อิทธิพลของอุณหภูมิที่มีต่อความต้านทาน

อิทธิพลของอุณหภูมิที่มีต่อความต้านทาน

การศึกษาความต้านทานของสารชนิดต่างๆ ที่กล่าวมานี้เป็นการศึกษากรณีที่อุณหภูมิคงตัวค่าหนึ่ง ถ้าอุณหภูมิของสารเปลี่ยนไป ความต้านทานจะเปลี่ยนไปหรือไม่อย่างไร จะได้ศึกษาโดยแยกพิจารณาตามประเภทของสารดังต่อไปนี้

ฉนวน เป็นสารที่มีสภาพต้านทานสูง ตัวอย่างของฉนวน ได้แก่ แก้ว ไมกา พีวีซี ยาง กระเบื้อง เป็นต้น การศึกษาสภาพต้านทานของฉนวนที่อุณหภูมิสูงๆ พบว่า สภาพต้านทานจะลดลงเล็กน้อย และถ้าฉนวนไปต่อกับความต่างศักย์ที่สูงมาก ฉนวนจะกลายเป็นตัวนำไฟฟ้าได้

สารกึ่งตัวนำ มีสภาพต้านทานอยู่ระหว่างตัวนำและฉนวน แต่มีค่าสูงกว่าสภาพต้านทานของตัวนำมาก เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น พบว่า สภาพต้านทานจะลดลงอย่างรวดเร็ว แสดงว่า การนำไฟฟ้าจะดีขึ้น ดังนั้นเครื่องใช้ไฟฟ้าที่มีอุปกรณ์ประเภทสารกึ่งตัวนำประกอบอยู่ในวงจร จึงทำงานเป็นปกติเฉพาะช่วงอุณหภูมิที่กำหนดไว้

ตัวนำ เป็นสารที่มีสภาพต้านทานต่ำ เมื่อวัดความต้านทานของตัวนำที่เป็นโลหะบริสุทธิ์ เช่น แพลทินัม ทองแดง เงิน เป็นต้น ที่อุณหภูมิต่างๆ พบว่า โดยประมาณแล้ว ความต้านทานจะแปรผันตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ ความรู้นี้จึงนำไปใช้สร้างเทอร์มอมิเตอร์ชนิดความต้านทาน ส่วนตัวนำที่เป็นโลหะผสมบางชนิด พบว่า เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยน ความต้านทานจะเปลี่ยนน้อยมาก ความรู้นี้นำไปใช้สร้างตัวต้านทานมาตราฐาน ซึ่งมีความต้านทานคงตัว เช่น ตัวต้านทานที่ทำด้วยแมงกานิน เป็นต้น

ตัวนำยิ่งยวด เมื่อ พ.ศ.2454 พบว่า นักฟิสิกส์ชาวเนเธอร์แลนด์ ชื่อ ออนเนส ได้ทดลองวัดความต้านทานขแงปรอทบริสุทธิ์ที่อุณหภูมิใกล้ศูนย์เคลวิน พบว่า ความต้านทานของปรอทลดลงเป็นศูนย์ที่อุณหภูมิ 4.2 เคลวิน อุณหภูมินี้เรียกว่า อุณหภูมิวิกฤต (critical temperature) ปรอทจะอยู่ในสภาวะที่เรียกว่า สภาพนำยิ่งยวด (superconductivity) กล่าวคือ ปรอทจะมีสภาพต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์หรือมีการนำไฟฟ้าดีที่สุด

 

กราฟแสดงอุณหภูมิวิกฤติของปรอท

ปัจจุบันนักฟิสิกส์ พบว่า โลหะผสม สารประกอบหลายชนิดและเซรามิกก็สามารถแสดงสภาพนำยวดยิ่งได้ที่อุณหภูมิต่างๆ กัน ดังตาราง วัสดุที่มีความต้านทานเป็นศูนย์หรืออยู่ในสภาพยวดยิ่ง เรียกว่า ตัวนำยวดยิ่ง (supercondector)

 

วัสดุ	อุญหภูมิวิกฤต (K)	วัสดุ	อุณหภูมิวิกฤต (K)
Zn	0.9	Nb3Ge	23.2
Al	1.2	YBa2Cu3O7	92
Pb	7.2	Bi-Sr-Ca-Cu-O	105
Nb	9.5	Ti-Ba-Ca-Cu-O	125

ความรู้เกี่ยวกับสภาพนำยิ่งยวดนำไปใช้สร้างอุปกรณ์ต่างๆ เช่น 

เครื่องเร่งอนุภาคกำลังสูง เป็นเครื่องมือสำหรับทำให้อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้ามีพลังงานจลน์สูงมาก เพื่อใช้ในการวิจัยทางด้านฟิสิกส์นิวเคลียส์และฟิสิกส์อนุภาค ซึ่งมีหลักการ คือ ใช้สนามแม่เหล็กความเข้มสูง ที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าในตัวนำยวดยิ่ง เมื่อเร่งอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าให้มีพลังงานสูง ต้องให้อนุภาคเคลื่อนที่เป็นวงกลมซ้ำๆ กัน การจะทำได้เช่นนี้ต้องใช้สนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูงมาก ถ้าลวดตัวนำธรรมดา การจะสร้างสนามแม่เหล็กความเข้มสูงต้องใช้กระแสไฟฟ้าสูง ลวดจะร้อนจนหลอมเหลว แต่ถ้าใช้ลวดที่ทำด้วยตัวนำยวดยิ่ง ซึ่งมีความต่างศักย์เป็นศูนย์ กระแสไฟฟ้าจะไม่ทำให้ลวดร้อนแต่ประการใด กระแสไฟฟ้าที่สูงจึงสามารถสร้างสนามแม่เหล็กความเข้มสูงได้

 

รถไฟแมกเลฟ ต้นแบบสร้างโดยสถาบันวิจัยรถไฟของญี่ปุ่น

รถไฟแมกเลฟ (Maglev : Magnetic Levitation Train) เป็นรถไฟอัตราเร็วสูง ขณะเคลื่อนที่ตัวรถจะลอยเหนือรางเล็กน้อย เนื่องจากสนามแม่เหล็กของรางและสนามแม่เหล็กของตัวรถที่ทำจากตัวนำยวดยิ่งผลักกัน ทำให้เกิดแรงยกตัวขึ้น รถจึงลอยเหนือรางเป็นการลดแรงเสียดทาน ที่มีผลทำให้รถไฟเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วสูงถึง 513 กิโลเมตรต่อชั่วโมง

เนื่องจากอุณหภูมิวิกฤตของสารต่างๆ มีค่าต่ำมาก การทำให้สารแสดงสภาพนำยวดยิ่งจึงต้องใช้ฮีเลียมเหลว (ที่อุณหภูมิ -269 ^oC) ซึ่งมีราคาแพง ดังนั้น การนำด้วยตัวนำยวดยิ่งไปใช้ประโยชน์จึงไม่แพร่หลาย จนกระทั่ง พ.ศ.2530 นักฟิสิกส์ได้ค้นพบ ตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง ซึ่งเป็นสารประกอบของอิตเทรียม (Y) แบเรียม (Ba) ทองแดง (Cu) และออกซิเจน (O) สารใหม่นี้เป็นตัวนำยวดยิ่งที่อุณหภูมิวิกฤตสูงถึง 90 เคลวิน จึงสามารถใช้ไนโตรเจนเหลว (ซึ่งมีอุณหภูมิ -196 ^oC หรือ 77 เคลวิน) ซึ่งมีราคาถูกกว่าแทนฮีเลียมเหลวได้ การค้นพบตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูงได้กระตุ้นให้มีการวิจัยและพัฒนาเพื่อนำตัวนำยิ่งยวดมาใช้ประโยชน์ให้กว้างมากขึ้น

ประเทศไทยมีนักฟิสิกส์ที่วิจัยเรื่องตัวนำยิ่งยวดทั้งด้านปฏิบัติและทฤษฎี นักฟิสิกส์ทฤษฎีไทยที่เป็นที่ยอมรับในวงการนานาชาติ คือศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน

Sensor

แอลดีอาร์ (light dependent resistor, LDR)

แอลดีอาร์เป็นตัวต้านทานที่ความต้านทานขึ้นกับความสว่างของแสงที่ตกกระทบแอลดีอาร์มีความต้านทานสูงในที่มืด แต่มีความต้านทานต่ำในที่สว่างจึงเป็น ตัวรับรู้ความสว่าง (light sensor) ในวงจรอิเล็กทรอนิคส์สำหรับควบคุมการปิด-เปิดสวิตช์ด้วยแสง

เทอร์มีสเตอร์ (thermistor)

เทอร์มิสเตอร์เป็นตัวต้านทานที่ความต้านทานขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของสภาพแวดล้อม เทอร์มีสเตอร์แบบ NTC (negative temperature coefficient) มีความต้านทานสูงเมื่ออุณหภูมิต่ำ แต่มีความต้านทานต่ำเมื่ออุณหภูมิสูง เทอร์มีสเตอร์จึงเป็น ตัวรับรู้อุณหภูมิ (temperature sensor) ในเทอร์มอมิเตอร์บางชนิด

 

เทอร์มีสเตอร์

กระแสไฟฟ้า

 กระแสไฟฟ้า

เมื่อนำอิเล็กโทรสโคปแผ่นโลหะสองชุดมาวางใกล้กัน ทำให้ชุดหนึ่งมีประจุไฟฟ้าโดยการเหนี่ยวนำและอีกชุดหนึ่งมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า (รูป ก.) แล้วนำลวดโลหะวางพาดบนจานโลหะทั้งสอง จะพบว่า แผ่นโลหะบางของอิเล็กโทรสโคปที่เป็นกลางกางออกเล็กน้อย ส่วนแผ่นโลหะบางของอิเล็กโทรสโคปที่มีประจุไฟฟ้าหุบลงเล็กน้อย (รูป ข.)

