หน่วยที่ 10 ตัวเหนี่ยวนาและหม้อแปลงไฟฟ้า

หนว่ ยที่ 10 ตัวเหนีย่ วนาและหม้อแปลงไฟฟ้า เน้ือหาสาระการสอน/การเรยี นรู้ 10.1 คุณสมบตั ขิ องตวั เหน่ียวนำ ตวั เหน่ียวนา (Inductor) เป็ นอุปกรณ์ที่ถูกนาไปใช้งานทางด้านไฟฟ้ าและอิเล็กทรอนิกส์อย่างแพร่หลายในหลายงานและหลายหน้าที่ คุณสมบัติของตัวเหนี่ยวนามี 2 สภาวะ คือ จะให้กาเนิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้ า (Electromagnetic Field) ข้ึนมา เมื่อมีกระแสไหลผ่านในตวั เหนี่ยวนา และจะให้กาเนิดแรงเคลื่อนไฟฟ้ าเหนี่ยวนา (Induce Electro Motive Force ; EMF) ข้ึนมา เม่ือมีสนามแม่เหล็กเคลื่อนที่ตดั ผา่ นตวั เหน่ียวนา ตวั เหนี่ยวนาที่ถูกผลิตข้ึนมาใชง้ านมีหลายขนาดและหลายรูปแบบแตกต่างกนั ตวั เหน่ียวนาแบบตา่ งๆ แสดงดงั รูปท่ี 10.1 รูปท่ี 10.1 ตวั เหนี่ยวนาแบบตา่ งๆ ตวั เหนี่ยวนาสามารถเรียกไดห้ ลายชื่อ เช่น ขดลวด (Coil) หรือ โช้ก (Choke) เป็ นตน้ สร้างข้ึนจากการนาเส้นลวดทองแดงอาบน้ายาฉนวน พนั เป็ นขดวงกลมหลายๆ วงเรียงซ้อนกนั จานวนรอบของการพนัขดลวดตวั เหน่ียวนามีผลทาให้ค่าความเหนี่ยวนา (Inductance) ที่เกิดข้ึนในตวั เหนี่ยวนาแตกต่างกนั ไปมีค่าดงั น้ี พนั ขดลวดจานวนรอบนอ้ ยเกิดความเหนี่ยวนาค่านอ้ ย พนั ขดลวดจานวนรอบมากเกิดความเหนี่ยวนาค่ามาก จานวนรอบท่ีพนั ยงั มีผลต่อปริมาณสนาม แม่เหล็กท่ีเกิดข้ึนด้วย พนั ขดลวดจานวนรอบน้อยสนามแม่เหล็กเกิดข้ึนนอ้ ย พนั ขดลวดจานวนรอบมากสนามแม่เหล็กเกิดข้ึนมาก ค่าท้งั สองมีความสัมพนั ธ์ซ่ึงกนั และกนั

เส้นลวดตวั นาเมื่อนามาพนั เป็ นขดลวด จะส่งผลให้เส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดข้ึนรอบเส้นลวด ตวั นาเกิดการเสริมแรงกนั เกิดเป็ นสนามแม่เหล็กข้ึนรอบขดลวด และสนามแม่เหล็กที่เกิดข้ึนมีความเขม้ เพิ่มมากข้ึนตามจานวนรอบที่พนั ลกั ษณะการเกิดสนามแมเ่ หล็ก แสดงดงั รูปที่ 10.2 SN

รูปที่ 10.2 การเกิดสนามแม่เหลก็ เสริมแรงในตวั เหน่ียวนา ความเขม้ ของสนามแม่เหลก็ ไฟฟ้ าที่เกิดข้ึนในขดลวดข้ึนอยกู่ บั ส่วนประกอบต่างๆ ดงั น้ี 1. จานวนรอบของการพนั เส้นลวดตวั นา พนั รอบน้อยเกิดสนามแม่เหล็กนอ้ ย พนั รอบมากเกิดสนามแมเ่ หล็กมาก 2. ปริมาณการไหลของกระแสผ่านเส้นลวดตวั นา กระแสไหลนอ้ ยสนามแม่เหล็กเกิดน้อย กระแสไหลมากสนามแมเ่ หล็กเกิดมาก 3. ชนิดของวสั ดุท่ีใชท้ าแกนแม่เหลก็ ไฟฟ้ า แกนอากาศใหค้ วามเขม้ สนามแม่เหล็กนอ้ ย แกนที่ทามาจากโลหะใหค้ วามเขม้ ของสนามแมเ่ หลก็ มาก 4. ขนาดของแกนท่ีนามาใช้งาน แกนขนาดเล็กเกิดสนามแม่เหล็กข้ึนน้อย แกนขนาดใหญ่เกิดสนามแม่เหลก็ ข้ึนมาก ตวั เหน่ียวนาที่ผลิตมาใชง้ าน แบ่งตามลกั ษณะการเหน่ียวนาสนามแม่เหล็ก แบ่งออกไดเ้ ป็ น 2 แบบคือ แบบตวั เหน่ียวนาขดเดียว หรือแบบการเหน่ียวนาตวั เอง (Self Induction) และแบบตวั เหน่ียวนาหลายขดหรือแบบการเหนี่ยวนาขา้ มขด (Mutual Induction) 10.2 ตวั เหน่ียวนำแบบขดเดยี ว ตวั เหน่ียวนาแบบขดเดียว เป็ นตวั เหนี่ยวนาที่มีขดลวดพนั ไวเ้ พียงขดเดียว การเหน่ียวนาที่เกิดข้ึนภายในขดลวดเป็ นการเหนี่ยวนาตัวเอง จึงเรียกตวั เหนี่ยวนาแบบน้ีว่า ขดลวด หรือโช้ก ซ่ึงการเหนี่ยวนา

