Physics 2 For Engineering

หน่วยเรยี นที่ 4 ไฟฟ้ากระแสสลับ แผนการสอนในสัปดาห์ที่ : 9 - 10 (จานวน 6 ชว่ั โมง) จุดประสงคก์ ารสอน 4.1 เคร่ืองกาเนิดไฟฟา้ กระแสตรงและกระแสสลับ 4.1.1 เข้าใจองคป์ ระกอบของเครอ่ื งกาเนดิ ไฟฟา้ กระแสตรงและกระแสสลับ 4.1.2 เข้าใจหลักการทางานของหม้อแปลงไฟฟ้า 4.2 ค่าของปริมาณทเ่ี กี่ยวขอ้ งกบั ไฟฟ้ากระแสสลับ 4.2.1 อธบิ ายสมการท่วั ไปของแรงเคล่อื นไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าได้ 4.2.2 อธบิ ายค่ายงั ผลของกระแสและแก้ปญั หาโจทยไ์ ด้ 4.3 การต่อ RLC ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ 4.3.1 สามารถวิเคราะหว์ งจร RLC ด้วยแผนภาพเฟเซอรแ์ ละแกโ้ จทยป์ ัญหาได้ 4.3.2 สามารถคานวณค่ากาลงั ไฟฟา้ ในวงจรไฟฟา้ กระแสสลับได้ 4.4 อุปกรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์เบอ้ื งต้น 4.4.1 บอกชนิดและคณุ สมบัติของตวั ต้านทาน ตวั เก็บประจุ ไดโอดและทรานซสิ เตอร์เบ้อื งตน้



| 137 หนว่ ยเรียนท่ี 4 ไฟฟ้ากระแสสลับ 4.1 เครือ่ งกาเนดิ ไฟฟ้า 4.1.1 ชนดิ ของเครอ่ื งกาเนิดไฟฟ้า การเคลื่อนที่ของขดลวดตัวนาทาให้ฟลักซ์ แม่เหล็กที่ผ่านขดลวดมีการเปลี่ยนแปลง จึงมี แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนาเกิดข้ึน ซ่ึงสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าออกมาใช้งานได้ กระแสไฟฟ้าท่ีผลิตได้ หากมี การไหลของกระแสทิศทางเดียว เราเรียกว่า ไฟฟ้ากระแสตรง (direct current, D.C.) และหากมีทิศการไหล สลบั ไปมา เรยี กกระแสไฟฟ้านี้ว่า ไฟฟา้ กระแสสลบั (alternating current, A.C.) เคร่ืองกลท่ีเปลี่ยนพลังงานกลให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยใช้หลักการของไมเคิล ฟาราเดย์ ให้ขดลวด เคลอื่ นท่ีตัดสนามแม่เหล็ก เรยี กว่า ไดนาโม (dynamo) ซงึ่ สามารถแบ่งไดเ้ ปน็ 2 ชนิด คอื 1. เคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ากระแสตรง เกิดจากการใช้พลังงานกลหมุนขดลวดตัดผ่านสนามแม่เหล็ก แรงเคล่ือนไฟฟ้าที่ถูกส่งผ่านคอมมิวเตเตอร์และแปรงถ่าน ก่อนถูกส่งออกสู่วงจรภายนอก ทาให้กลับทิศของ แรงเคล่ือนไฟฟ้าและกระแสไหลทางเดียวกัน ขนาดที่เปล่ียนแปลงขึ้นลงของแรงเคลื่อนไฟฟ้าสามารถทาให้ ลดลงได้ โดยใชข้ ดลวดหลายขดและมคี อมมวิ เตเตอร์หลายอนั รูปท่ี 4.1 แสดงการทางานของเครื่องกาเนดิ ไฟฟา้ กระแสตรง [4.1]

138 | 2. เคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ จะหมุนขดลวดตัดผ่านสนามแม่เหล็ก แล้วส่งออกสู่วงแหวานตัวนา และแปรงถ่านโดยตรง ขดลวดที่หมุนสลับไปมาระหว่างขั้วเหนือและข้ัวใต้ จะทาให้ทิศของกระแสเหน่ียวนา สลบั ไปมาดังรูป 4.2 รปู ท่ี 4.2 แสดงการทางานของเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ [4.2] ทิศของกระแสจะสลับทิศเนื่องจากวงแหวนหมุนไปกับขดลวด ทาให้กระแสที่ไหลออกจากขดลวดใน แตล่ ะครึง่ รอบมีทศิ ตรงข้ามกนั แรงเคลื่อนไฟฟา้ เหนย่ี วนาหาไดจ้ ากสมการ E BNAsin (4-1) ถ้าขดลวดมีความต้านทานต่ามากๆ V BNAsin (4-2) หรอื I  BNAsin (4-2) R เม่ือ R เป็นความตา้ นทานภายนอก

| 139 เครื่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับบางครั้งอาจสร้างขึ้นได้โดยการหมุนข้ัวแม่เหล็กให้จานวนเส้นแรง แม่เหล็กที่ผ่านขดลวดตัวมีค่าเปลี่ยนแปลง จะเกิดการเหน่ียวนาไฟฟ้าในขดลวดตัวนาได้ ซ่ึงกระแสไฟฟ้า เหน่ียวนาน้ีสามารถผ่านสายไฟออกไปได้ทันที ไม่ต้องมีวงแหวนและแปรงถ่านประกอบ เช่น เคร่ืองกาเนิด ไฟฟ้ากระแสสลับของรถจักรยาน ในขณะท่ีเครื่องกาเนิดไฟฟ้าชนิดหมุนมีกระแสไฟฟ้าเหน่ียวนาเกิดขึ้นใน ขดลวดตัวนาเน่ืองจากลวดตัวนาที่มีกระแสไฟฟ้านั้นอยู่ในสนามแม่เหล็ก ดังนั้นจะเกิดแรงกระทาข้ึน ซึ่งแรงนี้ จะต้านการหมนุ เคร่อื งกาเนิดไฟฟา้ จึงเป็นผลให้ต้องทางานในการหมุนเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้า นั่นคือ ย่ิงต้องการใช้ พลงั งานไฟฟา้ มากขนึ้ เทา่ ใด กต็ ้องทางานมากขึ้นเท่านั้น ซึ่งอาจกล่าวตามกฎการอนุรักษ์พลังงานได้ว่า พลังงาน กลถกู เปลย่ี นเปน็ พลังงานไฟฟา้ เครอ่ื งกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับทใี่ ช้งานตามโรงไฟฟ้ามกั จะมีขดลวดตัวนาอยู่ 3 ชุด จงึ เป็นเคร่ืองกาเนิด ไฟฟ้ากระแสสลับ 3 เฟส โดยระนาบของขดลวดแต่ละชุดวางทามุม120กันและกัน ดังรูปที่ 4.3 ถ้าหมุนแท่ง เหลก็ ครบ 1 รอบ จะเกดิ กระแสไฟฟ้าเหนีย่ วนาออกมาจากขดลวดทง้ั สามชุด แต่ค่าสูงสุดของความต่างศักย์ของ ขดลวดแต่ละชุดเกิดขึ้นไม่พร้อมกัน โดยมีเฟสต่างกัน120เพราะระนาบขดลวดทามุม120สามารถแสดง ความสมั พนั ธร์ ะหวา่ งความตา่ งศกั ยก์ ับเวลาของขดลวดแตล่ ะชุดไดด้ ังรูปที่ 4.3 รูปที่ 4.3 แสดงวงจรเครอ่ื งกาเนดิ ไฟฟ้ากระแสสลบั 3 เฟส [4.3] สาหรับการส่งกาลังไฟฟ้าไปใช้งานน้ัน จะนาสายไฟของขดลวดแต่ละชุดต่อรวมกัน และเรียกว่า สาย กลาง (N) ซ่ึงสายนี้จะต่อลงดิน ส่วนสายที่เหลืออีก 3 เส้น จะเป็นสายท่ีมีศักย์ไฟฟ้า (L) และศักย์ไฟฟ้าจะ เปลยี่ นแปลงตลอดเวลาตามการหมนุ ของขดลวด

140 | รูปท่ี 4.4 แสดงการสง่ ไฟฟ้าจากโรงงานไฟฟ้า [4.4] การส่งกาลังไฟฟ้าจากโรงงานไฟฟ้าจาเป็นต้องส่งด้วยแรงเคล่ือนไฟฟ้าที่สูงมาก ความต่างศักย์ไฟฟ้า ประมาณ 230,000 โวลต์ และส่งด้วยระบบไฟฟ้า 3 เฟส 3 สาย เพราะพลังงานไฟฟ้าจะสูญเสียเน่ืองจากผ่าน ความต้านทานของลวดสายไฟซ่ึงเป็นตามสมการ w = r2Rt เมื่อถึงสถานีย่อยจะลดความต่างศักย์ไฟฟ้าลงเหลือ 69,000 โวลต์ ซงึ่ จะยังสง่ แบบ 3 เฟส 3 สาย มายงั หม้อแปลงทจ่ี ะจา่ ยพลังงานไฟฟ้าให้กับบ้านเรือน ซึ่งความต่าง ศกั ย์ไฟฟา้ จะถูกลดลงเหลือ 220 โวลต์ แลว้ สง่ แบบไฟฟ้า 3 เฟส 4 สาย คอื เพ่ิมสายกลาง ซ่ึงมีศักย์ไฟฟ้าเป็นศูนย์ เมอื่ เทยี บกบั ดนิ ขอ้ ดีของการสง่ ไฟฟา้ 3 เฟส คือ 1. ประหยัดและลดการสูญเสียได้มาก เนื่องจากการส่งกาลังไฟฟ้าจะถูกแบ่งเป็น 3 ส่วน ทาให้ ไมต่ อ้ งใชส้ ายไฟใหญ่มาก มกี ารสญู เสียพลงั งานน้อย แตต่ อ้ งส่งดว้ ยแรงเคลอ่ื นไฟฟ้าสงู ๆ 2. สะดวก เน่ืองจากใช้ไฟฟ้าคนละเฟส ทาให้บริเวณใดเกิดไฟฟ้าดับเฟสใดเฟสหนึ่ง บริเวณที่ ใชไ้ ฟเฟสอ่ืนยงั คงใชง้ านไดต้ ามปกติ เครื่องกาเนิดไฟฟ้าเป็นเคร่ืองมือเปลี่ยนพลังงานกลให้เป็นพลังงานไฟฟ้า พลังงานกลท่ีใช้ในการผลิต พลงั งานไฟฟ้าที่ใช้ในประเทศไทยนั้นได้มาจากการเปลี่ยนพลังงานความร้อนและพลังงานศักย์โน้มถ่วงของน้า โดยพลังงานความรอ้ นอาจได้จากการเผาไหม้ของน้ามนั เตา ถา่ นหนิ หรือแก๊สธรรมชาติ ซ่งึ ถูกใชใ้ นการต้มน้าให้ กลายเปน็ ไอน้าท่มี คี วามดนั สงู ไปหมุนกงั หนั ทต่ี ่อกับเครอ่ื งกาเนิดไฟฟ้า เม่ือเครื่องทางานก็จะได้พลังงานไฟฟ้า ออกมา นอกจากจะใช้พลังงานความร้อนในการต้มน้าให้กลายเป็นไอแล้ว ก็ยังมีการใช้พลังงานความร้อนของ แกส๊ ธรรมชาตดิ ้วย คือ น้ามันเชอ้ื เพลงิ จะทาให้แก๊สภายในกระบอกสูบของเครื่องยนต์ขยายตัว เป็นผลให้ลูกสูบ

