สาระสำคัญ
ตัวเหนี่ยวนำ (Inductor) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการเหนี่ยวนำไฟฟ้า โดยอาศัยหลักการสนามแม่เหล็กตัดผ่านขดลวด จะทำให้เกิดการไหลของกระแสไฟฟ้าในขดลวด ซึ่งจะทำให้เกิดการเหนี่ยวนำขึ้น ตัวเหนี่ยวนำแบ่งออกเป็น 2 ชนิดคือ แบบค่าคงที่และแบบปรับค่าได้ ตัวเหนี่ยวนำเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า อินดักเตอร์หรือเรียกย่อ ๆ ว่าตัวแอล (L) หน่วยของการเหนี่ยวนำคือ เฮนรี่ (Henry)
จุดประสงค์เชิงพฤติกรรม
- อธิบายหลักการเบื้องต้นของตัวเหนี่ยวนำได้
- เขียนหน่วยของการเหนี่ยวนำได้
- แยกประเภทของตัวเหนี่ยวนำชนิดต่าง ๆ ได้
- ต่อตัวเหนี่ยวนำในวงจรแบบต่าง ๆ ได้
- ประยุกต์ใช้ในชีวิตประจำวันได้
หลักการเบื้องต้นของตัวเหนี่ยวนำ (Inductor)
ตัวเหนี่ยวนำ (Inductor) เป็นอุปกรณ์ที่นิยมใช้ในการปรับความถี่ของเครื่องรับวิทยุและ โทรทัศน์โดยอาศัยหลักการของลวดทองแดง นำมาขดหลาย ๆ รอบที่เรียกว่าคอย (Coil) แล้วจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าไป เพื่อให้แสดงคุณสมบัติของตัวเหนี่ยวนำ โครงสร้างประกอบด้วยขดลวด (Coil) พันรอบแกน (Core) ซึ่งแกนนี้อาจจะเป็นแกนอากาศ, แกนเหล็ก, หรือแกนเฟอร์ไรท์ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของการเหนี่ยวนำไฟฟ้า ตัวเหนี่ยวนำชนิดต่าง ๆ แสดงดังรูปที่ 4.1
สัญลักษณ์ของตัวเหนี่ยวนำเขียนได้หลายลักษณะขึ้นอยู่กับแกนที่ใช้ รูปที่ 4.2 ก. แสดงสัญลักษณ์ของตัวเหนี่ยวนำแบบแกนอากาศ มีลักษณะเป็นขดลวดและมีขาต่อใช้งานสองขา รูป ข. แสดงสัญลักษณ์ของตัวเหนี่ยวนำแบบที่ใช้แกนเหล็ก มีลักษณะเป็นขดลวดมีขาต่อใช้งาน และมีเส้นตรงอยู่ด้านบนขดลวด 2 เส้น รูป ค. แสดงสัญลักษณ์ของตัวเหนี่ยวนำแบบที่ใช้แกนเฟอร์ไรท์ มีลักษณะเป็นขดลวดมีขาต่อใช้งาน และมีเส้นประอยู่ด้านบนขดลวด 2 เส้น รูป ง. แสดงสัญลักษณ์ของตัวเหนี่ยวนำแบบปรับค่าได้ มีลักษณะคล้ายกับแบบที่ใช้แกนเฟอร์ไรท์ แต่ต่างกันตรงที่มีลูกศรพาดหมายถึงสามารถปรับค่าได้
จากการทดลองของไมเคิลฟาราเดย์ และเฮนรี่เฮริตสรุปว่า สนามแม่เหล็กเคลื่อนที่ตัดผ่านขดลวด ทำให้เกิดการเหนี่ยวนำแรงดันภายในขดลวด ถ้าต่อมิเตอร์แบบมีค่า 0 อยู่ตรงกลาง เข็มของมิเตอร์จะแสดงค่าเพิ่มขึ้นไปทางบวกหรือลดลงมาทางด้านลบ ขึ้นอยู่กับทิศทางของสนามแม่เหล็ก หรือในกรณีที่ใช้ตัวนำเคลื่อนที่ตัดผ่านสนามแม่เหล็ก ก็จะเกิดการเหนี่ยวนำแรงดัน ถ้าเคลื่อนที่ไปทางขวา เข็มมิเตอร์ก็จะเบี่ยงเบนไปทางด้านบวก แต่ถ้าเคลื่อนตัวนำไปทางด้านซ้าย เข็มมิเตอร์ก็จะเบี่ยงเบนกลับทิศทางไปยังด้านลบแสดงดังรูปที่ 4.3