สนามแม่เหล็กจะเกิดข้ึนภายในตวั เองเท่าน้ัน ค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้ าเหนี่ยวนา (EMF) ที่เกิดข้ึน มีท้งั เสริมและหกั ลา้ งกบั แรงดนั ท่ีป้ อนเขา้ มา นิยมนาไปใชง้ านเก่ียวกบั ความถี่ตา่ งๆ และการกาจดั สัญญาณรบกวนท่ีเกิดข้ึนตวั เหนี่ยวนาแบบน้ีแบ่งออกไดต้ ามชนิดของแกนท่ีใชร้ องรับขดลวด ไดแ้ ก่ ชนิดแกนอากาศ (Air Core Type)ชนิดแกนสารเฟอร์โรแมกเนติก (Ferromagnetic Core Type) และชนิดแกนปรับคา่ ได้ (Variable Core Type) 10.2.1 ตัวเหน่ียวนำชนิดแกนอำกำศ (Air Core Inductor) ตวั เหนี่ยวนาชนิดแกนอากาศ เป็ นตวั เหนี่ยวนาชนิดที่พนั ขดลวดไวล้ อยๆ โดยไม่มีฐานรองหรือใชแ้ กนฐานรองขดลวดทามาจากวสั ดุท่ีเป็ นฉนวนไฟฟ้ า เช่น ไฟเบอร์ พลาสติก หรือคาร์บอน เป็ นตน้ ตวัเหนี่ยวนาชนิดน้ีนิยมนาไปใชง้ านกบั ความถี่สูง (High Frequency) หรือความถี่วทิ ยุ (Radio Frequency ; RF)จึงมกั เรียกตวั เหน่ียวนาชนิดน้ีวา่ RF โชก้ ตวั เหน่ียวนาแกนอากาศเป็ นตวั เหนี่ยวนาท่ีมีค่าความเหนี่ยวนาต่าเพราะแกนไมส่ ามารถช่วยเสริมค่าความเหนี่ยวนาได้ การจะทาใหค้ ่าความเหน่ียวนาเพ่ิมมากข้ึน ตอ้ งใชว้ ธิ ีพนั จานวนรอบของขดลวดมากข้ึน ลกั ษณะตวั เหน่ียวนาชนิดแกนอากาศ แสดงดงั รูปที่ 10.3(ก) รูปร่าง (ข) สญั ลกั ษณ์ รูปที่ 10.3 ตวั เหนี่ยวนาชนิดแกนอากาศ 10.2.2 ตัวเหนี่ยวนำชนิดแกนสำรเฟอร์โรแมกเนติก (Ferromagnetic Core Inductor) ตวั เหน่ียวนาชนิดแกนสารเฟอร์โรแมกเนติก เป็ นตวั เหนี่ยวนาท่ีพนั ขดลวดบนแกนหรือฐานรองทามาจากวสั ดุประเภทสารเฟอร์โรแมกเนติก สามารถเกิดอานาจแม่เหล็กข้ึนในตวั เองได้ และช่วยเสริมอานาจแม่เหล็กให้กาเนิดไดม้ ากข้ึน วสั ดุที่นิยมนามาใชผ้ ลิตทาแกน เช่น เฟอร์ไรต์ ผงเหล็กอดั ทอรอยด์ และเหล็กแผน่ บาง เป็ นตน้ ตวั เหน่ียวนาชนิดน้ีนาไปใชง้ านไดก้ บั ท้งั ความถ่ีต่าและความถ่ีสูง เป็ นตวั

เหนี่ยวนาชนิดท่ีผลิตให้มีค่าความเหน่ียวนาจานวนมากๆ ได้ ตวั เหนี่ยวนาชนิดแกนสารเฟอร์โรแมกเนติกแบ่งยอ่ ยออกไดห้ ลายชนิด ดงั น้ี 1. ตัวเหน่ียวนำแกนเฟอร์ไรต์ (Ferrite Core Inductor) เป็ นตัวเหนี่ยวนาท่ีใช้แกนรองขดลวดทามาจากวสั ดุประเภทเฟอร์ไรตอ์ ดั ข้ึนรูปในลกั ษณะต่างๆ ซ่ึงสารเฟอร์ไรตม์ ีส่วนผสมท่ีแตกต่างกนัไป โดยมีส่วนผสมหลกั เป็ นสนิมเหล็ก และผสมร่วมกบั สารอ่ืนๆ อีกหลายชนิด เช่น อะลูมิเนียม แมกนีเซียมนิกเกิล โคบอลต์ และสังกะสี เป็ นตน้ การใช้ส่วนผสมแตกต่างกนั มีผลต่อค่าความเหน่ียวนาที่ไดอ้ อกมามีค่ามากนอ้ ยแตกตา่ งกนั ขอ้ ดีของตวั เหน่ียวนาแกนเฟอร์ไรต์ คือสามารถสร้างให้แกนมีรูปร่างหลากหลายลกั ษณะแตกตา่ งกนั ไปตามความตอ้ งการ นาไปใชง้ านไดด้ ีท้งั ยา่ นความถี่ต่าและยา่ นความถ่ีสูง ถูกผลิตข้ึนมาใชง้ านมากมายหลากหลายรูปแบบ และถูกนาไปใชง้ านอยา่ งแพร่หลาย ลกั ษณะตวั เหนี่ยวนาแกนเฟอร์ไรต์ แสดงดงั รูปท่ี 10.4(ก) รูปร่าง (ข) สญั ลกั ษณ์ รูปท่ี 10.4 ตวั เหน่ียวนาแกนเฟอร์ไรต์ 2. ตัวเหน่ียวนำแกนผงเหล็กอัด (Iron Powder Core Inductor) เป็ นตวั เหน่ียวนาท่ีใช้แกนรองขดลวดทามาจากวสั ดุประเภทผงเหล็กชนิดอดั แน่น โดยนาผงเหล็กผสมกบั กาวอดั แน่นเป็ นรูปร่างตา่ งๆ ตามตอ้ งการ สามารถกาหนดรูปแบบไดอ้ ยา่ งหลากหลาย ขอ้ ดีของตวั เหนี่ยวนาแกนผงเหล็กอดั คือสามารถช่วยลดการสูญเสียการไหลของกระแสสัญญาณภายในขดลวดจากกระแสไหลวน (Eddy Current) ลงได้ ทาให้กระแสสัญญาณส่งผ่านตวั เหนี่ยวนาแกนผงเหล็กอดั ไดส้ ูงข้ึน เกิดการสูญเสียสัญญาณภายในตวั เหนี่ยวนาลดลง ใช้งานได้ดีในย่านความถี่สูงสามารถสร้างให้มีค่าความเหนี่ยวนาสูงข้ึนได้ แต่มีขนาดตวั เหน่ียวนาเล็กลง ลกั ษณะตวั เหนี่ยวนาแกนผงเหลก็ อดั แสดงดงั รูปท่ี 10.5

