อุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในเครื่องใช้ไฟฟ้า พัดลม

1 อุปกรณ์ไฟฟ้า และอิเล็กทรอนิกส์

ปัจจุบันเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ ที่ใช้ในชีวิตประจำวัน เช่น โทรทัศน์ หม้อหุงข้าวไฟฟ้า เครื่องซักผ้า เตาไมโครเวฟ มีส่วนประกอบของอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์หลายอย่างทำงานร่วมกัน อีกครั้งการทำงานของเครื่องใช้ไฟฟ้าเหล่านี้ ต้องอาศัยการทำงานของเซ็นเซอร์ (sensor) แผงควบคุมขนาดเล็ก (microcontroller board) และเครื่องจักรกลไฟฟ้า เช่น มอเตอร์ อุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ทำงานร่วมกัน ตัวอย่างอุปกรณ์ไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์ และเซ็นเซอร์ มีดังนี้

มอเตอร์เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล มีอยู่หลายประเภท แต่ละประเภทมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการใช้งาน เช่น มอเตอร์ที่ใช้ในงานอุตสาหกรรมต้องการแรงบิดมาก มอเตอร์ที่ใช้ในของเล่นต้องการความเร็วรอบสูง มีลักษณะภายนอกประกอบด้วยขั้วไฟฟ้าของมอเตอร์ 2 ขั้ว สำหรับเชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้ามีแกนเหล็กยื่นออกมาจากตัวมอเตอร์ เรียกว่าเพลามอเตอร์ ซึ่งเป็นส่วนที่ต่อเข้ากับอุปกรณ์ที่ต้องการให้เกิดการเคลื่อนที่ในลักษณะการหมุน เช่น ใบพัด เพลาของอุปกรณ์ต่างๆ

มอเตอร์สามารถแบ่งตามประเภทการใช้กระแสไฟฟ้าได้เป็น 2 ประเภท คือ

1) มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง (direct current motor) หรือ ดี.ซี. มอเตอร์ (D.C. Motor) เป็นมอเตอร์ที่ต้องใช้กับแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง เช่น เซลล์ไฟฟ้า หรือแบตเตอรี่ มอเตอร์ประเภทนี้สามารถควบคุมการหมุนให้หมุนตามเข็มนาฬิกา หมุนทวนเข็มนาฬิกา หรือหยุดหมุนได้ง่าย ซึ่งอัตราเร็วของการหมุนขึ้นอยู่กับแรงเคลื่อนไฟฟ้าหรือความต่างศักย์ไฟฟ้าที่จ่ายให้กับมอเตอร์

รูปที่ 68 อุปกรณ์ที่ใช้มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง

2) มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ (alternating current motor) หรือเรียกว่า เอ.ซี. มอเตอร์ (A. C. Motor) เป็นมอเตอร์ที่ต้องใช้กับแหล่งจ่ายไฟฟ้าที่ใช้ในบ้านเรือน ในชีวิตประจำวันมีการใช้งานของมอเตอร์กระแสสลับในเครื่องใช้ไฟฟ้าหลายชนิด โดยเฉพาะเครื่องใช้ไฟฟ้าที่มีลักษณะการเคลื่อนไหวแบบหมุน เช่น เครื่องซักผ้า พัดลม เครื่องปั่น

รูปที่ 69 เครื่องใช้ไฟฟ้าที่ใช้มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ

มอเตอร์กระแสสลับสามารถแบ่งตามระบบการจ่ายไฟฟ้า ซึ่งมีอยู่ 2 ประเภท คือ มอเตอร์แบบหนึ่งเฟส (single phase motor) และมอเตอร์แบบสามเฟส (three phase motor)

ตารางที่ 1 ประเภทของมอเตอร์และการนำไปใช้

มอเตอร์แบบหนึ่งเฟส

(single phase motor)

มอเตอร์แบบสามเฟส

(three phase motor)

เป็นมอเตอร์ขนาดเล็กมีกำลังพิกัดต่ำกว่า 1 แรงม้า ขนาดใหญ่สุดไม่เกิน 5 แรงม้า จะใช้กับความต่างศักย์ 220 โวลต์ มีสายไฟฟ้าเข้า 2 สาย แรงม้าไม่สูง ส่วนใหญ่ใช้ตามบ้านเรือน

