บทที่ 7 ไฟฟ้ากระแสสลับและการนำไปใช้งาน

ไฟฟ้ากระแสสลับความถี่และคาบเวลา

ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Current)

          ไฟฟ้ากระแสสลับ คือ ไฟฟ้าที่ลักษณะการไหลของกระแสไฟฟ้าที่เปลี่ยนทิศทางตลอดเวลา คือ ขณะหนึ่งมีค่าเป็น 0 แล้วจะเพิ่มขึ้นมีค่าสูงสุดในทิศทางบวกแล้วลดลงเป็น 0 ต่อจากนั้นก็จะมีค่าเพิ่มขึ้นอีกจนถึงค่าสูงสุด และทิศทางลบแล้วจะลดลงเป็น 0 อีก จะสลับกันไปตลอดเวลา ถ้าไฟฟ้ากระแสสลับมีความถี่คงที่ กระแสไฟฟ้าที่จะไหลก็จะเปลี่ยนทิศทางคงที่ตามไฟด้วย

          การสร้างไฟฟ้ากระแสสลับ

            เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับมีลักษณะการทำงาน  คือ  จะทำการเปลี่ยนพลังงานกลให้เป็นพลังงานไฟฟ้า  ซึ่งเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับนี้  สามารถที่จะผลิตแรงดันไฟฟ้า  AC  ได้โดยใช้หลักการของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นขบวนการของการเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าในลวดตัวนำ โดยลวดตัวนำจะเคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็ก

            กฎมือซ้ายสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า สามารถถูกใช้ในการหาทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำที่เคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็ก  เมื่อนิ้วหัวแม่มือจะแทนทิศทางการเคลื่อนที่ของลวดตัวนำ  นิ้วชี้แทนทิศทางของการแนวฟลักซ์แม่เหล็กจากเหนือไปใต้ และนิ้วกลางจะแทนทิศทางของกระแสที่ไหลในลวดตัวนำ สำหรับค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดจะถูกเหนี่ยวนำเมื่อแนวการเคลื่อนที่ของลวดตัวนำตั้งฉากกับแนวของฟลักซ์ และเมื่อแนวการเคลื่อนที่ของลวดตัวนำไปอยู่ในแนวขนานกับแนวของฟลักซ์ จะทำให้ไม่มีแรงดันไฟฟ้าเกิดขึ้น  จากรูปที่  1  แสดงลงลวดตัวนำที่หมุนผ่านสนามแม่เหล็ก โดยที่ในตำแหน่ง  A  แนวการเคลื่อนที่ของวงลวดตัวนำจะขนานกับแนวของเส้นแรงแม่เหล็กซึ่งในสภาวะนี้จะไม่มีแรงดันไฟฟ้าถูกเหนี่ยวนำขึ้นในวงลวดตัวนำเลย และเมื่อวงลวดตัวนำถูกหมุนมาอยู่ในตำแหน่ง B จะทำให้มันตัดกับแนวเส้นแรงแม่เหล็กขึ้น และแรงดันไฟฟ้าถูกเหนี่ยวขึ้นสูงที่สุดเมื่อแนวทิศทางการเคลื่อนที่ของวงลวดตัวนำที่มุมฉากกับแนวเส้นแรงแม่เหล็ก  และเมื่อวงลวดตัวนำหมุนต่อไปจนถึงตำแหน่ง  C  ซึ่งมันจะตัดผ่านแนวเส้นแรงแม่เหล็กเพียง  2-3 เส้น  ทำให้แรงดันไฟฟ้าถูกเหนี่ยวนำลดลง จาการเคลื่อนที่ของวงลวดตัวนำจากตำแหน่ง  A – C  จะกล่าวได้ว่า ขดลวดตัวนำหมุนไป  180  องศา  และเมื่อวงลวดตัวนำหมุนต่อไปจนถึงตำแหน่ง  D  จะส่งผลให้เกิดการสลับของทิศทางของการไหลของกระแส และแรงดันไฟฟ้าจะถูกเหนี่ยวนำขึ้นสูงสุดอีกครั้งหนึ่ง เมื่อแนวการเคลื่อนที่ของวงลวดตัวนำตั้งฉากกับแนวเส้นแรงแม่เหล็กและวงลวดตัวนำจะเคลื่อนที่กลับไปอยู่ในตำแหน่งเริ่มต้นที่  E  ซึ่งแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะกลับไปสู่  O 

            การสลับ  คือใน  1  ไซเคิล จะมีการเปลี่ยนแปลงที่เหมือนกัน

            ในแต่ละครั้งที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับเคลื่อนที่ครบ  1  รอบ  จะกล่าวได้ว่า  “เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับทำงานได้ 1 ไซเคิล” และแรงดันไฟฟ้าที่ผลิตได้ก็จะเรียกว่าแรงดันไฟฟ้า 1 ไซเคิลเช่นกัน และในทำนองเดียวกันเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับก็จะผลิตกระแสไฟฟ้าในวงจรที่สมบูรณ์แบบออกมา 1 ไซเคิลเช่นกัน และสำหรับการเปลี่ยนแปลงของทั้งสองซีกของไซเคิลนี้เรียกว่า  การสลับ (Alternation)  สำหรับวงลวดตัวนำที่หมุนนี้เรียกว่า อาร์เมเจอร์ (Armature)  และแรงดันไฟฟ้า  AC  นั้นจะถูกเหนี่ยวนำในอาร์เมเจอร์  และเคลื่อนที่จากตอนปลายของวงลวดตัวนำผ่านหน้าสัมผัสที่เคลื่อนที่ได้ซึ่งติดอยู่ตรงปลายของอาร์เมอเจอร์  วงแหวน  2 วงจะถูกเรียกว่า  สลิปริง  ซี่งจะถูกยึดติดกับตอนปลายของวงลวดตัวนำและแปรงถ่าน  จะเป็นส่วนที่รับแรงดันไฟฟ้า  AC จาก สปริง  และสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับที่อธิบายมานี้จะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้า  AC ที่ค่าต่ำ ๆ ดังนั้นเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับจะต้องมีจำนวนของวงลวดตัวนำเพิ่มขึ้น  จึงจะทำให้แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำสูงขึ้น

