การพัฒนาเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง...

Research Article Received: November 25, 2018; Accepted: December 7, 2018

*ผรบผดชอบบทความ : [email protected]

การพฒนาเครองกำเนดไฟฟากระแสตรง

โดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนต

Development of Direct Current Generator

using Energy from Automobile Pressure

กฤษฎา พรหมพนจ* และวาสนา เกษมสนธ สาขาวชาไฟฟาและอเลกทรอนกส คณะเทคโนโลยอตสาหกรรม

มหาวทยาลยราชภฏสกลนคร ถนนนตโย ตำบลธาตเชงชม อำเภอเมอง จงหวดสกลนคร 47000

Krisada Prompinit* and Wassana Kasemsin Program of Electrical and Electronics, Faculty of Industrial Technology,

Sakon Nakhon Rajabhat University Nittayo Road, Muang, Sakon Nakhon 47000

บทคดยอ บทความนเปนการนำเสนอการพฒนาและหาประสทธภาพของเครองกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศย

พลงงานจากแรงกดของรถยนต โดยมวตถประสงคเพอสรางเครองกำเนดไฟฟากระแสตรง และเพอหาประสทธภาพ

เครองกำเนดไฟฟากระแสตรงจากแรงกดของรถยนตทสามารถผลตไฟฟา ซงโครงสร างทางกลทำจากเหลกกลอง

สเหลยมหรอเหลกแปบโปรงขนาด 1.5 × 1.5 นว ยางชะลอความเรวหรอลกระนาดชะลอความเรวสองชน ขนาด

กวาง x ยาว x สง เทากบ 35 × 105 × 45 ซม. มอเตอรเจนเนอรเรเตอร Panasonic รน Muma 022P1S เพลาขอ

เหวยง สปรงแบบดงกลบ ตลบลกปน สายพานหนง สวนวงจรควบคมใชบอรด Arduino Pro mini รวมกบวงจรท

สรางขน ผลการวจยพบวาประสทธภาพดานความคงทนหลงการทดสอบนำหนกของรถยนตทนำมาทดสอบไมสงผล

ตอโครงสรางทางกลทสรางแตอยางใด ประสทธภาพดานการผลตกำลงไฟฟาพบวากำลงไฟฟาทผลตไดจากการ

เหยยบของลอหนาและลอหลงเฉลย 1.22 และ 1.59 วตต ประสทธภาพดานการรกษาระดบแรงดนในการชารจ

แบตเตอรพบวาระดบแรงดนอนพตทไดมคาเฉลย 48.86 โวลต และประสทธภาพดานความเทยงตรงในการแสดงผล

ของวงจรควบคมการชารจพบวาการแสดงผลของแรงดนจากแบตเตอรมคาความคลาดเคลอน 0.04 โวลต และ

กระแสจากแบตเตอรมคาความคลาดเคลอน 0.02 แอมแปร ซงสามารถยนยนประสทธภาพของเครองกำเนดไฟฟา

จากผลการทดสอบการใชงานจรง

คำสำคญ : เครองกำเนดไฟฟากระแสตรง; แรงกดของรถยนต; วงจรคอนเวอรเตอร

doi: 10.14456/tstj.2020.72

Thai Science and Technology Journal (TSTJ) Vol. 28 No. 5 May 2020

886

Abstract This article presents the development and efficiency evaluation of the direct current

generator using energy form automobile pressure. The purposes of this study are to create a direct current generator and to evaluate efficiency of the direct current generator that can produce electricity. The mechanical structure was made of rectangular steel with the size of 1.5 x 1.5 inches, two pieces of rubber speed bump with the size of 35 x 105 x 45 cm (width x length x height), Panasonic Motor Generator Model 022P1S, crank shaft, restoring force type of spring, bearing, and leather belt. The control circuit using Arduino Pro mini is utilized coordinately with a created circuit board. The results showed that for persistence performance, after testing with the weight of vehicle, there was no effect on the mechanical structure. For power productivity performance, it was found that the produced power outputs of the front and rear wheels were averages of 1. 22 and 1. 59 Watts, respectively. For the battery voltage retention performance, it was found that an input voltage level was 48.86 Volts. In addition, for the performance of the display of the charging control circuit, it was found that the presentation of display had the error of 0.04 Volts of battery voltage and 0.02 Amperes of a current from the battery. These could confirm the efficiency of the created generator from the test of actual using.

Keywords: direct current generator; automobile pressure; converter 1. บทนำ

พลงงานเปนปจจยพนฐานทสำคญอยางยง ตอการพฒนาประเทศ ทงดานเศรษฐกจและสงคม เพราะจำเปนตองใชพลงงานในทกขนตอนของการดำเนนงาน ทงดานอตสาหกรรม คมนาคม เกษตรกรรม และอน ๆ [1] ดงนนจงกลาวไดวาปจจยทสงผลตอปรมาณการใชพลงงานทเหนไดอยางชด คอ จำนวนประชากร อตราการเพมของประชากร และระดบของการพฒนา ซงประเทศท ย งพฒนามากเทาไรจะย งม การบร โภคพลงงานมากขนเปนเทาตว อยางไรกตาม เมอกลาวถงสถานการณการใชพลงงาน กจำเปนตองกลาวถงภาพรวมของการใชพลงงานทงหมด ทงในสวนทเปนพลงงานประเภทสนเปลองหรอใชแลวมโอกาสหมดไปจากโลก รวมถงพลงงานทใชไมมวนหมดหรอทเรยกวา