การกางของแผ่นโลหะบางของอิเล็กโทรสโคปทั้งสองเมื่อมีการถ่ายโอนประจุไฟฟ้า

การที่แผ่นโลหะบางกางออก แสดงว่า อิเล็กโทรสโคปซึ่งเดิมเป็นกลางมีประจุไฟฟ้าโดยรับประจุไฟฟ้าจากอิเล็กโทรสโคปที่มีประจุไฟฟ้าให้ผ่านทางลวดโลหะ เรียกการถ่ายโอนประจุไฟฟ้าผ่านลวดโลหะว่า กระแสไฟฟ้า (electric current) หรืออาจกล่าวได้ว่า เมื่อประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ในตัวนำ จะเกิดกระแสไฟฟ้าในตัวนำนั้น

การถ่ายโอนประจุไฟฟ้าข้างต้น เกิดขึ้นเพราะมีความต่างศักย์ระหว่างอิเล็กโทรสโคปทั้งสอง เพราะความต่างศักย์เกิดขึ้นในลวดโลหะในเวลาที่สั้นมาก จึงมีกระแสไฟฟ้าในช่วงสั้น ดังนั้น ถ้าต้องการให้มีกระแสไฟฟ้าเป็นเวลานาน จำเป็นต้องมีแหล่งพลังงานที่ทำให้กิดความต่างศักย์ระหว่างปลายของตัวนำตลอดเวลา แหล่งพลังงานนี้เรียกว่า แหล่งกำเนิดไฟฟ้า ได้แก่ เซลล์ไฟฟ้าเคมี เครื่องกำเนิดไฟฟ้า เซลล์สุริยะ และเซลล์เชื้อเพลิง เป็นต้น สิ่งมีชีวิตหลายชนิด เช่น ปลาไหลไฟฟ้า ปลาทะเลบางชนิดก็สามารถผลิตความต่างศักย์ได้เพื่อป้องกันตนเอง หรือจับเหยื่อมาเป็นอาหาร ปัจจุบันการประดิษบ์แหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่มีรูปแบบและชนิดต่างๆ มากมาย เพื่อนำมาใช้ให้เหมาะสมกับงาน แหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่คุ้นเคยมากที่สุดคือ เซลล์ไฟฟ้าเคมีที่เรียกว่า แบตเตอรี่
 

แหล่งกำเนิดไฟฟ้า

พลังงานแสงอาทิตย์

พลังงานแสงอาทิตย์ - การเปลี่ยนแสงอาทิตย์เป็นพลังงาน

พลังงานแสงอาทิตย์ถูกใช้งานอย่างมากแล้วในหลายส่วนของโลก และมีศักยภาพในการผลิตพลังงานมากกว่าการบริโภคพลังงานของโลกในปัจจุบันหลายเท่าหากใช้ประโยชน์อย่างเหมาะสม พลังงานแสงอาทิตย์สามารถใช้โดยตรงเพื่อผลิตไฟฟ้าหรือสำหรับทำความร้อน หรือแม้แต่ทำความเย็น ศักยภาพในอนาคตของพลังงานแสงอาทิตย์นั้นถูกจำกัดโดยแค่เพียงความเต็มใจของเราที่จะคว้าโอกาสนั้นไว้

มีวิธีการมากมายที่สามารถนำพลังงานจากแสงอาทิตย์มาใช้งานได้ พืชเปลี่ยนแสงอาทิตย์เป็นพลังงานทางเคมีโดยใช้การสังเคราะห์แสง เราใช้ประโยชน์จากพลังงานนี้โดยการกินพืชและเผาฟืน อย่างไรก็ตามคำว่า "พลังงานแสงอาทิตย์" หมายถึงการเปลี่ยนแสงอาทิตย์โดยตรงมากกว่าเปลี่ยนไปเป็นพลังงานความร้อนหรือพลังงานไฟฟ้าสำหรับใช้งาน ประเภทพื้นฐานของพลังงานแสงอาทิตย์ คือ "พลังความร้อนแสงอาทิตย์" และ "เซลล์แสงอาทิตย์"

บ้านพลังงานแสงอาทิตย์ในประเทศอังกฤษ พลังงานแสงอาทิตย์สามารถผลิตไฟฟ้าและน้ำร้อนเพื่อใช้ในประเทศได้

เซลล์แสงอาทิตย์

กระบวนการของเซลล์แสงอาทิตย์คือการผลิตไฟฟ้าจากแสง ความลับของกระบวนการนี้คือการใช้สารกึ่งตัวนำที่สามารถปรับเปลี่ยนให้เหมาะสมเพื่อปล่อยประจุไฟฟ้า ซึ่งเป็นอนุภาคที่ถูกชาร์จที่ขั้วลบ สิ่งนี้เป็นพื้นฐานของไฟฟ้า

สารกึ่งตัวนำที่ใช้กันมากที่สุดในเซลล์แสงอาทิตย์คือซิลิกอน ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่พบโดยทั่วไปในทราย เซลล์แสงอาทิตย์ทุกชิ้นมีสารกึ่งตัวนำดังกล่าว 2 ชั้น ชั้นหนึ่งถูกชาร์จที่ขั้วบวก อีกชั้นหนึ่งถูกชาร์จที่ขั้วลบ เมื่อแสงส่องมายังสารกึ่งตัวนำ สนามไฟฟ้าที่แล่นผ่านส่วนที่ 2 ชั้นนี้ตัดกันทำให้ไฟฟ้าลื่นไหล ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าสลับ ยิ่งแสงส่องแรงมากเท่าใด ไฟฟ้าก็ลื่นไหลมากขึ้นเท่านั้น

ดังนั้นระบบเซลล์แสงอาทิตย์จึงไม่ต้องการแสงอาทิตย์ที่สว่างในการปฏิบัติงาน นอกจากนี้ยังผลิตไฟฟ้าในวันเมฆมากได้ด้วยเนื่องจากผลิตไฟฟ้าได้สัดส่วนกับความหนาแน่นของเมฆ นอกจากนี้ วันที่มีเมฆน้อยยังผลิตพลังงานได้สูงขึ้นกว่าวันที่ท้องฟ้าแจ่มใสปราศจากเมฆ เนื่องจากแสงอาทิตย์สะท้อนมาจากเมฆ

เป็นเรื่องปกติในปัจจุบันที่จะใช้เซลล์แสงอาทิตย์ขนาดเล็กมากให้พลังงานให้กับอุปกรณ์ขนาดเล็ก เช่น เครื่องคิดเลข นอกจากนี้เซลล์แสงอาทิตย์ยังใช้เพื่อผลิตไฟฟ้าในพื้นที่ที่ไม่มีสายส่งไฟฟ้า เราได้พัฒนาตู้เย็นที่เรียกว่าความเย็นจากแสงอาทิตย์ (Solar Chill) ที่สามารถปฏิบัติงานโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์ หลังจากทดสอบแล้วจะถูกนำไปใช้ในองค์กรสิทธิมนุษยชนเพื่อช่วยให้บริการวัคซีนในพื้นที่ที่ไม่มีไฟฟ้า และจะถูกนำไปใช้โดยผู้ที่ไม่ต้องการพึ่งพาสายส่งไฟฟ้าเพื่อรักษาความเย็นของอาหาร

