ตัวเหนี่ยวนำ pubhtml5

ชื่อเรื่อง. ตัวเหนี่ยวนำและหม้อแปลงไฟฟ้ำ เนื้อหำสำระกำรสอน/กำรเรียนรู้ • ดา้ นความรู้(ทฤษฎี) 10.1 คุณสมบตั ขิ องตวั เหน่ียวนำ ตวั เหน่ียวนา (Inductor) เป็นอุปกรณ์ที่ถูกนาไปใชง้ านทางดา้ นไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์อยา่ งแพร่หลาย ในหลายงานและหลายหน้าที่ คุณสมบตั ิของตวั เหน่ียวนามี 2 สภาวะ คือ จะให้กาเนิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Field) ข้ึนมา เม่ือมีกระแสไหลผา่ นในตวั เหน่ียวนา และจะให้กาเนิดแรงเคล่ือนไฟฟ้าเหน่ียวนา (Induce Electro Motive Force ; EMF) ข้ึนมา เมื่อมีสนามแม่เหล็กเคลื่อนท่ีตดั ผา่ นตวั เหน่ียวนา ตวั เหน่ียวนาท่ีถูก ผลิตข้ึนมาใชง้ านมีหลายขนาดและหลายรูปแบบแตกต่างกนั ตวั เหน่ียวนาแบบตา่ งๆ แสดงดงั รูปท่ี 10.1 รูปที่ 10.1 ตวั เหน่ียวนาแบบตา่ งๆ ตวั เหน่ียวนาสามารถเรียกไดห้ ลายช่ือ เช่น ขดลวด (Coil) หรือ โชก้ (Choke) เป็ นตน้ สร้างข้ึนจากการ นาเส้นลวดทองแดงอาบน้ายาฉนวน พนั เป็ นขดวงกลมหลายๆ วงเรียงซอ้ นกนั จานวนรอบของการพนั ขดลวดตวั เหนี่ยวนามีผลทาใหค้ ่าความเหน่ียวนา (Inductance) ที่เกิดข้ึนในตวั เหน่ียวนาแตกต่างกนั ไปมีค่าดงั น้ี พนั ขดลวด จานวนรอบนอ้ ยเกิดความเหน่ียวนาค่านอ้ ย พนั ขดลวดจานวนรอบมากเกิดความเหน่ียวนาค่ามาก จานวนรอบที่ พนั ยงั มีผลต่อปริมาณสนาม แม่เหล็กท่ีเกิดข้ึนดว้ ย พนั ขดลวดจานวนรอบนอ้ ยสนามแม่เหล็กเกิดข้ึนนอ้ ย พนั ขดลวดจานวนรอบมากสนามแมเ่ หลก็ เกิดข้ึนมาก คา่ ท้งั สองมีความสมั พนั ธ์ซ่ึงกนั และกนั เส้นลวดตวั นาเมื่อนามาพนั เป็ นขดลวด จะส่งผลใหเ้ ส้นแรงแม่เหล็กท่ีเกิดข้ึนรอบเส้นลวด ตวั นาเกิดการ เสริมแรงกนั เกิดเป็ นสนามแม่เหล็กข้ึนรอบขดลวด และสนามแม่เหล็กที่เกิดข้ึนมีความเขม้ เพ่ิมมากข้ึนตาม

จานวนรอบท่ีพนั ลกั ษณะการเกิดสนามแม่เหล็ก แสดงดงั รูปที่ 10.2 SN

รูปที่ 10.2 การเกิดสนามแมเ่ หลก็ เสริมแรงในตวั เหนี่ยวนา ความเขม้ ของสนามแม่เหลก็ ไฟฟ้าที่เกิดข้ึนในขดลวดข้ึนอยกู่ บั ส่วนประกอบตา่ งๆ ดงั น้ี 1. จานวนรอบของการพนั เส้นลวดตัวนา พนั รอบน้อยเกิดสนามแม่เหล็กน้อย พนั รอบมากเกิด สนามแม่เหล็กมาก 2. ปริมาณการไหลของกระแสผา่ นเส้นลวดตวั นา กระแสไหลนอ้ ยสนามแม่เหล็กเกิดนอ้ ย กระแสไหล มากสนามแมเ่ หล็กเกิดมาก 3. ชนิดของวสั ดุท่ีใชท้ าแกนแมเ่ หล็กไฟฟ้า แกนอากาศใหค้ วามเขม้ สนามแม่เหล็กนอ้ ย แกนท่ีทามาจาก โลหะใหค้ วามเขม้ ของสนามแมเ่ หล็กมาก 4. ขนาดของแกนท่ีนามาใช้งาน แกนขนาดเล็กเกิดสนามแม่เหล็กข้ึนน้อย แกนขนาดใหญ่เกิด สนามแม่เหล็กข้ึนมาก ตวั เหนี่ยวนาที่ผลิตมาใชง้ าน แบ่งตามลกั ษณะการเหนี่ยวนาสนามแม่เหล็ก แบ่งออกไดเ้ ป็ น 2 แบบ คือ แบบตวั เหนี่ยวนาขดเดียว หรือแบบการเหนี่ยวนาตวั เอง (Self Induction) และแบบตวั เหน่ียวนาหลายขด หรือ แบบการเหน่ียวนาขา้ มขด (Mutual Induction) 10.2 ตวั เหน่ียวนำแบบขดเดยี ว ตวั เหน่ียวนาแบบขดเดียว เป็ นตวั เหนี่ยวนาท่ีมีขดลวดพนั ไวเ้ พียงขดเดียว การเหนี่ยวนาที่เกิดข้ึนภายใน ขดลวดเป็ นการเหน่ียวนาตวั เอง จึงเรียกตวั เหน่ียวนาแบบน้ีวา่ ขดลวด หรือโช้ก ซ่ึงการเหน่ียวนาสนามแม่เหล็กจะ เกิดข้ึนภายในตวั เองเท่าน้ัน ค่าแรงเคล่ือนไฟฟ้าเหนี่ยวนา (EMF) ท่ีเกิดข้ึน มีท้งั เสริมและหักล้างกับแรงดันที่ ป้อนเขา้ มา นิยมนาไปใช้งานเก่ียวกบั ความถ่ีต่างๆ และการกาจดั สัญญาณรบกวนท่ีเกิดข้ึน ตวั เหน่ียวนาแบบน้ี