พลงงานหมนเว ยนหรอพลงงานทดแทน [2] โดยพลงงานทดแทนตาง ๆ ถอเปนทางเลอกทเปนมตรตอสงแวดลอมในการผลตกระแสไฟฟา พลงงานทดแทนหมายถงพลงงานทใชทดแทนพลงงานจากฟอสซล เชน ถานหน นำมนเชอเพลง กาซธรรมชาต ซงนบวนมแตจะลดปรมาณลงเรอย ๆ และราคาทมความผนผวนไมแนนอนตามสภาพเศรษฐกจโลก โดยในกระบวนการผลตกระแสไฟฟากวารอยละ 90 ใชพลงงานตาง ๆ เหลาน และถอเปนตวการหน งของการปลอยกาซคารบอนไดออกไซดจำนวนมหาศาล ซงเปนสาเหตของสภาวะโลกร อน พลงงานทดแทนท สำคญ ได แก พลงงานแสงอาทตย พลงงานนำ พลงงานลม พลงงานจากความรอนใตพภพ พลงงานคลน เชอเพลงชวภาพ พลงงานชวมวล และพลงงานจากขยะ เหลานลวนเปน

ปท 28 ฉบบท 5 พฤษภาคม 2563 วารสารวทยาศาสตรและเทคโนโลย

887

พลงงานทางเลอกทสะอาดและเปนมตรตอสงแวดลอม นอกจากนพลงงานทดแทนดงกลาวบางชนดยงถอเปนพลงงานหมนเวยน (renewal energy) ทสามารถนำกลบมาใชใหมไดอกดวย [3]

พลงงานทดแทนท มการวจยและศกษาเพอนำมาทดแทนนำมนเชอเพลงมอยหลายแหลงดวยกน พลงงานจากแสงอาทตยเปนพลงงานท สะอาด ไมกอใหเกดมลพษตอส งแวดลอม ไดมาโดยไมตองเสยคาใชจายและมอยางไมจำกด โดยประเทศเรานนตงอยบร เวณเสนศนยสตรซ งเปนตำแหนงท สามารถรบพลงงานแสงอาทตย ท ม ความเข มส งตลอดท งป พลงงานจากลมเปนแหลงพลงงานทสำคญและไมตองเสยคาใชจายใด ๆ ซงประเทศไทยมลมพดผานทงลมตะวนออกเฉยงเหนอและลมตะวนตกเฉยงใตสลบกน ปละ 6 เดอน รวมทงบรเวณทอยใกลทะเลยงมพลงงานจากลมทะเลจำนวนมหาศาลทสามารถนำมาทดแทนพลงงานนำม นท ใช ในการผลตกระแสไฟฟา [4] นอกจากนยงมพลงงานนำ โดยการนำนำทกกเกบไวในเขอนหรอฝายมาใชในกระบวนการผลตกระแสไฟฟา ซ งจะมการปลอยนำใหหมนเคร องกลไฟฟา ใหผลตกระแสไฟฟา สามารถผลตไฟฟาหลายเมกกะวตตตอป พลงงานทดแทนทงสาม เปนพลงงานทมการวจยและนำมาใชเปนพลงงานทดแทนอยางแพรหลายในปจจบน นอกจากนยงมพลงงานทดแทนใหมทสามารถนำมาใชได เชน พลงงานจากคลนทะเลโดยนำหลกการของการเปลยนแปลงขนลงของคลนมาใชในการกำเนดไฟฟา พลงงานความรอนผวของนำทะเลและพลงงานความรอนใตดน [5] แตมพลงงานอกประเภทหนงซงอาศยแรงกดจากการเคลอนทของยานพาหนะบนทองถนนผานชดทางกลเพอใหเครองกลไฟฟาสามารถผลตไฟฟาไดเชนกน ซงมประโยชนอยางมาก สามารถใชงานบนถนนหรอเสนทางตาง ๆ ไดโดยไมตองคำนงถงลกษณะทางกายภาพใด ๆ และเปนพลงงานทผลตไดตลอดเวลา

ตราบใดทยงมรถวงอยบนถนนทมชดทางกลชดนต ดตงอย ดงนนพลงงานทดแทนทอาศยแรงกดจากการเคลอนทของรถยนตในการผลตกระแสไฟฟา จงเปนเรองทนาสนใจในการวจย

ผวจยจงสนใจศกษาการนำพลงงานจากแรงกดของรถยนต [6] โดยการออกแบบชดกำเนดไฟฟากระแสตรง ซงอาศยการขบเคลอนผานชดกำเนดไฟฟา ขณะทรถเคลอนผานนำหนกของลอจะกดทบอปกรณทางกลทประกอบดวยชดสปรงและแกนเพลาหมน [7] เพอขบเครองกำเนดไฟฟากระแสตรง แลวกระแสไฟฟาท ไดจะผานวงจรคอนเวอรเตอร [8] ในการแปรผนพลงงานใหมกระแสดานเอาตพตสงขนเพอจายพลงงานไฟฟาใหกบวงจรชารจแบตเตอร เก บไว กอนท จะนำไปใชประโยชนอยางอนตอไป

2. วธการศกษา 2.1 ศกษาและออกแบบสวนโครงสราง

2.1.1 ศกษาเอกสารท เก ยวของกบการสรางเครองกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนต เพ อนำมาเปนขอมลในการออกแบบ

2.1.2 ศกษาการทำงานของวงจรควบคม และอปกรณตาง ๆ ทนำมาใชในการสรางเครองกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนต

2.1.3 ออกแบบสวนของโครงสรางโดยใชขอมลทไดทำการศกษามา รายละเอยดมดงน

(1) ออกแบบในสวนของโครงสร างเครองกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนต ด วยโปรแกรมสำเร จร ปทางคอมพวเตอร ดงแสดงในรปท 1 และ 2 ตามลำดบ

(2) จดเตรยมอปกรณท จะใชในการสรางเครองกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงาน


888

จากแรงกดของรถยนต ประกอบดวยเหลกกลองสเหล ยม (square steel tube) ขนาด 1.5 × 1.5 นว [9] ยางชะลอความเรวหรอลกระนาดชะลอความเรว ขนาด กวาง x ยาว x สง เทากบ 35 × 105 × 45 ซม. มอเตอรเจนเนอรเรเตอรของ Panasonic รน Muma 022P1S เพลาขอเหว ยง ชดเพลา สปรง [11] ตลบลกปน สายพานหนง

(3) หล งจากออกแบบในส วนของโครงสร างทางกล การเล อกใชว สด อ ปกรณของโครงสรางเคร องกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนต ขนตอไปเปนขนตอนการสราง ดำเนนการดงน

(3.1) ตวของโครงสรางเคร องกำเนดไฟฟากระแสตรง โดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถ

Figure 1 The structure of the DC generator by using the energy from the pressure of the automobile designed by computer program.