นอกจากนี้ สถาปนิกยังใช้เซลล์แสงอาทิตย์เพิ่มมากขึ้นโดยใช้เป็นคุณลักษณะสำคัญของการออกแบบ ตัวอย่างเช่น หลังคากระเบื้องหรือหินชนวนติดเซลล์แสงอาทิตย์สามารถใช้แทนวัสดุทำหลังคาที่ใช้กันทั่วไป ฟิล์มแบบบางที่ยืดหยุ่นสามารถนำไปประกอบเข้ากับหลังคารูปโค้งได้ ในขณะที่ฟิล์มกึ่งโปร่งแสงทำให้เกิดการผสมผสานแสงเงาเข้ากับแสงในตอนกลางวัน นอกจากนี้เซลล์แสงอาทิตย์ยังสามารถผลิตพลังงานสูงสุดให้กับอาคารในวันอากาศร้อนในฤดูร้อนเมื่อระบบปรับอากาศต้องใช้พลังงานมากที่สุด ดังนั้นจึงช่วยลดภาวะไฟฟ้าเพิ่มปริมาณขึ้นสูงสุด

เซลล์แสงอาทิตย์ทั้งขนาดใหญ่และเล็กสามารถผลิตพลังงานให้กับสายส่งไฟฟ้า หรือทำงานได้ด้วยตัวของมันเอง

โรงไฟฟ้าพลังความร้อนจากแสงอาทิตย์

ฟาร์มเซลล์แสงอาทิตย์ในแคลิฟอร์เนีย

กระจกขนาดใหญ่รวมแสงอาทิตย์ให้อยู่ในเส้นหรือจุดเดียว ความร้อนที่ถูกสร้างขึ้นนี้ใช้ผลิตไอน้ำ จากนั้นไอน้ำที่ร้อนและมีแรงดันสูงให้พลังงานกับใบพัด ซึ่งทำให้เกิดไฟฟ้า ในภูมิภาคที่แสงอาทิตย์ร้อนแรงมาก โรงไฟฟ้าพลังความร้อนจากแสงอาทิตย์สามารถรับประกันได้ว่าจะมีการแบ่งกันผลิตไฟฟ้าได้ปริมาณมากเท่าๆ กัน

จากความสามารถในการผลิตไฟฟ้าในปัจจุบันที่เพียง 354 เมกะวัตต์ โรงไฟฟ้าพลังความร้อนจากแสงอาทิตย์ที่มีความสามารถในการผลิตอยู่ตัวแล้วจะผลิตไฟฟ้าได้เกิน 5,000 เมกะวัตต์ ภายในพ.ศ. 2558 ตามที่ได้คาดการณ์ไว้ ความสามารถในการผลิตเพิ่มเติมจะเพิ่มขึ้นเกือบถึง 4,500 เมกะวัตต์ต่อปี ภายในพ.ศ. 2563 และพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ที่มีความสามารถในการผลิตอยู่ตัวแล้วทั่วโลกอาจเพิ่มขึ้นไปถึงเกือบ 30,000 เมกะวัตต์ ซึ่งมากพอที่จะจ่ายไฟฟ้าให้กับบ้าน 30 ล้านหลัง

การทำความร้อนและการทำความเย็นจากแสงอาทิตย์

การทำความร้อนจากแสงอาทิตย์ใช้ความร้อนจากดวงอาทิตย์โดยตรง ตัวสะสมความร้อนจากแสงอาทิตย์บนหลังคาของคุณสามารถผลิตน้ำร้อนสำหรับบ้านคุณได้ และช่วยให้ความร้อนแก่บ้านของคุณ ระบบความร้อนจากแสงอาทิตย์มีพื้นฐานอยู่บนหลักการง่ายๆ ที่รู้จักกันมาหลายศตวรรษ นั่นคือ ดวงอาทิตย์ทำความร้อนให้น้ำที่อยู่ในท่อทึบแสง ปัจจุบันเทคโนโลยีความร้อนจากแสงอาทิตย์ในตลาดมีประสิทธิภาพและน่าเชื่อถือสูง และผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ให้กับอุปกรณ์จำนวนมาก ตั้งแต่น้ำร้อนและการทำความร้อนในอาคารพักอาศัยและอาคารพาณิชย์ ไปจนถึงการทำความร้อนในสระว่ายน้ำ การทำความเย็นโดยใช้แสงอาทิตย์ การทำความร้อนในกระบวนการอุตสาหกรรม และ การกำจัดความเค็มของน้ำดื่ม

การผลิตน้ำร้อนในครัวเรือนเป็นการใช้งานความร้อนจากแสงอาทิตย์ที่นิยมที่สุดในปัจจุบัน ในบางประเทศการผลิตน้ำร้อนเป็นเรื่องทั่วไปในอาคารพักอาศัย พลังงานแสงอาทิตย์สามารถตอบสนองความต้องการใช้น้ำร้อนได้เกือบถึง 100%  ขึ้นอยู่กับสภาพและการกำหนดองค์ประกอบของระบบ ระบบที่ใหญ่กว่าสามารถตอบสนองความต้องการพลังงานปริมาณมากสำหรับการทำความร้อนในสถานที่ เทคโนโลยีประเภทหลัก 2 ประเภท ได้แก่

ท่อสูญญากาศ - ตัวดูดซับข้างในท่อสูญญากาศดูดซับรังสีจากดวงอาทิตย์และทำความร้อนให้กับของเหลวข้างใน เหมือนกับตัวดูดซับในแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบแบน ตัวสะท้อนแสงด้านหลังท่อเป็นตัวดูดซับลำแสงเพิ่มเติม ไม่ว่าดวงอาทิตย์จะอยู่ในองศาใด ท่อสูญญากาศรูปทรงกลมจะช่วยให้แสงอาทิตย์เดินทางไปยังตัวดูดซับได้โดยตรง แม้แต่ในวันเมฆมากที่แสงเข้ามาในหลายองศาพร้อมกันแต่ตัวดูดสะสมแสงของท่อสูญญากาศก็ยังมีประสิทธิภาพมาก

ตัวสะสมแสงอาทิตย์ของแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบแบน - กล่าวง่ายๆ ตัวสะสมแสงเป็นกล่องที่มีฝาเป็นกระจก ที่ตั้งอยู่บนหลังคาเหมือนหน้าต่างบนหลังคา ในกล่องนี้มีชุดท่อทองแดงที่มีปีกทองแดงติดอยู่ โครงสร้างทั้งหมดถูกเคลือบด้วยสารสีดำที่ออกแบบมาเพื่อดูดลำแสงอาทิตย์ ลำแสงอาทิตย์เหล่านี้ทำให้น้ำร้อนขึ้น และป้องกันการเยือกแข็งของส่วนผสมที่ไหลเวียนจากตัวสะสมแสงลงไปยังเครื่องทำน้ำร้อนในห้องใต้ดิน

เครื่องทำความเย็นด้วยแสงอาทิตย์ - เครื่องทำความเย็นจากแสงอาทิตย์ใช้พลังงานความร้อนเพื่อผลิตความเย็น และ/หรือทำความชื้นให้กับอากาศในวิธีเดียวกับตู้เย็นและเครื่องปรับอากาศทั่วไป อุปกรณ์นี้เหมาะสมกับพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์อย่างยิ่ง เนื่องจากความต้องการความเย็นมีมากที่สุดเมื่อมีแสงอาทิตย์ส่องมากที่สุด การทำความเย็นจากดวงอาทิตย์ได้รับการทดสอบการใช้งานอย่างประสบความสำเร็จมาแล้ว และในอนาคตคาดว่าจะมีการใช้งานในวงกว้าง เนื่องจากราคาของเทคโนโลยีนี้ถูกลง โดยเฉพาะราคาของระบบขนาดเล็ก

พลังงานลม เพื่อการผลิตไฟฟ้า

พลังงานลม เพื่อการผลิตไฟฟ้า

พลังงานลม ลมเป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ เกิดจากการที่พื้นที่บนโลกได้รับความร้องจากด้วงอาทิตย์ไม่เท่ากัน บริเวณที่มีอุณหภูมิสูงกว่าอากาศจะร้อน มีความหนาแน่นน้อย เกิดการขยายตัวและลอยตัวสูงขึ้น ขณะเดียวกันอากาศในบริเวณที่เย็นกว่า มีความหนาแน่นกว่า หนักกว่าจะเคลื่อนเข้ามาแทนที่ทำให้เกิดการไหลของอากาศหรือที่เรียกกันทั่วไปว่า กระแสลมนั้นเอง มนุษย์เราได้ใช้ประโยชน์จากพลังงานลมมานานหลายพันปี ในการอำนวยความสะดวกสบายแก่ชีวิต เช่น การแล่นเรือใบขนส่งสินค้าไปได้ไกลๆ การหมุนกังหันวิตน้ำ การหมุนโม่หินบทเมล็ดพืชให้เป็นแป้ง ในปัจจุบันมนุษย์จึงได้ให้ความสำคัญและนำมาใช้ประโยชน์มากขึ้น โดยการนำมาใช้ผลิตเป็นพลังงานที่สะอาดไม่ก่อให้เกิดอันตรายต่อสภาพแวดล้อมและสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้อย่างไม่รู้จักหมดสิ้น

