หนังสืออิเล็กทรอนิกส์แบบปฏิสัมพันธ์ เรื่อง อิเล็กทรอนิกส์กำลัง (Power Electronics)

ชุดส่ือการเรียนรู Power Electronics การเรียนรู มีไดไมสิ้นสุด!! รชูปุดแกบารบเรียใหนรมู  AR BOOK Augmented Reality นอ้ื หาความรู ใชง าน AR Book ไดผ า นทาง ความหมายของ Power Electronics แอปพลเิ คชนั ประเภทของวงจร โครงสรางของอุปกรณส ารกึ่งตวั นํา AR B OOK ELECTRONICS รองรบั ระบบปฏบิ ตั กิ าร Android version 4.2 ขน้ึ ไป

วิธีใชงาน AR Book ชุดส่ือการเรียนรู Power Electronics 1 ตดิ ตั้งแอปพลเิ คชนั AR Book นามสกลุ ไฟล .apk 2 สแกนแอปพลิเคชันลงบน ชดุ ส่ือการเรียนรู ทีม่ ีสัญลกั ษณ AR AR 2 จะปรากฏสื่อการเรยี นรปู ระเภท AR (Augmented Reality)

ชุดส่อื การเรยี นรู Power Electronics AR Power Electronics เปนศาสตรที่วาดวยการใชวงจรอิเล็กทรอนิกสในการควบคุมการแปลงผันพลังงานไฟฟา (energy conversion) จากแหลง จา ยไฟ (ซงึ่ มกั จะคอื AC line) ไปยงั โหลดเนอ่ื งจากการควบคมุ การแปลงผนั ไฟฟา แบบ เชิงเสน จะทํา ใหเ กิดความสญู เสยี (loss)ในอุปกรณใ นวงจรมากซึ่งจะเปนการสิ้นเปลืองพลงั งานและทํา ใหเกิดความ- รอ นสงู ในปจจุบนั เราจงึ นิยมใหอ ุปกรณใ นวงจรทาํ งานเปน สวติ ช ประเภทของวงจร Power Electronics 1. AC-DC Converters (controlled rectifiers) 2. AC-AC Converters (AC Voltage Controllers) 3. DC-DC Converters (DC choppers) 4. DC-AC Converters (Inverters) อุปกรณสารก่ึงตัวนํา กํา ลัง (power semiconductor device) สามารถแบงออกตามโครงสรางได เปน 5 ประเภทใหญ ๆ คอื 1. Power Diode 2. Thyristor มหี ลายชนดิ อาทิ SCR, Triac, Gate-turn-off (GTO) 3. Power BJT 4. Power MOSFET 5. Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBT) ทง้ั นจ้ี ะเรยี ก Power BJT, Power MOSFET, IGBT และ GTO รวม ๆวา เปน Controllable Switches เพราะสามารถ ควบคมุ การปด เปด ของอปุ กรณเ หลา นไี้ ดด ว ยสญั ญาณควบคมุ ชุดส่ือการเรียนรู Power Electronics หนา 1



อิเล็กทรอนิกสกำลัง Power Electronics รองศาสตราจารย บุญเรือง วังศลิ าบัตร คนหาหนงั สือทตี่ องการ (รวม e-book และสินคา ท่ีนาสนใจ) ไดเ ร็ว ทันใจ ● บน PC และ Notebook ท่ี www.se-ed.com ● สำหรบั SmartPhone และ Tablet ทกุ ยห่ี อ ท่ี http://m.se-ed.com (ผา น browser เขา อนิ เทอรเ นต็ แลว ทำ Bookmark บนจอ Home จะใชง านไดเ หมอื น App ทกุ ประการ) หรอื ตดิ ตง้ั SE-ED Application ไดจ าก Play Store บน Android หรอื จาก App Store บน iOS













8 อิเลก็ ทรอนิกส์กาํ ลงั 202 204 6.3 หลกั การควบคมุ เฟส 204 6.4 การควบคมุ เฟสทั้งสองทศิ ทางในระบบไฟฟาเฟสเดยี ว 210 216 6.4.1 การควบคุมเฟสแบบเตม็ คล่ืนกรณีท่ีภาระเปน ตัวตานทาน 224 6.4.2 การควบคุมเฟสแบบเต็มคล่นื กรณที ภี่ าระเปนอินดักตีฟ 226 6.5 การควบคุมแรงดันไฟฟาเฟสเดียวโดยการเปลย่ี นแท็บของหมอ แปลงไฟฟา 234 6.6 การควบคมุ แรงดนั ไฟฟาโดยการสบั ซอยรปู คลนื่ แรงดนั ไฟสลับ 6.7 การควบคมุ แรงดันไฟฟาสามเฟสแบบเต็มคลืน่ กับการตอภาระทีเ่ ปนตัวตา นทานแบบวาย 241 6.8 การควบคุมแรงดนั ไฟฟาสามเฟสแบบเต็มคลื่นกับการตอภาระที่เปน ตัวตานทานแบบ 242 เดลตา 246 6.9 ไซโคลคอนเวอรเตอร 250 6.9.1 ไซโคลคอนเวอรเ ตอรเ ฟสเดยี ว 6.9.2 ไซโคลคอนเวอรเ ตอรส ามเฟส 253 แบบฝก หดั ทายบท 253 254 บทท่ี 7 การแปลงผันไฟตรงเปน ไฟตรง 7.1 บทนํา 256 7.2 หลกั การทํางานของตัวควบคมุ แรงดนั ไฟตรงแบบสวิตช่ิง 258 7.3 หลักการกําเนิดสัญญาณทใี่ ชในการขับนําอปุ กรณสวติ ชกําลงั สารกง่ึ ตัวนํา 259 สําหรบั วงจรแปลงผนั ไฟตรงเปนไฟตรง 264 7.4 วงจรลดหรือทอนระดับแรงดันไฟตรง 266 7.4.1 การวิเคราะหก ารทาํ งานของวงจรบก๊ั คอนเวอรเ ตอร 271 7.4.2 ริปเปล ของแรงดันไฟฟาทางดานเอาตพุต 272 7.4.3 การเลือกอปุ กรณสวติ ชก ําลังสําหรับวงจรบั๊กคอนเวอรเตอร 276 7.5 วงจรเพ่มิ หรอื ทบระดบั แรงดันไฟตรง 277 7.5.1 การวเิ คราะหก ารทาํ งานของวงจรบสู ตค อนเวอรเ ตอร 278 7.5.2 รปิ เปลของแรงดันไฟฟาทางดา นเอาตพุต 279 7.5.3 การเลือกอุปกรณสวิตชก ําลังสําหรับวงจรบูสตคอนเวอรเตอร 285 7.6 วงจรทอน-ทบระดับแรงดันไฟตรง 286 7.6.1 การวิเคราะหก ารทาํ งานของวงจรบ๊กั -บูสตค อนเวอรเตอร 290 7.6.2 รปิ เปล ของแรงดันไฟฟาทางดานเอาตพุต 7.6.3 การเลือกอปุ กรณส วิตชกําลงั สําหรบั วงจรบก๊ั -บสู ตคอนเวอรเ ตอร 7.7 วงจรแปลงผันไฟตรงเปนไฟตรงแบบแยกระบบกราวนด

