บทท 4

การทดสอบ

ในบทนจะกลาวถงกระบวนการทดสอบสมรรถนะการท างานของแหลงจายแรงดนไฟฟากระแสตรงแรงสงแบบพลสตนแบบส าหรบเครองตกตะกอนเชงไฟฟาสถตแบบทอทรงกระบอกซอนแกนรวม โดยจะอธบายถงวธการทดสอบสมรรถนะของแหลงจายแรงดนไฟฟากระแสตรงแรงสงแบบพลสตนแบบ ซงมรายละเอยดดงน

4.1 การทดสอบสมรรถนะแหลงจายแรงดนไฟฟาตนแบบ ในการศกษานไดท าการทดสอบสมรรถนะของแหลงจายแรงดนไฟฟากระแสตรงแรงสงแบบพลสตนแบบ โดยไดพจารณารปคลนสญญาณของกระแสไฟฟาและแรงดนไฟฟาจากการวดสญญาณดวยออสซลโลสโคป ท าการศกษาคณลกษณะกระแสไฟฟา-แรงดนไฟฟา (Current-Voltage characteristics) ของแหลงจายแรงดนไฟฟาตนแบบทจายใหกบเครองตกตะกอนเชงไฟฟา สถตแบบทอทรงกระบอกซอนแกนรวมจากการวดคากระแสดสชารจ (Discharge current) ทขวดสชารจและขวตกตะกอนของเครองตกตะกอนเชงไฟฟาสถต และทดสอบประสทธภาพการตกตะกอนของอนภาค ซงมรายละเอยดในการทดสอบดงน

V1 =12 Vdc

Flyback transformer

N : 1

N1

N2

TR

Lm

i1 i2

iSW

V2Vp

im

VSWGPower MOSFET

รปท 4.1 วงจรการทดสอบแหลงจายแรงดนไฟฟาตนแบบ

64

การทดสอบสมรรถนะแหลงจายแรงดนไฟฟาตนแบบดงรปท 4.1 เปนวงจรส าหรบการทดสอบแหลงจายแรงดนไฟฟาตนแบบจะท าการวดสญญาณกระแสไฟฟาทางดานปฐมภมของหมอแปลงไฟฟา (i1) วดสญญาณแรงดนไฟฟาทตกครอมสวตชมอสเฟตก าลง (VSW) วดสญญาณกระแสไฟฟาทางดานทตยภมของหมอแปลงไฟฟา (i2) และวดสญญาณแรงดนไฟฟาเอาตพต (V2) ทมผลจากคาเหนยวน าแมเหลก (Magnetizing inductor; Lm) แฝงในวงจรดวย ส าหรบการทดสอบการท างานของแหลงจายแรงดนไฟฟาตนแบบ มรายละเอยดล าดบในการทดสอบดงตอไปน 4.1.1 รปคลนสญญาณกระแสไฟฟาและแรงดนไฟฟาแหลงจายตนแบบ ในการศกษารปคลนสญญาณกระแสไฟฟาและแรงดนไฟฟาจากการวดสญญาณดวยออสซลโลสโคปของ Agilent Technologies (InfiniiVision) โมเดล DSO7014B ซงไดท าการบนทกรปคลนสญญาณทไดจากทดสอบสงผานพอรต USB เกบไวในคอมพวเตอรเพอน ามาวเคราะหผล ไดแบงการทดสอบวดสญญาณออกเปน 3 แบบ ดงน

1) ทดสอบปรบรอบท างาน (Duty cycle) ของวงจรควบคมการสวตชความถสง 2) ทดสอบปรบความถวงจรควบคมการสวตชความถสง 3) ทดสอบวดสญญาณกระแสและแรงดนไฟฟาทปรบรอบท างาน (Duty cycle) 4) ทดสอบวดสญญาณกระแสและแรงดนไฟฟาของแหลงจายแรงดนไฟฟา ตนแบบดวยการจายแรงดนไฟฟาจากแบตเตอรขนาด 12 โวลต

ส าหรบขนตอนและอปกรณทใชในการทดสอบวดสญญาณกระแสและแรงดน มดงน

1) ทดสอบปรบรอบท างาน (Duty cycle) ของวงจรควบคมการสวตชความถสง ในการทดสอบปรบรอบท างานไดน าหลกวธการของพลสวดทมอดเลชนมาใช ซงเปนการ

ปรบความกวางของพลสโดยการน าเอาสองสญญาณมาเปรยบเทยบกนคอ สญญาณสามเหลยมและสญญาณไฟฟากระแสตรงจากขาท 3 ของไอซเบอร TL494 ซงสามารถปรบความกวางของสญญาณพลสไดจากการปรบคาความตานทาน (R-Adjust) ไดตงแต 0 ถง 5 กโลโอหม ในการออกแบบไดเลอกใชความตานทานปรบคาไดขนาด 10 กโลโอหม จากนนท าการวดสญญาณพลสดงกลาวทขา 9 และขา 10 ดวยออสซลโลสโคปของ Agilent Technologies (InfiniiVision) โมเดล DSO7014B บนทกขอมลของสญญาณรปคลนพลสทไดจากการทดสอบปรบความคาตานทาน R-adjust ผานทางพอรต USB ตามไดอะแกรมวงจรการทดสอบ ดงแสดงในรปท 4.2 ส าหรบผลของการทดสอบปรบความตานทาน (R-Adjust) และท าการบนทกขอมลสญญาณรปคลนพลสจะท าใหทราบถงขอจ ากดของความกวางสญญาณพลสสงสด (Maximum) และต าสด (Minimum) ส าหรบน ามาเลอกใชงานของแหลงจาย แรงดนไฟฟากระแสตรงแรงสงตนแบบทเหมาะสมตอไป