Figure 2 The structure of the mechanical system within the structure of the DC generator by using energy from the pressure of the automobile.


889

ยนต ประกอบดวย 3 สวนสำคญ คอ (a) โครงสรางดานบนทำหนาท ในการรบการเหยยบของรถยนต (b) โครงสรางดานในทำหนาท เปนชดขบเคล อนมอเตอร เจนเนอเรเตอรใหหมนเม อไดร บแรงกด และ (c) โครงสรางดานนอกทำหนาทเปนตวเพมความ

แขงแรงใหกบโครงสรางทงสองสวน ดงแสดงในรปท 3 (3.2) นำโครงสรางดงกลาวประกอบ

รวมเขากบมอเตอรเจนเนอรเรเตอร กจะไดชดทางกลของกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนต ดงแสดงในรปท 4

Figure 3 (a) The top structure of the DC generator (b) The internal structure of the DC generator and (c) The outer structure of the DC generator

Figure 4 Details of the mechanical structure of a direct current generator using energy from automobile pressure.

(a) (b)

(c)

5 10

1

2

69

84

7

3


890

สวนประกอบของกำเนดไฟฟากระแส ตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนต มดงน หมายเลข 1 ยางชะลอความเรวหรอลกระนาดชะลอความเรว หมายเลข 2 โครงสรางดานนอก หมายเลข 3 สปรง หมายเลข 4 ชดเพลา หมายเลข 5 สายพาน หมายเลข 6 โครงดานใน หมายเลข 7 มอเตอรเจนเนอรเรเตอร หมายเลข 8 เพลาขบ หมายเลข 9 ตลบลกปน และหมายเลข 10 ชดเพลาขอเหวยง

2.2 ศ กษาและออกแบบส วนของวงจรควบคม

หลงจากทสรางในสวนของชดโครงสรางทางกลและเสาไฟสองสวางแลว ขนตอนตอมาเปนการ

ออกแบบและสรางในสวนของวงจรควบคมการทำงานของเครองกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนต ซ งจำเปนตองทำงานในสวนของการควบคมการชารจแบตเตอร การเปด ปดของไฟตามเวลาทกำหนด การแสดงผลของขอมลตาง ๆ เชน แรงดนไฟทไดจากการกดและดดกลบของเครองกำเนดไฟฟากระแสตรง โดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนต ไฟจากแบตเตอร ชวงเวลาทต งใหระบบปด เปดไฟ สถานะของการชารจแบตเตอร โดยจะแสดงผลผานทางจอ LCD ไดอะแกรมการทำงานของวงจรควบคมดงกลาว ดงแสดงในรปท 5 และขนตอนในการสรางชดควบคม มดงน

Figure 5 Diagram of a direct current generator using energy from automobile pressure.

2.2.1 การออกแบบแผนวงจรพมพหรอแผนปรนท

(1) ออกแบบวงจรท จะใช ในการควบคมการทำงาน โดยใชโปรแกรมสำเรจรป ดงแสดงในรปท 6

(2) ทดสอบวงจรทไดออกแบบไว โดยการนำอปกรณทจะใชในวงจรทกตวมาตอทดสอบใน

โฟโตบอรด เพอทดสอบการทำงานของวงจรกอนทนำวงจรดงกลาวไปออกแบบดวยโปรแกรมคอมพวเตอร การทดสอบวงจรกอนการสรางแผนปรนท

(3) ใช โปรแกรมสำเร จร ปในการออกแบบวงจรพมพท ผ านการทดสอบ พร อมทงออกแบบแผนปรนท การจดวางตำแหนงของอปกรณ ดงแสดงในรปท 7


891

Figure 6 Equivalent circuit model of a direct current generator using energy from automobile

pressure.

Figure 7 Printed circuit boards and device positioning of a direct current generator using energy from automobile pressure.

2.2.2 ทดสอบวงจรทไดออกแบบไว โดย

การนำอปกรณทจะใชในวงจรทกตวมาตอทดสอบใน โฟโตบอรด เพอทดสอบการทำงานของวงจรกอนทนำวงจรดงกลาวไปออกแบบดวยโปรแกรมคอมพวเตอร การทดสอบวงจรกอนการสรางแผนปรนท

2.2.3 ใชโปรแกรมสำเรจรปในการออก แบบวงจรพมพทผานการทดสอบ พรอมทงออกแบบแผนปรนท การจดวางตำแหนงของอปกรณ ดงแสดงในรปท 7

2.2.4 สรางและประกอบวงจร เชอมตอกบสวนประกอบตาง ๆ เพอทดสอบการทำงาน

2.2.5 หล งจากทดสอบการทำงานของอปกรณเรยบรอยแลว ข นตอไปเปนการนำอปกรณ

ด งกล าวมาประกอบในต สว ตชบอร ด เพ อความเรยบรอยและสวยงาม กอนทจะนำไปตดตงเขากบเสาไฟสองสวางทสรางขน ตำแหนงการจดวางอปกรณและสวนประกอบตาง ๆ ของตควบคม ดงแสดงในรปท 8

รายละเอยดของตควบคมของเคร องกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนต ประกอบดวย หมายเลข 1 จอแสดงผล LCD ขนาด 20*4 หมายเลข 2 วงจรควบคมการทำงาน หมายเลข 3 จดเชอมตอหลอดไฟสองสวาง หมายเลข 4 จ ดเช อมต อไฟแบตเตอร หมายเลข 5 บอรด Arduino Pro mini ห ม า ย เ ลข 6 โ ม ด ล น าฬ ก า หมายเลข 7 จดเชอมตอไฟจากชดแปลงไฟของชดเรยงกระแส หมายเลข 8 ไฟแสดงสถานการณทำงานของจดเช อมตอหลอดไฟสองสวางและจดเช อมตอไฟ


892

แบตเตอร หมายเลข 9 วงจรเรยงกระแส หมายเลข 10 วงจรแปลงแรงดนจากเจนเนอรเรเตอรใหเหลอ 12 Vdc หมายเลข 11 เซนเซอรวดอณหภม และหมายเลข 12 แบตเตอร ขนาด 12 V 12 Ah 20 Hr

Figure 8 Positioning of control circuits and

devices in a main distribution board.

