พื้นฐานไฟฟ้า

แบ่งความสูญเสียด้านจ่ายกับด้านกลับให้เข้าใจไฟตกครบวงจร

เปรียบเทียบสองวงจรที่โหลดรับแรงดันเท่ากันแต่เสียแรงดันคนละด้าน พร้อมตัวอย่างศักย์ขั้วโหลดและวิธีระบุขอบเขตสาเหตุจากข้อมูล

โหลดที่ได้รับแรงดันต่ำอาจมีความสูญเสียด้านจ่าย ด้านกลับ หรือทั้งสองด้านร่วมกัน แม้อาการที่โหลดเหมือนกัน ตำแหน่งที่ควรตรวจต่ออาจต่างกัน การแยกแรงดันสองด้านช่วยไม่ให้การเห็นไฟบวกใกล้แหล่งจ่ายกลายเป็นเหตุผลตัดปัญหากราวด์ออก และไม่ให้การเรียกทุกความผิดปกติว่ากราวด์เสียบดบังส่วนจ่ายที่ยังไม่ได้อธิบาย

ใช้ขั้วแหล่งจ่ายเป็นขอบนอกและขั้วโหลดเป็นขอบใน

ด้านจ่ายในบทนี้หมายถึงเส้นทางจากขั้วบวกแหล่งจ่ายถึงขารับไฟโหลด ส่วนด้านกลับหมายถึงขากลับโหลดจนถึงขั้วลบแหล่งจ่ายในระบบสมมติลบเป็นทางกลับ ช่วงทั้งสองอาจมีหลายสายและหลายจุดต่อ ต้องระบุคู่ปลายเพื่อรู้ว่าแรงดันที่รายงานครอบอะไรบ้าง ไม่ใช้ตำแหน่งที่อยู่ใกล้เครื่องยนต์หรือใกล้แบตเตอรี่แทนขอบเขตทางไฟฟ้า

สำหรับสภาวะ DC ที่มีแหล่งจ่ายเดียว แรงดันคร่อมโหลดเท่ากับแรงดันขั้วแหล่งจ่ายลบแรงดันตกด้านจ่ายและด้านกลับ ความสูญเสียด้านกลับจึงมีผลต่อแรงดันที่โหลดได้รับเช่นเดียวกับด้านจ่าย แม้ขารับไฟเมื่อเทียบขั้วลบยังดูมีค่าเกือบเต็มก็ตาม การใช้คำว่ามีไฟที่ขาเข้าจึงยังไม่ครบสำหรับรับรองสภาวะโหลด

ภาพอธิบาย 1แบ่งขอบนอกแหล่งจ่ายกับขอบในโหลด
  1. ด้านจ่าย

    นับจากขั้วบวกแหล่งจ่ายถึงขารับไฟโหลด พร้อมเก็บจุดต่อระหว่างทาง

  2. คร่อมโหลด

    ใช้ผลต่างศักย์ขารับไฟกับขากลับ ไม่ถือขากลับเป็นศูนย์เอง

  3. ด้านกลับ

    นับจากขากลับโหลดจนถึงขั้วลบแหล่งจ่าย ให้ขอบเขตครบลูป

ด้านจ่ายและด้านกลับต่างลดแรงดันคร่อมโหลดได้

ตัวอย่างสมมติ: โหลด 10 โวลต์จากความสูญเสียต่างตำแหน่ง

สมมติแหล่งจ่ายคงที่ 12 โวลต์และโหลดต้านทาน 5 โอห์ม วงจร A มีด้านจ่าย 0.9 โอห์มกับด้านกลับ 0.1 โอห์ม วงจร B สลับเป็นด้านจ่าย 0.1 โอห์มกับด้านกลับ 0.9 โอห์ม ทั้งคู่มีความต้านทานรวม 6 โอห์ม กระแสจึงเป็น 2 แอมป์และแรงดันคร่อมโหลดเป็น 10 โวลต์เท่ากัน การดูแรงดันโหลดอย่างเดียวแยกสองกรณีนี้ไม่ได้