7.7.1 ฟลาย-แบ็คคอนเวอรเตอร สารบญั 9 7.7.2 ฟอรเวริ ด คอนเวอรเตอร 7.7.3 พุช-พลู คอนเวอรเตอร 290 7.7.4 ฮาลฟบริดจคอนเวอรเตอร 294 7.7.5 ฟูลบรดิ จค อนเวอรเตอร 296 7.8 อุปกรณแมเหลก็ 297 7.8.1 คณุ สมบตั ิของสารแมเ หล็ก 299 7.8.2 หลักการของแมเหล็กไฟฟา 300 7.8.3 วงรอบฮีสเตอรีซสิ 300 7.8.4 วงรอบฮสี เตอรีซิสของอุปกรณแ มเ หลก็ 301 7.8.5 วสั ดุสําหรบั ทําแกนหมอแปลงความถี่สูง 303 แบบฝกหดั ทา ยบท 304 307 บทที่ 8 การแปลงผันไฟตรงเปน ไฟสลับหรืออินเวอรเตอร 308 8.1 บทนํา 8.2 วงจรแปลงผนั ไฟตรงเปนไฟสลับเฟสเดียว 311 8.2.1 วงจรแปลงผันไฟตรงเปนไฟสลับแบบฮาลฟบริดจ 311 8.2.2 วงจรแปลงผนั ไฟตรงเปนไฟสลับแบบฟูลบรดิ จ 311 8.2.3 วงจรแปลงผันไฟตรงเปนไฟสลับแบบพชุ -พูล 312 8.3 วงจรแปลงผนั ไฟตรงเปนไฟสลับสามเฟส 317 8.3.1 วงจรอินเวอรเตอรสามเฟสที่มกี ารตอภาระเปนแบบวาย 321 8.3.2 วงจรอินเวอรเตอรสามเฟสทีม่ ีการตอ ภาระเปนแบบเดลตา 326 8.4 การมอดเู ลตตามความกวา งของพัลสแบบไซน 328 แบบฝกหดั ทา ยบท 332 338 บทที่ 9 การขับนํามอเตอรไ ฟฟา กระแสตรง 350 9.1 บทนํา 9.2 คณุ สมบตั ขิ องมอเตอรไ ฟฟากระแสตรง 353 9.3 มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบแมเ หลก็ ถาวร 353 9.4 โหมดการทํางานของมอเตอรไฟฟา กระแสตรง 355 9.5 การขับนํามอเตอรไ ฟฟา กระแสตรงดวยวงจรแปลงผันไฟสลับเปนไฟตรง 363 9.6 การขบั นาํ มอเตอรไ ฟฟากระแสตรงดวยการสบั แรงดนั ไฟตรง 367 9.6.1 หลกั การควบคมุ กําลังไฟฟา 372 380 380

10 อิเลก็ ทรอนิกส์กาํ ลงั 382 384 9.6.2 หลกั การควบคมุ การเบรกแบบคืนพลังงาน 385 9.6.3 หลักการควบคมุ การเบรกแบบไดนามกิ ส 387 9.7 การขบั นาํ ดว ยการสับแรงดันไฟตรงแบบสองควอแดรนต 396 9.8 การขับนาํ ดวยการสบั แรงดันไฟตรงแบบ 4 ควอแดรนต หรือฟูลบรดิ จ 400 9.9 การควบคมุ โหมดการทาํ งานดวยวงจรลอจกิ 404 9.10 การขับนํามอเตอรไฟฟา กระแสตรงดวยอินเวอรเตอรร ูปคลน่ื สเี่ หลย่ี ม แบบฝก หัดทายบท 407 407 บทที่ 10 การขบั นํามอเตอรไฟฟา กระแสสลบั 408 10.1 บทนํา 409 10.2 โครงสรางของมอเตอรไ ฟฟาเหน่ียวนํา 409 10.2.1 สว นท่อี ยนู ิ่งกบั ที่ 410 10.2.2 สวนทีห่ มุน 411 10.3 ความเรว็ รอบของมอเตอรไ ฟฟา เหน่ยี วนํา 411 10.4 รปู แบบของมอเตอรไ ฟฟาเหนย่ี วนาํ 418 10.4.1 มอเตอรไ ฟฟาเหน่ยี วนําแบบทีใ่ ชกับระบบไฟฟาเฟสเดียว 420 10.4.2 มอเตอรไฟฟาเหนยี่ วนําแบบใชก ับระบบไฟฟาสามเฟส 420 10.5 การขบั นํามอเตอรไ ฟฟา เหน่ียวนาํ 422 10.5.1 การขับนํามอเตอรไฟฟา เหนี่ยวนาํ เฟสเดยี ว 454 10.5.2 การขับนาํ มอเตอรไ ฟฟา เหน่ยี วนําสามเฟส 454 10.6 เทคนคิ การควบคมุ 456 10.6.1 การควบคมุ แบบสเกลาร 457 10.6.2 การควบคมุ แบบเวกเตอร 458 10.6.3 การควบคมุ แรงบดิ โดยตรง 461 10.7 ซงิ โครนสั มอเตอร แบบฝกหดั ทา ยบท 467 บรรณานุกรม 469 ดชั นี

บทท่ี 1 พืน้ ฐานของอิเลก็ ทรอนิกส์กาํ ลงั 11 11 พ(P(พนื้ rPiฐ้นืrniาnฐccนiาpipนอleเิอsลเิ oลoก็ ff็กทPPoทรwoรอewอrนeนEิกrlกิ eสEcส์กtlrก e�ำocําnลtลircงั sงัo)nics) 1.1 บทนาํ อเิ ลก็ ทรอนิกสก าํ ลังเปนการประยกุ ตใ ชส ่ิงประดิษฐทางอิเล็กทรอนิกสมาใชควบคุมกําลังไฟฟาและการ แปลงผันกําลังไฟฟา ดังน้ัน อิเล็กทรอนิกสกําลังจึงประกอบไปดวยความสัมพันธของอุปกรณทางดานไฟฟา กําลัง (Power equipment) ทางดานอิเล็กทรอนิกส (Electronics) และทางดานการควบคุม (Control) ดังแสดงใน รูปท่ี 1.1 AnalCoognt|roDl igital Electronics Power equipment Devices | Circuits Static | Rotating รูปท่ี 1.1 ความสมั พนั ธของอปุ กรณใ นอิเลก็ ทรอนิกสก ําลงั รปู ท่ี 1.1 แสดงถงึ ความสัมพันธข องอปุ กรณท ่เี ก่ียวขอ งในอิเล็กทรอนิกสก ําลัง ซง่ึ ประกอบดว ย 1. อุปกรณทางดานไฟฟากําลัง (Power equipment) ซึ่งอาจจะเปนจําพวกที่หยุดนิ่งกับที่ไมมีการ เคลื่อนไหว เชน หมอแปลงไฟฟา (Transformer), ฮีตเตอร (Heater) ที่เปลี่ยนกําลังไฟฟาใหเปน ความรอน เปนตน หรืออาจจะเปนจําพวกที่มีเพลาหมุนได เชน มอเตอรไฟฟา (Electrical motor), เคร่อื งกาํ เนิดไฟฟา (Electrical generator) 2. ดานอิเล็กทรอนิกส (Electronics) จะแบงยอยออกเปนในสวนของอุปกรณ ซึ่งอาจจะเปน ทรานซิสเตอรกําลัง (Power Transistor), มอสเฟตกําลัง (Power MOSFET) หรือสิ่งประดิษฐทาง