ในกรณีที่เราปิดสวิตช์เพื่อจ่ายแรงเคลื่อนให้กับวงจรไฟฟ้าจะเกิดสนามแม่เหล็กในขดลวดขดแรก (Coil 1) มีผลทำให้เกิดการเหนี่ยวนำแรงดันมายังขดลวด 2 (Coil 2) เข็มของมิเตอร์จะแสดงค่าเพิ่มขึ้น แต่ในกรณีที่เปิดสวิตช์ทำให้วงจรต่อไม่ถึงกันจะมีผลทำให้เข็มของมิเตอร์แสดงค่าลดลงดังรูปที่ 4.4
หน่วยของการเหนี่ยวนำ
ตัวเหนี่ยวนำจะมีคุณสมบัติในการเหนี่ยวนำทางไฟฟ้าโดยเกิดขึ้นในรูปของสนามแม่เหล็ก ภายในตัวเหนี่ยวนำมีค่าที่เรียกว่า ค่าความเหนี่ยวนำ (Inductance) มีหน่วยเป็นเฮนรี่ (Henry) รายละเอียดต่าง ๆ สามารถแสดงค่าได้ดังนี้
การอ่านค่าความเหนี่ยวนำ
ค่าความเหนี่ยวนำ มักแสดงโดยการพิมพ์ค่าลงบนตัวเหนี่ยวนำ แสดงเป็นรหัสตัวเลข หรือแสดงเป็นแถบสีแบบตัวต้านทาน ส่วนค่าความผิดพลาดในกรณีการพิมพ์ค่าหรือใช้รหัสตัวเลขนั้นจะมีการพิมพ์เป็นตัวอักษร ดังนี้
กรณีพิมพ์ค่าบนตัวเหนี่ยวนำถ้าค่าความเหนี่ยวนำไม่เกิน 100 uH จะใช้ตัวเลข 3 ตัวและใช้ R แทนจุดทศนิยมดังนี้
กรณีพิมพ์ค่าบนตัวเหนี่ยวนำถ้าค่ามากกว่า 100 uH ขึ้นไป จะใช้ตัวเลข 4 ตัว โดยตัวที่ 1-3 ให้อ่านค่าตามตัวเลขที่พิมพ์ ส่วนตัวที่ 4 แสดงเลขยกกำลังหรือตัวเติมศูนย์ดังตัวอย่าง
กรณีแสดงเป็นรหัสตัวเลข จะใช้ตัวเลข 3 ตัวโดยตัวที่ 1-2 ให้อ่านค่าตามตัวเลขที่พิมพ์ ส่วนตัวที่ 3 แสดงเลขยกกำลังหรือตัวเติมศูนย์ดังตัวอย่าง
กรณีแสดงเป็นแถบสีแบบตัวต้านทาน อาจจะมีลักษณะเป็นแถบ 3 สี แถบ 4 สี หรือแสดงเป็นจุด อ่านค่าเป็นหน่วย uH แต่การอ่านค่ายังมีลักษณะ คล้ายกับการอ่านค่าแถบสีของตัวต้านทาน
กรณีที่ตัวเหนี่ยวนำเป็นแบบ 4 แถบสี แถบสีที่ 1 และ 2 จะเป็นตัวตั้ง แถบสีที่ 3 จะเป็นตัวคูณ และแถบสีที่ 4 จะแสดงเปอร์เซ็นต์ค่าผิดพลาด โดยที่สีทองแสดงค่าผิดพลาด บวกลบไม่เกิน 5 เปอร์เซ็นต์ สีเงินบวกลบไม่เกิน 10 เปอร์เซ็นต์
ปัจจัยที่มีผลต่อความเหนี่ยวนำ
ค่าความเหนี่ยวนำจะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับตัวแปร 4 ประการคือ
- จำนวนรอบของขดลวดเขียนแทนด้วยอักษร N ถ้าจำนวนรอบของขดลวดมีปริมาณมาก ก็จะทำให้เกิดค่าความเหนี่ยวนำมากขึ้นตามไปด้วย ค่าความเหนี่ยวนำจะแปรผันตรงกับจำนวนรอบของขดลวด