วงจร A เสียแรงดันด้านจ่าย 1.8 โวลต์และด้านกลับ 0.2 โวลต์ เมื่ออ้างขั้วลบเป็นศูนย์ ขารับไฟโหลดอยู่ที่ 10.2 โวลต์และขากลับอยู่ที่ 0.2 โวลต์ ส่วนวงจร B เสียด้านจ่าย 0.2 โวลต์กับด้านกลับ 1.8 โวลต์ ขารับไฟจึงอยู่ที่ 11.8 โวลต์และขากลับที่ 1.8 โวลต์ ทั้งสองคู่ลบกันได้ 10 โวลต์เหมือนเดิม

ตัวอย่างนี้ไม่ได้ให้ค่าเกณฑ์ผ่านของกราวด์หรือสายจริง แต่ชี้ว่าศักย์ขารับไฟสูงกว่าไม่ได้หมายความว่าโหลดได้รับแรงดันมากกว่าเสมอ ในวงจร B ขารับไฟสูงถึง 11.8 โวลต์แต่ขากลับก็ยกขึ้นด้วย หากใช้จุดกราวด์ใกล้โหลดเป็นฐานโดยไม่บันทึก อาจได้เลข 10 โวลต์แล้วไม่เห็นว่าฐานนั้นสูงกว่าขั้วลบแหล่งจ่าย 1.8 โวลต์

สองด้านรับกระแสเท่ากันเฉพาะช่วงที่ยังไม่มีแขนง

ในโจทย์ลูปเดียว กระแส 2 แอมป์ผ่านทั้งด้านจ่ายและด้านกลับเท่ากัน แต่ในผังรถจริงช่วงหนึ่งอาจรับหลายโหลดร่วมกัน ถ้ารวมแรงดันของสายหลักก่อนแยกแขนงกับสายกลับเฉพาะโหลดหนึ่ง ต้องเข้าใจว่าความต้านทานสมมูลแต่ละช่วงสัมพันธ์กับกระแสคนละขนาด การหารแรงดันตกทั้งสองด้านด้วยกระแสโหลดเดียวอาจจึงไม่แทน R ของทั้งสองช่วงได้ถูกต้อง

การพบส่วนแบ่งด้านใดมากกว่าช่วยจัดข้อมูลว่าจะศึกษาทางเดินด้านนั้นต่อ แต่ยังไม่ยืนยันว่าชิ้นส่วนใดเสีย เพราะช่วงที่ครอบไว้อาจมีตัวนำและหน้าสัมผัสหลายจุด การย่อยช่วงต้องรักษาขอบเขตไม่ซ้อนกัน และไม่ข้ามจุดที่อยู่คนละหน้าผังเพียงเพราะมองเห็นยาก ข้อสรุปควรเริ่มที่ด้านหรือช่วงที่หลักฐานรองรับก่อนระบุชิ้นส่วน

ภาพอธิบาย 2สองตำแหน่งสูญเสียแต่โหลดได้ 10 โวลต์เท่ากัน
  1. กระแสร่วม

    ทั้งสองแบบมี R รวม 6 โอห์ม จึงมีกระแส 2 แอมป์

  2. วงจร A

    ด้านจ่าย 0.9 โอห์มตก 1.8 โวลต์ ขาโหลดเป็น 10.2 กับ 0.2 โวลต์

  3. วงจร B

    ด้านกลับ 0.9 โอห์มตก 1.8 โวลต์ ขาโหลดเป็น 11.8 กับ 1.8 โวลต์

  4. ผลโหลดเท่ากัน

    10.2 − 0.2 และ 11.8 − 1.8 ต่างได้ 10 โวลต์ จึงแยกตำแหน่งจากค่าโหลดเดียวไม่ได้

โจทย์สมมติแหล่งจ่าย 12 โวลต์ โหลด 5 โอห์ม และทางเดินรวม 1 โอห์ม

วิธีนำไปใช้จัดรายงานแรงดันสองด้าน

  1. ระบุขั้วแหล่งจ่ายและสองขั้วโหลดให้ชัด พร้อมสถานะสวิตช์และโหลดร่วม
  2. รายงานแรงดันตกด้านจ่ายกับด้านกลับเป็นคู่จุด โดยใช้ข้อมูลช่วงเวลาเดียวกัน
  3. ตรวจแรงดันระหว่างขั้วโหลดจากผลต่างของศักย์ฐานเดียวกัน ไม่อ้างขารับไฟเดี่ยว
  4. หากด้านใดครอบหลายจุด ให้ระบุขอบเขตที่ยังแยกไม่ได้ และตรวจผังก่อนเชื่อมผลกับชิ้นส่วน