12 อิเลก็ ทรอนกิ สกําลัง อิเล็กทรอนิกสท่ีทําหนาท่ีคลายกับสวิตชตัด-ตอกระแสไฟฟาภายในวงจร และรูปแบบของวงจร (Circuits topology) ท่ีใชก ารควบคมุ กาํ ลังไฟฟาและแปลงผนั กําลังไฟฟา 3. ดานการควบคุม (Control) ซ่ึงอาจจะใชระบบการควบคุมเชิงแอนาล็อก (Analog control) เชน การควบคุมแบบปอนกลับชนิดพีไอดี (PID control; Proportional plus Integral plus Derivative control), การควบคุมแบบปอนกลับชนิดพีไอ (PI control; Proportional plus Integral control) เปนตน หรือใชระบบการควบคุมที่เปนแบบดิจิตอล (Digital control) ซึ่งเปนการนําเอาเครื่อง คอมพิวเตอร (Computer), ไมโครโพรเซสเซอร (Microprocessor) หรือไมโครคอนโทรลเลอร (Microcontroller) มาประยุกตใชใ นระบบควบคมุ อิเล็กทรอนิกสกําลังเปนวิทยาการที่เกิดขึ้นเพื่อประหยัดพลังงานไฟฟา พิจารณาวงจรควบคุมแรงดัน ไฟตรงแบบเชงิ เสน (Linear DC voltage regulator) ดังแสดงในรปู ท่ี 1.2 VCE = 5V Vs Io = 1A Vo= 5V 10V Q1 Ccoirncturoitl RL= 5 รูปที่ 1.2 วงจรควบคมุ แรงดันไฟตรงแบบเชิงเสน รูปที่ 1.2 เปนวงจรควบคุมแรงดันไฟตรงคงที่ ซ่ึงจากรูปจะเห็นวา แรงดันเอาตพุตมีคาเปน 5V ดังนั้น กาํ ลงั ไฟฟา ตางๆ ของวงจรสามารถคาํ นวณไดดังตอไปนี้ Output power Po  Io  Vo 1A 5V  5W Transistor power loss Pc  Io  VCE 1A 5V  5W ดังนนั้ Input power Pi  Po  Pc  5W  5W 10W จากการคํานวณขา งตน จะเห็นวา จะมีการสูญเสียกําลังไฟฟาที่ทรานซิสเตอร ( Pc ) ไปถึง 5W ดังน้ัน จะ เกิดความรอนท่ีตัวทรานซิสเตอร และจําเปนที่จะตองระบายความรอนใหกับตัวทรานซิสเตอรดวยเพื่อปองกัน การเสียหายที่จะเกิดกับตัวทรานซิสเตอรเอง อีกทั้งยังทําใหประสิทธิภาพของระบบต่ําลงเนื่องจากจะเห็นวา คา ของ Pi มคี าสงู กวา Po เปนอยางมาก

บทที่ 1 พืน้ ฐานของอิเลก็ ทรอนิกส์กาํ ลงั 13 จากรูปที่ 1.2 ถาเปล่ียนทรานซิสเตอรเปนสวิตช ดังแสดงในรูปที่ 1.3 (ก) และมีการควบคุมสวิตชให นํากระแสในทกุ คาเวลาของ T2 (Duty cycle = 50%) ดังแสดงในรปู ที่ 1.3 (ข) VSW VSW 10V Vs Io(dc) = 1A Vo(dc)= 5V 10V SW ON OFF ON OFF Ccoirncturoitl RL= 5 0 Vo 10V Vo(dc) 0 T2 T (ข) รูปคลน่ื แรงดันทต่ี กครอมสวติ ชและภาระ R L (ก) แทนทรานซสิ เตอรดว ยสวิตช รูปที่ 1.3 วงจรจากรปู ที่ 1.2 เมื่อแทนทรานซสิ เตอรดว ยสวติ ช จากรูปท่ี 1.3 (ข) กาํ ลังไฟฟาตางๆ ของวงจร สามารถคาํ นวณไดดังตอ ไปน้ี Output voltage Vo(dc)  1 T2 10 Vdt  10V  5V T 2 Output current  Output power 0 Switching power loss T2 I o(dc)  1 10 Vdt  5V  1A RL T  5 0 Po(dc)  Io(dc)  Vo(dc) 1A 5V  5W PSW  VSW(ON)  ISW(ON)  VSW(OFF)  ISW(OFF)  (0V  2A)  (10V 0A)  0W ดงั นั้น Input power Pi(dc)  Po(dc)  PSW  5W  0W  5W จากผลการคาํ นวณขางตน จะเหน็ วา ระบบมีประสิทธิภาพเปน 100% ท้ังนี้เน่ืองจากขณะที่สวิตชอยูใน สภาวะ ON และมีกระแสไฟฟาไหลผานไปยังภาระ (RL ) ทําใหมีแรงดันตกครอมท่ีภาระมีคาเปน 10 V เทากับ แหลงจายแรงดันไฟตรงท่ีปอนเขาทางดานอินพุต ( Vi ) ดังนั้น แรงดันตกครอมสวิตชจะมีคาเปน 0 V และเมื่อ สวิตชอยูในสภาวะ OFF กระแสไฟฟาที่ไหลผานสวิตชจะมีคาเปน 0 A ในขณะท่ีแรงดันที่ตกครอมสวิตชจะมี คาเปน 10 V เทากับแหลงจายไฟตรง ทําใหกําลังไฟฟาที่สูญเสียที่สวิตชจะมีคาเปน 0 ตลอดชวงการทํางานของ สวติ ช ดงั นั้นจึงไมเกิดความรอนที่ตัวสวิตช ในขณะท่ีแรงดันเฉลี่ย ( Vo(dc) ) จะเปนแรงดันไฟตรงและมีคาเปน 5 V เทากนั กับวงจรในรูปท่ี 1.2

14 อเิ ล็กทรอนกิ สก ําลงั 1.2 หนาที่หลักของระบบอิเลก็ ทรอนกิ สก าํ ลัง (Main Function of Power Electronics System) หนาที่หลักของระบบอิเล็กทรอนิกสกําลัง คือ การควบคุมการสงผานกําลังไฟฟาจากแหลงจาย กําลังไฟฟาที่ประกอบดวยแรงดันไฟฟาและกระแสไฟฟา ไปยังภาระ (Load) อยางเหมาะสม ซึ่งกําลังไฟฟา ทางดานอินพุต (Input power) และกําลังไฟฟาทางดานเอาตพุต (Output power) อาจจะเปนไดทั้งไฟตรงหรือ ไฟสลับ โดยจะขึ้นอยูกับรูปแบบของวงจรในระบบอิเล็กทรอนิกสกําลังและสัญญาณที่ใชในการควบคุม (Control signal) ดังนั้นจึงกลาวไดวาหนาที่หลักของระบบอิเล็กทรอนิกสกําลังเปนกระบวนการจัดแจงหรือ ประมวลกาํ ลงั (Power processing system) ดงั แสดงในรปู ที่ 1.4 Input power Power Output power Load Vs Is processing system Io Vo DC/AC DC/AC sCiognnatrlol รูปท่ี 1.4 หนา ทห่ี ลกั ของระบบอเิ ล็กทรอนกิ สก าํ ลงั จากรูปที่ 1.4 เปนไดอะแกรมของระบบอิเล็กทรอนิกสกําลังโดยทั่วไป ซึ่งเปนการประมวลกําลังที่ ควบคมุ ดว ยระบบควบคมุ แบบลปู เปด (Open loop control system) กําลงั งานทางดานเอาตพุตจะถูกสงไปยังภาระ โดยการประมวลกําลังที่ถูกปอนเขามาทางดานอินพุต โดยกระบวนการสงผานกําลังไฟฟาจะถูกเรียกวา กระบวนการแปลงผันกาํ ลังไฟฟา (Power conversion) โดยลักษณะของการแปลงผันกําลังจะขึ้นอยูกับรูปแบบ ของการแปลงผนั (Power converter topology) และรปู แบบของสัญญาณทีใ่ ชในการควบคมุ นอกจากนี้การประมวลกําลังของระบบอิเล็กทรอนิกสกําลัง ยังสามารถท่ีจะควบคุมดวยระบบควบคุม แบบลูปปด (Close loop control system) หรอื ระบบควบคุมแบบปอนกลับ (Feedback control system) ดังแสดง ในรปู ท่ี 1.5