(ก) รูปร่าง (ข) สญั ลกั ษณ์ รูปท่ี 10.5 ตวั เหน่ียวนาแกนผงเหลก็ อดั 3. ตัวเหนี่ยวนำแกนทอรอยด์ (Toroidal Core Inductor) เป็ นตวั เหนี่ยวนาท่ีใช้แกนรองขดลวดทามาจากวสั ดุประเภทเฟอร์ไรต์ หรือทาจากผงเหล็กชนิดอดั แน่น โดยสร้างแกนข้ึนเป็ นวงกลมรูปวงแหวน นาขดลวดพนั โดยรอบแกนวงแหวน ขอ้ ดีของตวั เหน่ียวนาแกนทอรอยด์ คือเส้นแรงแม่เหล็กจะไม่แพร่กระจายออกไปภายนอกและสนามแมเ่ หล็กจากภายนอกก็ไม่เขา้ มารบกวน สามารถทาให้ตวั เหน่ียวนามีความเหน่ียวนาสูงข้ึน โดยมีขนาดตวั เหน่ียวนาเลก็ ลง และใชจ้ านวนรอบในการพนั ขดลวดนอ้ ยลง นิยมนาไปใชง้ านกบั ยา่ นความถี่สูง ที่ตอ้ งการค่าความเหน่ียวนาสูง และมีสนามแม่เหล็กรบกวนต่า ลกั ษณะตวั เหนี่ยวนาแกนทอรอยด์ แสดงดงัรูปท่ี 10.6(ก) รูปร่าง (ข) สญั ลกั ษณ์ รูปท่ี 10.6 ตวั เหนี่ยวนาแกนทอรอยด์

4. ตัวเหนี่ยวนำแกนเหลก็ แผ่นบำง (Laminated Iron Core Inductor) เป็ นตวั เหนี่ยวนาท่ีใช้แกนรองขดลวดทามาจากวสั ดุประเภทเหล็กรีดใหเ้ ป็ นแผน่ บาง (Lamination) ตดั ข้ึนรูปเหล็กแต่ละแผน่ เป็ นรูปร่างต่างๆ นามาวางซ้อนกนั เป็ นแกนรองขดลวด โดยท่ีเหล็กแผ่นบางแต่ละแผ่นถูกเคลือบฉนวนไว้เพื่อใหเ้ หลก็ แต่ละแผน่ ถูกแยกตวั ออกจากกนั ขอ้ ดีของตวั เหน่ียวนาแกนเหล็กแผน่ บาง คือช่วยลดการสูญเสียเน่ืองจากกระแสไหลวน ช่วยลดความร้อนจากการเหนี่ยวนา และช่วยทาใหค้ ่าความเหนี่ยวนาเพ่ิมมากข้ึน การใชง้ านนิยมนาไปใชง้ านในย่านความถี่ต่า และย่านความถ่ีเสียง (Audio Frequency ; AF) จึงมกั เรียกตัวเหนี่ยวนาชนิดน้ีว่า AF โช้กนาไปใช้งานได้หลายชนิด เช่น ใช้เป็ นตวั กรองสัญญาณไฟฟ้ า (Filter) ใช้ได้ท้งั แรงดันไฟสลับ และเป็ นแรงดนั ไฟตรง เป็นตน้ ลกั ษณะตวั เหน่ียวนาแกนเหล็กแผน่ บาง แสดงดงั รูปที่ 10.7(ก) รูปร่าง (ข) สญั ลกั ษณ์ รูปที่ 10.7 ตวั เหนี่ยวนาแกนเหลก็ แผน่ บาง 9.2.3 ตัวเหนี่ยวนำชนิดแกนปรับเปลย่ี นค่ำได้ (Variable Core Inductor) ตวั เหน่ียวนาชนิดแกนปรับเปล่ียนค่าได้ เป็ นตวั เหนี่ยวนาที่ขดลวดถูกพนั รอบฐานรองโดยถูกยึดติดคงที่ ฐานรองเป็ นฉนวนมีร่องเกลียวอย่ภู ายใน ตอนกลางของฐานรองขดลวดมีแกนเฟอร์ไรต์มีร่องเกลียวสัมผสั อยกู่ บั ตอนกลางของฐานรอง แกนเฟอร์ไรต์สามารถปรับเคล่ือนท่ี ได้ การปรับแกนเฟอร์ไรตเ์ ป็ นการปรับเปลี่ยนค่าความเหน่ียวนาของตวั เหน่ียวนาให้มากข้ึนหรือน้อยลงได้ตามตอ้ งการ นาไปใช้งานกับความถ่ีสูงยา่ นความถี่วทิ ยุ (RF) เช่น ในวงจรเคร่ืองรับวิทยุ วงจรเครื่องรับโทรทศั น์ และวงจรเครื่องรับส่งวทิ ยุเป็นตน้ ลกั ษณะตวั เหน่ียวนาชนิดแกนปรับ เปล่ียนคา่ ได้ แสดงดงั รูปท่ี 10.8

