หน่วยที่ 1

1 หลกั การเหน่ียวนาแม่เหลก็ ไฟฟ้า และโครงสร้างของหม้อแปลงไฟฟ้า

การเกดิ สนามแม่เหลก็ จากกระแสไฟฟ้า สนามแมเ่ หลก็ เกดิ จาก 2 กรณี +- โดยวสั ดแุ มเ่ หลก็ ธรรมชาติ z โดยกระแสไฟฟ้ า Oersted คน้ พบวา่ กระแสไฟฟ้าทาใหเ้ กดิ สนามแมเ่ หลก็ การทดลองของ Oersted แสดงการตอ่ สายตวั นา รอบเส้นลวด แต่ไม่สามารถมองเหน็ ได้สนามแม่เหล็กน้ี แลว้ วางเขม็ ทศิ บนสายตวั นา เกดิ จากการเคล่อื นท่ขี องอเิ ลก็ ตรอนผ่านเส้นลวด และมี ใหเ้ ขม็ ของเขม็ ทศิ มที ศิ ขนาน อิเ ล็ก ต ร อ น จ า น ว น ม า ก เ ค ล่ือ น ท่ีใ น ทิศ ท า ง เ ดีย ว กั น สนามแม่เหล็กเล็กๆ ของอิเล็กตรอนทัง้ หมดรวมกัน กบั ลวดตวั นา ผลลพั ธค์ อื มสี นามแมเ่ หลก็ มากพอทจ่ี ะทาใหเ้ ขม็ ของเขม็ ทศิ เคลอ่ื นทไ่ี ด้ 2

ทิศทางของเส้นแรงแม่เหลก็ สนามแม่เหล็กรอบตัวนาไฟฟ้ าท่ีมีกระแสไฟ ฟ้ า + ไหลผ่าน สงั เกตเหน็ ว่าเสน้ แรงแม่เหลก็ มลี กั ษณะเป็นวง ไมม่ จี ุดไหนทเ่ี ราเรยี กวา่ ขวั้ แมเ่ หลก็ CoCnvuerrnetniotnal - สนามแม่เหล็กทั้งหมดท่ี เกิ ดขึ้นมี สนามแมเ่ หลก็ ถกู ผลติ ขน้ึ ลกั ษณะเป็ นวง เน่ืองจากแท่งแม่เหล็กมี รอบทกุ ๆ จดุ ของลวดตวั นา เส้นแรงแม่เหล็กบางส่วนในอากาศและ เมอื่ มกี ระแสไฟฟ้าไหลผา่ น บางส่วนในแท่งแม่เหล็ก ขวั้ แม่เหล็กคือ การแบ่งแยกระหว่างเส้นแรงแม่เหล็กใน แท่งแม่เหลก็ กบั อากาศ 3

