ตัวเหนี่ยวนำ (Inductor)

ตัวเหนี่ยวนำส่วนใหญ่จะมีลักษณะเป็นขดลวดทองแดงพันรอบแกนเป็นรูปทรงกระบอกมีปลายเส้นลวด 2 ด้านเป็นขา ดังแสดงในรูป

ตัวเหนี่ยวนํา เป็นอุปกรณ์ชิ้นส่วนทางอิเล็กทรอนิกส์ชนิดหนึ่ง ที่ประกอบอยู่ในวงจรเครื่องรับ-ส่งวิทยุ วงจรเครื่องรับโทรทัศน์ วงจรเลือกความถี่ และวงจรอื่นๆที่อาศัยหลักการเหนี่ยวนํา บางครั้งอาจเรียกตัวอินดัคเตอร์ว่า “คอยล์” หรือ “แอล” แทนก็ได้โดยลักษณะโครสร้างของอุปกรณ์ประเภทนี้ คือ การเอาลวดตัวนําทองแดงมาพันเป็นขดจํานวนหลายๆรอบบนแกนอากาศซึ่งขดลวดทองแดงนี้จะแสดงคุณสมบัติเป็นตัวเหนี่ยวนํา ทางไฟฟ้าได้ก็ต่อเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวมัน

(ก) สัญลักษณ์ของตัวเหนี่ยวนำ การสะสมพลังงานของตัวเหนี่ยวเกิดขึ้นจากการที่มีกระแสไหลผ่านเข้าไปในขดลวดทำให้เกิดฟลักซ์แม่เหล็กซึ่งจะมีทิศทางไปตามกฎมือขวา (Righthand rule) ซึ่งนิ้วหัวแม่มือของมือขวาถูกวางไปในแนวเดียวกับเส้นลวดโดยชี้ไปตามทิศทางของกระแสแล้ว 4 นิ้วที่เหลือจะแสดงทิศทาง ของฟลักซ์อันเกิดจากเส้นลวด ซึ่งฟลักซ์แม่เหล็กนี้จะคล้องอยู่กับขดลวดโดยการเปลี่ยนแปลงใดๆของฟลักซ์ที่คล้องอยู่จะเหนี่ยวนำให้เกิดแรงดันไฟฟ้า (ก) สัญลักษณ์ของตัวเหนี่ยวนำ (ข) ฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไหลผ่านเส้นลวดตัวนำ

ชนิดของตัวเหนี่ยวนำ ตัวเหนี่ยวนำชนิดขดเดียว 1) ตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศ  (Air Core Inductor) 2)  ตัวเหนี่ยวนำแกนผงเหล็กอัด  (Powdered - Iron Core Inductor) 3)  ตัวเหนี่ยวนำแกนเฟอร์ไรด์  (Ferrite Core Inductor)  4)  ตัวเหนี่ยวนำแกนทอรอยด์  (Toroidal Core Inductor)  5)  ตัวเหนี่ยวนำแกนเหล็กแผ่น  (Laminated - Iron Core Inductor)

ตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศ (Air Core Inductor) ตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศ  เป็นตัวเหนี่ยวนำที่แกนหรือฐานรองทำมาจากวัสดุที่เป็นฉนวน  เช่น  คาร์บอน  พลาสติก  ไฟบอร์  และ PVC  เป็นต้น  หรืออาจพันลอยๆ ไว้โดยไม่มีอะไรรองรับ  ตัวเหนี่ยวนำประเภทนี้นิยมนำไปใช้งานกับพวกความถี่สูงๆ  หรือความถี่วิทยุ  (RF)  จึงมักเรียกตัวเหนี่ยวนำประเภทนี้ว่า  RF โช้ค  ตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศเป็นตัวเหนี่ยวนำที่มีค่าความเหนี่ยวนำต่ำ  เพราะแกนไม่สามารถช่วยเสริมค่าความเหนี่ยวนำได้  การจะทำให้ค่าความเหนี่ยวนำเพิ่มขึ้นต้องใช้จำนวนรอบในการพันขดลวดเพิ่มขึ้น  ลักษณะตัวเหนี่ยวนำแกนอากาศแสดงดังรูป

