15 วงจรไฟฟ้าแสงสว่าง

admin

• ที่มาของแหล่งข้อมูล http://www.kpp.ac.th/
  

สาระสำคัญ

::: แหล่งกำเนิดแสงสว่างเกิดขึ้นได้ 2 วิธีคือ เกิดจากการเผาไหม้จนทำให้วัตถุเกิดความร้อน จนเปล่งแสงออกมา อีกวิธีหนึ่ง เกิดจากการเปลี่ยนพลังงานความร้อน ให้เป็นพลังงานแสง ไฟฟ้าที่ให้แสงสว่างตามอาคารบ้านเรือน หรือหน่วยงานต่างๆ ได้มาจาก ไฟฟ้ากระแสสลับของการไฟฟ้า ก่อนที่หลอดไฟ จะให้แสงสว่างออกมาได้นั้น จะต้องต่อสายไฟ หรือประกอบวงจรให้ถูกต้อง ตามหลักการออกแบบของวงจรไฟฟ้า ประเภทต่าง ๆ

จุดประสงค์เชิงพฤติกรรม

อธิบายรายละเอียดของแหล่งกำเนิดแสงสว่างได้ เขียนหลักการออกแบบวงจรไฟฟ้าได้ เขียนคุณสมบัติของหลอดไฟประเภทต่าง ๆ ได้ ติดตั้งอุปกรณ์และต่อวงจรไฟฟ้าแสงสว่างได้ ประยุกต์ใช้ในชีวิตประจำวันได้

แหล่งกำเนิดแสงสว่าง

แหล่งกำเนิดแสงสว่างที่พบเห็นในปัจจุบันนี้นอกจากดวงอาทิตย์แล้ว เราสามารถแบ่งแหล่งกำเนิดแสงสว่างออกมาได้ 2 กรณี คือ

1. เกิดจากการเผาไหม้หรือทำให้วัตถุร้อนจนเปล่งแสงออกมา เราเรียกแหล่งกำเนิดแสงแบบนี้ว่า แหล่งกำเนิดแสงร้อน(Hot Source) แหล่งกำเนิดแสงแบบนี้ จะให้พลังงานของแสงสีแดง มากกว่าพลังงานของแสงสีน้ำเงิน ถ้าโลหะที่ถูกทำให้ร้อน เป็นแท่งเหล็ก จะให้รังสีอัลตราไวโอเลต(Ultraviolet) และรังสีอินฟราเรด(Infrared) ออกมาด้วย ตัวอย่างของแหล่งกำเนิดแสงแบบนี้ได้แก่ แสงจากการเชื่อมโลหะ แสงจากการเผาวัสดุต่าง ๆ แสงจากหลอดไส้(Incandescent Lamp) เป็นต้น

เข้าสู่ระบบ/ลงทะเบียน เพื่อดูภาพขนาดเต็ม

2. เกิดจากการเปลี่ยนพลังงานความร้อนให้เป็นพลังงานแสง ที่เกิดจากปฏิกิริยาทางเคมี หรือเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของวงโคจรอิเล็กตรอน หรือเกิดจากการปล่อยประจุของก๊าซ เราเรียกว่า แหล่งกำเนิดแสงเย็น(Cold Source) หรือแหล่งกำเนิดแสงแบบเรืองแสง(Luminescence) ตัวอย่างของแหล่งกำเนิดแสงแบบนี้ได้แก่ หลอดฟลูออเรสเซนต์(Fluorescent) และหลอดแสงจันทร์(Mercury Lamp) เป็นต้น