ถ้าวางแท่งแม่เหลก็ รปู ตวั ยู (U) 2 แท่งด้วยกนั ดงั แสดงในรูป สนามแม่เหล็กทัง้ หมดภายในแท่งเหล็ก ทิศทางของเส้นแรงแม่เหลก็ จะเหมอื นกนั ทิศทางของเส้นแรงแม่เหลก็ คือทิศทางที่ถกู ส่งออก วางแทง่ แมเ่ หลก็ รปู ตวั ยู 2 แทง่ เขา้ ดว้ ยกนั โดยขวั้ เหนือไปยงั แท่งเหลก็ ท่ีอยู่ใกล้ๆและจะถกู ใช้เพ่ือ เดินทางรอบๆ ของสนามแมเ่ หลก็ สนามแมเ่ หลก็ จะอยภู่ ายใน ก า ร เ ค ล่ื อ น ที่ ข อ ง เ ส้ น แ ร ง ของแทง่ แมเ่ หลก็ ทงั้ หมด แม่เหลก็ จะเคล่ือนท่ีจากขวั้ เหนือไป ทศิ ทางการไหลของกระแสไฟฟ้า ตวั นาไฟฟ้า ยงั ขวั้ ใต้ในอากาศ และขวั้ ใต้ไปยงั ขวั้ เหนือในแท่งแม่เหลก็ ส่วนรอบตวั นา x ที่ มี ก ร ะ ไ ฟ ฟ้ า ไ ห ล ผ่ า น เ ส้ น แ ร ง ภาพแสดงหน้าตดั ของตวั นาไฟฟ้า ภาพแสดงหน้าตดั ของตวั นาไฟฟ้า แม่เหลก็ จะเคล่ือนที่ ทวนเขม็ นาฬิกา และสนามแมเ่ หลก็ ทเ่ี กดิ ขน้ึ เมอ่ื และสนามแมเ่ หลก็ ทเ่ี กดิ ขน้ึ เมอ่ื กระแสไฟฟ้าไหลออกจากตวั นา กระแสไฟฟ้าไหลเขา้ สู่ตวั นา เม่ือกระแสไฟฟ้ าไหลออกจากตวั นา แสดงทศิ ทางของเสน้ แรงแมเ่ หลก็ ทเี่ กดิ ขน้ึ รอบตวั นา และตามเขม็ นาฬิกาเม่ือกระแสไฟฟ้า ตามทศิ ทางการไหลของกระแสไฟฟ้า ไหลเข้าส่ตู วั นา 4

ความสัมพนั ธ์ระหว่างสนามแม่เหลก็ และกระแสไฟฟ้า กฎมือขวาสาหรบั ตวั นาไฟฟ้าท่ีเป็นเส้นตรง มวี ธิ งี ่ายกว่าเพ่อื จาทศิ ทางของสนามแม่เหลก็ รอบตวั นาไฟฟ้าซ่งึ เรยี กว่า “กฎมอื ขวาสาหรบั ตวั นาไฟฟ้า” กามอื ขวารอบแท่งตวั นา หวั แมม่ อื จะแสดงการช้ี ในทศิ ทางของกระแสไฟฟ้า น้วิ ทเ่ี หลอื ทงั้ สจ่ี ะแสดงทศิ ทางของเสน้ แรงแมเ่ หลก็ กฎมือขวาสาหรบั เส้นลวด สนามแมเ่ หลก็ ของแมเ่ หลก็ ไฟฟ้าคอื สนามแมเ่ หลก็ บางส่วนภายนอกและบางสว่ นตรงกลาง ของขดลวด ทศิ ทางของกระแสไฟฟ้ารอบขดลวดสามารถบอกขวั้ ได้โดยใช้ “กฎมอื ขวาสาหรบั ขดลวด” โดยกามอื ขวารอบขดลวดตวั นาไฟฟ้าน้ิวทงั้ สจ่ี ะแสดงทศิ ทางของกระแสไฟฟ้าไหลในลวดตวั นา น้วิ หวั แมม่ อื แสดงทศิ ทางของเสน้ แรงแมเ่ หลก็ ภายในขดลวดและชไ้ี ปยงั ขวั้ เหนอื 5

กฎของแมกซเ์ วลล์ ทศิ ทางของกระแสไฟฟ้าโดยดจู าก การเคลอื่ นทขี่ องตะปเู กลยี ว จะใชล้ กั ษณะการใชง้ านของสกรหู รอื ตะปเู กลยี วทม่ี ี เกลยี วขวาในการจาทศิ ทางของกระแสไฟฟ้าและทศิ ทาง ของสนามแม่เหลก็ โดยกาหนดให้ “ทศิ ทางการเคล่อื นท่ี ข อ ง ต ะ ปู เ ก ลี ย ว ไ ป ข้า ง ห น้ า ใ น ทิศ ท า ง ก า ร ไ ห ล ข อ ง กระแสไฟฟ้าในตัวนา ทิศทางการหมุนของเกลียวจะ แสดงทศิ ทางของสนามแมเ่ หลก็ ทล่ี อ้ มรอบตวั นา” คณุ ลกั ษณะของแมเ่ หลก็ แรงเคล่อื นแมเ่ หลก็ (Magnetomotive Force, mmf) แรงเคล่อื นแมเ่ หลก็ (Magnetomotive force, mmf) คือ ค ว า ม ส า ม า ร ถ ใ น ก า ร ท า ใ ห้ เ กิ ด แสดงขดลวด จานวน 10 รอบ ซงึ่ ขดลวดและ สนามแม่เหล็กเปรียบได้กับแรงเคล่ือนไฟฟ้ า แกนเหลก็ คอื องคป์ ระกอบพน้ื ฐานของ (Electromotive force, emf) หรอื แรงดนั ไฟฟ้า มอเตอร์ เครอื่ งกาเนดิ และหมอ้ แปลงไฟฟ้า 6