65

ในการศกษานไดก าหนดไดอะแกรมวงจรการทดสอบปรบรอบท างาน (Duty cycle) ดงแสดงในรปท 4.2 (ก) โดยมอปกรณทดสอบในวงจรควบคมการสวตชความถสงดงแสดงในรปท 4.2 (ข) ซงในการออกแบบไดมการตอความตานทาน (R-Adjust) ออกมาใชงานภายนอกผานทางพอรตขาท 3 ของไอซเบอร TL494

10 kΩR-Adjust

0.01 uF

TL494

12345678 9

10

16151413

1112

Pulse Output

Rtrim

1IN +1IN -

FEEDBACKDTC

CTRT

GNDC1

2IN +2IN -REFOUTPUT CTRLVccC2E2E1

+15V

(PWM)

10 kΩ

5 kΩ

5 kΩ

5 kΩ

Vcc

(ก) ไดอะแกรมวงจรการทดสอบปรบรอบท างาน (Duty cycle)

(ข) อปกรณทดสอบและวงจรควบคมการสวตชความถสง

รปท 4.2 การทดสอบปรบรอบท างาน (Duty cycle) ของวงจรควบคมการสวตชความถสง

แหลงจายแรงดน ไฟฟาตนแบบ

พอรตตอภายนอกของ (R-Adjust)

ไอซเบอรTL494

ปรบรอบท างาน ปรบความถ

66

2) ทดสอบปรบความถใชงานของวงจรควบคมการสวตชความถสง

ความถส าหรบใชงานของวงจรการสวตชความถสงก าหนดไดดวยการปรบคาของความตานทาน (RT) และคาปาซเตอรใชงาน (CT) จากภายนอกทขา 6 และขา 5 ของวงจรไอซเบอร TL494 ซงเปนวงจรส าหรบสรางสญญาณพดบเบลยเอม (PWM) ทมความถคงทและสามารถท าการปรบเปลยนไดจากคาบเวลาการท างานของเอาตพตพลส ดงสมการท 3.9 ซงในการออกแบบไดท าการพจารณาตามความสมพนธของกราฟคณสมบตการใชงานของคา RT CT ตาม Datasheet TL494ของ Tesas Instruments เพอส าหรบการก าหนดความถส าหรบใชงาน

โดยการทดสอบนจะท าการปรบคาความตานทานของ (R-trim) ตามต าแหนงของความตาน ทาน ถง ดงแสดงในรปท 4.3 ซงการศกษาไดก าหนดใหคาของความถในยานทตองการมขนาดเทากบ 10, 20, 30 และ 40 กโลเฮรต ตามล าดบ ท าการวดสญญาณของรปคลนพลสเอาตพตทขา 9 และขา 10 ดวยออสซลโลสโคปของ Agilent Technologies (InfiniiVision) โมเดล DSO7014B โดยบนทกขอมลสญญาณ ผานทางพอรต USB จากนนท าการวดคาความตานทานของ (R-trim) แตละตวทไดปรบตามความถใชงานทตองการ แลวน าคาความตานทานทไดมาเปรยบเทยบกบคาจากการค านวณ

การค านวณหาคาความตานทานใชงาน (RT)

ในการออกแบบวงจรไดก าหนดคาคาปาซเตอร CT เทากบ 0.01ไมโครฟารด แลวจงน ามาค านวณหาคา RT กอนท าการปรบทดสอบคา R-trim เพอจะน าไปใชปรบคาความตานทานใหไดตามขนาดความถใชงานเทากบ 10, 20, 30 และ 40 กโลเฮรต ตามล าดบ โดยแสดงการค านวณดงน

ความถ 10 kHz ดงนน RT = 11 kΩ

ความถ 20 kHz ดงนน RT = 5.5 kΩ ความถ 30 kHz ดงนน RT = 3.67 kΩ

ความถ 40 kHz ดงนน RT = 2.75 kΩ

6(33.33 10 ) 1.16(0.01 10 )

RT

6(50 10 ) 1.16(0.01 10 )

RT

6( 25 10 ) 1.16(0.01 10 )

RT

1 4

-6(100 10 ) 1.1-6(0.01 10 )

RT

67

ส าหรบการทดสอบนไดก าหนดไดอะแกรมวงจรการทดสอบปรบความถใชงานในวงจรควบคมการสวตชความถสงดงแสดงในรปท 4.3 (ก) โดยมต าแหนงของความตานทาน R-trim ทใชส าหรบปรบความถดงแสดงในรปท 4.3 (ข)

10 kΩR-Adjust

0.01 uF

TL494

12345678 9

10

16151413

1112

Pulse Output

Rtrim

1IN +1IN -

FEEDBACKDTC

CTRT

GNDC1

2IN +2IN -REFOUTPUT CTRLVccC2E2E1

+15V

(PWM)10

kΩ

5 kΩ

5 kΩ

5 kΩ

Vcc

(ก) ไดอะแกรมวงจรควบคมการสวตชความถสง

(ข) ต าแหนงของความตานทาน R-trim

รปท 4.3 การทดสอบปรบความถใชงานของวงจรควบคมการสวตชความถสง

1 2 3 4

68

3) ทดสอบวดสญญาณแรงดนเอาตพตทปรบรอบท างาน (Duty cycle)

ในการทดสอบวดสญญาณแรงดนเอาตพต เนองจากคาแรงดนทางดานเอาตพตจากแหลง จายแรงดนไฟฟาตนแบบจะมคาแรงดนไฟฟาทสง จงไดมการออกแบบวงจรโวลตเตจดไวเดอร (Voltage divider) เพอเทยบอตราสวนของแรงดนไฟฟาใหสามารถวดคาแรงดนไฟฟาทสงได แสดงดงรปท 4.4 ซงก าหนดใหแรงดนไฟฟาอนพต Vin เทากบ 10 กโลโวลต ความตานทาน R1 เทากบ 1 เมกกะโอหม R2 เทากบ 100 กโลโอหม และความตานทาน RLเทากบ 100 โอหม