| 141 เคล่ือนที่และหมุนเครื่องกาเนิดไฟฟ้า ซึ่งก็จะให้พลังงานไฟฟ้าออกมาเช่นกัน นอกจากนี้เรายังสามารถผลิต กระแสไฟฟ้าโดยพลังงานอ่ืนๆ ได้อีก เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานนิวเคลียร์ พลังงานจากเซลล์เช้ือเพลิง ฟอสซลิ (น้ามันชนดิ ต่างๆ) ใหค้ งอยตู่ ่อไป ตัวอย่างท่ี 4.1 เครื่องกาเนิดไฟฟ้าเครื่องหนึ่งส่งกาลังไฟฟ้า 110 กิโลวัตต์ จงหาพลังงานท่ีสูญเสียไปในรูปของ ความร้อนภายในสายไฟ ถ้าส่งกาลังไฟผ่านสายยาว 1 กิโลเมตร ความต้านทาน 0.5 โอห์ม เป็น เวลา 20 วินาที ดว้ ยความตา่ งศักย์ 220 โวลต์ และ 220,000 โวลต์ แนวคิด หากระแสไฟฟา้ ทีผ่ ่านความต้านทาน 0.5 โอห์ม เพื่อนาไปหาพลงั งานความร้อนภายในสายไฟ กรณี 220 โวลต์ IP V  110103 220  500 A ดังน้ัน ความรอ้ นทเี่ กิดขึ้น เนอ่ื งจากกระแสไฟฟา้ ผ่านความตา้ นทาน 0.5 หาไดจ้ าก Q  I 2Rt  5002 0.520  2.5106 J ดังน้ัน เม่ือส่งไฟฟ้าด้วยความต่างศักย์ 220 โวลต์ จะสูญเสียพลังงานความร้อนในสายไฟเท่ากับ 2.5106 จลู กรณีความต่างศกั ย์ไฟฟ้า 220,000 โวลต์ IP V จาก  110103 220, 000  0.5A ดังนน้ั ความร้อนทเี่ กดิ ขึ้น เนอ่ื งจากกระแสไฟฟ้า ผา่ นความต้านทาน 0.5 หาไดจ้ าก Q  I 2Rt  0.52 0.520  2.5 J

142 | ดงั นั้น เม่ือส่งไฟฟ้าดว้ ยความต่างศกั ย์ 220,000 โวลต์ จะสญู เสียพลังงานความรอ้ นในสายไฟเทา่ กบั 2.5 จลู ตอบ 4.1.2 หม้อแปลงไฟฟา้ จากการสง่ กาลังไฟฟ้าด้วยระบบไฟฟ้า 3 เฟส ซง่ึ นยิ มแปลงแรงดนั ไฟฟา้ ให้มคี า่ สงู มากๆ และส่งมาตาม สายส่งเม่ือถึงจุดใช้ไฟฟ้าจึงลดแรงดันไฟฟ้าลงมาตามลาดับจนเป็น 220 โวลต์ เมื่อเข้าสู่บ้านเรือน เพ่ือลด อันตรายของแรงดันไฟฟา้ สงู ขณะใช้งาน อุปกรณ์ทใี่ ช้ในการเพม่ิ หรือลดแรงดนั ไฟฟ้าเรียกว่า หมอ้ แปลงไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้า คือ เครื่องมือสาหรับเพ่ิมหรือลดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ โดยอาศัยการเหน่ียวนา ไฟฟา้ ของขดลวดอนั เกดิ จากสนามแม่เหลก็ ที่เปลี่ยนแปลง หลักการทางานของหม้อแปลงนัน้ เกิดจากการสง่ ผ่านพลังงานในรูปการเปล่ียนแปลงสนามแม่เหล็กให้ เกิดกระแสไฟฟา้ เหนย่ี วนา ดงั นนั้ หมอ้ แปลงไฟฟา้ จึงใช้สาหรับแปลงไฟฟ้ากระแสสลับ เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ เท่าน้ันประกอบไปด้วยขดลวดตัวนา 2 ขด คือ ขดลดปฐมภูมิ (primary coil) และขดลวดทุติยภูมิ (secondary coil) ดังรปู 4.5 a) b) รปู ท่ี 4.5 แสดงลกั ษณะของหม้อแปลง (a) หมอ้ แปลงขึ้น (b) หมอ้ แปลงลง [4.5] เม่ือป้อนกระแสไฟฟ้าเข้าไปในขดลวดปฐมภูมิ กระแสในขดลวดปฐมภูมิจะสร้างสนามแม่เหล็กขึ้น ภายในแกนเหล็ก ซ่ึงจะไปเกี่ยวพันกับขดลวดทุติยภูมิ ถ้ากระแสไฟฟ้าท่ีป้อนเข้าน้ีเป็นไฟฟ้ากระแสตรง สนามแม่เหล็กคงตัวจะไม่เกิดการเหน่ียวนาไฟฟ้าในขดลวดทั้งสอง แต่ถ้าเป็นไฟฟ้ากระแสสลับที่มีการ เปล่ียนแปลงกลับไปกลับมาสนามแม่เหล็กท่ีถูกสร้างจะเกิดการเปล่ียนแปลงค่าและกลับทิศไปมาด้วย สนามแม่เหล็กท่ีเปล่ียนแปลงผ่านท้ังขดลวดปฐมภูมิ (จานวนรอบ N1 ) และขดลวดทุติยภูมิ (จานวนรอบ N2 ) จะเกิดแรงเคลอ่ื นไฟฟา้ เหนีย่ วนาข้ึนในขดลวดท้งั สองตามกฎของฟาราเดย์ E  N  (4-4) t

แรงดันไฟฟ้าเหน่ียวนาในขดลวดปฐมภูมิ ; E1  N1  | 143 t (4-5) แรงดันไฟฟา้ เหนีย่ วนาในขดลวดทุตยิ ภูมิ ; E2  N2  t จะได้วา่ E1  N1 E2 N2 เมื่อไม่มีแรงดนั ไฟฟา้ ตกคร่อมขดลวด ( ) หรือแรงเคล่อื นไฟฟ้าเหน่ียวนา เท่ากับแรงดันท่ี จา่ ยเข้าสู่ขดลวดปฐมภูมิ เมอื่ เรานาไฟฟา้ ทางขดลวดทตุ ยิ ภมู ิไปใช้งาน กระแสที่ไหลผา่ นตวั ตา้ นทาน (R) จะไหล ผา่ นขดลวดทตุ ิยภูมดิ ้วย กระแสในขดลวดทุติยภูมิจะสร้างสนามแม่เหล็กตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กจากขดลวด ปฐมภมู ิทาใหส้ นามแม่เหลก็ ในแกนเหลก็ ลดลงด้วย เพราะฉะน้ัน และ จะมีคา่ ลดลงตาม  เมื่อ t น้อยกว่า ที่จ่ายเข้าสู่ขดลวดปฐมภูมิ กระแสจะถูกป้อนตามแหล่งกาเนิดเข้าสู่ขดลวดปฐมภูมิมากขึ้น และสร้าง สนามแม่เหล็กเพ่ิมจน  กลับมาเท่าเดิม และ เพิ่มขึ้นมาเท่าเดิม กรณีน้ีเราจะพบว่าเม่ือเอา t พลังงานไฟฟ้าจากขดลวดทุตยิ ภูมไิ ปใช้ จะมพี ลงั งานไฟฟา้ ถูกปอ้ นเข้ามาเพม่ิ ทางขดลวดปฐมภมู เิ สมอ โดย N1I1  N2I2 (4-6) หรือ E1I1  E2I2 (4-7) จากสมการดังกล่าวแสดงว่ากาลังไฟฟ้าท้ังสองข้างของหม้อแปลงไฟฟ้าจะมีค่าเท่ากัน เม่ือไม่คิดความ สูญเสียทีเ่ กดิ ข้นึ ในเสน้ ลวดในรปู ความร้อน หรือความสูญเสยี ในแกนเหล็กในรูปความร้อน เน่ืองจากหม้อแปลงทั่วไปตอ้ งมแี กนเหลก็ เพราะขณะที่ฟลกั ซ์แมเ่ หลก็ จากขดลวดปฐมภูมิผ่านตามแกน หลักมายังขดลวดทุติยภูมิ จะมีกระแสเหน่ียวนาเกิดข้ึนในแกนเหล็ก ซึ่งเรียกว่า กระแสวน เป็นผลให้แกนเหล็ก ร้อน จึงทาให้กาลังไฟฟ้าที่ได้จากขดลวดทุติยภูมิน้อยกว่ากาลังไฟฟ้าท่ีขดลวดปฐมภูมิเสมอ เพ่ือลดการสูญเสีย พลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานความร้อนในแกนเหล็กอันเนื่องจากกระแสวน จึงต้องออกแบบแกนเหล็กให้มี กระแสไฟฟ้าเหน่ียวนาเกิดน้อยท่ีสุดซึ่งทาได้โดยการใช้แผ่นเหล็กอ่านหลายๆ แผ่นซ้อนกันและมีฉนวนบางๆ กนั้ ระหวา่ งแผน่ เหลก็ แต่ละคู่แทนการใชแ้ กนเหล็กท้งั แท่ง