ความเข้มของสนามแมเ่ หลก็ (Field intensity, H) ความเขม้ ของสนามแมเ่ หลก็ ของแมเ่ หลก็ ไฟฟ้าจะขน้ึ อยกู่ บั ปรมิ าณของ 2 สงิ่ น้ีคอื 1. แรงเคล่ือนแม่เหล็ก (mmf) แรงเคล่ือนแม่เหล็กมากกว่าจะทาให้ความเข้มของ สนามแมเ่ หลก็ ทเ่ี กดิ ขน้ึ มคี า่ มากกวา่ 2. ความยาวของแบบฟอร์มขดลวดตวั นาไฟฟ้า ขดลวดตวั นาไฟฟ้าสนั้ กว่าจะทาให้ ความเขม้ ของสนามแมเ่ หลก็ ทเ่ี กดิ ขน้ึ มากกวา่ เส้นแรงแม่เหลก็ (Field strength ; Line of force, F) เสน้ แรงแมเ่ หลก็ (Flux, ) คอื เสน้ แรงทเ่ี กดิ จากการสง่ อานาจความ เป็นแม่เหล็กออกมารอบๆ แม่เหล็ก เส้นแรงแม่เหลก็ วดั ในหน่วยของ เวเบอร์ (waber) โดยท่ี 1 เวเบอร์ = 108 เสน้ สามารถเปรยี บเทยี บไดก้ บั กระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า 7

ความต้านทานเส้นแรงแมเ่ หลก็ (Reluctance, R) เส้นแรงแม่เหล็กท่อี ยู่ในลกั ษณะครบวงจรเราเรยี กว่าวงจรแม่เหล็ก ในอากาศอานาจ แม่เหลก็ ไม่สามารถทจ่ี ะสรา้ งเสน้ แรงใดๆ เพมิ่ ขน้ึ ได้ อย่างไรกต็ ามในวสั ดุแม่เหลก็ เช่น แกน เหลก็ แรงสรา้ งอานาจแมเ่ หลก็ สามารถทจ่ี ะเป็นตวั สรา้ งเสน้ แรงแมเ่ หลก็ ใหม้ คี ่าเพม่ิ ขน้ึ ได้ ความซึมซาบ (Permeability) ความเขม้ ของสนามแม่เหล็ก (H) บอกให้เราทราบว่าในแกนตวั นาแม่เหล็กมเี ส้นแรง แม่เหลก็ เท่าไหร่ ความซมึ ซาบจะเป็นตวั บอกคุณสมบตั ขิ องวสั ดุทใ่ี ชท้ าแกนตัวนาแม่เหลก็ แต่ ละชนิดวา่ ยอมใหเ้ กดิ สนามแมเ่ หลก็ ไดม้ ากหรอื น้อย สญั ลกั ษณ์สาหรบั ความซมึ ซาบ (Permeability) คอื  (อกั ษรกรกี ) คา่ ของความซมึ ซาบของอากาศ (Permeability of air, o) หมายถงึ ความซมึ ซาบ ของชอ่ งวา่ งอากาศ (air gap) ของวงจรแมเ่ หลก็ มคี า่ เท่ากบั o = 1.26 × 10-6 (Wb / m2) / (A / m) 8