แบ่งออกไดต้ ามชนิดของแกนที่ใช้รองรับขดลวด ไดแ้ ก่ ชนิดแกนอากาศ (Air Core Type) ชนิดแกนสารเฟอร์โร แมกเนติก (Ferromagnetic Core Type) และชนิดแกนปรับค่าได้ (Variable Core Type) 10.2.1 ตวั เหน่ียวนำชนิดแกนอำกำศ (Air Core Inductor) ตวั เหน่ียวนาชนิดแกนอากาศ เป็ นตวั เหนี่ยวนาชนิดที่พนั ขดลวดไวล้ อยๆ โดยไม่มีฐานรอง หรือใช้แกนฐานรองขดลวดทามาจากวสั ดุที่เป็ นฉนวนไฟฟ้า เช่น ไฟเบอร์ พลาสติก หรือคาร์บอน เป็ นตน้ ตวั เหน่ียวนาชนิดน้ีนิยมนาไปใชง้ านกบั ความถ่ีสูง (High Frequency) หรือความถ่ีวิทยุ (Radio Frequency ; RF) จึง มกั เรียกตวั เหนี่ยวนาชนิดน้ีวา่ RF โชก้ ตวั เหน่ียวนาแกนอากาศเป็ นตวั เหน่ียวนาที่มีค่าความเหนี่ยวนาต่า เพราะ แกนไมส่ ามารถช่วยเสริมคา่ ความเหนี่ยวนาได้ การจะทาใหค้ ่าความเหนี่ยวนาเพ่มิ มากข้ึน ตอ้ งใชว้ ธิ ีพนั จานวน รอบของขดลวดมากข้ึน ลกั ษณะตวั เหนี่ยวนาชนิดแกนอากาศ แสดงดงั รูปที่ 10.3 (ก) รูปร่าง (ข) สญั ลกั ษณ์ รูปที่ 10.3 ตวั เหน่ียวนาชนิดแกนอากาศ 10.2.2 ตัวเหน่ียวนำชนิดแกนสำรเฟอร์โรแมกเนติก (Ferromagnetic Core Inductor) ตวั เหน่ียวนาชนิดแกนสารเฟอร์โรแมกเนติก เป็ นตัวเหนี่ยวนาที่พนั ขดลวดบนแกนหรือ ฐานรองทามาจากวสั ดุประเภทสารเฟอร์โรแมกเนติก สามารถเกิดอานาจแม่เหล็กข้ึนในตวั เองได้ และช่วยเสริม อานาจแม่เหล็กให้กาเนิดไดม้ ากข้ึน วสั ดุที่นิยมนามาใช้ผลิตทาแกน เช่น เฟอร์ไรต์ ผงเหล็กอดั ทอรอยด์ และ เหล็กแผน่ บาง เป็นตน้ ตวั เหน่ียวนาชนิดน้ีนาไปใชง้ านไดก้ บั ท้งั ความถ่ีต่าและความถ่ีสูง เป็ นตวั เหนี่ยวนาชนิดที่ ผลิตใหม้ ีค่าความเหน่ียวนาจานวนมากๆ ได้ ตวั เหนี่ยวนาชนิดแกนสารเฟอร์โรแมกเนติกแบ่งยอ่ ยออกไดห้ ลาย ชนิด ดงั น้ี

1. ตัวเหนี่ยวนำแกนเฟอร์ไรต์ (Ferrite Core Inductor) เป็ นตวั เหน่ียวนาท่ีใชแ้ กนรองขดลวด ทามาจากวสั ดุประเภทเฟอร์ไรตอ์ ดั ข้ึนรูปในลกั ษณะต่างๆ ซ่ึงสารเฟอร์ไรตม์ ีส่วนผสมท่ีแตกต่างกนั ไป โดยมี ส่วนผสมหลกั เป็ นสนิมเหล็ก และผสมร่วมกบั สารอ่ืนๆ อีกหลายชนิด เช่น อะลูมิเนียม แมกนีเซียม นิกเกิล โคบอลต์ และสังกะสี เป็ นตน้ การใชส้ ่วนผสมแตกต่างกนั มีผลต่อค่าความเหนี่ยวนาที่ไดอ้ อกมามีค่ามากน้อย แตกตา่ งกนั ข้อดีของตัวเหนี่ยวนาแกนเฟอร์ไรต์ คือสามารถสร้างให้แกนมีรูปร่างหลากหลายลักษณะ แตกต่างกนั ไปตามความตอ้ งการ นาไปใช้งานได้ดีท้งั ยา่ นความถี่ต่าและยา่ นความถ่ีสูง ถูกผลิตข้ึนมาใช้งาน มากมายหลากหลายรูปแบบ และถูกนาไปใชง้ านอยา่ งแพร่หลาย ลกั ษณะตวั เหนี่ยวนาแกนเฟอร์ไรต์ แสดงดงั รูปที่ 10.4 (ก) รูปร่าง (ข) สญั ลกั ษณ์ รูปที่ 10.4 ตวั เหน่ียวนาแกนเฟอร์ไรต์ 2. ตัวเหนี่ยวนำแกนผงเหล็กอัด (Iron Powder Core Inductor) เป็ นตวั เหนี่ยวนาที่ใช้แกน รองขดลวดทามาจากวสั ดุประเภทผงเหล็กชนิดอดั แน่น โดยนาผงเหล็กผสมกบั กาวอดั แน่นเป็ นรูปร่างต่างๆ ตามตอ้ งการ สามารถกาหนดรูปแบบไดอ้ ยา่ งหลากหลาย ขอ้ ดีของตวั เหน่ียวนาแกนผงเหล็กอดั คือสามารถช่วยลดการสูญเสียการไหลของกระแส สัญญาณภายในขดลวดจากกระแสไหลวน (Eddy Current) ลงได้ ทาให้กระแสสัญญาณส่งผา่ นตวั เหนี่ยวนาแกนผง เหล็กอดั ไดส้ ูงข้ึน เกิดการสูญเสียสัญญาณภายในตวั เหนี่ยวนาลดลง ใชง้ านไดด้ ีในยา่ นความถ่ีสูง สามารถสร้าง ใหม้ ีค่าความเหนี่ยวนาสูงข้ึนได้ แตม่ ีขนาดตวั เหน่ียวนาเล็กลง ลกั ษณะตวั เหน่ียวนาแกนผงเหล็กอดั แสดงดงั รูป ที่ 10.5