R1

R2 RL

Vin

Vout

= 10 kVDC High Voltage Pulsating Power Supply

รปท 4.4 วงจรค านวณอตราสวนของแรงดนเอาตพต

ค านวณอตราสวนของแรงดนไฟฟาจากสมการดงน

2

1 2

( / / )

( / / )

in Lout

L

V R RV

R R R (4.1)

10 (100 / /100 )

(1 100 / /100 )

Out

kV kV

M k (4.2)

ดงนน 1OutV V

อตราสวนของแรงดน (Ratio) ของ in outV V มคาเทากบ 10 กโลโวลต: 1 โวลต เมอไดอตราสวนของแรงดน จงน าวงจรโวลตเตจดไวเดอร (Voltage divider) มาใชท าการ

วดคาสญญาณแรงดนเอาตพตโดยใชออสซลโลสโคปของ Agilent Technologies (InfiniiVision) โมเดล DSO7014B และท าการอานคาแรงดนไฟฟาเอาตพต (VPk-Pk) ทไดทดสอบปรบรอบท างาน (Duty cycle) ตงแต 25 ถง 75 เปอรเซนต ขนาดของความถส าหรบใชงาน 10, 20, 30 และ 40 กโลเฮรตซ ท าการบนทกขอมลสญญาณจากการทดสอบผานทางพอรต USB เกบไวในคอมพวเตอร ซงอปกรณและวงจรการทดสอบวดสญญาณแรงดน ไฟฟาเอาตพตของแหลงจายแรงดนไฟฟากระแสตรงแรงสงตนแบบ แสดงดงรปท 4.5

69

(ก) ความตานทานดไวเดอร

(ข) อปกรณทดสอบวดสญญาณแรงดนไฟฟาเอาตพต

รปท 4.5 การทดสอบวดสญญาณเอาตพตของแหลงจายแรงดนไฟฟาตนแบบ

นอกจากนในการทดสอบวดสญญาณเอาตพตของแหลงจายแรงดนไฟฟาตนแบบ ยงไดน าโฟรปวดไฟฟาแรงดนสง (High voltage probe) ของ Fluke โมเดล 80K-40 ทสามารถวดไฟฟาแรงดนสงไดในชวง 1 ถง 40 กโลโวลต มคาความถกตอง ± 1 เปอรเซนต มาใชวดแรงดนไฟฟาเอาตพต ซงผลการทดสอบทวดดวยโฟรปวดไฟฟาแรงดนสงจะไดน ามาเปรยบเทยบกบผลจากการวดโดยใชหลกการของโวลตเตจดไวเดอรทไดสรางขน เพอใหไดผลการทดสอบวดแรงดนไฟฟาเอาตพตทถกตองทสด

แหลงจายแรงดนไฟฟาตนแบบ

ความตานทานดไวเดอร

โฟรปวดไฟฟา แรงดนสง

ออสซลโลสโคป

70

4) ทดสอบวดสญญาณแรงดนไฟฟาเอาตพตของแหลงจายแรงดนไฟฟาตนแบบดวยการจายแรงดนไฟฟาจากแบตเตอรขนาด 12 โวลต

ในการทดสอบวดสญญาณแรงดนเอาตพตของแหลงจายแรงดนไฟฟาตนแบบ โดยใชแบตเตอรของ Spa (Sealed Rechargeable Battery) โมเดล SL12-26P มขนาดแรงดนไฟฟาเทากบ 12 โวลต 26 AH/20 HR โดยมรายละเอยดคณสมบตการใชงานของแบตเตอรทดสอบดงน

Cycle use 14.5 ถง 14.9 โวลต Standby use 13.6 ถง 13.8 โวลต Initial current นอยกวา 7.8 แอมป

รปท 4.6 อปกรณทดสอบวดสญญาณเอาตพตของแหลงจายแรงดนไฟฟาตนแบบ

ดวยแบตเตอรขนาด 12 โวลต

ในการทดสอบวดสญญาณแรงดนไฟฟาเอาตพตจะน าออสซลโลสโคปของ Agilent Technologies (InfiniiVision) โมเดล DSO7014B มาใชท าการวดสญญาณประกอบดวย สญญาณพลสพดบเบลยเอม สญญาณแรงดนไฟฟาตกครอมสวตชมอสเฟตก าลง สญญาณกระแสไฟฟาทางดานปฐมภมของหมอแปลงไฟฟา เนองจากคาแรงดนทางดานเอาตพตจากแหลงจายแรงดนไฟฟาตนแบบจะมคาแรงดนไฟฟาทสง จงท าการวดสญญาณแรงดนไฟฟาผานวงจรโวลตเตจดไวเดอร (Voltage divider) เพอเทยบอตราสวนของแรงดนไฟฟาใหสามารถวดคาแรงดนไฟฟาทสงได ซงมรายละเอยดของอปกรณในการทดสอบแสดงดงรปท 4.6