ความซึมซาบสมั พนั ธ์ (Relative permeability, ) คอื ความซมึ ซาบสมั พทั ธข์ องวสั ดตุ วั นาแมเ่ หลก็ วสั ดตุ วั นาแมเ่ หลก็ ชนิดอ่นื ๆ ทงั้ หมด มคี วามสมั พทั ธก์ บั ความซมึ ซาบของอากาศ เช่น ถา้ แกนเหลก็ ความซมึ ซาบสมั พัทธ์ (r) เทา่ กบั 500 กห็ มายความวา่ คา่ ความหนาแน่นของสนามแมเ่ หลก็ ในแกนมคี า่ เทา่ กบั 500 เทา่ ของอากาศ คา่ ความซมึ ซาบของแกนเหลก็ คอื  = r × o = 500 × 1.26 × 10-6 = 0.00063 (Wb / m2) / (A / m) ความหนาแน่นเส้นแรงแม่เหลก็ (Flux density) แรงเคล่ือนแม่เหล็ก (mmf) ของขดลวด สร้างความเข้มของเส้นแรงแม่เหล็ก (H) ขน้ึ อย่กู บั จานวนรอบของลวดตวั นาและเสน้ แรงแมเ่ หลก็ () ความหนาแน่นของเสน้ แรง แม่เหล็กท่เี กิดข้นึ จะเป็นปฏิภาคโดยตรง (เพมิ่ หรือลดท่อี ตั ราเดยี วกนั ) กบั ทงั้ เส้นแรง แมเ่ หลก็ และคา่ ความซมึ ซาบทางแมเ่ หลก็ ของแกน 9

สญั ลกั ษณ์สาหรบั ความหนาแน่นเส้นแรงแม่เหลก็ คอื อกั ษรกรกี  หน่วยวดั ความ หนาแน่นเสน้ แรงแม่เหลก็ คอื เทสลา (Tesla) โดยท่ี 1 เทสลา มคี ่าเท่ากบั 1 เวเบอรต์ ่อ ตารางเมตร สามารถกล่าวได้ว่าความหนาแน่นเสน้ แรงแม่เหลก็ คอื เส้นแรงมากมายท่ี เคลอ่ื นทผ่ี า่ นพน้ื ทห่ี น้าตดั ของวสั ดตุ วั นาแมเ่ หลก็ สามารถเขยี นในรูปของสมการไดด้ งั น้ีคอื  (tesla) =  × H (ampere-turn x metre) หรอื ในรปู ของเสน้ แรงแมเ่ หลก็ ():  (tesla) =  (Wb) / พน้ื ท่ี (m2) คณุ ลกั ษณะของวสั ดแุ มเ่ หลก็ โดยปกติเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้า มอเตอร์ไฟฟ้ า และหม้อแปลงไฟฟ้ า มีสิ่งหน่ึ งท่ี เหมอื นกนั คอื ขดลวดท่พี นั อยู่บนแกนเหลก็ ซ่งึ แกนเหลก็ เหล่าน้ีทาจากแผ่นเหลก็ บางๆ (เรยี กวา่ laminations) แลว้ นามาอดั ซอ้ นเขา้ ดว้ ยกนั ใหแ้ น่น ระหวา่ งการทางานแกนเหลก็ กลายเป็นแมเ่ หลก็ ซง่ึ คณุ ลกั ษณะทางแมเ่ หลก็ ของแกนเหลก็ จงึ มคี วามสาคญั ต่อการเขา้ ใจ ถงึ การทางานเครอ่ื งกลไฟฟ้าชนิดตา่ งๆเป็นอยา่ งมาก 10