(ก) รูปร่าง (ข) สญั ลกั ษณ์ รูปที่ 10.5 ตวั เหน่ียวนาแกนผงเหลก็ อดั 3. ตัวเหนี่ยวนำแกนทอรอยด์ (Toroidal Core Inductor) เป็ นตวั เหน่ียวนาที่ใชแ้ กนรองขดลวด ทามาจากวสั ดุประเภทเฟอร์ไรต์ หรือทาจากผงเหล็กชนิดอดั แน่น โดยสร้างแกนข้ึนเป็ นวงกลมรูปวงแหวน นา ขดลวดพนั โดยรอบแกนวงแหวน ขอ้ ดีของตวั เหน่ียวนาแกนทอรอยด์ คือเส้นแรงแม่เหล็กจะไม่แพร่กระจายออกไปภายนอก และ สนามแม่เหลก็ จากภายนอกก็ไมเ่ ขา้ มารบกวน สามารถทาให้ตวั เหนี่ยวนามีความเหนี่ยวนาสูงข้ึน โดยมีขนาดตวั เหน่ียวนาเล็กลง และใชจ้ านวนรอบในการพนั ขดลวดนอ้ ยลง นิยมนาไปใชง้ านกบั ยา่ นความถ่ีสูง ที่ตอ้ งการค่า ความเหน่ียวนาสูง และมีสนามแม่เหล็กรบกวนต่า ลกั ษณะตวั เหน่ียวนาแกนทอรอยด์ แสดงดงั รูปที่ 10.6 (ก) รูปร่าง (ข) สญั ลกั ษณ์ รูปที่ 10.6 ตวั เหนี่ยวนาแกนทอรอยด์ 4. ตัวเหนี่ยวนำแกนเหล็กแผ่นบำง (Laminated Iron Core Inductor) เป็ นตวั เหน่ียวนาท่ีใช้

แกนรองขดลวดทามาจากวสั ดุประเภทเหล็กรีดให้เป็ นแผ่นบาง (Lamination) ตดั ข้ึนรูปเหล็กแต่ละแผ่นเป็ น รูปร่างต่างๆ นามาวางซอ้ นกนั เป็ นแกนรองขดลวด โดยท่ีเหล็กแผน่ บางแต่ละแผน่ ถูกเคลือบฉนวนไว้ เพ่ือให้ เหล็กแตล่ ะแผน่ ถูกแยกตวั ออกจากกนั ขอ้ ดีของตวั เหน่ียวนาแกนเหล็กแผน่ บาง คือช่วยลดการสูญเสียเน่ืองจากกระแสไหลวน ช่วยลด ความร้อนจากการเหนี่ยวนา และช่วยทาให้ค่าความเหนี่ยวนาเพิ่มมากข้ึน การใชง้ านนิยมนาไปใช้งานในยา่ น ความถี่ต่า และย่านความถี่เสียง (Audio Frequency ; AF) จึงมกั เรียกตวั เหนี่ยวนาชนิดน้ีวา่ AF โชก้ นาไปใชง้ าน ไดห้ ลายชนิด เช่น ใชเ้ ป็นตวั กรองสัญญาณไฟฟ้า (Filter) ใชไ้ ดท้ ้งั แรงดนั ไฟสลบั และเป็ นแรงดนั ไฟตรง เป็ นตน้ ลกั ษณะตวั เหนี่ยวนาแกนเหลก็ แผน่ บาง แสดงดงั รูปท่ี 10.7 (ก) รูปร่าง (ข) สญั ลกั ษณ์ รูปท่ี 10.7 ตวั เหน่ียวนาแกนเหลก็ แผน่ บาง 9.2.3 ตัวเหน่ียวนำชนิดแกนปรับเปลยี่ นค่ำได้ (Variable Core Inductor) ตวั เหน่ียวนาชนิดแกนปรับเปล่ียนค่าได้ เป็ นตวั เหน่ียวนาที่ขดลวดถูกพนั รอบฐานรองโดยถูก ยึดติดคงที่ ฐานรองเป็ นฉนวนมีร่องเกลียวอยู่ภายใน ตอนกลางของฐานรองขดลวดมีแกนเฟอร์ไรตม์ ีร่องเกลียว สัมผสั อยู่กบั ตอนกลางของฐานรอง แกนเฟอร์ไรต์สามารถปรับเคลื่อนท่ี ได้ การปรับแกนเฟอร์ไรต์เป็ นการ ปรับเปลี่ยนค่าความเหนี่ยวนาของตวั เหน่ียวนาให้มากข้ึนหรือนอ้ ยลงไดต้ ามตอ้ งการ นาไปใชง้ านกบั ความถ่ีสูง ย่านความถ่ีวิทยุ (RF) เช่น ในวงจรเครื่องรับวิทยุ วงจรเครื่องรับโทรทศั น์ และวงจรเคร่ืองรับส่งวิทยุ เป็ นต้น ลกั ษณะตวั เหน่ียวนาชนิดแกนปรับ เปลี่ยนคา่ ได้ แสดงดงั รูปท่ี 10.8

