Data Loading...
7วัสดุไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ Flipbook PDF
7วัสดุไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์
480 Views
136 Downloads
FLIP PDF 1.48MB
วัสดุไฟฟ้ าและอิเล็กทรอนิกส์
นายจารั สชาติ ไชยวุฒิ
วัสดุไฟฟ้ า
วัสดุไฟฟ้ า เป็ นวัสดุที่นำมำใช้ ในงำนอุตสำหกรรมไฟฟ้ำ ได้ แก่ วัสดุที่เป็ นสื่อไฟฟ้ำ วัสดุกึ่งตัวนำ วัสดุฉนวนไฟฟ้ำ เป็ นต้ น 1.สายไฟฟ้ า คือตัวนำ สำยไฟฟ้ำเป็ นสิ่งจำเป็ นอย่ำงยิ่ง เพรำะสำยไฟเป็ นตัวนำที่จะ นำให้ กระแสไฟฟ้ำไหลผ่ำนไปตำมสำยจำกแห่งหนึง่ ไปอีกแห่งหนึง่ ได้ ตำมต้ องกำร สำยไฟฟ้ำที่ นิยมใช้ งำนทัว่ ๆไปมีหลำยขนำดที่ควรทรำบ มีดงั นี ้ 1.1 สายเปลือย เป็ นสำยที่ไม่ห้ มุ ฉนวน ใช้ สำหรับกระแสไฟฟ้ำมำกๆ เช่น ใช้ กบั พวกสำยไฟฟ้ำแรงสูง ส่วนมำกเป็ นพวกทองแดง หรื ออลูมิเนียม
1.2 สายหุ้มฉนวน ก. สำยหุ้มยำง ทำด้ วยลวดทองแดง จะเป็ นเส้ นเดี่ยวหรื อหลำยเส้ นขึ ้นอยู่กบั ชนิด ของงำนที่นำมำใช้ ภำยนอกหุ้มฉนวนด้ วยดีบกุ หรื อยำง แบบนี ้นิยมใช้ กนั มำก ข. สำยหุ้มพลำสติก ส่วนมำกมักทำเป็ นสำยหลำยๆเส้ น ที่ห้ มุ ด้ วยพลำสติกเพื่อให้ อ่อนตัวได้ ง่ำย ผู้ผลิตมักทำเป็ นสำยคูต่ ิดกัน ค. สำยไหม ภำยในทำเป็ นลวดทองแดงหลำยเส้ นหุ้มด้ วยยำงแล้ วหุ้มทับด้ วยไหม อีกทีหนึง่ มักทำเป็ นเส้ นคูบ่ ิดแบบเกลียว เหมำะสำหรับติดเต้ ำเพดำนกับกระจุ๊บหลอด ง. สำยเดี่ยวและสำยคู่ P.V.C. (Poly Vinyl Chloride) เป็ นสำยไฟทำด้ วย ลวดทองแดงหุ้มด้ วยฉนวนหลำยชัน้ ภำยนอกสุดมักเป็ นฉนวนสีขำว สำยไฟชนิดมีฉนวนหุ้ม แข็งแรงมำก มีทงชนิ ั ้ ดคูแ่ ละชนิดเดียวนิยมใช้ กนั แพร่ หลำย
****** สายอบหรืออาบนา้ ยา ส่วนมำกเป็ นลวดทองแดงเส้ นเล็ก ๆใช้ น ้ำยำเคมีเคลือบ เป็ นฉนวนตลอดสำยใช้ ในงำนพัน มอเตอร์ ฯลฯ
2.ฟิ วส์ (Fuses) ฟิ วส์เป็ นอุปกรณ์ไฟฟ้ำชนิดหนึง่ ที่จำเป็ นมำกเป็ นเครื่ องป้องกันอันตรำย อันเกิดจำก กำรใช้ กระแสไฟฟ้ำเกิดวงจรลัด หรื อเมื่อมีกระแสไฟฟ้ำไหลผ่ำนวงจรมำกเกินไป ฟิ วส์ที่ใช้ มี อยู่หลำยแบบหลำยขนำดด้ วยกัน ซึง่ แล้ วแต่ควำมเหมำะสมตำมประเภทของำน จุดประสงค์ ใหญ่ คือ เมื่อจะเกิดอันตรำยคือกระแสไฟมำกเกินไป หรื อเกิดลัดวงจร ฟิ วส์ก็จะขำดทันที ฟิ วส์ เป็ นโลหะผสมระหว่ างตะกั่ว ดีบุก และบิสมัท ในอัตราส่ วน 25:25:50