144 | หม้อแปลงไฟฟา้ มี 2 ชนดิ คอื 1. หมอ้ แปลงข้นึ (step-up transformer) ซง่ึ ขดลวดทุติยภูมแิ รงเคล่อื นไฟฟ้าสงู กว่าขดลวดปฐมภูมิ 2. หมอ้ แปลงลง (step-down transformer) ซ่ึงขดลวดทุติยภูมมิ แี รงเคล่ือนไฟฟ้าต่ากวา่ ขดลวดปฐมภมู ิ หมอ้ แปลงทีด่ ีควรมลี ักษณะสาคัญ คือ 1. ขดลวดทองแดงมีความต้านทานต่า เพอ่ื ให้ความรอ้ นมีค่าน้อย   I 2Rt 2. แกนเหล็กอ่อนใชแ้ ผน่ บางๆ คั่นฉนวนซ้อนกนั เพอื่ แกก้ ระแสวน 3. แกนทาด้วยสารแม่เหล็กอ่อนท่ีจะทาให้เกิดอานาจแม่เหล็กโดยง่าย เพื่อลดพลังงานที่ใช้และ เหนย่ี วนาให้สนามแมเ่ หลก็ มีความเข้มสงู (4-8) สาหรับหม้อแปลงไฟฟ้าทค่ี ุณภาพดีมากจนไม่มีการสูญเสยี พลงั งานจะได้ กาลงั ไฟฟา้ ทไี่ ดก้ ับขดลวดปฐมภูมิ ( ) = กาลงั ไฟฟา้ ท่ีขดลวดทตุ ยิ ภูมไิ ดร้ ับ ( ) I1V1  I2V2 E1  N1  V1  I2 (4-9) E2 N2 V2 I1 ในทางปฏิบัติ หม้อแปลงท่ีใช้จะมีการสูญเสียพลังงาน ดังนั้น  100  x  P1  P2 ถ้า  100  หมอ้ แปลงมปี ระสทิ ธภิ าพ จะไดเ้ ปอรเ์ ซ็นตข์ องประสทิ ธภิ าพ  P2 100% P1 y  P2 100% (4-10) P1 เม่อื และ = กาลงั ไฟฟ้าท่ใี สใ่ ห้ขดลวดปฐมภูมิและออกจากขดลวดทุตยิ ภมู ิ (วัตต์ , W) และ = แรงเคลอ่ื นไฟฟ้าเหนย่ี วนาในขดลวดปฐมภูมแิ ละทุติยภมู ิ (โวลต์ , V) และ = จานวนรอบของขดลวดปฐมภมู แิ ละทุตยิ ภมู ิ และ = ความตา่ งศักยไ์ ฟฟ้าในขดลวดปฐมภูมแิ ละทตุ ิยภูมิ

| 145 ตัวอย่างท่ี 4.2 หม้อแปลงไฟฟ้าตัวหนึ่งแปลงแรงดันไฟฟ้าจาก 220 โวลต์ เป็น 110 โวลต์ และ 6 โวลต์ ให้กับขดลวดทุติยภูมิ 3 ขด ถ้าขดลวดปฐมภูมิมีจานวนรอบของขดลวด 8,000 รอบ จงหา จานวนรอบของขดลวดอกี 3 ขด ทางด้านทุตยิ ภูมิ แนวคิด วาดรูปตามทีโ่ จทย์กาหนดให้ ดังน้ี 220 V 8000 ������ 110 V 1���5���3V รอบ 6������V4 จาก E1  N1 E2 N2 จะได้  N1 E1 E2 8000  110   220 รอบ N3  N1E3 N4  N1E4 E1 E1 8000 15  80006 220  220 รอบ รอบ ดงั นั้น จานวนรอบของขดลวด N2 = 4,000 รอบ , N3 = 545.4 รอบ และ N4 = 218.2 รอบตามลาดบั ตอบ

146 | ตัวอย่างที่ 4.3 หม้อแปลงไฟฟ้าชุดหนึ่งมีประสิทธิภาพ 95% ถ้าขดลวดปฐมภูมิมีแรงดันไฟฟ้า 220 โวลต์ ส่วนขดลวดทุติยภูมิมีแรงดันไฟฟ้า 1,200 โวลต์ ต่ออยู่กับตัวต้านทาน 200 โอห์ม จงหาว่า กระแสไฟฟ้าในขดลวดปฐมภูมิมคี า่ เทา่ ใด แนวคิด วาดรปู ตามท่ีโจทย์กาหนดใหด้ ังน้ี จาก V  IR ������ ������ I2  V2 ������ R R  1200 200 6A และจาก P = IV P2  I2 V2   6 1200 7, 200 W จากประสทิ ธิภาพ y%  P2 100% จะได้ P1 P1  P2 100 y   7200 100  95  7,579 W

ดงั น้นั I1  P1 | 147 V1 ตอบ  7579 220  34.45 A ดงั นนั้ กระแสไฟฟา้ ในขดลวดปฐมภูมิมีค่า 34.45 แอมแปร์ 4.1.3 การเปล่ียนไฟฟา้ กระแสสลบั เป็นไฟฟา้ กระแสตรง เ นื่ อ ง จ า ก ห ม้ อ แ ป ล ง เ ป็ น อุ ป ก ร ณ์ ท่ี ใ ช้ ส า ห รั บ แ ป ล ง ไ ฟ ฟ้ า ก ร ะ แ ส ต ร ง เ ป็ น ก ร ะ แ ส ส ลั บ ท่ี มี แรงเคล่ือนไฟฟ้าเปล่ียนไป แต่ในการใช้งานบางครั้งจาเป็นต้องใช้ไฟฟ้ากระแสตรง จึงต้องมีตัวเปล่ียนชนิด ของกระแสไฟฟ้า อุปกรณ์ดังกลา่ วไดแ้ ก่ ไดโอด ไดโอด (diode) เป็นสารก่ึงตัวนาชนิดรอยต่อพี-เอ็นจะยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลได้เพียงทิศทางเดียว ตามสัญลักษณ์ลูกศร สามารถเปล่ียนไฟฟ้ากระแสสลับเป็นกระแสตรงแบบคร่ึงคลื่น (half wave rectifier) หรือแบบเต็มคลื่น (full wave rectifier) ในการเปลี่ยนชนิดของกระแสไฟฟ้าจากกระแสสลับเป็นกระแสตรง ทาได้โดยนาไดโอดมาต่อเป็น วงจรแบ่งได้ 3 แบบ ดงั นี้ 1. เมื่อใชไ้ ดโอด 1 ตัว กระแสไฟฟ้าจะผ่านเครื่องใช้ไฟฟ้า ( ) เป็นรปู คร่งึ คลื่น (half wave) ดังรปู ������ t (s) รปู ท่ี 4.6 แสดงวงจรไฟฟ้าทีใ่ ช้เปลี่ยนไฟฟา้ กระแสสลับเปน็ ไฟฟา้ กระแสตรงแบบคร่ึงคลื่น

148 | 2. เมอื่ ใชไ้ ดโอด 4 ตวั กระแสไฟฟ้าผา่ นเครื่องใช้ไฟฟ้า ( ) เปน็ รูปเตม็ คลน่ื (full wave) แตเ่ ป็น ไฟฟา้ กระแสตรงท่ไี มเ่ รยี บ ดังรปู ������ t(s) รปู ที่ 4.7 แสดงวงจรไฟฟา้ ท่ีใชเ้ ปลี่ยนไฟฟ้ากระแสสลับเปน็ ไฟฟ้ากระแสตรงแบบเต็มคล่ืน การไหลของกระแสไฟฟ้า ถ้าให้กระแสไฟฟ้าบวก ( ) เข้าทางเส้นบนในเคร่ืองรอบแรก จะว่ิง ผ่านจุด ผ่าน ในทศิ ลงผ่านจดุ 3 ไหลออกเส้นลา่ ง ในครึ่งรอบหลังของไฟฟ้ากระแสสลับๆ กระแสไฟฟ้าลบ ( ) เข้าทางเส้นล่าง จะว่ิงผ่านจุด ผา่ น ในทิศลงผา่ นจุด 4 ไหลออกเส้นบน 3. การใสต่ ัวเก็บประจุไฟฟา้ C ในวงจร จะทาให้กระแสไฟฟ้าทผ่ี า่ นเครื่องใช้ไฟฟา้ ( ) เรยี บข้ึน เรียกตัวเก็บประจไุ ฟฟ้า C ทีใ่ สว่ ่า วงจรกรองกระแส (filter circuit) ดงั รปู ������ t(s) รูปท่ี 4.8 แสดงวงจรไฟฟ้าที่เปลีย่ นไฟฟา้ กระแสสลบั เป็นไฟฟ้ากระแสตรงทเ่ี รยี บ

ตวั อยา่ งที่ 4.4 เมื่อนาไดโอดต่อเปน็ วงจรบริดจ์ดังรปู | 149 A a) ถ้าป้อนไฟฟ้ากระแสสลับเข้าท่ี A และ C DB และนาไฟฟ้าที่จุด B และ D ไปใช้งาน จง เขยี นรปู กราฟของแรงดันไฟฟ้าที่จุด D เม่ือ C ต่อ B ลงดิน b) ถ้าป้อนไฟฟ้ากระแสสลับเข้าท่ี B และ D แล้วนาไฟฟ้าท่ีจุด A และ C ไปใช้งาน จะ ทาได้หรอื ไม่ จงอธิบาย แนวคดิ a. วาดรปู ตามที่โจทย์กาหนดให้ A R B ������0 C ������������ t D เนื่องจาก กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่าน R จากจุด B ไปจุด D ได้เท่าน้ัน ดังน้ัน จุด D จึงมีศักย์ไฟฟ้าต่า กวา่ หรอื เทา่ กบั B เสมอ