- วัสดุที่นำมาทำเป็นแกน เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ u วัสดุที่นำมาทำเป็นแกนมีหลายชนิดเช่น อากาศ, เหล็ก, เฟอร์ไรท์, โคบอล ฯลฯ เป็นต้น แต่ละชนิดจะมีคุณสมบัติในการเพิ่มความเข้มสนามแม่เหล็ก ที่เรียกว่าความซาบซึม (Permeability) แตกต่างกัน ในกรณีที่มีความซาบซึมมากก็จะทำให้เกิดค่าความเหนี่ยวนำมาก ค่าความเหนี่ยวนำจะแปรผันตรงกับความซาบซึมของแกน
- พื้นที่หน้าตัดของแกน เขียนแทนด้วยอักษร A ถ้าพื้นที่ของแกนมีปริมาณมาก ก็จะทำให้เกิดค่าความเหนี่ยวนำมากขึ้นตามไปด้วย ค่าความเหนี่ยวนำจะแปรผันตรงกับพื้นที่ของแกน
- ความยาวของแกน เขียนแทนด้วยอักษร l ถ้าความยาวของแกนมีปริมาณมาก ก็จะทำให้เกิดค่าความเหนี่ยวนำน้อย ค่าความเหนี่ยวนำจะแปรผกผันกับความยาวของแกน
จากปัจจัยทั้ง 4 ประการจึงสามารถหาสัมพันธ์ของค่าความเหนี่ยวนำได้จากสมการ
ชนิดของตัวเหนี่ยวนำ
ตัวเหนี่ยวนำที่ผลิตออกมาในปัจจุบันมีหลายแบบหลายขนาด วัสดุที่ใช้ทำแกนที่นิยมก็คือ แกนอากาศ ,แกนเหล็ก และแกนเฟอร์ไรท์ เราสามารถแบ่งตัวเหนี่ยวนำได้ 2 ประเภทใหญ่ ๆ คือ ตัวเหนี่ยวนำแบบค่าคงที่ (Fixed Inductors) และตัวเหนี่ยวนำแบบปรับค่าได้ (Variable Inductors)
ตัวเหนี่ยวนำแบบค่าคงที่ (Fixed Inductors)
ตัวเหนี่ยวนำแบบค่าคงที่ (Fixed Inductors) คือตัวเหนี่ยวนำที่ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงค่าได้ โดยปกติตัวเหนี่ยวนำประเภทนี้ ทำมาจากขดลวดทองแดง แกนที่ใช้พันขดลวดจะมีปลายลวดยื่นออกมาทั้งสองข้าง รูปร่างโดยทั่วไปจะเป็นแกนยาวแบบทรงกระบอก มีชื่อเรียกแตกต่าง กันเช่น โซลินอยด์, เซอร์เฟสเมาส์, โช๊ค, ทอร์รอยด์ และแบบแถบสี ฯลฯ เป็นต้น
ตัวเหนี่ยวนำแบบปรับค่าได้ (Variable Inductors)
ตัวเหนี่ยวนำแบบปรับค่าได้ (Variable Inductors) นิยมใช้ในเครื่องรับวิทยุ ค่าการเหนี่ยวนำจะเปลี่ยนแปลงไปตามการเคลื่อนที่ของแกนหมุน ที่สามารถปรับสกรูเลื่อนตำแหน่งของขดลวดให้เข้าหรือออก เพื่อเปลี่ยนค่าของความเหนี่ยวนำ ถ้าแกนเคลื่อนที่ออกมานอกสุด ค่าความเหนี่ยวนำจะมีค่าต่ำ แต่ถ้าหมุนสกรูให้แกนเคลื่อนที่เข้าไปในขดลวดมาก จะทำให้ค่าความเหนี่ยวนำมากขึ้นตามไปด้วย ในการปรับควรใช้เครื่องมือที่ทำด้วยพลาสติก หรืออุปกรณ์จำพวกที่ไม่ใช่โลหะ เนื่องจากวัสดุที่ทำมาจากโลหะจะไปรบกวนการเกิดสนามแม่เหล็ก และมีผลต่อค่าความความเหนี่ยวนำได้
การต่อวงจรใช้งาน
การต่อวงจรตัวเหนี่ยวนำมีอยู่ 3 แบบคือ วงจรอนุกรม, วงจรขนาน และวงจรผสม มีลักษณะและรายละเอียดคล้ายกับการต่อตัวต้านทาน เพราะฉะนั้นผู้เรียนจะต้องศึกษาและทำความเข้าใจการต่อทั้ง 3 แบบ ดังนี้