บทท่ี 1 พืน้ ฐานของอิเลก็ ทรอนิกส์กาํ ลงั 15 Input power procePssoiwngersystem Output power Load Vs Is sCigonnatrlol Io Vo DC/AC Feedback signal DC/AC Controller Reference signal รูปที่ 1.5 ระบบอเิ ลก็ ทรอนิกสกาํ ลังที่มกี ารควบคมุ แบบปอ นกลับ จากรูปท่ี 1.5 จะเห็นวา กําลังงานทางดานเอาตพุตบางสวน จะถูกใชเปนสัญญาณปอนกลับ (Feedback signal) เพื่อนํามาเปรียบเทียบกับสัญญาณอางอิง (Reference signal) ที่ตัวควบคุม (Controller) ผลที่ไดจากการ เปรียบเทียบและกระบวนการจัดแจงของสัญญาณ (Signal processing) ภายในตัวควบคุม จะถูกสงออกเปน สัญญาณเพ่ือใชในการควบคุมกระบวนการประมวลกําลังของระบบอิเล็กทรอนิกสกําลัง เพ่ือใหกําลังงานที่ถูก สงผา นออกไปทางเอาตพ ตุ มีความถูกตองและแมน ยําตามความตองการของระบบควบคุม 1.3 องคป ระกอบของอิเล็กทรอนิกสกาํ ลัง (Elements of Power Electronics) คําวา “อิเล็กทรอนิกสกําลัง” (Power Electronics) จะเปนรวมกันระหวางคําวา “อิเล็กทรอนิกส” (Electronics) และคาํ วา “ไฟฟากําลัง” (Electrical Power) ดังน้ันวงจรของอิเล็กทรอนิกสกาํ ลัง จึงประกอบดวย วงจรทางดานอิเล็กทรอนิกส (Electronics circuits) และวงจรทางดานไฟฟากําลัง (Electrical power circuits) โดยวงจรทางดานอิเล็กทรอนิกสและวงจรทางดานไฟฟากําลังนั้น สามารถจัดแบงเปนองคประกอบยอยๆ ได 2 ลกั ษณะ ดังตอไปนี้ 1. องคป ระกอบชนดิ เฉือ่ ยงาน (Passive elements) เปนองคประกอบชนิดท่ีไมสามารถจะทําการควบคุมได และองคประกอบชนิดนี้จะดูดซับ กําลังไฟฟา (Absorption power) สวนหนึ่งของระบบไป หรือทําใหเกิดการสูญเสียกําลังไฟฟา (Power loss) ของระบบไป องคป ระกอบชนดิ น้ี ไดแก  ตัวตานทาน (Resistor, R) องคประกอบชนิดน้ีจะดูดซับกําลังไฟฟาและแปรเปลี่ยนเปนความ รอ น มีหนว ยวัดของกําลงั ไฟฟาเปน วัตต (Watt)

16 อเิ ลก็ ทรอนิกสกาํ ลัง  ตัวเก็บประจุไฟฟา (Capacitor, C) องคประกอบชนิดนี้จะดูดซับกําลังไฟฟาในรูปแบบของ สนามไฟฟา มหี นว ยวัดของกาํ ลงั ไฟฟา เปน วาร (Var)  ขดลวดเหนี่ยวนํา (Inductor, L) องคประกอบชนิดนี้จะดูดซับกําลังไฟฟาในรูปแบบของ สนามแมเหลก็ มหี นวยวัดของกาํ ลงั ไฟฟาเปน วาร (Var)  หมอแปลงไฟฟา (Transformer) องคประกอบชนิดนี้จะดูดซับกําลังไฟฟาโดยสามารถแยก ออกเปน การสูญเสียภายในแกนเหล็ก (Core loss) และการสูญเสียที่เกิดจากความตานทาน ของขดลวดที่ใชในการพันหมอแปลงไฟฟา (Copper loss) 2. องคป ระกอบชนิดไวงาน (Active elements) องคประกอบชนิดน้ีสามารถที่จะทําการควบคุมการทํางานใหตอบสนองกับการไหลของกระแส ไฟฟา ท่ไี หลผา นได โดยสามารถจดั แบงไดเ ปน 3 จําพวก ไดแก  อุปกรณสารกึ่งตัวนําแบบเชิงเสน (Linear semi-conductor device) องคประกอบจําพวกน้ี มักจะใชในการควบคุมการทํางานของระบบโดยทั่วไป เชน ออป-แอมป (Operational Amplifier)  อุปกรณสารกึ่งตัวนําท่ีทําหนาที่เปนสวิตช (Switching semi-conductor device) องคประกอบ จําพวกน้ีก็คือ ส่ิงประดิษฐทางอิเล็กทรอนิกสที่สามารถทํางานเปนสวิตชเพื่อควบคุมการไหล ของกระแสไฟฟาภายในวงจรได เชน ไทริสเตอร (Thyristor), ทรานซิสเตอรกําลังแบบรอยตอ ไบโพลาร (Power BJTs Transistor), ทรานซิสเตอรกําลังแบบมอสเฟต (Power MOSFET Transistor), ทรานซิสเตอรแบบเกทแยก (Insulating Gate Bipolar junction Transistor, IGBT) เปนตน รวมถึงอปุ กรณลอจิก (Logic device) ในวงจรดจิ ิตอล (Digital circuits)  เครื่องจักรกลไฟฟา (Electrical machinery) องคประกอบจําพวกนี้ก็คือ สิ่งประดิษฐทาง ไฟฟา กาํ ลงั ท่สี ามารถแปลงผันกําลังงานไปมาระหวางกําลังงานไฟฟาไปเปนกําลังงานกล ซ่ึง ไดแก มอเตอรไฟฟา (Electrical motor) หรือแปลงผันกําลังงานกลไปเปนกําลังงานไฟฟา ซึ่งไดแก เคร่อื งกาํ เนิดไฟฟา (Electrical generator) 1.3.1 องคป ระกอบหลกั ทางอิเลก็ ทรอนกิ ส ในวงจรอิเล็กทรอนิกสโดยทั่วไป จะประกอบไปดวยอุปกรณอิเล็กทรอนิกสท่ีทํางานดวยขนาดของ แรงดันไฟฟาตํ่าๆ และใชปริมาณกระแสไฟฟาที่ไมมากนัก ตารางที่ 1.1 แสดงถึงองคประกอบหลักที่เกี่ยวของ กับอิเลก็ ทรอนิกสโ ดยทว่ั ไป