เข้าสู่ระบบ/ลงทะเบียน เพื่อดูภาพขนาดเต็ม

การวัดความสว่างของแสง นิยมวัดออกมาในรูปของความเข้มแห่งการส่องสว่าง หรือปริมาณจำนวนเส้นแรงของแสงสว่าง การวัดความเข้มแห่งการส่องสว่าง สามารถวัดได้ตามพลังงาน ที่ออกมาจากแหล่งกำเนิดแสง ซึ่งมีหน่วยเป็น แคนเดลา(Candela) โดยที่ 1 แคนเดลามีค่าเท่ากับ 1/60 ของความเข้มแห่งการส่องสว่างต่อตารางเซนติเมตร ส่วนการวัดความสว่าง ในรูปของปริมาณจำนวนเส้นแรงของแสงสว่าง ที่เปล่งออกมาจากแหล่งกำเนิดแสง จะวัดในหน่วยของลูเมน โดยเปรียบเทียบ หน่วยความเข้มแห่งการส่องสว่าง 1 แคนเดลา จะสามารถเปล่งจำนวนเส้นแรง ของแสงสว่างออกมาได้เท่ากับ 12.57 ลูเมน

ความสว่างที่พบส่วนใหญ่ เกิดจากพลังงานไฟฟ้า ที่จ่ายออกมาตามสายไฟ แล้วต่อวงจรเข้ากับหลอดไฟ โดยที่ไฟฟ้า แบ่งออกเป็นสองประเภท คือ ไฟฟ้าสถิต(Static Electricity) และไฟฟ้ากระแส(Current Electricity) ไฟฟ้าสถิตเป็นไฟฟ้าที่เกิดขึ้นโดยธรรมชาติ เช่นเกิดจากการเสียดสีของวัตถุ ฟ้าแลบ ฟ้าผ่า ฯลฯ เป็นต้น ส่วนไฟฟ้ากระแส เป็นไฟฟ้าที่มนุษย์สร้างขึ้น เพื่อใช้งานต่าง ๆ โดยผลิตแรงเคลื่อนไฟฟ้า(Electro MotiveForce) แล้วจ่ายกระแสไฟฟ้าผ่านสายไฟ ไปยังหน่วยงานต่าง ๆ ไฟฟ้ากระแสจะแบ่งออกเป็น 2 ชนิดด้วยกันคือ

ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Current : AC) ไฟฟ้าประเภทนี้จะมีการเปลี่ยนทิศทาง การไหลสลับขั้วบวกลบตลอดเวลา จึงมีชื่อเรียกว่าไฟฟ้ากระแสสลับ เป็นไฟฟ้าประเภทที่ใช้ตามอาคารบ้านเรือนทั่วไป สำหรับประเทศไทยมีขนาด 220 โวลท์ มีความถี่ในการสลับเฟสบวกลบ 50 เฮิร์ทซ์ต่อวินาที ไฟฟ้ากระแสตรง (Direct Current : DC) ไฟฟ้าประเภทนี้จะไม่มีการเปลี่ยนทิศทาง การไหลหรือสลับขั้วบวกลบ จึงมีชื่อเรียกว่าไฟฟ้ากระแสตรง การต่อใช้งานจะต้องต่อให้ถูกขั้ว มิฉะนั้นจะเกิดความเสียหายได้ ตัวอย่างของแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง เช่น ถ่านไฟฉาย แบตเตอรี่ ฯลฯ เป็นต้น

เข้าสู่ระบบ/ลงทะเบียน เพื่อดูภาพขนาดเต็ม

หลักการออกแบบวงจรไฟฟ้าแสงสว่าง

การออกแบบระบบแสงสว่างที่ดี ควรจะกำหนดให้มีแสงสว่างเพียงพอ ไม่ทำให้เกิดผลเสียต่อสายตา มีความสม่ำเสมอของแสงสว่าง สีเงาต่าง ๆ ที่มีผลกระทบต่อการมองเห็นวัตถุ ซึ่งทำให้มีผลต่อการล้าของกล้ามเนื้อตา โดยมีหลักในการพิจารณาดังนี้คือ

