1

บทท 1

บทน ำ

1.1 ควำมส ำคญของปญหำ

การตดโลหะเปนกระบวนการหนงทมบทบาทส าคญในวงการอตสาหกรรม ไมเฉพาะแต

งานอตสาหกรรมหนกเทานน งานอตสาหกรรมขนาดยอม หรองานภายในครอบครวกมความจ า

เปนมาก เชนกน การตดโลหะทมประสทธภาพยงชวยใหงานอนๆ เชน การออกแบบ ทงทเปน

ชนสวนของเครองจกรเครองมอ และโครงสรางภาพแบบตางๆ มอสระในการออกแบบมากยงขน

เพราะไมตองค านงถงขอบเขตของรอยตดตางๆ ตอไป นอกจากนนยงชวยใหงานซอมแซม

ดดแปลงหรองานอดเรกอนๆ ส าเรจลงไดอยางมประสทธภาพและรวดเรวยงขน ซงปจจบนการตด

โลหะดวยอารคพลาสมาเปนทนยมมากขนเนองจากมความสะดวกรวดเรวและงานออกมาเรยบรอย ส าหรบเทคโนโลยการตดโลหะแผนทนยมใชกนในปจจบน เทคโนโลยการตดโลหะแผน

พฒนาไปมาก มกรรมวธการตดใหเลอกหลายวธ ท าใหสามารถตดชนงานดวยความแมนย าสง และ

ตดไดหนาขนกวาเดมมาก ในวธการตดแบบตางๆกมขอด ขอดอยตางกน การเลอกวธการตดให

เหมาะสมกบงานจงเปนสงจ าเปน เพอใหไดชนงานทเหมาะสมกบความตองการ ลดตนทนและเพม

โอกาสการแขงขนทางการตลาดในปจจบน มงานหลายประเภททสามารถใชวธในการผลตชนงาน

โดยการตดได และอาจจะเสยคาใชจายนอยกวาดวย พลาสมาคอ พลงงานความรอนทน ามาใชใน

การตดโลหะ ขอดของพลาสมาคอ สามารถตดงานไดหนา ( ขนอยกบกระแสไฟฟากระแสตรงท

ใช) และสามารถตดไดดวยความเรวสงกวาวธอนๆ

จากวรรณกรรมทเกยวของ เ รอง เครองตดโลหะดวยระบบพลาสมาแรงดนไฟฟา

กระแสตรง ( PLASMA CUTTING BY DC – HIGH VOLTAGE ) มการออกแบบและใช

งานไดตามเปาหมาย และทดสอบในสภาวะใชงานจรง แตปรากฏวาเครองตดพลาสมาสามารถท า

การตดแผนเหลกทมความหนาขนาดไมเกน 1.5 – 2.0 mm.

2

ขอจ ำกดเครองตดเดม

1.) ในภาระไรงาน ( No Load ) แบบเดมใชตวตานทานเปน Dummy Load ไมสามารถ

รบภาระไรงานไดมากเพราะจ ากดกระแสตดท 20 แอมป (ปรบปรงโดยใชอเลกทรอนกส

โหลดแทนตวตานทานโหลดแบบเดม)

2.) เนองจากแบบเดมกระแสตด ถกจ ากดกระแสตดไวไมเกน 20 แอมป ไมสามารถปรบ

กระแสไฟฟา DC ใหมากกวา 20 แอมป ( ท าใหเสยเวลาในการตดแผนโลหะทมขนาด

หนามากกวา 2.0 mm.)

3.) เนองจากแบบเดมใชเพยงแคโหมดการควบคมแรงดนดวย PWM เทานน ( ไมมโหมดการ

ควบคมกระแสดวย PWM จงปรบเพมกระแสตดไมได)

4.) เนองจากแบบเดมหมอแปลงความถสง ( Flyback Transformer ) ถกออกแบบมาส าหรบ

รบภาระงานทกระแสตดไมเกน 20 แอมป ( ตองออกแบบหมอแปลงความถสงใหมขนาด

ทเหมาะสมกบกระแสตดทมากขน )

ดงนนใน โครงงานวงจรควบคมกระแสตดพลาสมา (Currents Control Plasma Cutting) จะ

เปนการปรบปรงสมรรถภาพในการควบคมกระแสตดโลหะใหสงขนอยางมประสทธภาพ

1.2 วตถประสงคของโครงงำน

1. ศกษาคนควาใหเขาใจในทฤษฏการเกดพลาสมา และหลกการควบคมพลาสมาไดถกตอง 2. เพอออกแบบและจดสรางวงจรควบคมกระแสตดพลาสมาไดอยางมประสทธภาพ 3. เครองตดพลาสมาสามารถตดโลหะหนา 4-5 mm. ไดอยางมประสทธภาพ 4. เครองตดพลาสมาใชงานไดจรงมความปลอดภยและไดมาตรฐาน 5. สามารถน างานวจยนไปประยกตและพฒนาตอไปในอนาคตได

3

1.3 ขอบเขตของโครงงำน

1. ออกแบบวงจรควบคมกระแสตด ดวย IC เบอร TL494 2. สรางวงจรควบคมกระแสตด ไดประมาณ 20-30 แอมป

3. ออกแบบวงจรควบคมเครองก าเนดสญญาณอมพลสทความถสง และอปกรณอเลกทรอนกส

ก าลง เพอควบคมแรงดนสงและกระแสสงไดอยางมประสทธภาพ

1.4 ประโยชนของโครงงำน

1. ศกษาออกแบบและจดสรางวงจรควบคมกระแสตดพลาสมาไดตามมาตรฐานทก าหนด

2. สามารถน าความรของระบบพลาสมาไปประยกตและพฒนาตอไปในอนาคต

3. ลดตนทนและเพมโอกาสการแขงขนทางการตลาด ในอตสาหกรรมทเกยวของ

4. เครองตดพลาสมาตดชนงานดวยความแมนย าสง ตดไดหนาขน รอยตดมความเรยบเนยน

ระยะเวลาในการตดแผนเหลกสนลง

4

1.5 กระบวนกำรท ำงำนของเครองตดพลำสมำ

ภาพท 1.1 กระบวนการท างานของเครองตดพลาสมา

กระบวนการท างานของเครองตดพลาสมาจากแรงดนไฟฟา 220 VAC ผานวงจร Bridge

Rectifier เพอแปลงแรงดน AC เปน DC ใชเปนแหลงจายก าลงใหกบเครองตดพลาสมา พกดกระแส

ตดไมเกน 30 A และวงจรสรางแรงดนสง ความถสงโดยการออกแบบหมอแปลงไฟฟาแรงดนสง

เพอจดล าอารคพลาสมาพงตดโลหะดวยความรอนสง ความเรวสง ประหยดพลงงานและมความ

ปลอดภยส าหรบใชในอตสาหกรรมครวเรอนหรออตสาหกรรมขนาดเลกเปนสวนใหญ

5

1.6 วรรณกรรมทเกยวของ

1.) ทนงศกด อดเตน,ปรญญา ประสาตรสาน (พ.ศ.2556) “ เครองตดโลหะดวยระบบ

พลาสมาแรงดนไฟฟากระแสตรง” โดยเสนอการสรางวงจรแปรผนไฟฟากระแสสลบแบบฟลบรดจ

คอนเวอรเตอร ส าหรบเปนแหลงจายก าลงใหเครองตดพลาสมาทพกดก าลง 2 kW ตดเหลกหนา 2

mm. โดยใชความดนท 3 Bar ประสทธภาพโดยรวมขณะตดโลหะประมาณ 95%

2.) ประวทย ผวเงน,ธวชชย เสนจตรส,สทธพงศ ศรแฉลม,วระพล ฤทธชย (พ.ศ.2553)

“การปรบปรงสมรรถนะเครองตดพลาสมาโดยวงจรฮารฟบรดจคอนเวอรเตอร” โดยเสนอการสราง

วงจรแปรผนไฟฟากระแสสลบแบบฮารฟบรดจคอนเวอรเตอรส าหรบเปนแหลงจายก าลงใหกบ

เครองตดพลาสมา เครองตดพกดก าลง 2 kW ตดเหลกหนา 2 mm. ทความดน 3.5 Bar ประสทธภาพ

ขณะตดโลหะโดยรวม 60%

6

ภาพท 1.2 วงจรสรางเครองตดพลาสมาในงานวจยทผานมา [1]

การสรางเครองตดโลหะดวยระบบพลาสมาแรงดนไฟฟากระแสตรง ปรบกระแสตดโดย

ใชขดลวดความรอนเปนตวตานทานเพอปรบกระแสตด ซงเครองตดนมพกดก าลง 2 kW ตดเหลก

หนาไดสงสด 2 mm. ความดนมวลอากาศผานล าอารคพลาสมา 3 Bar ใชกระแสตดสงสด 20 A

7

ภาพท 1.3 วงจรสรางเครองตดพลาสมาในขอบเขตของโครงงาน

วงจรสรางเครองตดพลาสมาสวนนเปนการปรบปรงสมรรถนะการท างานของเครองตด ใน

สวนของหมอแปลงแรงดนสงความถสง (Flyback) โดยการปอนแรงดนอนพต 68 VDC แรงดน

ดานไฮโวลตออกท 17.38 kV ความถ 5.5 kHz แรงดนลม 3-5 Bar มอเลกทรอนกสโหลดเพอปรบ

กระแส Duty Cycle ในการตดเหลกตามขนาดทเหมาะสมได

8

บทท 2

ทฤษฎทเกยวของ

2.1 ควำมหมำยของพลำสมำ

พลาสมา คอ สภาวะทกาซเกดการแตกตว (Ionized) ประกอบดวย อเลกตรอน ไอออน

และอนภาคของกาซ ในสดสวนทท าใหประจสทธเปนศนย ท าใหโดยรวมแลวพลาสมายงคงสภาพ

เปนกลางทางไฟฟา ค านถกบญญตโดย แลงมวร (Irving Langmuir) ในป 1928 ใชเพอบรรยาย

สภาพกาซทถกท าใหเปนไอออนในการดสชารจดวยไฟฟา (Chen, 1984) ดงนนจงถอไดวาพลาสมา

เปนสถานะท 4 ของสสารเนองจากมลกษณะเฉพาะทแตกตางไปจากสถานะอนอยางชดเจนหาก

พจารณาชวงเปลยนสถานะของแขง - สถานะของเหลว – สถานะกาซ (Solid-Liquid-Gas) ถาเรา

เพมอณหภม ( คอการใหพลงงานจลนแกอนภาคของกาซ ) ใหกบกาซตอไปเรอยๆ เชนถง 20,000

K เราจะไดพลาสมาของกาซนน ( อณหภมอาจต ากวากไดแลวแตกลไกการท าใหเปนไอออนของ

กาซ ) พลาสมามลกษณะพเศษทนาสนใจเพราะวาแรงไฟฟาถอเปนแรงชนดไกล (Long Range

Force) และอนภาคของพลาสมาทกตวกระท าตออนภาคซงกนและกน เรยกวาเปนพฤตกรรมรวม

(Collective Behavior) พฤตกรรมรวมนหมายถงการเคลอนทของอนภาคในพลาสมา ไมเพยงแตจะ

ขนอยกบเงอนไขในบรเวณนนๆ เทานนแตเปนผลโดยรวมจากพลาสมาสวนใหญมากกวาจะเปน

ผมวลอากาศาจากการชนกนของอนภาคทอยใกลเคยงกน เนองจากอนภาคในพลาสมาทสถานะ

สมดลจะมการสนดวยความถทสงกวาความถในการชนกนของอนภาค 2 ตวทอยใกลกนดงนนอาจ

กลาวไดวาพฤตกรรมรวมนเปนพฤตกรรมทกลมพลาสมาแสดงออกมารวมกนพลาสมาสามารถเกด

ไดโดยการใหสนามไฟฟาปรมาณมากแกกาซทเปนกลาง เมอพลงงานสงผานไปยงอเลกตรอนอสระ

มากพอจะท าใหอเลกตรอนอสระชนกบอะตอมและท าใหอเลกตรอนหลดออกจากอะตอม

กระบวนการน เรยกวากระบวนการแตกตวเปนไอออน (Ionization) ซงจะเกดขนอยางรวดเรว ท า

ใหจ านวนอเลกตรอนทหลดออกมานเพมจ านวนขนอยางมากซงจะท าใหกาซแตกตวและกลายเปน

พลาสมาในทสด (ธรวรรณ, 2546)

9

2.2 กระบวนกำรเกดพลำสมำ

(1) Ionization

ในการเกดปฏกรยาของพลาสมาในหองสญญากาศ ซงมกาซไหลผานในระดบคงทและ

ความดนต ามากๆ โมเลกลหรออะตอมของกาซในสญญากาศ อาศยการชนของอเลกตรอนกบ

โมเลกลหรออะตอมเปนส าคญ โดยคลนวทยหรอคลนไมโครเวฟท าหนาทเรงอเลกตรอนใหม

พลงงานจลนไปชนกบโมเลกลหรออะตอมดงสมการท (2.1) ซงในกรณนแสดงวาพลงงานจลนของ

อเลกตรอนนนมคามากกวา Ionization Energy

e- + →

+ 2e- (2.1)

(2) Excitation

พลงงานทสงผานเมออเลกตรอนกระโดดไปอยในระดบพลงงานทสงกวา ท าใหอะตอมนน

ไปอยในสถานะกระตน ซงแสดงวาพลงงานจลนของอเลกตรอนมคานอยกวา Ionization Energy

ดงแสดงในสมการท (2.2) โดย * คออะตอมของอะเซทลนทอยในสถานะกระตน

e- + → + (2.2)