การอิ่มตวั ของวสั ดตุ วั นาแม่เหลก็ (Saturation) เม่ือจ่ายกระแสไฟฟ้ าผ่านขดลวด จะเกิดความ หนาแน่นเสน้ แรงแม่เหล็กขน้ึ ถ้าเพมิ่ กระแสไฟฟ้ าจะได้ เส้นแรงแม่เหล็กท่ีมคี วามหนาแน่นเพม่ิ ข้นึ โดยท่คี วาม หนาแน่ นเส้นแรงแม่เหล็กจะเพ่ิมตามสัดส่วนของ กระแสไฟฟ้าท่ไี หลในขดลวด แต่การเพม่ิ ความหนาแน่น เส้นแรงแม่เหล็กจะสูงถึงจุดจุดหน่ึงเท่านัน้ และจะไม่ เพมิ่ ขน้ึ อกี จุดน้ีเราเรยี กการอมิ่ ตวั ของวสั ดุตวั นาแมเ่ หลก็ ดงั นัน้ เม่อื เพิ่มกระแสไฟฟ้าจนถึงจุดอิ่มตวั จะเห็นได้ว่า ถงึ แมว้ ่าจะเพมิ่ กระแสไฟฟ้าใหม้ คี ่ามากขน้ึ ไปอกี เท่าใดก็ ต า ม ก็จ ะ ไ ม่ มีผ ล ต่ อ ค ว า ม ห น า แ น่ น เ ส้น แ ร ง แ ม่เ ห ล็ก ท่ี เกดิ ขน้ึ หรอื มผี ลเพยี งเลก็ น้อยมาก 11

เส้นแรงแมเ่ หลก็ ตกค้างและการเกบ็ เส้นแรงแม่เหลก็ (Residual Magnetism and Retentivity) หลงั แกนเหลก็ ไดก้ ลายเป็นแมเ่ หลก็ เพยี งชวั่ คราว เมอ่ื หยุดสรา้ งเสน้ แรงแมเ่ หล็ก แกนเหลก็ กย็ งั คงมเี สน้ แรงแม่เหลก็ หลงเหลอื อยู่ ซง่ึ สง่ิ น้ีคอื ความสามารถของวสั ดุตวั นาแม่เหลก็ ทม่ี ตี ่อการ เก็บเสน้ แรงแม่เหล็กเอาไว้เม่อื กระแสลดลงเป็นศูนย์ แม่เหล็กถาวรท่ที าจากเหล็กกล้า (hard steel) จะมเี สน้ แรงแมเ่ หลก็ เหลอื อยภู่ ายในแทง่ เหลก็ เกอื บทงั้ หมด สว่ นเหลก็ อ่อนนัน้ จะมเี สน้ แรง แมเ่ หลก็ เหลอื ภายในแทง่ เหลก็ เพยี งเลก็ น้อยเทา่ นนั้ ซง่ึ เรยี กวา่ เสน้ แรงแมเ่ หล็กตกคา้ ง (Residual magnetism) ฮีสเตอรร์ ีซีส (Hysteresis) เมอ่ื หยดุ จา่ ยกระแสไฟฟ้าเสน้ แรงสนามแมเ่ หลก็ จะลดลงสศู่ นู ย์ อย่างไรกต็ ามขณะนนั้ ยงั คงมี สนามแม่เหลก็ ตกคา้ งในแกนเหลก็ ถา้ จา่ ยแรงดนั ไฟฟ้าใหม้ ขี วั้ ตรงขา้ มจากเดมิ กจ็ ะทาใหเ้ สน้ แรง สนามแม่เหลก็ ท่เี กดิ ขน้ึ มขี วั้ แม่เหลก็ ตรงขา้ มและจะเกดิ สนามแม่เหลก็ ตกคา้ งในทศิ ทางตรงกนั ขา้ มด้วย โดยตอนแรกเสน้ แรงสนามแม่เหล็กจะลดลงเป็นศูนย์อกี ครงั้ หน่ึงจากนัน้ ทิศทางของ สนามแมเ่ หลก็ กจ็ ะกลบั กบั ทศิ ทางเดมิ 12