150 | 1 ������ b. วาดรูปตามทโ่ี จทยก์ าหนดให้ 2 ������������ A t (s) D BR C กรณจี ุด 1 เป็นบวกเมอ่ื เทยี บกบั จุด 2 จะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลที่ส่วนใด เพราะไดโอดไม่ยอมให้กระแสไฟฟ้า ไหลผ่าน จดุ AB ไม่มีกระแสไฟฟ้า แต่เมอื่ จดุ 2 มีศักยไ์ ฟฟา้ สงู กวา่ จุด 1 กระแสจะไหลผ่าน 2 D A B 1 และ 2 D C B 1 เปน็ การลัดวงจร และ A กับ C ยงั คงมศี กั ยไ์ ฟฟ้าเท่ากนั และไมม่ กี ระแสไหลผา่ น R 4.2 ค่าท่เี กย่ี วข้องกบั ไฟฟา้ กระแสสลบั 4.2.1 สัญญาณในออสซลิ โลสโคป จากความรเู้ ก่ียวกับเครือ่ งกาเนิดไฟฟา้ เมือ่ หมุนขดลวดตัดผ่านสนามแม่เหล็ก จะได้ไฟฟ้ากระแสสลับ ออกมาจากขดลวด ถ้าต่อตัวต้านทานเข้ากับวงจรกระแสสลับ แล้วใช้เคร่ืองมือท่ีเรียกว่า ออสซิลโลสโคป (oscilloscope) ตรวจดรู ูปคล่นื ภาพทไ่ี ด้บนจอจะเป็นกราฟ sine ดงั รูป รูปที่ 4.9 แสดงสัญญาณทีอ่ อกมาจาก Oscilloscope

| 151 จากกราฟที่ได้ แสดงว่า - ค่าความต่างศกั ยไ์ ฟฟา้ มีการเปลี่ยนแปลงตามเวลา - การไหลของกระแสไฟฟ้าจะเปลีย่ นแปลงตามเวลาและมีทศิ กลบั ไปกลับมา จากกราฟไฟฟา้ กระแสสลับ อาจสรปุ ความสมั พันธ์ระหว่างความต่างศักย์ไฟฟ้ากับเวลาได้ตามสมการ ดงั น้ี V  Vm sint เม่อื   2 f (4-11) เม่อื คือ ความตา่ งศกั ยไ์ ฟฟ้า ณ เวลา t ใด ๆ (โวลต์, V) (4-12) คือ ความตา่ งศกั ย์ไฟฟา้ สูงสุด (โวลต์, V) คือ ความถเ่ี ชงิ มุม (เรเดยี นต่อวินาที, rad/s ) คือ ความถขี่ องไฟฟา้ กระแสสลับ (เฮริ ต์ ซ์, Hz) และอาจสรุปความสมั พนั ธร์ ะหวา่ งกระแสไฟฟ้ากับเวลาได้ตามสมการดงั น้ี I  Im sint เมอ่ื   2 f เมอื่ คอื กระแสไฟฟา้ ณ เวลา t ใด ๆ (แอมแปร์,A) คอื กระแสไฟฟา้ สงู สดุ (แอมแปร์,A) 4.2.2 การวัดคา่ ความต่างศักย์และกระแสของไฟฟ้ากระแสสลบั กระแสไฟฟ้าและความต่างศักย์ไฟฟ้าของไฟฟ้ากระแสสลับ จะมีค่าเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาในช่อง และ ดังนั้น ถ้านาเอาแกลแวนอมิเตอร์ มาวัดค่ากระแสไฟฟ้าหรือความต่างศักย์ จะทาให้ เข็มสเกลของแกลแวนอมเิ ตอรเ์ กดิ การแกวง่ กลับไปกลับมาตลอดเวลา ถ้าความถ่ีสูงมาก การแกว่งของเข็มแกล แวนอมิเตอร์จะไม่ทันกับการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าหรือความต่างศักย์ไฟฟ้า ทาให้อ่านค่ายาก ดังนั้น มิเตอร์ที่จะนามาวัดค่าจึงใช้มิเตอร์สาหรับวัดกระแสตรงมาใช้วัดปริมาณต่าง ๆ ของกระแสไฟฟ้าสลับไม่ได้ ต้องมีอปุ กรณ์ประกอบเปน็ วงจร เน่ืองจากไฟฟ้ากระแสสลับมีค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าและค่ากระแสไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงตามกาลเวลา ดังนั้นเครื่องมือท่ีใช้วัดค่าต่าง ๆ ทางไฟฟ้าจะถูกออกแบบเพ่ือหาค่าเฉล่ียท่ีเรียกว่า ค่ารากที่สองของค่าเฉล่ีย

152 | กาลังสอง (root mean square , rms) หรือค่ายงั ผล (effective value) หรือค่ามิเตอร์ (meter value)กระแสไฟฟ้า หรือความต่างศักย์ไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ จะมีการออกแบบสาหรับใช้วัดค่ากระแสตรงในวงจรท่ีทา ใหม้ ตี ัวต้านทานเดียวกัน ดังรปู (a) R (b) R ������ I ������ ������ ������ ������ ������ รูปที่ 4.10 แสดงรูป (a) วงจรกระแสตรง (b) วงจรกระแสสลบั จากรปู P  I2R (4-13) เฉลี่ย ( )เฉลีย่ (4-14) (4-15) ความรอ้ นทีเ่ กดิ บนตวั ตา้ นทาน R ทง้ั สองเท่ากัน แสดงว่ากาลงั ไฟฟ้าทั้งสองเท่ากนั ดังนน้ั ( )เฉลยี่ เทา่ กัน เฉลยี่ น่ันคือ หรือ √( ) เฉลีย่  Irms

เรยี กคา่ √( ) เฉลยี่ นว้ี ่า ค่ารากที่สองของคา่ เฉลีย่ กาลงั สองของกระแสสลบั เขยี นยอ่ ๆ ว่า | 153 หาคา่ ท่ีไดจ้ ากการนากราฟไฟฟ้ากระแสสลบั มายกกาลงั สองได้ดงั กราฟ √( ) เฉลยี่ รปู ท่ี 4.11 แสดงกราฟความสมั พันธ์ระหว่าง i กบั t และ กบั t [4.6] จากกราฟจะไดว้ ่า ( )เฉลย่ี  I 2 (4-16) ดังนั้น m (4-17) (4-18) 2 Irms  I 2  Im m 22  0.707 Im ดังนั้น คา่ ยงั ผลหรือคา่ มิเตอร์สาหรับไฟฟ้ากระแสสลับ คือ ในทานองเดียวกนั ค่ายงั ผลหรือค่ามิเตอรข์ องความ ตา่ งศักย์ไฟฟ้ากระแสสลับ คอื √( ) เฉล่ยี √ (4-19) √

154 | √( )เฉล่ีย √ (4-20) √ ในการหาดูคา่ สญั ญาณในออสซลิ โลสโคปสามารถสรปุ ได้ดงั รปู 4.12 รูปท่ี 4.12 แสดงกราฟความหมายคา่ ตา่ งๆ ของกราฟในออสซลิ โลสโคป [4.7] ตัวอยา่ งท่ี 4.5 ค่าความต่างศกั ยไ์ ฟฟา้ ท่ีใช้กันตามบ้านเรือนคือค่ายังผลซ่ึงเท่ากับ 220 โวลต์ จงหาค่าความต่าง ศักย์ไฟฟ้าสงู สุด แนวคดิ จาก Vrms  Vm  Vm  2 Vrms 2 Vm  2 220 ตอบ  311.13V ดงั น้ัน ค่าความตา่ งศกั ย์ไฟฟา้ สงู สุดเทา่ กบั 311.13 โวลต์

| 155 ตัวอย่างที่ 4.6 ในวงจรกระแสสลับ ถา้ กระแสไฟฟ้าสงู สดุ มคี ่า10 2 แอมแปร์ คา่ ยงั ผลของกระแสไฟฟา้ มีคา่ เทา่ ไร แนวคิด จาก I rms  Im 2 I rms  14.14 1.41  10.02 A ดงั นั้น คา่ ยังผลของกระแสไฟฟา้ มคี า่ เทา่ กับ 10.02 แอมแปร์ ตอบ 4.3 การตอ่ RLC ในวงจรกระแสสลับ ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับจะประกอบไปด้วยตัวต้านทาน (R) ตัวเก็บประจุไฟฟ้า (C) และตัวเหนี่ยวนา (L) เมอ่ื กระแสไหลผา่ นส่วนประกอบต่างๆ ในวงจรเหล่านี้ จะมีความต่างศักย์ไฟฟ้าเปล่ียนไป ซ่ึงกระแสไฟฟ้า และความต่างศักยไ์ ฟฟ้า อาจแสดงความสมั พันธ์ด้วยกราฟหรอื แผนภาพเฟเซอร์ (phasor diagram) แผนภาพเฟเซอร์ เปน็ แผนภาพท่ีใชแ้ สดงขนาดและความตา่ งเฟสของกระแสและความต่างศักย์ไฟฟ้าใน วงจรไฟฟ้ากระแสสลับ 4.3.1 การตอ่ ตัวตา้ นทานในวงจรกระแสสลับ เมื่อนาตัวต้านทานต่อเข้ากับแหล่งกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับที่มีความถี่เชิงมุม และความถ่ีของ กระแสสลบั f ดงั รูป ������������ R ������������ ������ ������ รปู ท่ี 4.13 แสดงการตอ่ ตวั ต้านทานในวงจรกระแสสลับ