(3) Dissociation

กระบวนการสดทายทสามารถเกดขนได โดยโมเลกลเกดการแตกตว (Dissociation) ซง

โมเลกลของอะเซทลนสามารถเกดการแตกตวดงแสดงในสมการ (2.3) – (2.7)

e- + → + + (2.3)

e- + → +2 + (2.4)

e- + → + + (2.5)

10

e- + → (2.6)

e- + → + + (2.7)

ผลของการแตกตวจะเพมประสทธภาพของการเกดปฏกรยาทางเคม คอ ผลผลตทไดจะม

ความไวตอการเกดปฏกรยาเรวกวาตอนททอะตอมยงไมแตกตว การแตกตว (Dissociation) อาจ

เกดควบคกบ Ionization หรอไมกได ถาเกดคกนจะเรยกวา Dissociative Ionization ซงโมเลกลของ

อะเซทลนสามารถเกดการ Dissociative Ionization ไดดงสมการ (2.8) – (2.13) (Locth Et Al, 1995)

e- + → + + (2.8)

e- + → + + (2.9)

e- + → + + + (2.10)

e- + → + (2.11)

e- + → + (2.12)

e- + → + + (2.13)

เมอกาซไดรบพลงงานจากคลนวทย (RF) หรอคลนไมโครเวฟ ทความดนต า เราจะมองเหน

พลาสมาทเปลงแสงออกมา เนองมาจากพลงงานภายนอกท าใหเวเลนซอเลกตรอนเปลยนจาก

สถานะพนไปอยในสถานะถกกระตนโดยธรรมชาตอเลกตรอนจะอยในสถานะกระตนไดเพยง

ประมาณ 10 -18 วนาท(s) (Lieberman, 1994) หลงจากนนเวเลนซอเลกตรอนจะกลบคนสสถานะ

พนพรอมทงปลดปลอยพลงงานออกมาในภาพคลนแมเหลกไฟฟา ซงอยในชวงความยาวคลนทตา

สามารถเหนได(Visible Light) การเปลงแสงของพลาสมาสามารถบงถงลกษณะของกาซทแตกตว

ได เชน กาซอารกอนจะเปลงแสงสมวง อากาศและกาซไนโตรเจนจะเปลงแสงเปนสชมพซงบง

บอกถงสภาวะกระตนโมเลกลของไนโตรเจน

11

พลำสมำทควำมดนบรรยำกำศ (Atmospheric Pressure Plasma)

การผลตพลาสมาในปจจบนยงถกจ ากดอยภายใตสภาวะสญญากาศเปนหลกท าใหมคาใช

จายดานระบบสญญากาศและการบ ารงรกษาทสงมาก การผลตพลาสมาทความดนบรรยากาศจงขาม

ขอจ ากดเรองสภาวะสญญากาศออกไปและคาดวาจะมสวนส าคญทชวยเพมศกยภาพของงานระบบ

พลาสมาใชในระดบอตสาหกรรมไดมากขน

ระบบผลตพลำสมำทควำมดนบรรยำกำศแบบไดอเลกตรกแบรเออร

การสรางพลาสมาแบบไดอเลกตรกแบรเออรนนประกอบดวยสวนส าคญ 2 สวนใหญๆ นน

คอ

1. แหลงก าเนดไฟฟาศกยสงความถสง

2. หองก าเนดพลาสมา มขอไดเปรยบกวาระบบผลตพลาสมาทวไป นนคอ สามารถจด

พลาสมาในความดนบรรยากาศไดและไมตองการปมสญญากาศซงมราคาแพง จากขอไดเปรยบท

กลาวมานนสามารถน าไปประยกตใชในระบบอตสาหกรรมไดเปนอยางด โดยหลกการเบองตน

ของพลาสมาแบบไดอเลกตรกแบรเออรทความดนบรรยากาศ คอใชความตางศกยระหวางขวไฟฟา

จดพลาสมาโดยขวไฟฟาจะถกคนหรอปด คลมโดยวตถไดอเลกตรกเพอปองกนการอารคของ

พลาสมา ซงจะท าใหวตถไดอเลกตรกถกท าลายสวนประกอบส าคญของระบบผลต

พลาสมานนถกแสดงใน ภาพท 2.1 แผนภาพแสดงองคประกอบแหลงก าเนดพลาสมาทความดน

บรรยากาศ

ภาพท 2.1 แผนภาพแสดงองคประกอบแหลงก าเนดพลาสมาทความดนบรรยากาศ

12

ซงเปนวงจรก าเนดไฟฟาศกยสงนนใชหลกการสวตชงแบบฟลบลดจอนเวอรเตอร ซงแปลงไฟ

กระแสตรงจากแหลงก าเนดไฟกระแสตรงทปรบคาได 0-200 V ไปเปนกระแสไฟสลบภาพคลน

สเหลยมทความถ 18 kHz โดยใชสวตชอเลกโทรนกส MOSFET เบอร IRFP460 ซงรบสญญาณ

สเหลยมจาก IC TL494CN และ กระแสไฟภาพคลนสเหลยมนนจะถกกรองดวย วงจรตวเหนยวน า

และตวเกบประจ เพอลดสญญาณทฮารโมนกสงๆ กอนทจะถกจายเขาสหมอแปลงไฟความถสง

Flyback Transformer ทมสดสวนของขดลวดดานปฐมภมตอทตยภมเปน 1 ตอ 32 เพอใหไดไฟฟา

ศกยสงซงสามารถจายไฟไดสงสดท 6000 Vrms อยางไรกตามความตางศกยทสามารถจายไดขนอย

กบชนดของกาซทใชจดพลาสมา สวนการควบคมพลงงานของพลาสมาน นจะควบคมผาน

แหลงก าเนดไฟฟากระแสตรงทปรบคาได ซงสวนนจะมสวนควบคมแบบปอนกลบและวงจร

ปองกนกระแสเกน โดยหากปรบความตางศกยใหสงขนพลงงานของพลาสมากจะสงขนดวย

อยางไรกตามการ ควบคมพลงงานของพลาสมายงคงไมคงทนกเนองจากเปนการควบคมท

ความตางศกยอกทงพลาสมามความตานทานเชงซอนทไมคงท กระแสไฟฟาทไหลผานพลาสมาจง

ไมคงทไปดวยจงยงตองมการปรบจนความตางศกยเสมอ ตลอดเวลาการท างานเพอใหพลงงานของ

พลาสมาคงทปญหาสวนนจะถกแกโดยหากมการเพมสวนของไมโครคอนโทลเลอร เขาไปเพอ

ควบคมกระแสไฟฟาและความตางศกยโดยตรง ซงหองก าเนดพลาสมาถกออกแบบใหเปนระบบ

ปด ทประกอบดวย ขวไฟฟา 2 ขว ทภาพรางเปนวงกมวลอากาศ เสนผานศนยกลาง 10 เซนตเมตร

โดยมไดอเลกตรก 2 ชนปดคลมแตละขวไฟฟาเพอปองกนการอารคของพลาสมาและเวนชองวาง

ตรงกลางไดอเลกตรกไว 2 มลลเมตร เพอจดพลาสมา หองก าเนดพลาสมานนประกอบขนจาก

อะครลก เพอประโยชนในการมองเหนและยงเปนชนวนไฟฟาอยางดและขวไฟฟาแตละขวจะถก

ตดกบแผนระบาย ความรอนและพดมวลอากาศระบายความรอน เพอปองกนขวไฟฟามความรอน

สะสมสงเกนไป ซงจะท าใหไดอเลกตรกและวสดทน ามาผานพลาสมาถกท าลาย นอกจากนยงม

การวดความตางศกย กระแสไฟฟาและการถายเทประจของพลาสมาผาน High Voltage Probe ตว

ตานทาน 50 โอหมและตวเกบประจ 0.1 ไมโครฟารดตามล าดบ

13

ปฏกรยำเคมของพลำสมำ (Plasma Surface Chemistry)

ในสถานะพลาสมาทประกอบไปดวยอนภาคทพลงงานมาก เชน ไอออน อเลกตรอน หรอ

โปรตอน ซง สามารถถายพลงงานใหกบโมเลกลหรออะตอมของสสารทสมผสอยกบพลาสมาได

ท าใหอะตอม หรอโมเลกลของ สสารเหลานหลดออกจากต าแหนงเดมไปหรอท าใหพนธะระหวาง

อะตอมในสสารถกท าลาย สงผลใหเกดการแตก ตวของโมเลกล หรอการจดเรยงตวของอะตอมหรอ

โมเลกลใหมเปนโครงสรางใหม เชน การโพลเมอรไรเซชน หรอการเชอมกบโมเลกลสมบตของ

วสดหรอสสารเหลานจงถกปรบปรงหรอเปลยนแปลงไปจากเดม เชน ผาไหม เมอถกปรบสภาพ

ดวยพลาสมาของอารกอนจะสามารถซมซบน าไดดขนโครงสรางของแปงมนส าปะหลงทจบแนน

กนมากขนลดการดดกลนความชนชวยยดอายการจ าหนายหรอการเกบรกษาใหยาวขน

2.3 ทฤษฎของเครองตดพลำสมำ [4]

การตดโลหะเปนกระบวนการหนงทมบทบาทส าคญในวงการอตสาหกรรม ไมเฉพาะแต

งานอตสาหกรรมหนกเทานน งานอตสาหกรรมขนาดยอม หรองานภายในครอบครวกมความจ า

เปนมากเชนกน การตดโลหะทมประสทธภาพยงชวยใหงานอนๆ เชน การออกแบบ ทงทเปน

ชนสวนของเครองจกรเครองมอ และโครงสรางภาพแบบตางๆ มอสระในการออกแบบมากยงขน

เพราะไมตองค านงถงขอบเขตของรอยตดตางๆ ตอไป นอกจากนนยงชวยใหงานซอมแซม

ดดแปลงหรองานอดเรกอนๆ ส าเรจลงไดอยางมประสทธภาพและรวดเรวยงขน ซงปจจบนการตด

โลหะดวยอารคพลาสมาเปนทนยมมากขนเนองจากมความสะดวกรวดเรวและงานออกมาเรยบรอย

2.3.1 อำรคพลำสมำ

พลงงานทเกดจากพลาสมาจะมพลงงานความรอนสงจงน ามาสการท าใหอารคพลาสมาเพอ

น าความรอนทไดมาใชในการตดโลหะ การอารคพลาสมาสามารถสรางได โดยอารคดวยไฟฟาเปน

การใหความรอนแกกาซตวกลางและเมอกาซวงผานอารคไฟฟา กระแสทผานท าใหกาซไดรบความ

14

รอนและพลงานเกดการแตกตวของโมเลกล เกดการไอออไนซกลายเปนล าอารคพลาสมาในทสด

ดงภาพท 2.2

ภาพท 2.2 การเกดล าอารคพลาสมาเมอกาซตวกลางวงผานอารคดวยไฟฟา

ล าอารคพลาสมาทเกดขนจะมอณหภมสงมากและอณหภมในล าอารคพลาสมาน จะขนอย

กบกระแสทไหลผานอารคภาพรางของล าอารค รวมทงความเรวของกาซทไหลผานล าอารค

พลาสมาดวยโดยทอณหภมในแกนกลางของล าอารคพลาสมาอาจสงถง 20000-30000 K และ

อณหภมรอบนอกล าพลาสมาอาจลดลงเหลอเพยง 4000-5000 K ดงภาพท 2.3

ภาพท 2.3 ระดบอณหภมของล าอารคพลาสมา

15

2.3.2 ระบบกำรท ำงำนของเครองตดพลำสมำมระบบกำรท ำงำนหลก 2 ชนด

1. High Voltage Charge Without Pilot Terminal And With Pilot หลกการท างานของ

เครองตดพลาสมาแบบ High Voltage Charge Without Pilot Terminal อาศยหลกการชารจแกส

หรอมวลอากาศใหเปลยนสถานะเปนพลาสมาดวยแรงดนไฟฟาทสง เพอท าใหอนภาคของแกสแตก

ตวเปนไอออไนต ทสามารถน ากระแสไฟฟาไดหรอใหไอออไนตเปนทางเดนของกระแสไฟฟา

นนเอง โดยในชวงเรมตนเมอมวลอากาศหรอแกสผานหวตดออกไปสภายนอก โดยใหระยะทคอน

แทคทปหางจากชนงานไดมากทสดไมเกน 0.3 มลลเมตร โดยทชนงานจะตองท าตวเปนขวบวก

(หรอขวไฟฟากระแสนยมเนองจากตองการใหบรเวณชนงานรบประจลบเพอเพมอณหภมให

ชนงานมความรอน 70 % ตอมาเมอกดสวตชครงแรกแรงดนทสงระดบ 2-4 kV จะไหลผานคอยล

โชคแรงดนสงเหนยวน ามายงขวลบของเครองตด เพอใหเกดการชารจมวลอากาศหรอแกสเปน

พลาสมาน ากระแสใหไหลผานครบวงจรกบชนงานทเปนโลหะ โดยมวลอากาศทเปลยนสถานะเปน

พลาสมาและมกระแสไหลผานในปรมาณทมากจะมความรอนสงขนาด 3300 องศาเซลเซยสเปน

อยางนอย ท าหนาทละลายโลหะทแขงใหกลายเปนของเหลวและถกเปาออกไปดวยแรงมวลอากาศ

จากสายตดท าใหสามารถตดโลหะไดขาด การอารคจะถกควบคมใหคงทดวยแรงดนขณะอารค

ประมาณ 300 โวลต สวนแกปทเอาไวใหแรงดนสงกระโดดน นจ าเปนตองมไวเพราะรกษา

ธรรมชาตของแรงดนทสง ทมนตองการหาชองวางทเหมาะสมกบขนาดแรงดนของตวมนเองเปน

ทางผานใหไหลครบวงจร ซงมนมความส าคญในการเรมตนอารค ซงระยะทเปลยนแปลงไปจะท า

ใหการอารคแปรเปลยนดวยอาจจะเรมตนอารคชาเกนไปหรอไมเกดการอารคขนเลย ถาปรบระยะ

แกปไดเหมาะสมการอารคจะงายและรนแรง ดงภาพท 2.4

16

ภาพท 2.4 CUTTING ARC

2. Pilot Arc or hot start (Tafimate) Plasma Cutting Machine Pilot Arc เปนระบบการ

ตดเรมตนดวยการวางหวตด พลาสมา ใกลกบชนงานโลหะ เมอกดสวทซ กระแสอารคจะวงเขาหา

ชนงานโลหะนนทนท ดวยระบบความถสง ระบบนมประโยชนมากส าหรบการตดชนงานโลหะทม

สเคลอบทบไวหรอชนงานโลหะทเปนสนม ดงภาพท 2.5

ภาพท 2.5 PILOT ARC

17

2.3.3 สวนประกอบของเครองตดพลำสมำ

เครองตดพลาสมาจะมสวนประกอบหลกๆ คอ สวนของแหลงจายไฟฟากระแสตรง

เพอเปนแหลงพลงงานหลกในการตดโลหะ มสวนของเครองอดอากาศและอกสวนทส าคญคอสวน

ของหวตดพลาสมา ภาพท 2.6

ภาพท 2.6 องคประกอบของเครองตดพลาสมา

- หวตดพลำสมำ (Plasma-Cutting Torch Head)