เน่ืองจากเสน้ แรงแม่เหลก็ ในแกนเหลก็ จะ + tesla ล้าหลงั กระแสไฟฟ้าในขดลวดเสมอ สามารถ กล่าวได้ว่าเหล็กมีฮีสเตอร์รีซีส (Hysteresis) 1.0 มาจากคาภาษากรีกมีความหมายว่า ทาให้ 0.8 ล้าหลัง (to lag) กราฟแสดงในรูป เรียกว่า 0.6 วงฮีสเตอรร์ ีซีส (Hysteresis loop) 0.4 0.2 --H800 -600 -400 -200 200 400+H60.0am80p0ere-turnas / Metre -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1.0 − กราฟฮสี เตอรซี สี (Hysteresis cuve) หรอื กราฟ B-H ทคี่ รอบคลุม กระแสสลบั ทคี่ รบหนงึ่ รอบ จะเหน็ ไดว้ า่ ตอ้ งใชพ้ ลงั งานไฟฟ้าเพ่อื กลบั ทศิ ทางของอิเลก็ ตรอน ในแกนของขดลวด เพราะฉะนนั้ ฮสี เตอรซี สิ จงึ เป็นสาเหตุใหเ้ กิดความ สญู เสยี พลงั งานในเครอ่ื งกาเนิดไฟฟ้า มอเตอร์ และหมอ้ แปลงไฟฟ้า 13

วงจรแม่เหลก็ วงจรแม่เหลก็ แบ่งออกเป็น 2 แบบคอื วงจรแม่เหลก็ อนุกรมและวงจรแม่เหล็กขนาน ซ่ึง สามารถเขยี นแทนด้วยวงจรไฟฟ้าได้ แต่คุณสมบตั ิของสารแม่เหล็กท่ีประกอบอยู่ในวงจร แม่เหล็กไม่เป็นเส้นตรง (non-linear) ดงั นัน้ ในการคานวณอาจต้องใช้กราฟการเกิดอานาจ แมเ่ หลก็ (B-H curve) ชว่ ยในการคานวณ การหาค่าต่าง ๆ ในวงจรแมเ่ หลก็ ถ้าทราบค่าเส้นแรงแม่เหล็ก () และพื้นที่หน้ าตัดของแกนเหล็ก ทาให้ สามารถหาค่าความหนาแน่นของเส้นแรงแมเ่ หลก็ (B) ได้ B=/A ถ้าทราบค่าความซึมซาบสมั พทั ธ์ (r) และความเข้มของสนามแม่เหลก็ (H) สามารถหาค่าความหนาแน่นของเส้นแรงแม่เหลก็ (B) ได้ B = H = r0H 14

จากกราฟ B-H ถ้าทราบค่า B สามารถหาค่า H ได้ และถ้าทราบค่า H สามารถหา ค่า B ได้ ถ้าตวั นาแมเ่ หลก็ เป็นช่องว่างอากาศ ค่า B = 0H เมอ่ื 0 = 1.26 × 10-6 ค่าแรงเคลื่อนแม่เหลก็ (mmf) = จานวนรอบของขดลวด (N) x กระแสไฟฟ้า (I) และแรงเคลื่อนแม่เหลก็ (mmf) = ความเข้มของสนามแม่เหลก็ (H) x ความยาวของ ขดลวด (l) วงจรแมเ่ หลก็ อนุกรม วงจรแม่เหลก็ อนุกรมคือวงจรแม่เหลก็  ที่มีทางเดินของเส้นแรงแม่เหลก็ ครบรอบ เพียงเส้นทางเดียว ดงั แสดงในรปู แสดงวงจรแมเ่ หลก็ อนุกรม 15