ออสซลโลสโคป

แบตเตอร 12 โวลต

แหลงจายแรงดนไฟฟาตนแบบ

71

4.1.2 การศกษาคณลกษณะกระแสไฟฟา - แรงดนไฟฟาแหลงจายไฟฟาตนแบบ

ในการทดสอบคณลกษณะของกระแส-แรงดนไฟฟา (Current -Voltage characteristics) ท าใหทราบถงสมรรถนะการท างานของแหลงจายแรงดนไฟฟากระแสตรงแบบพลสตนแบบทจายใหกบเครองตกตะกอนเชงไฟฟาสถตแบบทอทรงกระบอกซอนแกนรวม โดยจะพจารณาในฟงกชนความเขมขนของไอออนภายในทอตกตะกอนเชงไฟฟาสถตเปนส าคญ ดงนนจงจ าเปนตองมการวดคากระแสดสชารจ (Discharge Current) จากขวดสชารจและขวตกตะกอน ซงกระแสไฟฟาทเกดจากการดสชารจทขวดสชารจของเครองตกตะกอนเชงไฟฟาสถตจะถกวดโดยตรงดวย มลตมเตอรแบบดจตอลผานขวตกตะกอนของเครองตกตะกอนเชงไฟฟาสถตฯ ในการศกษานไดแบงการทดสอบคณลกษณะของกระแส-แรงดนไฟฟาเปน 2 แบบ คอ

1) การศกษาผลของขนาดเสนผานศนยกลางขวดสชารจตอการเกดโคโรนาดสชารจของเครองตกตะกอนเชงไฟฟาสถตแบบทอทรงกระบอกซอนแกนรวม

2) การศกษาคณลกษณะของกระแส -แรงดนไฟฟาของแหลงจายแรงดนไฟฟากระแสตรงแบบพลส

ส าหรบขนตอนและอปกรณทใชในการทดสอบคณลกษณะกระแส-แรงดนไฟฟา มดงน

1) การศกษาผลของขนาดเสนผานศนยกลางขวดสชารจตอการเกดโคโรนาดสชารจของเครองตกตะกอนเชงไฟฟาสถตแบบทอทรงกระบอกซอนแกนรวม

ในการศกษานไดท าการวเคราะหผลของขนาดเสนผานศนยกลางขวดสชารจตอการเกด โคโรนาดสชารจภายในเครองตกตะกอนเชงไฟฟาสถตแบบทอทรงกระบอกซอนแกนรวม โดยก าหนดใหขวอเลกโทรดดานนอก (Outer electrode) มขนาดเสนผานศนยกลาง 30 มลลเมตร ความยาว 200 มลลเมตร และขวอเลกโทรดดานใน (Inner electrode) หรอขวดสชารจมขนาดเสนผานศนยกลาง 0.3, 1.0 และ1.3 มลลเมตร ตามล าดบ โดยขวดสชารจและขวอเลกโทรดดานนอกจะถกแยกจากกนทางไฟฟา (Electrical isolation) ดวยฉนวนไฟฟา PVC ดงแสดงรปท 4.7 (ก) ส าหรบอปกรณและไดอะแกรมการทดสอบประกอบดวย แหลงจายไฟฟาแรงดนสงแบบปรบคาไดของ Leybold Didactic โมเดล 521721 ส าหรบจายแรงดนไฟฟาใหขวดสชารจในชวง 0 ถง 10 กโลโวลต เพอสรางโคโรนาดสชารจ (Corona discharge) ไอออนจะถกสรางขนภายในโซนการก าเนดไอออน (Ion generation zone) เมออนภาคไหลเขาไปในชองวางระหวางขวอเลกโทรด อนภาคจะสมผสกบไอออนแบบขวเดยว (Unipolar) และถกอดประจไฟฟา ซงคาความเขมขนของไอออนภายในเครองตกตะกอนเชงไฟฟาสถตฯ จะสามารถประมาณคาไดจากกระแสไฟฟาทวดไดจากขวอเลกโทรดผานแอมปมเตอรแสดงดงรปท 4.7 (ข) และมเงอนไขทใชในการศกษาดงตารางท 4.1

72

ตารางท 4.1 เงอนไขทใชในการศกษาคณลกษณะของกระแส- แรงดนไฟฟา

ตวแปร ชวงทก าหนด

แรงดนไฟฟา ชนดของขวประจ ขนาดเสนผานศนยกลางของขวดสชารจ ชนดแกส ความดนท างาน

0 ถง 10 กโลโวลต บวก (+) 0.3, 1.0 และ1.3 มลลเมตร อากาศ 1 บาร

Stainless Steel Pipes 20 cm

3.0 cm

Corona wireInsulation

Out electrode

Ground

Aerosol

outlet

Aerosol

inlet

High

voltage

Ion generation zone

(ก) ลกษณะโครงสรางของเครองตกตะกอนเชงไฟฟาสถตทใชในการทดสอบ

A

DC high voltage

power supply

Ammeter

Ion generation zone

Corona

wire

Out electrodeInsulator

Particles

inlet

Particles

outlet

Insulator

Leybold Didactic Model 521721

(ข) ไดอะแกรมของอปกรณและการทดสอบ

รปท 4.7 การทดสอบวดกระแสไฟฟาทขวอเลกโทรดโดยใชแหลงจายแรงดนไฟฟาตนแบบ

73

ในการทดสอบเรมตนท าการตอวงจรการทดสอบตามแบบไดอะแกรม โดยตองค านงถงเงอนไขทไดก าหนดตามตารางท 4.1 ส าหรบวงจรการทดสอบแสดงในรปท 4.8 ซงอปกรณทใชคอ แหลงจายไฟฟากระแสตรงรน Leybold Didactic โมเดล 521721 ทจายแรงดนไฟฟากระแสตรงแรงสงในชวง 0 ถง 10 กโลโวลต ใหกบขวดสชารจอเลกโทรด น ามลตมเตอรแบบดจตอล True RMS Multimeter ของ Fluke โมเดล 289 มาท าการวดคากระแสดสชารจทมการปรบเปลยนขนาดขวดสชารจในการทดสอบเทากบ 0.3, 1.0 และ 1.3 มลลเมตร ตามล าดบ ทงนรปรางเสนลวดดสชารจอเลกโทรดทงสามขนาดแสดงดงรปท 4.9 (ก) ถง (ค) ส าหรบทดสอบวดเกบคากระแส ไฟฟาดสชารจโดยไดก าหนดใหทดสอบซ า 4 ครงตอขนาดขวดสชารจ และน าคาทไดมาท าการวเคราะหผลในรปแบบกราฟทเปรยบเทยบความสมพนธของกระแสทเกดขนกบแรงดนไฟฟาโคโร-นาดสชารจ ท าใหสามารถเลอกขนาดเสนลวดดสชารจอเลกโทรดทเหมาะสมเพอใชงานได