บทท่ี 1 พืน้ ฐานของอิเลก็ ทรอนิกส์กาํ ลงั 17 ตารางท่ี 1.1 องคป ระกอบหลกั ทางอเิ ล็กทรอนิกส Passive elements R CL Transformer Active elements Linear Switching Electrical semi-conductor machinery semi-conductor จากตารางท่ี 1.1 จะเห็นวาองคประกอบหลักทางอิเล็กทรอนิกสจะประกอบไปดวย ตัวตานทาน (R) ตัวเก็บประจุไฟฟา (C) อุปกรณสารกึ่งตัวนําแบบเชิงเสน (Linear semi-conductor device) และอุปกรณสารก่ึง ตัวนําที่ทําหนาที่เปนสวิตช (Switching semi-conductor device) ท้ังนี้เน่ืองจากในวงจรอิเล็กทรอนิกสโดยท่ัวไป ไมวาจะเปนวงจรขยายสัญญาณขนาดเล็ก (Small signal amplification circuits) หรือวงจรดิจิตอล (Digital circuits) จะใชอุปกรณเหลาน้ีในการสรางวงจร โดยท่ีอุปกรณสารก่ึงตัวนําแบบเชิงเสนในที่นี้ก็จะหมายถึง ทรานซิสเตอรท่ีกําหนดจุดการทาํ งานในบริเวณแอคตีฟ และอาจจะประยุกตใชออป-แอมปมาทาํ หนาที่ในการ ขยายสัญญาณขนาดเล็กนั้นๆ ก็ได สวนอุปกรณสารกึ่งตัวนําที่ทําหนาที่เปนสวิตช ก็จะหมายถึงวงจรดิจิตอลที่ เก่ยี วขอ งกับงานทางดานลอจิกโดยทว่ั ไป 1.3.2 องคป ระกอบหลักทางไฟฟา กําลัง ในวงจรไฟฟากําลังโดยทั่วไป จะเปนแหลงจายกําลังไฟฟาท่ีมีขนาดของแรงดันไฟฟาสูงๆ และมี ปริมาณการไหลของกระแสไฟฟา ทีส่ งู มาก เชน เดียวกนั ตารางท่ี 1.2 แสดงถงึ องคประกอบหลักทางไฟฟากําลัง โดยทั่วไป ตารางท่ี 1.2 องคป ระกอบหลักทางไฟฟากาํ ลงั Passive elements R CL Transformer Active elements Linear Switching Electrical semi-conductor machinery semi-conductor จากตารางท่ี 1.2 จะเห็นวา องคประกอบหลักทางไฟฟากําลังจะประกอบไปดวย ตัวเก็บประจุไฟฟา (C) ขดลวดเหนี่ยวนํา (L) หมอแปลงไฟฟา (Transformer) และเคร่ืองจักรกลไฟฟา (Electrical machinery) ทั้งนี้ เนื่องจากวงจรที่เกี่ยวของกับไฟฟากําลังจะเปนระบบสง-จายกําลังไฟฟา ท่ีผลิตจากเครื่องกําเนิดพลังงานไฟฟา และทําการปรับเปลี่ยนระดับแรงดันไฟฟาดวยหมอแปลงไฟฟา และเนื่องจากคุณสมบัติของภาระทางไฟฟา กําลังโดยทวั่ ไป มักจะมคี ุณลักษณะของตวั เหนยี่ วนําเปนองคป ระกอบ ซึง่ เปน ผลทาํ ใหประสิทธิภาพของการสง-

18 อิเลก็ ทรอนิกสก ําลัง จายกาํ ลังไฟฟามีคาลดลง และสงผลใหคาตัวประกอบกําลังไฟฟา (Power factor) มีคาลดลงดวย ดังนั้นเพื่อให ระบบการสงจายกําลังไฟฟาไมดอยประสิทธิภาพลง จึงตองทําการปรับปรุงคาตัวประกอบกําลังไฟฟาใหมีคา สงู ข้ึน โดยการใชต วั เกบ็ ประจุไฟฟา ไปตอ ขนานกบั ระบบการสง-จา ย 1.3.3 องคประกอบหลกั ทางอเิ ล็กทรอนิกสกาํ ลงั สําหรับองคประกอบหลักทางอิเล็กทรอนิกสกําลัง จะเปนองคประกอบที่รวมกันระหวางองคประกอบ หลักทางดานอิเล็กทรอนิกสและองคประกอบหลักทางดานไฟฟากําลัง ตารางที่ 1.3 แสดงถึงองคประกอบหลัก ทางอเิ ล็กทรอนกิ สกาํ ลงั ตารางที่ 1.3 องคป ระกอบหลักทางอเิ ลก็ ทรอนิกสกําลัง Passive elements R CL Transformer Active elements Linear Switching Electrical semi-conductor machinery semi-conductor จากตารางที่ 1.3 จะเห็นวาองคประกอบหลักทางอิเล็กทรอนิกสกําลังจะประกอบไปดวย ตัวเก็บประจุ ไฟฟา (C) ขดลวดเหน่ียวนํา (L) หมอแปลงไฟฟา (Transformer) และอุปกรณสารก่ึงตัวนําท่ีทําหนาที่เปน สวิตช (Switching semi-conductor device) ทั้งนี้เนื่องจากวงจรทางดานอิเล็กทรอนิกสกําลังจะเปนการ ประยุกตใชส่ิงประดิษฐทางอิเล็กทรอนิกสท่ีทาํ หนาท่ีเปนสวิตช มาใชควบคุมกําลังไฟฟาและการแปลงผัน กําลังไฟฟา โดยการสวิตชของสิ่งประดิษฐทางอิเล็กทรอนิกสจะเปนความถี่สูง และใชประโยชนที่ไดจากการ สะสมพลังงานที่อยูภายในตัวเก็บประจุไฟฟาและตัวเหนี่ยวนํามาใชงาน และเนื่องจากใชความถี่สูงในการ ทาํ งาน หมอแปลงที่ใชในระบบอิเล็กทรอนิกสกําลังจึงมิไดสรางจากแกนเหล็ก แตมักจะสรางจากวัสดุสาร แมเหล็กที่สามารถทํางานท่ีความถี่สูงๆ ได ดังนั้นจึงทําใหหมอแปลงในระบบอิเล็กทรอนิกสกําลังมีขนาดเล็ก และมีน้ําหนักเบา แตมีประสิทธิภาพสูงกวาการใชหมอแปลงแกนเหล็กท่ีอยูระบบไฟฟากําลัง ดังนั้นอุปกรณ สารก่ึงตัวนําท่ีทําหนาที่เปนสวิตชในที่นี้จึงมิไดหมายถึงอุปกรณที่ทํางานเก่ียวของกับลอจิกในวงจรดิจิตอล แต จะหมายถึงส่ิงประดิษฐทางอิเล็กทรอนิกสท่ีสามารถทําหนาท่ีเปนสวิตชควบคุมการไหลของกระแสไฟฟาที่มี ปรมิ าณสงู ๆ และสามารถทนตอแรงดนั ไฟฟาทีส่ ูงมากๆ ได ดังนั้นจากไดอะแกรมของระบบอิเล็กทรอนิกสกําลัง ดังในรูปที่ 1.4 สามารถเขียนใหมโดยแสดงถึง องคประกอบหลักทางอิเลก็ ทรอนิกสก ําลัง ไดดังแสดงในรูปท่ี 1.6