- วงจรอนุกรม
การต่อวงจรอนุกรม คือการนำเอาตัวเหนี่ยวนำตั้งแต่ 2ตัวขึ้นไปมาต่ออนุกรมหรืออันดับ การต่อลักษณะนี้เป็นการเพิ่มความยาว ให้กับขดลวด มีผลทำให้ค่าความเหนี่ยวนำรวมเพิ่มขึ้น ค่าความเหนี่ยวนำรวมหาได้จากสูตร
2. วงจรขนาน
การต่อวงจรขนาน คือการนำเอาตัวเหนี่ยวนำตั้งแต่ 2 ตัวขึ้นไปมาต่อขนานกัน ค่าความเหนี่ยวนำรวมทั้งหมด จะมีค่าน้อยกว่าค่าความเหนี่ยวนำของตัวเหนี่ยวนำที่มีค่าน้อยที่สุดที่ต่ออยู่ในวงจร ค่าความเหนี่ยวนำรวมหาได้จากสูตร
3. วงจรผสม
การต่อวงจรผสม คือการนำเอาตัวเหนี่ยวนำมาต่ออนุกรมและขนานกัน ค่าความเหนี่ยวนำรวมทั้งหมด จะต้องมีการวิเคราะห์ว่าต่อกันในลักษณะใด การคำนวณค่าจะใช้วิธีเดียวกับการต่อวงจรผสมของตัวต้านทาน
การตรวจสอบตัวเหนี่ยวนำ
การตรวจสอบตัวเหนี่ยวนำว่ามีสภาพดีหรือชำรุด สามารถตรวจสอบได้โดยใช้มัลติมิเตอร์ตั้งย่านวัดโอห์ม แล้วใช้สายวัดต่อกับขาของตัวเหนี่ยวนำทั้งสองด้าน ผลที่เกิดขึ้นมี 3 กรณีคือ
1. กรณีที่เข็มของมิเตอร์ไม่ขึ้นหรืออยู่ในตำแหน่งของอินฟินิตี้ แสดงว่าตัวเหนี่ยวนำขาด
2. กรณีที่เข็มของมิเตอร์เบี่ยงเบนจนเข้าใกล้ 0 หรือเป็น 0 แสดงว่าตัวเหนี่ยวนำช็อต
3. กรณีเข็มของมิเตอร์เบี่ยงเบนให้เห็นค่าความต้านทาน แสดงว่าเป็นตัวเหนี่ยวนำที่ดี สามารถนำไปใช้งานได้
การประยุกต์ใช้ในงานต่าง ๆ
เราสามารถนำตัวเหนี่ยวนำไปประยุกต์ใช้ในงานต่าง ๆ เพื่อประโยชน์ในการใช้งานทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ดังตัวอย่างต่อไปนี้
1.ใช้ในการป้องกันความถี่วิทยุเข้ามารบกวนแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง ที่เรียกว่า อาร์เอฟโช้ค (RF Choke :Radio Frequency Choke) ซึ่งหมายถึงตัวเหนี่ยวนำที่ใช้ป้องกันสัญญาณความถี่วิทยุไม่ให้ผ่านไป ในขณะเดียวกันก็ปล่อยให้สัญญาณกระแสตรง และสัญญาณความถี่ต่ำเช่นสัญญาณเสียงผ่านไปได้ อาร์เอฟโช้คมีรูปร่างและชื่อเรียกต่าง ๆกันดังรูป
2. ใช้ในงานรับความถี่วิทยุในวิทยุแบบ AM ในลักษณะของคอยล์อากาศ (Antenna Coil) และคอยล์ออสซิลเลเตอร์ (Oscillator Coil)
3.ทำเป็นขดลวดโซลินอยด์ สำหรับโซลินอยด์ที่แรงดึงไม่มากนัก นิยมทำเป็นกลอน ล็อกประตู ชูป้ายโฆษณาแบบเปลี่ยนข้อความได้ และใช้กับกลไกของเล่นอิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ เช่น หุ่นยนต์ รถเด็กเล่น กลไกอินเตอร์ล็อกของเครื่องหยอดเหรียญต่าง ฯลฯ เป็นต้น
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น