156 | กาหนดให้ คอื คา่ ยังผลความต่างศักย์ไฟฟ้าคร่อมตัวตา้ นทาน (โวลต์, V) คือ คา่ ยังผลของกระแสไฟฟา้ ผา่ นตัวตา้ นทาน (เฮนรี, H) คือ ค่าความต้านทานไฟฟ้า (โอหม์ , ) จากกฎของโอห์ม จะได้ VR  IR R VR  Vm sin t (4-21) IR  Im sint (4-22) กรณีนี้ต่อตัวตา้ นทานในวงจรกระแสสลบั ความตา่ งศักยไ์ ฟฟ้าและกระแสไฟฟา้ จะมเี ฟสตรงกนั เมื่อ เขยี นแผนภาพเฟเซอรจ์ ะได้ ������������ ������������ คา่ ความต่างศกั ย์ไฟฟา้ สูงสุด (Vm) และกระแสสงู สดุ สมั พันธก์ นั ดงั สมการVm  ImR 4.3.2 การตอ่ ตัวเกบ็ ประจใุ นวงจรกระแสสลับ และความถี่ของ เมื่อนาตัวเก็บประจุต่อเข้ากับแหล่งกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับท่ีมีความถี่เชิงมุม กระแสสลบั f ดังรปู ������������ C ������������ ������ ������ รูปที่ 4.14 แสดงการตอ่ ตัวเก็บประจุในวงจรกระแสสลบั

| 157 กาหนดให้ คอื คา่ ยงั ผลความต่างศกั ยไ์ ฟฟา้ ครอ่ มตัวเก็บประจุ (โวลต์, V) คอื คา่ ยงั ผลของกระแสไฟฟ้าผ่านตวั เก็บประจุ คอื ความจุไฟฟา้ (ฟารดั , F) คือ คา่ ความตา้ นทานเชงิ ความจุ (โอห์ม, ) ความถ่ขี องไฟฟ้ากระแสสลบั จะทาให้ตัวเก็บประจมุ คี วามตา้ นทานเชิงความจุ ซ่งึ จะแปรผนั กับความถี่ และความจไุ ฟฟา้ ดังสมการ Xc  1  1 (4-23) C 2 fC จากกฎของโอห์ม จะได้ความสมั พนั ธต์ ามสมการดงั น้ี VC  IC XC (4-24) กรณีน้กี ระแสไฟฟา้ จะมีเฟสนาหน้าความตา่ งศักย์ไฟฟา้ หรือ  เรเดียน เมือ่ เขียนแผนภาพเฟ 2 เซอร์จะได้ ������������ ������������

158 | 4.3.3 การต่อตวั เหนี่ยวนาในวงจรกระแสสลบั และความถข่ี อง เมื่อนาตัวเหนย่ี วนาต่อเข้ากบั แหลง่ กาเนิดไฟฟา้ กระแสสลบั ทม่ี ีความถเี่ ชงิ มุม กระแสสลับ f ดังรูป ������������ ������ ������������ ������������ ������ ������ รปู ท่ี 4.15 แสดงการต่อตัวเหนี่ยวนาในวงจรกระแสสลบั กาหนดให้ คือ ค่ายงั ผลความตา่ งศักย์ไฟฟา้ คร่อมตัวเหนี่ยวนา (โวลต์ , V) คือ ค่ายงั ผลของกระแสไฟฟ้าผ่านตวั เหนยี่ วนา (เฮนรี , H) คือ คา่ ความต้านทานเชิงความเหนย่ี วนา (โอหม์ , ) ความถ่ีของไฟฟา้ กระแสสลบั จะทาใหต้ วั เหน่ยี วนามีความตา้ นทานเชิงความเหนยี่ วนา โดยความ ตา้ นทานเชงิ ความเหนย่ี วนาจะแปรผนั ตรงกบั ความถแ่ี ละความเหนย่ี วนา ดงั นี้ X L  L  2 fL (4-25) จากกฎของโอห์ม จะได้ VL  IL X L (4-26)

| 159 กรณีน้ีต่อตัวเหนี่ยวนาในวงจรกระแสสลับ ความตา่ งศกั ยไ์ ฟฟ้าจะมเี ฟสนาหน้ากระแส 90 หรือ  เรเดียน เมื่อเขยี นแผนภาพเฟเซอรจ์ ะได้ 2 ������������ ������������ 4.3.4 การต่อ RLC แบบอนุกรมในวงจรกระแสสลับ เมื่อนาตวั ต้านทาน ตัวเหนี่ยวนา และตัวเก็บประจุไฟฟ้า มาต่อกนั แบบอนุกรมและแหลง่ กาเนดิ ไฟฟา้ กระแสสลับท่ีมีความต่างศกั ยไ์ ฟฟ้า V ดงั รูป ������������ ������������ ������������ ������ ������ ������������ ������ ������������ ������������ ������������ ������������ ������ ������ ������ ������ รปู ที่ 4.16 แสดงการตอ่ RLC แบบอนุกรมในวงจรกระแสสลับ

160 | หลักการในการคานวณวงจร RLC แบบอนุกรม 1. จากรูป กระแสไฟฟา้ ที่ผ่าน R , L และ C จะมีคา่ เท่ากัน และมีค่าเทา่ กับกระแสไฟฟ้ารวม (I) เพราะ R , L และ C ตอ่ กันแบบอนุกรม 2. หาความตา่ งศักยไ์ ฟฟา้ รวมจากการเขียนแผนภาพเฟเซอร์โดย VR และ IR มีเฟสตรงกันเปน็ หลกั VL จะนา IL อยู่ π เรเดียน และ IC จะนา VC อยู่ π เรเดยี น 2 2 ������������ ถา้ ������������ > ������������ ������ ถ้า ������������ < ������������ ถ้า ������������ ������������ ������������ ������ ������������ ������������ ������������ ������ v ������������ ������ ������������ ������������ ������������ ������ ������ ������������ ������ ������������ ������������ ������������ ������ ความตา่ งศกั ย์ไฟฟ้ารวม V ������������ + (������������ ������������) V ������������ + (������������ ������������) V ������������ สมการ I เปลีย่ นแปลง i ������������ sin ������������ i ������������ sin ������������ i ������������ sin ������������ ตาม t สมการ V เปล่ยี นแปลง V ������������(sin ������������ + ������) V ������������(sin ������������ ������) V ������������ sin ������������ ตาม t V มีเฟสนา ������ อยู่ ϕ V มเี ฟสตาม ������ อยู่ ϕ

เมื่อ เปน็ มุมเฟสท่ตี ่างกนั ของ I กบั V | 161 3. หาความต้านทานเชิงซอ้ นในวงจร RLC แบบอนุกรม V   VR2  VL VC 2 (4-27) IZ   IR2   IX L  IXC 2 (4-28) Z  R2   X L  XC 2 4. คานวณหากระแสไฟฟ้าในวงจร (I) จากกฎของโอห์ม (4-29) (4-30) รวม รวม 5. คานวณหาความตา่ งศกั ยไ์ ฟฟา้ ครอ่ มตัวต้านทาน RVR  จากกฎของโอห์ม VR  IR R 6. คานวณหาความตา่ งศกั ยไ์ ฟฟ้าคร่อมตัวเหน่ียวนา LVL  จากกฎของโอหม์ VL  IL X L  ILL  IL 2 fL (4-31) 7. คานวณหาความตา่ งศักยไ์ ฟฟ้าคร่อมตัวเกบ็ ประจุ C VC  จากกฎของโอหม์ VC  IC XC  IC 1  IC 1 (4-32) C 2 fC ซ่ึงเปน็ คา่ ความตา่ ง ในกรณีท่ี หาคา่ ความตา่ งศักย์ไฟฟ้ารวม ( รวม) ในวงจรเท่ากับ (4-33) ศักยไ์ ฟฟา้ รวมในวงจรมีค่าสูงสุด จาก I  VR R

162 | ดังนั้น กระแสไฟฟ้าท่ีไหลในวงจรจะมีค่าสูงสุดเช่นกัน เรียกสภาวะนี้ว่า วงจรอยู่ในสภาวะ เรโซแนนซ์ (resonance) ความถเี่ รโซแนนซส์ ามารถหาได้ ดังนี้ จาก (4-34) (4-35) (4-36) (4-37) (4-38) √ (4-39) √ ������ ������√������������ (4-40) เรยี กความถ่ี f น้วี า่ ความถี่เรโซแนนซ์ ซง่ึ เป็นความถี่ทาให้ กบั หักลา้ งกันเปน็ ศูนย์และทา ใหก้ ระแสในวงจรมคี ่าสูงสดุ

| 163 4.3.5 การตอ่ RLC แบบขนานในวงจรกระแสสลับ เมื่อนาตวั ต้านทาน ตัวเหนย่ี วนา และตวั เกบ็ ประจไุ ฟฟ้า มาต่อกนั แบบขนานและต่อกบั แหล่งกาเนิด ไฟฟา้ กระแสสลบั ท่มี ีความต่างศักยไ์ ฟฟ้า V ดงั รูป 4.17 รปู ท่ี 4.17 แสดงการต่อ RLC แบบขนานในวงจรกระแสสลับ หลกั ในการคานวณวงจร RLC แบบขนาน 1. จากรปู ความต่างศักย์ไฟฟ้าท่ีคร่อม R , L และ C จะมีค่าเท่ากัน และมีค่าเท่ากับความต่างศักย์ไฟฟ้า รวมของวงจร (V) ������ ������������ ������������ ������������ (4-41) 2. หากระแสไฟฟ้ารวมจากการเขยี นแผนภาพเฟเซอร์ โดยใช้ VR และ IR ที่มเี ฟสตรงกนั เปน็ หลัก VL จะนา I L อยู่ π เรเดียน และ IC จะนา VC อยู่ π เรเดียน 2 2

164 | ถา้ ������������ > ������������ ถา้ ������������ < ������������������ ถา้ ������������ ������������ ������������ ������������ ������������ ������������ ������ (resonance) ������ ������ i ������������ ������ ������������ ������ ������������ ������������ ������������ ������ ������������ ������������ ������������ ������ ������������ ความตา่ งศักย์ไฟฟา้ รวม I ������������ + (������������ ������������) I ������������ + (������������ ������������) I ������������ สมการ V เปล่ียนแปลง V ������������ sin ������������ V ������������ sin ������������ V ������������ sin ������������ ตาม t สมการ I เปลีย่ นแปลง I ������������(sin ������������ + ������) I ������������(sin ������������ ������) I ������������ sin ������������ ตาม t I มีเฟสนา V อยู่ ϕ I มีเฟสตาม ������ อยู่ ϕ I และ ������ มเี ฟสตรงกัน 3. การหาคา่ ความต้านทานเชิงซ้อนในวงจ RLC แบบขนาน จาก √ +( ) (4-42) (4-43) ( ) +( )