1. การกำจัดแสงแยงตาและเงาเพื่อลดอันตรายที่เกิดขึ้นกับสายตา สามารถกระทำได้โดยการติดตั้งหลอดไฟให้สูงกว่าระดับสายตา หรือติดตั้งบนฝ้าเพดาน แล้วใช้ฝาครอบพลาสติก หรือตะแกรงอลูมิเนียมปิด เพื่อลดความจ้าที่เกิดจากแสงไฟ และควรออกแบบให้มีแสงสว่างทั่วถึง บริเวณใดที่เป็นมุมมืดควรติดตั้งหลอดไฟเพิ่มเติม ในตำแหน่งที่ไม่ให้แสงแยงเข้าตาเป็นต้น

เข้าสู่ระบบ/ลงทะเบียน เพื่อดูภาพขนาดเต็ม

2. ความจ้าของแสงไฟ คือปริมาณของการส่องสว่าง ที่สะท้อนจากวัตถุที่แสงสว่างตกกระทบ แล้วสะท้อนเข้าตาของเรามากเกินไป จนทำให้เกิดการปวดกล้ามเนื้อตา หรือทำให้น้ำตาไหลเป็นประจำ ในการออกแบบระบบแสงสว่าง จะต้องถึงองค์ประกอบที่อยู่รอบ ๆ บริเวณที่กำลังออกแบบ เช่นผนัง เพดาน พื้น โต๊ะและวัตถุต่าง ๆ โดยจะต้องจัดสิ่งของต่างๆ ให้กลมกลืน อันเป็นผลทำให้เกิดความรู้สึกสบายตามากยิ่งขึ้น

เข้าสู่ระบบ/ลงทะเบียน เพื่อดูภาพขนาดเต็ม

3. สีและความสามารถในการสะท้อนแสง สีจะมีบทบาทมากที่สุด ในการที่จะทำให้เกิดการสะท้อนแสงของวัตถุ การทาสีจึงควรเลือกทาสีที่เหมาะสม เช่นสีที่มีความสามารถในการสะท้อนแสงมาก อาจทำให้ห้องมีความจ้ามากเกินไป หรือสีที่มีความสะท้อนแสงต่ำ จะทำให้ห้องมืดเกินไป

ส่วนประกอบของวงจรไฟฟ้าแสงสว่าง

การที่จะทำให้เกิดแสงสว่างในวงจรไฟฟ้าได้นั้น ในวงจรจะต้องประกอบด้วย แหล่งจ่ายไฟฟ้าสำหรับป้อนแรงดันและกระแสให้กับหลอด โดยผ่านสายไฟ โดยที่แหล่งจ่ายไฟฟ้า จะเป็นแบบไฟฟ้ากระแสตรง หรือกระแสสลับ ขึ้นอยู่กับชนิดของหลอด ที่ต้องการใช้กับไฟฟ้าประเภทใด

เข้าสู่ระบบ/ลงทะเบียน เพื่อดูภาพขนาดเต็ม

ถ้าเป็นไฟฟ้าที่ใช้ตามอาคารบ้านเรือน ต้องป้อนไฟฟ้ากระแสสลับให้กับหลอดไฟ โดยที่แหล่งจ่ายไฟคือโรงไฟฟ้าบริเวณเขื่อนต่าง ๆ ที่ผลิตกระแสไฟฟ้า แล้วส่งมาตามสายไฟฟ้าแรงสูง ผ่านหม้อแปลงที่การไฟฟ้าสถานีย่อย เพื่อแปลงแรงดันให้ลดลงเหลือประมาณ 12,000 โวลท์ แล้วส่งต่อมายังสายไฟตามถนนสายต่าง ๆ ก่อนที่จะต่อเข้าอาคารบ้านเรือน จะมีหม้อแปลงที่ใช้ในการแปลงไฟจาก 12,000 โวลท์เป็น 220 โวลท์ 1 เฟส โดยที่สายไฟจะมี 2 เส้นคือ ไลน์(Line) และ นิวตรอน(Neutral) ไลน์ เป็นสายที่มีไฟ ส่วนนิวตรอน เป็นสายดิน ไม่มีไฟ สามารถทดสอบได้โดยใช้ไขควงเช็คไฟ ถ้าไฟติดที่เส้นใดแสดงว่าเป็นเส้นไลน์ นอกจากนี้ยังมีระบบไฟฟ้า ที่จ่ายให้กับโรงงานอุตสาหกรรม ประเภท 3 เฟส ซึ่งแรงเคลื่อนที่จ่ายอาจจะเป็น 220 โวลท์หรือ 380 โวลท์ขึ้นอยู่กับความต้องการใช้งาน โดยทั่วไปโรงงานอุตสาหกรรม จะต้องใช้ไฟมาก จึงจำเป็นที่จะต้องใช้ไฟแบบ 3 เฟส อาจจะมี 3 สายหรือ 4 สายก็แล้วแต่ความต้องการใช้งาน