เทคโนโลยีกังหันลม กังหันลม เป็นอุปกรณ์ชนิดหนึ่งที่ใช้สกัดพลังงานจลน์ของกระแสลม และเปลี่ยนให้เป็นพลังงานกล  จากนั้นจึงนำพลังงานกลมาใช้ประโยชน์ เมื่อกระแสลมพัดผ่าน ใบกังหันจะเกิดการถ่ายทอดพลังงานจลน์ไปสู่ใบกังหัน ทำให้กังหันหมุนรอบแกน สามารถนำพลังงานจากการหมุนนี้ไปใช้งานได้

ชนิดของกังหันลม จำแนกตามลักษณะแนวแกนหมุนของกังหันจะได้ 2 แบบ คือ กังหันลมแบบแกนแนวตั้ง (Vertical Axis Wind Turbine) เป็นกังหันลมที่มีแกนหมุนและใบพัดตั้งฉนากกับการเคลื่อนที่ของลในแนวราบ ซึ่งทำให้สามารถรับลมในแนวราบได้ทุกทิศทาง กังหันลมแบบแกนแนวนอน (Horizontal Axis Wind Turbine) เป็นกังหันลมที่มีแกนหมุนขนานกับทิศทางลม โดยมีใบพักเป็นตัวตั้งฉากรับแรงลม มีอุปกรณ์ควบคุมกังหันให้หันไปตามทิศทางของกระแสลม เรียกว่า หางเสือ และมีอุปกรณ์ป้องกันกังหันลมชำรุดหรือเสียหายขณะเกิดลมพัดแรง เช่น ลมพายุ

ส่วนประกอบสำคัญๆ ของกังหันลมเพื่อใช้ผลิตไฟฟ้า ใบพัด เป็นตัวรับพลังงานลมและเปลี่ยนให้เป็นพลังงานกล ยึดติดกับชุดแกนหมุน และส่งแรงจากแกนหมุนไปยังเพลาแกนหมุน เพลาแกนหมุน รับแรงจากแกนหมุนของใบพัดและส่งผ่านระบบเกียร์ เพื่อปรับเปลี่ยนความเร็วหมุนและขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ระบบเกียร์ เป็นระบบปรับเปลี่ยนและควบคุมความเร็วในการหมุน ระหว่างเพลาแกนหมุนกับเพลาของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ระบบเกียร์ เป็นระบบปรับเปลี่ยนและควบคุมความเร็วในการหมุน ระหว่างเพลาหมุนของกังหัน เมื่อได้รับความเร็วลมเกินความสามารถของกังหันที่จะรับได้ และในระหว่างการซ่อมบำรุงรักษา เครื่องกำเนิดไฟฟ้า จะทำให้หน้าที่เปลี่ยนพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า ระบบควบคุมไฟฟ้า ใช้ระบบคอมพิวเตอร์เป็นตัวควบคุมการทำงาน และจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าสู่ระบบ ห้องเครื่อง จะมีขนาดใหญ่แลชะมีความสำคัญต่อกังหันลม ใช้บรรจุระบบต่างๆ ของกังหันลม เช่น ระบบเกียร์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ระบบเบรก และระบบควบคุม เครื่องวัดความเร็วลม เป็นตัวชี้ขนาดของความเร็วลม จะเชื่อมต่อสายสัญญาณเข้ากับระบบคอมพิวเตอร์ เครื่องวัดทิศทางลม เป็นตัวชี้ทิศทางของลม จะเชื่อมต่อสายสัญญาณเข้ากับระบบคอมพิวเตอร์ เพื่อที่คอมพิวเตอร์จะได้ควบคุมกลไกอื่นๆ ได้ถูกต้อง แกนคอหมุนรับทิศทางลม เป็นตัวควบคุมการหมุนของห้องเครื่องเพื่อให้ใบพัดรับทิศทางลม โดยระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่เชื่อมต่อให้มีความสัมพันธ์กับเครื่องวัดทิศทางลมที่อยู่ทางด้านบนของเครื่อง เสา เป็นตัวแบกรับส่วนที่เป็ฯตัวเครื่องที่อยู่ข้างบน และตั้งอยู่บนพื้นที่ที่ก่อสร้างอย่างถูกวิธีตามหลักวิศวกรรม

กังหันลมผลิตไฟฟ้าได้อย่างไร                 หลักการทำงานทั่วไปของกังหันลมผลิตไฟฟ้า เมื่อมีกระแสลมพัดมาปะทะกับใบพัดของกังหันลม กังหันลมจะทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานลมที่อยู่ในรูปแบบของพลังงานจลน์ไปเป็นพลังงานกล ใบพัดเกิดการหมุนแรงจากการหมุนของใบพัดนี้จะถูกส่งผ่านเพลาแกนหมุน ทำให้เฟืองขับเคลื่อนหรือเฟืองเกียร์ ที่ติดอยู่กับเพลาแกนหมุนๆ ตามไปด้วย เมื่อเฟืองขับเคลื่อนของกังหันลมเกิดการหมุน จะขับเคลื่อนให้เพลาแกนหมุนที่ต่อเชื่อมอยู่กับเครื่องกำเนินไฟฟ้าออกมา ปริมาณไฟฟ้าที่ผลิตได้จะขึ้นอยู่กับความเร็วของลม ความยายของใบพัด และสถานที่ที่ติดตั้งกังหันลม

กังหันลมผลิตไฟฟ้า                 กฟผ.ได้นำกังหันลมสำหรับใช้ผลิตไฟฟ้าติดตั้งอยู่ที่บริเวณแหลมพรหมเทพ จังหวัดภูเก็ต ใช้เป็นสถานที่ทดลองการผลิตไฟฟ้าจากกังหันลม มาตั้งแต่ปี พ.ศ.2526 โดยใช้ชื่อว่า “สถานีพลังงานทดแทนพรหมเทพ” ตั้งอยู่ทิศเหนือของแหลมพรหมเทพประมาณ 1 กิโลเมตร ซึ่งจุดดังกล่าวเป็นจุดที่ติดกับทะเล เป็นพื้นที่สูง ได้รับอิทธิพลจากลมมรสุมถึง 2 ช่วง คือ ลมมรสุมตะวันออกเฉียงเหนือ มาจากทะเลอันดามัน และลมมรสุมตะวันตกเฉียงใต้ เป็นตำแหน่งที่รับลมได้เกือบตลอดทั้งปี มีความเร็วลมเฉลี่ยตลอดปีประมาณ 5 เมตร ต่อวินาที

ระบบผลิตไฟฟ้าจากกังหันลมขนาดใหญ่ที่สุดของ กฟผ. บริเวณอ่างพักน้ำตอนบนเขื่อนลำตะคอง                 โรงไฟ้ฟ้ากังหันลมลำตะคอง เป็นหนึ่งในโครงการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียน ตามแผนพัฒนากำลังผลิตไฟฟ้าของประเทศไทย พ.ศ.2547-2558 (PDP 2004) ซึ่ง กฟผ.ได้รับอนุมัติจากคณะรัฐมนตรี เมื่อวันที่ 30 ตุลาคม 2550                 กฟผ.ได้ดำเนินโครงการระบบผลิตไฟฟ้าจากกังหันลม ขนาดกำลังผลิต 1.25 เมกะวัตต์ จำนวน 2 ชุด ที่บริเวณอ่างพักน้ำตอนบนของเขื่อนลำตะคอง ต.คลองไผ่ อ.สีคิ้ว จ.นครราชสีมา พบว่าที่บริเวณแห่งนี้มีศักยภาพพลังงานลมดีที่สุดแห่งหนึ่งของประเทศไทย มีลมพัดถึง 2 ช่วง คือ ช่วงฤดูลมมรสุมตะวันออกเฉียงเหนือ และลมมรสุมตะวันตกเฉียงใต้ มีความเร็วลมเฉลี่ยทั้งปีประมาณ 5-6 เมตรต่อวินาที ซึ่งสามารถนำมาผลิตไฟฟ้าได้

ขอบคุณข้อมูลจาก : นิตยสาร Green Technology & Innovation

การอ่านความต้านทานจากแถบสีบนตัวต้านทาน

การอ่านความต้านทานจากแถบสีบนตัวต้านทาน

พิจารณาวงจรที่ประกอบด้วยตัวต้านทานที่ทราบค่าแบตเตอรี่ และวัดกระแสไฟฟ้าในวงจรเปลี่ยนตัวต้านทานเป็นค่าอื่น บันทึกกระแสไฟฟ้าทุกครั้ง จะพบว่า เมื่อตัวต้านทานมีค่าเพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้าที่วัดได้มีค่าลดลง เราจึงสามารถกำหนดกระแสไฟฟ้าในวงจรได้โดยใช้ตัวต้านทานที่เหมาะสม หรือกล่าวได้ว่า ตัวต้านทานทำหน้าที่จำกัดค่าของกระแสไฟฟ้าในวงจร

 