+( ) | 165 (4-44) 4. จากวงจร คานวณกระแสไฟฟา้ รวมในวงจร (I) (4-46) รวม รวม (4-46) 5. คานวณคา่ กระแสไฟฟ้าท่ีผา่ นตวั ตา้ นทาน ( ) จากกฎของโอหม์ (4-47) รวม (4-48) 6. คานวณคา่ กระแสไฟฟา้ ที่ผา่ นตัวเหนย่ี วนา ( ) จากกฎของโอห์ม (4-49) (4-50) รวม (4-51) (4-52) 7. คานวณค่ากระแสไฟฟา้ ท่ีผ่านตัวเหนยี่ วนา ( ) จากกฎของโอหม์ (4-53) ในกรณที ่ี รวม ดงั น้นั กระแสไฟฟา้ ในวงจรจะมีคา่

166 | (4-54) √ ������ (4-55) ������√������������ ความถี่ (f) คือ ค่าความถี่เรโซแนนซ์ที่ทาให้ และ หักล้างกันเป็นศูนย์ กระแสไฟฟ้าจะมีค่า น้อยท่ีสดุ คอื 4.3.6 กาลงั ไฟฟา้ ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ ในวงจรกระแสสลับมักจะมีตัวเหน่ียวนาและตัวเก็บประจุต่ออยู่กับตัวต้านทาน ทาให้ความต่าง ศกั ยไ์ ฟฟา้ รวมและกระแสไฟฟ้ารวมมเี ฟสตา่ งกัน และกาลังไฟฟ้าในสายส่งพลังงานจะเปล่ียนแปลงตามค่าของ เวลาที่เปลย่ี นไป ดงั นน้ั การคดิ กาลงั ไฟฟา้ ในวงจรกระแสสลบั จึงคิดเปน็ ค่าเฉล่ีย กาลงั ไฟฟ้าเฉล่ยี ของวงจรจะมคี า่ เทา่ กบั ผลคณู ของค่าเฉลี่ยของความตา่ งศักย์ไฟฟ้ากบั กระแสไฟฟ้าที่ อยใู่ นเฟสเดียวกัน ถ้า V คือ ความต่างศกั ย์ไฟฟ้ารวมของวงจร (โวลต์, V) I คอื กระแสไฟฟา้ รวมของวงจร (แอมแปร์, A) คอื คา่ ความต่างเฟสระหวา่ ง V กบั I คอื กาลงั ไฟฟ้าเฉลย่ี ของวงจร (วัตต์ , W) V ������ (4-56) (4-57) กาลงั ไฟฟา้ เฉล่ยี หาไดจ้ ากความสมั พนั ธ์ ดงั น้ี Pavg  VI cos หรอื Pavg  I 2 R เรยี ก cos ว่า ตวั ประกอบกาลัง (power factor) ตวั ประกอบกาลัง cos

| 167 โดยทั่วไปโรงงงานอุตสาหกรรมตา่ งๆ จะมีการใช้กระแสไฟฟ้ามากกว่าบ้านเรือนท่วั ไป ดังน้ันเพื่อเป็น การประหยดั พลังงานไฟฟ้า ทางการไฟฟ้าจะแนะนาใหต้ ่อเก็บประจุไฟฟา้ ขนานกับอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ เพือ่ ช่วย ลดกระแสไฟฟา้ ในสายสง่ พลงั งาน 4.3.7 วงจรและเครอ่ื งใชไ้ ฟฟา้ ภายในบ้าน ไฟฟ้าในบ้านท่ีใช้อยู่จะเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ 220 โวลต์ ความถ่ี 50 เฮิรตซ์ ส่งพลังงานไฟฟ้า 2 เส้น คือ สายกลาง (neutral line, N) มีศักย์ไฟฟ้าเป็นศูนย์เม่ือเทียบกับพ้ืนดิน สายมีศักย์ (live line, L) มีศักย์ไฟฟ้าไม่ เป็นศนู ยเ์ มื่อเทยี บกับพน้ื ดนิ คือมีกระแสไฟฟา้ ไหล 1) วงจรไฟฟ้าในบา้ นประกอบด้วย 1. สะพานไฟรวม (cut - out) 2. ฟิวส์ มีสมบัตคิ อื ความต้านทานสูง จดุ หลอมเหลวตา่ มีประโยชน์ใช้ป้องกันการลัดวงจร 3. สวิตชอ์ ัตโนมตั ิ ใชแ้ ทนฟวิ ส์แตส่ ะดวกกว่า 4. สะพานไฟยอ่ ยจ่ายไปตามจุดต่างๆ เพือ่ สะดวกในการใช้งานเป็นบริเวณและป้องกันอันตรายเป็น จดุ ๆ โดยเฉพาะไฟท่ีใช้นอกบ้านจาเป็นมาก 5. สวติ ชป์ ดิ – เปิด เปน็ ตัวปิด – เปดิ ตวั วงจรไฟฟา้ จาเป็นตอ้ งตอ่ ไวก้ ับสายมีศักยไ์ ฟฟ้า (สาย L) 6. การคานวณขนาดของฟิวส์ หาไดจ้ าก ������ ������������ (4-47) 2) อปุ กรณ์และเครอื่ งใชไ้ ฟฟา้ ในบา้ น ภายในบา้ นเคร่ืองใชไ้ ฟฟ้าทุกชนดิ จะต่อแบบขนาน เพ่ือศกั ยไ์ ฟฟา้ จะไม่ลดลงและสะดวกในการใช้ งานสาหรับอปุ กรณแ์ ละเคร่ืองใช้ไฟฟ้าในบา้ นอาจแบ่งเป็น 4 ประเภท คือ 1. ให้พลงั งานแสงสว่าง 2. ให้พลงั งานความร้อน 3. ใหพ้ ลงั งานกล (มอเตอร์) 4. ใช้ในวงจรอิเลก็ ทรอนกิ ส์ 3) สวติ ชอ์ ัตโนมัติ สวิตช์อัตโนมัติ เป็นอุปกรณ์ที่ใช้แทนฟิวส์ เพื่อความสะดวกในการใช้งาน เน่ืองจากถ้าใช้ฟิวส์ เมื่อ ขาดตอ้ งเปลย่ี นใหมท่ ุกครงั้ แต่ถ้าใช้สวิตช์อัตโนมัติแทน สวิตช์จะตัดวงจรทันทีเม่ือกระแสไฟฟ้าผ่านเกินขนาด

168 | ที่กาหนด และเมอ่ื ทาการตรวจซอ่ มแล้วกส็ ามารถกดปุ่มสวิตชใ์ ชง้ านได้ทันที สวิตช์อัตโนมัติประกอบด้วย แผ่น โลหะคู่ เม่ือได้รับความร้อนแผ่นโลหะแต่ละชนิดจะขยายตัวได้ไม่เท่ากับแผ่นโลหะจะงอโค้ง ซ่ึงจะทาให้วงจร ขาดจากกนั เป็นการตดั กระแสไฟฟา้ ในวงจร 4) การใชไ้ ฟฟา้ อยา่ งปลอดภัยและประหยดั ในปัจจุบันมีการใช้พลังงานไฟฟ้ากันอย่างแพร่หลาย ถ้าใช้โดยไม่ระมัดระวัง อาจมีอันตรายจากไฟฟ้า ดูดหรือไฟฟ้าลัดวงจรได้  สาเหตทุ ่ีทาใหเ้ กดิ กระแสไฟฟ้าลดั วงจรและไฟฟา้ ดดู มดี งั นี้ 1. การใชเ้ ครอื่ งใช้ไฟฟา้ หลายๆ เคร่ืองพร้อมกัน ทาให้มีกระแสไฟฟ้าในวงจรมากกว่าปกติ จะทา ให้เกิดความร้อนในสายไฟ ฉนวนที่หุ้มอาจละลาย ทาให้สายไฟ 2 เส้นแตะกันเกิดการลัดวงจร (ไฟช็อต) ถ้า วงจรไมถ่ กู ตดั อาจเกดิ ไฟไหมไ้ ด้ 2. เต้ารับและเต้าเสียบสวมกันไม่แน่นพอดี หรือจุดต่อในวงจรใส่สนิทแน่น อาจทาให้เกิดการ สปาร์คและมีประกายไฟเกิดข้นึ 3. ฉนวนท่หี ้มุ สายไฟฉกี ขาด อาจทาใหไ้ ฟฟ้าร่วั และเกดิ ไฟดูดได้ วธิ ีการปอ้ งกัน มดี ังน้ี 1. ตดิ ตั้งฟิวสห์ รือสะพานไฟทเ่ี หมาะสม 2. ติดตงั้ เคร่ืองปอ้ งกันไฟฟ้ารั่วและไฟดดู 3. ต่อสายดนิ กบั เครื่องใชไ้ ฟฟ้า 4. ตอ้ งหม่ันตรวจดูและรักษาอุปกรณ์ไฟฟา้ ใหอ้ ยู่ในสภาพใช้งานได้ดตี ลอดเวลา 4.4 อุปกรณ์อิเล็กทรอนกิ ส์เบ้ืองต้น 4.4.1 ตัวต้านทาน รปู ท่ี 4.18 แสดงรปู ตัวตา้ นทาน [4.8]

| 169 ตวั ตา้ นทานเป็นอปุ กรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดหน่งึ ทมี่ สี มบตั ิในการ ต้านการไหลของกระแสไฟฟ้า โดยท่ัวไปแบง่ เป็น 4 ประเภท ไดแ้ ก่ 1) ตวั ตา้ นทานคงท่ี ( Fixed Value Resistor ) เปน็ ตัวตา้ นทานที่มคี ่าความต้านทานของการไหลของ กระแสไฟฟา้ คงท่ี มีสญั ลักษณ์ทีใ่ ชใ้ นวงจร ดงั น้ี รปู ท่ี 4.19 แสดงสญั ลักษณต์ วั ตา้ นทานคงที่ [4.8] ซ่ึงสามารถอ่านค่าความต้านทานได้จากแถบสีที่คาดอยู่บนตัวความต้านทาน มีหน่วยเป็นโอห์ม  แถบสีท่ีอยู่บนตัวต้านทานโดยส่วนมากจะมี 4 แถบ และมีแถบสีที่ชิดกันอยู่ 3 สี อีกสีหนึ่งจะอยู่ห่างออกไปท่ี ปลายข้างหนึ่ง การอ่านค่าจะเริ่มจากแถบสีท่ีอยู่ชิดกันก่อนโดยแถบที่อยู่ด้านนอกสุดให้เป็นแถบสีท่ี 1 และสี ถัดไปเปน็ สีท่ี 2, 3 และ 4 ตามลาดับ สีแตล่ ะสจี ะมรี หัสประจาแตล่ ะสี 2) ตัวตา้ นทานท่เี ปล่ียนค่าได้ ( Variable Value Resistor ) เปน็ ตวั ต้านทานที่เมื่อหมุนแกนของตัว ต้านทาน แล้วคา่ ความตา้ นทานจะเปลย่ี นแปลงไป นยิ มใช้ในการควบคุมค่าความต่างศักยไ์ ฟฟ้า ( Voltage ) ใน วงจรอิเล็กทรอนิกส์ เชน่ การเพม่ิ – ลดเสียงในวิทยุหรือโทรทศั น์ เป็นตน้ สัญลักษณท์ ี่ใช้ในวงจร ดังน้ี รปู ท่ี 4.20 แสดงสัญลักษณต์ ัวตา้ นทานไม่คงที่ [4.8]