ตัวเหนี่ยวนำชนิดหลายขด 1)  หม้อแปลงไฟฟ้าแกนอากาศ (Air - Core Transformer) 2)  หม้อแปลงไฟฟ้าแกนเฟอร์ไรต์ (Ferrite - Core Transformer) 3)  หม้อแปลงไฟฟ้าแกนเหล็ก (Iron - Core Transformer)

การทำงานของตัวเหนี่ยวนำอาศัยสมบัติที่เรียกว่าความเหนี่ยวนำตัวเอง(self-inductance) ปรากฎการณ์การเหนี่ยวนำตนเอง(self-induction) ค้นพบโดยชาวอเมริกัน โจเซฟ เฮนรี (Joseph Henry) ในปีค.ศ. 1832

ความเหนี่ยวนำตัวเองหรือนิยมเรียกความเหนี่ยวนำ มีนิยาม ความเหนี่ยวนำตัวเองหรือนิยมเรียกความเหนี่ยวนำ มีนิยาม ให้ Eback เป็นแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่ต้านการเปลี่ยนของกระแส L คือ ความเหนี่ยวนำ I คือ กระแสในขดลวด t คือ เวลา ดังนั้น

หน่วยความเหนี่ยวนำ   ค่าความเหนี่ยวนำมีหน่วยมาตรฐานเป็นเฮนรี่ (Henry ; H) ความหมายของความเหนี่ยวนำ 1 เฮนรี่ คือ ค่ากระแสไหลเข้าไปในขดลวด 1 แอมแปร์ ไหลเปลี่ยนแปลงในเวลา 1 วินาที  ทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำด้านกลับ (Counter Electro Motive Force) 1 โวลต์             ตัวเหนี่ยวนำที่ผลิตออกมาใช้งานมีขนาดค่าความเหนี่ยวนำแตกต่างกัน  จึงได้เพิ่มหน่วยบอกค่าความเหนี่ยวนำออกเป็นหน่วยย่อยลง  คือ มิลลิเฮนรี (Millihener ; mH) และหน่วยไมโครเฮนรี (Microhenry ; µH) หน่วยต่างๆ เขียนความสัมพันธ์กันได้ดังนี้

สูตรการคํานวณหาค่าความเหนี่ยวนํา

ตัวเหนี่ยวนำในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ ตัวเหนี่ยวนำไฟฟ้าแท้จริงเป็นเพียงเส้นลวดเส้นหนึ่ง แต่เนื่องจากนำมาทำเป็นขดลวด เมื่อกระแสเปลี่ยนแปลงในขดลวด จะเกิดโวลเตจเหนี่ยวนำที่คร่อมปลายขดลวด ในตัวเหนี่ยวนำ กระแสที่ไหลผ่านขดลวดทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กนี้สะสมพลังงาน และขณะที่สนามแม่เหล็กเพิ่มขึ้นและลดลง จะเกิดโวลเตจเหนี่ยวนำภายในขดลวดในทิศที่ต้านการเปลี่ยนแปลง เป็นเหตุให้กระแสที่ไหลผ่านขดลวดถูกจำกัด

ถ้าเราเขียนกราฟของกระแส (เส้นประ) และโวลเตจ (เส้นทึบ) ที่เปลี่ยนแปลงกับเวลาในตัวเหนี่ยวนำ เราจะเห็นว่าเมื่อโวลเตจมีค่าสูงสุด กระแสจะเป็นศูนย์ และกระแสมีค่าสูงสุดเมื่อโวลเตจเป็นศูนย์ ดังในรูปทางซ้าย จะเห็นว่า โวลเตจนำหน้ากระแสด้วยมุมเฟส 90 องศา ซึ่งสามารถพิจารณาได้ดังนี้

สรุป จะเห็นว่า ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่มีแต่ตัวเหนี่ยวนำ ความต่างศักย์หรือโวลเตจที่จ่ายให้จะนำหน้ากระแสอยู่เป็นมุมเฟส 90 องศา หรือ π /2

จบการนำเสนอ