(ก) รูปร่าง (ข) สญั ลกั ษณ์ รูปที่ 10.8 ตวั เหน่ียวนาแกนปรับค่าได้10.3 ตวั เหน่ียวนำแบบหลำยขดตวั เหน่ียวนาแบบหลายขด เป็ นตวั เหน่ียวนา ท่ี


มีขดลวดพนั ไวใ้ ช้งานรวมกนั มากกว่าหน่ึงขดข้ึนไปการเหน่ียวนาท่ีเกิดข้ึนเป็ นการเหน่ียวนาแบบขา้ มขด มีข้วั ต่อขดลวดออกมาใชง้ านหลายข้วั เช่น 4 ข้วั 6 ข้วั และ8 ข้วั เป็ นตน้ ขดลวดท้งั หมดท่ีต่อออกมาใช้งานถูกแบ่งออกเป็ น 2 ด้าน คือ ด้านทางเข้าหรืออินพุต (Input) ใช้สาหรับป้ อนแรงดนั เขา้ หรือสัญญาณไฟฟ้ าเขา้ ขดลวด ถูกเรียกว่า ขดปฐมภูมิ (Primary) และดา้ นทางออกหรือ รูปที่ 10.9 การทางานเบ้ืองตน้ ของหมอ้ แปลงเอาตพ์ ุต (Output) ใชส้ าหรับป้ อนแรงดนั ออก หรือสัญญาณไฟฟ้ าออกจากขดลวด ถูกเรียกวา่ ขดทุติยภูมิ (Secondary) ตวั เหน่ียวนาแบบหลายขดน้ีมีชื่อเรียกว่าหมอ้ แปลง หรือทรานสฟอร์เมอร์ (Transformer) การทางานเบ้ืองตน้ ของหมอ้ แปลง แสดงดงั รูปท่ี 10.9การทางานของหมอ้ แปลง เมื่อมีแรงดนั ไฟสลบั ป้ อนเขา้ ท่ีขดปฐมภูมิ ทาใหเ้ กิดการยบุ ตวั และพองตวัของสนามแม่เหล็กทางขดปฐมภูมิ เกิดฟลักซ์แม่เหล็กว่ิงเคล่ือนที่รอบแกนรองขดลวด เหน่ียวนาสนามแม่เหล็กไปให้ขดทุติยภูมิ สนามแม่เหล็กตดั ผา่ นขดทุติยภูมิส่งผลใหเ้ กิดแรงเคลื่อน ไฟฟ้ าชกั นา (EMF)ข้ึนมา ค่าท่ีเกิดข้ึนน้ีคือแรงดนั ไฟสลบั ท่ีจา่ ยออกมาทางขดทุติยภมู ิ จ่ายเป็นแรงดนั ออกไปใชง้ านแรงดนั ไฟสลบั ที่ไดอ้ อกมาทางขดทุติยภูมิ ข้ึนอยู่กบั จานวนรอบของขดลวดที่พนั ไว้ พนั จานวนรอบขดลวดนอ้ ยไดแ้ รงดนั ไฟสลบั ออกมานอ้ ย พนั จานวนรอบขดลวดมากไดแ้ รงดนั ไฟสลบั ออกมามาก นาหลกั การน้ีไปใชแ้ ปลงแรงดนั ไฟสลบั ที่จ่ายออกมา ใหม้ ากข้ึนหรือนอ้ ยลงไดต้ ามตอ้ งการ ลกั ษณะหมอ้ แปลงแบบต่างๆ แสดงดงั รูปท่ี 10.10