            สำหรับรูปคลื่นที่ถูกผลิตโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับจะถูกเรียกว่า  รูปคลื่นซายน์หรือคลื่นรูปซายน์  (Sinusoidal waveform หรือ Sine wave) สำหรับคลื่นรูปซายน์เป็นคลื่นพื้นฐานที่นิยมใช้มากที่สุดในบรรดาคลื่นกระแสสลับทั้งหมด  มันสามารถผลิตได้ทั้งวิธีทางกลและทางไฟฟ้า คลื่นรูปซายน์ถูกแจกแจงด้วยฟังก์ชันซายน์ในตรีโกณมิติ  ซึ่งคลื่นรูปซายน์จะเปลี่ยนแปลงจาก  0  ไปจนถึงค่าสูงสุดของฟังก์ชันซายน์ โดยทั้งแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าจะอยู่ในรูปซายน์

            ค่าใช้งาน  (Effective value) ของไฟฟ้ากระแสสลับ คือ จำนวนที่คำนวณจากองศาของความร้อนที่ให้โดยตัวต้านทานซึ่งจะเปรียบเทียบเสมือนกับจำนวนของไฟฟ้ากระแสตรง

            ค่าที่ใช้งานสามารถหาได้โดยวิธีทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่ารูทมีนสแคว  (root – mean – square process)  ดังนั้นค่าใช้งานจะเป็นค่าเดียวกับค่า  rms จากการที่ใช้ขั้นตอนของ  rms  จะได้ว่าค่าใช้งานของคลื่นซายน์จะเท่ากับ  0.707  เท่าของค่ายอด  เมื่อแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้า AC ที่ให้มาไม่มีข้อกำกับมาจะถือว่าเป็นค่าที่ใช้งาน และมิเตอร์ส่วนมากจะถูกปรับแต่งให้แสดงแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าออกมาเป็นค่าที่ใช้งานหรือ  rms

            คาบ  (Period)  คือเวลาที่ต้องการสำหรับการสร้างคลื่นซายน์  1  ไซเคิล  ซึ่งมีหน่วยการวัดเป็นวินาที  (Second, s)  และใช้สัญลักษณ์แทนด้วยตัว T

            จำนวนของไซเคิลที่ปรากฏในคาบเวลาหนึ่ง ๆ ถูกเรียกว่า  ความถี่  (frequency,  f)  ซึ่งความถี่ของคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับรูปซายน์จะถูกแสดงในรูปของไซเคิลต่อวินาที  และหน่วยของความถี่คือ  เฮิรตช์  (Hertz, Hz)  เพราะฉะนั้น  1 เฮิรตช์จะเท่ากับ  1  ไซเคิลต่อวินาที

            คาบของคลื่นรูปซายน์จะเป็นส่วนกลับของความถี่  ดังนั้นความถี่ยิ่งสูงคาบเวลาก็จะยิ่งต่ำซึ่งความสัมพันธ์ระหว่างคาบกับความถี่

คาบเวลาและความถี่ (Period and Frequency)

V

คาบเวลา (Period) หมายถึง เวลาที่รูปคลื่อนไซน์เกิดการเปลี่ยนแปลงจากจุดเริ่มต้นคือมีค่าเท่ากับศูนย์จนถึงจุดสิ้นสุดของการเปลี่ยนแปลงสัญญาณ ก่อนที่จะเริ่มต้นเปลี่ยนแปลงสัญญาณใหม่หรืออาจเรียกได้ว่าเป็นเวลาของการเปลี่ยนแปปลงสัญญษณใน 1 รอบ (ไซเกิล) คาบเวลาใช้อักษร T แทนซึ่งจะเห็นได้จากรูป

 

 

 

 

 

 

รูป 7.1 คาบเวลา

ความถี่ (Frequency) หมายถึง ความถี่ของแรงเคลื่อนไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้า ซึ่งเกิดการเปลี่ยนแปลงเป็นจำนวนรอบต่อหน่วยเวลา หรือจำนวนไซเกิลต่อวินาที ความถี่จะมีความสัมพันธ์กับจำนวนขั้วแม่เหล็กและความเร็วรอบ ความถี่มีหน่วยเป็นไซเกิลต่อวินาที หรือเฮิรตซ์ (Hertz ; Hz)

                                                1      ไซเกิล/วินาที        =          1 Hz

                        ถ้าให้                f     =     ความถี่ หน่วยเป็นไซเกิล/วินาที หรือ Hz

                                                T    =    คาบเวลา หน่วยเป็นวินาที

 

 

 

 

 

 

 

 

 

รูป 7.2 รูปเคลื่อนความถี่

จากรูป 7.2

                        1 / 4 วินาที มีความถี่     =          15  ไซเกิล

                        1      วินาที มีความถี่     =          15 ´ 4

                                                f           =          60  ไซเกิล

                        จะได้สูตร         T          =          1/f    วินาที

                                                f           =          1/T   Hz

                        ถ้าให้                P          =          จำนวนคู่ของขั้วแม่เหล็ก (Pair of Pole)

                                                N         =          ความเร็วรอบ    หน่วยเป็น   รอบ / นาที

                        จะได้                f           =          PN/60    Hz

 

            องศาทางกล (Machanical Degree)หมายถึง มุมองศาของขดลวดที่เคลื่อนที่ตัดกับเส้นแรงแม่เหล็กของเครื่องกำเหนิดไฟฟ้าซึ่งหมุนไป 1 รอบ จะทำมุม  360 องศา  ดังนั้น  360  องศานี้  เรียกว่า องศากล  เขียนย่อเป็น 360° M

            องศาทางไฟฟ้า (Electrical Degree)หมายถึง จำนวนองศาของรูปคลื่นไซน์ใน 1 ไซเกิลของไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งใน 1 ไซเกิล มีมุมกำกับอยู่ 360 องศา ถ้า 2 ไซเกิล มีมุม 360 ´ 2 = 720 องศา

องศานี้เรียก องศาทางไฟฟ้า ซึ่งถือเอา 1 ไซเกิล  มี 360  องศาไฟฟ้าเป็นหลัก

            องศาไฟฟ้าจะเปลี่ยนแปลงไปตามองศาทางกลและจำนวนคู่ของขั้วแม่เหล็ก

                        องศาทางไฟฟ้า =     องศาทางกล ´  จำนวนคู่ของขั้วแม่เหล็ก

                        จำนวนไซเกิล   =          องศาทางไฟฟ้า

                                                                  360°

 

            ความเร็วเชิงมุม (Angular  Velocity ) คือจำนวนองศา (มุม) ที่รัศมีของวงกลมหมุนผ่านไปต่อวินาที ใช้สัญลักษณ์ “ w “ (โอเมก้า ) หน่วยเป็น เรเดียนต่อวินาที