โดยทั่วไป แถบสีบนตัวต้านทาน จะมี 4 แถบ แต่ละแถบสีใช้แทนตัวเลข มีความหมายดังนี้ แถบที่ 1 บอกเลขตัวแรก แถบที่ 2 บอกเลขตัวที่สอง แถบที่ 3 บอกเลขยกกำลังที่ต้องคุณกับเลขสองตัวแรก แถบที่ 4 บอกความคลาดเคลื่อนเป็นร้อยละ ตัวต้านทานซ้ายมือซึ่งมีแถบน้ำตาล เขียว ส้ม ทอง มีความต้านทาน ดังนี้ 15 x 103 โอห์ม และมีความคลาดเคลื่อน 5% หรือเท่ากับ 15 000 โอห์ม ± 750 โอห์ม หรือมีค่าระหว่าง 14 250 โอห์ม และ 17 750 โอห์ม

วงจรไฟฟ้าที่มีตัวต้านทาน

นอกจากนี้ยังมีตัวต้านทานที่เปลี่ยนค่าได้ เรียกว่า ตัวต้านทานแปรค่า (variable resistor) ตัวต้านทานแปรที่ใช้กันอยู่ทั่วไปประกอบด้วย แถบความต้านทานซึ่งอาจทำด้วยแกรไฟต์หรือลวดพันขา 1 ละ 3 และหน้าสัมผัสต่อกับขา 2 การปรับเปลี่ยนความต้านทานทำโดยการเลื่อนหน้าสัมผัสไปบนแถบความต้านทาน การนำตัวต้านทานแปรค่าไปใช้ควบคุมกระแสไฟฟ้าในวงจรทำได้โดยการต่อขา 1 หรือ ขา 3 ขาใดขาหนึ่งและขา 2 กับวงจร ดังรูป

 

ตัวต้านทานแปรค่า

เมื่อเลื่อนหน้าสัมผัสของตัวต้านทานแปรค่าในวงจร จากตำแหน่งที่ 1 ไปยังตำแหน่งที่ 3 ความต้านทานจะเพิ่มขึ้น ดังนั้น กระแสไฟฟ้าในวงจรจะลดลง ถ้าเลื่อนหน้าสัมผัสในทิศตรงข้าม ทำให้ความต้านทานลดลงและกระแสไฟฟ้าจะสูงขึ้น ตัวต้านทานแปรค่าที่ทำหน้าที่ควบคุมกระแสไฟฟ้าในวงจร เรียกว่า ตัวควบคุมกระแส

 

การเลื่อนปุ่มบนตัวต้านทานปรับค่าได้ไปทางขวาทำให้ความยาวของลวดความต้านทานเพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้าในวงจรจะลดลงและหลอดไฟจะหรี่

ตัวต้านทานแปรค่านิยมใช้ควบคุมกระแสไฟฟ้า วงจรในรูปใช้ตัวต้านแปรค่าควบคุมความสว่างของหลอดไฟ และใช้ความดังของเสียงในเครื่องเสียงต่างๆ นอกจากนี้ยังใช้เป็นส่วนประกอบสำคัญของเครื่องวัดบางชนิด เช่น โอห์มมิเตอร์และเครื่องวัดปริมาณน้ำมันในรถยนต์ เป็นต้น

หม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงไฟฟ้า

การตรวจสอบหม้อแปลงไฟฟ้า

การวิเคราะห์เครือข่ายสำหรับการวงจรไฟฟ้า

การวิเคราะห์เครือข่ายสำหรับการวงจรไฟฟ้า

การวิเคราะห์เครือข่ายสำหรับ วงจรไฟฟ้า เป็นเทคนิคที่เป็นประโยชน์ที่แตกต่างกันหลายที่เกี่ยวข้องกับ กระแส , emfs และ ความต้านทาน แรงดันไฟฟ้าในวงจรดังกล่าว นี้จะค่อนข้างเก็บของเทคนิคในการหาแรงดันไฟฟ้าและกระแสในส่วนของเครือข่ายทุก บางส่วนของเทคนิคเหล่านี้จะกล่าวถึงแล้วในการกวดวิชาออนไลน์นี้ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า

• กฎหมาย Kirchhoff'' s หรือแรงดัน KVL
• กฎหมายปัจจุบัน Kirchhoff'' s หรือ KCL

มีหกเทคนิคที่เป็นประโยชน์ที่เหลืออยู่ที่เราจะเรียนรู้ ตัวอย่างในทางปฏิบัติของการวิเคราะห์แต่ละคนจะได้รับในการโพสต์ต่อไปของฉัน นี้เหมาะสำหรับคุณที่จะเข้าใจสิ่งที่ทฤษฎีแรกนั้นเกี่ยวกับ ดังนั้นขอเริ่มต้นเทคนิคที่มีประโยชน์ในการวิเคราะห์ครั้งแรกเครือข่าย

ทฤษฎีบท thevenin ของ

พิจารณารูปด้านล่างซึ่งแสดงให้เห็นถึงแผนผังเครือข่ายสองขั้วของค่าคงที่ของแรงดันไฟฟ้าและความต้านทาน; โวลต์มิเตอร์ความต้านทานสูงเชื่อมต่อไปยังปลายทางที่สามารถเข้าถึงได้จะบ่งบอกถึงวงจรไฟฟ้าแรงที่เรียกว่าเปิดวี _oc ถ้าแอมป์มิเตอร์ความต้านทานต่ำมาก-เชื่อมต่อไปที่ขั้วเดียวกันในขณะที่มะเดื่อ. (ข) ซึ่งจะเรียกว่าลัดวงจรปัจจุบันผม _sc จะมีการวัด

ทดสอบวงจรสำหรับทฤษฎีบทเทเวอแน็ของ

ตอนนี้ทั้งสองกำหนดปริมาณดังกล่าวอาจถูกนำมาใช้เพื่อเป็นตัวแทนของเครือข่ายง่ายเทียบเท่าประกอบด้วยความต้านทาน R เดียว _TH, ซึ่งเท่ากับวี _oc / i _sc ถ้าตัวต้านทาน R _L เชื่อมต่อกับสองขั้วในปัจจุบันโหลดของวงจรจะ

ผม _L v = _oc / R + R _{TH L} ---------------> สม no.1

ที่นำไปสู่การวิเคราะห์สม no.1 ข้างต้นถูกเสนอครั้งแรกโดย ML เทเวอแน็ส่วนหลังของศตวรรษที่สิบเก้าและได้รับการยอมรับว่าเป็นหลักการที่สำคัญในทฤษฎีวงจรไฟฟ้า ทฤษฎีของเขาเป็นที่รับรู้ดังนี้ในทุกเครือข่ายสองขั้วของความต้านทานคงที่และแหล่งที่มาคงที่ของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันในการต้านทานโหลดที่เชื่อมต่อกับขั้วเอาท์พุทเท่ากับปัจจุบันที่จะอยู่ในการต้านทานเดียวกันถ้ามันถูกเชื่อมต่อใน ชุดที่มี () EMF ง่ายซึ่งแรงดันไฟฟ้าเป็นวัดที่เปิด circuited ขั้วเครือข่ายและ (ข) ความต้านทานที่มีขนาดง่ายเป็นเครือข่ายหันกลับมามองจากสองขั้วเป็นเครือข่ายที่มีแหล่งที่มาของแรงดันไฟฟ้าของพวกเขาถูกแทนที่ด้วย ความต้านทานภายใน

ทฤษฎีบท thevenin ได้รับนำไปใช้กับโซลูชั่นเครือข่ายหลายที่มากง่ายคำนวณเช่นเดียวกับลดจำนวน computations

ทฤษฎีบทนอร์ตัน

จากกระทู้ก่อนข้างต้นก็เป็นที่รู้กันว่าวิธีการแก้ไขบางส่วนของเทเวอแน็เป็นสูตร วิธีนี้แก้ไขคือการแปลงเครือข่ายเดิมเป็นวงจรที่เรียบง่ายในการที่คู่ขนานของการรวมกันแหล่งที่มาคงที่ในปัจจุบันและความต้านทานมอง-back "ฟีด" ทานโหลด. ดูรูปด้านล่างเมื่อ

วงจรสมมูลของนอร์ตัน

จะทราบว่าทฤษฎีนอร์ตันยังทำให้การใช้งานของความต้านทานมองย้อนกลับไปสู่เครือข่ายจากขั้วความต้านทานโหลดกับแหล่งที่มีศักยภาพทั้งหมดถูกแทนที่ด้วยตัวนำศูนย์ความต้านทาน นอกจากนี้ยังมีพนักงานที่มาปลอมที่มาพร้อมกับกระแสคงที่ซึ่งมีค่าเท่ากับปัจจุบันที่จะผ่านเข้าไปในวงจรสั้นเชื่อมต่อข้ามขั้วเอาท์พุทของวงจรเดิม

