เรียนฟิสิกส์กับครูชิตชัย

          ตัวเหนี่ยวนำ(Inductor) หรือ คอยล์(Coil) เป็นอุปกรณ์ชิ้นส่วนทางอิเล็กทรอนิกส์ชนิดหนึ่ง ที่ประกอบอยู่ในวงจรเครื่องรับ-ส่งวิทยุ วงจรเครื่องรับโทรทัศน์ วงจรเลือกความถี่ และวงจรอื่นๆที่อาศัยหลักการเหนี่ยวนํา บางครั้งอาจเรียกตัวอินดัคเตอร์ว่า “คอยล์” หรือ “แอล” แทนก็ได้โดยลักษณะโครสร้างของอุปกรณ์ประเภทนี้ คือ การเอาลวดตัวนําทองแดงมาพันเป็นขดจํานวนหลายๆรอบบนแกนอากาศซึ่งขดลวดทองแดงนี้จะแสดงคุณสมบัติเป็นตัวเหนี่ยวนําทางไฟฟ้าได้ก็ต่อเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวมัน
การเหนี่ยวนําในตัวเอง
           เมื่อเราจ่ายกระแสไฟฟ้าให้ไหลเข้าไปในเส้นลวดตัวนําจะปรากฎว่ามีเส้นแรงแม่เหล็กเกิดขึ้นที่รอบๆเส้นลวดตัวนํา และมีทิศทางตามกฎมือซ้ายถ้าเรานําเอาลวดมาขดเป็นคอยล์เพื่อให้เกิดคุณสมบัติของตัวนําโดยต่อจากแหล่งจ่ายไฟ กระแสตรงแล้วใช้กฎมือซ้าย ซึ่งจะบอกให้เราทราบว่านิ้วหัวแม่มือซ้ายจะแสดง ทิศทางของสนามแม่เหล็กขั้วเหนือ ของขดลวดและจํานวนนิ้วที่เหลือทั้ง4 นิ้ว ที่กํารอบขดลวดจะเป็นทิศทางการไหลของกระแสอิเล็กตรอน
หน่วยของค่าความเหนี่ยวนํา
           หน่วยที่ใช้ในการวัดค่าความเหนี่ยวนําคือเฮนรี่ซึ่งได้ชื่อนักฟิสิกส์ชาวอเมริกาคือ ท่านโยเซฟ เฮนรี่ เป็นผู้ทําการ ทดลองเรื่องแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนําค่าความเหนี่ยวนํา1เฮนรี่ คือเมือมีกระแสไฟฟ้าไหลเข้าไปในขดลวดตัวนํา เปลี่ยนแปลง 1 แอมป์/วินาที ทําให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนํา 1 โวลท์
การเหนี่ยวนําระหว่างขดลวด 2 ขด
          เมื่อเรานําขดลวด2ขดมาวางไว้ใกล้กันแล้วจ่ายกระแสไฟฟ้าให้แก่ขดลวดตัวนําขดหนึ่งจะพบว่าเมื่อกระแส ไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงย่อมจะทําให้เส้นแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงและสามารถยุบตัวตัดกับขดลวดตัวนําอีกตัวหนึ่งที่วางอยู่ ใกล้ ได้ซึ่งจะทําให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนําตกคร่อมที่ขดลวดตัวนําทั้งสอง เรียกว่า เกิดการเหนี่ยวนําการต่อตัว เหนี่ยวนําแบบอันดับ ค่าอินดัคแตนซ์รวมของวงจรจะเท่ากัน ค่าอินดัคแตนซท์ของตัวเหนี่ยวนําแต่ละตัวรวมกันการต่อตัวเหนี่ยวนําแบบขนาน ค่าอินดัคแตนซ์รวมจะมีค่าน้อยเท่ากับตัวเหนี่ยวนําที่มีค่าอินดัคแตนซ์ที่น้อยที่สุดในวงจร

          หลักกการทำงานของ L คือ เมื่อได้รับแรงดันและกระแส จะเกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นรอบๆตัว L
ดังรูป