2.2.6 เข ยนโปรแกรมเพ อควบคมการทำงานระบบของเคร องกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนตในครงน บอรดหลกททำหนาทควบคมของอปกรณตาง ๆ ของเครองนนเปนบอรด Arduino Pro mini โปรแกรมทใชเปนโปรแกรสำเรจรป คอ Arduino 1.0.5

3. ผลการศกษาและอภปรายผล การวจยคร งน ไดดำเนนการออกแบบ สราง

และทดสอบประสทธภาพของเคร องกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนตดงน

3. 1 การออกในสวนของโครงสรางของเคร องกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนต ดวยโปรแกรมสำเรจรปทางคอมพวเตอร ในทนผวจยไดเลอกใชโปรแกรม AutoCAD เนองจากเป นโปรแกรมท ใช ในงานออกแบบและใช อย างแพรหลาย อกทงยงสะดวกตอการใชงาน [12]

3. 2 อปกรณทจะใชในการสรางเครองกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนต ประกอบดวย

3.2.1 เหลกกลองสเหลยมหรอเหลกแปบโปร ง (square steel tube) ขนาด 1.5 × 1.5 น ว เพราะสมบตของเหลกดงกลาวมความแขงแรง [9,10] และหาไดงาย ซงมจำหนายตามทองตลาดทวไป

3.2.2 ยางชะลอความเรวหรอลกระนาดชะลอความเรวทนำมาใชเปนสวนประกอบของเครองกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนต นนเปนยางชะลอความเรวทมมาตรฐาน สามารถหาไดตามทองตลาดท วไป โดยยางชะลอความเรวดงกลาวใช 2 ชน ชนละ 1 ส คอ สดำกบสเหลอง ขนาดของยางชะลอความเรวทนำมาใชมความกวาง × ยาว × สง เทากบ 35 x 105 x 45 ซม.

3.2.3 มอเตอรเจนเนอรเรเตอรทนำมาใชกบเคร องกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนต การวจ ยคร งน ได เล อกใชมอเตอรเจนเนอรเรเตอรของ Panasonic รน Muma 022P1S เนองจากเปนมอเตอรเจนเนอรเรเตอรท ให INPUT 3ØAC = 102 V 1.6 A, RETED OUTPUT = 0.2 kW, RATED FREQ. = 200 Hz และ RATED REV. = 3,000 r/min ซงกระแสและแรงดนทไดเพยงพอกบการนำมาใชก บงานว จ ย (Ultra Compack Servo Motor & Drive MINAS E series)

3.2.4 เพลาขอเหว ยง นำมาใชในการเปลยนการเคลอนทขน-ลงของโครงสรางดานบนของ


893

เครองกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนต เมอไดรบการกดหรอเหยยบแลวดดกลบ ใหหมนรอบตามแนววงกลมและถายทอดกำลงงานไปยงระบบชดขบเคลอนของเจนเนอรเรเตอรของเครองกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนต ทำใหมอเตอรเจนเนอรเรเตอรหมนจนเกดแรงดนไฟฟาและกระแสไฟฟาขน โดยชดเพลาขอเหวยงดงกลาวนำมาตดตงเขากบชดกลไกทางกลทรบแรงกดและดดกลบได

3.2.5 ชดเพลา เปนปกรณท ใชสำหรบตดตงอปกรณทำงานหรอใชสงกำลงจากจดหนงไปยงจดอน ๆ [7] โดยงานวจยนไดนำชดเพลา 2 ชด คอ ชดทตดตงเขากบเพลาขนาด 12 ฟน และขนาด 48 ฟน โดยชดเพลาทงสองจะทำงานสมพนธกน เน องจากเพลาทงสองถกเชอมตอกนดวยสายพานหนงทมรองขนาด 3 มม. ยาว 50 ซม. 1 เสน ชดเพลาขนาด 12 ฟน จะประกอบดวยฟนเฟองขนาด 12 ฟน ทใชคกบสายพานทยาว 50 ซม. ทำหนาทเปนตวรบแรงกด แรงเคลอนจากตวเหว ยงหรอชดเพลาขอเหวยง สวนชดเพลาขนาด 48 ฟน จะประกอบดวยฟนเฟองขนาด 48 ฟน ทตดอยกบเพลาฟนเฟอง 12 ฟน สายพานทยาว 20 ซม. ชดเพลาน ใชเพ อเพ มรอบใหกบมอเตอร เจนเนอรเรเตอร

3.2.6 สปรง ทนำมาใชในการสรางเครองกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนตในครงนเปนสปรงแบบดงกลบ [7] ซงเปนการนำสปรงชนดดงกลาวมายดระหวางสวนโครงสรางดานบนกบสวนของโครงสรางดานนอก เพอชวยในกรณทเมอรถยนตวงผานในสวนของโครงสรางดานบนจะทำให โครงสร างด านบนถ กกดทบลงไปท ชดโครงสรางดานในจากนนโครงสรางดานในยบตวลงไป เมอลอของรถยนตเหยยบผานโครงสรางดานบนกจะถกสปรงดงกลบขนมาใหอยในลกษณะเดม การยบตวและ

ดงตวกลบของเครองกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนตจงทำใหชดขอเหวยงและชดเพลาทำใหสายพานไปหมนมอเตอรเจนเนอร เรเตอร ทำใหเกดกระแสและแรงดนขน

3.2.7 ตลบลกปน ในการวจยครงนใชเพอชวยใหการกดหรอการยบตวและการคนตวระหวางโครงสรางดานบนกบโครงสรางดานนอกเปนไปแบบลนไหลไมสะดด

3.2.8 สายพานหนง นำมาใชในการเช อม ตอใหชดเพลา 2 ชด ทำงานสมพนธกน คอ ใชขบชดเพลา 12 ฟน และ 48 ฟน สายพานดงกลาวมรองขนาด 3 มม. งานวจยนใชสายพาน 2 เสน ซ งเสนทหนงยาว 50 ซม. ใชขบชดเพลา 12 ฟน สวนเสนทสองยาว 20 ซม. ใชขบชดเพลา 48 ฟน

3.2.9 การทดสอบชดทางกลของเคร องกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนต ดำเนนการโดยนำมอเตอรปดนำฝนของรถยนตมาประยกตใช เสมอนวามรถวงผานชดทางกลทสรางขน ซงการทดสอบไดชดทางกลของเครองกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนตเขากบชดขอเหวยง จากนนตอเขากบมอเตอรปดนำฝนท เตรยมไว ปอนแหลงจายใหกบมอเตอรดงกลาว การทดสอบดงกลาวเปนการทดสอบการทำงานของระบบกลไกในแตละสวน และการทำงานของมอเตอรเจนเนอรเรเตอร กอนทจะนำไปทดสอบกบรถยนตตอไป

3.3 การจำลองการทำงานชดทางกลของเครองกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนตแลว ข นตอไปนำชดทางกลดงกลาวมาทดสอบกบรถยนตจรง เพอทดสอบระบบการทำงานของชดทางกลทสรางขน โดยขดหลมขนาด กวาง × ยาว

× ลก เทากบ 43.65 x 109 x 50 ซม. จากนนนำชดทางกลทสรางขนไปวางลงในหลมดงกลาว ปดขอบหลมให


894

เรยบรอย เสรจแลวนำรถยนตมาวงผานเพอทดสอบการทำงานและประสทธภาพ

3.4 เสาไฟสองสวางทสรางขนนนประกอบดวย เหลกกลองหนา 1.2 น ว ขนาด กวาง × ยาว × สง เทากบ 7.6 x 7.6 x 280 ซม. ยดบนแผนเหลกหนา 1.2 นว ทมขนาด กวาง × ยาว เทากบ 30 x 30 ซม. สวนปลายของเสาทำมาจากทอเหลกกลมโคงขนาดความยาว 55.96 ซม. เพอใชยดโคมไฟแอลอด

3. 5 สวนของวงจรควบคม ดำเนนการโดยออก แบบในสวนของวงจรทจะใชในการควบคมการทำงานของเครองกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนต ตามทไดออกแบบไว เชน การรกษาระดบแรงดนในการชารจแบตเตอร ระยะเวลาในการชารจแบตเตอร การแสดงผลของวงจรควบคมบนจอแสดงผล การตงเวลาเปด-ปด หลอดไฟอตโนมต การสรางเรมจากการออกแบบ จดเตรยมอปกรณทใชตามการออกแบบ ทดสอบการทำงานของวงจรทออกแบบโดยการตอในบอรดอเนกประสงค เมอวงจรทำงานไดตามตองการแลวจงออกแบบดวยโปรแกรมสำเรจรปทางคอมพวเตอร ซงผวจยเลอกใชโปรแกรม Eagle ในการออกแบบ เนองจากเปนโปรแกรมทใชงานงายและมรายการอปกรณ (component) ทจำเปนในการสรางวงจรครบถวน อกท งโปรแกรมนย งเปนโปรแกรมท สามารถดาวสโหลดมาใชงานฟร (free ware) ดวย หลงจากออกแบบเสรจ ดำเนนการสรางแผนปรนท ผวจยใชการปรนทลายวงจรทออกแบบลงแผนใสชนดถายดวยเคร องพมพเลเซอร สาเหตทเลอกใชวธดงกลาวเนองจากเปนวธการสรางแผนปรนทท งายและไดลายวงจรทคอนขางคมชด หลงจากไดแผนปรนทจากขนตอนการสรางขางตนกดำเนนการกดปรนท เมอกดปรนทเรยบรอยแลวลงอปกรณตามทออกแบบไว จากนนนำไปเชอมตอกบอปกรณอน ๆ ทเกยวของ ทดสอบการทำงานกอนทจะนำไปทดสอบกบ

เครองกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนตทสรางขนตอไป

3.6 สวนของโปรแกรมทใชในการควบคมการทำงานของวงจรทสรางขนนน ผวจยประยกตใชงานบอรดอาดยโน โปรมน เน องจากเปนไมโครคอล โทรเลอรตระกลหนงทใชงานงาย ราคาไมแพง จงเปนการงายในการเขยนคำสงดงกลาวตามสมบตของวงจรควบคมทสรางขน

3.7 ประสทธ ภาพของเคร องกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนต รายละเอยดดงน

3.7.1 ประสทธภาพดานความคงทนของเครองกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนต พบวารถยนตท นำมาใชในการทดสอบจำนวน 10 ร น ประกอบดวย Suzuki Swiff, Masda 2, Toyota Yaris, Honda Jazz, Ford Fiesta, Toyota Revo, Nissan frontier, Mitsubishi Triton, Vigo Hirender และ Isuzu all new มน ำหน ก คอ 1,000, 1,060, 1,090, 1,115, 1,153, 1,590, 1,600, 1,600, 1,665 และ 1,680 กโลกรม (Kg) ตามลำดบ นำหนกเฉลยของรถยนตท นำมาทดสอบ 1,355.30 กโลกรม (Kg) หลงการทดสอบพบวานำหนกของรถยนตดงกลาวไมสงผลตอโครงสรางทางกลของเครองกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนตทสรางขนแตอยางใด ดงแสดงในรปท 9