จากมะเดื่อ (ข) ข้างต้นของวงจรเทียบเท่านอร์ตัน, โหลดปัจจุบันจะ

ผม _L = _I n R _N / R _N + R _L ---------------> no.2 สม

ทฤษฎีบทซ้อน

ทฤษฎีบทเช่นนี้ในเครือข่ายของตัวต้านทานที่เป็น energized สองคนหรือมากกว่าแหล่งที่มาของแรงดันไฟฟ้า, () ปัจจุบันในการต้านทานใด ๆ หรือ (ข) แรงดันตกคร่อมตัวต้านทานใด ๆ จะมีค่าเท่ากับ (a) รวมพีชคณิตของ กระแสแยกในการต้านทานหรือ (ข) แรงดันไฟฟ้าที่คร่อมตัวต้านทานสมมติว่าแหล่งที่มาของแรงดันไฟฟ้าแต่ละซึ่งเป็นอิสระของคนอื่น ๆ ถูกนำไปใช้ในการเปิดแยกขณะที่คนอื่นจะถูกแทนที่ด้วยค่าของพวกเขานั้นภายในของความต้านทาน

ทฤษฎีบทนี้เป็นตัวอย่างในวงจรที่กำหนดด้านล่าง:

ภาพประกอบของทฤษฎีบทการทับซ้อน

วงจรเดิมข้างต้น (ส่วนด้านซ้าย) มีแหล่งที่มาและแรงดันไฟฟ้าที่มาในปัจจุบัน หากคุณต้องการที่จะได้รับในปัจจุบันผมซึ่งเท่ากับผลรวมของฉัน + I "โดยใช้ทฤษฎีบทซ้อนเราต้องทำตามขั้นตอนดังต่อไปนี้:

แทนที่ปัจจุบันแหล่ง _I O โดยเปิดวงจร ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่มา V _o จะทำหน้าที่อย่างเป็นอิสระมีผมปัจจุบันเป็นค่าแรกที่ได้รับเมื่อวงจรคำนวณ

ข แทนที่ EMF แหล่ง V _o โดยลัดวงจร _{เวลาที่ฉันคนนี้} O จะทำหน้าที่ได้อย่างอิสระและฉัน "ตอนนี้จะได้รับเมื่อวงจรคำนวณ

ค สองค่าที่ได้รับ (ฉันและฉัน ") กับแรงดันไฟฟ้าและแหล่งที่มาปัจจุบันเป็นอิสระจะถูกเพิ่มที่จะได้รับ i = i '+ I"

ห่วงการวิเคราะห์ของ Maxwell (ตาข่าย)

วิธีการที่เกี่ยวข้องกับการตั้งค่าของกระแสวงอิสระได้รับมอบหมายให้เป็นตาข่ายมากที่สุดเท่าที่มีอยู่ในวงจรและกระแสเหล่านี้ถูกว่าจ้างในการเชื่อมต่อกับความต้านทานที่เหมาะสมเมื่อ Kirchhoff สมกฎหมายแรงดันไฟฟ้ามีเขียน ลองดูในวงจรที่กำหนดด้านล่าง

วงจรที่กำหนดจะสามารถวิเคราะห์โดยใช้วิธีการตาข่าย

วงจรดังกล่าวข้างต้นมีสองแรงดันแหล่ง V1 และ V2 มีการเชื่อมต่อกับเครือข่ายห้าต้านทานซึ่งมีสองกระแส I1 และห่วง i2 สังเกตว่าพวกเขาจะแสดงกำกับเข็มประชุมที่ถูกนำมาใช้โดยทั่วไปเพื่อความสะดวก แรงดันไฟฟ้ากฎหมาย Kirchhoff ต่อไปนี้อาจถูกเขียนเป็น:

-V1 + i1R1 R3 + (i1-i2) + i1R2 = 0 (วง 1)
-V2 + + R3 i2R5 (i2-I1) + i2R4 = 0 (2 วง)

คุณอาจลดความซับซ้อนของสมการโดยใช้พีชคณิตง่าย นี้จะอธิบายได้ดีบนโพสต์ต่อไปของฉันสำหรับตัวอย่างการปฏิบัติมากขึ้นจากการวิเคราะห์เครือข่าย

การวิเคราะห์สำคัญ

สำหรับการวิเคราะห์นี้แยกทุกคนในเครือข่ายที่แสดงถึงการเชื่อมต่อของสามหรือมากกว่าสาขาได้รับการยกย่องเป็นโหนด พิจารณาหนึ่งโหนดเป็นข้อมูลอ้างอิงหรือจุดศูนย์ที่มีศักยภาพสมปัจจุบันจะเขียนแล้วสำหรับ junctions เหลือจึงแก้ปัญหาเป็นไปได้ด้วย n-1 สมที่ n คือจำนวนของต่อมน้ำ

มีสามขั้นตอนพื้นฐานที่จะปฏิบัติตามเมื่อใช้การวิเคราะห์สำคัญ

ป้ายแรงดันไฟฟ้าที่โหนดด้วยความเคารพกับพื้น
ข สมัคร KCL กับแต่ละโหนดในแง่ของแรงดันไฟฟ้าที่โหนด
ค แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดโหนดที่ไม่รู้จักโดยการแก้สมการพร้อมกันจากขั้นตอน b

ลองดูในภาพรวมเกี่ยวกับวิธีการวิเคราะห์สำคัญจะถูกดำเนินการ นี้คือภาพประกอบโดยสตีเฟ่นเม็นเดส ไม่ต้องกังวลฉันจะให้คุณโพสต์เทคนิคต่อไปของฉันเกี่ยวกับวิธีการแก้ปัญหาการวิเคราะห์สำคัญ

หมายเหตุ: ในภาพรวมด้านล่างเขาใช้ conductance ซึ่งเป็น G = 1 / ร.

Snapshot วิเคราะห์ย่าน

กฎหมายสำหรับวิศวกร

กฎหมายสำหรับวิศวกร

กฎหมายเกี่ยวกับวิชาชีพวิศวกรรมควบคุม

"วิชาชีพวิศวกรรม" หมายความว่า วิชาชีพวิศวกรรม ในสาขาวิศวกรรมโยธาวิศวกรรมเหมืองแร่ วิศวกรรมเครื่องกล วิศวกรรม ไฟฟ้า วิศวกรรมอุตสาหการ และสาขาวิศวกรรมอื่น ๆ ที่กำหนดในกฎกระทรวง"วิชาชีพวิศวกรรมควบคุม" หมายความว่า วิชาชีพวิศวกรรมที่กำหนดในกฎกระทรวง

ใบอนุญาตการประกอบวิชาชีพวิศวกรรม
1. วุฒิวิศวกร
2. สามัญวิศวกร
3. ภาคีวิศวกร
4. ภาคีวิศวกรพิเศษ

การยื่นขอใบอนุญาตวิชาชีพภาคีวิศวกร
1.หลักฐานแสดงผลการศึกษา(Transcript)
2.สำเนาปริญญาบัตรหรือหนังสือรับรองการสำเร็จการศึกษา
3.สำเนาบัตรประจำตัวประชาชนหรือสำเนาทะเบียนบ้าน
4.รูปถ่ายปัจจุบันไม่เกิน1ปีหน้าตรงไม่สวมหมวกไม่สวมแว่นดำขนาด 1 นิ้วจำนวน2รูป
5.ใบรับรองแพทย์
6.ใบรับรองคุณสมบัติ

สถานที่
สภาวิศวกร 487 อาคาร ว.ส.ท. ชั้น2 ซอย รามคำแหง 39 (เทพลีลา) แขวงวังทองหลาง
เขตวังทองหลาง กรุงเทพฯ 10310 โทรศัพท์ 0-2935-6868