เป็นมอเตอร์ที่ใช้ในงานอุตสาหกรรม ต้องใช้ระบบไฟ 3 เฟส ใช้ความต่างศักย์ 380 โวลต์ มีสายไฟฟ้าเข้ามอเตอร์ 3 สาย มีกำลังต่ำกว่า 1 แรงม้าจนถึงขนาดแรงม้ามาก นิยมใช้ในงานอุตสาหกรรมหนัก เช่น ขับลูกกลิ้ง โรงงานถลุงเหล็ก

1.2 อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

เครื่องใช้ไฟฟ้าหลายชนิดมักมีส่วนประกอบของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งมีลักษณะและการทำงานที่แตกต่างกันไป ในส่วนนี้จะได้เรียนรู้เกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พื้นฐานที่ถูกใช้เป็นส่วนประกอบในเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ

การควบคุมมอเตอร์ให้ทำงานหรือหมุนตามที่ต้องการอาจใช้อุปกรณ์ เช่น เบรกเกอร์ สวิทช์แม่เหล็ก หรือแมกเนติกคอนแทคเตอร์ (magnetic contactor) รีเลย์ตั้งเวลา เพื่อควบคุมให้มอเตอร์เกิดอัตราเร่งในการเริ่มหมุน รวมทั้งการควบคุมความเร็วและกลับทางหมุนของมอเตอร์

อิเล็กทรอนิกส์ (electronics) เกี่ยวข้องกับการควบคุมการผ่านของกระแสไฟฟ้าในวงจร ซึ่งมีชิ้นส่วนหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เป็นส่วนประกอบเพื่อควบคุมการผ่านของกระแสไฟฟ้า อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่นิยมใช้ในปัจจุบัน มีดังนี้

1) ตัวต้านทาน (resistor) เป็นอุปกรณ์ที่มีสมบัติในการต้านการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้ามีหน่วยเป็นโอห์ม ในวงจรไฟฟ้าตัวต้านทานที่มีค่ามากจะทำให้มีกระแสไฟฟ้าผ่านได้น้อย โดยทั่วไปแบ่งเป็น 2 ประเภท ได้แก่

ตารางที่ 2 ประเภทของตัวต้านทานและการนำไปใช้

ตัวต้านทานคงที่

(fixed resistor)

แอลดีอาร์

(Light Dependent Resistor : LDR)

เป็นตัวต้านทานที่มีค่าความต้านทานของการเคลื่อนที่ของไฟฟ้าคงที่ สามารถอ่านค่าความต้านทานได้จากแถบสีที่คาดอยู่บนตัวต้านทาน

เป็นตัวต้านทานที่มีค่าความต้านทานของการเคลื่อนที่ของไฟฟ้าคงที่ สามารถอ่านค่าความต้านทานได้จากแถบสีที่คาดอยู่บนตัวต้านทาน

2) ตัวเก็บประจุ (capacitor) ทำหน้าที่เก็บสะสมประจุไฟฟ้า โดยนำสารตัวนำ 2 ชิ้นมาวางในลักษณะขนานกัน โดยระหว่างตัวนำทั้งสองจะถูกกั้นด้วยฉนวนที่เรียกว่า ไดอิเล็กตริก (dielectric) ซึ่งไดอิเล็กตริกนี้อาจจะเป็นอากาศ ไมก้า พลาสติก เซรามิก หรือสารที่มีสภาพคล้ายฉนวนอื่นๆ

รูปที่ 70 โครงสร้างตัวเก็บประจุ

ประเภทของตัวเก็บประจุแบบค่าคงที่ ซึ่งใช้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ มีหลายประเภท ดังนี้

ตารางที่ 3 ประเภทของตัวเก็บประจุและการนำไปใช้

ตัวเก็บประจุประเภทอิเล็กโทรไลท์

ตัวเก็บประจุประเภทเซรามิก

ใช้ในงานที่ต้องการค่าความต้านทานของฉนวนที่มีค่าสูงและมีเสถียรภาพดีในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง โดยมากนิยมใช้ในวงจรจ่ายกำลังไฟฟ้าสูง เช่น เครื่องปรับอากาศ แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง

เป็นตัวเก็บประจุที่ใช้เซรามิคเป็นไดอิเล็กตริกและเก็บประจุได้ไม่เกิน 1 ไมโครฟารัด นิยมใช้กันทั่วไปเพราะมีราคาถูก เหมาะสำหรับใช้ในวงจรย่านความถี่วิทยุ