170 | 3) ตวั ต้านทานไวแสง หรอื แอลดีอาร์ ( LDR ) ยอ่ มาจาก Light Dependent Resistor เป็นตัวตา้ นทานปรับ ค่าได้ โดยค่าความต้านทานข้ึนอยู่กับปริมาณแสงที่ตกกระทบ ถ้าแสงท่ีตกกระทบมีปริมาณมาก LDR จะมีค่า ความต้านทานตา่ ซง่ึ สญั ลกั ษณ์ทีใ่ ช้ในวงจร คือ รูปที่ 4.21 แสดงรูปภาพและสญั ลกั ษณข์ องตวั ตา้ นทานไวแสง [4.8] 4) เทอร์มีสเตอร์ (thermistor) เป็นตัวต้านทานที่ความต้านทานข้ึนอยู่กับอุณหภูมิของสภาพแวดล้อม เทอร์มีสเตอร์แบบ NTC (negative temperature coefficient) มีความต้านทานสูงเมื่ออุณหภูมิต่าแต่มีความ ตา้ นทานตา่ เม่ืออณุ หภูมสิ ูง เทอร์มีสเตอรจ์ งึ เป็นตวั รับอณุ หภมู ิ (temperature sensor) ในเทอรโ์ มมเิ ตอร์บางชนดิ รปู ที่ 4.22 แสดงรูปภาพและสัญลกั ษณข์ องเทอรม์ สี เตอร์ [4.8]

| 171 4.4.2 ตวั เกบ็ ประจุ รปู ที่ 4.23 แสดงรปู ภาพของตวั เกบ็ ประจชุ นดิ ต่างๆ [4.8] ตัวเก็บประจุเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดหนึ่งท่ีทาหน้าที่สะสมประจุไฟฟ้าหรือคายประจุไฟฟ้า ให้กับวงจรหรืออุปกรณ์อ่ืนๆ ตัวเก็บประจุบางชนิดจะมีข้ัว คือข้ัวบวก และขั้วลบ ดังน้ันการต่อตัวเก็บประจุใน วงจร ต้องต่อให้ถูกข้ัว และต้องทราบค่าของตัวเก็บประจุด้วยว่าเหมาะสมกับวงจรอิเล็กทรอนิกส์น้ันๆ หรือไม่ ซ่ึงค่าความจุของตัวเก็บประจุจะมีหน่วยเป็นฟารัด ( Farad ) ใช้ตัวอักษรย่อคือ F แต่ตัวเก็บประจุท่ีใช้กันท่ัวไป มักมีหน่วยเป็นไมโครฟารัด ( µ F ) ซ่ึง 1 F มคี า่ เทา่ กับ 106 µ F ตัวเกบ็ ประจุ มดี ้วยกันหลายแบบหลายขนาด แต่ ละแบบจะมคี วามเหมาะสมกับงานทีแ่ ตกตา่ งกนั ตวั เก็บประจโุ ดยทั่วไปแบ่งเปน็ 2 แบบ ได้แก่ 1) ตวั เก็บประจุชนดิ คา่ คงที่ ( Fixed Value Capacitor ) เปน็ ตัวเกบ็ ประจุท่ีได้รบั การผลิตใหม้ ีค่าคงที่ ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงคา่ ความจุได้ แต่จะปรบั ค่าความจุใหเ้ หมาะสมกับวงจรได้โดยนาตวั เกบ็ ประจุหลายๆ ตัว มาตอ่ กนั แบบขนานหรืออนุกรม สญั ลกั ษณ์ของตัวเกบ็ ประจุชนิดคา่ คงทใ่ี นวงจรจะเป็นดงั น้ี รปู ที่ 4.24 แสดงสญั ลักษณข์ องตัวเกบ็ ประจุชนิดคา่ คงที่ [4.8]

172 | 2) ตัวเก็บประจุเปลีย่ นคา่ ได้ ( Variable Value Capacitor ) เปน็ ตัวเกบ็ ประจทุ ่สี ามารถปรบั ค่าความจุ ได้ โดยท่ัวไปมกั ใชใ้ นวงจรปรับแตง่ สัญญาณทางอิเล็กทรอนกิ ส์ หรอื พบในเครื่องรบั วทิ ยซุ ง่ึ ใชเ้ ป็นตวั เลอื กหา สถานีวทิ ยุ ตวั เก็บประจุชนิดน้สี ่วนมากเปน็ ตัวเก็บประจุชนิดใชอ้ ากาศเป็นสาร ไดอเิ ล็กทริกและการปรับคา่ จะ ทาได้โดยการหมนุ แกน ซ่ึงมีโลหะหลายๆ แผ่นอย่บู นแกนน้นั เมื่อหมุนแกนแผ่นโลหะจะเล่อื นเข้าหากันทาให้ ค่าประจุเปล่ยี นแปลง สัญลักษณข์ องตวั เกบ็ ประจุเปลย่ี นคา่ ไดใ้ นวงจรจะเปน็ ดังน้ี รปู ท่ี 4.25 แสดงรปู ภาพตัวเก็บประจชุ นดิ เปล่ยี นค่าได้ [4.8] 4.4.3 ไดโอด(Diode) เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ท่ีทาจากสารก่ึงตัวนา ช่วยควบคุมให้กระแสไฟฟ้าจาก ภายนอกไหลผ่านได้ทิศทางเดียว และป้องกันกระแสไฟฟ้าไหลย้อนกลับ จากอุปกรณ์ประเภทขดลวดต่างๆ ไดโอดประกอบด้วยข้ัว 2 ข้ัว คือ แอโนด (Anode : A) ต้องต่อกับถ่านไฟฉายข้ัวบวก (+) และแคโทด (Cathode : K) ต้องตอ่ กับถ่านไฟฉายขั้วลบ (-) การตอ่ ไดโอดเข้ากับวงจรต้องต่อให้ถูกข้ัว ถ้าต่อผิดขั้วไดโอดจะ ไม่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ทาให้เคร่ืองใช้ไฟฟ้าทางานในวงจรไม่ได้ซึ่งสัญลักษณ์ของไดโอดใน วงจรไฟฟ้า เป็นดงั นี้ รูปที่ 4.26 แสดงสัญลักษณข์ องไดโอด [4.8]

| 173 I I=0 + + (a) ไบแอสตรง (b) ไบแอสกลบั รูปท่ี 4.27 แสดงการต่อไดโอดในวงจรไฟฟา้ จากรูป 4.27 ถ้าต่อไดโดดแบบรูปท่ี (a) จะมีกระแสไหลในวงจร แสดงว่าไดโอดมีความต้านทานน้อย แต่ถ้าต่อไดโอดแบบรูปที่ (b) จะไม่มีกระแสไหลในวงจร แสดงว่า ไดโอดมีความต้านทานสูงมาก จากสมบัตินี้ เราจึงใช้ไดโอดในการบังคับทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าและใช้แปลงไฟฟ้ากระแสสลับให้เป็นไฟฟ้า กระแสตรงได้ ไดโอดบางชนิดเม่ือมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านจะให้แสงสว่างออกมา เราเรียกว่าไดโอดเปล่งแสง หรือ แอลอดี ี ( LED) ซงึ่ ยอ่ มาจาก Light Emitting Diode และมีสัญลักษณใ์ นวงจรเป็นดังนี้ รปู ที่ 4.28 แสดงรูปภาพและสญั ลักษณข์ องแอลอีดี [4.8] จากภาพจะเห็นว่า LED มีขาย่ืนออกมาสองขา ขาที่ส้ันกว่าคือ ขั้วแคโทด (ขั้วลบ) และขาท่ียาวกว่าคือ ขั้วแอโนด (ขั้วบวก) ไดโอดเปล่งแสงนี้มีลักษณะคล้ายๆหลอดไฟเล็กๆ กินไฟน้อย และนิยมนามาใช้งานอย่าง กว้างขวาง เช่น ไฟกะพริบตามเสียงเพลง ไฟหน้าปัดรถยนต์ ไฟเตือนในเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ ไฟที่ใช้ในการ แสดงตวั เลขของเครอ่ื งคดิ เลข เปน็ ต้น