รปท 4.8 อปกรณและวงจรการทดสอบคณลกษณะกระแส- แรงดนไฟฟา

(ก) (ข) (ค)

รปท 4.9 ลกษณะของขวดสชารจทใชในการทดสอบ

0.3 มลลเมตร 1.0 มลลเมตร 1.3 มลลเมตร

เครองตกตะกอนเชง ไฟฟาสถตฯ

ดจตอล มลตมเตอร

แหลงจายแรงดนไฟฟา ตนแบบ

แหลงจายแรงดนไฟฟา แรงสง Leybold Didactic

74

2) การศกษาคณลกษณะกระแส – แรงดนไฟฟาของแหลงจายแรงดนไฟฟากระแสตรงแรงสงแบบพลสตนแบบ

อปกรณและไดอะแกรมของการทดสอบแสดงในรปท 4.10 ซงประกอบดวย แหลงจายแรงดนไฟฟากระแสตรงแรงสงแบบพลสทสรางขน เครองตกตะกอนเชงไฟฟาสถตแบบทอทรงกระบอกซอนแกนรวม และมลตมเตอรของ Fluke โมเดล 289 True RMS Industrial Logging ในการทดสอบลกษณะกระแส-แรงดนไฟฟาของเครองตกตะกอนเชงไฟฟาสถตแบบทอทรงกระบอกซอนแกนรวม โดยจะจายแรงดนไฟฟาจากแหลงจายใหกบขวดสชารจในชวง 0 ถง 10 กโลโวลต เพอสรางโคโรนาดสชารจ (Corona discharge) ทงนแรงดนไฟฟาแรงสงดานเอาตพตของแหลงจายแรงดนไฟฟากระแสตรงแบบพลสตนแบบจะถกวดดวยหววดไฟฟาแรงสงของ Fluke โมเดล 80K-40 เมอจายแรงดนไฟฟาใหกบขวดสชารจ ไอออนจะถกสรางขนภายในโซนการก าเนดไอออน (Ion generation zone) ท าใหเกดการไหลของกระแสดสชารจ (Discharge current) ระหวางขวอเลกโทรดตกตะกอนกบขวดสชารจ ซงคาความเขมขนของจ านวนไอออนภายในเครองตกตะกอนเชงไฟฟาสถตฯ จะสามารถประมาณคาไดจากคากระแสไฟฟาทวดไดจากขวอเลกโทรดผานแอมมเตอร ในการทดสอบมตวแปรและเงอนไขแสดงดงตารางท 4.2

ตารางท 4.2 ตวแปรและเงอนไขทใชในการทดสอบ

ตวแปร ชวงทก าหนด แรงดนไฟฟา ขนาดเสนผานศนยกลางของขวตกตะกอน ขนาดเสนผานศนยกลางของขวดสชารจ ความยาวของขวตกตะกอนและขวดสชารจ ชนดขวประจ ความถ อณหภม ความดนบรรยากาศ

0 ถง 10 กโลโวลต 30 มลลเมตร 0.3, 1.0 และ1.3 มลลเมตร 200 มลลเมตร บวก (+) 20 กโลเฮรตซ 30 องศาเซลเซยส 1 บาร

ผลการทดสอบวดคากระแสไฟฟาดสชารจจากขวอเลกโทรดสามารถน าไปใชค านวณในโปรแกรมแบบจ าลองทางคณตศาสตร เพอการวเคราะหประมาณคาความเขมขนของไออน และ การวเคราะหประมาณคาจ านวนประจของอนภาคภายในเครองตกตะกอนเชงไฟฟาสถตแบบทอทรงกระบอกซอนแกนรวมทใชงานกบแหลงจายแรงดนไฟฟากระแสตรงแรงสงแบบพลสตนแบบท าใหทราบถงสมรรถนะการท างานของแหลงจายแรงดนไฟฟาตนแบบได

75

Electrostatic precipitator(ESP)

Flyback transformer

Ns

Np

Power MOSFET

Voltage Regulator

PWM Generator

12 VDC

Collection electrode

Discharge electrode

IRF640

Diode

(ก) วงจรแหลงจายแรงดนไฟฟากระแสตรงแบบพลส

Outlet

Inlet

DC Pulse High Voltage Power Supply

Digital Ammeter

Electrostatic

Discharge electrode

Collection electrode

Particulate

Particulate

Computor

Digital oscilloscope0.3, 1.0, 1.3 mm

I V

(ข) ไดอะแกรมของอปกรณและการทดสอบ

รปท 4.10 การทดสอบวดกระแส – แรงดนไฟฟาของเครองตกตะกอนเชงไฟฟาสถตโดยใช แหลงจายแรงดนไฟฟากระแสตรงแบบพลส