การเกดิ แรงเคล่ือนเหน่ียวนาในหม้อแปลงไฟฟ้า สนามแมเ่ หลก็ ถกู ผลิตโดยกระแสไฟฟ้า ในทางกลบั กนั สนามแม่เหลก็ กส็ ามารถผลิต กระแสไฟฟ้ าได้ การผลิตกระแสไฟฟ้ าโดยสนามแม่เหล็กเรียกว่า การเหน่ี ยวนา (Induction) แรงเคลื่อนท่ีเกิดจากการเหนี่ยวนาของสนามแม่เหล็กเรียกว่าแรงเคลื่อน เหน่ียวนา (Electromotive force, emf) ไมเคิล ฟาราเดย์ (Michael Faraday) ได้ค้นพบหลกั การที่สาคญั มากเก่ียวกบั การเกิด แรงเคลื่อนเหน่ี ยวนา (emf) 2 ประการ ประการแรกพนั ขดลวดบนแบบฟอร์มและ เชื่อมต่อขดลวดกบั กลั วานอร์มิเตอร์ (Galvanometer) กลั วานอร์มิเตอร์คือ มิเตอร์ซึ่ง สามารถวดั กระแสน้อยๆ ได้จากนัน้ ห้มุ ฉนวน (Insulation) บนขดลวดขดแรก แล้วพนั ขดลวดขดท่ี 2 ในแบบเดียวกนั กบั ขดลวดขดแรก แล้วเช่ือมต่อขดลวดขดท่ีสองนี้กบั แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงโดยผา่ นสวิตช์ เมื่อปิ ดสวิตช์ จ่ายกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดขดท่ี 2 จะเหน็ เขม็ ของกลั วานอรม์ ิเตอร์ (Galvanometer needle) เคลื่อนท่ี เมื่อเปิ ดสวิตช์เขม็ ของกลั วานอร์มิเตอร์เคล่ือนท่ีไป ในทางตรงกนั ขา้ ม 16

Battery connected to outside coil 62elCaacyoheilrss Galvanometer connected to inside coil ชดุ การทดลองของฟาราเดย์ แสดงการเกดิ การเหนยี่ วนาแรงเคลอื่ น ของหมอ้ แปลงไฟฟ้า จะเห็นได้ว่าไม่มีการเช่ือมต่อทางไฟฟ้ าระหว่างขดลวดทงั้ 2 ขด กระแสไฟฟ้ าใน ขดลวดมาจากไหน ทาไมกระแสไหลเป็นเวลาสนั้ เช่นนัน้ สดุ ท้าย ทาไมกระแสไฟฟ้าไหล ในทิศทางหนึ่งเม่ือปิ ดสวิตช์และเมื่อเปิ ดสวิตช์กระแสไฟฟ้าไหลทิศทางตรงข้าม คาถาม เหล่านี้คือส่ิงที่ ไมเคิล ฟาราเดย์ (Michael Faraday) ได้ค้นพบเอาไว้ 17

แรงเคล่ือนไฟฟ้ าเหนี่ยวนาโดยการเคล่ือนของ ตวั นา (Induction - motion, emf) อกี การทดลองหน่ึงของฟาราเดย์ โดยวาง ลวดบนบอรด์ และเช่อื มต่อปลายของลวดกบั กัล วานอมเิ ตอร์ แลว้ กเ็ อาลวดชุดท่ี 2 เช่อื มต่อกบั แบตเตอร่ี เม่อื เคล่อื นยา้ ยลวดทม่ี กี ระแสไฟฟ้า ท่ีล ว ด ชุ ด แ ร ก เข็ม ข อ ง กัลว า น อ มิเต อ ร์มีก า ร เคล่อื นท่ี และมกี ระแสไฟฟ้าเหน่ียวนากาลงั ไหล ในลวดชุดแรกเม่ือเคล่ือนท่ีลวดชุดท่ี 2 ห่าง ออกไปกัลวานอมิเตอร์จะแสดงการไหลของ กระแสในทิศทางท่ีตรงข้าม อย่างไรก็ตาม กระแสจะไหลขณะทล่ี วดกาลงั เคลอ่ื นทเ่ี ทา่ นนั้ 18