Input power บทท่ี 1 พืน้ ฐานของอิเลก็ ทรอนิกส์กาํ ลงั 19 Vs Is DC/AC Power processing system Output power Io Vo DC/AC Csiognntarlol รปู ท่ี 1.6 องคป ระกอบหลักของตัวประมวลกาํ ลังของระบบอเิ ล็กทรอนกิ สกําลงั จากรูปท่ี 1.6 แสดงใหเห็นถึงองคประกอบหลักของระบบอิเล็กทรอนิกส ซึ่งจากองคประกอบทั้งหมด สวนท่ีสําคัญที่สุดและจะขาดเสียไมไดในระบบอิเล็กทรอนิกสกําลังก็คือ อุปกรณสารก่ึงตัวนําที่ทําหนาท่ีเปน สวิตช ซ่ึงหมายความวาในระบบพ้ืนฐานตํ่าสุดของอิเล็กทรอนิกสกําลังจะตองมีองคประกอบหลักอยางนอย ท่ีสุดก็คือ อุปกรณสารก่ึงตัวนําที่ทําหนาท่ีเปนสวิตช สวนองคประกอบอ่ืนๆ อันไดแก ตัวเปนประจุไฟฟา ตัว เหนย่ี วนาํ และหมอแปลงไฟฟาจะเปนองคประกอบเสริมในระบบอิเล็กทรอนิกสกําลัง ซ่ึงการเพิ่มองคประกอบ เสรมิ ทน่ี อกเหนอื ไปจากอุปกรณสารก่ึงตัวนาํ ท่ีทําหนาท่ีเปนสวิตช จะเปนไปตามวัตถุประสงคของการประมวล กําลังที่ตองการทางดา นเอาตพุต รูปที่ 1.7 เปนการเปรียบเทียบระหวางวงจรการควบคุมกระแสไฟฟาท่ีไหลผานหลอดไฟฟา (Lamp) แบบระบบไฟฟากําลังกับระบบอิเล็กทรอนิกสกําลัง โดยจากรูปที่ 1.7 (ก) จะเห็นวาอุปกรณท่ีใชในการควบคุม การไหลของกระแสไฟฟาในวงจรการควบคุมแบบไฟฟากําลังจะเปนสวิตชที่มีหนาสัมผัสของโลหะที่ใชกัน โดยทั่วไป แตสําหรับในระบบอิเล็กทรอนิกสกําลัง จะแทนสวิตชท่ีมีหนาสัมผัสเปนโลหะดวยอุปกรณสารกึ่ง ตัวนําที่ทําหนาที่เปนสวิตช ดังในรูปท่ี 1.7 (ข) และอุปกรณท่ีทําหนาที่เปนสวิตชควบคุมการไหลของ กระแสไฟฟาในวงจรก็คือ ไตรแอค (Triac) ซึ่งเปนสิ่งประดิษฐทางอิเล็กทรอนิกส ที่ออกแบบมาใหใชในการ ควบคุมการไหลของไฟฟากระแสสลับได

20 อเิ ล็กทรอนิกสก าํ ลัง Switch Triac Gate MT2 MT1 220V Lamp 220V Lamp (ก) ระบบไฟฟา กาํ ลัง (ข) ระบบอิเลก็ ทรอนกิ สกาํ ลงั รูปท่ี 1.7 การควบคมุ การไหลของกระแสไฟฟา ในระบบไฟฟา กาํ ลงั และระบบอเิ ล็กทรอนิกสก ําลงั รปู ท่ี 1.8 เปน ตัวอยางของภาคจา ยไฟแบบสวิตช่ิง (Switching power supply) ที่ใชกันโดยท่ัวไป ซ่ึงจะ เห็นวาในสวนของตัวประมวลกําลัง (Power processor) ที่อยูภายในกรอบ จะประกอบดวยองคประกอบหลัก ดังท่ีไดกลาวไปแลวขางตน โดย D1 ถึง D4 จะทําหนาท่ีเรียงไฟสลับใหเปนไฟตรงและทําการกรองแรงดัน ไฟตรงใหราบเรียบและสะสมพลังงานไฟฟาไวดวย C1 สวนทรานซิสเตอร Q1 จะทําหนาที่เปนสวิตชควบคุม การไหลของกระแสไฟฟาทีไ่ หลผานขดลวดปฐมภูมิของหมอแปลง T1 ซ่ึงเปนหมอแปลงทํางานท่ีความถี่สูง โดย มี D3 ทาํ หนาทเี่ รยี งกระแสไฟตรง และทําการกรองแรงดันทางเอาตพุต (Vo ) ใหราบเรียบดวย L1,C2 และ C3 โดยแรงดันเอาตพุตจะถูกนํามาเปรียบเทียบกับแรงดันอางอิง (Vref ) ที่สวนของวงจรควบคุม (Controller circuit) เพื่อสงสัญญาณไปควบคมุ การสวติ ชข องทรานซสิ เตอร เพ่อื ควบคุมแรงดันทางเอาตพ ตุ ใหม คี าคงท่ีตอไป D3 L1 + Vo D1 D2 + + C2 + C3 - - - - 220V C1 T1 D3 D4 Q1 Feedback signal Power processor Control signal Cocnirtcruoiltler Vref รปู ท่ี 1.8 ภาคจายไฟแบบสวิตช่ิง