76

4.2 การทดสอบประสทธภาพการตกตะกอน

ในการทดสอบประสทธภาพการตกตะกอนของอนภาคทใชกบแหลงจายแรงดนไฟฟากระแสตรงแรงสงแบบพลสตนแบบ เพอตองการทราบถงสมรรถนะการท างานของแหลงจายตนแบบ จงไดท าการสรางโปรแกรมแบบจ าลองทางคณตศาสตรส าหรบใชในการวเคราะหประมาณคาความเขมขนของไออน วเคราะหประมาณคาจ านวนประจของอนภาค และศกษาผลความชนสมพทธตอประสทธภาพการตกตะกอนของอนภาคในเครองตกตะกอนเชงไฟฟาสถตแบบทอทรงกระบอกซอนแกนรวม ซงผลทไดจากโปรแกรมแบบจ าลองทางคณตศาสตรจะน ามาใชวเคราะหรวมกบผลของการทดสอบจรง โดยมรายละเอยดดงน

4.2.1 การประมาณคาความเขมขนของไอออน

การประมาณคาความเขมขนของไอออนจะเรมตนจากการปอนคาตวแปรเงอนไขขาเขาของเครองตกตะกอนเชงไฟฟาสถตฯ เพอใชค านวณตามล าดบการท างานของโปรแกรม ดงแสดงในตารางท 4.3

ตารางท 4.3 คาเรมตนเงอนไขขาเขาของเครองตกตะกอนเชงไฟฟาสถต

ตวแปร คาในการวเคราะห รศมของขวดสชารจ (r1) รศมของขวอเลกโทรดดานนอก (r2) ความยาวของขวตกตะกอน (L) อณหภมอากาศขณะท างาน (T) อณหภมหองอากาศทสภาวะมาตรฐาน(Tr) ความดนบรรยากาศทสภาวะมาตรฐาน (P) ความดนบรรยากาศขณะท างาน (Pr) ขนาดเสนผานศนยกลางของอนภาค (dp) แรงดนไฟฟา (V)

0.15, 0.50 และ 0.65 มลลเมตร 15 มลลเมตร 200 มลลเมตร 318 เควน 293 เควน 1 บาร 1 บาร 10 นาโนเมตร ถง 10 ไมโครเมตร 0 ถง 10 กโลโวลต

เมอก าหนดคาเรมตนเงอนไขทางขาเขาแลวจงน าคาตวแปรทงหมดมาค านวณไดอะแกรมของโปรแกรมทใชในการวเคราะหซงแสดงดงรปท 4.11 โดยโปรแกรมจะค านวณหาคาสนามไฟฟาเรมเกดโคโรนา 0E ตามสมการท (2.3) เพอน าคาสนามไฟฟาเรมเกดโคโรนามาใชในการค านวณหาคาแรงดนไฟฟาเรมเกดโคโรนา 0V ตามสมการท (2.2) และจงค านวณหาคากระแส ไฟฟาทพนผวของขวอเลกโทรด I ตามสมการท (2.6) จากนนจงน าคาของ 0E , 0V และ I มาท าการค านวณ

77

ประมาณคาความเขมขนของไอออน N I ตามสมการท (2.10) ส าหรบโปรแกรมแบบจ าลองทางคณตศาสตรไดก าหนดใหมการวนซ าค านวณใหมทกครงทมการปรบเปลยนคาตวแปร และมการออกแบบใหมการรบคากระแสไฟฟาทพนผวของขวอเลกโทรด I ทไดจากการทดสอบเขามาค านวณดวยเพอน ามาวเคราะหผลเปรยบเทยบทางทฤษฎและการทดสอบ ซงท าใหทราบถงสมรรถนะการใชงานของแหลงจายแรงดนไฟฟากระแสตรงแรงสงแบบพลสตนแบบ

4.2.2 การประมาณคาจ านวนประจของอนภาค

ในการศกษานจะเปนขนตอนทสองในการท างานของโปรแกรมแบบจ าลองทไดสรางขนตามไดอะแกรมดงรปท 4.11 เมอไดคาความเขมขนของไอออนแลวน าคาทไดมาหาคาปรมาณของอนภาคททางขาเขาและออกของเครองตกตะกอนเชงไฟฟาสถตแบบทอทรงกระบอกซอนแกนรวมโดยใชวธการแจกแจงขนาด (Size distribution) แบบ Log – normal ซงเปนวธทนยมกนมากในการวเคราะหขนาดของอนภาค และสามารถใชไดกบอนภาคทมการแจกแจงขนาดในชวงทกวางมากได โดยท าการสรางกราฟระหวางขนาดของอนภาคและความถของอนภาคชวงนนๆ ทงนการกระจายตวของอนภาคสามารถดไดจากการโนมเอยงจากจดกงกลางและความกวางของฐานกราฟไดซงจะแสดงผลของการวเคราะหในบทท 5 ตอไป

ในการไดก าหนดขนาดเสนผานศนยกลางของอนภาคทใชในการจ าลองมขนาดชวงระหวาง 10 นาโนเมตร ถง 100 ไมโครเมตร เมอไดคาความเขมขนของไอออน Ni จากการวเคราะหในหวขอทผานมา จงน าคาทไดมาท าการค านวณหาคาจ านวนประจบนอนภาค (Number of charge

per particles) np ตามสมการท (2.7) จากนนโปรแกรมจะท าการค านวณหาคาเฉลยระยะการเคลอนทอสระของกาซ λ ตามสมการท (2.15) เพอน าคาทไดไปหาคาตวชดเชยของคนนงแฮม (Cunningham slip correction factor) Cc ตามสมการท (2.14) โดยโปรแกรมจะท าการค านวณหาคาตวชดเชยของคนนงแฮมตามคาขนาดเสนผานศนยกลางของอนภาคทไดก าหนดแตละครง จากนนจงน าคาตวชดเชยของคนนงแฮมทไดไปหาคาการเคลอนททางไฟฟาของอนภาค pZ ตามสมการท (2.13) เมอไดคาการเคลอนททางไฟฟาของอนภาคแลวโปรแกรมจงค านวณหาคาประสทธภาพในการตกตะกอนของอนภาค (Collection efficiency) ภายในเครองตกตะกอนเชงไฟฟาสถตแบบทรงกระบอกตามสมการท (2.20) ในการออกแบบโปรแกรมจ าลองทางคณตศาสตรไดก าหนดใหมการท างานวนซ าค านวณใหมโดยเปลยนขนาดเสนผานศนยกลางของอนภาคเพมขนครงละ10 นาโนเมตร ท าจนขนาดอนภาคทเปลยนแปลงมคาเทากบ 100 ไมโครเมตร โปรแกรมจงจะหยดการท างานและแสดงผลทไดจากการวเคราะหในรปของกราฟประสทธภาพการตกตะกอนของอนภาคกบขนาดของอนภาคททดสอบเปลยนแปลง