โครงสร้างของหม้อแปลงไฟฟ้า ขดลวดของหมอ้ แปลงไฟฟ้าแต่ละขด ถูกแยกออกจากกนั ทางไฟฟ้า แต่จะมแี กนเหลก็ เป็ น ทางเช่อื ม อย่างไรกต็ ามขดลวดสองชุดพนั บนแกนเดยี วกนั กระแสในขดลวดปฐมภูมทิ าให้แกน เป็นแมเ่ หลก็ กระแสน้ผี ลติ สนามแมเ่ หลก็ ในแกน ซง่ึ มผี ลต่อกระแสทงั้ ในปฐมภมู แิ ละทุตยิ ภูมมิ กี าร ออกแบบแกนของหมอ้ แปลงเป็น 2 แบบใหญ่ๆ ดว้ ยกนั : 1. แกนแบบคอร์ (Core type) แสดงใน 2. แกนแบบเชลล์ (Shell B) รปู A) มแี กนขา้ งในขดลวด type) แสดงในรูป B) มี แกนล้อมรอบขดลวด A) หรอื อยภู่ ายนอกขดลวด A) แกนแบบ Core มแี กน B) แบบ Shell มแี กน ขา้ งในขดลวด ลอ้ มรอบหรอื ภายนอกขดลวด 19

การพนั ขดลวดแบบต่างๆ 1. แบบคอนเซนตริก (Concentric) หรอื ทรงกระบอกคือการพนั ขดลวดท่ีมจี ุด ศูนย์กลางการพันแบบน้ีจะทาการพันขดลวดแรงดันต่าไว้ด้านในเพ่ือความ ปลอดภยั เน่ืองจากมกี ระแสสงู และระบายความรอ้ นไดด้ ี 2. การพนั แบบแซนด์วิช (Sandwich) การพนั แบบน้ีจะแบ่งขดลวดแรงดนั ต่า ออกเป็น 2 ส่วนแต่ละคร่งึ ของขดลวดแรงดนั ต่าจะประกบหวั ท้ายของขดลวด แรงดนั สงู การพนั ขดลวดแบบน้ีจะชว่ ยลดเสน้ แรงแมเ่ หลก็ รวั่ ไหลใหน้ ้อยลงไป 3. การพนั แบบแพนเค้ก การพนั ขดลวดแบบน้ีจะพนั เป็นชุดๆ ในหน่ึงชุดจะมกี าร พนั จากด้านในสุดออกมายงั ด้านนอกสุด ในแต่ละชุดจะทาการต่อแบบอนุ กรม หรอื ขนานกไ็ ดแ้ ตก่ ารพนั แบบน้ีจะมขี อ้ ยงุ่ ยากในการพนั มากกว่าแบบอ่นื ๆ 20

บทสรปุ 1. ทิศทางของสนามแม่เหลก็ แกนเหลก็ จากขวั้ ใต้ไปยงั ขวั้ เหนือภายในวสั ดุ แม่เหลก็ และจากขวั้ เหนือไปยงั ขวั้ ใต้ภายนอกวสั ดแุ ม่เหลก็ 2. กระแสไฟฟ้ าไหลผ่านขดลวดทาให้เกิดสนามแม่เหลก็ ขึ้นรอบๆ ขดลวด (Magnetomotive force, mmf) เท่ากับจานวนรอบของขดลวดคูณกับ กระแสไฟฟ้าหน่วยของ mmf คือ ampere-turns 3. เมื่อนิ้ วหวั แม่มือของมือถกู ชี้ในทิศทางของกระแสท่ีไหลในขดลวด นิ้ วที่ เหลือถกู ชี้ในทิศทางของสนามแม่เหลก็ 4. ขดลวดที่มีกระแสไหลผ่านนัน้ คือแม่เหลก็ ไฟฟ้า ด้านหวั และด้านท้ายของ ขดลวดคือขวั้ เหนือและขวั้ ใต้ 5. ถ้ากามือขวารอบขดลวดนิ้ วชี้จะแสดงทิศทางของกระแสรอบขดลวด หวั แม่มือจะชี้ตรงไปขวั้ เหนือ 21