รูปที่ 10.10 หมอ้ แปลงแบบต่างๆ หมอ้ แปลงท่ีผลิตมาใชง้ านมีมากมายหลายแบบ หลายชนิด และหลายลกั ษณะ ข้ึนอยกู่ บั งานที่ตอ้ งการนาหมอ้ แปลงไปใช้ ท้งั ค่าแรงดนั ท่ีตอ้ งการใช้ ค่าการจ่ายกระแสท่ีหมอ้ แปลงสามารถจ่ายออกมาได้ รวมถึงหนา้ ที่ในการทางานของหมอ้ แปลง ถา้ แบง่ หมอ้ แปลงออกตามลกั ษณะแกนที่ใชร้ องขดลวด แบ่งออกไดห้ ลายชนิด ดงั น้ี ชนิดแกนอากาศ ชนิดแกนเฟอร์ไรต์ ชนิดแกนเหล็กแผน่ บาง และชนิดแกนทอรอยด์ 10.3.1 หม้อแปลงชนิดแกนอำกำศ (Air Core Transformer) หมอ้ แปลงชนิดแกนอากาศ เป็ นหมอ้ แปลงชนิดท่ีพนั ขดลวดไวล้ อยๆ โดยไม่มีฐานรองหรือใชแ้ กนฐานรองขดลวดทามาจากวสั ดุท่ีเป็ นฉนวนไฟฟ้ า เช่น ไฟเบอร์ พลาสติก หรือคาร์บอน เป็ นตน้หมอ้ แปลงชนิดน้ีนิยมนาไปใชง้ านกบั ความถี่สูงยา่ นความถ่ีวิทยุ (RF) เพราะมีค่าความเหนี่ยวนาต่า แกนไม่สามารถช่วยเสริมค่าความเหนี่ยวนาได้ การจะเพ่ิมให้ค่าความเหนี่ยวนามากข้ึน ทาไดโ้ ดยใชว้ ธิ ีพนั จานวนรอบของขดลวดเพ่ิมข้ึน ลกั ษณะหมอ้ แปลงชนิดแกนอากาศ แสดงดงั รูปที่ 10.11


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

10.3.2 หม้อแปลงชนิดแกนเฟอร์ไรต์ (Ferrite Core Transformer) หมอ้ แปลงชนิดแกนเฟอร์ไรต์ เป็ นหมอ้ แปลงที่ใช้แกนรองขดลวดทามาจากวสั ดุประเภทเฟอร์ไรตอ์ ดั ข้ึนรูปลกั ษณะต่างๆ ท่ีมีส่วนผสมของเฟอร์ไรตแ์ ตกต่างกนั ไป แต่มีส่วนผสมหลกั เป็ นสนิมเหล็กและผสมร่วมกบั สารอื่นๆ เช่น อะลูมิเนียม โคบอลต์ แมกนีเซียม นิกเกิล และสังกะสี เป็ นตน้ ส่วนผสมท่ีใชแ้ ตกต่างกนั มีผลทาใหค้ ่าความเหน่ียวนาท่ีไดแ้ ตกต่างกนั นิยมนาไปใชง้ านในยา่ นความถี่สูง เช่น ภาครับความถ่ีวิทยุ (Tuner) ภาคกาเนิดความถ่ี (Oscillator ; Osc.) และภาคกาหนดความถี่ปานกลาง (IntermediateFrequency ; IF) เป็ นตน้ โดยทางานร่วมกบั อุปกรณ์อ่ืนๆ ลกั ษณะหมอ้ แปลงแกนเฟอร์ไรต์ แสดงดงั รูปที่10.12


(ก) รูปร่าง (ข) สญั ลกั ษณ์ รูปท่ี 10.12 หมอ้ แปลงแกนเฟอร์ไรต์10.3.3 หม้อแปลงชนิดแกนเหลก็ แผ่นบำง (Laminated Iron Core Transformer) หม้อแปลงชนิดแกนเหล็กแผ่นบาง เป็ นหม้อแปลงท่ีใช้แกนรองขดลวดทามาจากวสั ดุประเภทเหลก็ รีดใหเ้ ป็นแผน่ บาง ตดั ข้ึนรูปเหล็กแต่ละแผน่ เป็ นรูปตวั E และตวั I นามาวางซ้อนกนั เป็ นแกนรองขดลวด โดยท่ีเหล็กแผน่ บางแต่ละแผน่ ถูกเคลือบฉนวนไว้ ทาใหเ้ หล็กแต่ละแผน่ ถูกแยกตวั ออกจากกนัเพ่ือช่วยลดการสูญเสียเนื่องจากกระแสไหลวน ช่วยลดความร้อนจากการเหนี่ยวนา และช่วยทาให้ค่าความเหน่ียวนาเพิ่มมากข้ึน การใชง้ านนิยมนาไปใชง้ านในยา่ นความถ่ีต่า และยา่ นความถี่เสียง (AF) ใชง้ านไดท้ ้งัแรงดนั ไฟตรงและแรงดนั ไฟสลบั ลกั ษณะหมอ้ แปลงแกนเหลก็ แผน่ แสดงดงั รูปท่ี 10.13