ชนิดของหลอดไฟฟ้า

หลอดไฟที่ใช้งานในปัจจุบันมีอยู่มากมายหลายประเภทเช่น หลอดไส้ หลอดนีออน หลอดแสงจันทร์ หลอดฟลูออเรสเซนต์ หลอดทังสเตนฮาโลเจน หลอดโลหะฮาไลด์ หลอดโซเดียม ฯลฯ เป็นต้น หลอดบางประเภทเป็นที่คุ้นเคยและพบเห็นได้ทั่วไป  เช่น  หลอดไส้   หลอดฟลูออเรสเซนต์ เป็นต้น

หลอดไส้ (Incandescent Lamp) เป็นหลอดไฟที่ใช้กันในยุคแรก ๆ บางทีเรียกกันว่าหลอดดวงเทียน เพราะมีแสงแดง ๆ เหมือนแสงเทียน มีทั้งชนิดแก้วใสและแก้วฝ้า เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านไส้หลอด จะเกิดความร้อน ยิ่งความร้อนมากขึ้นเท่าใด แสงสว่างที่เปล่งออกมาจากไส้หลอด ก็จะมากขึ้นเท่านั้น แต่ไม่ควรร้อนเกินขีดจำกัดที่จะรับได้ เพราะไส้หลอดที่ทำจากทังสเตนอาจขาดได้ ส่วนประกอบของหลอดไส้แสดงดังรูปที่ 15.7

เข้าสู่ระบบ/ลงทะเบียน เพื่อดูภาพขนาดเต็ม

โครงสร้างภายในประกอบด้วยไส้หลอดที่ทำมาจากทังสเตน ก้านยึดไส้หลอด ลวดนำกระแส แผ่นฉนวนหักเหความร้อน ฟิวส์ ท่อดูดอากาศ และขั้วหลอด ภายในหลอดแก้วจะบรรจุก๊าซเฉื่อย เช่น อาร์กอน หรือไนโตรเจน เพื่อไม่ให้หลอดที่ร้อน ขณะป้อนกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ทำให้เกิดการเผาไหม้ไส้หลอดอาจจะขาดได้

การต่อวงจรใช้งานเริ่มจากต่อสายไฟ 220 VAC เข้ากับสวิตช์  แล้วต่อเข้าหลอดไฟ ส่วนสายไฟอีกเส้นหนึ่งต่อเข้าหลอดไฟโดยตรง เมื่อทำการปิดสวิตช์จะมีกระแสไหลทำให้หลอดไฟติด เป็นการต่อวงจรใช้งานที่ง่ายกว่าหลอดประเภทอื่น หลอดไฟประเภทนี้มีขนาดอัตราทนกำลัง 25 วัตต์ 40 วัตต์ 60 วัตต์และ 100 วัตต์ หลอดไส้ขนาด 40 วัตต์มีอายุการใช้งาน 1,250 ชั่วโมงให้แสงสว่าง 430 ลูเมน เป็นต้น

