1 (โดย ทวไป) วธการทใชในรายงานนคอการตอโหลดเชงเสนขนานเขาไปในระบบ เพอลดคากาลงจนตภาพของระบบกอนการปรบปรงตวประกอบกาลงใหเทากบศนย

ตวอยาง 3.1 พจารณารป 3.1 การคานวณเรมจาก

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

11

1) หาคาขนาดของแรงดน ขนาดของกระแส คาตวประกอบกาลง คากาลงจรง และคากาลงจนตภาพไดตามลาดบดงน v1= 311.127 V, i1= 83.536 A, pf = cos (0 – (–57.52)) = 0.537, P = 0.5(311.127)(83.536)(0.537) = 6978.397 W, Q = 0.5(311.127)(83.536)(0.844) = j10967.908 Var.

2) การเพมคาของตวประกอบกาลงใหมคาใกลเคยง 1 คอการลดคากาลงจนตภาพของระบบกอนการปรบปรงตวประกอบกาลงใหเทากบศนย ดงนนตองตอตวเกบประจทมขนาด Qc = – j10967.908 Var. ขนานเขาไปในระบบ

3) คานวณคาของตวเกบประจไดดงน eff*

eff VSI –j49.854 A, effI j49.854 A, Zc = 220/(j49.854) = –4.413j ohm, ในทสดไดคาของตวเกบประจเทากบ 1/(4.413*(2*pi*50)) = 721.300 uF.

รป 3.2. การปรบปรงตวประกอบกาลงดวยโหลดเชงเสน

จากการนาตวเกบประจทคานวณได ไปตอขนานกบระบบทตองการปรบปรงตวประกอบกาลงดงรป 3.2 พบวาตวประกอบกาลงมคาใกลเคยง 1 จรง (pf = 1.0) เพอใหเหนความสมพนธระหวางตวประกอบกาลงและคาของตวเกบประจทเปลยนแปลงสอดคลองกน เราสามารถนาสมการขางตนมาเขยนเปนโปรแกรมทสามารถตอบสนองไดอยางทนททนใดดงรป 3.3

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

12

รป 3.3 ความสมพนธระหวางตวประกอบกาลงและคาของตวเกบประจทเปลยนแปลงสอดคลองกน

3.2 ไฟฟาสามเฟส แหลงจายไฟสามเฟสสามารถตอไดทงแบบวาย (Y) หรอเดลตา (∆) ขนอยกบรปแบบของระบบสง ระบบจาหนาย และการใชงาน สาหรบระบบจาหนายการตอแบบวายไดรบความนยมมากกวา ในรป 3.4 ทงแหลงจายและโหลดตอแบบวาย เมอกาหนดใหโหลดแตละเฟสมคาเทากบโหลดในรป 3.1 หรอซงตอไปจะเรยกวาโหลดสมดลทงสามเฟส และจะเหนวาตวประกอบกาลงของแตละเฟสมคาเทากนคอ 0.537 สาหรบการตอในรป 3.5 แหลงจายตอแบบวายและโหลดตอแบบเดลตาซงใหคาตวประกอบกาลงของแตละเฟสเทากนคอ 0.537

รป 3.4 แหลงจายและโหลดตอแบบวายวาย

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

13

รป 3.4 แหลงจายและโหลดตอแบบวายวาย (ตอ)

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

14

รป 3.5 แหลงจายและโหลดตอแบบวายเดลตา

รป 3.5 แหลงจายและโหลดตอแบบวายเดลตา (ตอ)

สาหรบในกรณทแหลงจายหรอโหลดไมสมดลทงสามเฟส กพจารณาไดโดยคานวณแยกกนแตละเฟสดงแสดงใหเหนในรป 3.6 คาตวประกอบกาลงของแตละเฟสมคาไมเทากน

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

15

รป 3.6 แหลงจายและโหลดตอแบบวายวาย (ในกรณทโหลดไมสมดลทงสามเฟส)