(ก) รูปร่าง (ข) สญั ลกั ษณ์ รูปที่ 10.13 หมอ้ แปลงแกนเหลก็ แผน่ บาง10.3.4 หม้อแปลงชนิดแกนทอรอยด์ (Toroidal Core Transformer) หม้อแปลงชนิดแกนทอรอยด์ เป็ นหมอ้ แปลงที่ใช้แกนรองขดลวดทามาจากวสั ดุหลายประเภท เช่น เหล็กแผ่นบางเคลือบฉนวน ผงเหล็กชนิดอดั แน่น หรือเฟอร์ไรต์ โดยสร้างแกนข้ึนเป็ นรูปวงแหวน ขดลวดถูกพนั รอบแกนวงแหวนโดยรอบ ทาใหเ้ ส้นแรงแม่เหลก็ ท่ีเกิดข้ึนภายในขดลวดไม่แพร่กระจายออกไปภายนอก และสนามแม่เหล็กจากภายนอกก็ไม่เขา้ มารบกวน ทาให้หมอ้ แปลงชนิดน้ีมีค่าความเหน่ียวนาสูงข้ึน โดยสร้างขนาดหมอ้ แปลงไดเ้ ล็กลง และใชจ้ านวนรอบในการพนั ขดลวดนอ้ ยลง นิยมนาไปใชง้ านท้งัความถ่ีต่าและความถ่ีสูง ท่ีตอ้ งการค่าความเหน่ียวนาสูง 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 แปลงชนิดท่ีสามารถจ่ายแรงดนั จ่ายกระแส หรือจ่ายท้งั แรงดนั และกระแสออกมาใชง้ านไดม้ ากข้ึน ถูกนาไปใชง้ านอยา่ งแพร่หลาย ในหลายหนา้ ท่ีและหลายลกั ษณะการทางาน ท้งั งานในดา้ นอิเล็กทรอนิกส์ ดา้ นไฟฟ้ ากาลงั และดา้ นอุตสาหกรรม หมอ้ แปลงกาลงัที่ผลิตมาใชง้ าน มีต้งั แตท่ นกระแสไดต้ ่า ไปจนถึงทนกระแสไดส้ ูงๆ และจ่ายแรงดนั ออกมาไดห้ ลายค่าจากต่าไปถึงค่าสูง หมอ้ แปลงกาลงั มีหลายลกั ษณะ หลายคุณสมบตั ิ และหลายหน้าที่การทางาน แต่สิ่งที่เหมือนกนัของหมอ้ แปลงกาลงั คือจะตอ้ งสามารถจ่ายกาลงั ไฟฟ้ าออกมาในรูปแรงดนั และกระแสมีค่ามากหรือนอ้ ยได้ตามความตอ้ งการของภาระที่ตอ้ งการใชง้ าน ลกั ษณะหมอ้ แปลงกาลงั ชนิดต่างๆ แสดงดงั รูปที่ 10.15(ก) ใชง้ านระบบจ่ายกาลงั ไฟฟ้ า (ข) ใชง้ านไฟฟ้ าและอิเลก็ ทรอนิกส์ทวั่ ไป รูปท่ี 10.15 หมอ้ แปลงกาลงั ชนิดต่างๆ แกนรองขดลวดหมอ้ แปลงกาลงั นิยมใชช้ นิดเหล็กแผน่ บางเคลือบฉนวนซอ้ นทบั กนั ดว้ ยเหตุที่หมอ้แปลงกาลงั ขณะทางานใชก้ าลงั ไฟฟ้ าสูง ทาให้เกิดความร้อนสูงมาก จาเป็ นตอ้ งมีการระบายความร้อนที่ดีซ่ึงแผน่ เหล็กบางสามารถระบายความร้อนไดด้ ี และดว้ ยขนาดท่ีใหญ่ของหมอ้ แปลงกาลงั รวมท้งั รูปร่างของหมอ้ แปลงกาลงั ที่มีความแตกต่างกนั การใชเ้ หล็กแผน่ บางเคลือบฉนวนข้ึนรูปแกนรองขดลวดทาไดง้ ่ายรวมถึงสามารถสร้างให้มีระบบการระบายความร้อนท่ีแตกต่างกนั ได้ ช่วยใหเ้ กิดการสูญเสียกาลงั ไฟฟ้ าขณะทางานต่า เกิดประสิทธิภาพในการทางานเพิ่มมากข้ึน หมอ้ แปลงกาลงั ที่ผลิตมาใชง้ านมีดว้ ยกนั หลายรูปแบบหลายลกั ษณะ และหลายชนิด แบ่งออกตามคุณลกั ษณะของการพนั ขดลวดได้ดงั น้ี ชนิดลดแรงดนั (StepDown Voltage) ชนิดเพ่ิมแรงดนั (Step Up Voltage) ชนิดเพิ่ม – ลดแรงดนั (Step Up – Step Down Voltage)ชนิดออโต (Auto) และชนิดปรับเปล่ียนแรงดนั ได้ (Variable Voltage)

10.4.1 หม้อแปลงกำลงั ชนิดลดแรงดัน (Step Down Transformer) 220V หมอ้ แปลงกาลงั ชนิดลดแรงดนั เป็ นหมอ้ แปลง 60V ที่ทาหน้าท่ีลดแรงดนั ไฟสลบั ทางดา้ นขดทุติยภูมิ หรือ 24V ดา้ นส่งออกเอาตพ์ ุต ให้มีค่าแรงดนั ไฟสลบั นอ้ ยกว่าค่า 0V แรงดนั ไฟสลบั ที่ป้ อนเขา้ ทางด้านขดปฐมภูมิ รูปแบบ 24V การพนั ขดลวดในหมอ้ แปลงชนิดน้ี โดยพนั จานวนรอบ 60V ของขดลวดทางขดปฐมภูมิ มากกว่าการพนั จานวนรอบ ของขดลวดทางขดทุติยภูมิ สัญลกั ษณ์หมอ้ แปลงกาลงั 0V ชนิดลดแรงดนั แสดงดงั รูปที่ 10.16รูปท่ี 10.16 หมอ้ แปลงกาลงั ชนิดลดแรงดนั10.4.2 หม้อแปลงกำลงั ชนิดเพมิ่ แรงดนั (Step Up Transformer) 450V หมอ้ แปลงกาลงั ชนิดเพิ่มแรงดนั เป็ นหมอ้ แปลงที่220V 250V ทาหน้าท่ีเพิ่มแรงดนั ไฟสลับทางด้านขดทุติยภูมิ หรือ 0V ดา้ นส่งออกเอาตพ์ ุต ให้มีค่าแรงดนั ไฟสลบั มากกวา่ ค่า แรงดนั ไฟสลบั ที่ป้ อนเขา้ ทางดา้ นขดปฐมภูมิ รูปแบบ0V 250V การพนั ขดลวดในหมอ้ แปลงชนิดน้ี โดยพนั จานวนรอบ 450V ของขดลวดทางขดปฐมภูมิ น้อยกว่าการพนั จานวนรอบรูปท่ี 10.17 หมอ้ แปลงกาลงั ชนิดเพมิ่ แรงดนั ของขดลวดทางขดทุติยภูมิ สัญลกั ษณ์หมอ้ แปลงกาลงั ชนิดเพ่ิมแรงดนั แสดงดงั รูปที่ 10.1710.4.3 หม้อแปลงกำลงั ชนิดเพม่ิ – ลดแรงดัน (Step Up – Step Down Transformer) 450V หมอ้ แปลงกาลงั ชนิดเพิ่ม – ลดแรงดนั เป็ น หมอ้ แปลงที่มีจานวนรอบของขดลวดทางขดทุติยภูมิ 220V 0V มากกวา่ 1 ขด โดยแยกเป็ นขดเพิ่มแรงดนั และขดลด 450V แรงดนั ทาหนา้ ท่ีเพิม่ และลดแรงดนั ไฟสลบั ทาง ดา้ น 24V ขดทุติยภูมิที่จ่ายแรงดนั ออกเอาต์พุต ให้มีค่าแรงดนั 0V มากกว่าหรือน้อยกว่าค่าแรงดนั ที่ป้ อนเขา้ ทางขดปฐม ภูมิ การพนั ขดลวดในหม้อแปลงชนิดน้ี โดยแยก 0V 264VV จานวนขดลวดท่ีพนั ไวท้ างขดทุติยภูมิออกจากกนั เป็ น 0V แต่ละชุดไม่รวมกัน สัญลักษณ์หม้อแปลงกาลังชนิด เพิม่ – ลดแรงดนั แสดงดงั รูปที่ 10.18รูปท่ี 10.18 หมอ้ แปลงกาลงั ชนิดเพิม่ – ลด แรงดนั