(ก) รูปร่าง (ข) สญั ลกั ษณ์ รูปท่ี 10.8 ตวั เหนี่ยวนาแกนปรับค่าได้ 10.3 ตวั เหนี่ยวนำแบบหลำยขด ตวั เหนี่ยวนาแบบหลายขด เป็ นตวั เหน่ียวนา ท่ี


มีขดลวดพนั ไวใ้ ช้งานรวมกันมากกว่าหน่ึงขดข้ึนไป การเหน่ียวนาท่ีเกิดข้ึนเป็ นการเหนี่ยวนาแบบขา้ มขด มี ข้วั ต่อขดลวดออกมาใช้งานหลายข้วั เช่น 4 ข้วั 6 ข้วั และ 8 ข้วั เป็ นตน้ ขดลวดท้งั หมดท่ีต่อออกมาใช้งานถูกแบ่ง ออกเป็ น 2 ด้าน คือ ด้านทางเข้าหรื ออินพุต (Input) ใช้ สาหรับป้อนแรงดนั เขา้ หรือสัญญาณไฟฟ้าเขา้ ขดลวด ถูก เรียกว่า ขดปฐมภูมิ (Primary) และด้านทางออกหรือ เอาตพ์ ุต (Output) ใชส้ าหรับป้อนแรงดนั ออก หรือ รูปท่ี 10.9 การทางานเบ้ืองตน้ ของหมอ้ แปลง สญั ญาณไฟฟ้าออกจากขดลวด ถูกเรียกวา่ ขดทุติยภูมิ (Secondary) ตวั เหนี่ยวนาแบบหลายขดน้ีมีช่ือเรียกวา่ หมอ้ แปลง หรือทรานสฟอร์เมอร์ (Transformer) การทางานเบ้ืองตน้ ของหมอ้ แปลง แสดงดงั รูปท่ี 10.9 การทางานของหมอ้ แปลง เมื่อมีแรงดนั ไฟสลบั ป้อนเขา้ ที่ขดปฐมภูมิ ทาใหเ้ กิดการยบุ ตวั และพองตวั ของ สนามแม่เหล็กทางขดปฐมภูมิ เกิดฟลกั ซ์แม่เหล็กว่งิ เคลื่อนที่รอบแกนรองขดลวด เหน่ียวนาสนามแม่เหล็กไปให้ ขดทุติยภูมิ สนามแม่เหล็กตดั ผา่ นขดทุติยภูมิส่งผลใหเ้ กิดแรงเคล่ือน ไฟฟ้าชกั นา (EMF) ข้ึนมา ค่าที่เกิดข้ึนน้ีคือ แรงดนั ไฟสลบั ท่ีจ่ายออกมาทางขดทุติยภูมิ จา่ ยเป็นแรงดนั ออกไปใชง้ าน แรงดนั ไฟสลบั ที่ไดอ้ อกมาทางขดทุติยภูมิ ข้ึนอยู่กบั จานวนรอบของขดลวดท่ีพนั ไว้ พนั จานวน รอบ ขดลวดนอ้ ยไดแ้ รงดนั ไฟสลบั ออกมานอ้ ย พนั จานวนรอบขดลวดมากไดแ้ รงดนั ไฟสลบั ออกมามาก นาหลักการ น้ีไปใชแ้ ปลงแรงดนั ไฟสลบั ท่ีจ่ายออกมา ให้มากข้ึนหรือนอ้ ยลงไดต้ ามตอ้ งการ ลกั ษณะหมอ้ แปลงแบบต่างๆ แสดงดงั รูปที่ 10.10

รูปท่ี 10.10 หมอ้ แปลงแบบต่างๆ หมอ้ แปลงท่ีผลิตมาใชง้ านมีมากมายหลายแบบ หลายชนิด และหลายลกั ษณะ ข้ึนอยูก่ บั งานท่ีตอ้ งการนา หมอ้ แปลงไปใช้ ท้งั ค่าแรงดนั ท่ีตอ้ งการใช้ ค่าการจ่ายกระแสท่ีหมอ้ แปลงสามารถจ่ายออกมาได้ รวมถึงหนา้ ที่ใน การทางานของหมอ้ แปลง ถา้ แบ่งหมอ้ แปลงออกตามลกั ษณะแกนท่ีใชร้ องขดลวด แบ่งออกไดห้ ลายชนิด ดงั น้ี ชนิดแกนอากาศ ชนิดแกนเฟอร์ไรต์ ชนิดแกนเหล็กแผน่ บาง และชนิดแกนทอรอยด์ 10.3.1 หม้อแปลงชนิดแกนอำกำศ (Air Core Transformer) หมอ้ แปลงชนิดแกนอากาศ เป็นหมอ้ แปลงชนิดท่ีพนั ขดลวดไวล้ อยๆ โดยไม่มีฐานรอง หรือใช้ แกนฐานรองขดลวดทามาจากวสั ดุท่ีเป็ นฉนวนไฟฟ้า เช่น ไฟเบอร์ พลาสติก หรือคาร์บอน เป็ นตน้ หมอ้ แปลง ชนิดน้ีนิยมนาไปใชง้ านกบั ความถ่ีสูงย่านความถ่ีวิทยุ (RF) เพราะมีค่าความเหน่ียวนาต่า แกนไม่สามารถช่วย เสริมค่าความเหนี่ยวนาได้ การจะเพ่ิมให้ค่าความเหน่ียวนามากข้ึน ทาไดโ้ ดยใชว้ ิธีพนั จานวนรอบของขดลวด เพม่ิ ข้ึน ลกั ษณะหมอ้ แปลงชนิดแกนอากาศ แสดงดงั รูปท่ี 10.11