ตัวเก็บประจุประเภทอิเล็กโทรไลท์

ตัวเก็บประจุประเภทเซรามิก

ใช้ในงานที่ต้องการค่าความต้านทานของฉนวนที่มีค่าสูงและมีเสถียรภาพดีในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง โดยมากนิยมใช้ในวงจรจ่ายกำลังไฟฟ้าสูง เช่น เครื่องปรับอากาศ แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง

เป็นตัวเก็บประจุที่ใช้เซรามิคเป็นไดอิเล็กตริกและเก็บประจุได้ไม่เกิน 1 ไมโครฟารัด นิยมใช้กันทั่วไปเพราะมีราคาถูก เหมาะสำหรับใช้ในวงจรย่านความถี่วิทยุ

ตารางที่ 4 ประเภทของไดโอดและการนำไปใช้

ไดโอดธรรมดา

(normal diode)

ไดโอดเปล่งแสง

(Light Emitting Diode : LED)

ทำหน้าที่ควบคุมการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้าให้ผ่านทางเดียว ไดโอดมีขั้วไฟฟ้าบวกและขั้วไฟฟ้าลบ หากต่อวงจรผิด กระแสไฟฟ้าจะไม่สามารถผ่านได้ ซึ่งช่วยป้องกันอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ไม่ให้ถูกทำลายจากการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้าผิดทาง

ทำหน้าที่ในการเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานแสง โดยสามารถเปล่งแสงออกมาได้เมื่อได้รับกระแสไฟฟ้าและความต่างศักย์ไฟฟ้าที่เหมาะสม แสงที่เปล่งออกมามีหลายสี ขึ้นกับประเภทของสารกึ่งตัวนำที่ผลิต ใช้ในเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ ที่มีตัวเลขและตัวหนังสือเรืองแสง เช่น วิทยุเทป หน้าปัดนาฬิกา เครื่องคิดเลข จอโทรทัศน์

เซ็นเซอร์ เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการเปลี่ยนปริมาณทางกายภาพให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า ซึ่งปัจจุบันเซ็นเซอร์ถูกนำมาประยุกต์ใช้เป็นส่วนประกอบของเครื่องใช้ไฟฟ้ากันจำนวนมาก เซ็นเซอร์พื้นฐานที่น่าสนใจมีดังต่อไปนี้

1) เซ็นเซอร์ตรวจจับการสัมผัส (Touch Sensor)

ตารางที่ 5 ประเภทของเซ็นเซอร์ตรวจจับการสัมผัสและการนำไปใช้ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

เป็นอุปกรณ์แบบกลไก ทำหน้าที่ตัด ต่อ วงจรไฟฟ้าเมื่อได้รับแรงกด สวิตช์แบบนี้มักจะนำไปใช้ในงานอุตสาหกรรมหรือเครื่องจักรที่เป็นระบบอัตโนมัติ

ทำหน้าที่เป็นสวิตช์ ที่ควบคุมการเปิด-ปิดจากการตรวจจับความเข้มของสนามแม่เหล็กแทนการกด มักจะนำไปประยุกต์ใช้ในวงจรสัญญาณกันขโมย เพื่อตรวจจับการเปิด-ปิดประตู

2) เซ็นเซอร์ตรวจจับแสง (Optical Sensor)

ตารางที่ 6 ประเภทและลักษณะการใช้งานของเซนเซอร์ตรวจจับแสง

แอลดีอาร์

(Light Dependent resistor : LDR)

ตัวต้านทานแปรค่าตามความสว่างของแสง จึงใช้เป็นตัวรับรู้ความสว่าง (Light Sensor) โดยที่ความสว่างของแสงเป็นสัดส่วนผกผันกับค่าความต้านทาน คือ เมื่อมีแสงมาตกกระทบแอลดีอาร์น้อย แอลดีอาร์มีค่าความต้านทานมากใช้ในวงจรเปิดปิดแสงสว่างอัตโนมัติได้

เป็นเซ็นเซอร์แสงที่ทำหน้าที่เปลี่ยนแสงให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยค่าการนำกระแสไฟฟ้าจะมากขึ้นเมื่อความเข้มแสงมากขึ้น ใช้งานในวงจรเปิด-ปิดไฟถนนอัตโนมัติ

3) เซ็นเซอร์ตรวจจับอุณหภูมิ (Temperature Sensor)