10.4.4 หม้อแปลงกำลงั ชนิดออโต (Auto Transformer) หมอ้ แปลงกาลงั ชนิดออโต เป็ นหมอ้ แปลงท่ีมีลกั ษณะการพนั ขดลวดแตกต่างไปจากหมอ้แปลงกาลงั ชนิดอื่นท่ีกล่าวมา โดยการพนั ขดลวดท้งั ชุดในหมอ้ แปลงเป็ นขดเดียว จึงทาให้ขดปฐมภูมิและขดทุติยภูมิอยใู่ นขดเดียวกนั การจ่ายแรงดนั เขา้ และออกใชก้ ารแยกจุดต่อ (Taps) ขดลวดออกมาใชง้ านเป็ นจุดๆ ตามตอ้ งการ บนขดลวดเพยี งชุดเดียว จุดใดใชเ้ ป็นจุดจ่ายแรงดนั เขา้ เรียกวา่ ขดปฐมภูมิ และจุดใดเป็ นจุดจ่ายแรงดนั ออกเรียกวา่ ขดทุติยภมู ิ ลกั ษณะหมอ้ แปลงกาลงั ชนิดออโต แสดงดงั รูปที่ 10.19 380V 220V 110V 0V 0V(ก) รูปร่าง (ข) สญั ลกั ษณ์ รูปท่ี 10.19 หมอ้ แปลงกาลงั ชนิดออโต 10.4.5 หม้อแปลงกำลงั ชนิดปรับเปลย่ี นค่ำได้ (Variable Transformer) หมอ้ แปลงกาลงั ชนิดปรับเปลี่ยนค่าได้ หรืออาจเรียกว่า วาริแอก (Variac) เป็ นหมอ้ แปลงกาลงั ชนิดออโตนนั่ เอง คือการพนั ขดลวดท้งั ชุดท่ีใช้เป็ นขดปฐมภูมิและขดทุติยภูมิเป็ นขดเดียวกนั การจ่ายแรงดนั เขา้ จ่ายเขา้ ท่ีข้วั หัวทา้ ยของขดลวด และการจ่ายแรงดนั ออกใชข้ ้วั จ่ายร่วมกบั ข้วั จ่ายแรงดนั เขา้ หน่ึงข้วัอีกข้วั ของการจ่ายแรงดนั ออกใช้ข้วั แบบปรับเปลี่ยนค่าได้ สัมผสั กบั ขดลวดหมอ้ แปลงหมุนปรับเปลี่ยนเลือกค่าตามตอ้ งการ ปรับจา่ ยแรงดนั ออกมาบนชุดขดลวดขดเดียว ลกั ษณะหมอ้ แปลงออโต แสดงดงั รูปท่ี 10.20