ความเข้มของสนามแม่เหล็ก จะขึ้นอยู่กับส่วนประกอบดังนี้

1. จำนวนรอบของการพันเส้นลวด พันจำนวนรอบมากเกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้ามาก พันจำนวนรอบน้อยเกิดสนามแม่เหล็กน้อย
2. ขนาดของแกนตัวนำที่นำมาใช้งาน
3. ชนิดของวัสดุที่นำมาใช้ทำแกนของแท่งแม่เหล็ก
4. ปริมาณของกระแสไฟฟ้าที่จ่ายให้กับเส้นลวดตัวนำ
   

ชนิดของตัวเหนี่ยวนำ

        สนามแม่เหล็กจะมีการยุบตัวและพองตัว ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าชักนำขึ้นแรงดันไฟฟ้าชักนำนี้จะเป็นตัวเสริมและหักล้างแรงดันที่ป้อนเข้ามา นำไปใช้ประโยชน์ได้เช่น ใช้ในการกำเนิดความถี่ กรองความถี่ และกำจัดสัญญาณรบกวน

1. ตัวเหนี่ยวนำ

          ประเภทที่มีขดลวดเพียงขดเดียว ซึ่งถูกเรียกว่าโช้ค หรือ คอยล์ โครงสร้างจะประกอบด้วยเส้นลวดทองแดงอาบน้ำยาฉนวน พันเป็นขดอยู่บนแกน โดยจะเรียกตัวเหนี่ยวนำตามแกนที่นำมาใช้ได้ดังนี้

1.1 ตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศ

1.2 ตัวเหนี่ยวนำแกนเหล็ก

1.3 ตัวเหนี่ยวนำแกนเฟอร์ไรต์

2. ทานส์ฟอร์เมอร์ (หม้อแปลง)

          เป็นขดลวดตัวนําตั้งแต่ 2 ขดขึ้นไปพันอยู่บนแกนเดียวกันโดยจะมีขดทาง ด้านอินพุทเรียกว่า ขดปฐมภูมิ และขดทางเอาร์พุทเรียกว่า ขดทุติยภูมิ การใช้งานของ ทรานส์ฟอร์เมอร์ จะใช้เป็นตัวเชื่อมตต่อระหว่างวงจร หรือใช้ในการเพิ่ม-ลด ระดับของ แรงเคลื่อนไฟฟ้า ซึ่งงเราสามารถแบ่งทรานส์ฟอร์เมอร์ตามชนิดของแกนได้ดังนี้
2.1 ทรานส์ฟอร์เมอร์ชนิดแกนเหล็ก จะใช้กับงานทางด้านความถี่ต่ํา

2.2 ทรานส์ฟอร์เมอร์ชนิดแกนผงเหล็กอัด หรือเฟอร์ไรท์ ส่วนมากจะใช้งานในวงจรขยายภาค ไอ.เอฟ

2.3 ทรานส์ฟอร์เมอร์ชนิดแกนอากาศ คือขดลวด 2 ขด พันอยู่บนฉนวนแกนอากาศซึ่งนําไปใช้งานในย่านควมถี่สูง

รูปแสดงการต่อแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าคร่อมเข้ากับขดลวด

          เป็นผลทําให้มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวด ซึ่ง กระแสไฟฟ้านี้จะทําให้เกิดสนามแม่เหล็ก และความเข้มของสนามแม่เหล็ก จะเพิ่มขึ้นจากค่าศูนย์ไปจนถึงค่าสูงสุด
          ในช่วงเวลาสั้นๆ โดยการขยายตัวของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า จะเริ่มจากส่วนกลางของลวดตัวนํา ซึ่งการขยายตัวของ เส้นแรงแม่เหล็กนี้จะเป็นการเคลื่อนที่ตัดกับตัวนําที่อยู่กับที่ ดังนั้น จึงส่งผลให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนําขึ้น (การ เหนี่ยวนําของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า) การที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านลวดตัวนําแล้วทําให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนําภายในนี้ เรียกว่า การเหนี่ยวนําภายใน (Self Inductance)
          ตัวเหนี่ยวนําเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีคุณสมบัตินําไฟฟ้ากระแสตรงแต่กั้นไฟฟ้ากระแสสลับเกิดจากโครงสร้างของตัวเหนี่ยนําเป็นขดลวดตัวนําพันรอบแกนที่ทําจากสารแต่ละชนิดจะทําให้ความเหนี่ยวนําไฟฟ้าของตัวเหนี่ยวนําเพิ่มขึ้นหรือลดลงเช่นแกนเหล็กอ่อนจะทําให้ความเหนี่ยวนําเพิ่มขึ้นจากแกนอากาศประมาณ800เท่าเป็นต้น ค่าความเหนี่ยวนําไฟฟ้าที่มากขึ้นจะทําให้สามารถสกัดกั้นไฟฟ้ากระแสสลับได้มาก