3.7.2 ประสทธภาพดานความสามารถในการผลตพลงงานไฟฟาของเครองกำเนดไฟฟากระแส ตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนต พบวา แรงดนไฟฟาทไดจากการเหยยบของลอหนา คอ 40, 40, 40, 41, 41, 42, 42, 42, 44 และ 44 โวลต (V) แรงดนไฟฟาเฉลยของลอหนาอยท 41.60 โวลต (V) แรงดนไฟฟาจากการเหยยบของลอหลง คอ 45, 48, 49 , 53 , 53 , 55 , 57 , 57 , 60 และ 65 โวลต (V)


895

แรงดนไฟฟาเฉลยของลอหลงอยท 54.20 โวลต (V) กระแสไฟฟาจากการเหยยบของลอหนา คอ 27, 27, 27, 28, 28, 29, 30, 30, 33 และ 33 แอมแปร (A) กระแสไฟฟาเฉลยของลอหนาอยท 29.20 แอมแปร (A) กระแสไฟฟาจากการเหยยบของลอหลง คอ 27, 27, 27, 28, 28, 28, 30, 30, 33 และ 33 แอมแปร (A) กระแสไฟฟาเฉลยของลอหลงอยท 29.10 แอมแปร (A)

กำลงไฟฟาจากการเหยยบของลอหนา คอ 1.08, 1.08, 1.08, 1.15, 1.15, 1.22, 1.26, 1.26, 1.45 และ 1.45 วตต (W) กำลงไฟฟาเฉลยของลอหนาอยท 1.22 วตต (W) กำลงไฟฟาจากการเหยยบของลอหลง คอ 1.22, 1.30, 1.32, 1.48, 1.48, 1.54, 1.71, 1.71, 1.98 และ 2.15 วตต (W) กำลงไฟฟาเฉลยของลอหลงอยท 1.59 วตต (W) ดงแสดงในรปท 10

Figure 9 The graph shows the weight of each automobile model tested.

Figure 10 (a) The relationship of the voltage between the front-rear wheels and the weight of the automobile. (b) The relationship of the current between the front-rear wheels and the weight of the automobile. ( c) The relationship of the power between the front- rear wheels and the weight of the automobile

1000 1060 1090 1115 1153 1590 1600 1600 1665 1680

Isuzu all new

Vigo Hirender

Mitsubishi Triton

Nissan frontier

Toyota Revo

Ford Fiesta

Honda Jazz

Toyota Yaris

Suzuki Swiff

Mazda 2

Weight of car (Kg)

Model of car


896

3.7.3 ประสทธภาพดานการรกษาระดบแรงดนในการชารจแบตเตอรของเครองกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนต จะเหนไดวาการหาประสทธภาพดานการรกษาระดบแรงดนในการชารจแบตเตอรนน ผวจยไดดำเนนการทดสอบทงหมด 14 ครง พบวาระดบแรงดนอนพตทไดจากชดทางกล คอ 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58, 60, 63, 65, 68 และ 70 โวลต (V) แรงดนอนพตเฉลยอยท 48.86 โวลต (V) ความถของวงจร คอ 225, 19, 16.67, 15.22, 14.29, 13.64, 13.16, 12.79, 12.6 , 12.5 , 12.35 , 12.26 , 12.14 และ 12.07 กโลเฮรตซ (KHz) ความถ เฉล ยท ใช อย ท 14.55 กโลเฮรตซ (KHz) คาดวตไซเคลของวงจร คอ 40, 52, 60 , 65.71 , 70 , 73.33 , 76 , 78.18 , 79.31 , 80 , 80.95, 81.54, 82.35 และ 82.86 เปอรเซนต (%) คาเฉลยอยท 71.56 เปอรเซนต (%) ระดบแรงดนทผานวงจรดซ ท ดซ คอนเวอรเตอร คอ 11, 11, 11, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12, 12 แ ล ะ 12 โวลต (V) และมระดบแรงดนเฉลยอยท 11.79 โวลต (V) ดงแสดงในรปท 11

Figure 11 The graph shows the relationship between the input voltage level, frequency, duty cycle, and voltage level through the DC to DC converter circuit.

3.7.4 ประสทธภาพดานระยะเวลาในการชารจแบตเตอรของเครองกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงานจากแรงกดของรถยนต จะเหนไดวาประสทธภาพดานระยะเวลาในการชารจแบตเตอรนน ผวจยไดดำเนนการทดสอบทงหมด 11 ครง ผลของประสทธภาพดานระยะเวลาในการชารจแบตเตอร พบวาแรงดนไฟฟาทได คอ 45, 48, 49, 53, 53, 55, 57, 57, 60, 65 และ 45 โวลต (V) และแรงดนไฟฟาเฉลยทไดจากชดทางกลอยท 53.36 โวลต (V) สวนกระแสไฟฟาท ได คอ 27, 27, 27, 28, 28, 28, 30, 30, 33, 33 และ 27 มลลแอมป (mA) กระแสไฟฟาเฉลยอยท 28.91 มลลแอมป (mA) แรงดนเอาตพตจากวงจรชารจท สรางข น แรงดนท ได คอ 11.86, 11.86, 11.86, 11.86, 11.86, 11.86, 11.86, 11.86, 11.86, 33 และ 11.86 โวลต (V) แรงดนเฉลยอยท 11.86 โวลต (V) สวนกระแสไฟฟาทได คอ 27, 27, 27, 28, 28, 28, 30, 30, 30, 30 และ 27 มลลแอมป (mA) กระแสไฟฟาเฉลยอยท 28.36 มลลแอมป (mA) แรงดนทไดจากแบตเตอร คอ 11.85, 11.85, 11.85, 11.85, 11.85, 11.85, 11.85, 11.85, 11.85, 11.85 และ 11.85 โวลต (V) แรงดนเฉลยอยท 11.85 โวลต (V) ดงแสดงในรปท 12