78

(Nit)

ฟฟ

I (2.6)

ฟฟ Vo (2.2)

ESP

dp =10 nm -100 µm

np = nfield + ndiff (2.7)

Cc , λ Zp (2.14),(2.15) (2.13)

(η) (2.20)

dp = 100 µm

I ( )

No

Yes

r1, r2 , L , V, T, Tr, P, Pr

Eo (2.3)

ฟ

No

Yes

(2.10)

d p =

d p+ 1

0 nm

รปท 4.11 ไดอะแกรมของโปรแกรมทใชในการวเคราะหการประมาณคาความเขมขนของ ไอออนและวเคราะหการประมาณคาจ านวนประจของอนภาค

79

4.2.3 การศกษาผลของความชนสมพทธตอประสทธภาพการตกตะกอน

การศกษาผลของความชนสมพทธตอประสทธภาพการตกตะกอนของเครองตกตะกอนเชงไฟฟาสถตแบบทอทรงกระบอกซอนแกนรวม ท าการวเคราะหผลโดยการสรางแบบจ าลองทางคณตศาสตรเพอท านายคาความชนสมพทธของฝ นทสงผลกระทบตอประสทธภาพการตกตะกอนของอนภาคโดยใชสมการของ [7]ในการวเคราะห ซงมเงอนไขทใชในการวเคราะหดงแสดงตารางท 4.4 และไดอะแกรมล าดบขนตอนของโปรแกรมดงแสดงในรปท 4.12 ส าหรบการท างานของโปรแกรมเรมตนจากการก าหนดเงอนไขดานขาเขาโดยปอนคา V แรงดนไฟฟาทจายใหกบขวดสชารจ 10 ถง 50 กโลโวลต ปอนคา rT ,T , rP และ P ตามเงอนไขตารางท 4.3 และปอนคาตวแปรใชงานของเครองตกตะกอนเชงไฟฟาสถตฯ คอ 1r รศมของขวดสชารจ 2r รศมของขวอเลกโทรดดานนอก L ความยาวขวตกตะกอน e คาประจอเลกตรอนมคา 1.6×10-19 คลอมป [24] k คาคงทโบรทมานน iZ ความสามารถในการเคลอนตวทางไฟฟาของไอออนมคา 1.4 10-4 ตารางเมตรตอโวลตวนาท [24] และ ic ความเรวเฉลยเนองจากผลอณหภมของไอออนมคา 240 เมตรตอวนาท [23] จากนนโปรแกรมจะค านวณหาคาสนามไฟฟาเบรกดาวนทมการปอนคาความชนสมพทธ 0 ถง100 เปอรเซนต เพอน ามาค านวณหาคา N i ความเขมขนของไอออนทมการพจารณาเวลาในการอดประจและน าผลของกระแสดสชารจจากการทดสอบมาท าการวเคราะห ในการศกษานไดก าหนดใหมการวนซ าค านวณโดยเปลยนขนาดเสนผานศนยกลางของอนภาคเพมขนครงละ 10 นาโนเมตร เพอหาคา pN จ านวนประจบนอนภาค pZ การเคลอนททางไฟฟาของอนภาคและ ประสทธภาพการตกตะกอนของอนภาค โดยจะท าซ าจนขนาดอนภาคเทากบ 100 ไมโครเมตร โปรแกรมจงหยดการท างานและแสดงผลกราฟประสทธภาพในการตกตะกอนของอนภาค

ตารางท 4.4 เงอนไขทใชในการวเคราะหผลส าหรบการสรางแบบจ าลอง

ตวแปร คาในการวเคราะห รศมของขวดสชารจ (r1) รศมของขวอเลกโทรดดานนอก (r2) ความยาวของขวตกตะกอน (L) ขนาดเสนผานศนยกลางฝ น (dp) แรงดนไฟฟา (V) ชนดขวประจ อตราการไหลของกาซ (Q) คาความชนสมพทธ (RH)

0.15, 0.16, 0.17 และ 0.18 มลลเมตร 15 มลลเมตร 200 มลลเมตร 10 นาโนเมตร ถง 10 ไมโครเมตร 10 ถง 50 กโลโวลต บวก (+) 1 ลตรตอนาท (16×10-6 ลกบากศเมตรตอวนาท) 0 ถง 100 เปอรเซนต

80

Calculate breakdown field (Es)

Input inlet condition

START

dp =10 nm -100 µm

Calculate mean charge per particle (np)

dp = 100 µm

I , V Experiment

No

Yes

Relative Humidity 0 - 100%

END

Show results

Input ESP inlet condition

1.48259 298

5.075 0.063 ( )1.0135 1.0135

s

P PE RH

T T

V, T, Tr , P, Pr, Q

ic,iZ

Calculate ion number concentration (Ni)

2ii

IN

rLZ eE

Calculate charging time (t)2 2

2 1( )r r Lt

Q

2

2 ln 12 2

p E p i ip

E

d kT K d c e N tn

K e KT

Calculate collection efficiency of particles ()