หลอดไฟฟ้า หลอดไฟที่ใช้งานในปั จจุบนั มีอยูม่ ากมายหลายประเภทเช่น หลอดไส้, หลอดนีออน, หลอด แสงจันทร์, หลอดฟลูออเรสเซนต์, หลอดทังสเตนฮาโลเจน , หลอดไส้หะฮาไลด์, หลอดโซเดียม ฯลฯ เป็ นต้น หลอดบางประเภทเป็ นที่คุน้ เคยและพบเห็นได้ทวั่ ไป เช่น หลอดไส้, หลอดฟลูออ เรสเซนต์ เป็ นต้น
หลอดไส้ (Incandescent Lamp) เป็ นหลอดไฟที่ใช้กนั ในยุคแรก ๆ เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ไส้หลอดจะเกิดความร้อน มากขึ้นเท่าใดแสงสว่างที่เปล่งออกมาจากไส้หลอดก็จะมากขึ้นเท่านั้น แต่ไม่ควรร้อนเกินขีดจากัดที่ จะรับได้ เพราะไส้หลอดที่ทาจากทังสเตน อาจขาดได้ หลอดไฟประเภทนี้มีขนาดอัตราทนกาลัง 25 วัตต์ 40 วัตต์ 60 วัตต์ และ 100 วัตต์ หลอด ไส้ขนาด 40 วัตต์มีอายุการใช้งาน 1,250 ชัว่ โมงให้แสงสว่าง 430 ลูเมน เป็ นต้น
โครงสร้ างภายในประกอบด้วยไส้หลอดที่ทามาจาก ทังสเตน, ก้านยึดไส้หลอด, ลวดนากระแส , แผ่นฉนวนหักเห ความร้อน,ฟิ วส์,ท่อดูดอากาศ และขั้วหลอดแก้วจะบรรจุก๊าซเฉื่ อย เช่น อาร์กอน หรื อไนโตรเจน เพื่อไม่ให้หลอดที่ร้อยขณะป้อน กระแสไฟฟ้าไหลผ่านทาให้เกิดการเผาไหม้ไส้หลอดอาจจะขาด ได้
หลอดฟลูออเรสเซนต์ (Fluorescent) เป็ นหลอดไฟฟ้าที่นิยมใช้กนั ทัว่ ไป เพราะว่าให้แสงสว่างนวลสบายตา และมีอายุการใช้ งานที่ยาวนานกว่าหลอดไส้ถึง 8 เท่า ลักษณะของหลอดเป็ นรู ปทรงกระบอก รู ปวงกลมและตัวยู มีขนาดอัตราทนกาลัง 10 วัตต์, 20 วัตต์, 32 วัตต์, และ 40 วัตต์เป็ นต้น ขนาด 40 วัตต์มีอายุการใช้ งาน 8,000 ถึง 12,000 ชัว่ โมง ให้ความสว่างของแสงประมาณ 3,100 ลูเมน ภายในหลอดจะบรรจุดว้ ยก๊ าซเฉื่ อยประเภทอาร์ กอนและไอปรอท บริ เวณหลอดแก้วด้าน ในเคลือบด้วยสารเรื องแสง ก๊าชที่บรรจุอยูภ่ ายในหลอดจะแตกตัวเป็ นไอออน เมื่อแรงดันที่ข้ วั แคโถดทั้งสองข้างของหลอดมีค่าสู งพอ ความต้านทานภายในหลอดก็จะต่าลงทันทีทาให้ กระแสไฟฟ้าไหลผ่านหลอดแก้วไปกระทบไอปรอท ทาให้ไอปรอทเปล่งรังสี อลั ตราไวโอเลต ออกมาและจะกระทบกับสารเรื องแสงที่เคลือบผิวด้านในของหลอดแก้ว หลอดจึงสว่างขึ้น