(ก) รูปร่าง (ข) สญั ลกั ษณ์ รูปท่ี 10.11 หมอ้ แปลงชนิดแกนอากาศ

10.3.2 หม้อแปลงชนิดแกนเฟอร์ไรต์ (Ferrite Core Transformer) หมอ้ แปลงชนิดแกนเฟอร์ไรต์ เป็ นหมอ้ แปลงท่ีใชแ้ กนรองขดลวดทามาจากวสั ดุประเภทเฟอร์ ไรต์อดั ข้ึนรูปลกั ษณะต่างๆ ท่ีมีส่วนผสมของเฟอร์ไรต์แตกต่างกนั ไป แต่มีส่วนผสมหลกั เป็ นสนิมเหล็ก และ ผสมร่วมกบั สารอ่ืนๆ เช่น อะลูมิเนียม โคบอลต์ แมกนีเซียม นิกเกิล และสังกะสี เป็ นต้น ส่วนผสมท่ีใช้ แตกตา่ งกนั มีผลทาใหค้ ่าความเหน่ียวนาที่ไดแ้ ตกต่างกนั นิยมนาไปใชง้ านในยา่ นความถ่ีสูง เช่น ภาครับความถ่ี วทิ ยุ (Tuner) ภาคกาเนิดความถ่ี (Oscillator ; Osc.) และภาคกาหนดความถ่ีปานกลาง (Intermediate Frequency ; IF) เป็นตน้ โดยทางานร่วมกบั อุปกรณ์อื่นๆ ลกั ษณะหมอ้ แปลงแกนเฟอร์ไรต์ แสดงดงั รูปที่ 10.12


(ก) รูปร่าง (ข) สญั ลกั ษณ์ รูปท่ี 10.12 หมอ้ แปลงแกนเฟอร์ไรต์ 10.3.3 หม้อแปลงชนิดแกนเหลก็ แผ่นบำง (Laminated Iron Core Transformer) หมอ้ แปลงชนิดแกนเหล็กแผน่ บาง เป็ นหมอ้ แปลงท่ีใชแ้ กนรองขดลวดทามาจากวสั ดุประเภท เหลก็ รีดใหเ้ ป็นแผน่ บาง ตดั ข้ึนรูปเหลก็ แตล่ ะแผน่ เป็ นรูปตวั E และตวั I นามาวางซอ้ นกนั เป็ นแกนรองขดลวด โดยที่เหลก็ แผน่ บางแตล่ ะแผน่ ถูกเคลือบฉนวนไว้ ทาให้เหล็กแต่ละแผน่ ถูกแยกตวั ออกจากกนั เพื่อช่วยลดการ สูญเสียเนื่องจากกระแสไหลวน ช่วยลดความร้อนจากการเหน่ียวนา และช่วยทาให้ค่าความเหนี่ยวนาเพิ่มมาก ข้ึน การใชง้ านนิยมนาไปใช้งานในย่านความถี่ต่า และย่านความถี่เสียง (AF) ใช้งานได้ท้งั แรงดนั ไฟตรงและ แรงดนั ไฟสลบั ลกั ษณะหมอ้ แปลงแกนเหล็กแผน่ แสดงดงั รูปท่ี 10.13

(ก) รูปร่าง (ข) สญั ลกั ษณ์ รูปท่ี 10.13 หมอ้ แปลงแกนเหลก็ แผน่ บาง 10.3.4 หม้อแปลงชนิดแกนทอรอยด์ (Toroidal Core Transformer) หมอ้ แปลงชนิดแกนทอรอยด์ เป็นหมอ้ แปลงท่ีใชแ้ กนรองขดลวดทามาจากวสั ดุหลายประเภท เช่น เหล็กแผน่ บางเคลือบฉนวน ผงเหล็กชนิดอดั แน่น หรือเฟอร์ไรต์ โดยสร้างแกนข้ึนเป็ นรูปวงแหวน ขดลวด ถูกพนั รอบแกนวงแหวนโดยรอบ ทาใหเ้ ส้นแรงแม่เหล็กท่ีเกิดข้ึนภายในขดลวดไม่แพร่กระจายออกไปภายนอก และสนามแม่เหล็กจากภายนอกก็ไม่เขา้ มารบกวน ทาให้หมอ้ แปลงชนิดน้ีมีค่าความเหน่ียวนาสูงข้ึน โดยสร้าง ขนาดหมอ้ แปลงไดเ้ ล็กลง และใชจ้ านวนรอบในการพนั ขดลวดนอ้ ยลง นิยมนาไปใชง้ านท้งั ความถ่ีต่าและความถี่ สูง ท่ีตอ้ งการค่าความเหนี่ยวนาสูง และมีสนามแม่เหล็กรบกวนต่า ลกั ษณะหมอ้ แปลงแกนทอรอยด์ แสดงดงั รูปที่ 10.14