เข้าสู่ระบบ/ลงทะเบียน เพื่อดูภาพขนาดเต็ม

หลอดฟลูออเรสเซนต์(Fluorescent  Lamp) เป็นหลอดไฟฟ้าที่นิยมใช้กันทั่วไป เพราะว่าให้แสงสว่างนวลสบายตา และมีอายุการใช้งานที่ยาวนาน กว่าหลอดไส้ถึง 8 เท่า ลักษณะของหลอดเป็นรูปทรงกระบอก รูปวงกลมและตัวยู มีขนาดอัตราทนกำลัง 10 วัตต์ 20 วัตต์ 32 วัตต์และ 40 วัตต์เป็นต้น ขนาด 40 วัตต์มีอายุการใช้งาน 8,000 ถึง 12,000 ชั่วโมง ให้ความสว่างของแสงประมาณ 3,100 ลูเมน รูปที่ 15.9 ได้แสดงรายละเอียดส่วนประกอบ ของหลอดฟลูออเรสเซนต์

เข้าสู่ระบบ/ลงทะเบียน เพื่อดูภาพขนาดเต็ม

ภายในหลอดจะบรรจุด้วยก๊าซเฉื่อย ประเภทอาร์กอนและไอปรอท บริเวณหลอดแก้วด้านในเคลือบด้วยสารเรืองแสง ก๊าชที่บรรจุอยู่ภายในหลอด จะแตกตัวเป็นไอออน เมื่อแรงดันที่ขั้วแคโถด ทั้งสองข้างของหลอดมีค่าสูงพอ ความต้านทานภายในหลอด ก็จะต่ำลงทันที ทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านหลอดแก้ว ไปกระทบไอปรอท ทำให้ไอปรอท เปล่งรังสีอัลตราไวโอเลตออกมา และจะกระทบกับสารเรืองแสง ที่เคลือบผิวด้านในของหลอดแก้วหลอดจึงสว่างขึ้น

การต่อวงจรใช้งานเริ่มจากต่อสายไฟ 220 VAC เส้นหนึ่งต่อเข้ากับบาลาสต์ จากบาลาสต์ต่อไปยังขั้วหลอดหนึ่ง ขั้วหลอดสองต่อไปยังสตาร์ทเตอร์ และต่อเข้าขั้วหลอดอีกด้านหนึ่ง จากขั้วหลอดจะต่อเข้าไฟAC อีกเส้นหนึ่งจนครบวงจร รูปที่ 15.10 แสดงการต่อวงจรหลอดฟลูออเรสเซนต์เพื่อใช้งาน

เข้าสู่ระบบ/ลงทะเบียน เพื่อดูภาพขนาดเต็ม

บัลลาสต์ ที่ใช้กับหลอดฟลูออเรสเซนต์ มีหน้าที่อยู่หลายอย่างคือ สร้างแรงดันไฟฟ้าสูงในขณะที่หลอดเริ่มทำงาน เมื่อหลอดทำงานแล้ว จะทำหน้าที่ลดแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมหลอดให้ต่ำลง และนอกจากนี้ยังทำหน้าที่จำกัดกระแส ไม่ให้ไหลผ่านหลอดมากเกินไป ในขณะที่หลอดให้แสงสว่างออกมา บัลลาสต์ที่นิยมใช้อยู่มี 3 ชนิดคือ ชนิดขดลวด(Choke Coils Ballast) ชนิดหม้อแปลงขดลวดชุดเดียว (Autotranformer Ballast) และชนิดบัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์(Electronic Ballast)

สตาร์ทเตอร์ ที่ใช้กับหลอดฟลูออเรสเซนต์ มีหน้าที่เป็นสวิตช์เพื่อช่วยในการจุดไส้หลอด ให้ทำงานมีอยู่หลายชนิดคือ แบบมีก๊าชบรรจุอยู่ภาย(Glow Type) แบบใช้ความร้อน(Thermal Starter) แบบใช้มือในการตัดต่อ(Manual Reset Cutout Starter) และสตาร์ตเตอร์ แบบตัดต่อโดยอัตโนมัติ(Automatic Reset Cutout Starter)