บัลลาสต์ ที่ใช้กบั หลอดฟลูออเรสเซนต์มีหน้าที่อยูห่ ลายอย่างคือ สร้างแรงดันไฟฟ้าสูง ในขณะที่หลอดเริ่ มทางาน เมื่อหลอดทางานแล้วจะทาหน้าที่ลดแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่ อมหลอด ให้ต่าลง และนอกจากนี้ยงั ทาหน้าที่กาจัดกระแสไม่ให้ไหลผ่านหลอดมากเกินไปในขณะที่ หลอดให้แสงสว่างออกมาบัลลาสต์ที่นิยมใช้อยูม่ ี 3 ชนิดคือชนิดขดลวด (Choke Coils Ballast) ชนิดหม้อแปลงขดลวดชุดเดียว (Autotranformer Ballast) และชนิดบัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์(Electronic Ballast)
สตาร์ ทเตอร์ ที่ใช้กบั หลอดฟลูออเรสเซนต์มี หน้าที่เป็ นสวิตซ์ เพื่อช่วยในการจุดไส้หลอดให้ทางานมีอยู่ หลายชนิดคือ แบบมีก๊าชบรรจุอยูภ่ ายใน (Glow Type), แบบ ใช้ความร้อน (Thermal Starter), แบบใช้มือในการตัดต่อ (Manual Reset Cutout Starter) และสตาร์ตเตอร์แบบตัดต่อ โดยอัตโนมัติ (Automatic Reset Cutout Starter)
วัสดุฉนวนไฟฟ้ า
ฉนวนไฟฟ้ า คือ วัสดุที่ไม่ยอมให้ กระแสไฟฟ้ำไหลผ่ำน หรื อไหลผ่ำนได้ ยำก ซึง่ เป็ น วัสดุที่มีควำมต้ ำนทำนมำก ได้ แก่
ฉนวนทีเ่ ป็ นของแข็ง 1.พลาสติกอ่อน เช่น โพลีไวนีลคลอไรด์ (PVC) ใช้หุม้ สายไฟ 2.พลาสติกแข็ง จาพวกเทอร์โมเซตติ้ง ให้หุม้ ตลับฟิ วส์, เปลือนอกของปลัก๊ , สวิตช์, เปลือกแบตเตอรี่ รถยนต์ 3.เซรามิก ใช้ทาถ้วยเดินสายไฟ หุม้ แกนกลางหัวเทียนแท่นสวิตซ์ไฟฟ้ากาลัง, ตลับฟิ วส์ หลอด ฯลฯ 4.ยาง ใช้หุม้ สายเคเบิ้ลหม้อแบตเตอรรี่ ขนาดกลาง ขนาดใหญ่ 5.ไมก้า เป็ นเกล็ดหินใส ทาเป็ นแผ่นบางใช้ในเตาหุม้ ต้มไฟฟ้า เตารี ดไฟฟ้า 6.แลคเกอร์ ใช้อาบลวดไฟฟ้า ส่ วนใหญ่เห็นได้จากมอเตอร์ไฟฟ้า
ฉนวนที่เป็ นของเหลว ได้ แก่ น ้ำมันพำรำฟิ น หรื อคลอริ เนตไดนิผินิลที่ใช้ ในหม้ อ แปลงไฟฟ้ำขนำดใหญ่ นอกจำกนี ้ทำหน้ ำที่เป็ นฉนวนแล้ วยังระบำยควำมร้ อนด้ วย
ฉนวนที่เป็ นก๊ าซ อำกำศแห้ งและก๊ ำซไนโตรเจนเป็ นฉนวนในสำยไฟฟ้ำแรงสูง และ สำยอำกำศ สถำนีสง่ วิทยุกำรใช้ ก๊ำซไนโตรเจนอัดเข้ ำไปเพื่อเป็ นฉนวนไฟฟ้ำ ในเครื่ องเอกซเรย์ใน ก๊ ำซฟรี ออน (Freon) อัดเข้ ำไปเพื่อทำหน้ ำที่เป็ นฉนวนไฟฟ้ำ