การตอตวเกบประจขนานเขาไปในระบบแสดงดงรป 3.7 และ 3.8 ซงเปนการปรบปรงตวประกอบกาลงของวงจรในรป 3.4 และ 3.5 ตามลาดบ จากการคานวณหาคาตวเกบประจสามารถทาไดในลกษณะเดยวกนกบไฟฟาหนงเฟสซงไดคาตวเกบประจเทากนคอ 721.300 uF

รป 3.7 แหลงจายและโหลดตอแบบวายวายทไดทาการปรบปรงตวประกอบกาลง

รป 3.8 แหลงจายและโหลดตอแบบวายเดลตาทไดทาการปรบปรงตวประกอบกาลง

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

16

บทท 4

ผลการจาลองและการวเคราะหผล ในบทนจะกลาวถงผลการจาลองของแตละวงจร เรมตงแตวงจรหนงเฟส และไปจบทวงจรสามเฟส คาของกาลงจรง กาลงจนตภาพ และตวประกอบกาลงจะแสดงอยางชดเจนสอดคลองกนกบหลกการในบทท 2 4.1 ไฟฟาหนงเฟส จากรป 4.1 จะไดคาตวประกอบกาลงเทากบ 0.537005 ซงคานวณไดจาก

cos arctanQ

P

หรอ 10962.5cos arctan

6978.49

และหลงจากการปรบปรงตวประกอบกาลงคอ

การตอตวเกบประจขนานเขาไปในระบบ จะไดตวประกอบกาลงเทากบ 1 ดงรป 4.2

รป 4.1 คากาลงจรง กาลงจนตภาพ และตวประกอบกาลงของวงจรรป 3.1

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

17

รป 4.2. คากาลงจรง กาลงจนตภาพ และตวประกอบกาลงของวงจรรป 3.2

เมอคาตวเกบประจทตอขนานเขาไปในระบบเปลยนแปลง จะทาใหตวประกอบกาลงเปลยน แปลงตามไปดวย ซงการสาธตลกษณะนจะเปนผลดตอนกศกษาในการทาความเขาใจเกยวกบการแกตวประกอบกาลง

รป 4.3 ความสมพนธระหวางคาตวเกบประจทเปลยนแปลงกบตวประกอบกาลงทได

4.2 ไฟฟาสามเฟส

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

18

การตอแหลงจายสามเฟสแบบบวก (positive phase sequence) หรอ (abc) แสดง เปรยบเทยบกบแผนภาพเฟสเซอรในโปรแกรมการจาลองดงรป 4.4

รป 4.4 แผนภาพเฟสเซอรของการตอแหลงจายสามเฟสแบบบวกเปรยบเทยบกบแผนภาพเฟสเซอร

ในโปรแกรมการ PSCAD/EMTDC

การตอแหลงจายสามเฟสแบบวาย จะไดแรงดนเทากบ L pV 3 V ซงแสดงเปรยบเทยบกบแผนภาพเฟสเซอรในโปรแกรมการ PSCAD/EMTDC ดงรป 4.5

รป 4.5 แผนภาพเฟสเซอรของการตอแหลงจายสามเฟสแบบวายเปรยบเทยบกบแผนภาพเฟสเซอรในโปรแกรมการ PSCAD/EMTDC

การตอแหลงจายสามเฟสแบบเดลตา จะทาใหแรงดนเฟสและแรงดนสายเทากน แตกระแสสายมากกวากระแสเฟสอย 3 เทาหรอ 3L pI I สาหรบมมของกระแสสายจะมมมลาหลงกระแสเฟสอย 30 ซงแสดงเปรยบเทยบกบแผนภาพเฟสเซอรในโปรแกรมการ PSCAD/EMTDC ดงรป 4.6

caV

bnV

anV

cnVabV

bcV

anV

bnV

cnV abV

bcV

caV

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

19

รป 4.6 แผนภาพเฟสเซอรของการตอแหลงจายสามเฟสแบบเดลตาเปรยบเทยบกบแผนภาพเฟสเซอรในโปรแกรมการ PSCAD/EMTDC

aAIbBI

BCI

cCI

CAI

ABI ABIBCI

CAI

aAI

bBI

cCI

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

19

บทท 5 สรปผล

จากการประยกตใชโปรแกรม PSCAD/EMTDC กบวชาวงจรไฟฟาในหวขอไฟฟาสามเฟส

สามารถสรปผลทสาคญไดเปนขอๆ ดงน 1. โปรแกรม PSCAD/EMTDC มความสามารถใชสรางสอการสอนวชาวงจรไฟฟาในหวขอ

ไฟฟาสามเฟสไดดโดยไมมคาใชจายเรองลขสทธ (เมอใช evaluation version, 4.2.1) 2. โปรแกรม PSCAD/EMTDC มความสามารถในการแสดงผลตอบสนองทงในโดเมนเวลา

และโดเมนความถ (เฟสเซอรโดเมน) ไดอยางชดเจน 3. ผลลพธทไดการจาลองถกตองสอดคลองกนกบหลกการของกาลงเชงซอน โดยในรายงานน

นาเสนอการแกตวประกอบกาลงดวยตวเกบประจ ทงนเมอพจารณาโหลดทเปนเชงเสน (ตวตานทานตอกบตวเหนยวนา, RL)

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

20

บรรณานกรม

[1] ปรชา สาคะรงค, “วงจรไฟฟา”, มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลสวรรณภม, 2553. [2] Manitoba HVDC Research Centre Inc., “PSCAD User Guide”, 2004. [3] Manitoba HVDC Research Centre Inc., “EMTDC User Guide”, 2004.

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

ภาคผนวก

1. คมอการใชโปรแกรม PSCAD/EMTDC จาลองการทางานของวงจรไฟฟา (อยางยอ)

2. บทความเรอง Application of PSCAD/EMTDC Program in Electric Circuit Instruction on Three-Phase System

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

0

การใชโปรแกรม PSCAD/EMTDC จาลอง

การทางานของวงจรไฟฟา

แนะนา

โปรแกรม PSCAD/EMTDC ถกแบงออกเปน 2 สวน คอ EMTDC (Electromagnetic Transients including DC) เปนวธการหาคาตอบของกลมสมการทเกดจากการตอเชอมกนของอปกรณตางๆ ในโดเมนเวลาดวยขนเวลา (time step) ทแนนอน [1] จดกาเนดของโปรแกรมเรมตนจากแนวความคดของ Prof. Hermann Dommel (บางทเรยกวาเปนโปรแกรมคลาย EMTP) โดย Dennis Woodfordเปนหวหนาโครงการคนแรกในการพฒนา แตจากการพฒนามาอยางตอเนองทาใหโปรแกรมนมเอกลกษณเปนของตวเอง และสวนทสองคอPSCAD (Power Systems CAD) ซง PSCAD เปนสวนตดตอระหวาง EMTDC กบผใชในโหมดกราฟกททาหนาทอยางสมบรณมากขนตามการพฒนาในรอบหลายปทผานมา ความสามารถไมจากดอยแคการสงทางาน แสดงผล แกไขตวแปรแตยงรวมถงการจดการในระดบของการทางานของ EMTDC อกดวย [2]

การประยกตใชงานโปรแกรม PSCAD/EMTDC มหลากหลาย เชนการจาลองวงจรไฟฟาแรงดนตา วงจรอเลกทรอนกสกาลง วงจรสายสงไฟฟาแรงดนสง (ทงกระแสไฟตรงและกระแสไฟสลบ) ระบบควบคม ระบบปองกน การคานวณการไหลของพลงงานไฟฟา ระบบผลตพลงงานทางเลอก ฯลฯ [2]