            ความถี่ 1 รอบ/วินาที จะได้มุมเท่ากับ                2p       เรเดียน

            ความถี่ 1 รอบ/วินาที ได้ความเร็วเชิงมุมเท่ากับ  2p       เรเดียน/วินาที

            ความถี่ f รอบ/วินาที ได้ความเร็วเชิงมุมเท่ากับ   2pf      เรเดียน/วินาที

            ถ้าไฟฟ้ากระแสสลับเปลี่ยนแปลงจาก 0 องศา เป็นมุม q ใช้เวลา t วินาที

                                                ดังนั้น  q   =   wt ,  เมื่อ w   =   2pf

            จากสมการรูปคลื่นไซน์ จะได้สูตรแรงเคลื่อนไฟฟ้าชั่วขณะในขณะหนึ่งดังนี้

                                    V          =          V_max  sin  q

            หรือ                 V          =          V_max  sin  wt

 

หมายเหตุ: 1 ไซเกิล (Cycle) คือการเปลี่ยนแปลงของแรงเคลื่อนไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้าของไฟฟ้ากระแสสลับใน 360 องศา ซึ่งจะเกิดการเปลี่ยนแปลงจาก 0 แล้วเพิ่มสูงสุดทางบวก แล้วลดลงต่ำสุดที่ 0 แล้วจะเพิ่มสูงสุดทางลบอีกครั้ง แล้วต่ำสุดที่ 0 อีก ครบ 360 องศาพอดี

 

หม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นเครื่องกลไฟฟ้าชนิดหนึ่ง ที่ทำหน้าที่แปลงระดับแรงดัน ไฟฟ้าจากระดับแรงดันหนึ่งเป็นอีกระดับแรงดันหนึ่ง ใช้กันมากในระบบส่งจ่ายไฟฟ้า เช่น ใช้แปลงแรงดันไฟฟ้าขึ้น Step – up จากโรงจักรไฟฟ้า Power Plant ให้เป็นไฟฟ้าแรงสูงเพื่อส่งมาตามสายส่งไฟฟ้า และเมื่อมาถึงชุมชนก็มีการแปลงแรงดันไฟฟ้าลง Step – down ให้มีระดับแรงดันต่ำ 220 โวลต์ เพื่อใช้ในบ้านพักอาศัยหรือในเมือง ดังแสดงในรูปที่ 7.3 โรงจักรไฟฟ้าทำหน้าที่ผลิตไฟฟ้าแรงดัน 2,300 โวลต์ ส่งให้กับหม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูง Transformer, A แปลงแรงดันจาก 2,300 โวลต์ เป็น 230,000 โวลต์ ส่งไปตามสายส่งไฟฟ้า และนำมาลดแรงดันไฟฟ้าลงโดยสถานีไฟฟ้าย่อย Substation จากแรงดันไฟฟ้าแรงสูง 230,000 โวลต์ ให้ลดลงเป็น 2,300 โวลต์ เมื่อระบบไฟฟ้าถูกส่งจ่ายภายในเมือง และเมื่อต้องการจ่ายให้กับผู้ใช้ไฟฟ้าในระบบ 220 โวลต์ หรือ 220 / 380 โวลต์ จะต้องใช้หม้อแปลงลดแรงดัน  Transformer, A ดังรูปที่ 7.3

รูป 7.3 แสดงการใช้หม้อแปลงไฟฟ้าในระบบส่งจ่ายไฟฟ้า

โครงสร้างของหม้อแปลงไฟฟ้า

            หม้อแปลงไฟฟ้าจะประกอบด้วยโครงสร้างที่สำคัญ 2 ส่วน คือ ขดลวด Winding  และ แกนเหล็ก Core ขดลวดจะมีสองขดหรือมากกว่าขึ้นอยู่กับชนิดของหม้อแปลงไฟฟ้า ขดที่หนึ่ง คือ ขดลวดรับไฟฟ้าหรือขดลวดปฐมภูมิ Primary Coil ขดลวดที่สอง คือ ขดลวดจ่ายไฟหรือขดลวดทุติยภูมิ Secondary Coil ดังแสดงในรูปที่ 2 b แกนเหล็กของหม้อแปลงไฟฟ้าจะมีแกนเหล็กที่ทำมาจากแผ่นเหล็กบาง ๆ อัดซ้อนกันเป็นแท่ง Laminated Metal Core ดังรูปที่ 7.4 a ลักษณะภายนอกของหม้อแปลงไฟฟ้าในระบบส่งจ่ายไฟฟ้า 1 เฟสที่พบได้ทั่วๆ ไป แสดงในรูป 3 a และลักษณะของหม้อแปลงไฟฟ้าในระบบส่งจ่ายไฟฟ้า 3 เฟส แสดงในรูป 7.5 b

                                    (a)                                                        (b)

รูป 7.4 แสดงโครงสร้างภายในของหม้อแปลงไฟฟ้า

                         

a. หม้อแปลงไฟฟ้า 1 เฟส                     b. หม้อแปลงไฟฟ้า 3 เฟส         c. หม้อแปลงขนาด 100-200VA

                                           

d. PCB Mounting         e. Sub-Miniature ขนาด 1-2 VA       f. หม้อแปลงทรอยด์ ขนาด 30-530 VA

 

                                 

g. Auto Transformer                                       h. Ferrite Core

รูป 7.5 แสดงลักษณะภายนอกของหม้อแปลงไฟฟ้าชนิดต่างๆ ทั้งขนาดใหญ่ a., b. และขนาดเล็ก  c., d., e., f., g., h.

            เนื่องจากโครงสร้างของหม้อแปลงไฟฟ้า มีหลายแบบ แต่ละแบบมีลักษณะแตกต่างกัน เช่น ลักษณะของแกนเหล็กมีรูปร่างต่างกัน อาจเป็นแท่งสี่เหลี่ยมรูปตัว E ตัว I หรือตัว C เป็นต้น นอกจากนั้นอาจมีแกนเหล็กรูปทรงกลม เป็นต้น ดังนั้นเมื่อแบ่งชนิดของหม้อแปลงไฟฟ้า ตามลักษณะโครงสร้างของแกนเหล็กแบ่งออกได้ 4 แบบ คือ