วัสดุก่ งึ ตัวนา (Semi Conductor) เป็ นวัสดุที่มีควำมสำคัญในกำรผลิตทรำนซิสเตอร์ และวงจรอินติเกรด หรื อเรี ยกชื่อ ย่อว่ำ “ไอซี” (IC) ซึง่ เป็ นชิ ้นส่วนสำคัญของอุปกรณ์ทำงด้ ำนอิเล็กทรอนิกส์ทงหลำย ั้ วัสดุท่ นี ามาใช้ ในการผลิต เป็ นวัสดุกึ่งตัวนำ ได้ แก่ เยอรมำเนียและซิลิกอนถ้ ำหลอมเหลวเยอรมำเนียมและ ซิลิกอนแล้ วนำไปผสมกับสำรหนู พลวง ฟอสฟอรัส และได้ วสั ดุกึ่งตัวนำชนิด เอ็น (N) แต่ถ้ำ ผสมกับสำรประเภทโบรอิน อลูมิเนียม แกลเลียม จะได้ วสั ดุกึ่งตัวนำชนิด พี (P) ถ้ ำนำวัสดุกึ่ง ตัวนำชนิด เอ็น และชนิด พี มำต่อเรี ยงกัน 3 ตัวตำมลำดับที่เหมำะสม จะได้ ชิ ้นส่วนอุปกรณ์ ทำงด้ ำนอิเล็กทรอนิกส์ที่มีชื่อเรี ยกว่ำ“ทรำนซิสเตอร์ ” ซึง่ พบเมื่อปี พ.ศ.2490 เพื่อนำมำใช้ ประโยชน์ ในการขยายสัญญาณและควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้ าในวงจรได้ สำมำรถใช้ แทนหลอดสุญญำกำศของเครื่ องรับวิทยุในสมัยก่อนได้ เป็ นอย่ำงดี
วัสดุแม่ เหล็ก (Magnetic)
แม่ เหล็ก หมายถึง เหล็กที่มีอำนำจสำมำรถดึงดูดโลหะที่เป็ นเหล็กได้ แบ่งออกเป็ น 2 ชนิด คือ แม่ เหล็กชั่วคราว (Non-Permanent Magnetic) แม่เหล็กชัว่ ครำว ซึง่ ใช้ วสั ดุในกำรทำแม่เหล็กชัว่ ครำว ทำมำจำกเหล็กอ่อน หรื อเหล็ก คำร์ บอนต่ำ โดยกำรนำลวดทองแดงมำพันรอบชิ ้นเหล็กแล้ วปล่อย กระแสไฟฟ้ำเข้ ำไปใน ขดลวดทองแดง จะเกิดให้ เกิดกำรเหนี่ยวนำ ทำให้ เหล็กเป็ นแม่เหล็กและหมดสภำพเมื่อตัด กระแสไฟฟ้ำนันออกไป ้ นำไปใช้ ทำแท่นแม่เหล็กจับชิ ้นงำนบนเครื่ องเจียระไน กระดิ่งไฟฟ้ำ แม่ เหล็กถาวร (Permanent Magnetic) วัสดุที่ใช้ ทำแม่เหล็กชนิดนี ้ ได้ แก่ โลหะ อัลนิโค (Alnico) ซึง่ ได้ มำจำกโลหะผสม ระหว่ำง โครเมียม นิกเกิล โคบอลต์และแบเรี ยมเฟอร์ ไรต์ นำมำขึ ้นรูปโดยกรรมวิธีซินเตอร์ จะได้ ออกมำเป็ นแม่เหล็กถำวร คงสภำพควำมเป็ นแม่เหล็กสูงนัน่ เอง นำมำใช้ งำน เช่น แม่เหล็ก ลำโพง ไดนำโมรถจักรยำนและแม๊ กนีโต ฯลฯ