แกนผงเหลก็ อดั หรือเฟอร์ไรต์


แกนเหลก็ แผน่ บาง (ก) รูปร่าง (ข) สญั ลกั ษณ์ รูปท่ี 10.14 หมอ้ แปลงแกนทอรอยด์

10.4 หม้อแปลงกำลงั หมอ้ แปลงกาลงั (Power Transformer) เป็ นหมอ้ แปลงชนิดที่สามารถจ่ายแรงดนั จ่ายกระแส หรือจ่าย ท้งั แรงดนั และกระแสออกมาใชง้ านไดม้ ากข้ึน ถูกนาไปใชง้ านอยา่ งแพร่หลาย ในหลายหนา้ ท่ีและหลายลกั ษณะ การทางาน ท้งั งานในดา้ นอิเลก็ ทรอนิกส์ ดา้ นไฟฟ้ากาลงั และดา้ นอุตสาหกรรม หมอ้ แปลงกาลงั ท่ีผลิตมาใช้ งาน มีต้งั แต่ทนกระแสไดต้ ่า ไปจนถึงทนกระแสไดส้ ูงๆ และจ่ายแรงดนั ออกมาไดห้ ลายค่าจากต่าไปถึงค่าสูง หมอ้ แปลงกาลงั มีหลายลกั ษณะ หลายคุณสมบตั ิ และหลายหนา้ ที่การทางาน แต่สิ่งท่ีเหมือนกนั ของหมอ้ แปลงกาลงั คือจะตอ้ งสามารถจ่ายกาลงั ไฟฟ้าออกมาในรูปแรงดนั และกระแสมีค่ามากหรือนอ้ ยไดต้ ามความตอ้ งการของ ภาระท่ีตอ้ งการใชง้ าน ลกั ษณะหมอ้ แปลงกาลงั ชนิดตา่ งๆ แสดงดงั รูปท่ี 10.15 (ก) ใชง้ านระบบจ่ายกาลงั ไฟฟ้า (ข) ใชง้ านไฟฟ้าและอิเลก็ ทรอนิกส์ทว่ั ไป รูปท่ี 10.15 หมอ้ แปลงกาลงั ชนิดตา่ งๆ แกนรองขดลวดหมอ้ แปลงกาลงั นิยมใช้ชนิดเหล็กแผน่ บางเคลือบฉนวนซ้อนทบั กนั ดว้ ยเหตุที่หมอ้ แปลงกาลงั ขณะทางานใชก้ าลงั ไฟฟ้าสูง ทาใหเ้ กิดความร้อนสูงมาก จาเป็ นตอ้ งมีการระบายความร้อนที่ดี ซ่ึง แผน่ เหล็กบางสามารถระบายความร้อนไดด้ ี และดว้ ยขนาดท่ีใหญ่ของหมอ้ แปลงกาลงั รวมท้งั รูปร่างของหมอ้ แปลงกาลงั ที่มีความแตกต่างกนั การใช้เหล็กแผ่นบางเคลือบฉนวนข้ึนรูปแกนรองขดลวดทาไดง้ ่าย รวมถึง สามารถสร้างให้มีระบบการระบายความร้อนท่ีแตกต่างกนั ได้ ช่วยให้เกิดการสูญเสียกาลงั ไฟฟ้าขณะทางานต่า เกิดประสิทธิภาพในการทางานเพ่ิมมากข้ึน หม้อแปลงกาลงั ท่ีผลิตมาใช้งานมีด้วยกนั หลายรูปแบบ หลาย ลกั ษณะ และหลายชนิด แบ่งออกตามคุณลักษณะของการพนั ขดลวดได้ดังน้ี ชนิดลดแรงดัน (Step Down Voltage) ชนิดเพ่ิมแรงดนั (Step Up Voltage) ชนิดเพ่ิม – ลดแรงดนั (Step Up – Step Down Voltage) ชนิดออโต (Auto) และชนิดปรับเปลี่ยนแรงดนั ได้ (Variable Voltage) 10.4.1 หม้อแปลงกำลงั ชนิดลดแรงดนั (Step Down Transformer)

220V หมอ้ แปลงกาลงั ชนิดลดแรงดนั เป็ นหมอ้ แปลง 60V ที่ทาหน้าที่ลดแรงดนั ไฟสลบั ทางด้านขดทุติยภูมิ หรือ 24V ดา้ นส่งออกเอาตพ์ ุต ให้มีค่าแรงดนั ไฟสลบั นอ้ ยกว่าค่า 0V แรงดนั ไฟสลบั ที่ป้อนเขา้ ทางด้านขดปฐมภูมิ รูปแบบ 24V การพนั ขดลวดในหมอ้ แปลงชนิดน้ี โดยพนั จานวนรอบ 60V ของขดลวดทางขดปฐมภูมิ มากกว่าการพนั จานวนรอบ ของขดลวดทางขดทุติยภูมิ สัญลกั ษณ์หมอ้ แปลงกาลงั 0V ชนิดลดแรงดนั แสดงดงั รูปที่ 10.16 รูปที่ 10.16 หมอ้ แปลงกาลงั ชนิดลดแรงดนั 10.4.2 หม้อแปลงกำลงั ชนิดเพมิ่ แรงดัน (Step Up Transformer) 450V หมอ้ แปลงกาลงั ชนิดเพิ่มแรงดนั เป็ นหมอ้ แปลงที่ 220V 250V ทาหน้าที่เพิ่มแรงดันไฟสลบั ทางด้านขดทุติยภูมิ หรือ 0V ดา้ นส่งออกเอาต์พุต ให้มีค่าแรงดนั ไฟสลบั มากกวา่ ค่า แรงดนั ไฟสลบั ท่ีป้อนเขา้ ทางด้านขดปฐมภูมิ รูปแบบ 0V 250V การพนั ขดลวดในหมอ้ แปลงชนิดน้ี โดยพนั จานวนรอบ 450V ของขดลวดทางขดปฐมภูมิ น้อยกว่าการพนั จานวนรอบ รูปที่ 10.17 หมอ้ แปลงกาลงั ชนิดเพม่ิ แรงดนั ของขดลวดทางขดทุติยภูมิ สัญลกั ษณ์หมอ้ แปลงกาลงั ชนิดเพม่ิ แรงดนั แสดงดงั รูปท่ี 10.17 10.4.3 หม้อแปลงกำลงั ชนิดเพม่ิ – ลดแรงดัน (Step Up – Step Down Transformer) 450V หมอ้ แปลงกาลงั ชนิดเพ่ิม – ลดแรงดนั เป็ น หมอ้ แปลงท่ีมีจานวนรอบของขดลวดทางขดทุติยภูมิ 220V 0V มากกวา่ 1 ขด โดยแยกเป็ นขดเพ่ิมแรงดนั และขดลด 450V แรงดนั ทาหนา้ ท่ีเพิ่มและลดแรงดนั ไฟสลบั ทาง ดา้ น 24V ขดทุติยภูมิที่จ่ายแรงดนั ออกเอาต์พุต ให้มีค่าแรงดนั 0V มากกว่าหรือน้อยกว่าค่าแรงดนั ท่ีป้อนเขา้ ทางขดปฐม ภูมิ การพนั ขดลวดในหม้อแปลงชนิดน้ี โดยแยก 0V 264VV จานวนขดลวดท่ีพนั ไวท้ างขดทุติยภูมิออกจากกนั เป็ น 0V แต่ละชุดไม่รวมกนั สัญลักษณ์หม้อแปลงกาลังชนิด เพ่มิ – ลดแรงดนั แสดงดงั รูปท่ี 10.18 รูปที่ 10.18 หมอ้ แปลงกาลงั ชนิดเพิ่ม – ลด แรงดนั