1.      หม้อแปลงแบบตัวซี Core – Type

2.      หม้อแปลงแบบเชลล์ Shell – Type

3.      หม้อแปลงแบบเฮช H – Type

4.      หม้อแปลงแบบแกนเหล็กกลม Wound Core – Type

รายละเอียดของหม้อแปลงไฟฟ้าที่มีโครงสร้างของแกนเหล็กที่แตกต่างกันมีดังต่อไปนี้

หม้อแปลงแบตัวชี Core – Type Transfomer มีแกนเหล็กเป็นรูปตัวซี C แผ่นบางๆ วางซ้อนกันหลายๆ แผ่น Laminated Sheet Core พันขดลวดทั้ง 2 ขดไว้ข้างแกนทั้งสอง โดยพันขดลวดแรงดันต่ำ Low Voltage อยู่ชั้นในติดกับแกนเหล็ก และพันขดลวดแรงดันสูง High Voltage ดังแสดงในรูป 7.6

หม้อแปลงแบบเชลล์ Shell – Type Transfomer  มีแกนเหล็กเป็นรูปตัว E และตัว I ทำด้วยเหล็กแผ่นบางๆ วางซ้อนกัน เมื่อประกอบแกนแล้วจะมี 3 ขา ขดลวดทั้ง 2 ขดจะพันบนขากลางของแกนเหล็ก โดยพันขดลวดแรงดันสูงไว้ชั้นนอกและขดลวดแรงดันต่ำไว้ชั้นในของแกนเหล็กดังรูป 7.7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

รูป 7.6 หม้อแปลงแบบ Core - Type

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

รูป 7.7 หม้อแปลงแบบ Shell – Type

หม้อแปลงแบบเฮช H – Type Transfomer        เป็นหม้อแปลงไฟฟ้าขนาดใหญ่ใช้แกนเหล็กแบบเชลล์ สองชุดวางซ้อนกันเป็นรูปกากบาท และพันลวดไว้ตรงขากลางของแกนเหล็ก โดยพันขดลวดแรงดันต่ำหุ้มขดลวดแรงดันสูง โดยขดลวดแรงดันสูงจะถูกพันอยู่ชั้นกลาง เพื่อป้องกันกรณีที่เกิดลัดวงจรระหว่างขดลวดกับแกนเหล็กจะได้มีอันตรายน้อยกว่า ใช้กับหม้อแปลงในระหว่างส่งจ่ายไฟฟ้าที่จ่ายกำลังไฟฟ้าสูงๆ เช่น ขนาดหลายร้อยกิโลโวลต์แอมป์ (kVA) ดังแสดงในรูป 7.8

 

 

 

 

รูป 7.8 หม้อแปลงแบบ H – Type Transfomer

หม้อแปลงแบบแกนเหล็กทรงกลม Wound Core – Type Transfomer หม้อแปลงแบบนี้ต่างจากหม้อแปลงทุกแบบที่กล่าวมา คือ ใช้หลักการพันเหล็กทับบนขดลวด ลักษณะของแกนเหล็กเป็นแผ่นบางม้วนให้กลมรอบๆ ขดลวด ดังรูป 7.9 a ขดลวดจะพันเป็นรูปวงกลม โดยมีขดลวดทุติยภูมิอยู่ชั้นในและขดลวดปฐมภูมิอยู่ชั้นนอก ดังแสดงในรูป 7.9 b เมื่อประกอบขดลวดและแกนเหล็กทรงกลมเป็นตัวหม้อแปลงแล้ว แสดงดังรูป 7.9 c

                        รูป 7.9 แสดงหม้อแปลงไฟฟ้าแบบ Wound Core – Type

หลักการพื้นฐานของหม้อแปลงไฟฟ้า

            การแปลงแรงดันไฟฟ้าโดยใช้หม้อแปลงไฟฟ้านั้นใช้หลักการเหนี่ยวนำระหว่างเส้นแรงแม่เหล็ก Flux ระหว่างขดลวดทั้งสองของหม้อแปลงไฟฟ้า ดังรูป 7.10 ขดลวดปฐมภูมิ Primary ต่อกับแหล่งจ่ายไฟฟ้าสลับ จะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลเข้าขดลวด เกิดเป็นเส้นแรงแม่เหล็ก Flux ขึ้นที่ขดลวดปฐมภูมิ และเส้นแรงแม่เหล็กนี้จะขยายตัวไปตัดกับขดลวดทุติยภูมิ Secondary ซึ่งวางอยู่ใกล้กัน ผลคือ เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้นที่ปลายทั้งสองของขดลวดทุติยภูมิ แรงดันที่เกิดขึ้นนี้จะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับจำนวนรอบของขดลวดทั้งสอง กล่าวคือ ถ้าจำนวนรอบของขดปฐมภูมิมากกว่าจำนวนรอบของขดลวดทุติยภูมิ หม้อแปลงนี้จะเป็นหม้อแปลงลดแรงดัน Step – down ในทางกลับกัน ถ้าจำนวนรอบของขดลวดปฐมภูมิน้อยกว่าขดลวดทุติยภูมิ จะเป็นหม้อแปลงไฟฟ้าชนิดเพิ่มแรงดันStep – up

รูป 7.10 แสดงหลักการพื้นฐานของหม้อแปลงไฟฟ้า

การทำงานของหม้อปลงไฟฟ้า

            หลักการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้า ใช้หลักการของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า Electro-magnetic Induction ระหว่างขดลวดกับแกนเหล็ก มีขั้นตอนการทำงานดังแสดงในรูป 7.11

a.เมื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ Ep เข้าทางขดปฐมภูมิ Np จะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลในขดปฐมภูมิ Ip

b.      กระแสไฟฟ้าในขดปฐมภูมิ Ip นี้จะทำให้เกิดเส้นแรงแม่เหล็ก เส้นแรงแม่เหล็กนี้จะซึมซาบผ่านแกนเหล็กด้านปฐมภูมิไปสู่ด้านทุติยภูมิ

c.เส้นแรงแม่เหล็กนี้เมื่อเดินทางไปสู่ด้านทุติยภูมิจะต้องตัดผ่านขดลวดทุติยภูมิ Ns ด้วยทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้น Induce Voltage ที่ขดทุติยภูมิ Es และเกิดกระแสไหลที่ขดลวดทุติยภูมิ Is ทำให้หลอดไฟฟ้าที่ต่ออยู่กับขดลวดทุติยภูมิติดสว่างได้

(a)               กระแสปฐมภูมิไหลเข้าขดลวดปฐมภูมิ

 

 

 

 

 

 

(b)               เกิดเส้นแรงแม่เหล็ก (Æ)จากขดลวดปฐมภูมิไปยังขดลวดทุติยภูมิ

 

 

 

 

 

 

                        © เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้นที่ขดทุติยภูมิ Es

รูป 7.11 แสดงขั้นตอนการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดพิเศษ

            คือหม้อแปลงไฟฟ้าที่ออกกแบบสำหรับงานเฉพาะพิเศษ เช่น หม้อแปลงมีแทป Tapped Transformer ใช้ในงานที่ต้องการแรงดันใช้งานหลายๆ ระดับแรงดัน ปรับระดับแรงดันโดยการใช้สวิตช์ หมุนเปลี่ยนแทป Tap – changing Switch ลักษณะของหม้อแปลงมีแทป แสดงในรูป 7.12

(a) หม้อแปลงมีแทป                                         (b) สวิตช์เปลี่ยนแทป

รูป 7.12 แสดงหม้อแปลงมีแทปและสวิตช์เปลี่ยนแทป

          หม้อแปลงออโต้

            หม้อแปลงออโต้ หรือ Auto Transformer เป็นหม้อแปลงชนิดพิเศษอีกแบบหนึ่ง มีขดลวดเพียงขดเดียวโดยใช้ขดลวดขดนี้เป็นทั้งขดปฐมภูมิลำขดทุติยภูมิ เมื่อพิจารณาจากรูปที่ 7.13 a จะเห็นว่าขั้ว H₁, H₂ คือขดลวดปฐมภูมิ และขั้ว L₁, L₂ คือขดลวดทุติยภูมิและเมื่อต่อโหลดเข้ากับหม้อแปลงออโต้ได้ดังรูป 7.13 b ลักษณะภายนอกของหม้อแปลงออโต้แสดงในรูป 7.13 c  ด้านบนจะมีลูกบิดหมุนด้วยมือเพื่อปรับค่าแรงดันขาออกของหม้อแปลงออโต้ อาจเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า วาริแอก Variac

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(a) หม้อแปลงออโต้                              (b) หม้อแปลงออโต้มีโหลด

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

© ลักษณะภายนอกหม้อแปลงออโต้

รูป 7.13 หม้อแปลงออโต้

 

            การต่อหม้อแปลงออโต้เพื่อใช้งานนั้นต่อได้หลายรูปแบบ ทั้งต่อแบบเพิ่มแรงดัน Step – up ได้ดังรูป 7.14 a  หรือต่อแบบลดแรงดัน Step – down ได้ดังรูป 13 b

(a) Step – up                                                               (b) Step – down

รูป 7.14 การต่อหม้อแปลงออโต้

 

หม้อแปลงฉนวน

หม้อแปลงฉนวนหรือ Isolating Transformer ใช้ในระบบไฟฟ้าเพื่อแยกจุดดินระหว่างระบบส่งจ่ายไฟฟ้ากับจุดดินของอุปกรณ์ไฟฟ้าดังรูป 7.15 a เมื่อระบบไฟฟ้าไม่มีหม้อแปลงฉนวนเมื่อเกิดไฟฟ้ารั่วบริเวณอุปกรณ์ไฟฟ้าที่คนทำงานยืนจับอยู่ กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านร่างกายมนุษย์ลงจุดดิน Earth Ground เพราะจุดดินของระบบไฟฟ้ากับอุปกรณ์ไฟฟ้าไม่ถูกแยกจากกันจะเกิดอันตรายกับมนุษย์ได้สำหรับรูป 7.15 b เมื่อใช้หม้อแปลงฉนวนติดตั้งที่ระบบจ่ายไฟฟ้า จะทำให้มนุษย์ไม่ถูกกระแสไฟฟ้าไหลผ่านร่างกายเพราะจุดดินที่ยืนอยู่ไม่เกี่ยวข้องกับทางเดินกกระแสไฟฟ้าในอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ติดตั้งอยู่กับขดทุติยภูมิ โดยทั่วไปขนาดแรงดันปฐมภูมิของหม้อแปลงฉนวนจะเท่ากัน เช่น 120 V / 120 V หรือ 220 V / 220 V เป็นต้น

(a)   Current path complete

(b)   Current path isolated

รูป 7.15 แสดงการใช้หม้อแปลงฉนวน Isolating Transformer ในระบบจ่ายไฟฟ้า

            หม้อแปลงที่ใช้กับเครื่องมือวัด

            หม้อแปลงที่ใช้กับเครื่องมือวัดมี 2 แบบ คือ หม้อแปลงกระแส Current Transformer และหม้อแปลงแรงดัน Potential Transformer หรือ Voltage Transformer เนื่องจากเครื่องมือวัดกำลังไฟฟ้า เช่น กิโลวัตต์ – ฮาวร์มิเตอร์ วัตต์มิเตอร์หรือเพาเวอร์แฟกเตอร์มิเตอร์ เป็นเครื่องมือวัดที่ทนแรงดันและกระแสได้ต่ำ เช่น อาจทนแรงดันได้ไม่เกิน 240 โวลต์ และทนกระแสได้ไม่เกิน 5 แอมป์ ดังนั้นถ้านั้นไปวัดกำลังไฟฟ้าของระบบแรงดันจะใช้ไม่ได้ จึงต้องใช้หม้อแปลงกระแสและหม้อแปลงแรงดันช่วยในการลดกระแส และลดแรงดันให้เหมาะสมกับเครื่องมือวัดดังกล่าว ลักษณะของหม้อแปลงกระแสและหม้อแปลงแรงดัน แสดงในรูป 7.16

(a) หม้อแปลงกระแส                                                    (b) หม้อแปลงแรงดัน

รูป 7.16 แสดงลักษณะของหม้อแปลงแรงดัน และหม้อแปลงกระแส

 

การนำแม่เหล็กหรือผลของแม่เหล็กไปใช้งาน    (Application of Electromagnets)                            

              การนำแม่เหล็กหรือผลของแม่เหล็กไปใช้งานนั้น  นับว่าใช้กันอย่างกว้างขวางทั้งงานในบ้านพักอาศัยและในงานอุตสาหกรรม ที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของเครื่องจักรกล  การผลิตและกำหนดไฟฟ้า การควบคุมระบบส่งไฟฟ้า การควบคุมสวิตช์แม่เหล็กในงานอิเล็กทรอนิกส์ เครื่องมือวัดทางไฟฟ้าชนิดต่างๆ

สวิตช์แม่เหล็ก   (The  Magnet  switch)

              ส่วนหนึ่งทำจากแม่เหล็กถาวร และอีกส่วนหนึ่งเป็นหน้าสัมผัสสวิตช์ทางกล ซึ่งมีสปริงเป็นตัว คือ โดยมีสายติอหน้าสัมผัสออกไปใช้งาน การเปิดปิดของส่วนหน้าสัมผัสสวิทช์การทำได้โดยการดึงดูดของแม่เหล็กถาวร