174 | 4.4.4 ทรานซิสเตอร์ (Transistor) เปน็ อุปกรณ์อิเลก็ ทรอนกิ ส์ที่ทาจากสารกง่ึ ตัวนา ทรานซสิ เตอร์แต่ละชนดิ จะมี 3 ขา ได้แก่  ขาเบส ( Base : B )  ขาอิมติ เตอร์ ( Emitter : E )  ขาคอลเลก็ เตอร์ ( Collector : C ) รูปท่ี 4.29 แสดงรปู ภาพของทรานซสิ เตอร์ [4.8] หากแบ่งประเภทของทรานซสิ เตอรต์ ามโครงสรา้ งของสารทีน่ ามาใชจ้ ะแบ่งได้ 2 แบบ คือ 1) ทรานซิสเตอร์ชนดิ พเี อ็นพี ( PNP ) เปน็ ทรานซสิ เตอรท์ ่ีจ่ายไฟเขา้ ทีข่ าเบสใหม้ ีความตา่ งศกั ยต์ ่า กว่าขาอมิ ติ เตอร์ 2) ทรานซสิ เตอรช์ นิด เอน็ พีเอน็ ( NPN ) เปน็ ทรานซิสเตอรท์ ่จี ่ายไฟเขา้ ท่ขี าเบสให้มีความต่างศักยส์ งู กวา่ ขาอมิ ติ เตอร์ รูปท่ี 4.30 แสดงสญั ลักษณข์ องทรานซสิ เตอรแ์ บบ (a) npn และ (b) pnp [4.8]

| 175 ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์ซึ่งถูกควบคุมด้วยกระแสไฟฟ้าที่ผ่านขา B หรือเรียกว่า กระแสเบส นั่นคือ เมื่อกระแสเบสเปล่ียนแปลงเพียงเล็กน้อยก็จะทาให้กระแสไฟฟ้าในขา E (กระแสอิมิตเตอร์) และกระแสไฟฟ้า ในขา C (กระแสคอลเล็กเตอร์) เปลีย่ นแปลงไปด้วย ซง่ึ ทาให้ทรานซิสเตอร์ทาหน้าที่เป็นสวิตช์ปิดหรือเปิดวงจร โดยถ้าไม่มีกระแสไฟฟ้าผ่านขา B ก็จะทาให้ไม่มีกระแสไฟฟ้าผ่านขา E และ C ด้วย ซึ่งเปรียบเสมือนปิดไฟ (วงจรเปิด) แต่ถ้าให้กระแสไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยผ่านขา B จะสามารถควบคุมกระแสไฟฟ้าที่มากกว่าให้ผ่าน ทรานซิสเตอรแ์ ลว้ ผา่ นไปยงั ขา E และผา่ นไปยงั อปุ กรณอ์ ื่นท่ตี อ่ จากขา C

176 | Web Guide: [4.1] http://www.geocities.ws/motorac2002/dc_generator.htm [4.2] http://ap-physics.david-s.org/a-c-generator/ [4.3] http://avstop.com/ac/apgeneral/alternators.html [4.4] http://www.vcharkarn.com/lesson/1359 [4.5] https://anjungsainssmkss.files.wordpress.com/2011/07/transformer1.gif [4.6] http://www.animations.physics.unsw.edu.au/jw/power.html [4.7] http://www.edaboard.com/thread93427.html [4.8] http://www.neutron.rmutphysics.com/science- news/index.php?option=com_content&task=view&id=2153&Itemid=4 **นักศกึ ษาสามารถหาข้อมลู เพม่ิ เติมได้จาก Website ทแี่ นะนาไว้ข้างต้นและจากรายชอ่ื หนงั สอื ที่ใชป้ ระกอบการสอน**

| 177 กจิ กรรมที่ 4 อปุ กรณ์อเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ในวงจร Mini tesla coil tower คาสั่ง 1. ใหแ้ ต่ละกลุม่ วาดรูป วงจร Mini tesla coil tower โดยใช้สญั ลกั ษณ์ของอปุ กรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์แต่ละชนิด 2. อธิบายหลกั การทางานของวงจรและให้ระบุวา่ อุปกรณ์อิเล็กทรอนกิ สแ์ ตล่ ะชนดิ มหี น้าท่ีในวงจรอยา่ งไร กจิ กรรมความคดิ รวบยอด 1. ให้นกั ศึกษาวาดรปู วงจรและอธบิ ายหลกั การทางานของ Mini Tesla coil tower …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. ………………………………….............................................................................................................................

178 | 2. ใหน้ ักศึกษาระบุวา่ อปุ กรณ์อเิ ล็กทรอนิกสแ์ ต่ละชนดิ มหี น้าท่ีในวงจรอย่างไร …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. 3. ใหน้ กั ศึกษาวาดรปู วงจรอปุ กรณ์เคร่อื งใช้ไฟฟ้าท่นี กั ศกึ ษาสนใจและอธิบายหลกั การทางาน …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. ………………………………….............................................................................................................................

| 179 แบบฝึกหัดเพิม่ พูนประสบการณ์ จงเลอื กคาตอบที่ถูกตอ้ งที่สุดและแสดงวิธที าเพือ่ ใหไ้ ด้คาตอบ 1. จากรูป ไดนาโมผลติ พลงั งานไฟฟา้ ออกมา รูปคลนื่ ความตา่ งศักย์ไฟฟา้ ระหวา่ งข้วั ของไดนาโมในขอ้ ใดท่ี แสดงวา่ ไดนาโมผลิตไฟฟา้ กระแสสลับ ไดนาโม ข้วั ของไดนาโม v = ความต่างศกั ยไ์ ฟฟ้า t = เวลา 1. 2. t v v t + + 0 t0 3. 4. v v + + 0 t0

180 | 2. หม้อแปลงไฟฟ้าซ่งึ ใชไ้ ฟฟา้ 110 โวลต์ มขี ดลวดปฐมภมู ิ 80 รอบ ถ้าตอ้ งการใหห้ มอ้ แปลงน้ีสามารถจ่าย ไฟฟ้าได้ 2,200 โวลต์ ลดขวดทุติยภมู ติ ้องมีจานวนรอบเท่าไหร่ 1. 8,000 รอบ 2. 1,600 รอบ 3. 2,4000 รอบ 4. 3,200 รอบ 3. เมื่อป้อนสัญญาณความต่างศักย์ ท่ีขน้ึ กบั เวลา t ในลกั ษณะดงั รปู ก คร่อมระหว่างจดุ A เทียบกับจุด B ของวงจรในรปู ข อยากทราบว่าลกั ษณะของสญั ญาณความตา่ งศกั ย์ ท่ีคร่อมไดโอดในอดุ มคติ ระหวา่ งจดุ A เทยี บกับจุด C ทเ่ี วลาใด ๆ ควรมรี ูปรา่ งอย่างไร ������ A ������ C t R 0 รปู ข ������ รูป ก B 1. ������ 2. ������ t 0 t0 3. ������ 4. ������ t 0 t0

| 181 4. นาไดโอดเหมือนกัน 4 ตวั มาตอ่ กนั ดงั รปู แล้วตอ่ เขา้ กบั แหลง่ กาเนดิ ไฟฟา้ สลับรปู ไซน์ ถา้ ใช้ ออสซิลโลสโคปตรวจดูรูปคลื่นของความต่างศกั ยไ์ ฟฟ้าครอ่ ม R จะไดร้ ปู คล่ืนในข้อใด 1. R t 2. ������������ ������������ 0 t0 3. 4. t ������������ ������������ 0 t0 5. พจิ ารณาข้อความต่อไปนี้ ก. คา่ กระแสและค่าความต่างศกั ยไ์ ฟฟา้ ของไฟฟ้ากระแสสลบั ทเ่ี รียกว่า คา่ ยงั ผล เปน็ คา่ เดยี วกนั กบั คา่ มเิ ตอร์อา่ นได้ ข. ค่ากระแสที่อา่ นได้จากมิเตอร์ หมายถึง ค่ารากที่สองของกาลังสองเฉลี่ยของกระแสสลับ ค. ค่ายังผลของค่าความต่างศักย์ของไฟฟ้าในบ้าน คือ 220 โวลต์ 1. ข้อ ก ข และ ค 2. ข้อ ก และ ค 3. ขอ้ ค เท่าน้ัน 4. คาตอบเป็นอย่างอื่น

182 | 6. จากรูป เป็นวงจรไฟฟ้ากระแสสลับท่ีมีตัวต้านทานตัวเดียวมีค่า 100 โอห์ม อยากทราบว่ากระแสไฟฟ้า สูงสดุ ทไี่ หลผา่ นตัวตา้ นทานมีค่าเทา่ ไหร่ 100 Ω 1. 1.6 A 2. 1.7 A 3. 1.8 A 4. 1.9 A e = 100 Ω 7. จากปญั หาข้อ 6 ถ้าใช้โวลตม์ เิ ตอร์วดั ความตา่ งศักยไ์ ฟฟ้าครอ่ มตวั ตา้ นทาน โวลตม์ เิ ตอรจ์ ะอ่านค่าได้เท่าไร 1. 77.8 V 2. 87.7 V 3. 97.1 V 4. 110.0 V 8. ตวั เลือกในข้อใดที่แสดงแผนภาพเฟเซอร์ไดถ้ ูกต้อง เมื่อ คือกระแสไฟฟ้าทผ่ี ่านตวั ตา้ นทาน และ คือกระแสไฟฟา้ ทีผ่ ่านตวั ต้านทาน และ คือความตา่ งศกั ยไ์ ฟฟา้ ท่ีคร่อมตัวตา้ นทาน 1. ������������ 2. ������������ ������������ 3. ������������ 4. ������������ ������������ ������������

| 183 9. จากรปู ตวั ต้านทานต่ออนุกรมกบั ตัวเกบ็ ประจุไฟฟ้า R และ มีค่า 30 และ 40 โอห์ม ตามลาดับจงหา ความต้านทานเชิงซ้อนของวงจร x ������ ������������ y 1. 2. 3. 4. ������ ������������ sin ������������ 10. จากรูป ตัวเหน่ียวนาต่อกับตัวเก็บประจุไฟฟ้า กาหนดให้ และ มีค่า 100 และ 58 โอห์ม ตามลาดับจงหาความต้านทานเชิงซ้อนของวงจร 1. x ������������ ������������ y 2. 3. 4. ������ ������������ sin ������������ 11. จากปญั หาข้อ 9 จงหาค่าเฟสของความต่างศักยไ์ ฟฟ้าระหว่างจุด x และ y 1. 2. 3. 4. 12. จากปญั หาข้อ 10 จงหาคา่ เฟสของความต่างศกั ย์ไฟฟ้าระหวา่ งจดุ x และ y 1. 2. 3. 4.

184 | 13. วงจรอนุกรม RLC มีแรงเคล่ือนไฟฟ้ากระแสสลับความถี่เชิงมุม ตรงกับถี่เรโซแนนซ์พอดี ถ้าลด ความถข่ี องแรงเคลือ่ นนี้ลง แผนภาพเฟเซอร์ขอความต่างศักย์ไฟฟ้าท่ีคร่อมบน R, L และ C จะเปลี่ยนไป ตามรปู ในข้อใด C LR C CC 1. ������������ ������������ E ������������ C ������������ 2. 3. ������������ ������������ ������������ 4. ������������ ������������ ������������ ������������ ������������