10.4.4 หม้อแปลงกำลงั ชนิดออโต (Auto Transformer) หมอ้ แปลงกาลงั ชนิดออโต เป็ นหมอ้ แปลงท่ีมีลกั ษณะการพนั ขดลวดแตกต่างไปจากหมอ้ แปลงกาลงั ชนิดอ่ืนที่กล่าวมา โดยการพนั ขดลวดท้งั ชุดในหมอ้ แปลงเป็ นขดเดียว จึงทาใหข้ ดปฐมภูมิและขด ทุติยภูมิอยูใ่ นขดเดียวกนั การจ่ายแรงดนั เขา้ และออกใชก้ ารแยกจุดต่อ (Taps) ขดลวดออกมาใช้งานเป็ นจุดๆ ตามตอ้ งการ บนขดลวดเพียงชุดเดียว จุดใดใช้เป็ นจุดจ่ายแรงดนั เขา้ เรียกว่า ขดปฐมภูมิ และจุดใดเป็ นจุดจ่าย แรงดนั ออกเรียกวา่ ขดทุติยภูมิ ลกั ษณะหมอ้ แปลงกาลงั ชนิดออโต แสดงดงั รูปท่ี 10.19 380V 220V 110V (ก) รูปร่าง 0V 0V (ข) สญั ลกั ษณ์ รูปท่ี 10.19 หมอ้ แปลงกาลงั ชนิดออโต 10.4.5 หม้อแปลงกำลงั ชนิดปรับเปลย่ี นค่ำได้ (Variable Transformer) หมอ้ แปลงกาลงั ชนิดปรับเปล่ียนค่าได้ หรืออาจเรียกวา่ วาริแอก (Variac) เป็ นหมอ้ แปลงกาลงั ชนิดออโตนนั่ เอง คือการพนั ขดลวดท้งั ชุดที่ใช้เป็ นขดปฐมภูมิและขดทุติยภูมิเป็ นขดเดียวกนั การจ่ายแรงดนั เขา้ จ่ายเขา้ ท่ีข้วั หวั ทา้ ยของขดลวด และการจ่ายแรงดนั ออกใชข้ ้วั จ่ายร่วมกบั ข้วั จ่ายแรงดนั เขา้ หน่ึงข้วั อีกข้วั ของการ จ่ายแรงดนั ออกใช้ข้วั แบบปรับเปลี่ยนค่าได้ สัมผสั กบั ขดลวดหมอ้ แปลงหมุนปรับเปลี่ยนเลือกค่าตามตอ้ งการ ปรับจ่ายแรงดนั ออกมาบนชุดขดลวดขดเดียว ลกั ษณะหมอ้ แปลงออโต แสดงดงั รูปท่ี 10.20

220V (ก) รูปร่าง
0V 0V (ข) สญั ลกั ษณ์ รูปที่ 10.20 หมอ้ แปลงกาลงั ชนิดปรับเปลี่ยนคา่ ได้ 10.5 หน่วยควำมเหน่ียวนำ ตวั เหน่ียวนาท่ีผลิตข้ึนมาใชง้ านจะมีค่าความเหน่ียวนาบอกกากบั ไว้ ค่าความเหน่ียวนาน้ีเป็ นค่าท่ีแสดง ถึงคุณสมบตั ิของตวั เหน่ียวนา ต่อการตอบสนองต่อกระแสและแรงดันท่ีเกิดข้ึนภายในตวั เหน่ียวนา โดย สามารถทาให้เกิดแรงเคล่ือนไฟฟ้าชักนา (EMF) ข้ึนมาได้น้อยหรือมากเพียงไร ค่าความเหน่ียวนามีหน่วย มาตรฐานเป็ นเฮนรี (Henry ; H) ค่าความเหน่ียวนา 1 เฮนรี (H) คือ ค่าที่จ่ายกระแสไหลเขา้ ไปในขดลวด 1 แอมแปร์ (A) ไหลเปล่ียนแปลงในเวลา 1 วินาที (s) ทาให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนาตา้ นกลบั (Counter Electro Motive Force) 1 โวลต์ (V) ตวั เหน่ียวนาท่ีผลิตออกมาใชง้ าน มีหลายขนาดหลายค่าความเหน่ียวนา ต้งั แต่ค่าความเหนี่ยวนาต่า ไป จนถึงความเหน่ียวนาสูง ทาใหก้ ารใชห้ น่วยบอกค่าเป็ นเฮนรี (H) อยา่ งเดียว มีความไม่สะดวกในการใชง้ าน จึง ไดแ้ บ่งหน่วยบอกค่าความเหน่ียวนาออกเป็ นหน่วยย่อยๆ เป็ น มิลลิเฮนรี (Millihenry ; mH) และหน่วยไมโค รเฮนรี (Microhenry ; H) หน่วยใชง้ านท้งั หมด เขียนความสัมพนั ธ์กนั ออกมาไดด้ งั น้ี 1 เฮนรี (H) = 1,000 มิลลิเฮนรี (mH) = 1  103 mH 1 มิลลิเฮนรี (mH) = 1,000,000 ไมโครเฮนรี (H) = 1  106 H = 1,000 ไมโครเฮนรี (H) = 1  103 H = 1 เฮนรี (H) = 1  10-3 H 1,000