รูป 7.17 แสดงลักษณะภายนอก และการทำงานของสวิตซ์แม่เหล็ก

              จากรูป 7.17 เมื่อว่างแท่งแม่เหล็กติดกับส่วนหน้าสัมผัสสวิตช์     จะทำให้เส้นแรงแม่เหล็กดึงดูดให้สัมผัสติดกัน(ปิดวงจร หรือ Normally closed NC)แต่ถ้านำแม่เหล็กให้ห่างจากส่วนหน้าสัมผัสสวิทช์แรงจากสปริงจะดึงให้หน้าสัมผัส   ซึ่งแต่เดิมปิดอยู่จากออกจากกันเรียกว่าเปิดวงจร   หรือ  Normally Open No  สวิตช์แม่เหล็กลักษณะนี้นิยมติดตั้งตามบานหน้าต่าง   หรือประตูบ้าน   เพื่อเป็นสวิตช์ควบคุมการทำงานของเครื่องกันขโมย หรือระบบเตือนภัย (Alaem System) ดังแสดงในรูป  7.18

รูป 7.18 แสดงการติดตั้งสวิตซ์แม่เหล็กกับระบบส่งสัญญาณเตือนภัย

       จากรูป 7.18 เมื่อมีการเปิดหน้าต่างบานใดบานหนึ่งสวิทช์จะเกิดสภาวะหน้าสัมผัสเปิดวงจรหรือปิดวงจรแล้วแต่ลักษณะของสวิทช์ที่นำมาใช้งาน ทำให้ระบบส่งสัญญาณเตือนภัยดังขึ้น เราสามารถนำหลักการดังกล่าวเพื่อสร้างระบบป้องกันความปลอดภัยที่ไม่ยุ่งยากได้อีกด้วย

 

          โซลีนอยด์      (The Solenoid)

             คืออุปกรณ์ไฟฟ้าที่อาศัยแรงดึงดูดของแม่เหล็กไฟฟ้า   ทำให้แท่งเหล็กเคลื่อนที่    (Movable Core) เคลื่อนที่ไปในทิศทางหนึ่งได้ โครงสร้างเบื้องต้นของโซลีนอยด์ประกอบด้วย ขดลวดพันรอบแกนเหล็กรูปทรงกระบอกภายในเป็นช่อง  และมีแท่งเหล็กเคลื่อนที่ติดภายในปลายข้างหนึ่งของแท่งแม่เหล็กเคลื่อนที่ยึดติดกับฐาน(Case) สปริง (Spring) เมื่อไม่จ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าไปในขดลวด  (Coil)จะไม่เกิดขั้วแม่เหล็กที่ขดลวด   ไม่มีการดูดและผลักกันระหว่างแท่งเหล็กเคลื่อนกับขดลวด   และอีกประการหนึ่งเพราะแรงดึงของสปริงยึดเอาไว้   ดังนั้นจึงไม่การเคลื่อนที่ของโซลีนอยด์  เมื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าไปในขดลวด จะเกิดเส้นแรงแม่เหล็กและขั้วแม่เหล็กขึ้นที่ขดลวดเกิดแรงดึงดุดและผลักกันของแม่เหล็กกับแท่งแม่เหล็กเคลื่อนที่จะเกิดขึ้น  แรงดังกล่าวจะเอาชนะแรงดึงของสปริงได้   ทำให้แท่งเหล็กเคลื่อนที่   เคลื่อนออกจากตำแหน่งเดิมไปได้

รูป 7.19 แสดงโครงสร้างเบื้องต้น และการทำงานของโซลีนอยด์

          โซลีนอยด์นั้น   เมื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าไปจะเกิดการเคลื่อนที่   นั่นคือจ่ายพลังไฟ้าเข้าไปและได้รับพลังงานกลออกมาถ้านำการเคลื่อนที่ของแท่งเหล็กเคลื่อนที่   ไปทำหน้าที่เปิด-ปิด   ประตูอัตโนมัติ,เปิด-ปิดวาล์ว  (Value)ควบคุม,วาล์วควบคุมน้ำมัน,วาล์วควบคุมแรงดัน   หรือวาล์วควบคุมการไหลของของเหลวหรือน้ำ  ใช้กันมากในการควบคุมระบบงานอุตสาหกรรม   เราเรียกว่าวาล์วควบคุมเหล่านั้นว่าโซลีนอยด์วาล์ว(Solenoid   Value)

      รีเลย์  (The Relay)

       เป็นสวิชต์แม่เหล็กชนิดหนึ่งที่การทำงานหน้าสัมผัสสวิทช์เคลื่อนที่เปิด-ปิดได้จาดผลของแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเกิดจากการจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าไปในขดลวดของรีเลย์ (Coil)และจะหยุดทำงานเมื่อหยุดจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าไป โครงสร้างเบื้องต้นประกอบ ไปด้วยขดลวดรีเลย์หนึ่งชุดและหน้าสัมผัสรีเลย์อย่างน้อยหนึ่งชุดหรือมากกว่า  เช่น อาจจะมีหน้าสัมผัสปกติเปิด  (no) หนึ่งชุด หรือหน้าสัมผัสปกติปิด (nc) หนึ่งชุดก็ได้ แสดงในรูป 7.20 ก  เมื่อไม่จ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับขดลวดของรีเลย์หน้าสัมผัส   No  คือ ขั้ว 1 และ 2 จะปิดอยู่ สภาวะนี้คือ สภาวะที่รีเลย์ไม่ทำงาน รูป7.20 ก  เมื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าไปในขดลวด จะเกิดเส้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้าของขดลวดดึงดูดให้หน้าสัมผัสของรีเลย์เคลื่อนที่ลงมา  ทำให้หน้าสัมผัสของขั้ว 1และ 2    ซึ่งเคยปิดอยู่จากกัน    และต่อหน้าสัมผัสของขั้ว   1 และ  3ให้ติดกันแทน   ดังรูป 7.20 ข

รูป 7.20 แสดงโครงสร้างเบื้องต้นและการทำงานของรีเลย์

        โครงสร้างภายในของรีเลย์   เป็นสวิทช์ทางกล  ซึ่งเคลื่อนที่ได้  โดยผลของแม่เหล็กไฟฟ้า   แสดงดังรูป 7.21 (ก) และสัญลักษณ์ของรีเลย์ชนิด 1 No, 1 Nc แสดงในรูป 7.21  (ข)

ก. สภาวะที่รีเลย์ไม่ทำงาน                      ข. สัญลักษณ์รีเลย์                   ค. ลักษณะภายนอก