การจำแนกหม้อแปลงตามขนาดกำลังไฟฟ้ามีดังนี้

1.ขนาดเล็กจนถึง 1 VA เป็นหม้อแปลงที่ใช้กับการเชื่อมต่อระหว่างสัญญาณในงานอิเล็กทรอนิกส์

2.ขนาด 1-1000 VA เป็นหม้อแปลงที่ใช้กับงานด้านเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านขนาดเล็ก

3.ขนาด 1 kVA -1 MVA เป็นหม้อแปลงที่ใช้กับงานจำหน่ายไฟฟ้าในโรงงาน สำนักงาน ที่พักอาศัย

4.ขนาดใหญ่ตั้งแต่ 1 MVA ขึ้นไป เป็นหม้อแปลงที่ใช้กับงานระบบไฟฟ้ากำลัง ในสถานีไฟฟ้าย่อย การผลิตและจ่ายไฟฟ้า

นอกจากนี้หม้อแปลงยังสามารถจำแนกชนิดตามจำนวนรอบของขดลวดได้ดังนี้

5.หม้อแปลงแรงเคลื่อนไฟฟ้าเพิ่ม (Step-Up) ขดลวดทุติยภูมิจะมีจำนวนรอบมากกว่าขดลวดปฐมภูมิ

6.หม้อแปลงแรงเคลื่อนไฟฟ้าลง (Step-Down) ขดลวดทุติยภูมิจะมีจำนวนรอบน้อยกว่าปฐมภูมิ

7.หม้อแปลงที่มีแทปแยก (Tap) ทำให้มีขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าได้หลายระดับ

8.หม้อแปลงที่ใช้สำหรับแยกวงจรไฟฟ้าออกจากกัน(Isolating)ขดลวดทุติยภูมิจะมีจำนวนรอบเท่ากันกับขดลวดปฐมภูมิหรือมีแรงเคลื่อนไฟฟ้า เท่ากันทั้งสองด้าน

9.หม้อแปลงแบบปรับเลื่อนค่าได้ (Variable) ขดลวดทุติยภูมิและปฐมภูมิจะเป็นขดลวดขดเดียวกัน หรือเรียกว่าหม้อแปลงออโต ้(Autotransformer)ดูรูปที่15(ก)มักใช้กับการปรับขนาดแรงเคลื่อนไฟฟ้าให้กับวงจรไฟฟ้าตามต้องการ และสำหรับวาไรแอค(Variac)นั้นเป็นชื่อเรียกทางการค้าของหม้อแปลงออโต้ที่สามารถปรับค่าได้ด้วยการเลื่อนแทปขดลวด

10. หม้อแปลงกระแส(CurrentTransformer:CT)ถูกออกแบบมาให้ใช้งานร่วมกับเครื่องวัดกระแสไฟฟ้าหรืออุปกรณ์ไฟฟ้าบางอย่างที่ต้องต่อร่วมกันในวงจร เดียวกันแต่ต้องการกระแสไฟต่ำหม้อแปลงกระแสจะทำหน้าที่แปลงขนาดกระแสลงตามอัตราส่วนระหว่างปฐมภูมิต่อทุติยภูมิเช่น 300 : 5 หรือ 100 : 5 เป็นต้น สำหรับหม้อแปลงกระแส 300 : 5 หมายถึงหม้อแปลงจะจ่ายกระแสทุติยภูมิ 5 A หากได้รับกระแสปฐมภูมิ 300 A หม้อแปลงกระแสจะต้องมีโหลดต่อไว้กับ ทุติยภูมิเพื่อป้องกันทุติยภูมิเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าสูงในขณะที่ปฐมภูมิมีกระแสไฟฟ้าผ่าน และถ้าหม้อแปลงกระแสไม่ได้ใช้งาน ควรใช้สายไฟลัดวงจรหรือ ต่อวงจรไว้กับขั้วทุติยภูมิด้วย