จรรยาบรรณในการประกอบวิชาชีพวิศวกรรมควบคุม
1) ไม่กระทำการใดๆ อันอาจนำมาซึ่งความเสื่อมเสียเกียรติศักดิ์แห่งวิชาชีพ
2) ต้องประกอบวิชาชีพวิศวกรรมความคุมด้วยความซื่อสัตย์สุจริต
3) ไม่ใช้อำนาจหน้าที่โดยไม่ชอบธรรม หรือใช้อิทธิพล หรือให้ประโยชน์แก่บุคคลใดเพื่อให้ตนเองหรือผู้อื่น      ได้รับงาน หรือไม่ได้รับงาน
4) ไม่เรียกรับหรือยอมรับทรัพย์สิน หรือผลประโยชน์อย่างใดสำหรับตนเองหรือผู้อื่น โดยมิชอบจากผู้รับเหมา      หรือบุคคลซึ่งเกี่ยวข้องในงานที่ทำอยู่กับผู้ว่าจ้าง
5) ไม่โฆษณาหรือยอมให้ผู้อื่นโฆษณา ซึ่งการประกอบวิชาชีพวิศวกรรมควบคุม เว้นแต่การแสดงชื่อ คุณวุฒิที่อยู่      หรือสำนักงานของผู้นั้น
6) ไม่ประกอบวิชาชีพวิศวกรรมควบคุม เกินความสามารถที่ตนเองจะกระทำได้
7) ไม่ละทิ้งงานที่ได้รับทำโดยไม่มีเหตุผลอันสมควร
8) ไม่ลงลายมือชื่อเป็นผู้ประกอบวิชาชีพวิศวกรรมควบคุมในงานที่ตนไม่ได้รับทำตรวจสอบหรือควบคุมด้วยตนเอง
9) ไม่เปิดเผยความลับของงานที่ตนได้รับทำเว้นแต่ได้รับอนุญาตจากผู้ว่าจ้าง
10) ไม่แย่งงานจากผู้ประกอบวิชาชีพวิศวกรรมควบคุมอื่น
11) ไม่รับทำงานหรือตรวจสอบงานชิ้นเดียวกันกับผู้ประกอบวิชาชีพวิศวกรรมควบคุมอื่นทำอยู่เว้นแต่เป็นการทำงาน        หรือตรวจสอบตามหน้าที่หรือได้แจ้งให้ผู้ประกอบวิชาชีพ วิศวกรรมควบคุมอื่นนั้นทราบล่วงหน้าแล้ว
12) ไม่รับดำเนินงานชิ้นเดียวกันให้แก่ผู้ว่าจ้างรายอื่นเพื่อเป็นการแข่งขันราคา เว้นแต่ได้จ้างให้ผู้ว่าจ้างรายแรก        ทราบล่วงหน้า เป็นลายลักษณ์อักษร หรือ ได้รับความยินยอมเป็นลายลักษณ์อักษรจากผู้ว่าจางรายแรก และ       ได้แจ้งให้ผู้ว่ารายอื่น นั้นทราบล่วงหน้าแล้ว
13) ไม่ให้หรือคัดลอกรูปแผนผังหรือเอกสารที่เกี่ยวกับงานของผู้ประกอบวิชาชีพ วิศวกรรมควบคุมอื่น        เว้นแต่ได้รับอนุญาตจากผู้ประกอบวิชาชีพวิศวกรรมควบคุมอื่นนั้น
14) ไม่กระทำการใดๆ โดยจงใจให้เป็นที่เสื่อมเสียแก่ชื่อเสียงหรืองานของ ผู้ประกอบวิชาชีพ วิศวกรรมควบคุมอื่น

อำนาจวินิจฉัยของคระกรรมการจรรยาบรรณ
(1) ยกข้อกล่าวหา
(2) ตักเตือน
(3) ภาคทัณฑ์
(4) พักใช้ใบอนุญาตมีกำหนดเวลา
(5) เพิกถอนใบอนุญาต

บทกำหนดโทษ

1. ใช้คำหรือข้อความให้ผู้อื่นเข้าใจว่าตนเป็นผู้มีความรู้ความชำนาญใน การประกอบวิชาชีพวิศวกรรมควบคุม หรือไม่มีวุฒิบัตร หรือหนังสืออนุมัติเป็น ผู้มีความรู้ความชำนาญจากสภาวิศวกรหรือสถาบันที่สภาวิศวกรรับรอง หรือ ไม่ได้เป็นผู้ได้รับใบอนุญาต  

        โทษ >> ระวางโทษจำคุกไม่เกินหนึ่งปี หรือปรับไม่เกินสองหมื่นบาท หรือทั้งจำทั้งปรับ

2. ถ้าประกอบวิชาชีพวิศวกรรมควบคุมโดยไม่มีใบอนุญาต หรือประกอบวิชาชีพวิศวกรรมควบคุม ในระหว่าง ถูกสั่งพักใบอนุญาต(ม.63)

        โทษ >>  ระวางโทษจำคุกไม่เกินสามปีหรือปรับไม่เกินหกหมื่นบาทหรือทั้งจำทั้งปรับและกรณีกระทำผิด                            ระหว่างการถูกสั่งพัก ใบอนุญาตอาจจะต้องถูกเพิกถอนใบอนุญาต   

3.ไม่ปฏิบัติตามคำสั่งของคณะกรรมการจรรยาบรรณ หรือคณะอนุกรรมการตามมาตรา 59 หรือเจ้าพนักงาน ตามมาตรา 67

         โทษ >> ระวางโทษจำคุกไม่เกินหนึ่งเดือน หรือปรับไม่เกินหนึ่งพันบาท หรือทั้งจำทั้งปรับ

โรงจักรและสถานีไฟฟ้าย่อย

โรงจักรและสถานีไฟฟ้าย่อย         โครงสร้างของระบบไฟฟ้ากำลัง ไม่ว่าจะเป็นระบบเล็กหรือระบบใหญ่จะถูกแบ่งย่อยออก  เป็น 3 ระบบย่อย  ที่ี่สำคัญ มีดังนี้

                     1. ระบบผลิตกำลังไฟฟ้า

                     2. ระบบส่งกำลังไฟฟ้า
 
                     3. ระบบจำหน่ายกำลังไฟฟ้า

ลักษณะการจ่ายพลังงานไฟฟ้าของสถานี

---

หน้าที่และวัตถุประสงค์ของสถานีไฟฟ้า

     1. เป็นจุดเปลี่ยนระดับแรงดันไฟฟ้า
     2. เป็นจุดปรับระดับแรงดันในระบบให้คงที่ก่อนส่งไปยังระบบอื่น
     3. เป็นจุดเชื่อมระหว่างระบบสายส่ง กับ ระบบจำหน่ายไฟฟ้าเข้าด้วยกัน และ นำพลังงาน
         เข้าหรือ ออกจากระบบ เช่นระบบสายส่ง (ระบบ 115 เควี.) กับระบบจำหน่ายแรงสูง
        (ระบบ 22 , 33 kV ) เป็นต้น
     4. เป็นจุดติดตั้งเครื่องมือวัด เพื่อวัดปริมาณทางไฟฟ้า
     5. เป็นจุดติดตั้งอุปกรณ์ตัดตอน, อุปกรณ์ควบคุมและอุปกรณ์ป้องกัน
     6. เป็นจุดเชื่อมโยงระบบสื่อสาร



     ระบบส่งกำลังไฟฟ้ามี 3 ระบบ คือ

   - ไฟฟ้าแรงสูง (High Voltage : HV) มีระดับแรงดันไฟฟ้าไม่เกิน 230 kV.
   - ไฟฟ้าแรงสูงเอกซ์ตรา(Extra High Voltage : EHV)มีระดับแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ 230 kV-1,000 kV
   - ไฟฟ้าแรงสูงอัลตรา (Ultra High Voltage : UHV) มีระดับแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ 1,000  kV.ขึ้นไป



     ความมุ่งหมายหลักของระบบส่งกำลังไฟฟ้า

     - เพื่อการส่งผ่านกำลังไฟฟ้าจากแหล่งผลิตไปยังผู้ใช้หรือแหล่งจ่ายไฟ
     - เพื่อส่งกำลังไฟฟ้าไปยังศูนย์กลางการจ่ายโหลด
     - เพื่อเชื่อมโยงระบบส่งกำลังไฟฟ้าเข้าด้วยกัน เพื่อเพิ่มความเชื่อถือได้ (Reliability)
       และลดความสูญเสียในระบบไฟฟ้า

Hihg Volt Substaion 115 kV

Hihg Volt Substaion indoor

การส่งจ่ายกำลังไฟฟ้า ( Transmittion line )

การส่งจ่ายกำลังไฟฟ้า ( Transmittion line )

การคำนวณหาความสัมพันธ์ระหว่างกระแส และ แรงดันในสายส่งกำลังไฟฟ้า

บทนำ

      การหาความสัมพันธ์ระหว่างกระแสและแรงดันไฟฟ้า  ระหว่างปลายสายทั้ง 2 ข้างของสายส่งสามารถกระทำได้  โดยใช้วงจรเทียบเคียงของสายส่งต่อเฟสในการวิเคราะห์หาค่าดังกล่าว  โดยวงจรเทียบเคียงจะใช้แทน สายส่ง ที่ระยะต่างๆกัน 3 ระยะ คือ สายส่งระยะสั้น , ปานกลาง และ ระยะยาว ซึ่งประกอบด้วย พารามิเตอร์( G ) , รีซีสเตอร์ ( R ) , คาปาซิเตอร์( C ) และ คอนดักแตนซ์( L ) โดยเฉพาะค่า คาปาซิแตนซ์ นั้นจะวิเคราะห์ในรูป  ซัสเซปแตนซ์  ( jBC )  ส่วน อินดักแตนซ์  จะวิเคราะห์ในรูปรีแอกแตนซ์ ( jXL )นิวทรัลบัส