ตารางที่ 7 ประเภทของเซนเซอร์ตรวจจับอุณหภูมิและการนำไปใช้

อาทีดี

(Resistor Temperature Detector : RTD)

เทอร์โมคัปเปิล

(Thermocouple)

ใช้หลักการที่ค่าความต้านทานมีการเปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับค่าอุณหภูมิ มักใช้ในงานอุตสาหกรรม เนื่องจากมีราคาแพง

ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานความร้อนเป็นพลังงานไฟฟ้า อุปกรณ์นี้จึงมักจะประยุกต์ใช้ในการตรวจวัดอุณหภูมิในตู้เย็นและเครื่องปรับอากาศในรถยนต์

4) เซ็นเซอร์ตรวจจับเสียง (Sound Sensor)

ตารางที่ 8 ประเภทของเซนเซอร์ตรวจจับเสียงและการนำไปใช้

คอนเดนเซอร์ไมโครโฟน

(Condenser Microphone)

อัลตราโซนิกเซนเซอร์

(Ultrasonic Sensor)

เปลี่ยนเสียงเป็นพลังงานไฟฟ้า โดยค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าของคอนเดนเซอร์ไมโครโฟน จะขึ้นกับค่าความดังและความถี่เสียง ไมโครโฟนชนิดนี้นำไปใช้ในโทรศัพท์ไร้สายวงจรตรวจจับเสียง

เปลี่ยนเสียงเป็นพลังงานไฟฟ้าเช่นเดียวกับคอนเดนเซอร์ไมโครโฟน แต่จะตอบสนองเฉพาะช่วงความถี่ประมาณ 30 - 40 กิโลเฮิร์ตซ์ ซึ่งสูงกว่าที่มนุษย์ได้ยิน จึงมักนำไปใช้ในการวัดระยะทาง

2 แผงควบคุมขนาดเล็ก (Microcontroller Board)

แผงควบคุมขนาดเล็ก เป็นแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ควบคุมขนาดเล็กที่สามารถโปรแกรมได้ เรียกว่า “ไมโครคอนโทรลเลอร์ (Micro Controller)” ทำงานร่วมกับวงจรเชื่อมต่อและโปรแกรมภาษาคอมพิวเตอร์ที่ใช้ในการพัฒนาโปรแกรมใช้งานและสื่อสารข้อมูล โดยปัจจุบันมีแผงควบคุมขนาดเล็กหลายประเภท เช่น

ตารางที่ 9 ประเภทของแผงควบคุมขนาดเล็กและการนำไปใช้

แผงวงจร IPST-Link เป็นแผงวงจรที่ใช้ร่วมกับซอฟต์แวร์ Scratch เพื่อเรียนรู้การเขียนโปรแกรมแบบบล็อกและเชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์

แผงวงจร IPST MicroBOX เป็นแผงวงจรสำหรับการควบคุมหลัก โดยมีไมโครคอนโทรลเลอร์ควบคุมการทำงาน โดยการเขียนโปรแกรมจะทำงานผ่านคอมพิวเตอร์ด้วยโปรแกรมภาษา C หรือ C++ จากซอฟต์แวร์ Arduino แผงวงจรสามารถรับข้อมูลจากสิ่งแวดล้อม เช่น แสง อุณหภูมิ ระยะห่างจากวัตถุ เป็นต้น นอกจากนั้นยังมีจุดต่อเพื่อส่งสัญญาณออกไปควบคุมอุปกรณ์ภายนอก เช่น ไดโอดเปล่งแสง ลำโพง มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง เซอร์โวมอเตอร์ และมีจอแสดงผลแบบกราฟฟิกสี

ปัจจุบันมีการพัฒนาโปรแกรมแอปพลิเคชั่น ที่ใช้ได้กับโทรศัพท์มือถือ เพื่อใช้ในการตรวจวัดสัญญาณต่างๆ เช่น Sound Mater ใช้สำหรับวัดความดังเสียง Speed Gun ใช้วัดความเร็วของวัตถุที่เคลื่อนที่ โดยการสัมผัสเช่นเดียวกับมาตรวัดความเร็ว

อุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในเครื่องใช้ไฟฟ้าของพัดลมมีอะไรบ้าง

พัดลมใช้พลังงานอะไรบ้าง

พัดลมทํามาจากวัสดุอะไรบ้าง

พัดลมใช้เฟืองอะไร