รูป 7.21 แสดงโครงสร้างและสัญลักษณ์ของรีเลย์

   เซอร์กิตเบรคเกอร์     (Circuit Brakers)

              เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ทำงานโดยอาศัยผลของแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่ง    ซึ่งทำหน้าที่เปิด-ปิดวงจรไฟฟ้าและควบคุมภาระไฟฟ้าคล้ายสวิตช์ แต่มีคุณสมบัติอีกประการหนึ่งคือ เป็นอุปกรณ์ป้องกันในระบบไฟฟ้า จะทำหน้าที่ป้องกันระบบไฟฟ้า เมื่อกระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวมัน  มีค่าสูงกว่าพิกัดที่กำหนดไว้จึงอาจเกิดจาก    มีการลัดวงจรของระบบไฟฟ้า   หรือในสภาวะที่ภาระไฟฟ้าในระบบเกิดการบกพร่อง  ทำให้กระแสที่ผ่านระบบไฟฟ้าเกินขนาดพิกัดปกติ     เซอร์กิตเบรคเกอร์  ก็จะทำงานโดยตัดวงจรไฟฟ้าออกจากแหล่งจ่ายไฟฟ้า    สามารถป้องกันไม่ให้ภาระไฟฟ้าที่อยู่ในระบบไฟฟ้าใดๆเกิดเสียหาย   หรือเกิดการลัดวงจรที่ทำให้เกิดประกายไฟหรือไฟไหม้ได้  ลักษณะภายนอกของเซอร์กิตเบรคเกอร์    แสดงดังรูป 7.22

รูป 7.22 แสดงลักษณะภายนอกของเซอร์กิตเบรคเกอร์แบบต่าง ๆ

         เซอร์กิตเบรคเกอร์ประกอบไปด้วยขั้วไฟฟ้า 2 ขั้วซึ่งหนึ่งต่อไปที่หน้าสัมผัส   (Contacts) ที่หน้าสัมผัสนี้มีส่วนเคลื่อนที่(โยกย้าย)โดยยึดปลายข้างหนึ่งไว้กับสปริง จากหน้าสัมผัสที่เคลื่อนที่ได้นี้ สายไฟฟ้าจะพันอยู่รอบๆแกนเหล็ก ในลักษณะของหน้าสัมผัสอนุกรมกับแท่งแม่เหล็กไฟฟ้า ที่หน้าสัมผัสทั้งสอง ซึ่งต่อกันอยู่จะมีด้านอามาเจอร์ (Armature)เป็นตัวล็อก(Look)ในสภาวะปกติ แสดงดังรูป 7.23 ก

ก. สภาวะเซอร์กิตเบรคเกอร์ไม่ทำงาน               ข.สภาวะเซอร์กิตเบรคเกอร์

รูป 7.23 แสดงโครงสร้างภายในของเซอร์กิตเบรคเกอร์

        ในขณะที่เซอร์กิตเบรคเกอร์ทำงาน    เช่น   กรณีที่กระแสที่ผ่านเซอร์กิตเบรคเกอร์ที่ผ่านหน้าสัมผัส  มีค่ามากกว่าปกติ ทำให้แม่เหล็กไฟฟ้ามีเส้นแรงแม่เหล็กเพิ่มมากขึ้น  เมื่อถึงพิกัดที่สร้างไว้  เช่น เซอร์กิตเบรคเกอร์ขนาด  5 A จะทำงานเมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านหน้าสัมผัสมากกว่า 5A นั่นคือ แท่งแม่เหล็กไฟฟ้าจะดึงดูดก้านอามาเจอร์ให้เคลื่อนที่มาทางขวามือ  ผลคือ ก้านของหน้าสัมผัสที่กับสปริงจะถูกแรงสปริงดึงให้จากกัน กระแสไฟฟ้าก็ไม่สามารถผ่านขั้นไฟฟ้าทั้งสองของเซอร์กิตเบรคเกอร์ได้ เซอร์กิตเบรคเกอร์จึงเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่สามารถป้องกันการลัดวงจร หรือกระแสไฟฟ้าพิกัดได้ แสดงดังรูป 7.23 ข

      แม่เหล็กยกของ   (Lifting Magnets)  ประกอบไปด้วยแท่งเหล็กรูปวงกลมลักษณะวงแหวน  แกนตรงกลางพันขดลวดเอาไว้จำนวนมากหลายๆ รอบ  เมื่อจ่ายไฟฟ้าเข้าไปในขดลวดก็จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กขึ้น และแท่งเหล็กรูปวงกลมลักษณะวงแหวนจะกลายเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีแรงดึงดูดสูงมาก และแรงดึงดูดของแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้น  จะสูงมากบริเวณพื้นผิวด้านหน้าของแม่เหล็กยกของ ในงานอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับเหล็ก  เช่น การสร้างสะพาน, การสร้างถนน,ทางหลวง,ทางด่วน หรืองานใดๆหรือในโรงงานถลุงเศษเหล็กเก่า เช่น รถยนต์เป็นต้น แสดงดังรูป 7.24

รูป 7.24 แสดงโครงสร้างของแม่เหล็กยกของ

          กระดิ่งไฟฟ้าหรือออดไฟฟ้า    (Electric Bell or Buzzer)

             เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่นำผลของแม่เหล็กไฟฟ้ามาดึงดูดให้แกนอามาเจอร์ (Armature) เคลื่อนที่มาเคาะกับกระดิ่ง (Bell) ทำให้เกิดเสียงดังได้ โครงสร้างภายในประกอบด้วยแท่งเหล็กรูปตัวยู  (U-Shaped) พันขดลวดรอบๆ แท่งเหล็กนี้ต่ออนุกรมกับหน้าสัมผัสซึ่งเปิดปิดได้โดยการเคลื่อนที่ของก้านอามาเจอร์การใช้งานต้องต่อกระดิ่งไฟฟ้าอนุกรมกับสวิทช์กดปุ่ม (Push Button)  และแหล่งจ่ายไฟฟ้า เช่น  แบตเตอรี่  เมื่อกดสวิตช์กระแสไฟฟ้าจะผ่านหน้าสัมผัสและขดลวด ทำให้เกิดการดึงดูดอามาเจอร์ให้เคลื่อนที่มาเคาะกระดิ่งทำให้เกิดเสียงดัง  ในขณะที่อามาเจอร์เคลื่อนที่ก็จะตัดวงจรไฟฟ้าออกไปด้วย ดังนั้นเมื่อก้านอามาเจอร์เคาะกระดิ่ง  แล้วก็จะดีดไปตำแหน่งเดิมทันที่  และต่อวงจรไฟฟ้าอีกครั้ง  เมื่อใดที่ปล่อยมือจากสวิตช์กระบวนการที่เกิดขึ้นก็จะหยุดลง  แสดงดังรูป 7.25