วัสดุสวิทช์ ไฟฟ้ า ตัวตัดไฟอัตโนมัติ (Circuit Breaker) หรือเบรกเกอร์ เป็ นอุปกรณ์ไฟฟ้ำที่ถกู ออกแบบขึ ้นมำสำหรับตัดต่อวงจรแทนมือ สำมำรถตัดวงจร โดยอัตโนมัติเมื่อกระแสไฟฟ้ำไหลผ่ำนมำกกว่ำปกติ ภำยในของตัวตัดตอนมีกำรทำงำนโดย อำศัยควำมร้ อนหรื ออำนำจแม่เหล็ก แต่ตดั ตอนที่นิยมใช้ กนั จะมีทงระบบกำรท ั้ ำงำนด้ วย อำนำจแม่เหล็กและควำมร้ อนอยู่ในตัวเดียวกัน ซึง่ มีประโยชน์ คือ - สำมำรถป้องกันกำรลัดวงจรด้ วยอำนำจแม่เหล็ก - สำมำรถป้องกันกำรใช้ งำนเกินกำลังโดยอำศัยควำมร้ อน
วัสดุอิเล็กทรอนิกส์
วัสดุอิเล็กทรอนิกส์ในปั จจุบนั ได้ เจริ ญเติบโตก้ ำวหน้ ำขึ ้นอย่ำงรวดเร็วตำม เทคโนโลยี กำรพัฒนำทำงด้ ำนอิเล็กทรอนิกส์ ได้ ก้ำวกระโดดไปตำมยุคตำมสมัยตำมแฟชัน่ โดยวัสดุอิเล็กทรอนิกส์มีวิวฒ ั นำกำรอยู่ด้วยกัน 4 ยุค คือ ยุคของหลอดสุญญำกำศ ยุคไอซี ยุคทรำนซิสเตอร์ ยุคชิป วัสดุอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ งำนโดยทัว่ ไปมีดงั นี ้ ตัวต้ านทาน ( Resistor) ตัวต้ านทาน เป็ น ตัวที่ทำหน้ ำที่จำกัดกระแสไฟฟ้ำที่ไหลในวงจรตำมทีได้ กำหนด เอำไว้ ซงึ่ จะมี สัญลักษณ์ที่ใช้ เป็ น ( R ) และค่ำควำมต้ ำนทำนมีหน่วยวัดทำงไฟฟ้ำเป็ น (Ω ) ชนิดของตัวต้ านทาน ตัวต้ ำนทำนชนิดค่ำคงที่ ( Fixed Value Resistor )
ตัวต้ ำนทำนชนิดปรับค่ำได้ ( Variable Value Resistor )
ตัวเก็บประจุหรือคอนเดนเซอร์ ( Capacitor or
Condenser)
ตัวเก็บประจุเป็ นตัวที่ทำหน้ ำที่เก็บประจุไฟฟ้ำ และคลำยประจุไฟฟ้ำให้ กบั วงจร โครงสร้ ำงภำยในของตัวเก็บประจุประกอบด้ วยแผ่นตัวนำ 2 แผ่น เรี ยกว่ำ 1 เพลท และคัน่ ด้ วย แผ่นอิเล็กตริ ก ทำด้ วยฉนวนไฟฟ้ำ เช่นกระดำษ ไมก้ ำ พลำสติก และเซรำมิก เป็ นต้ น
หลักการทางานของตัวเก็บประจุ( Capacitor or
Condenser)
กำรทำงำนของ Capacitor แบ่งได้ 2 ลักษณะคือ 1. การเก็บประจุ 2. การคายประจุ
ตัวเหนี่ยวนา(Inductor) ตัวเหนี่ยวนำเป็ นแม่เหล็กไฟฟ้ำ ประกอบด้ วย ขดลวดที่มีแกนกลำง เป็ นแม่เหล็ก ซึง่ จะสร้ ำงสภำวะแม่เหล็กเมื่อมีกระแสไฟฟ้ำไหลผ่ำน สภำวะแม่เหล็กทำให้ มีกำรสะสม พลังงำน ต้ องใช้ เวลำในกำรบรรจุเข้ ำ หรื อคำยออกจนหมด และต้ ำนกระแสควำมถี่สงู