Application of PSCAD/EMTDC Program in Electric …research.rmutsb.ac.th/fullpaper/2557/2557239875566.pdfApplication of PSCAD/EMTDC Program in Electric Circuit Instruction on Three-Phase
Post on 03-May-2018
233 Views
Preview:
Transcript
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
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
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
top related