 

รูป 7.25 แสดงโครงสร้างและการทำงานของกระดิ่งไฟฟ้าหรือออดไฟฟ้า

แรงเคลื่อนแม่เหล็กของขดลวดทั้งสองเป็นแบบอนุกรม ดังนั้นการเป็นแม่เหล็กของแกนเหล็กจึงเพิ่มขึ้นมากกว่าของขดลวดเพียงชุดเดียว

 ลำโพง (The Speaker)

 เป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนสัญญาณทางไฟฟ้าให้เป็นสัญญาณเสียง  พบอยู่ทั่วไปในเครื่องใช้ไฟฟ้า เช่น เครื่องรับวิทยุ เครื่องรับโทรทัศน์ โครงสร้างของลำโพงจะประกอบไปด้วย แท่งเหล็กถาวร และแม่เหล็กไฟฟ้า โดยแม่เหล็กไฟฟ้าจะเป็นขดลวดพันอยู่รอบๆ ปลายของกรวยกระดาษ ซึ่งเคลื่อนที่ขยับเข้าออกได้ ปลายของขดลวดทั้งสอง คือ ขั้วของลำโพงนั้นเอง แสดงดังรูป 7.26

รูป 7.26 แสดงลักษณะภายนอกของลำโพง

เครื่องวัดไฟฟ้าชนิดอะนาล็อก  (ANALOG METER) 

             หมายถึง เครื่องมือวัดปริมาณทางไฟฟ้า  เช่น  กระแสและแรงดันไฟฟ้า ได้โดยการส่งกระแสแรงดันไฟฟ้า  ได้โดยส่งกระแสหรือแรงดันไฟฟ้า  ผ่านเข้าไปในเครื่องวัด   เครื่องมือวัดจะแสดงค่าของของกระแสและแรงดันไฟฟ้าไว้ โดยการบ่ายเบนของเข็มชี้บนหน้าปัด ซึ่งมีสเกลบอกค่ากำหนดอยู่ ทำให้สามารถอ่านค่าของกระแสหรือแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการวัดได้  ลักษณะภายนอกของเครื่องวัดไฟฟ้าชนิดอะนาล็อก  รูป 7.27

 

รูป 7.27 แสดงเครื่องมือวัดไฟฟ้าชนิดอะนาล็อก

แกนหมุนตรวจจับตำแหน่ง    (AUTOMOTIVE CRANKSHAFT POSITION SENSOR)

            ในระบบขับเคลื่อน  เช่น  การหมุนของล้อรถยนต์ ,เพลา,หรือมอเตอร์ ระบบควบคุมตำแหน่งที่ต้องการตรวจวัดการหมุนแต่ละรอบของเพลา เพื่อส่งสัญญาณที่ตรวจวัด

(หรือตรวจจับ  = Sensor)  ได้ไปให้กับวงจรอิเล็กอิเล็กทรอนิกส์     เพื่อแสดงผลการวัดจำนวนรอของการหมุน   หรือตรวจจับเพลา  เพื่อแสดงผลของความเร็วรอบของเครื่องยนต์  หลักการง่ายๆของแกนหมุนตรวจจับตำแหน่งประกอบได้ด้วยจานหมุนโลหะ  (Steel Disk) แม่เหล็กถาวรรูปเกือกม้า  และขดลวดพันอยู่บนแกนแม่เหล็ก  แสดงดังรูป 7.28

รูป 7.28 แสดงโครงสร้างเบื้องต้นของแกนหมุนตรวจจับตำแหน่ง

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง (DC Generator)

            เป็นเครื่องกลไฟฟ้า  (Electrical Machines)ชนิดหมุนที่เปลี่ยนแรงขับทางกล (เช่น การหมุน)ให้เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง  (DV Volts) โดยอาศัยการเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำโดยการนำลวดตัวนำพันบนแกนหมุนวางไว้ในสนามแม่เหล็ก  และทำการหมุนลวดตัวนำให้ตัดกับเส้นแรงแม่เหล็กก็จะเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวที่ปลายทั้งสองของลวดตัวนำได้  การที่แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวเกิดขึ้น  จากการหมุนนั้น  รูปคลื่นของแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ได้ขึ้นอยู่กับการต่อและอุปกรณ์ประกอบที่จะต่อแรงเคลื่อนไฟฟ้าออกมาใช้งาน  ถ้าเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแล้ว  ส่วนที่ต่อแรงเคลื่อนไฟฟ้าออกมาใช้งานจะประกอบไปด้วยอุปกรณ์ 2 ชิ้นที่สำคัญ  คือ แปรงถ่าน (Brushes) และคอมพิวเตอร์ (Commutator)  แสดงดังรูป 7.29

(ก) โครงสร้างเบื้องต้นของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง                      (ข) ตัวแบ่งการหมุนของขดลวด(Wire Loop)

           รูป 7.29 แสดงโครงสร้างเบื้องต้นและตำแหน่งการหมุนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง

           ขั้นตอนการเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในลักษณะของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง เมื่อนำมาเขียนรูปคลื่นของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นจะได้ดังรูป  จะพบว่า การหมุนเครื่องกำเนิดหนึ่งรอบนั้นจะเกิดรูปคลื่นไซต์  1 รูปคลื่น แต่การต่อระหว่างแปรงถ่านกับคอมมิวเตเตอร์ บังคับให้รูปคลื่นไซต์ด้านลบ กลับข้างมาปรากฏทางด้านบวก ดังนั้นจะได้แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดเฉพาะค่าศูนย์กับค่าสูงสุด (Max) ทางบวก จึงแรงกว่ารูปคลื่นของแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระแสตรง แสดงดังรูป 7.30

รูป 7.30 แสดงลักษณะของรูปคลื่นแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระแสตรงที่เกิดจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง

          เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ  (Ac  Generator)

            แตกต่างจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง  ที่จุดต่อแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำออกมาใช้งานกล่าวคือ  เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระสลับ จะใช้แหวนเลื่อน  (Slip  Rings) แทนคอมมิวเตเตอร์  แสดงดังรูป 7.31

 

 

รูป 7.31 แสดงโครงสร้างเบื้องต้นของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