บทท่ี 1 พืน้ ฐานของอิเลก็ ทรอนิกส์กาํ ลงั 21 1.4 การประยุกตใชงานอิเล็กทรอนิกสก าํ ลัง (Application of Power Electronics) อิเล็กทรอนิกสกําลังถูกนํามาประยุกตใชงานในภาคอุตสาหกรรมเปนอยางมาก เน่ืองจากทําใหเกิดการ ประหยัดกําลังงาน ลดคาใชจาย และการทาํ งานของระบบจะมีประสิทธิภาพสูงขึ้น ตัวอยางของการประยุกตใช งานอิเลก็ ทรอนกิ สกําลัง พอจะแบง ออกไดด งั ตอไปน้ี 1.4.1 แหลงจายกําลงั ไฟฟา แหลงจา ยกาํ ลงั ไฟฟาที่เกิดจากการประยุกตใชงานอิเล็กทรอนิกสกําลัง ไดแก แหลงจายไฟแบบสวิตช่ิง (Switching power supply หรือ Switching mode power supply) ซ่ึงเปนแหลง จา ยไฟท่ีมีประสิทธิภาพสูง สามารถ จา ยปรมิ าณของกระแสไฟฟาไดมากๆ ในขณะท่ีเกิดการสูญเสียภายในระบบตํ่ามากๆ ทําใหเกิดความรอนภายใน นอยมาก นํ้าหนักเบา เชน แหลงจายไฟสวิตช่ิงท่ีใชในเคร่ืองคอมพิวเตอรโดยทั่วไป แหลงจายไฟสวิตชิ่งที่ใช สําหรับประจุแบตเตอรส่ี ําหรับโทรศพั ทเคล่ือนท่ี ที่เห็นกนั ท่วั ไป 1.4.2 กระบวนการผลิตในภาคอุตสาหกรรม การควบคุมความเร็วรอบของมอเตอรท้ังไฟตรงและไฟสลับ ที่ใชการควบคุมดวยระบบอิเล็กทรอนิกส กําลงั ทาํ ใหสามารถเพม่ิ อัตราการผลติ ในภาคอตุ สาหกรรมไดอยา งมปี ระสทิ ธิภาพ 1.4.3 ในภาคการขนสง เชน การประยุกตใชอิเล็กทรอนิกสกําลังในรถไฟฟาที่ว่ิงบนราง หรือใชกับรถยนตไฟฟาท่ีวิ่งบนทอง ถนน ทําใหล ดมลภาวะท่ีเกดิ จากการเผาไหมจ ากนาํ้ มันเชอื้ เพลิงหรอื แกสท่ใี ชเ ปนพลังงานของยานยนตทั่วไป 1.4.4 การแปลงผันกาํ ลังไฟฟา เชน ระบบแปลงผันกําลังงานไฟฟาเปนกําลังงานความรอนในเครื่องใหความรอนแบบเหนี่ยวนํา (Induction heating) หรือในเครื่องเชื่อมโลหะระบบอิเล็กทรอนิกส หรือในการจุดหลอดฟลูออเรสเซนตดวย บลั ลาสตอเิ ล็กทรอนกิ ส ทที่ ํางานดว ยความถสี่ ูง ที่มากกวา 25 กโิ ลเฮริ ตซ ลดการกะพริบ (Flicker) ท่ีเกิดจากการ ใชงานทค่ี วามถต่ี ่ําๆ ทาํ ใหไดแสงสวางทีน่ วลกวา และลดการสูญเสียท่ีเกิดขน้ึ ในบลั ลาสตท่ีทาํ จากแกนเหล็ก 1.4.5 ดา นวงจรขยายเสียง เชน วงจรขยายสัญญาณเสียงแบบคลาสดี (Digital amplifier) ซึ่งมีการแปลงเปล่ียนสัญญาณเสียงท่ีอยู ในรูปแบบสัญญาณแอนาล็อกใหเปนสัญญาณดิจิตอล ซึ่งมีการสุมสัญญาณ (Sampling signal) ดวยความถี่สูง ใหสัญญาณความกวางของสัญญาณดิจิตอลเกิดการเปลี่ยนแปลงไปตามขนาดของสัญญาณเสียง (Pulse Width Modulation; PWM) เพ่ือสง ไปควบคมุ การสวติ ชข องอุปกรณสารก่ึงตัวนําที่ทําหนาที่เปนสวิตช ตอจากน้ันจึงทํา

22 อเิ ลก็ ทรอนิกสก ําลงั การกรองความสูงที่เกิดการสุมสัญญาณนั้นออกดวยวงจรกรองความถี่ตํ่าผาน (Low pass filter) เพื่อแปลงเปน ความถีเ่ สยี งทีม่ ีขนาดสงู ขน้ึ ดว ยวธิ ีการดงั นี้ จงึ ทําใหเ ครื่องสัญญาณเสียงแบบคลาสดี จึงมีประสิทธิภาพสูง และ ความรอนที่เกิดขึ้นในภาคขยายกําลังมีนอยมาก จนบางครั้งวงจรขยายสัญญาณเสียงแบบน้ีจึงถูกเรียกวา “วงจรขยายสญั ญาณเสยี งแบบเยน็ ” (Cool Power Amplifier circuit) 1.5 ตวั ประมวลกาํ ลงั และตวั แปลงผันกําลัง (Power Processor and Power Converter) 1.5.1 ตัวประมวลกาํ ลัง (Power Processor) หนาที่หลักของตัวประมวลกําลังก็คือ กระบวนการจัดแจงทางดานกําลังไฟฟาท่ีจะถูกสงจายออกไป ทางดานเอาตพุตอยางเหมาะสม และภายในตัวประมวลกําลังจะประกอบดวยองคประกอบหลัก ดังท่ีไดกลาว มาแลวในหัวขอที่ 1.3 ดังนั้นถาแบงรูปแบบตามหนาที่หลักของตัวประมวลกําลัง ซึ่งกําลังทางดานอินพุต เปนไดท้ังไฟตรงและไฟสลับ และเชนเดียวกันกับกําลังไฟฟาทางดานเอาตพุต ซึ่งเปนไดทั้งไฟตรงและไฟสลับ และถาพิจารณาเฉพาะในสวนของแรงดันไฟทางดานของเอาตพุตท่ีตอไปยังภาระ ก็จะสามารถแบงรูปแบบของ ตวั ประมวลกาํ ลังไดดังตอ ไปน้ี 1. รูปแบบทแ่ี รงดันทางเอาตพตุ เปน ไฟตรง และสามารถจําแนกออกไดเปน ก. แรงดนั ไฟตรงทางดานเอาตพุตถูกควบคมุ ใหม คี า คงท่ี ข. แรงดนั ไฟตรงทางดานเอาตพุตสามารถปรับขนาดของแรงดันไฟฟาได 2. รูปแบบท่แี รงดันทางเอาตพตุ เปน ไฟสลบั และสามารถจําแนกออกไดเ ปน ก. ความถี่และแรงดันไฟสลับทางดานเอาตพตุ ถูกควบคมุ ใหมคี าคงท่ี ข. ความถ่ีคงที่และสามารถปรับขนาดแรงดนั ไฟสลับทางดานเอาตพ ุตได ค. ความถ่แี ละแรงดนั ไฟสลับทางดา นเอาตพตุ สามารถปรบั ได 1.5.2 ตัวแปลงผนั กาํ ลงั (Power Converter) ภายในตัวประมวลกําลังอาจจะประกอบไปดวยตัวแปลงผันกําลัง หลายๆ ข้ันตอน นํามาตอรวมกัน เพื่อทําหนาท่ีสงผานกําลังจากทางดานอินพุตไปยังเอาตพุตของตัวประมวลกําลัง ดังนั้นตัวแปลงผันกําลังตัว หนึ่งๆ จะทําหนาท่ีแปลงผันกําลังเพียงหน่ึงข้ันตอนภายในตัวประมวลกําลังเทาน้ัน ซึ่งตัวแปลงผันกําลังหนึ่งๆ จะประกอบดวย ตัวเก็บประจุไฟฟา (Capacitor) หรือตัวเหน่ียวนํา (Inductor) เพ่ือทําหนาที่เก็บและคายพลังงาน (Energy storage elements) โดยรปู แบบของวงจรแปลงผนั กาํ ลงั สามารถแบงออกได 4 ประเภท ดังตอไปนี้