รายงานที่อ่านง่ายอาจเขียนว่าโหลดได้รับ 10 โวลต์จากแหล่งจ่าย 12 โวลต์ โดยส่วนต่างอยู่ด้านจ่าย 0.2 และด้านกลับ 1.8 โวลต์ภายใต้สถานะที่กำหนด ประโยคนี้ให้ทั้งภาพรวมและตำแหน่งระดับด้าน ต่างจากคำว่าไฟพอแต่กราวด์ไม่ดีซึ่งยังไม่บอกปริมาณหรือคู่จุด และไม่เปิดให้ตรวจว่ายอดแรงดันตรงกันหรือไม่

ข้อผิดพลาดและขอบเขตเมื่อใช้ตัวถังเป็นฐาน

ตัวถังใกล้โหลดกับขั้วลบแหล่งจ่ายไม่จำเป็นต้องมีศักย์เท่ากันทุกสภาวะ หากเปลี่ยนฐานระหว่างจดข้อมูลต้องบันทึกการเปลี่ยน ไม่เอาตัวเลขจากฐานต่างกันมาหักลบโดยถือว่าเป็นศูนย์เดียวกัน และการมีความต่างศักย์ที่ฐานไม่ได้ให้สิทธิ์เพิ่มสายกราวด์ใหม่ เพราะอาจสร้างทางกลับที่ไม่ตรงการออกแบบ

ตัวอย่างใช้โหลดต้านทานคงที่และไม่ครอบคลุมวงจรที่สวิตช์ด้านกลับกำลังปิดเปิดตามการควบคุม แรงดันที่ขากลับของวงจรชนิดนั้นต้องตีความพร้อมสถานะสวิตช์ ไม่ใช่เรียกค่าที่ไม่เป็นศูนย์ว่ากราวด์เสียโดยอัตโนมัติ บทนี้ไม่เสนอการลัดข้ามส่วนควบคุมหรือการต่อสายทดสอบเข้าวงจรความปลอดภัย

ตรวจสอบผลด้วยสองวงจรที่มีกำลังเท่ากัน

ทั้ง A และ B ใช้กำลังแหล่งจ่าย 12 × 2 = 24 วัตต์ โหลดรับ 10 × 2 = 20 วัตต์ และส่วนนอกโหลดรวม 4 วัตต์ แต่ A กระจายด้านจ่าย 3.6 วัตต์กับด้านกลับ 0.4 วัตต์ ส่วน B สลับกัน การที่กำลังรวมเท่ากันจึงยังไม่บอกว่าความร้อนอยู่ตำแหน่งเดียวกัน ตรวจข้อนี้เพื่อไม่ยุบข้อมูลตำแหน่งหายไปหลังคำนวณรวม

ก่อนสรุปความเหมาะสมของรถจริง ต้องเทียบกับเงื่อนไขและเกณฑ์ของวงจรนั้น การรวมยอดถูกเป็นเพียงการตรวจความสอดคล้องทางไฟฟ้า ส่วนการแยกสองด้านช่วยระบุคำถามถัดไป หากยังไม่ทราบสถานะของสวิตช์ทางกลับหรือโหลดร่วม ให้คงข้อจำกัดนั้นในรายงาน แทนการตัดสินจากตัวอย่างตัวเลขในบท

แหล่งอ้างอิงและอ่านเพิ่มเติม

เรียบเรียงคำอธิบายและตัวอย่างขึ้นใหม่จากหลักการในแหล่งข้อมูลต่อไปนี้

  1. 7.2 Electric Potential and Potential Difference — University Physics Volume 2 · OpenStax, Rice University
  2. 10.3 Kirchhoff's Rules — University Physics Volume 2 · OpenStax, Rice University
  3. Earth (31) — Troubleshooting · HELLA

อ่านต่อเรื่องใกล้กัน

ถามเรื่องหนังสือ ตะกร้า