รูปที่  5.1 วงจรเทียบเคียงของสายส่งกำลังไฟฟ้า

              วงจรเทียบเคียงตามรูปที่ 5.1 อาจเรียกว่า วงจรเทียบเคียงพารามิเตอร์แบบกระจาย และพึงตระหนักไว้ว่า การวิเคราะห์วงจรสายส่งทั้ง 3 ระยะ จะใช้วงจรเทียบเคียงต่างกันไปด้วย อักษรและสัญลักษณ์ที่ใช้แทน  เพื่อสื่อ ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสและแรงดันไฟฟ้ามีดังต่อไปนี้

VS    คือ  แรงดันไฟฟ้า ต้นทางของสายส่งต่อเฟส
VR    คือ  แรงดันไฟฟ้า ปลายทางของสายส่งต่อเฟส
IS     คือ  กระแสไฟฟ้า ต้นทางของสายส่ง
IR    คือ  กระแสไฟฟ้า ปลายทางของสายส่ง
l       คือ  ความยาวของวงจรสายส่ง
r      คือ  ค่าความต้านทานต่อหน่วยความยาวต่อเฟส
xl    คือ  รีแอคแตนซ์ต่อหน่วยความยาวต่อเฟส
R =  rl      คือ  ค่าความต้านทานของสายส่งตลอดความยาวต่อเฟส
x =  xl.l    คือ รีแอคแตนซ์ของสายส่งตลอดความยาวต่อเฟส
z  =  r+jxl.l     คือ  อิมพีแดนซ์ต่อหน่วยความยาวต่อเฟส
Z  =  zl  =  rl+jxl.l  =     คือ  อิมพีแดนซ์ของสายส่งตลอดความยาวต่อเฟส
y      คือ  แอดมิตแตนซ์ต่อหน่วยความยาวต่อเฟสถึงนิวทรัล
Y  =  yl    คือ  แอดมิตแตนซ์ของสายส่งตลอดความยาวต่อเฟสถึงนิวทรัล
Pf     คือ  เพาเวอร์เฟกเตอร์  (Power fecter )

สายส่งกำลังไฟฟ้าระยะสั้น

สายส่งกำลังไฟฟ้าระยะสั้นจะมีระยะทางส่งจ่ายไม่เกิน  80  ก.ม. ( ประมาณ  50  ไมล์ )  ซึ่งจะมี
ค่า คาปาซิเตอร์ ชาร์จไปถึงจุดนิวทรัลหรือชาร์จไประหว่างสายต่ำมาก จึงทำให้ค่าคาปาซิทีฟ รีแอกแตนซ์ ( - jxC ) มีค่าสูง กระแสชาร์จที่ผ่านค่า คาปาซิแตนซ์จึงมีค่าเล็กน้อย  ทำให้มีผลต่อระบบน้อยมากจึงไม่นำมาคิด

 

                ส่วนค่าคอนดักแตนซ์ (G ) มีค่าเล็กน้อยก็ไม่นำมาคิดเช่นกัน ไม่ว่าจะเป็นสายส่งระยะสั้น , ระยะปานกลาง  หรือ ระยะยาว ดังนั้น  วงจรเทียบเคียงของสายส่งระยะสั้นแบบสมบรูณ์จึงเขียนได้ดังนี้

 รูปที่ 5.2 วงจรเทียบเคียงของสายส่งระยะสั้นแบบสมบรูณ์ ส่งผ่านแรงดันไฟฟ้าให้แก่โหลด
                 สมบรูณ์แบบสตาร์โหลด

สำหรับการวิเคราะห์ค่าทางไฟฟ้าในวงจรสายส่งระยะสั้นจะใช้วงจรเทียบเคียง ต่อ เฟส ซึ่งสามารถเขียนได้ ดังรูปที่ 5.3

รูปที่ 5.3 วงจรเทียบเคียงของสายส่งระยะสั้นต่อเฟส มีค่าพารามิเตอร์  R  และ  L

รูปที่  5.4  เฟสเซอร์ไดอะแกรมของสายส่งระยะสั้น

จากรูปที่  (5.3)  อาศัยหลักการของ KVL จะได้ค่าของสมการเป็นดังนี้

                                VS  =  VR + IRZ           5.3)
                                IS   =    IR                    (5.4)

จากรูปที่  (5.3)  และ  (5.4) เขียนเมตทริกซ์ได้ตามสมการที่  (5.5)

และเป็นค่าคงที่  ABC และ D  ได้ตามสมการที่ (5.6)

ได้ค่าคงที่              A  = 1
                             B  =  Z
                             C  =  0
และ                       D  =  1     ตามลำดับ

5.2.1  การควบคุมแรงดันไฟฟ้า  (Voltage  Regulation )  ของสายส่งระยะสั้น

สามารถหาได้จากความสัมพันธ์ของสมการดังต่อไปนี้

ประสิทธิภาพทางไฟฟ้า  (Electrical  Efficiency )  ของสายส่งระยะสั้น

         ประสิทธิภาพของระบบจะเป็นค่าที่บงบอกถึงความสามารถ ในการจ่ายกำลังผลิตของ ระบบซึ่งหาได้จากสมการดังนี้

     

เมื่อ                  คือ  เครื่องหมายอีต้า ( eta ) แทนประสิทธิภาพ
                PS    คือ  กำลังไฟฟ้าต้นทาง
                PR    คือ  กำลังไฟฟ้าปลายทาง
                Ploss  คือกำลังไฟฟ้าสูญเสียในสายส่ง
       VS  , VR    คือแรงดันไฟฟ้าต่อเฟส  (Perphase  Voltage)  และ สูตรการหาประสิทธิภาพของสายส่ง มีอยู่หลายสูตร ขึ้นอยู่กับความสะดวกและความถนัดในการประยุกต์ใช้งาน

____________________________________________________________________

ตัวอย่างที่ 5.1  สายส่งกำลังไฟฟ้า  3  เฟส  ยาว 10 km  จ่ายกำลังไฟฟ้าให้โหลดแบบสมดุจที่  11  kV , 5000  kW  เพาเวอร์แฟกเตอร์   0.8  ล้าหลัง สายส่งมีค่าความต้านทาน และ ค่ารีแอกแตนซ์ ต่อเฟสต่อกิโลเมตร เป็น  0.1 และ 0.2  ตามลำดับ  จงคำนวณหาค่า
                ก). แรงดันไฟฟ้าต้นทาง
                ข). กระแสไฟฟ้าต้นทาง
                ค). มุมต่างเฟสระหว่างแรงดันไฟฟ้าต้นทางกับแรงดันไฟฟ้าปลายทาง
                ง). เพาเวอร์แฟกเตอร์ต้นทาง( PfS )
                จ). การควบคุมแรงดันไฟฟ้า ( V-R )
                ฉ). ประสิทธิภาพของสายส่ง
วิธีทำ
กำหนดให้แรงดันไฟฟ้าปลายทางเป็นแกนอ้างอิง

 

 

ค). จากข้อ ก. จะได้มุมต่างเฟสระหว่างแรงดันไฟฟ้าต้นทางกับแรงดันไฟฟ้าปลายทางเท่ากับ 2.68๐ หรือ
      เรียกว่ามุมของโหลด (  ) 

ง). เพาเวอร์แฟกเตอร์ต้นทาง( PfS )

รูปที่  5.5 เฟสเซอร์ของแรงดันและกระแส

             

     

______________________________________________________________________

ตัวอย่างที่  5.2  สายส่งกำลังไฟฟ้า 3 เฟส พิกัดแรงดัน  33 kV  ยาว 20.00 ไมล์  ส่งแรงดันไฟฟ้าผ่านหม้อแปลงพิกัด  33/63.6 kV ให้แก่โหลด  2000 kVA  ที่เพาเวอร์แฟกเตอร์  0.8  ล้าหลังแรงดันไฟฟ้า 6.6 kV 50 Hz  ค่าความต้านทาน และรีแอกแตนซ์ของสายส่งมีค่า 0.4  และ 0.5  ต่อเฟสต่อไมล์  ตามลำดับสำหรับหม้อแปลงมีค่าความต้านทาน และ ค่ารีแอกแตนซ์ของขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิเป็น 7.5  , 13.2  และ 0.65  ตามลำดับ จงคำนวณหา

1. แรงดันไฟฟ้าด้านต้นทางเมื่อให้แรงดันไฟฟ้าปลายสายคงที่ 6.6 kV
2. กำลังไฟฟ้าต้นทาง
3. ประสิทธิภาพของสายส่ง

วิธีทำ

 

รูปที่ 5.6 วงจรของสายส่งกำลังไฟฟ้า  3  เฟส

R  =  0.4 x 20  =  8  /เฟส
Z  =  0.5 x 20  =  j10 /เฟส

รูปที่ 5.7 วงจรเทียบเคียงเมื่อย้ายข้างไปด้านแรงสูง