ถงแมวาโปรแกรม PSCAD/EMTDC เปนโปรแกรมทมลขสทธและราคาสง แตสาหรบรนทดลอง (evaluation version) กเพยงพอตอการทางาน (เชน ในการศกษาวชาวงจรไฟฟา) ซงสามารถหาไดบนอนเทอรเนตโดยไมมคาใชจาย [3] นอกจากน สาหรบนกศกษาในสาขาวชาวศวกรรมไฟฟากาลง โปรแกรมนยงสามารถประยกตใชไดกบการเรยนวชาเฉพาะตางๆ ในชนปสงๆ ขนไป

การเปดไฟลและสงทางาน

เพอใหผใชคนเคยตอการใชงานโปรแกรมในเวลาอนสน ในหวขอนจงเรมจากการเปดไฟลและสงทางานไฟลทมมาเพอใชเปนตวอยางการจาลองลกษณะตางๆ นอกจากนอกวตถประสงคหนงคอการทดสอบโปรแกรมวาไดทาการตดตงอยางสมบรณและพรอมใชงานตอไป

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

1

เมอเปดโปรแกรม PSCAD/EMTDC ดงรป 1 จะเหนสวนตางๆ ทแบงตามหนาทการทางานดงน

Main Menu ประกอบดวย File, Edit etc.

Main Tool Bar ประกอบดวยรปภาพทใชแทนการทางานบางอยางของMain Menu

Workspace Window คอหนาตางแสดงการทางานกบไฟลกรณศกษาปจจบน (active project)

Output Window คอหนาตางแสดงผลทเกดจากการสงให EMTDC ทางาน

Main Menu Main Tool B ar

W orkspace W indow

Output W indow

รป 1 สภาพแวดลอมของโปรแกรม PSCAD/EMTDC

การเปดไฟลทาไดโดยการกด File ใน Main Menu และกด Load Project... จากนนเลอกไฟล vdiv.psc (อยใน \examples\tutorial) ไฟลดงกลาวจะถกเปดดและทางานตอไปไดเมอเขาไปท

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

2

Workspace Window และกดแบบเรวสองครงทชอไฟลกรณศกษา (vdiv.psc) รปภาพการตอของอปกรณจะปรากฎขนในหนาตางดานขวามอ

กรณศกษา vdiv.pscเปนการจาลองของวงจรแบงแรงดน ผลการจาลองทวดและแสดงผลคอแรงดน Vmid (แรงดนทจดกงกลาง) และกระแส Iload (กระแสทโหลด) สงโปรแกรมทางานจากการกด Build ใน Main Menu และกด Runผลลพธแสดงดงรป 2

รป 2 กรณศกษา vdiv.psc และผลการจาลอง

13.3 การเรมตนสรางกรณศกษาใหม

การจาลองแตละครงจะถกเรยกวากรณศกษา (Case) การตงชอใหกบกรณศกษาควรมความหมายทสอดคลองกบวตถประสงคของกรณศกษานนๆ และเมอบนทกเปนไฟลจะมนามสกล “*.psc”

การเรมตนสรางกรณศกษาขนมาใหม โดยมการสรางวงจรทางไฟฟา และการวเคราะหดวยเครองมอพนฐานนน มขนตอนการทางานดงน

1. วาดวงจรทางไฟฟาโดยการนาเอาอปกรณ (เปนรปกราฟกของแบบจาลอง) ทมอยในคลงอปกรณของโปรแกรม PSCAD/EMTDC มาตอกน

2. กาหนดเงอนไขทตองการลงไปในโปรแกรม เชนลาดบเวลาการทางานของอป กรณสวตซง

3. เลอกตวแปรทสนใจทตองการแสดงผลหรอกระทาทางคณตศาสตร และกาหนดใหทางานตามทกาหนดไว

4. สงใหโปรแกรมทางาน ตรวจดความผดพลาดหรอคาเตอนจากโปรแกรม (ดจาก “Message Tree”) และแกไขใหไมมความผดพลาด