3.7.5 ประสทธภาพดานความเทยงตรงในการแสดงผลของวงจรควบคม จะเหนไดวาประสทธ ภาพดานความเท ยงตรงในการแสดงผลของวงจรควบคมนน ผ วจยไดดำเนนการทดสอบทงหมด 10 ครง ผลของประสทธภาพดานความเทยงตรงในการแสดงผลของวงจรควบค มท แสดงผลผ านทางจอแสดงผล พบวาการแสดงผลแรงดนของแบตเตอรทจอแสดงผล คอ 12.35, 12.35, 12.35, 12.35, 12.35, 12.35, 12.35, 12.35, 12.35 และ 12.35 โวลต (V) เมอนำมลตมเตอรมาใชในการวดแรงดนผลปรากฏคาแรงดน คอ 12.31, 12.31, 12.31, 12.31, 12.31,


897

12.31, 12.31, 12.31, 12.31 และ 12.31 โวลต (V) ซงคาความคลาดเคลอนของการวดแรงดนแบตเตอรทแสดงผลทางหนาจอแสดงผลของวงจรทสรางขนกบคาแรงดนทแสดงผลของมลตมเตอรมคา 0.04 โวลต (V) การแสดงผลกระแสของแบตเตอรท จอแสดงผล คอ

1.27, 1.27, 1.27, 1.27, 1.27, 1.27, 1.27, 1.27, 1.27 และ 1.27 แอมแปร (A) เมอนำมลตมเตอรมาใชในการวดกระแสปรากฏคาของกระแสทได คอ 1.29, 1.29, 1.29, 1.29, 1.29, 1.29, 1.29, 1.29, 1.29 และ 1.29 แอมแปร (A) ซงคาความคลาดเคลอนของการวด

Figure 12 (a) The graph shows that the relationship between the number of times the mechanical generator sets are pressed against the maximum voltage and current. ( b) The graph shows that the relationship between the number of times the mechanical generator sets are pressed against a voltage and current from the charger. (c) The graph shows that the relationship between the number of times the generator sets are pressed and the voltage supplied to the battery.

Figure 13 ( a) The graph shows the relationship between the number of test times, the current

display on the display between the battery and the multimeter. ( b) The graph shows the relationship between the number of test times, the voltage display on the display between the battery and the multimeter.


898

กระแสแบตเตอรทแสดงผลทางหนาจอแสดงผลของวงจรทสรางขนกบคาแรงดนทแสดงผลของมลตมเตอรมคา 0.02 แอมแปร (A) การแสดงผลของเวลา วน เดอน และปทแสดงผลทางหนาจอแสดงผลของวงจรทสรางขนเมอเปรยบเทยบกบนาฬกาทใชในการทดสอบ ผลปรากฏวาไมมคาความคลาดเคลอนเกดขนเลย ดงแสดงในรปท 13

3.7.6 ประสทธภาพดานความเทยงตรงในการต งเวลาเปด-ปดหลอดไฟอตโนมต ดำเนนการทดสอบท งหมด 10 คร ง ผลของประสทธภาพดานความเทยงตรงในการตงเวลาเปด-ปดหลอดไฟอตโนมตของวงจรควบคมท สร างข น ทดสอบในวนท 1-10 กนยายน พ.ศ. 2560 โดยตงเวลาเปดหลอดไฟอตโนมต

เวลาทใชในการทดสอบ คอ 19:00 น. ณ เวลาดงกลาวใชทดสอบทง 10 ครง ผลทได คอ เมอถงเวลา 19:00 น. ของทกวนททดสอบ หลอดไฟจะตดทกครง ซงถอวาความเทยงตรงของวงจรควบคมทสรางขนนน สามารถทำงานตามเงอนไขของการตงเวลาเปด 100 เปอรเซนต การตงเวลาปดหลอดไฟอตโนมตนน เวลาทใชในการทดสอบ คอ 06:00 น. ณ เวลาดงกลาวใชทดสอบทง 10 ครง ผลทได คอ เมอถงเวลา 06:00 น. ของทกวนททดสอบ หลอดไฟจะดบทกครง ซงถอวาความเทยงตรงของวงจรควบคมทสรางข นนน สามารถทำงานตามเงอนไขของการตงเวลาปด 100 เปอรเซนต ดงแสดงในรปท 14

Figure 14 ( a) The graph shows the relationship, efficiency, and accuracy of the automatic on the

lamp timer setting. (b) The graph shows the relationship, efficiency, and accuracy of the automatic off the lamp timer setting.

4. สรป

งานวจยนไดดำเนนการออกแบบและสรางในสวนของโครงสรางทางกล โดยออกแบบและสรางในสวนของวงจรควบคม คอ ออกแบบสวนโครงสรางและวงจรทใชในการควบคมการชารจและการเปด-ปดไฟของเครองกำเนดไฟฟากระแสตรงโดยอาศยพลงงาน

จากแรงกดของรถยนตนน ใชโปรแกรมสำเรจรปทางคอมพวเตอรชวยในการออกแบบ โครงสรางหลกนนสรางมาจากเหลก ดงน นจงมความแขงแรงและรบนำหนกของรถทนำมาทดสอบได ซงวสดอปกรณทใชในการสรางนนหาซอไดจากทองตลาดทวไป การทดสอบประสทธภาพในการวจยคร งน ไดหาประสทธภาพ