หวตดพลาสมาทใชในการตดโลหะตองเลอกใหมความเหมาะสมกบพกดก าลงของ

ตวเครองเนองจากการท างานของหวตดพลาสมาแตละหวจะมพกดกระแสและแรงดนทใชงานใน

การตดทแตกตางกนโดยสวนประกอบของหวตดพลาสมา แสดงดงภาพท 2.7

18

ภาพท 2.7 สวนประกอบของชดหวตดพลาสมา (Torch Head)

สวนประกอบของหวตดใน ภาพท 2.7 สามารถแบงได 2 แบบดวยกนคอแบบ Shielded Part

และแบบ Unshielded Part โดยมสวนทแตกตางกน คอแบบ Shielded Part จะม Shield เพอปองกน

สวนของ Nozzle ไมใหเกดความเสยหายเนองจากความรอนขณะตดโลหะ ซงสามารถอธบายหนาท

ของแตละสวนไดดงน

1. Shield เปนสวนปลายสดของหวตดเพอปองกนสวนของ Nozzle ไมใหเกดความเสยหาย

2. Retaining Cap เปนชนสวนนอกสดของหวตดเพอจบยดสวนประกอบอนๆ กบสวนของ

Torch Head

19

3. Nozzle เปนชนสวนทใชบบอารคพลาสมาผานชองรเลกๆ ทอยตรงปลายของหว Nozzle

เปนไปอยางรวดเรวเพอใหเกดล าอารคพลาสมา

4. Electrode เปนสวนของตวน าไฟฟาจากแหลงจายแรงดนไฟฟากระแสตรงเพอใหเกด

อารคไฟฟาหลกซงเปนสวนทตอจาก Swirl Ring

5. Swirl Ring เปนสวนทท าใหอากาศถกบบอดใหผานชองรเลกๆ ทางดานขางท าใหอากาศ

เคลอนทหมนผานไปยงขว Electrode ไปอยางรวดเรว

6. Torch Head เปนสวนนอกสดทใชจบยดสวนของ Retaining Cap เพอยดสวนประกอบ

ตางๆ เขาดวยกน

2.3.4 หลกกำรท ำงำนของเครองตดพลำสมำ

หลกการท างานของหวตดพลาสมาจะเรมจากพลาสมากาซไหลผานเขา Swirl Ring อากาศจะ

ถกบบใหผานชองรเลกๆ ทางดานขางท าใหอากาศเคลอนทหมนผานเปนเกลยวไปยงหว Electrode

ในขณะทหว Electrode มไฟฟากระแสตรงหลกรออยและเมอไดรบการกระตนการเรมอารคไฟฟา

จากชดแรงดนสง-ความถสงกจะท าใหอากาศรอบๆ หว Electrode เกดการแตกตวพรอมการอารค

หลกจะเรมท างานและเกดเปนอารคพลาสมาขนมา หลงจากนนอารคพลาสมาดงกลาวนนจะไหล

ผานเขาสรเลกๆ ทอยตรงกลางของหว Nozzle ซงท าหนาทบบอดอารคพลาสมาทเกดขนใหเกดเปน

ล าอารคพลาสมาทสมบรณแลววงออกไปสชนงานตอไป

จากทไดกลาวมาเครองตดพลาสมาสามารถตดโลหะไดหลากหลายชนดทง อลมเนยม คารบอน

สแตนเลส ทองแดง ทองเหลอง บรอนซ นกเกล อลลอย เซอรโครเมยม เปนตน ซงขบวนการตดจะ

แตกตางกนไปบางกขนอยกบความหนาของโลหะ และการเลอกใชขนาดของหวตดใหเหมาะสมกบ

ชนงาน ทงนกาซตวกลางทน ามาเปนสวนของกาซพลาสมากตองเลอกใชใหเหมาะสมกบเนองานท

น ามาใชดวย เพอใหการตดชนงานมประสทธภาพและมความเรยบรอย อยางไรกตามคณภาพของ

ชนงานทตดกขนอยกบความช านาญของผใชเปนสวนส าคญดวย

20

2.3.5 ควำมไดเปรยบของเครองตดพลำสมำ

ความไดเปรยบของเครองตดพลาสมาทใชในการตดโลหะมอยหลายประการ สามารถแบงเปน

ขอๆ ได ดงน

1. สามารถตดชนงานทมความเวาโคงหรอภาพรางตางๆ ไดโดยงาย

2. สภาพรอยตดจะมความราบเรยบและออกมาสวยงามมความเรยบรอย

3. สามารถท าความเรวในการตดโลหะไดเนองจากล าอารคพลาสมามความรอนสงมาก

4. ความรอนทเกดจากการตดโลหะจะกระจายความรอนในวงแคบๆ

5. มความสะดวกในการใชงาน

ในความไดเปรยบหลายประการของเครองตดพลาสมานนกยงมขอทตองค านงถงคอ เรองของ

ราคาตนทนทคอนขางสงจงคอนขางไมไดรบความนยมในภาคอตสาหกรรมเปนหลก อยางไรกตาม

ในอนาคตอนใกลน การน าเทคโนโลยการตดโลหะดวยอารคพลาสมาจะไดรบความนยมมากยงขน

ในภาคอตสาหกรรมครวเรอนเชนกนเมอมการพฒนาใหมขนาดเลกกะทดรดมความสะดวกในการ

ใชงาน รวมทงเรองของราคาทถกลงและมความเหมาะสมกบการใชงานมากยงขน ซงปจจบนกม

แนวโนมเปนเชนนนทราคาของเครองตด

2.4 วงจรเรยงกระแสแบบบรดจ (Bridge Rectifier)

การเรยงกระแสแบบบรดจสามารถใชไดโอดเดยวสตวมาตอกนหรอสามารถใชไดโอดบรดจแบบแพคเกจส าเรจภาพกได เรยกวาการเรยงกระแสแบบเตมคลนเพราะใชคลนไฟฟา

กระแสสลบทงหมด(ทงดานบวกและดานลบ) ตวเรยงกระแสแบบบรดจจะเกดแรงดนตกครอม

1.4V เพราะไดโอดแตละตวจะตกครอมเทากบ 0.7V ขณะน ากระแส และบรดจมการน ากระแสสอง

ตวพรอมกน, ดงแสดงในภาพท 2.8 ตวเรยงกระแสแบบบรดจจดแบงตามกระแสสงสดทสามารถ

ผานไดและแรงดนกลบสงสดททนได (ในการเลอกใชงานอยางนอยตองสงเปนสามเทาของแรงดน

แหลงจาย RMS นนคอวงจรเรยงกระแสจะสามารถทนแรงดนยอดได)

21

ก. วงจรเรยงกระแส ข. ภาพคลนวงจรเรยงกระแส

ภาพท 2.8 วงจรเรยงกระแสเตมคลนแบบบรดจ

จากภาพท 2.8 (ก) การท างานไดโอดสลบคกนน ากระแสเปลยนกลบตลอดการตอ ดงนน

ทศทางสลบกนของไฟฟากระแสสลบจงถกแปลงเปนไฟกระแสตรงทศทางเดยว สวนภาพท 2.8 (ข)

เปนเอาทพท ไฟกระแสตรงเตมคลน (ใชคลนไฟฟากระแสสลบทงหมด) และสตรการค านวณใน

การค านวณหาแรงดนไฟฟากระแสตรงมดงสมการท 1.1

(√ ) (1.1)

2.5 ฟลำยแบคคอนเวอรเตอร ( Flyback Converter) [2]

คอนเวอรเตอรนบวาเปนสวนส าคญทสดในสวตชงเพาเวอรซพพลาย มหนาทลดทอน

แรงดนไฟตรงคาสงลงมาเปนแรงดนไฟตรงคาต า และสามารถคงคาแรงดนได คอนเวอรเตอรม

หลายแบบขนอยกบลกษณะการจดวงจรภายใน โดยคอนเวอรเตอรแตละแบบจะมขอดขอเสยท

แตกตางกนออกไป การจะเลอกใชคอนเวอรเตอรแบบใดส าหรบสวตชงเพาเวอรซพพลายนนมขอ

ควรพจารณาจากลกษณะพนฐานของคอนเวอรเตอรแตละแบบดงนคอ

-ลกษณะการแยกกนทางไฟฟาระหวางอนพตกบเอาตพตของคอนเวอรเตอร

-คาแรงดนอนพตทจะน ามาใชกบคอนเวอรเตอร

-คากระแสสงสดทไหลผานเพาเวอรทรานซสเตอรในคอนเวอรเตอรขณะท างาน

-คาแรงดนสงสดทตกครอมเพาเวอรทรานซสเตอรในคอนเวอรเตอรขณะท างาน

-การรกษาระดบแรงดนในกรณทคอนเวอรเตอรมเอาตพตหลายคาแรงดน

22

-การก าเนดสญญาณรบกวน RFI/EMI ของคอนเวอรเตอร

ฟลบรดจคอนเวอรเตอร ขณะท างานจะมแรงดนตกครอมขดไปมาเทากบแรงดนอนพต แต

แรงดนตกครอมเพาเวอรทรานซสเตอรมคาเพยงครงหนงของแรงดนอนพตเทานน และคากระแส

สงสดทเพาเวอรทรานซสเตอรแตละตวนน มคาเปนครงหนงของคากระแสสงสดใน ฮารฟบรดจ

คอนเวอรเตอรทก าลงขาออกเทากน เนองจากขอจ ากดดานเพาเวอรทรานซสเตอรลดนอยลงไป

ก าลงงานสงสดทไดจากฟลบรดจคอนเวอรเตอรจงมคาสง ตงแต 500-1000 วตต แสดงดงภาพท 2.9

ภาพท 2.9 วงจรพนฐานของฟลายแบคคอนเวอรเตอร

จากภาพท 2.9 เพาเวอรทรานซสเตอร Q1 ในฟลายแบคคอนเวอรเตอรจะท างานใน

ลกษณะเปนสวตช และจะน ากระแสตามค าสงของพลสสเหลยมทปอนใหทางขาเบส เนองจากหมอ

แปลง T1 จะก าหนดขดไพรมารและขดเซคนดารใหมลกษณะกลบเฟสกนอย ดงนนเมอ Q1

น ากระแส ไดโอด D1 จงอยในลกษณะถกไบแอสกลบและไมน ากระแส จงมการสะสมพลงงานท

ขดไพรมารของหมอแปลง T1 แทน เมอ Q1 หยดน ากระแส สนามแมเหลก T1 ยบตวท าใหเกดการ

กลบขวแรงดนทขดไพรมารและเซคนดาร D1 กจะอยในลกษณะถกไบแอสตรง พลงงานทสะสมใน

ขดไพรมารของหมอแปลงกจะถกถายเทออกไปยงขดเซคนดาร และมกระแสไหลผานไดโอด D1

ไปยงตวเกบประจเอาตพต Co และโหลดได คาของแรงดนทเอาตพตของคอนเวอรเตอรจะขนอยกบ

คาความถการท างานของ Q1 ชวงเวลาน ากระแสของ Q1 อตราสวนจ านวนรอบของหมอแปลง และ

คาของแรงดนทอนพตเมอวงจรท างานอยในสภาวะคงท

23

2.6 หมอแปลงไฟฟำ (Transformer) [3]

หมอแปลงไฟฟาเปนอปกรณทใชส าหรบเปลยนแรงดนไฟฟากระแสสลบใหสงขน หรอ

ต าลงตามทตองการซงประกอบดวยขดลวด 2 ขดหรอมากกวาพนอยบนแกนเหลก ซงจะมการ

ถายทอดพลงงานไฟฟาจากขดลวดหนงไปสอกขดลวดหนงในทางสนามแมเหลก ซงเสนแรง

แมเหลกจะเกดขนในแกนเหลกทขดลวดพนอยนนเอง ขดลวดทตอเขากบแหลงจายไฟฟาหรอตน

ก าเนดแรงดน เรยกวา ขดลวดปฐมภม (Primary Winding) สวนอกชดตอเขากบเครองใชไฟฟา

เรยกวา ขดลวดทตยภม (Secondary Winding) เมอปอนพลงงานเขาทางขดปฐมภมทมความถและ

แรงดนทก าหนด จะไดพลงงานของขดทตยภมทมความถเทากน และแรงดนขนาดตางๆ ตามท

ตองการ ไดนนจะขนอยกบคาความตานทานของขดลวด คาความเหนยวน า ระยะหางของขดลวด

ตวน า ถาแรงดนไฟฟาทางดานขดทตยภมมคาสงกวาขดปฐมภม เรยกวาหมอแปลงแบบ (Step-

down Transformer) หมอแปลงไฟฟาสามารถใชไดอยางกวางขวางดวยวตถประสงคตาง ๆ กน เชน

ในระบบสอสารจะใชหมอแปลงส าหรบปรบคา อมพแดนซ ของวงจรส าหรบทางเขา และทางออก

เพอใหไดพลงงานถายทอด ระหวางวงจรรบและวงจรสงมากทสด ในระบบสายสงพลงไฟฟาใช

หมอแปลงเพอเพมแรงดนใหสงขน เพอลดพลงงานสญเสยสายสงใหนอยทสด แตเมอถงปลายทาง

แลว จ าเปนตองใชหมอแปลงเพอลดแรงดนใหต าลง เพอความปลอดภยของผใชไฟ ส าหรบหมอ

แปลงทใชในเครองเชอมเปนการเพอคากระแสไฟฟาใหสง เพอใหเพยงพอทจะใหความรอนแก

ชนงานทจะเชอมได

2.6.1 ขอสงเกตบำงประกำรเกยวกบหลกกำรพนฐำนของหมอแปลงไฟฟำ มดงน

1. ถากระแสไฟฟาดานปฐมภมเพมขนจะท าใหกระแสไฟฟาดานทตยภมเพมขนดวยและถา

กระแสไฟฟาดานปฐมภมลดลงกจะท าใหกระแสไฟฟาดานทตยภมลดลงดวยเชนเดยวกนดงนนจง

สรปไดวา ไฟฟากระแสสลบทเกดขนทางดานทตยภม มความถเทากบไฟฟากระแสสลบทางดาน

ปฐมภม

2. แมขดลวดทงสองของหมอแปลงไฟฟาจะแยกออกจากกน แตพลงงานจากดานปฐมภม

สามารถทจะสงผานไปยงดานทตยภมได ทงนเนองจากพลงงาน ไฟฟาทางดานปฐมภมไดเปลยนไป

24

เปนพลงงานแมเหลก สวนทางดานทตยภมจะเปลยนกลบจากพลงงานแมเหลก ใหเปนพลงงาน

ไฟฟานนเอง

2.7 ตวเหนยวน ำ (Inductor)

ตวเหนยวน า (Inductor) เปนอปกรณทนยมใชในการปรบความถของเครองรบวทยและ

โทรทศนโดยอาศยหลกการของลวดทองแดง น ามาขดหลาย ๆ รอบทเรยกวาคอย (Coil) แลวจาย

กระแสไฟฟาเขาไป เพอใหแสดงคณสมบตของตวเหนยวน า โครงสรางประกอบดวยขดลวด (Coil)

พนรอบแกน (Core) ซงแกนนอาจจะเปนแกนอากาศ แกนเหลก หรอแกนเฟอรไรทขนอยกบ

คณสมบตของการเหนยวน าไฟฟา ตวเหนยวน าชนดตาง ๆ แสดงดงภาพท 2.10

ภาพท 2.10 ตวเหนยวน าชนดตางๆ

สญลกษณของตวเหนยวน าเขยนไดหลายลกษณะขนอยกบแกนทใช ภาพท 2.11 ก. แสดง

สญลกษณของตวเหนยวน าแบบแกนอากาศ มลกษณะเปนขดลวดและมขาตอใชงานสองขา ภาพ ข.

แสดงสญลกษณของตวเหนยวน าแบบทใชแกนเหลก มลกษณะเปนขดลวดมขาตอใชงาน และม

เสนตรงอยดานบนขดลวด 2 เสน ภาพ ค. แสดงสญลกษณของตวเหนยวน าแบบทใชแกนเฟอรไรท

มลกษณะเปนขดลวดมขาตอใชงาน และมเสนประอยดานบนขดลวด 2 เสน ภาพ ง. แสดง

25

สญลกษณของตวเหนยวน าแบบปรบคาได มลกษณะคลายกบแบบทใชแกนเฟอรไรท แตตางกน

ตรงทมลกศรพาดหมายถงสามารถปรบคาได

ก. แกนอากาศ ข. แกนเหลก ค. แกนเฟอรไรท ง. ปรบคาได

ภาพท 2.11 แสดงสญลกษณของตวเหนยวน าแบบตางๆ

2.7.1 ปจจยทมผลตอควำมเหนยวน ำ

คาความเหนยวน าจะมคามากหรอนอยขนอยกบตวแปร 4 ประการคอ

1. จ านวนรอบของขดลวดเขยนแทนดวยอกษร N ถาจ านวนรอบของขดลวดมปรมาณมาก

กจะท าใหเกดคาความเหนยวน ามากขนตามไปดวย คาความเหนยวน าจะแปรผนตรงกบจ านวนรอบ

ของขดลวด

2. วสดทน ามาท าเปนแกน เขยนแทนดวยสญลกษณ u วสดทน ามาท าเปนแกนมหลาย

ชนดเชน อากาศ, เหลก, เฟอรไรท, โคบอล ฯลฯ เปนตน แตละชนดจะมคณสมบตในการเพมความ

เขมสนามแมเหลก ทเรยกวาความซมซาบ (Permeability) แตกตางกน ในกรณทมความซมซาบมาก

กจะท าใหเกดคาความเหนยวน ามาก คาความเหนยวน าจะแปรผนตรงกบความซมซาบของแกน

3. พนทหนาตดของแกน เขยนแทนดวยอกษร A ถาพนทของแกนมปรมาณมาก กจะท าให

เกดคาความเหนยวน ามากขนตามไปดวย คาความเหนยวน าจะแปรผนตรงกบพนทของแกน

4. ความยาวของแกน เขยนแทนดวยอกษร l ถาความยาวของแกนมปรมาณมากกจะท าให

เกดคาความเหนยวน านอย คาความเหนยวน าจะแปรผกผนกบความยาวของแกน

26

2.8 เครองอดอำกำศ

ปจจบนไดมการน าเอาเครองอดอากาศมาใชในงานประเภทตาง ๆ มากมายเนองจากวา

อากาศอดเปนพลงงานทมความสะอาด ปลอดภย และสะดวกตอการใชงาน ดงนนการเลอกใชงาน

เครองอดอากาศใหไดประสทธภาพและเกดประโยชนอยางสงสดจงเปนสงส าคญมาก ส าหรบการ

เลอกประเภทของเครองอดอากาศโดยทว ๆ ไป เครองอดอากาศ ทมขนาด 10 แรงมาหรอมขนาด

นอยกวา อาท เครองอดอากาศขนาด 5 แรงมา อาจจะผลตอากาศอดไดนอยกวา 24 ลกบาศกฟตตอ

นาท (CFM) ดงนนการเลอกใชเครองอดอากาศเราอาจจะเลอกปรมาณอากาศอดทเราตองการใชใน

การพจารณา มากกวาการพจารณาเลอกขนาดจากแรงมาของเครองอดอากาศและตองทราบขอมล

พนฐานดงตอไปน

1. ปรมาตรอากาศจรงทถกดดปอนเขาสเครองอดอากาศ

2. ความดนอากาศอดทตองการ

3. ภาระงานทใช

4. เครองตนก าลง

-ปรมาตรอากาศอด (Air Volume) ขนาดของเครองอดอากาศจะบอกขนาดเปนแรงมา

(Horsepower) โดยทวไปเครองอดอากาศขนาดหนงแรงมาจะผลตอากาศอดได 4 ลกบาศกฟตตอ

นาท (CFM) ดงนนเครองอดอากาศขนาด 20 แรงมาในทางทฤษฎแลวจงควรผลตอากาศอดได 80

CFM แตในทางปฏบตแลวอาจจะไมใชดงทกลาวขางตนเสมอไป โดยเฉพาะอยางยงเครองอด

อากาศ ทมขนาด 10 แรงมาหรอมขนาดนอยกวา อาท เครองอดอากาศขนาด 5 แรงมา อาจจะผลต

อากาศอดไดนอยกวา 2 CFM ดงนนการเลอกใชเครองอดอากาศเราอาจจะเลอกปรมาณอากาศอดท

เราตองการใชในการพจารณา มากกวาการพจารณาเลอกขนาดจากแรงมาของเครองอดอากาศ

- ความดนอากาศอดทตองการ (Air Pressure) ความดนอากาศอดคอความดนของอากาศอด

ทเครองอดอากาศสามารถผลตได โดยทวไปเครองอดอากาศขนตอนเดยว (Single Stage) จะผลต

อากาศอดใหไดความดนสงสดประมาณ 95 - 125 psi ถาตองการอากาศอดทมความดนสงกวานก

จะตองเลอกใชเครองอดอากาศหลายขนตอน

27

- ภาระงานทใช (Duty Cycle) ภาระงานทใชจะเปนเปอรเซนต ของระยะเวลาในการ

ท างาน 10 นาท วาเครองอดอากาศจะท างานได ถาเครองอดอากาศมภาระงานทใช 50/50 และใช

เวลาในการท างาน 10 นาท ดงนนเครองอดอากาศจะตองใชเวลาในการเดนเครอง 5 นาท และหยด

พก 5 นาท ถาภาระงานทใชมคาสงขน เครองอดอากาศจะตองท างานดวยระยะเวลาทยาวนานขน

โดยไมมการหยดพกการ

- เครองตนก าลง (Power Source) เครองตนก าลงทใชสวนใหญจะเปนมอเตอรตนก าลง

ซงมทงใชกระแสไฟ 1 เฟส และ 3 เฟส ทขนาดก าลงงานเทากนมอเตอรทใชกระแสไฟ 1 เฟส จะ

มขนาดใหญกวามอเตอร 3 เฟส ซงจะมผลตอการตดตงเขากบเครองอดอากาศ และมอเตอรทใช

กระแสไฟ 3 เฟส จะใหก าลงงานสงกวามอเตอร 1 เฟส แตกระแสไฟฟาทใชตามบานเรอนจะเปน

กระแสไฟ 1 เฟส แสดงดงภาพท 2.12

ภาพท 2.12 แผนผงการเลอกเครองอดอากาศประเภทตาง ๆ

จากภาพท 2.12 แสดงแผนผงส าหรบการเลอกเครองอดอาอากาศ โดยทแกนในแนวนอน

เปนแกนของปรมาณอากาศจรงทถกปอนเขาสเครองอดอากาศ มหนวยเปน ลกบาศกฟตตอนาท

และแกนในแนวตง เปนแกนของความดนของอากาศอดทตองการ มหนวยเปนปอนดตอ

ตารางนว แผนผงดงกลาวใชส าหรบการพจารณาเลอกเครองอดอากาศประเภทตาง ๆ ดงน

28

- แบบแรงเหวยงหนศนยกลาง (Centrifugal Air Compressors)

- แบบเลอนชก หรอแบบลกสบ (Reciprocating Air Compressors)

- แบบอากาศไหลตามแนวแกน (Axial Air Compressors)

- แบบโรตาร (Rotary Air Compressors)

เมอเราทราบคาปรมาณอากาศจรงทถกปอนเขาสเครองอดอากาศ และคาความดนของ

อากาศอดทตองการแลวจงน าคาดงกลาวมาเทยบในแผนผงและพจารณาดวาอยในชวงของเครองอด

อากาศแบบใดเรากจะสามารถเลอกเครองอดอากาศอากาศไดอยางคราว ๆ แตเพอใหการเลอก

เครองอดอากาศมความเหมาะสมมากยงขนเราอาจพจารณารายละเอยดประกอบในหวขอตอไปน

1. คาใชจายส าหรบก าลงงานทใชขบเคลอนเครองอดอากาศ กรณแหลงตนก าลงเปน

มอเตอรคาใชจายกจะเปนคากระแสไฟฟาแตถาแหลงตนก าลงเปนเครองยนตสนดาปภายใน

คาใชจายกจะเปนคาน ามนเชอเพลง

2.ราคาเครองอดอากาศเครองอดอากาศแตละแบบจะมราคาสง-ต า แตกตางกนไปขนอยกบ

บรษทผผลตวาจะใชวสดและวธการผลตแบบใดและยงขนอยกบกลไกของตลาดอกดวย

3. ระยะเวลาการใชงานตอวนเครองอดอากาศแตละแบบจะถกออกแบบมาส าหรบการใช

งานหนก-เบา ไมเทากน อาท การใชงานชวคราว การใชงานอยางตอเนองตลอดเวลาหรอการใชงาน

เปนชวง ๆ เปนตน

4.จ านวน สเตจหรอจ านวนขนของเครองอดอากาศทอดอากาศใหมคาความดนตงแต 80

psig ควรจะมจ านวน สเตจตงแต 2 สเตจขนไป การใชเครองอดอากาศจ านวน 2 สเตจ กเพออด

อากาศใหไดความดนตงแต 100 –200 Psi จะท าใหเครองอดอากาศมอณหภมต าเพยง 37 - 65°C

เทานน ซงจะมอณหภมต ากวาการใชเครองอดอากาศเพยงสเตจเดยวและจะมผลตออายการใชงาน

ของเครองอดอากาศอกดวย นนคอจะท าใหเครองอดอากาศมอายการใชงานทยาวนานขน

5. พนทส าหรบการตดตงจะตองมภาพรางและขนาดเพยงพอส าหรบการตดตง และ

ภายหลงจากการตดตงแลว ยงคงมพนทวางเหลอโดยรอบตวเครองอดอากาศอยางนอย 1 เมตร เพอ

การซอมแซมบ ารงรกษาเครองอดอากาศไดอยางสะดวก ถาเปนเครองอดอากาศขนาดใหญจะตองม

พนทเพยงพอตอการโยกยายเครองอดอากาศและอาจจะตองเผอพนทส าหรบการตดตงเครนเพมเตม

ในพนทดงกลาวอกดวย

29

6.พนฐานรากรองรบเครองอดอากาศ ตดตงเครองอดอากาศ จะตองมความแขงแรงเพยง

พอทจะรบน าหนกและแรงสนสะเทอนทเกดขนในขณะทเครองอดอากาศท างานได กรณทเปน

เครองอดอากาศขนาดใหญพนฐานรากจะตองมความแขงแรงเพยงพอและเปนพนคอนกรตเสรม

เหลกมนอตยดโผลขนมาเหนอพนคอนกรตเพอใชในการยดฐานเครองอดอากาศกบพนฐานรากเขา

ดวยกน

7. น ามนหลอลนทปนมากบอากาศอด การอดอากาศดวยเครองอดอากาศแบบโรตาร หรอ

ชนดทตองมระบบหลอลนจะมน ามนหลอลนปะปนมากบอากาศอดอยดวยเสมอ โดยเฉพาะอยางยง

ถาเครองอดอากาศมการสกหรอสง จงท าใหน ามนหลอลนปะปนมากบอากาศอด ดงนนจงไมเหมาะ

ในการทจะใชเครองอดอากาศแบบดงกลาวกบงานทตองการคณภาพของอากาศอดทสะอาดเพยงพอ

และปราศจากสงเจอปนใด ๆ

8. คาใชจายส าหรบการหลอลนเครองอดอากาศ ทงนเครองอดอากาศแตละแบบจะ

สนเปลองน ามนหลอลนเพอการหลอลนชนสวนภายในดวยปรมาณทแตกตางกนออกไป ขนอยกบ

ลกษณะการออกแบบและการท างานของชนสวนภายในของเครองอดอากาศ ท าใหคณภาพของ

น ามนหลอลนเสอมสภาพดวยระยะเวลาทแตกตางกนดวย

9. การตดตงภายนอกตวอาคาร การตดตงเครองอดอากาศภายนอกตวอาคาร จะตอง

พจารณาถงคาใชจายเพมเตมเกยวกบการกอสรางอาคารส าหรบกนแดดและฝนใหกบเครองอด

อากาศดวย

10.การระบายอากาศในพนทตดต ง เ นองจากอากาศทจะถกดดปอนเขาสเครองอด

อากาศ จะตองมคณภาพทดเพยงพอ คอมฝ นละอองและความชนเจอปนมากบอากาศใหนอยทสด

ดงนนพนทบรเวณดงกลาวจะตองมการหมนเวยนและการระบายอากาศดเพยงพอ

11. คาใชจายในการซอมแซมและบ ารงรกษา เครองอดอากาศเมอถกใชงานไปแลวกจะเกด

การสกหรอเปนธรรมดา ซงจะตองเสยคาใชจายในการซอมแซมและบ ารงรกษา ซงเครองอดอากาศ

แตละแบบจะมความยากงายในการซอมแซมและบ ารงรกษาแตกตางกนออกไป และราคาคาใชจาย

ของชนสวนอะไหลกแตกตางกนไปอกดวย

12. ความดงของเสยงเครองอดอากาศในขณะท างานจะกอใหเกดเสยงดงโดยเฉพาะเครอง

อดอากาศแบบลกสบการดดอากาศจะมลกษณะเปนหวง ๆ (Pulsation) ไมตอเนองกนท าใหคาความ

30

ดนจดใดจดหนงในทอดดเกดการเปลยนแปลงขนลงตลอดเวลา ถาหากทอดดมความยาวมาก ๆ จะ

กอใหเกดการสะทอนของเสยงกลบไปมาเนองจากอากาศอดภายในระบบทอดด ท าใหปรมาณ

อากาศทถกดดเขามามปรมาณไมคงทเกดเสยงดงและเกดความเคนตอทอดดอาจท าใหทอดดช ารด

เสยหายไดอาจแกไขไดดวยการตดตงอปกรณเกบเสยงทางดานทอดด ซงจะชวยลดการไหลของ

อากาศเปนหวง ๆ ลงท าใหการไหลของอากาศเปนไปอยางสม าเสมอ

31

บทท 3

กำรออกแบบเครองตดพลำสมำ

การออกแบบเครองตดพลาสมา จ าเปนตองมการออกแบบวงจรเรยงกระแสเพอแปลง

แรงดนไฟฟากระแสสลบเปนแรงดนไฟฟากระแสตรง การออกแบบวงจรเรยงกระแสจะตองหาคา

คาปาซเตอรทเหมาะสมและสามารถทนแรงดนตามทเราก าหนดได และท าการจ าลองการสราง

PWM ดวยไอซเบอร TL494 เพอออกแบบวงจรขบหมอแปลงไฮโวลต กอนทจะน าไปสรางเครอง

ตดพลาสมา โครงสรางของแหลงจายแรงดนไฟฟากระแสตรงแรงสงแบบพลสน าหลกการของ

วงจรฟลายแบคคอนเวอรเตอรแบบเพมระดบแรงดนไฟฟามาท าการประยกตใชงานและน าเทคนค

การสวตชงแบบพดบเบลยเอม ( Pulse Width Modulation; PWM ) มาใชส าหรบควบคมการท างาน

ของอปกรณสวตชง ผานหมอแปลงไฟฟาความถสง (High Frequency Transformer) เพอใหได

แรงดนไฟฟาเอาตพตกระแสตรงแรงสงแบบพลสขนาด 8 กโลโวลต

3.1 กำรออกแบบแหลงจำยไฟตรงภำคก ำลง

3.1.1 วงจรเรยงกระแสแบบบรดจ ( Bridge Rectifier Circuit )

ในการออกแบบเรยงกระแส เราใชวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน (Full Wave) เพอท าการ

แปลงกระแสไฟสลบเปนกระแสไฟตรง ดงภาพท 3.1 โดยไดมการออกแบบใหเหมาะสมกบ

โครงงานนทพกดแรงดนไฟฟากระแสสลบอนพท 220 โวลต 50 Hz 1 Phase เมอผานวงจรกรอง

(Smoothing) ไดแรงดนเอาทพท โวลตดซ ดงภาพท 3.2

32

ภาพท 3.1 วงจรเรยงกระแสแบบบรดจ

ก. วงจรเรยงกระแสแบบบรดจ ข. รปคลนแรงดนและกระแส

ภาพท 3.2 วงจรเรยงกระแสแบบบรดจของวงจรไฟฟา

ก. วงจรกรอง ข. รปคลนและแรงดนหลงการกรอง

ภาพท 3.3 วงจรกรองความถสง

33

3.1.2 วงจรกรอง (Smoothing)

การกรองเกดขนโดยการตออเลกโตไลตก คาปาซเตอร คาสงครอมไฟกระแสตรง ท า

หนาทเหมอนบอเกบน า ปอนกระแสเอาทพท เมอแรงดนกระแสสลบจากวงจรกรอง (Smoothing)

กระแสตกลง ดงภาพท 3.3 แสดงใหเหนไฟกระแสตรงทยงไมกรอง (เสนประ) และไฟกระแส

ตรงทกรองแลว (เสนทบ) คาปาซเตอรประจเรวทใกลยอดของไฟกระแสตรงและคายประจปอน

กระแสใหเอาทพท การกรองท าใหแรงดนกระแสเพมขนถงคายอด √ เมอถกเรยง

กระแสแบบเตมคลนจะไดไฟกระแสตรง (√ ) จะสญเสยแรงดนตก

ครอมทไดโอดบรดจเรยงกระแสแบบเตมคลน จะไดสมการแรงดน

√ √ (3.1)

(√ ) (3.2)

เมอผานวงจรกรองแรงดนกระแสเพมขนถงคายอด

√ (3.3)

สรปดงนน √ # (3.4)

3.1.3 ค ำนวณหำพกดของไดโอดในวงจรเรยงกระแสแบบบรดจ

(3.5)

(3.6)

√ (3.7)

√ (3.8)

- แรงดนยอนกลบ (Peak Inverse Voltage – PIV)

PIV เปนคาแรงดนยอนกลบสงสดทตกครอมไดโอดขณะทไดรบไบอสกลบ ไดโอดทใช

จะตองมแรงดนทลาย (Breakdown) สงกวา PIV

34

PIV ของวงจรเรยงกระแสแบบครงคลน

PIV ของวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนมเซนเตอรแทป

PIV ของวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนแบบบรดจ

- ตวประกอบคำระรอก (Ripple Factor)

เนองจากสญญาณเอาตพตของวงจรเรยงกระแสมทงองคประกอบไฟตรงและองคประกอบ

ไฟสลบคาของไฟตรงหมายถง คาเฉลย คาไฟสลบเปนเสมอนระลอกคลนทแปรขนลงรอบๆ

คาเฉลยนอตราสวนของคาไฟสลบตอไฟตรงเรยกวา ตวประกอบคาระรอก ดงภาพท 3.4 และม

นยามดงน

ตวประกอบคาระรอก ( r )

(3.9)

√

(3.10)

√

√

√

(3.11)

หรอ √

(3.12)

35

ภาพท 3.4 ตวประกอบคาระรอก (Ripple Factor)

หมายเหต :

หมายถง คายงผลขององคประกอบไฟสลบเทานน

หมายถงคายงผลของสญญาณออก (รวมไฟตรงและไฟสลบ) ให

แรงดนระรอก

เปนคาเฉลยและ เปนองคประกอบไฟกระแสสลบ

ตวประกอบคำระรอก ( r ) วงจรเรยงกระแสแบบบรดจ

√

√

(3.13)

√

√

36

48%

ในการใชงานจรงจ าเปนจะตองลดองคประกอบไฟสลบใหนอยลงโดยใชวงจรกรองกระแส

ชวยการกรองไมเรยบสมบรณเพราะแรงดนของตวเกบประจตกเลกนอยตอนคลายประจ จงเกด

แรงดนพรว (Ripple) เลกนอย ส าหรบวงจรโดยสวนมากแหลงจายไฟทมแรงดนพรว 10% กใชได

แลว

3.1.4 วงจรกรองสญญำณ วงจรกรองสญญาณ (Filter) ท าหนาทกรองสญญาณทไดจากวงจรเรยงกระแสใหเปน

เสนตรงทราบเรยบมากทสด กลาวคอท าใหแรงดนเอาทพทมแรงดนกระเพอม(Ripple Voltage, Vr) นอยทสดในการทจะลดการกระเพอม จะตองท าการลดสวนของกระแสสลบลงมา โดยวงจรกรองทตองใชจะอยในภาพของวงจรกรองความถต าผาน [Low pass filter:LPF] ซงความถของไฟตรงคอ ท Hz วงจรกรองความถต าผานจะปลอยใหไฟตรงผานไปได และจะลดทอนสวนของกระแสสลบทงหมด ทความถมากกวา 0 Hz

ในการสรางวงจรกรองความถต าผานสามารถท าไดโดยการใชตวเหนยวน าตออนกรมกบความตานทานโหลด RL ( Series Inductors)

เนองจากความถของไฟสลบในระบบไฟฟามคาต าท 50/60 Hz ในการใชตวเหนยวน า กบวงจรจายไฟบานซงใชงานในวงจรอเลกทรอนกส ซงมกจะใชกระแสไมมาก (I<5A) จะตองใชคาความเหนยวน าทสง โดยมลวดพนทมจ านวนมาก ซงท าใหตวเหนยวน านมขนาดทใหญ น าหนกมาก และราคาแพงกวาตวเกบประจ ดงนนในวงจรจายไฟทใชส าหรบวงจรอเลกทรอนกสทวไปจะนยมการใชตวเกบประจมากกวาการใชตวเหนยวน า โดยบทนเราจะท าการวเคราะหเฉพาะตวเกบประจเพอใชในวงจรกรองลดแรงดนกระเพอม อยางไรกตามในวงจรจายไฟทท างานทความถสง เชนในวงจรจายไฟแบบสวทซชง ทความถมากกวา 20 kHz หรอวงจรทใชกระแสสงๆ การใชตวเหนยวน าอาจจะเหมาะสมกวา

วงจรกรองเพอลดแรงดนกระเพอมโดยใชตวเกบประจ ดวยเหตทพลสเซตงดซทไดจากวงจรเรกตไฟรนน เปนคาแรงดนเฉลยหรอแรงดนดซกตาม

แตกยงไมสามารถทจะน าไปใชงานได เนองจากแรงดนทไดยงคงมลกษณะเปนคลนอย ซงมผลตอการท างานในวงจรขยาย เพราะจะท าใหเกดสญญาณรบกวนทไมตองการได ดงนนเมอน าไปใชงาน

37

จะตองน าเอาพลสเซตงดซไปท าการกรองกระแสและแรงดนใหเรยบเสยกอนโดยใชวงจรฟลเตอร อปกรณทใชในวงจรฟลเตอรทนยมมากทสดคอ ตวเกบประจซงเรยกวาตวเกบประจฟลเตอร (Capacitor Filter) ในลกษณะของเมนเวลา (Time Domain)

หลกการท างานของวงจรกรองลดการกระเพอม คอ ในขณะทไดโอดน ากระแส ตวเกบประจหรอตวเหนยวน า จะสะสมพลงงานไว เมอไดโอดหยดน ากระแสตวเกบประจกจะคายพลงงานออกมาใหกบ RL ท าให RL ไดรบพลงงานอยางตอเนอง

กำรค ำนวณขนำดของแรงดนกระเพอมโดยประมำณ วธการค านวณโดยประมาณตอไปนเปนการค านวณทงายและเปนทยอมรบโดยทวไป ซง

จะท าการแทนเสนโคงของการอดประจ และการคายประจท ดวยเสนตรงดงในภาพท 3.5

ภาพท 3.5 แสดงการประมาณคาแรงดนกระเพอมของวงจร Half Wave

จากการทไดประมาณการคายประจของตวเกบประจ C เปนเสนตรง แลวตวเกบประจจะคายประจดวยกระแสคงท I0 ซงกระแส I0 นคอ กระแสทไหลผานโหลความตานทาน RL หรอกระแสทวงจรจายไฟไปให RL ทชวงเวลาทตวเกบประจ C คายประจคอ เมอ T คอคาบเวลาของไฟสลบและ คอชวงเวลาทตวเกบประจจากไดโอดดงนนจ านวนประจทตวเกบประจคายออกมาคอ

[ ]2

t

1[ 2 ]

2t

[ ]onT t

[ ]ont

38

[ ]

Dis o on

Q I T t Coulomb (3.14)

ในวงจรทวไปเราอาจจะประมาณไดวา ดงนนจากสมการท (1 ) ประมาณไดดงน

(3.15)

ทในชวงเวลาตวเกบประจ C จะถกประจใหมคาแรงดนเพมขนจากVmin เปน

Vmax แรงดนทตวเกบประจ C ไดรบคอ ดงนนถาตวเกบประจ C มคาความจเทากบ C ท าใหจ านวน

ประจทตวเกบประจ C ไดรบคอ

(3.16)

ทในชวง 1 คาบ Period Time ของไฟสลบ จ านวนประจทตวเกบประจถกประจ จะตองมคาเทากบ

จ านวนประจทคายออกไป ดงนนทวงจร Half wave

(3.17)

การประมาณคาแรงดนกระเพอมของวงจร Full Wave ทงแบบ FWCT และ FWB จะเปนดงภาพท

3.6

ภาพท 3.6 แสดงการประมาณคาแรงดนกระเพอมของวงจรเตมคลน Full Wave

[ ]Dis oQ I T Coulomb

onT t

VCHQ C Coulomb

V= oC I T Coulomb

39

ส าหรบวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน พบวาชวงเวลาการซ าจะเปน T/2 เมอคาบเวลา T คอคาบเวลา

ของไฟสลบ ในท านองเดยวกบวงจรเรยงกระแสครงคลน จะได

(3.18)

โดยการแทนคา T=1/Fline ท าใหผลของสมการในวงจรเรยงกระแสแบบครงคลน และแบบเตมคลนท

สมการดงน

(3.19)

(3.20)

ในทนความถของรปเปล Ripple frequency ของทง Half Wave และ Full Wave

ดงนนสมการของคาจ านวนประจทงหมดของทง Half Wave และ Full Wave

(3.21)

สมการดงกลาวนเปนสมการทแสดงความสมพนธระหวางขนาดของแรงดนกระเพอม กบ

คาของความจของตวเกบประจ C โดยประมาณทง Half Wave และ Full Wave จงมประโยชนใน

การปฏบต และการออกแบบวเคราะห

โดยท C คอ คาความจไฟฟาของตวเกบประจ มหนวยเปน ฟารด :F

Io คอคากระแสเฉลยทจายใหกบโหลด หนวยเปนแอมปแปร : A

DV หรอ Vr คอขนาดของแรงดนกระเพอม มหนวยเปนโวลท จากยอดถงยอด (Vpp)

FR คอความถของการกระเพอม หนวยเปน เฮรทซ Hz : ซงมคาเทากบ Fline ส าหรบ HW

และ 2 Fline ส าหรบ FW

V=2

oI TC Coulomb

V=2

o

line

IC Coulomb

F

V= o

line

IC Coulomb

F

( )

( ) 2

R

R

F HW Fline

F FW Fline

V= o

R

IC Coulomb

F

40

ภาพท 3.7 แสดงการค านวณหาคา o

V ( )DC

จากภาพ ดงกลาวจะไดคาเฉลยของแรงดน V0 หรอคาไฟตรงของ V0 จะมคาเปน

(3.22)

ซง Vo(max) คอคา Vp และ V0(max)-Vo(min) คอคาของแรงดนกระเพอม ซงคาของแรงดนไฟ

เฉลยเปนดงน

(3.23)

โดยท Vp คอคาสงสดของ vo(t) ซงจะมคาเทากบ

(3.24)

หรอ

(3.25)

o o

[ (max) (min)]V (av)=V ( ) (max)

2

o oV VDC Vo

oV ( )2

p

VDC V

2 ( )p ac FV V V diode

oV ( ) 2 ( )2

F

VDC Vac V diode

41

Vp (Diode) คอ คาของแรงดนไฟฟาทตกครอมไดโอดในสภาวะแรงดนไบอสตรง ซงจะม

คาประมาณ

ส าหรบ และ

ส าหรบ และ

3.1.5 กำรออกแบบหำคำคำปำซเตอร [1]

จากการค านวณวงจรเรยงกระแส แรงดนทไดจากวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนยงมระลอก

คลนปนอยปรมาณสง ไมเหมาะสมทจะน าไปใชงานในทนท จะตองน าแรงดนนไปผานวงจรกรอง

กอนทจะน าไปใชงาน วงจรกรองแบบทงายและนยมทสดกคอ วงจรกรองแบบใชตวเกบประจ โดย

ใชตวเกบประจ C ตอขนานกบตวตานทานโหลด RL ตวเกบประจ C จะท าหนาทเกบประจ ไวในชวง

เวลาไดโอดน ากระแสและท าหนาทคายประจผานตวตานทานโหลดในชวงเวลาทไดโอดไมน ากระแส

การท างานของวงจรกรองจะท าการกรองแรงดนไฟตรงทยงไมเรยบใหมความราบเรยบยงขน

- กำรค ำนวณหำคำตวเกบประจก ำลง

จากสตร

(3.15)

= กระแสสงสดของโหลด

= ความถของแรงดนรปเปล

= แรงดนรปเปล

โดยการออกแบบจรงใชกระแส ก าหนดคาเทากบ 30 A ก าหนดใหคาความถ มคาเทากบ

100 Hz และก าหนดใหคาแรงดน มคาเทากบ 2% ของแรงดน = V ดงนน สามารถ

ออกแบบคาคาปาซเตอรไดจากสมการ

(3.16)

42

ดงนน ในกำรใชงำนจรงจงเลอกใชคำปำซเตอรขนำด 56,000 ทนแรงดนได 12,000 V #

ภาพท 3.8 วงจรเรยงกระแส 1 เฟส พรอมตวเกบประจก าลง

3.2 กำรออกแบบหมอแปลงไฟฟำแรงดนสงควำมถสง

หมอแปลงไฟฟาความถสงหรอหมอแปลงฟลายแบค ท าหนาทเปนตวเหนยวน า และเพม

ระดบแรงดน (Step-Up Transformer) แสดงดงภาพท 3.6 (ก) ภาพท 3.6 (ข)

หมอแปลง Flyback พกดหมอแปลง Vin= 68 V , Vout= 13 kV , f = 5.5 kHz ใชแกนชนด

C-Core ประกบกนดงนนพนทหนาตดแกน Ae = 17.55 cm2 , = 3000 G

ค านวณขดลวดดานปฐมภม NP

NS =

(3.17)

NP =

NP = 5.87 รอบ (เพอความเหมาะสมเลอกพนท 6 รอบ ) #

( แรงดนตอรอบ V / turn =

= 13.33 v / รอบ )

43

ค านวณขดลวดดานทตยภม NS

=

(3.18)

NS = x

(3.19)

NS = 6 X

NS = 1,500 รอบ #

หากระแสดานปฐมภม

=

(3.20)

=

= 3.60 A #

หากระแสดานทตยภม

=

(3.21)

=

X

=

X 3.60

= 0.0144 A #

44

หาขนาดลวดดานปฐมภม

C.M. =

ขนาดเสนลวด = ความหนาแนนกระแส x กระแส (3.22)

C.M = (400) x (3.60)

C.M = 1440 Circular mils

เลอกใชลวด AWG เบอร 20 (จ านวน 12 เสน) (MaxAmps 1.5x12 = 18 A) = 1,024 Circular mils

หาขนาดลวดดานทตยภม

C.M. =

ขนาดเสนลวด = ความหนาแนนกระแส x กระแส

C.M. = (400) X (0.0144)

C.M. = 5.76 Circular mils.

เลอกใชลวด AWG เบอร 20 (จ านวน 3 เสน) (MaxAmps 11x3=33 A) =1,024 Circular mils

45

3.3 กำรออกแบบอเลกทรอนกสโหลด

โดยพจารณาจากคาพารามเตอรทไดจาก Dummy Load หรอขดลวดความรอนทงสเตนใช

เปนตวก าหนดคาความตานทานทยอมใหกระแสตดไหลผานไดตามก าหนด ดงนนการออกแบบ

อเลกทรอนกสโหลดโดยเลอกวสดอปกรณทเหมาะสมดงน

1. IGBT (Insulate Gate Bipolar Transistor) อปกรณอเลกทรอนกสทใชในงานในดาน

เพาเวอรก าลงหรอเพาเวอรคอนโทรล

- เลอกขนาดทนแรงดน 1200 V ; ทนกระแส 21 A จ านวน 4 ตว

- ออกแบบใชงานท 50% ดงนนจ ากดกระแส 10.5 A

- ออกแบบใชงานท 50% เพอลดภาระการรบกระแสตด ของ IGBT จงตอขนานกน 4 ตว

กระแสรวม 42 A

- IGBT สญเสยพลงงานความรอนนอยกวา dummy load

2. Resister เลอกขนาด 40 Ω , 50 W (หาซอไดตามทองตลาด) จ านวน 4 ตว (dummy

load มคา 38 Ω)

3. L (โชค) :ขดลวดเหนยวน า ท าหนาทกรองกระแสใหเรยบ และลดกระแสกระชากขณะ

เรมอารค

- เลอกใชแกนในการพน EE65 , พน 4 x 40 รอบ ,ใชลวด # 20 จ านวน 4 เสน

- คา L (โชค) ทตองการ 40 uH จ านวน 4 ตว

4. ทงสเตนแทง 0.7 Ω ท าหนาท สลายพลงงานสวนเกนจากแรงดน HV. ใช จ านวน 4

แทง

5. C ;คาปาชเตอร ท าหนาท กรองสญญาณแรงดนทเกดขนจากการอารคจากหวตด

(noise)

- ใช คาปาชเตอรความจ 0.47uF ,ทนแรงดน 6.3 kV

46

ภาพท 3.9 วงจรอเลกทรอนกสโหลดและสวนปรบปรงทงหมด

47

ภาพท 3.10 วงจรอเลกทรอนกสโหลด

ก. วงจรอเลกทรอนกสโหลด ข. วงจรสวนออกแบบอเลกทรอนกสโหลด

ภาพท 3.11 วงจรสวนออกแบบอเลกทรอนกสโหลด เพอการทดลองปรบกระแสตด

48

ภาพท 3.12 การพนหมอแปลงไฟฟาแรงดนสง

ก. การชบน ายาวานช ข. ตอบน ายาวานช

ภาพท 3.13 การอบน ายาวานช

49

ภาพท 3.14 หมอแปลงไฟฟาแรงดนสงความถสง

ภาพท 3.15 หมอแปลงไฟฟาแรงดนสงความถสงแบบแกนเดยว

50

ก. หมอแปลงไฟฟาแรงดนสงความถสง ลกเลก(เกา)

ข. หมอแปลงไฟฟาแรงดนสงความถสง ลกใหญ(ออกแบบใหม)

ภาพท 3.16 เปรยบเทยบหมอแปลงไฟฟาแรงดนสงความถสง ลกเลก (เกา),ลกใหญ (ออกแบบใหม)

51

3. 4 วงจรสรำงสญญำณพดบเบลยเอม (PWM Generator)

โดยออกแบบใหสามารถปรบรอบท างาน (Duty Cycle) ไดเพอส าหรบน าไปควบคมการ

ท างานของอปกรณสวตชง Power IGBT ทไดออกแบบใหใชงานในชวงความถ 1 กโลเฮรต ถง

20 กโลเฮรต สงผานตอไปยง หมอแปลงไฟฟาความถสง ในงานวจยนไดเลอกน าหมอแปลงไฟฟา

ความถสงชนด ฟลายแบค (Flyback Transformer) มาใชในการศกษา ซงหมอแปลงไฟฟาชนดนจะ

ท าหนาทถายเทพลงงานและสะสมพลงงานใหไดแรงดนไฟฟาเอาตพตกระแสตรงแบบพลสขนาด

17 กโลโวลต จายใหกบเครองตดพลาสมา

3.4.1 กำรค ำนวณทใชในกำรออกแบบวงจร

การออกแบบวงจรฟลายแบคคอนเวอรเตอร ซงไดก าหนดใหหมอแปลง ไฟฟาความถสง

แบบ ฟลายแบคคอนเวอรเตอรท างานทแรงดนไฟฟาอนพตกระแสตรง 68 โวลต ใหแรงดนไฟฟา

เอาตพตใชงาน 17 กโลโวลต ท างานทความถในชวง 5 กโลเฮรต ถง 20 กโลเฮรต (การออกแบบน

จงไดเลอกความถส าหรบการสวตชงอปกรณ Power IGBT เทากบ 5.5 กโลเฮรต ส าหรบใชในการ

ค านวณ) โดยมขนตอนของการค านวณดงน

- ค ำนวณคำบเวลำกำรท ำงำน

จากสมการ T =

แทนคาลงในสมการ T =

ดงนนคาบเวลาการท างาน T = 181 #

วงจรภำคควบคมสญญำณพลส

ภาคควบคมสญญาณพลส ในการออกแบบส าหรบงานวจยนไดเลอกใชไอซเบอร TL494

เพอท าหนาทสรางสญญาณพดบเบลเอมควบคมการท างานของวงจรฟลายแบคคอนเวอรเตอรซง

ท างานดวยโหมดควบคมจากแรงดนไฟฟาตามไดอะแกรมแสดงดงภาพท 3.13 โดยการท างานจะ

52

อาศยการปอนกลบคาแรงดนเอาตพตเปรยบเทยบกบแรงดนอางอง ผลของคาความแตกตางทไดจะ

ถกขยายดวยวงจรขยายความตาง Error Amplifier กอนทจะสงไปยงวงจรพดบเบลยเอมเพอก าเนด

สญญาณทเปนลกษณะสเหลยมส าหรบใชงาน ซงคณสมบตของไอซ TL494 แสดงดงตารางท 3.1

ตารางท 3.1 คณสมบตของไอซเบอร TL494

องคประกอบ ขนาดพกดใชงาน

แรงดนไฟฟาใชงาน ( ) กระแสตรง 7 ถง 40 โวลต

แรงดนไฟฟาเอาตพต ( ) 40 โวลต

กระแสไฟฟาเอาตพต ( ) 200 มลลแอมป

ความตานทาน ( ) 1.8 ถง 500 กโลโอหม

คาคาปาซเตอร ( ) 0.47 ถง 10,000 นาโนฟารด

ความถสวตช ( ) 1 ถง 300 กโลเฮรต

อปกรณส าคญส าหรบควบคมการปอนกลบส าหรบแหลงจายก าลงสวตชงจะอยในภาพแบบวงจร

รวมของไอซ ส าหรบการศกษาในวทยานพนธนไดเลอกใชโหมดควบคมจากแรงดนไฟฟามาใชใน

การออกแบบสรางวงจรก าเนดสญญาณพลส ซงมโครงสรางภายในและขาใชงานของ ไอซ TL494

ดงแสดงในภาพท 3.12 การท างานของวงจรภายในของไอซไดน าหลกการโหมดควบคมจาก

แรงดนมาใชงานจะอาศยการปอนกลบคาแรงดนเอาตพตและเปรยบเทยบกบแรงดนอางองของ

วงจรคาความแตกตางทไดจะถกขยายโดยวงจรขยายความตาง Error Amp กอนทจะสงไปยงวงจรพ

ดบเบลยเอม โดยคาแรงดนทไดจากวงจรขยายความตางจะถกเปรยบเทยบกบแรงดนภาพฟนเลอย

อกครง ดงนนแรงดนเอาตพตทไดจากวงจรพดบเบลยเอมจะมลกษณะเปนพลสสเหลยม มคาบเวลา

คงทเทากบคาบเวลาแรงดนฟนเลอยและมความกวางตามการเปลยนแปลงผมวลอากาศอดเลชนของ

คาแรงดนทขาเขาสพดบเบลยเอม

53

ภาพท 3.17 โครงสรางภายในและขาใชงาน IC TL494

3.4.2 กำรก ำหนดคำบเวลำกำรท ำงำนวงจรของไอซเบอร TL494

เปนวงจรพดบเบลยเอมทม ความถคงท คาบเวลาการท างานของเอาตพตพลสจะถกก าหนด

โดยคาของความตานทาน และคาของคาปาซเตอร จากภายนอกทขา 9 และขา 5 ของไอซ

คาบเวลาการท างานกาหนดไดจากการค านวณตามสมการดงน

จากสมการ T =

เมอ T คอ คาบเวลาท างาน = )

คอ ความตานทานใชงาน

คอ คาคาปาซเตอรใชงาน (ก าหนดเปนคาคงท)

54

3.4.3 กำรท ำงำนของไอซส ำหรบคงคำแรงดนไฟฟำของไอซเบอร TL494

ดงแสดงในภาพท 3.11 เพอใชควบคมคอนเวอรเตอรโดยความกวางเอาตพตพลสของไอซ

จะไดมาจากการเปรยบเทยบของสญญาณฟนเลอยทขา S กบแรงดนไฟฟาทไดจากวงจรขยายความ

ตาง Error Amp ทงสองตวผาน ทาง PWM Comparator สวน NOR Gate ทควบคมเพาเวอร

ทรานซสเตอรเอาตพต Q1 และ Q2 จะท างานกตอเมอขา ของ Flip–Flop อยในสถานะ Low

ซง จะมสถานะ Low ไดเมอแรงดนของสญญาณฟนเลอยมคามากกวาแรงดนทมาจาก Error

Amp ทงสองตวนนคอแรงดนปอนกลบจากเอาตพตหากมคาสงขนความกวางเอาตพตพลสของ

ไอซจะมคาลดลง ในทางกลบกนแรงดนปอนกลบหากมคาลดลงความกวางเอาตพตพลสของไอซ

จะมคาเพมขน

ความกวางเอาตพตพลสของไอซสามารถก าหนดใหมคามากทสดหรอมคาเทากบศนยได

ดวยการเปลยนแปลงแรงดนไฟฟาทขา 3 จาก 0.5 ถง 3.5 โวลต สวนวงจรขยายความตาง Error Amp

ทงสองตวจะมชวงของอนพตคอมมอนโหมดตงแต -0.3 ถง -2 โวลต และสามารถใชในการตรวจ

จบแรงดนไฟฟาหรอกระแสไฟฟาทเอาตพตของคอนเวอรเตอรได วงจรขยายความตาง Error Amp

ทง 2 ตวจะใหเอาตพตในลกษณะใหสถานะ High (Active High) โดยตอกนอยในลกษณะ OR ท

ขา Non Inverting ของ PWM Comparator การตอกนในลกษณะนวงจรขยายความตาง Error

Amp ตวท ท าใหเกดความกวางเอาตพตพลสต าสดจะเปนตวควบคมความกวางของเอาตพตพลส

ของไอซ เนองจากคาแรงดนปอน กลบจะถกปอนกลบจะถกสงมายงวงจรขยายความตาง Error

Amp ผลตางของแรงดนเอาตพตและแรงดนอางองจงมลกษณะกลบเฟสอย 180 องศาเมอแรงดน

เอาตพตมคามากขนความกวางพลสพลสทเอาตพตของวงจรพดบเบลยเอมจะมคาลดลงและชวง

น ากระแสของเพาเวอรทรานซสเตอรกจะลดลง ถาแรงดนเอาตพตมคาลดลงความกวางพลสท

เอาตพตของวงจร พดบเบลยเอมจะมคาเพมขน ท าใหสามารถคงคาแรงดนเอาตพตไวได

55

ภาพท 3.18 สญญาณการท างานของไอซเบอร TL494

3.44 กำรก ำหนดคำเวลำเผอ ของไอซเบอร TL494

สามารถออกแบบก าหนดคาเวลาเผอ ของวงจรไดเองดวยการตอแรงดนไฟฟาระหวาง

0 ถง 3.3 โวลตทขา 4 ของไอซ หากแรงดนไฟฟา ทขา 4 มคาเทากบ 0 โวลต คาเวลาเผอต าสด

ของไอซจะไมต ากวา 4 เปอรเซนต ของคาคาบเวลาการท างานเนองจากมแรงดนไฟฟาออฟเซต

120 มลลโวลตตออยภายในวงจรของไอซ ดงนนชวงเวลาท างาน สงสดของคอนเวอรเตอรท

ไดจากไอซเมอตอขา 13 (Output Control) เขากบขาท 14 ท เปนแรงดนไฟฟาอางอง (+5Vref) จะ

ใหคาเทากบ 48 เปอรเซนต ของคาคาบเวลา และเมอตอขาท 13 ลงกราวด จะใหมคาเทากบ 96

เปอรเซนตของคาคาบเวลา

- กำรเลอกใชเพำเวอรทรำนซสเตอร Q1 และ Q2 ทเอำตพตของไอซเบอร TL494

ดงภาพท 3.17 เนองจากเอาตพต Q1 และ Q2 สามารถท างานได 2 โหมดคอ ท างานพรอมกน

หรอสลบกนไดซง สามารถเลอกการท างานไดทขา 13 โดยขณะทคาปาซเตอร CT ดสชารจเอาตพต

ของ Dead-Time Comparator จะใหสญญาณพลสออกมา จะมสถานะเปน High และหยด

56

การท างานของเพาเวอร ทรานซสเตอร Q1 และ Q2 ถาก าหนดใหขา 13 มสถานะเปน High ตอเขา

กบขา 4 ทเปน แรงดนไฟฟา อางอง (+5 ) เพาเวอรทรานซสเตอร Q1 และ Q2 จะสลบกน

ท างานตามการควบคมของ Flip-Flop ในกรณนคาบเวลาการท างานจะเปนสองเทาของคาคาบเวลา

สญญาณฟนเลอยของไอซ แตถาท างานพรอมกนจะสามารถท าการขนานเพาเวอรทรานซสเตอร

Q1 และ Q2 เขาดวยกนได ซงท าใหน ากระแสไดมากขน ในกรณนคาบเวลาการท างานจะเทากบคา

คาบเวลาของสญญาณฟนเลอยของไอซทไดท าการสรางขน

ก. Output Connection For Single-Ended ข. Output Configurations For Push-Pull Configuration

ภาพท 3.19 การเลอกใชเอาตพตของไอซเบอร TL494

ส าหรบไอซเบอร TL494 ตองการไฟเลยงในชวง 7 40 โวลต มแรงดนไฟฟา

อางอง ภายใน เทากบ 5 โวลต และสามารถจายกระแสไฟฟาไดถง 10 มลลแอมป เพอใชงาน

รวมกบ วงจรภายนอกได โดยมคาความถกตอง ±1.5 เปอรเซนต ความคลาดเคลอนทางอณหภมม

คานอย กวา 50 มลลโวลต เมอท างานในชวง 0 ถง 70 องศาเซลเซยส

การออกแบบโดยใหแรงดนไฟฟากระแสตรงใชงานในวงจร 15 โวลต จายใหกบไอซเบอร

TL494 ทเปนตวก าหนดและสรางสญญาณพดบเบลยเอม โดยมตวตานทานปรบคาได (R-Adjust)

ขนาด 10 กโลโอหม ท าหนาทส าหรบปรบความกวางของสญญาณพลส และมตวเกบประจ ( )

ขนาด 0.01 ไมโครฟารด เปนตวก าหนดความถประมาณ 0 ถง 30 กโลเฮรต โดยความถทตองการจะ

อาศยการปรบตวตานท านแบบปรบค าได (R-Trim) ดงแสดงในภาพท 3.10 ซงแสดงวงจรภาค

ควบคม สญญาณพลส เมอไดสญญาณพดบเบลยเอม ตามคาความถทตองการแลวจะสงสญญาณ

ดงกลาวไปยงขา 9 และขา 10 ของไอซเบอร TL494 ไปยงวงจรภาคขบ Power IGBT ตอไป

57

ภาพท 3.20 ไดอะแกรมวงจรภาคควบคมสญญาณพลส

ภาควงจรขบ Power IGBT มการออกแบบใหใชไอซ Optocoupler เบอร TLP250 เพอท า

หนาทส าหรบชวยแยกสวนทเปนแรงดนไฟฟาแรงสงออกจากสวนทเปนแรงดนไฟฟาแรงต าออก

จากกนโดยสนเชงหากสวนใดเกดการลดวงจรจะไมสรางความเสยหายใหกบอปกรณอกดานหนง

ภาพท 3.21 ไดอะแกรมวงจรภาคขบ Power IGBT(ไอซ Optocoupler เบอร TLP250)