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

3

5. เมอสงใหโปรแกรมทางานจนถงสถาวะคงตว ตรวจดผลการจาลองวายอมรบไดหรอไม

6. พมพผลลพธทไดเพอวเคราะหหรอทารายงาน

อปกรณ

อปกรณทงหมดถกเกบอยในคลงเกบอปกรณหลก (Master Library) ซงสามารถเปดโดยการกดแบบเรวสองครงท master (Master Library) อปกรณทงหมดแบงออกเปนสองสวน สวนแรกถกจดไวเปนหมวดหมดงปรากฏทางดานซาย ซงสามารถกดแบบเรวสองครงทหมวดหมทตองการเพอดอปกรณภายในได และสวนทสองจะวางเรยงรายรวมกนอยโดยมเสนแบงอยางคราวๆ ดงรป 3

รป 3 อปกรณทงหมดถกเกบอยในคลงเกบอปกรณหลก (Master Library)

สาหรบการนาเอาอปกรณไปใช สามารถทาไดโดยการคดลอก แลวนาเอาอปกรณตางๆ ไปวางบนหนาตางทางานเพอตอวงจรตามความตองการตอไป

เรมตนสรางกรณศกษาใหมตามขนตอนดงน

1. ดตาแหนงของอปกรณทตองการวาอยทไหนในคลงเกบอปกรณหลก 2. คดลอก วาง และตออปกรณทงหมดใหเปนวงจรทตองการบนหนาตางการตอวงจร 3. ปรบเปลยนคาตวแปรทอปกรณตางๆ 4. บนทกไฟลใหเรยบรอยกอนสงใหโปรแกรมทางาน

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

4

5. เพมอปกรณวาดกราฟและตอตวควบคมตางๆ (ถาม) จดวงจรใหเปนระเบยบพรอมเขยนอธบายในแตละสวนของโปรแกรมลงในใบบนทก (sticky notes) เพอความสะดวกในการตรวจสอบภายหลง และจดสวนแสดงผลหรอสวนของวงจรยอยใหอยในขนาดทเหมาะสม

การตดตอและแสดงผล

สวนตดตอกบผใชทแสดงผลดวยกราฟกเปนจดเดนของโปรแกรมน เชน การควบคมแบบทนททนใด การวดและแสดงผลดวยกราฟกตางๆ ดงรป 4

B

รป 4 สวนตดตอกบผใช A) การควบคมแบบทนททนใด และB) การวดและแสดงผลดวยกราฟกตางๆ

หลงจากตอมเตอรเพอวดกระแส แรงดนหรออนๆ และกาหนดชอตวแปรสญญาณทมเตอรดงกลาว กอนการแสดงผลเปนกราฟ จะตองกาหนดตวแปรสญญาณทตองการวดโดยใชอปกรณทเรยกวา Data Label โดยกดแบบเรวสองครงทบนตวอปกรณเพอกาหนดชอตวแปรสญญาณ ตอจากนนกสงคาทอานไดไปแสดงผลบนกราฟโดยตอเขากบอปกรณทเรยกวา Output Channel พรอมกบกดแบบเรวสองครงทบนตวอปกรณเพอกาหนดชอตวแปรสญญาณใหตรงกนทงสามชอ หนาจอแสดงผลแบบกราฟจะปรากฎขนเมอกดปมขวาของเมาสและเลอก Graphs/Meters/Controls และตามดวย Add Overlay Graph and Signal ดงรป 5

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

5

รป 5 การวาดกราฟ

พมพผลการจาลองทไดโดยกดท File ตามดวยPrint Page และเลอกเครองพมพเพอพมพตอไป

เอกสารอางอง

1. Manitoba HVDC Research Centre Inc., “EMTDC User's Guide”, 2004

2. Manitoba HVDC Research Centre Inc., “PSCAD User's Guide”, 2005

3. www.pscad.com