บทที่ 1 พืน้ ฐานของอิเลก็ ทรอนิกส์กาํ ลงั 23 1. วงจรแปลงผันไฟสลับเปนไฟตรง (AC to DC converter) มีชื่อเรียกกันโดยทั่วไปวา วงจรเรียง กระแสไฟฟา (Rectifier circuits) ซึ่งมีทั้งแบบที่ใชกับระบบไฟฟาเฟสเดียว (Single phase electrical system) และท่ีใชกับระบบไฟฟาแบบสามเฟส (Three phase electrical system) และแตละแบบยัง แบงออกไดเ ปน ก. ใชไ ดโอดกาํ ลัง (Power diode) เปนตัวเรียงกระแส ซึ่งจะไมสามารถทําการควบคุมขนาดของ แรงดนั ไฟตรงทีเ่ กดิ จากการเรยี งกระแสได (Uncontrolled rectifier) ข. ใช SCR (Silicon Control Rectifier) เปนตัวเรียงกระแส ซ่ึงจะทําใหสามารถทําการควบคุม ขนาดของแรงดันไฟตรงท่ีเกดิ จากการเรียงกระแสได (Control rectifier) 2. วงจรแปลงผันไฟสลับเปนไฟสลับ (AC to AC converter) มีช่ือเรียกตามลักษณะหนาที่ของวงจร แปลงผัน เชน ก. วงจรควบคุมขนาดของแรงดันไฟสลบั (AC voltage controller) ข. วงจรควบคุมแรงดนั ไฟสลับใหค งที่ (AC voltage stabilizer) ค. วงจรแปลงผนั ความถี่ (Frequency converter) ง. วงจรแปลงผนั คาตวั ประกอบกาํ ลังไฟฟา (Power factor converter) 3. วงจรแปลงผันไฟตรงเปนไฟตรง (DC to DC converter) มีชื่อเรียกตามลักษณะหนาที่ของวงจร แปลงผัน เชน ก. วงจรแปลงผันแบบลดทอนระดบั แรงดนั (Buck converter) ข. วงจรแปลงผันแบบยกระดับแรงดัน (Boost converter) ค. วงจรแปลงผันแบบลดทอน/ยกระดบั แรงดัน (Buck/Boost converter) ง. วงจรแปลงผันแบบแยกระบบกราวนด (Ground separation system converter) 4. วงจรแปลงผันไฟตรงเปนไฟสลับ (DC to AC converter) มีชื่อเรียกกันโดยทั่วไปวา วงจร อินเวอรเ ตอร (Inverter circuits) ซึ่งแบงตามลกั ษณะการทํางานไดดังตอ ไปน้ี ก. วงจรแบบฮาลฟ บรดิ จ (Half bridge topology inverter) ข. วงจรแบบฟูลบริดจ (Full bridge topology inverter) ค. วงจรแบบพุช-พลู (Push-Pull topology inverter) จากรูปแบบการแปลงผันกาํ ลังทั้ง 4 รูปแบบดังท่ีไดกลาวมาแลวขางตน สามารถเขียนเปนผังแสดง ความสัมพันธข องวงจรการแปลงผนั กําลังไดดังในรปู ท่ี 1.9

24 อิเล็กทรอนิกสก ําลัง DC Rectifier AC V1 V1, f1 DC-DC converterDC-ACIn-vADeCCrt-eDr C-AC V : Voltage AC-AC converter f : frequency DC Rectifier AC V2 V2, f2 รปู ท่ี 1.9 ความสมั พันธของวงจรการแปลงผนั กําลงั จากรูปที่ 1.9 แสดงถึงการแปลงผันกําลังไป-มาหลายๆ รูปแบบ ซึ่งมีทั้งแบบการแปลงผันทางตรง และการแปลงผันทางออม โดยตามในรูปการแปลงผันทางตรงจะไดแก การเรียงกระแส (Rectifier) การแปลง ผันไฟตรงเปนไฟตรง (DC-DC converter) ซึ่งอาจจะเปนการแปลงระดับแรงดันจาก V1 ไปเปน V2 หรือจาก V2 ไปเปน V1 การแปลงผันไฟสลับเปนไฟลับ (AC-AC converter) ซึ่งอาจจะเปนการแปลงระดับแรงดัน ไฟสลับจาก V1 ,f1 ไปเปน V2 ,f2 หรือจาก V2 ,f2 ไปเปน V1 ,f1 สวนการแปลงผันทางออม จะไดแก จากแปลงผันจาก AC-DC-AC หรือการแปลงผันจาก DC-AC-DC ซ่ึงมีขอดีที่สามารถทําใหจํานวนเอาตพุตของวงจรการแปลงผันมีมากกวาหนึ่งวงจรได แตก็จําเปนที่จะตองใช วงจรการแปลงผนั หลายๆ วงจรมาประกอบกัน

บทท่ี 1 พืน้ ฐานของอิเลก็ ทรอนิกส์กาํ ลงั 25 1. จากวงจรในรูปที่ 1.10 จงคํานวณหาคาของกําลังไฟฟาสูญเสียที่ภาระ, ที่ทรานซิสเตอรและกําลังไฟฟา (ตอบ 20 W, 20 W และ 40 W) ทั้งหมดทส่ี ญู เสยี ในระบบ VCE Vs Io Vo= 10V 20V Q1 Ccoirncturoitl RL= 5 รปู ท่ี 1.10 2. จากวงจรในรูปท่ี 1.11 จงคํานวณหาคาของกําลังไฟฟาสูญเสียที่ภาระ และกําลังไฟฟาท้ังหมดท่ีสูญเสียใน ระบบ เมอื่ กาํ หนดใหคา Duty cycle ในการสวิตช มีคาเปน 80% (ตอบ 51.2 W และ 51.2 W) VSW Vs I o(dc) Vo(dc)= 16V 20V SW Ccoirncturoitl RL= 5 รูปที่ 1.11 3. หนา ที่หลกั ของระบบอเิ ลก็ ทรอนิกสก าํ ลังคืออะไร จงอธบิ าย (ตอบ เปน จัดแจงกําลงั ไฟฟาของระบบ) 4. องคประกอบหลักทางอิเล็กทรอนิกสกําลังมีอะไรบาง และองคประกอบอยางนอยที่สุดที่ทําใหเกิดเปน ระบบอิเลก็ ทรอนิกสก ําลังคอื ส่ิงใด และเปน เชนน้ันดว ยเหตุผลใด (Switch, L, C, Transformer และ Switch)

26 อเิ ล็กทรอนิกสกาํ ลงั 5. การกําเนิดความรอนดวยฮีตเตอรตอกับแหลงจายโดยตรง และการกําเนิดความรอนดวยวิธีการเหน่ียวนํา มี ความแตกตางกันอยางไร และแบบใดจัดวา ระบบอเิ ล็กทรอนกิ สก ําลงั (ตอบ ฮตี เตอรเปนทางดานไฟฟา กําลัง สว นวธิ กี ารเหนี่ยวนาํ จะใชร ะบบอิเล็กทรอนิกสกําลัง) 6. จงบอกขอดีและขอเสียของการนําบัลลาสตอิเล็กทรอนิกสมาใชเม่ือเปรียบเทียบกับบัลลาตสแกนเหล็กท่ีใช กันอยทู ว่ั ไป (ตอบ บัลลาตสอ ิเลก็ ทรอนกิ สประหยดั พลงั งานมากกวาบัลลาตสแกนเหล็ก) 7. จงบอกถงึ หนาท่ีหลกั ของตัวประมวลกําลังไฟฟาและตัวแปลงผนั กาํ ลังไฟฟา (ตอบ ดูหวั เรอ่ื งที่ 1.5) 8. จงบอกถงึ ประเภทของตวั แปลงผันกาํ ลังไฟฟา (ตอบ ดหู วั เรอ่ื งท่ี 1.5.2) 9. คาํ วา “อินเวอรเ ตอร” หมายถึงอะไร พรอ มกบั ยกตัวอยางของการใชงานประกอบคําอธบิ าย (ตอบ คือแปลงผนั ไฟฟากระแสตรงใหเปน ไฟฟากระแสสลับ เชน เคร่ืองจายไฟสํารองใหกับคอมพิวเตอร เมื่อไฟดบั ) 10. จงอธบิ ายถงึ การแปลงผันกําลงั ไฟฟาแบบทางออ มพรอมกบั ยกตัวอยางประกอบคาํ อธบิ าย (ตอบ ดูหวั เรือ่ งท่ี 1.5.2)