การออกแบบวงจรภาคขบ Power IGBT ทสามารถแยกสวนแรงดน ไฟฟาแรงสงออกจาก

แรงดนไฟแรงต า ดงแสดงในภาพท 3.21 เนองจากคณสมบตใชงานของไอซ Optocoupler นนม

ขอจ ากดของกระแสไฟฟาดานเอาตพตทไดจะไมสามารถขบเกตมอสเฟตก าลงท ตองการ

58

กระแสไฟฟาทสงกวาได ดงนนในการศกษานจงออกแบบใหใช ไอซ Optocoupler เบอร TLP250

ท างานรวมกบไอซ CMOS เบอร 4426 ทมคณลกษณะการท างานเปนบฟเฟอรนอตเกท ใหกบวงจร

ในภาคขบเกตผานทางขาท 4 และ 6 โดยการท างานของไอซเบอร 4426 จะตอขาของ CMOS ใน

ลกษณะการตอแบบขนานกน จงสามารถเพมกระแสไฟฟาเอาตพตใหมคาสงขนเพอ น าไปสทขา

เกตของมอสเฟตก าลงทตองการกระแสไฟฟาสงๆได และการใชงานรวมกบไอซ CMOS ยงสงผล

ท าใหความเรวในการเปลยนสถานะของมอสเฟตก าลงไดรวดเรวเพมขน ดงภาพท 3.21 โดยวงจรท

ท าการออกแบบทงหมดทประกอบดวยชดควบคมแหลงจายแรงดนกระแสตรง และสญญาณ PWM

รวมทงวงจรภาคขบก าลง IGBT สามารถแสดงดงภาพท 3.23

ก. การจดเรยงขาของ IC CMOS 4426 ข. วงจรภาคขบเกตของสถานะลอจก

ภาพท 3.22 การท างานของไอซเบอร 4426

59

ภาพท 3.23 วงจรภาคขบทประกอบดวยแหลงจายและวงจรควบคมสญญาณ PWM

3.5 สญญำณ PWM

PWM (Pulse With Modulation) ในสวนนเปนการทดลองออกแบบสรางสญญาณ PWM

ดวย IC เบอร TL494 ทเปนไอซส าเรจภาพ ในการทดลองนจะออกแบบวงจรสรางสญญาณ PWM

ดวย IC เบอร TL494 จากวงจรดงภาพท 3.24 ซงจะมการควบคมสญญาณ PWM ดวย

ภาพท 3.24 การสรางสญญาณ PWM ดวย IC TL494 ทความถ และ Duty Cycle =10.6%

60

บทท 4

กำรทดลองและผลกำรทดลอง

การปรบคาความตานทานและตวเกบประจ โดยการควบคมสญญาณนจะสามารถควบคม

Duty Cycle ของสญญาณ PWM เพอใชในการควบคมการเปด-ปดสวตชของการท างานในภาคขบ

ก าลง Power IGBT ในการควบคมกระแสตดและแรงดนไฟฟาสงซงการควบคมกระแสตดทางดาน

ก าลงนนจะท าการใชโหลดการ Load-Resistane ในการก าหนดกระแสในการตดเพอใหพลงงาน

สวนทเหลอนนถกคายพลงงานจากกระแสทท าการตด ดงแสดงภาพท 4.1

ภาพท 4.1 การวดแรงดนของหมอแปลง High Volt

61

ภาพท 4.2 แผนวงจรพรอมตดโลหะ

ตรวจวดแรงดนไฟฟาสงกระแสตรงทางดานขดลวดทตภมดวย High Volt Probe Meter จากวงจรดง

ภาพท 4.1 ซงสามารถสรางแรงดนไฟฟาสงกระแสตรงไดถง 17.38 kV ดงแสดงตามภาพท 4.3

ภาพท 4.3 การวดแรงดนไฟฟาสงดวย High Volt Probe Meter

62

ภาพท 4.4 R-load ใชทดสอบหาคา เพอออกแบบอเลกทรอนกสโหลด

4.1 วตถประสงคกำรทดลอง

จะท าการออกแบบการทดลองดวยการเปรยบเทยบเวลาในการตดแผนเหลกทความหนา

ตางกน โดยก าหนดระยะทางของการตดท 10 เซนตเมตร และจบเวลาของการตดทระดบกระแส

ตางๆ

4.1.1 กำรทดลองกำรตดแผนเหลก

การตดแผนเหลกนจะก าหนดความหนาของแผนเหลกทแตกตางกน เพอการก าหนด

กระแสตดใหกบแผนเหลกนจะถกควบคมจากโหลดความตานทาน Load Resistance

4.1.2 ท ำกำรทดลองกำรตดแบบ One-Cut

โดยการท าการทดลองโดยการกดสวตซเพอตดแบบเจาะเปนร เพอพจารณาการขาดของแผนเหลก

โดยก าหนดทแรงดนมวลอากาศ 4 Psi

63

ภาพท 4.5 การตดแผนเหลก 0.5 mm. (กระแส 11.5 A) ความยาวในการลากตด 10 cm.

ภาพท 4.6 การตดแผนเหลก 1 mm. (กระแส 11.5 A) ความยาวในการลากตด 10 cm.

64

ภาพท 4.7 การตดแผนเหลก 2 mm. (กระแส 21 A) ความยาวในการลากตด 10 cm.

ภาพท 4.8 การตดแผนเหลก 3 mm. (กระแส 21 A) ความยาวในการลากตด 10 cm.

65

ภาพท 4.9 การตดแผนเหลก 4 mm. (กระแส 30 A) ความยาวในการลากตด 10 cm.

4.2 กำรทดลองกำรตดทกระแสตำงๆ

โดยในการทดลองทงตดแบบ One Cut และ แบบ Continuous Cutting จะท าการบนทก

ผลจากการทดสอบการตดทแผนเหลกความหนา 0.5mm, 1mm, 2mm, 3mm, 4mm ตามตาราง

บนทกผลการทดลองท 4.1 และ 4.2 โดยท าการสรปผลการทดสอบของกระแสตด Icut และกระแส

ตดแบบตอเนอง ดงตารางท 4.3 ซงสามารถเขยนกราฟความสมพนธไดดงภาพท 4.10 ซงแสดงให

ทราบถงการเรมตดและการตดอยางตอเนองน มความสมพนธซงกนและกนในทศทางเดยวกนท

กระแสจะเพมขนตามความหนาของแผนเหลก

โดยการสรปผลการทดสอบของกระแสตด Icut และกระแสตดแบบตอเนองดงตารางท

4.3 ซงสามารถเขยนกราฟความสมพนธไดดงภาพท 4.10 ซงแสดงใหทราบถงการเรมตดและการตด

อยางตอเนองนมความสมพนธซงกนและกนในทศทางเดยวกนทกระแสจะเพมขนตามความหนา

ของแผนเหลก

66

ตารางท 4.1 ทดลองการตดโลหะแบบ One-Cut

ความหนาของแผนเหลก(mm.) กระแสทวดได Icut(A) โหลดความตานทาน R(Ω)

0.5 7.5 26 1 10 26 2 19.4 10 3 20 10 4 30 10

ตารางท 4.2 ทดลองการตดโลหะแบบ Continuous Cutting

ความหนาของแผนเหลก(mm.) กระแสทวดได Icont(A) โหลดความตานทาน R(Ω)

0.5 11.5 26 1 11.5 26 2 21 10 3 21 10 4 30 10

ตารางท 4.3 การเปรยบเทยบการตดโลหะแบบ One Cut และ แบบ Continuous Cutting

ความหนาของแผนเหลก(mm.) กระแสทวดได Icont(A) กระแสทวดได Icont(A) 0.5 7.50 11.50 1 10.00 11.50 2 19.40 21 3 20 21 4 30 30

67

ภาพท 4.10 ความสมพนธกระแสตดครงเดยวและกระแสตดตอเนอง

จากเงอนไขของการตดทเกยวของกบความหนาของแผนเหลกกบกระแสตดน สามารถใช

เวลาในการตดทแตกตางกน ดงแสดงตามตารางท 4.4

ตารางท 4.4 เวลาของการตดโลหะแผนเหลกความหนาตามล าดบ

เวลา (s) เวลา (s) เวลา (s)

Thickness(mm) IA = 11.5 A IB = 21 A IC =30 A

0.5 4.85 4.2 3.6

1 6 5.86 4.2

2 9.88 12.2 3 15.2 14.2

4 20

0

5

10

15

20

25

30

35

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00

กระแสตด

(A)

ความหนาแผนเหลก(mm)

Icut(A)

Icont(A)

68

จากขอมลตามตารางท 4.4 นสามารถแสดงถงเวลาของการตดตามภาพท 4.11 ซงในทน

จะพบวาเวลาในการตดจะเพมขนตามความหนาของแผนเหลกทมระดบกระแสตางๆ

ภาพท 4.11 ความสมพนธความหนาแผนเหลก เวลา และกระแสทตด

จากการตดดวยหวตดพลาสมาทความหนาตางกนของแผนเหลกทน ามาทดสอบ จะพบวา

สญญาณของการตดโลหะทางดานเอาตพต เมอเปรยบเทยบกบสญญาณอนพตทเปนสญญาณ PWM

พบวาสญญาณ PWM ไมเกดการผดเพยน สวนสญญาณเอาตพตนนจะใช CT Current Probe ในการ

จบสญญาณกระแสตด จะพบวาขณะสญญาณ PWM อยในสถานะ ON กจะเปลยนชองทจะเปนการ

ตดโดย Peak ของสญญาณการตดนนมภาพคลนเปนพลสสเหลยมตามสญญาณ PWM กจะม

สญญาณบางสวนทจะเกด Spike ในชองสถานะ OFF เพยงชวงเวลาสนๆ โดยการตดนจะท างานท

ความถ 5.464 kHz ในทนรอบตดทไดจะมความคมชดและ Slage คอนขางต าอยางมาก และไมเกด

ความรอนทสะสมในชนงานสง ดงแสดงตามภาพท 4.11 ,4.12 ,4.13 ,4.14 ,4.15,4.16 ตามล าดบ

(จากน นท าการบนทกสญญาณการตดแบบตอเนองดวยออสซลโลสโคป ซงจะ

เปรยบเทยบกบสญญาณ PWM ทความถประมาณ 5.5 kHz ตามล าดบ)

0

5

10

15

20

25

0 1 2 3 4 5

เวลา

(วนา

ท)

ความหนา(มม.)

IA = 11.5A

69

ภาพท 4.12 สญญาณการตดชนงานแบบตอเนอง (กระแสตด 11.5A) (T = 0.5mm.)

ภาพท 4.13 สญญาณการตดชนงานแบบตอเนอง (กระแสตด 11.5A) (T = 1mm.)

70

ภาพท 4.14 สญญาณการตดชนงานแบบตอเนอง (กระแสตด 21A) (T = 2 mm.)

ภาพท 4.15 สญญาณการตดชนงานแบบตอเนอง (กระแสตด 21A) (T = 3 mm.)

71

ภาพท 4.16 สญญาณการตดชนงานแบบตอเนอง (กระแสตด 30A) (T = 4 mm.)

ภาพท 4.17 สวนสรางสญญาณ PWM ใชควบคมอเลกทรอนกสโหลด

72

ภาพท 4.18 การจบสญญาณเอาตพตของ IC TL494 ทไปเขา Opto

ภาพท 4.19 การจบสญญาณเอาตพตของ Opto ทไปเขา Fet Driver

73

ภาพท 4.20 การจบสญญาณเอาตพตของ Fat Drive ทไปเขา IGBT

74

บทท 5

สรปและขอเสนอแนะ

จากการทไดท าการสรางเครองตดพลาสมา ผจดท าไดท าการศกษาคนควาขอมลเครองตด

พลาสมาทมอยในทองตลาดและทเกยวของในงานนเพอท าการออกแบบใชงานไดตามเปาหมาย

จากการด าเนนการสรางและทดสอบในสภาวะใชงานจรง พบวาเครองตดพลาสมาสามารถท าการ

ตดแผนเหลกทมขนาดไมเกน 4-5 mm. เนองจากกระแสทใชงานในโครงงานนไดถกจ ากดไว

ประมาณไมเกน 30 A เทานน ถาเพมกระแสตดจะสามารถตดเหลกหนาเพมขนได

จากการทดสอบจะเหนไดวา รอยการตดของเครองตดพลาสมาทมขายตามทองตลาดนน

รอยตดไมสม าเสมอกาน เนองจากเมอท าการตดเปลวไฟตดของเครองทขายตามทองตลาดมวงกวาง

ท าใหขอบรอยตดเกดมรอยไหมมากท าใหผวขอบรอบขรขระสวนรอยตดของเครองตดพลาสมาท

สรางขนมานน รอบตดมความสม าเสมอ เปลวไฟตดมวงแคบท าใหไมมรอยไหมมากและผวขอบ

รอยตดไมเกดขรขระ

ขอเสนอแนะ

1. จากการออกแบบและพนหมอแปลงแรงดนสงความถสงพบวาไดประสทธภาพหมอ

แปลงดกวาหมอแปลงเกาของโครงงานกอน สามารถน าวธการสราง Flyback ไปพฒนาตอใหม

ประสทธภาพเพมขนได

2. มประสทธภาพเครองตดดกวาของเดม เพราะวาเปนครงแรกของเครองตดพลาสมาทม

การน าเอาอเลกทรอนกสโหลดมาใชควบคมออกแบบตวปรบกระแสดวย IC TL494 ควรมการ

พฒนาวงจรใหดขนในโอกาสตอไป

75

เอกสำรอำงอง

[1] นมต บญภรมย, “ อเลกทรอนกสก าลง ” เอกสารประกอบการสอน สาขาวศวกรรมไฟฟา

คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม,2556.

[2] วระเชษฐ ขนเงน และวฒพล ธาราธรเศรษฐ, “ วชาอเลกทรอนกสก าลง ”

ภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลา

เจาคณทหาร ลาดกระบง,2547.

[3] ชยชาญ หนเกด “หมอแปลงไฟฟา” จดพมพและจ าหนาย สมาคมสงเสรมเทคโนโลย

(ไทย – ญปน), 2549

[4] www.power.mut.ac.th/data/power_article_narongrit.pdf อ.นรงฤทธ เสนาจตร

“ เทคโนโลยการตดโลหะดวยล าอารคพลาสมา ” ภาควชาวศวกรรมไฟฟาก าลง คณะ

วศวกรรมศาสตรมหาวทยาลยเทคโนโลยมหานคร

76

ภำคผนวก