เข้าสู่ระบบ/ลงทะเบียน เพื่อดูภาพขนาดเต็ม

หลอดแสงจันทร์ (Mercury Lamp) เป็นหลอดไฟฟ้า ที่ทำงานด้วยหลักการปล่อยประจุความเข้มสูง มีปริมาณเส้นแรงของแสงสว่าง ต่อวัตต์สูงกว่าหลอดชนิดอื่น ส่องสว่างได้ไกลเหมาะกับงานสนาม นิยมใช้ตามถนน บริเวณเสาไฟฟ้า และโรงงานอุตสาหกรรม นิยมติดตั้งควบคู่กับดวงโคมเสมอ

เข้าสู่ระบบ/ลงทะเบียน เพื่อดูภาพขนาดเต็ม

หลอดแสงจันทร์ 40 วัตต์จะให้แสงสว่างประมาณ 1,600-2,400 ลูเมน มีอายุการใช้งานเฉลี่ยประมาณ 24,000 ชั่วโมง หลอดแสงจันทร์มีอยู่ 2 ชนิดคือ ชนิดที่ใช้บาลาสต์กับชนิดที่ไม่ใช้บาลาสต์ ชนิดที่ไม่ใช้บาลาสต์จะมีอายุการใช้งานที่สั้นกว่า เมื่อเริ่มทำงาน ก๊าซที่อยู่ในหลอด จะเกิดการแตกตัว โดยใช้เวลาประมาณ 10-15 นาทีแล้วแต่ชนิดของหลอด หลอดจะค่อย ๆ เริ่มเปล่งแสงสว่างออกมา เมื่อหลอดดับ แล้วต้องการให้หลอดติดใหม่ ต้องรอให้หลอดเย็นตัวก่อน

เข้าสู่ระบบ/ลงทะเบียน เพื่อดูภาพขนาดเต็ม

หลอดนีออน (Neon Lamp) เป็นหลอดไฟฟ้าชนิดที่มีการบรรจุก๊าซต่าง ๆ เข้าไปเพื่อทำให้เกิดแสงสว่างเป็นสีต่าง ๆ ตามชนิดของสาร หรือก๊าซที่บรรจุเข้าไป ส่วนใหญ่จะใช้เป็นไฟประดับ หรือติดป้ายโฆษณาตามสถานที่ต่าง ๆ บางครั้งอาจดัดหลอด ให้มีรูปร่างเป็นตัวอักษรและข้อความต่าง ๆ โดยทั่วไปหลอดนีออน จะแบ่งประเภทตามแรงดันได้ 2 ประเภทคือแรงดันสูง และแรงดันต่ำ หลอดนีออนในรูปที่ 15.14 เป็นหลอดนีออนรุ่น TLX ที่เป็นหลอดชนิดขั้วเดี่ยว สามารถจุดติดได้ทันที ใช้ร่วมกับบัลลาสต์และโคมโดยเฉพาะ

เข้าสู่ระบบ/ลงทะเบียน เพื่อดูภาพขนาดเต็ม

หลอดไฟที่ใช้ในวงจรไฟฟ้าแสงสว่าง ยังมีอีกหลายแบบที่ผู้เขียนไม่ได้กล่าวถึง และมีใช้ตามที่ต่าง ๆ เพื่อให้นักศึกษารู้จัก และใช้เป็นแนวทางในการศึกษาต่อไป จะขอแสดงรูปภาพของหลอดไฟบางชนิดที่ควรรู้จักดังนี้

เข้าสู่ระบบ/ลงทะเบียน เพื่อดูภาพขนาดเต็ม

laujhawj

ขอบคุณครับ สำหรับความรู้