1 ไมโครเฮนรี (H) = 1 มิลลิเฮนรี (mH) = 1  10-3 mH 1,000 = 1  10-6 H 1 = 1,000,000 เฮนรี (H) ตวั อย่ำงท่ี 10.1 จงแปลงหน่วยค่าความเหนี่ยวนาต่อไปน้ีใหถ้ ูกตอ้ ง (ก) 56,400 mH ใหเ้ ป็นหน่วย H (ข) 2.56 H ใหเ้ ป็นหน่วย mH (ค) 41,986,000 H ใหเ้ ป็นหน่วย H (ง) 21.20 mH ใหเ้ ป็นหน่วย H (จ) 0.0825 H ใหเ้ ป็นหน่วย H (ฉ) 65,125 H ใหเ้ ป็นหน่วย mH วธิ ีทา = 56,400  1 H = 56.4 H (ก) 56,400 mH 1,000 (ข) 2.56 H (ค) 41,986,000 H = 2.56  1,000 mH = 2,560 mH (ง) 21.20 mH (จ) 0.0825 H = 41,986,000  1 H = 41.986 H (ฉ) 65,125 H 1,000,000 = 21.20  1,000 H = 21,200 H = 0.0825  1,000,000 H = 82,500 H = 65,125  1 mH = 65.125 mH ตอบ 1,000 10.6 บทสรุป ตวั เหน่ียวนาผลิตจากเส้นลวดทองแดงขดเป็ นวงเรียงกนั หลายรอบ จานวนรอบของการพนั ขดลวดตวั เหนี่ยวนามีผลทาให้ค่าความเหน่ียวนาแตกต่างกันไป แต่มีคุณสมบตั ิเหมือนกันคือ เมื่อมีกระแสไหลผ่าน เส้นลวดตวั นา จะเกิดเส้นแรงแมเ่ หล็กข้ึนรอบเส้นลวดตวั นา ความเขม้ สนามแม่เหล็กไฟฟ้าท่ีเกิดข้ึนในขดลวดข้ึนอยกู่ บั จานวนรอบของการพนั เส้นลวด ตวั นา ปริมาณ การไหลของกระแส ขนาดของแกนที่ใชท้ าแมเ่ หล็กไฟฟ้า และชนิดของวสั ดุท่ีใชท้ าแกนของแม่เหลก็ ไฟฟ้า ตวั เหนี่ยวนาแบบขดเดียว เป็ นตวั เหน่ียวนาท่ีมีขดลวดพนั ไวเ้ พียงขดเดียว ทางานโดยการเหนี่ยวนา

ตวั เอง โครงสร้างประกอบด้วยเส้นลวดทองแดงอาบน้ายาฉนวน พนั เป็ นขดลวดอยู่บนแกน การเรียกช่ือตวั เหนี่ยวนาประเภทน้ีเรี ยกชื่อตามแกนท่ีทาเป็ นฐานรอง ตวั เหน่ียวนาแบบหลายขด เป็นตวั เหนี่ยวนาท่ีมีขดลวดพนั ไวร้ วมกนั มากกวา่ หน่ึงขดข้ึนไป การเหนี่ยวนา ท่ีเกิดข้ึนเป็ นการเหน่ียวนาแบบขา้ มขด ขดลวดแบ่งเป็ น 2 ส่วน คือ ส่วนทางเขา้ เรียกว่าขดปฐมภูมิ และส่วน ทางออกเรียกวา่ ขดทุติยภูมิ การส่งผา่ นแรงดนั ออกมาที่ขดทุติยภูมิตอ้ งอาศยั การเหนี่ยวนาสนามแม่เหล็กจากขด ปฐมภูมิ ทาให้เกิดแรงเคล่ือนไฟฟ้าเหนี่ยวนา (EMF) ข้ึนมา เกิดเป็ นแรงดนั ข้ึนมา การเรียกช่ือหมอ้ แปลงเรียกตาม ช่ือแกนท่ีเป็นฐานรองขดลวด เช่น แกนอากาศ แกนเฟอร์ไรต์ แกนเหล็กแผน่ บาง และแกนทอรอยด์ เป็นตน้ หมอ้ แปลงกาลงั เป็ นหมอ้ แปลงชนิดที่สามารถจ่ายแรงดนั และกระแสออกมาไดม้ ากข้ึน นาไปใชง้ าน อย่างแพร่หลาย ท้งั งานในดา้ นอิเล็กทรอนิกส์ ดา้ นไฟฟ้ากาลงั และดา้ นอุตสาหกรรม หมอ้ แปลงกาลงั มีหลาย ลกั ษณะ หลายคุณสมบตั ิ และหลายหนา้ ที่การทางาน แตส่ ิ่งท่ีเหมือนกนั คือตอ้ งสามารถจ่ายแรงดนั และกระแสมี คา่ มากหรือนอ้ ยไดต้ ามความตอ้ งการของภาระ ตวั เหน่ียวนาที่ผลิตออกมาใชง้ าน มีหลายขนาดหลายค่าความเหนี่ยวนา แบ่งหน่วยบอกค่าใชง้ านเป็ นเฮ นรี (H) มิลลิเฮนรี (mH) และไมโครเฮนรี (H)