221 exp Pr LZ E

Q

101.3 1 110 / 293.15293.15 1 110 /r

TP T

3p c

pp

n eCZ

d

Calculate electrical mobility (Zp) 1 2.514 0.8exp( 0.55 )PC

P

dC

d

Calculate () and Calculate (Cc)

r1 , r2 , L , e , k,

d p =

d p +

10 nm

รปท 4.12 ไดอะแกรมล าดบขนการวเคราะหผลความชนสมพทธตอประสทธภาพการตกตะกอน

81

4.2.4 การทดสอบประสทธภาพการตกตะกอนของอนภาค

ในการทดสอบประสทธภาพการตกตะกอนของอนภาค แสดงในรปท 4.13 อปกรณทใชในการทดสอบนประกอบดวย แหลงจายไฟฟาแรงดนสงตนแบบ มลตมเตอรแบบดจตอล ชดปรบและวดอตราการไหล แผนกรองฝ นละอองขนาดอนภาคและปมสญญากาศ ขนตอนในการทดสอบจะจายแรงดน ไฟฟาใหกบขวดสชารจดวยแหลงจายไฟฟาแรงดนสงตนแบบทปรบแรงดนไฟฟาส าหรบทดสอบอยในชวงขนาด 0 โวลต ถง 10 กโลโวลต โดยจะท าการทดสอบกบอนภาคของควนธปทจ านวน 20 กาน เมอท าการจดไฟใหกบธปแลวจะรอประมาณ 2 นาท เพอใหไฟตดแลวจงดบไฟท าใหเกดควนเขาสเครองตกตะกอนเชงไฟฟาสถตฯ จากนนจงท าการเปดแหลงจายแรงดนไฟฟา แรงสงตนแบบใหระบบท างานและตรวจเชคการท างานของระบบวามจดรวไหลของควนธปหรอเกดการเบรกดาวนในสวนไหนของระบบ หากพบตองท าการปรบแกไขเพอใหระบบท างานตอไปได จากนนท าการสมเกบตวอยางอนภาคฝ นทเวลา 15, 30 , 45 และ 60 นาท ในบรเวณทางเขาและทาง ออกของเครองตกตะกอนเชงไฟฟาสถตดวยวธการกรองอนภาค จากนนท าการทดสอบอกครงกบตวอยางอนภาคจากตะเกยงน ามนกาดตามล าดบขนตอนวธการขนตนทกลาวมา เพอน าผลตวอยางทไดไปสองดพฤตกรรมของอนภาคดวยกลองสองดจตอลไมโครสโคปตอไป

Outlet

Inlet

Flowmeter 2 Flowmeter 1

HEPA filter 2 HEPA filter 1

Vacuum pump

DC Pulse High Voltage Power Supply

Digital Ammeter

Electrostatic

รปท 4.13 ไดอะแกรมทดสอบสมรรถนะการท างานแหลงจายแรงดนไฟฟาตนแบบ กบเครองตกตะกอนเชงไฟฟาสถตแบบทอกระบอกซอนแกนรวม

82

ส าหรบวธการเกบตวอยางเพอน ามาหาคาประสทธภาพใชวธการสมตวอยางแบบทมจลศาสตรเทากน (Isokinetic Sampling) คอ การดงเอาบางสวนของของไหลทเราสนใจออกมาเพอวดคาประสทธภาพการตกตะกอนของอนภาค ในทนคาทสนใจจะเปนอนภาคทอยภายในทอตกตะกอน โดยใชแผนกรองทอยภายในชดเกบตวอยางเปนตวดกจบ เมอไดปรมาณของอนภาคแลวน าคาทไดมาหาคาประสทธภาพ ซงการสมตวอยางวธนจะเปนแบบทมจลศาสตรเทากนกตอเมอทศทางของของไหลภายในทอและทอเกบตวอยางอยในแกนเดยวกนกลาวคอ ขนานกบเสนการไหลของของไหล และความเรวของของไหลทจดทางเขาทอเกบตวอยางมคาเทากบความเรวของการไหลภายนอก แลวจงน าชดแผนกรองอนภาคออกมาท าการถายรปและชงน าหนกแผนกรองอนภาคเพอน าไปค านวณหาประสทธภาพการตกตะกอนของระบบและชงน าหนกแผนกรองอนภาคเพอน าไปค านวณหาประสทธภาพการตกตะกอนของระบบ ในการศกษานจะท าการหาความเขมขนของอนภาคเชงมวล (Mass concentration of particle) c ซงสามารถค านวณไดจาก

mc t

Q (4.3)

เมอ m คอ มวลของอนภาค Q คอ อตราการไหลของอนภาคตวอยาง และ t คอ เวลาทใชส าหรบในการเกบตวอยาง ดงนนประสทธภาพการตกตะกอนโดยรวมทงหมด (Overall collection efficiency) overall ของระบบการตกตะกอนเชงไฟฟาสถต สามารถประเมนไดจากมวลของอนภาคทวดไดทาง เขาและทางออกของตวตกตะกอน ดงสมการน

inlet outlet

inlet

overall

c c

c (4.4)

เมอ inletc คอ ความเขมขนมวลของอนภาคททางขาเขา และ outletc คอ ความเขมขนมวลของอนภาคททางขาออก

ในบทนไดทราบถงวธการทดสอบสมรรถนะการท างานของแหลงจายแรงดนไฟฟาตนแบบกบเครองตกตะกอนเชงไฟฟาสถตแบบทอทรงกระบอกซอนแกนรวม ดงนนบทตอไปจะไดน าเสนอผลการวเคราะหจากโปรแกรมแบบจ าลองทางคณตศาสตรและผลการวดทดสอบตามวธการทไดแสดงไวในบทน