220V
0V 0V (ก) รูปร่าง (ข) สญั ลกั ษณ์ รูปท่ี 10.20 หมอ้ แปลงกาลงั ชนิดปรับเปล่ียนค่าได้10.5 หน่วยควำมเหน่ียวนำ ตวั เหน่ียวนาท่ีผลิตข้ึนมาใชง้ านจะมีค่าความเหนี่ยวนาบอกกากบั ไว้ ค่าความเหนี่ยวนาน้ีเป็ นค่าที่แสดงถึงคุณสมบตั ิของตวั เหนี่ยวนา ต่อการตอบสนองต่อกระแสและแรงดนั ที่เกิดข้ึนภายในตวั เหนี่ยวนาโดยสามารถทาใหเ้ กิดแรงเคล่ือนไฟฟ้ าชกั นา (EMF) ข้ึนมาไดน้ อ้ ยหรือมากเพียงไร ค่าความเหนี่ยวนามีหน่วยมาตรฐานเป็ นเฮนรี (Henry ; H) ค่าความเหนี่ยวนา 1 เฮนรี (H) คือ ค่าที่จ่ายกระแสไหลเขา้ ไปในขดลวด 1แอมแปร์ (A) ไหลเปล่ียนแปลงในเวลา 1 วนิ าที (s) ทาใหเ้ กิดแรงเคล่ือนไฟฟ้ าเหน่ียวนาตา้ นกลบั (CounterElectro Motive Force) 1 โวลต์ (V) ตวั เหนี่ยวนาท่ีผลิตออกมาใชง้ าน มีหลายขนาดหลายค่าความเหน่ียวนา ต้งั แต่ค่าความเหนี่ยวนาต่าไปจนถึงความเหนี่ยวนาสูง ทาใหก้ ารใชห้ น่วยบอกค่าเป็ นเฮนรี (H) อยา่ งเดียว มีความไม่สะดวกในการใช้งาน จึงไดแ้ บ่งหน่วยบอกค่าความเหนี่ยวนาออกเป็ นหน่วยย่อยๆ เป็ น มิลลิเฮนรี (Millihenry ; mH) และหน่วยไมโครเฮนรี (Microhenry ; H) หน่วยใชง้ านท้งั หมด เขียนความสัมพนั ธ์กนั ออกมาไดด้ งั น้ี1 เฮนรี (H) = 1,000 มิลลิเฮนรี (mH) = 1  103 mH = 1,000,000 ไมโครเฮนรี (H) = 1  106 H1 มิลลิเฮนรี (mH) = 1,000 ไมโครเฮนรี (H) = 1  103 H = 1 เฮนรี (H) = 1  10-3 H 1,000 = 1  10-3 mH 1 = 1  10-6 H1 ไมโครเฮนรี (H) = 1,000 มิลลิเฮนรี (mH) = 1 เฮนรี (H) 1,000,000

ตวั อย่ำงท่ี 10.1 จงแปลงหน่วยค่าความเหน่ียวนาตอ่ ไปน้ีใหถ้ ู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 mHวธิ ี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 เหนี่ยวนามีผลทาใหค้ ่าความเหน่ียวนาแตกต่างกนั ไป แต่มีคุณสมบตั ิเหมือนกนั คือ เม่ือมีกระแสไหลผา่ นเส้นลวดตวั นา จะเกิดเส้นแรงแม่เหลก็ ข้ึนรอบเส้นลวดตวั นา ความเขม้ สนามแม่เหล็กไฟฟ้ าที่เกิดข้ึนในขดลวดข้ึนอยู่กับ จานวนรอบของการพนั เส้นลวด ตวั นาปริมาณการไหลของกระแส ขนาดของแกนท่ีใช้ทาแม่เหล็กไฟฟ้ า และชนิดของวสั ดุที่ใช้ทาแกนของแม่เหลก็ ไฟฟ้ า ตวั เหนี่ยวนาแบบขดเดียว เป็ นตวั เหนี่ยวนาท่ีมีขดลวดพนั ไวเ้ พียงขดเดียว ทางานโดยการเหนี่ยวนาตวั เอง โครงสร้างประกอบด้วยเส้นลวดทองแดงอาบน้ายาฉนวน พนั เป็ นขดลวดอยู่บนแกน การเรียกชื่อตวัเหนี่ยวนาประเภทน้ีเรี ยกช่ือตามแกนที่ทาเป็ นฐานรอง

ตวั เหน่ียวนาแบบหลายขด เป็ นตวั เหน่ียวนาที่มีขดลวดพนั ไวร้ วมกันมากกว่าหน่ึงขดข้ึนไป การเหนี่ยวนาที่เกิดข้ึนเป็ นการเหน่ียวนาแบบขา้ มขด ขดลวดแบ่งเป็ น 2 ส่วน คือ ส่วนทางเขา้ เรียกวา่ ขดปฐมภูมิและส่วนทางออกเรียกว่าขดทุติยภูมิ การส่งผ่านแรงดันออกมาท่ีขดทุติยภูมิต้องอาศัยการเหน่ียวนาสนามแม่เหล็กจากขดปฐมภูมิ ทาให้เกิดแรงเคล่ือนไฟฟ้ าเหน่ียวนา (EMF) ข้ึนมา เกิดเป็ นแรงดนั ข้ึนมา การเรียกช่ือหมอ้ แปลงเรียกตามชื่อแกนที่เป็ นฐานรองขดลวด เช่น แกนอากาศ แกนเฟอร์ไรต์ แกนเหล็กแผน่ บางและแกนทอรอยด์ เป็นตน้ หมอ้ แปลงกาลงั เป็นหมอ้ แปลงชนิดท่ีสามารถจ่ายแรงดนั และกระแสออกมาไดม้ ากข้ึน นาไปใชง้ านอยา่ งแพร่หลาย ท้งั งานในดา้ นอิเล็กทรอนิกส์ ดา้ นไฟฟ้ ากาลงั และดา้ นอุตสาหกรรม หมอ้ แปลงกาลงั มีหลายลกั ษณะ หลายคุณสมบตั ิ และหลายหน้าที่การทางาน แต่ส่ิงท่ีเหมือนกนั คือตอ้ งสามารถจ่ายแรงดนั และกระแสมีคา่ มากหรือนอ้ ยไดต้ ามความตอ้ งการของภาระ ตวั เหนี่ยวนาท่ีผลิตออกมาใชง้ าน มีหลายขนาดหลายค่าความเหนี่ยวนา แบ่งหน่วยบอกคา่ ใชง้ านเป็นเฮนรี (H) มิลลิเฮนรี (mH) และไมโครเฮนรี (H)