899

ทงหมด 6 ดาน ประกอบดวยประสทธภาพดานความคงทน พบวานำหนกของรถยนตท นำมาทดสอบไมสงผลตอโครงสรางทางกลทสรางทสรางขนแตอยางใด ประสทธภาพดานความสามารถในการผลตพลงงานไฟฟา พบวาแรงดนไฟฟาทไดจากการเหยยบของลอหนาและลอหลงนน ใหแรงดนไฟฟาเฉลย 41.60 โวลต (V) และ 54.20 โวลต (V) ส วนกระแสไฟฟาท ไดมคาเฉลย 29.20 แอมแปร (A) และ 29.10 แอมแปร (A) สวนของกำลงไฟฟาท ไดเฉล ย 1.22 วตต (W) และ 1.59 วตต (W) ประสทธภาพดานการรกษาระดบแรงดนในการชารจแบตเตอร พบวาระดบแรงดนอนพตทไดจากชดทางกลมแรงดนอนพตเฉลย 48.86 โวลต (V) ความถทเกดขนกบวงจรมคาเฉลยทใช 14.55 กโล เฮรตซ (KHz) คาดวต ไซเคลของวงจร คาเฉลยท ใช 71.56 เปอรเซนต (%) และระดบแรงดนไฟฟาทผานวงจรดซ ท ดซ คอนเวอรเตอรท สรางข นมคาเฉลย 11.79 โวลต (V) ประสทธภาพดานระยะเวลาในการชารจแบตเตอรพบวาแรงดนไฟฟาเฉลยท ได 53.36 โวลต (V) สวนกระแสไฟฟาเฉล ยท ได 28.91 มลลแอมป (mA) แรงดนเอาตพตทไดจากวงจรชารจทสรางขนมคาเฉลย 11.86 โวลต (V) กระแสเอาตพตทไดจากวงจรชาร จม ค า เฉล ย 28.36 ม ลล แอมป (mA) ประสทธภาพดานความเทยงตรงในการแสดงผลของวงจรควบคม พบวาการแสดงผลแรงดนของแบตเตอรทแสดงผานทางจอแสดงผลของวงจร คอ 12.35 โวลต (V) เม อนำมลตมเตอรมาใชในการวดแรงดน ณ จดเดยวกนผลปรากฏวาแรงดนทได คอ 12.31 โวลต (V) คาความคลาดเคล อน 0.04 โวลต (V) กระแสของแบตเตอรท จอแสดงผล คอ 1.27 แอมแปร (A) เมอนำมลตมเตอรมาใชในการวดกระแส ณ จดเดยวกนผลปรากฏวากระแสท ได คอ 12.31 แอมแปร (A) คาความคลาดเคลอน 0.02 แอมแปร (A) การแสดงผลของเวลา วน เดอน และปทางหนาจอแสดงผลของ

เทยบกบนาฬกาทใชในการทดสอบปรากฏวาไมมคาความคลาดเคลอนเกดขนเลย และประสทธภาพดานความเทยงตรงในการตงเวลาเปด-ปดหลอดไฟอตโนมต พบวาการตงเวลาเปด-ปดหลอดไฟอตโนมตของวงจรควบคมทสรางขนความเทยงตรงของการตงเวลาเปด -ปด 100 เปอรเซนต

5. กตตกรรมประกาศ งานวจยนไดรบทนสนบสนนการวจยสำหรบ

บคลากรมหาวทยาลยราชภฏสกลนครจากงบประมาณแผนดน ประจำปงบประมาณ 2560

6. References [1] Department of Alternative Energy

Development and Efficiency, Energy Situation in Thailand: January- August 2016, Available Source: http://www.dede. go.th, November 4, 2016. (in Thai)

[2] Ministry of Energy, Energy Situation and Energy Consumption for the Environment, Chiang Mai University, Chiang Mai. (in Thai)

[3] Ministry of Science and Technology, National Innovation Agency, 2555, Pilot Project for the Production of Renewable Energy from Biomass at the Community Level, Available Source: http: //www.nia. or.th/nia/strategy/ innovation-project/stra tegy/clean-energy, February 20, 2017. ( in Thai)

[4] Thipwong, S. , 2013, Wind Turbine for Exterior Lighting, Master Thesis, Phetchabun Rajabhat University, Phetchabun. (in Thai)

http://www.nia.or.th/nia/strategy/innovation-project/strategy/clean-energy/




900

[5] The Secretariat of the House of Representatives, Clean energy, New Options for Thai people, Available Source: http://www.pacproshop.com/energy/1354, November 4, 2016. (in Thai)

[6] Sengphat, K. , 2007, The Development of Efficiency Direct Current Generator from Power Presser from Car, Master Thesis, King Mongkut's University of Technology Thonburi, Bangkok. (in Thai)

[7] Kulprasut, P. , 2008, Power Transmission and Automatic Transmission Shaft Set, Chulalongkorn University, Bangkok. ( in Thai)

[8] Panphibun, P. and Saengban, V. , 2007, The Development of Battery Electric Charge System with Alternator by Mechanical Energy from Bicycle Spin, Master Thesis, Rajabhat Mahasarakham University, Mahasarakham. (in Thai)

[9] Gnem Rvc, Calculation Method - Maximum Weight Support - Selection of Dimensions of Steel Columns, Available Source: https: / / www. scribd. com/ docu ment/361575773/19-850f9d32a987725d3 533d3bfd7031e9a-pdf, December 1, 2017. (in Thai)

[10] Wongkaew, A. and Leelataviwat, S. , Chapter 3 : Steel Structure Design, Available Source: http: //www.coe.or.th/ coe - 2/ Download/ Articles/ CE/ CH3. pdf, December 1, 2017. (in Thai)

[11] Khan Academy, What is Hooke’ s Law, Available Source: https://www.khanacade my.org/science/physics/work-and-energy /hookes- law/a/what- is-hookes- law, July 21, 2018.

[12] Bangsiri, A. , 2013, AutoCAD 2013 for Beginners, Simplify, Bangkok. (in Thai)

การพัฒนาเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง...

Documents

Transcript of การพัฒนาเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง...