บทท 2

เอกสารและงานวจยทเกยวของ

ในการพฒนาและหาประสทธภาพเครองตมน าอจฉรยะในครงนคณะผจดท าไดรวบรวมแนวคดทฤษฎ และหลกการตาง ๆ จากเอกสารและงานวจยอนๆ ทเกยวของ โดยแบงออกเปนหวขอ ดงตอไปน

1. ทฤษฎและหลกการทเกยวของ 1.1 หมอแปลงไฟฟา 1.2 ปมน า 12V DC 1.3 กาตมน ารอน 1.4 เบรกเกอรตดไฟ 1.5 วงจรเตอนและตดน ารอน 1.6 ลกลอยไฟฟา 1.7 วงจรเรกเลเตอร 1.8 โซลนอยดวาลวทองเหลอง 1.9 วงจรบอกระดบน า 3 ระดบ2. งานวจยทเกยวของ 2.งานวจยทเกยวของ

2.1 ทฤษฎและหลกการทเกยวของ 2.1.1 หมอแปลงไฟฟา

หมอแปลงไฟฟาเปนเครองกลไฟฟาทใชในการสงถายพลงงานไฟฟา จากขดลวดชดหนงไปยงขดลวดอกชดหนง โดยทความถไมเปลยนแปลงหรอเปนอปกรณทใชในการเชอมโยงระหวางระบบไฟฟาทมแรงดนไฟฟาตางกน โดยจะท าหนาทเพมหรอลดแรงดนไฟฟาใหเหมาะกบการสง การจายและการใชพลงงานไฟฟา หมอแปลงจงเปนเครองกลไฟฟาทส าคญชนดหนง การเกดเหตขดของหรอการช ารดเสยหายของหมอแปลง มกมผลกระทบตอการใชไฟฟา หรอ กระบวนการผลตอยางมาก เปนเวลานาน ดงนนหมอแปลงนอกจากจะตองออกแบบผลต ตดตงอยางถกตองและมคณภาพแลวการใชงานและการดแลรกษากเปนปจจยส าคญทจะหลกเลยงการขดของหรอการช ารดเสยหายดงกลาวได ส าหรบบทความนมาท าความรจกเกยวกบโครงสราง หลกการท างาน และชนดของหมอแปลงไฟฟาชนดตางๆดงน

5

2.1.1.1 โครงสรางของหมอแปลงไฟฟา

หมอแปลงไฟฟามสวนประกอบทส าคญอย 3 สวน คอ แกนเหลก ขดลวดตวน า และฉนวน อาจจะมสวนประกอบยอยอนๆ ซงขนอยกบขนาดพกดของหมอแปลง เชน หมอแปลงทใชในระบบจ าหนายไฟฟา มถงบรรจหมอแปลง น ามนหมอแปลง ครบระบายความรอน ขวแรงดนดานสง ขวแรงดนดานต า และอนๆเปนตน

2.1.1.2 แกนหลก (Core) มลกษณะเปนแผนเหลกบางๆเคลอบดวยฉนวนน ามาอดซอนกนเปนรป

แกนของหมอแปลงหนาทเปนทางเดนของเสนแรงแมเหลก แกนเหลกทดตองเปนเหลกออนมสวนผสมของสารซลกอน มความซมซบได (Permeability) สงการสญเสยเนองจากฮสเตอรซส (Hyteresisloss) ต ามความหนาแนนของเสนแรงแมเหลกทใชในการเหนยวน าสงถง 1.35-1.55 เวเบอรตอตารางเมตรเปนเหลกประเภทเกรนโอเรยนเตด (Gain oriented steel) ฉนวนทน ามาฉาบแผนเหลกท งสองดานมคาความเปนฉนวนตามผวสง เพอปองกนการสญเสยทเกดจากกระแสไหลวน (Eddy Current) ซงจะเปนสารจ าพวกวานช (Vanish)

2.1.1.3 ขดลวด (Winding) ขดลวดทใชพนหมอแปลงมลกษณะเปนขดลวดทองแดง หรอขดลวด

อลมเนยมทหมหรอเคลอบดวยฉนวน อาจจะเปนไดทงลวดแบนทมพนทหนาตดสเหลยมผนผา หรอลวดกลมกได หมอแปลงไฟฟามขดลวด 2 ชด คอ ขดลวดปฐมภม (Primary winding)และขดลวดทตยภม (Secondary winding) โดยขดลวดปฐมภมจะเปนชดทรบไฟเขา สวนขดลวดทตยภมเปนชดทจายไฟออกไปใชงาน

2.1.1.4 ฉนวน (Insulation) ฉนวนมไวเพอปองกนไมใหขดลวดสมผสกบสวนทเปนแกนเหลก และ

ปองกนไมใหขดลวดแตละชนสมผสกนได (Short turn)ส าหรบลวดตวน าทมขนาดเสนผาศนยกลางตงแต 0.2-1.3 มลลเมตร หากตองการใหฉนวนมคณภาพดและทนความรอนไดมากจะตองเคลอบดวยไวนเฟลกซ (Viniflex)หรอพนทบดวยไหมแคปรอน (Caprone) เทเรไลน (Teleline)หรอฝาย และถาลวดตวน ามขนาดเสนผาศนยกลางตงแต 1.3-4.1 มลลเมตร จะพนดวยกระดาษเคเบล (Cable paper)หลายชน สวนตวน าทมพนทหนาตดแบบสเหลยม จะพนทบดวยฉนวนไฟเบอรกลาส (Fiberglass)ส าหรบฉนวนทคนระหวางชนของขดลวดสวนมากจะเปนกระดาษเคเบลหนาประมาณ 0.2 มลลเมตร และจ านวนชนของกระดาษจะขนอยกบพกดก าลงของหมอแปลง

6

2.1.1.5 หลกการท างานของหมอแปลงไฟฟา

เมอจายแรงดนไฟฟากระแสสลบใหกบขดลวดปฐมภม ท าใหเกดกระแสไฟฟาและเสนแรงแมเหลกขนทขดปฐมภม มลกษณะของการพองตวและยบตวของสนามแมเหลกตามการเปลยนแปลงของรปคลนไซนทงซกบวกและซกลบเปนเชนนตลอดไป และสนามแมเหลกทพองตวและยบตวน จะตดกบขดลวดปฐมภมท าใหเกดแรงดนไฟฟาเหนยวน าขนในขดลวดปฐมภมซงมทศทางตรงกนขามกบแรงดนไฟฟาทจายใหกบขดลวดปฐมภมนน และเรยกแรงดนไฟฟาเหนยวน านวา แรงดนไฟฟาตานกลบ (Back e.m.f)สวนกระแสทไหลในขดลวดปฐมภมขณะไมมโหลดเรยกวา กระแสกระตน (Excited current)เนองจากขดลวดทตยภมพนอยบนแกนเหลกเดยวกนกบขดลวดปฐมภม สนามแมเหลกทเกดขนจากขดลวดปฐมภมทมการเปลยนแปลงตลอดเวลาจะตดกบขดลวดทตยภม ดงนนจงท าใหเกดแรงดนไฟฟาเหนยวน าขนในขดทตยภม ซงหาไดจากอตราสวนของจ านวนรอบขดลวดทตยภมกบขดลวดปฐมภม และเมอตอโหลดเขากบทางดานทตยภมจะท าใหมกระแสไหล เพราะวาหมอแปลงเปนอนดกทฟ กระแสไฟฟาทขดทตยภมจะลาหลงแรงดนไฟฟาของขดทตยภม 90 องศา เมอแรงดนทขดทตยภมลาหลงกระแสทขดปฐมภมอย 90 องศา กระแสทขดทตยภมจะตางเฟสกบกระแสทไหลในขดปฐมภม 180 องศา ดงแสดงในภาพท 2.1

ภาพท 2.1 การเกดเสนแรงแมเหลกของหมอแปลง

กระแสของขดทตยภมจะเหนยวน าท าใหเกดแรงดนไฟฟาตานกลบขนใน

ขดทตยภม แรงดนไฟฟาตานกลบนจะมทศทางตรงกนขามกบแรงดนไฟฟาตานกลบของขดปฐมภม และท าใหแรงดนไฟฟาตานกลบของขดทตยภมออนก าลงลง และท าใหกระแสทไหลในขดปฐมภม

7 มากกวากระแสขณะไมมโหลด ในขณะทกระแสขดทตยภมเพมขนกระแสในขดปฐมภมกจะเพมขนอยางเปนสดสวนกนดงแสดงในภาพท 2.2และภาพท 2.3

ภาพท 2.2 รปคลนของแรงดนและกระแสของขดปฐมภมและขดทตยภม

ภาพท 2.3 เวกเตอรของหมอแปลงขณะมโหลด

2.1.1.6 ชนดของหมอแปลงไฟฟาชนดของหมอแปลงสามารถจ าแนกตามประเภท

ตางๆ ไดดงน (1) จ าแนกตามลกษณะของแกนเหลก (1.1) แกนแหลกแบบคอร (Core Type) เปนแกนเหลกแผนบางๆ ม

ลกษณะเปนรปตวLสองตวประกบเขาหากน หรอเปนรปตว U กบตว I น ามาประกอบเขาดวยกน มวงจรแมเหลกเปนแบบวงจรเดยวหรอวงจรอนกรม ซงมขดลวดปฐมภมและทตยภมพนอยบนแกนเหลกทงสองดานแยกกนอยคนละขางดงแสดงในภาพท 2.4

8

ภาพท 2.4 แกนเหลกแบบคอร

(1.2) แกนเหลกแบบเซลล (Shell Type) แกนเหลกแบบนมลกษณะเปนรปตว E กบ I เมอประกอบเขาดวยกนจะมวงจรแมเหลก 2 วง หรอ วงจรแมเหลกแบบขนาน ขดลวดปฐมภมและขดลวดทตยภมจะพนอยทขากลางของแกนเหลก ดงแสดงในภาพท 2.5

ภาพท 2.5 แกนเหลกแบบเซลล

(1.3) แกนเหลกแบบตว H หรอแบบกระจาย เปนการรวมกนระหวาง

แกนเหลกแบบคอรกบแบบเซลลหรอรวมตว L เขากบตว EI มวงจรแมเหลกลอมรอบขดลวดหมอแปลง ขดลวดแรงดนสงจะพนไวระหวางขดลวดแรงดนต าทงสองชด และระหวางขดลวดแตละชดจะกนดวยฉนวนไฟฟา การพนขดลวดหมอแปลงแบบนจะท าใหเกดเสนแรงแมเหลกรวไหลนอยทสด ดงแสดงในภาพท 2.6

9

ภาพท 2.6 แกนเหลกแบบตว H หรอแบบกระจาย

2.1.2 ปมน า DC 12v เครองปมน า เปนอปกรณทชวยสงผานพลงงานจากแหลงตนก าเนดไปยงของเหลว เพอ

ท าใหของเหลวเคลอนทจาก ต าแหนงหนงไป ยงอก ต าแหนงหนงทอยสงกวา หรอในระยะทางทไกลออกไป โดยจดเรมตนของเครองปมน านมประวตศาสตรทยาวนานกวา 2,000 ปกอนครสตศกราช ซงในชวงเรมแรกมการใชพลงงาน ทไดจากมนษย สตว ตอมาจงไดใชพลงงานจากธรรมชาต เชน พลงงานจากลม และน าเปนแหลงตนก าเนด ซงในชวงแรกเพยง เพอการอปโภคบรโภคและท าการเกษตรเทานน

ในปจจบนเครองปมน าจดเปนอปกรณเครองมออกชนดหนงทมความเกยวของกบชวตความเปนอยของมนษยอยางมาก เปนอปกรณ ทชวยจดสงน าเพอการอปโภค บรโภค การเกษตร คมนาคม อตสาหกรรม ตลอดจนการบ าบดน าเสย เพอรกษา สภาวะแวดลอม ทดใหกบมนษย ซงววฒนาการของเครองปมน าในปจจบนไดเปลยนไปจากเดม ทใชพลงงานจาก แหลงธรรมชาตมาเปน การใชพลงงานจากไอน า จากเครองยนต และทนยมกนมากคอ การใชพลงงานไฟฟา เนองจากความสะดวกและงายตอการใชงาน

2.1.2.1 ประเภทของปมน า (Type of Pump) ปจจบนมการจดแบงประเภทของปมน าหลายรปแบบ และมการเรยกชอ

แตกตางกนออกไปมากมาย ดงนนจงม การจดหมวดหมออกไดเปน 2 แบบ แยกตามลกษณะการเพมพลงงานใหแกของเหลว หรอการไหลของของเหลวในปม ไดแก

(1) ประเภทปมแรงเหวยง หรอปมหอยโขง(Centrifugal) เพมพลงงานใหแกของเหลวโดยอาศยแรงเหวยงหนจดศนยกลาง ปมแบบนบางครงเรยกวาแบบ Rota – dynamic

(2) ประเภทโรตาร (Rotary) เพมพลงงานโดยอาศยการหมนของฟนเฟองรอบแกนกลาง

10

(3) ประเภทลกสบชก (Reciprocating)เพมพลงงานโดยอาศยการอดโดยตรงในกระบอกสบ

(4) ประเภทพเศษ (Special) เปนปมทมลกษณะพเศษ ไมสามารถจดอยในทงสามประเภททกลาวมา แยกตามลกษณะการขบดนของเหลวในปม แบงออกไดเปน 2 ประเภทคอ

(4.1) ประเภทท างานโดยไมอาศยหลกการแทนทของเหลว (Dynamic) เปนปมประเภทอาศยแรง เหวยงหนจดศนยกลางและแบบพเศษ

(4.2) ประเภทท างานโดยอาศยหลกการแทนทของเหลว (Positive Displacement) คอการเคลอนท โดยอาศยชนสวนของ เครองสบ ปมประเภทนจะรวมเอาแบบโรตารและแบบลกสบชกเขาอยในกลมดวยนอกจากการแบงเปนสองแบบตามทกลาวมาแลว ยงอาจแบงปมตามวตถประสงคการใชงานของแตละชนดดวยเชน ปมดบเพลง ปมลม ปมสญญากาศ ปมบาดาล เปนตน

2.1.2.2 คณสมบตของปมน า (1) ลกษณะการท างานของปมแบบแรงเหวยงปมแบบแรงเหวยงเปนปมทไดรบ

ความนยมสงสดเมอเทยบกบปมแบบอน ๆ เนองจากมความยดหยนในการใชงานสง เหมาะสมกบการใชงานหลายประเภทประกอบกบการดแลรกษางาย สวนประกอบของเครอง มใบพดอยในเสอ เครองรปหอยโขง (Volute Casing) ใหพลงงานแกของเหลวโดยการหมนของใบพด ท าใหสามารถยกน าจาก ระดบต าขนไปสระดบสงได หลกการท างานของเครอง พลงงานจะเขาสปมโดยผานเพลาซงมใบพดตดอย เมอใบพดหมนของเหลวภายในปม จะไหลจาก สวนกลางของใบพดไปสสวนปลายของใบพด (Vane) จากการกระท าของแรงเหวยง จากแผนใบพดน จะท าให เฮดความดน (Pressure Head) ของเหลวเพมขน เมอของเหลวไดรบความเรง จากแผนใบพด กจะท าใหมเฮดความเรวสงขน สงผลใหของเหลวไหลจากปลายของใบพดเขาสเสอปมรปหอยโขง แลวออกไปสทางออกของปม ในขณะเดยวกน กเปลยนเฮดความเรวเปนเฮดความดน ดงนนเฮดทใหแกของเหลวตอหนงหนวยความหนกเรยกวา เฮดรวมของปม

(2) ลกษณ ะการท างานของ ป มแบบ ลก ส บชก ป มป ระ เภท ลก สบชก (Reciprocating pump) เปนประเภททเพมพลงงาน ใหแกของเหลว โดยการเคลอนทของลกสบ เขาไปอดของเหลวใหไหล ไปสทางดานจาย ปรมาตรของของเหลวทสบได ในแตละครงจะเทากบ ผลคณของพนทหนาตด ของกระบอกสบกบชวงชกของกระบอกสบนน ดงแสดงในภาพท 2.7

11

ภาพท 2.7 ปมน า 12V DC

2.1.3 กาตมน ารอน 2.1.3.1 ความหมายกาตมน าไฟฟากาน ารอนเปนอปกรณตมน า โดยมอปกรณใหความรอนหรอแผนความรอนใหความรอนในการตมน า โดยปกตกาตมน าไฟฟาถกออกแบบใหสามารถท าใหน ามอณหภมสงถงจดเดอดประมาณ 100 องศาเซนเซยส หรอ 2112 องศา ฟราเรนไฮด

2.1.3.2 ประเภทของกาตมน ารอน กาตมน ารอนแบงออกเปน 4 ประเภท (1) กาตมน าไฟฟาชนดใชน าเปนสอ ดงแสดงในภาพท 2.8

ภาพท 2.8 กาตมน าไฟฟาชนดใชน าเปนสอ

กาตมน าแบบนลกษณะเหมอนกบกาตมน าทใชบนเตาไฟพรอมปลกออกมาเหมอนกบเครองใชไฟฟาทวไป

12

ภาพท 2.9 อปกรณท าความรอน

อปกรณท าความรอนมลกษณะเปนแผนโลหะ(Sheet Metal) ท าดวยอลมเนยมทเปนวงกลมวางซอนกกน โดยมฉนวนไฟฟา ทมพลาสตกคนอย สวนทขวไฟฟาจะตอเขากบแผนอะลมเนยม แลวแลวตอออกมาวงจรภายนอก ดงแสดงในภาพท 2.9

ภาพท 2.10 หลกการท างานของกาตมน าไฟฟาชนดใชน าเปนสอไฟฟา

การน ารอนนจะท างานไดกตอเมอระดบน าในกาสง สงถงอปกรณท าความรอน โดยเมอกระแสไฟฟาไหลผานแผนความรอนและน าจากขวหนงไปยงอกขวหนงจะท าให โมเลกลของน าสน ตามปรมาณของกระไฟฟาทไหลผานสงผลท าใหน ารอน ดงแสดงในภาพท 2.10

(2) กาตมน าไฟฟาชนดธรรมดา ดงแสดงในภาพท 2.11

ภาพท 2.11 กาตมน าไฟฟาชนดธรรมดา

13

กาน ารอนไฟฟาชนดนสวนส าคญทท าใหน ารอนนนคอลวดความรอน (Heater)โดยทลวดความรอนนจะรอนทนทเมอมกระแสไฟฟาไหลเขาสขดลวดความรอน

สวนประกอบของกาตมน ารอนแบบธรรมดา ดงแสดงในภาพท 2.12 ไดแก (2.1) ฝากา (2.2) หจบ (2.3) ตวกา (2.4) ฐานกา (2.5) สายปลก

ภาพท 2.12 สวนประกอบของกาตมน ารอนแบบธรรมดา

ลวดความรอนลวดความรอนของกาตมน าไฟฟาแบบนมแบบปดกบแบบกงปดท าหนาทใหความรอน กงผานโครงของกาท าใหน ารอน

แผนความรอนแบบกงปดลวดความรอนแบบกงปดท าดวยลวดนโครมชนนดแบนทบบนไมกาและหมดวยแผนไมกาหนาหลงอกสองแผน

สวนลวดความรอนแบบปดท ามาจากลวดนโครมทหอหมดวยผงแมกนเซยมออกไซดและหมดวยทอโลหะอกชนหนง ลวดความรอนจะถกดนโคงงออยทดานลางของกาตมน าและจะตอขวออกมา ดงแสดงในภาพท 2.13

ภาพท 2.13 กระแสไหลผานลวดความรอน

14

เมอมกระแสไฟฟาไหลผานลวดความรอนจะท าใหลวดความรอนมอณหภมสงขนเรอยๆและความรอนจะถกถายเทไปใหกบน าจนอณหภมของน าสงสดถถงจดเดอด ถาน าเดอดแลวยงไมดงปลกออกน าจะเดอดตอไปเรอยๆจนระเหยเปนไอหมด

ขอควรระวง การใชกาตมน าชนดนตองระวงไมใหระดบน าต า อาจเกดการเสยหายไดเพราะลวดความรอนถกออกแบบใชกบน าเทานน

(3) กาตมน าไฟฟาชนดอตโนมต กาตมน ารอนชนดนจะมอปกรณควบคมอณหภมของน าใหเปนไปตามท

ตองการ จะมหลอดไฟบอกสภาวะการท างานดวย สวนประกอบทส าคญ กาตมน าไฟฟาชนดอตโนมต

(3.1) อปกรณท าความรอน(Heating element) ดงแสดงในภาพท 2.14

ภาพท 2.14 อปกรณท าความรอน

อปกรณใหความรอนหรอฮทเตอรของกาตมน ารอนชนดนมทงปดและกงปดไมวาจะเปนฮทเตอร แบบใดกตามทใชกบกาตมน านจะถกออกแบบส าหรบตองท างานกบน าโดยตองมน าอยในกาตลอดเวลา ถาปลอยใหน าแหงหรอต ากวาระดบทก าหนด กอาจเปนผลท าใหฮทเตอรเสยหายได ดงแสดงในภาพท 2.15

ภาพท 2.15 อปกรณการควบคมอณหภมของกาน ารอน

อปกรณการควบคมอณหภมของกาน ารอนชนดนสวนใหญจะเปนแบบไบเมทอลลค (Bi- metallic) ซงท ามาจากกโลหะสองชนดทมอตราการขยายตวไมเทากนมายด

15 ตดแนบแนนเขาดวยกน เมอแผนไบเมทอลลคไดรบความรอนจะเกดการงอตวมาควบคมคอนแทค (Contact)ในการตดตอกระแสไฟฟาทไหลผานฮทเตอร ดงแสดงในภาพท 2.16

ภาพท 2.16 หลอดไฟแสดงการท างานของกาน ารอน

หลอดไฟนท าหนาทแสดงใหทราบถงการท างานของกาตมน ารอนวาท างาน หรอตดการท างานหรอเปนการแสดงถงน าในกาทตมมอณหภมถงจดทตองการแลว ดงแสดงในภาพท 2.17

ภาพท 2.17 แสดงหลกการท างานของกาตมน ารอนชนดอตโนมต

เมอมกระแสไฟฟาไหลผานหนาสมผส (Contact) ทตอนกรมกบขดลวดความรอน (Main Heater) ในชวงนน าจะยงมอณหภมต าท าใหหนาสมผสยงแตะกนอย เมอเวลาผานไปกระแสไฟฟาทไหลผาน จะท าใหเมนฮทเตอรเกดความรอนขนและสงผานความรอนไปยงน าท าใหน ามอณหภมสงขนในขณะ ทเมนฮทเตอรท างาน หลอดไฟแสดงสภาวะการท างาน(หลอดHeat) ทตอขนานกบเมนฮทเตอรจะสวาง แสดงใหทราบวาเมนฮทเตอรก าลงท างานใหความรอนอยดงแสดงในภาพท 2.18

ภาพท 2.18 แสดงหลกการท างานของกาตมน ารอนชนดอตโนมต

16 เมออณหภมของน าถงจดทตงไว(ประมาณ 80-100องศาเซลเซยส) จะท าใหแผนไบ-เมทอลค โคงงอตวผลกดนใหหนาสมผสแยกออกจากกนตดกระแสไฟฟาทไหลผานเมนฮทเตอร แตกระแสไฟฟายงคงไหลผานลวดความรอนชดรกษาอณหภม(Warm Heater) จากนนจะไหลไปยงเมนฮทเตอรจนครบวงจร ขณะทกระแสไหลผานเมนฮทเตอรในสภาพเชนนเมนฮทเตอรจะไมท างานเพราะเมนฮทเตอรมคาความตานทานนอยกวาลวดความรอนชดรกษาอณหภมมาก ดงนนแรงดนจงตกครอมทลวดความรอนชดรกษาอณหภมเกลอบทงหมด สงผลใหอณหภมของน าคงทตลอดเวลา สวนของหลอดไฟแสดงการท างาน หลอดไฟแสดงสภาวะท างาน(หลอดHeat)จะดบเพราะแรงดนตกครอมเมนฮทเตอรไมเพยงพอ แตหลอดบอกสภาวะของลวดความรอนชดรกษาอณหภมของน า(หลอดWarm) จะสวางเพราะแรงดนไฟฟาตกครอมมากพอทท าใหหลอดสวาง (4) กาตมน าชนดอตโนมตแบบปลอยน าดวยแรงกดอากาศ ดงแสดงในภาพท 2.19

ภาพท 2.19 กาตมน าชนดอตโนมตแบบปลอยน าดวยแรงกดอากาศ

กาตมน าชนดนลกษณะการท างานเหมอนกบกาตมน าแบบอตโนมต แตตางกนตรงทการน าน าออกมาจากกาตมน า โดยผใชจะกดฝาบนของกาตมน าน ารอนจะไหลออกมาเนองจากแรงกดอากาศภายในกาตมน าทมมากขนมผลไปดนใหน ารอนออกมา สวนประกอบโดยทวไปของกาตมน ารอน ดงแสดงในภาพท 2.20

ภาพท 2.20 สวนประกอบของกาตมน ารอน

17 (4.1) ทกดน า (4.2) ฝาปดกาตมน าดานบน (4.3) ฝาปดดานใน (4.4) หหว (4.5) จดสงน าออกจากกระตก (4.6) จดบอกระดบน า (4.7) สวนบอกไฟแสดงการตม และไฟแสดงการอน (4.8) ตวกระตกดานใน (4.9) แผนความรอน สวนประกอบทเปนเชงกล ดงแสดงในภาพท 2.21,ภาพท 2.2 และภาพท 2.23

ภาพท 2.21 ทกดน า

ภาพท 2.22 ดานลางของทกด

18

ภาพท 2.23 ฝาปดใน

โครงกาตมน า ดงแสดงในภาพท 2.24

ภาพท 2.24 โครงกาตมน า

โครงกาท าหนาทหอหมกระตกดานและวงจรไฟฟาของกาในบางรนม 2ช นภายใน จะมโฟมซงเปนฉนวนกนความรอน ดานหนามอปกรณบอกระดบน าทอยในกาตมน า สวนประกอบทางไฟฟา ดงแสดงในภาพท 2.25

ภาพท 2.25 ลวดความรอน

ลวดความรอนเปนอปกรณใหความรอนโดยลวดความรอนจะม 2ชดคอชดทใหน ารอนมก าลงไฟฟาประมาณ 700 วตต และชดทรกษาอณหภมน าใหคงทมก าลงไฟฟาประมาณ50 วตต

19

ภาพท 2.26 เทอรเมอรสแตด

เทอรเมอรสแตดเปนอปกรณตดกระแสไฟฟาไมใหไหลผานลวดความรอนโดยจะตดกระแสไฟฟา ไมใหไหลผานลวดความรอนโดยจะตดกระแสไฟฟา เมออณหภมของน าประมาณ 90- 100องศาเซนเซลส ดงแสดงในภาพท 2.26

ภาพท 2.27 หลอดไฟ

หลอดไฟนท าหนาทแสดงใหทราบถงการท างานของกาตมน ารอนวาท างาน หรอตดการท างานหรอเปนการแสดงถงน าในกาทตมมอณหภมถงจดทตองการแลว ดงแสดงในภาพท 2.27

ภาพท 2.28 ปลก

เปนอปกรณทน าหนาทน ากระแสไฟฟาเขากาตมน าโดย จะเสยบปลกดงกลาวเขากบหลกตอของกาตมน า ดงแสดงในภาพท 2.28

หลกการท างาน

ภาพท 2.29 แสดงหลกการท างานของกาตมน ารอนชนดอตโนมต

20 เมอกระแสไฟฟาไหลผานหนาสมผสของเทอรเมอรสแตตและลวดความรอนชดทท าใหน ารอน(Main Heater)จะท าใหน าทอยภายในกาตมน ามอณห๓มสงขนเรอยๆจนถงประมาณ90-100องศาเซนเซยสแผนไบเมทอลคจะโคงงอตวเตมทท าให หนาสมผสแยกออกจากกน ดงแสดงในภาพท 2.29

ภาพท 2.30 แสดงหลกการท างานของกาตมน ารอนชนดอตโนมต

จากนนลวดความรอนชดรกษาอณหภมของน า (Warm ater)ท ตอขนานกบหนาสมผส และท าหนาท ใหความรอนกบน าเพอใหอณหภมของน าอยในระดบทคงทตลอดเวลา และน าทอยในกาน าจะมอณหภมประมาณ90-100องศาเซนเซยสตลอดระยะ เวลาทเสยบปลกทจายกระแสไฟฟาใหกบกาตมน า ดงแสดงในภาพท 2.30 การน าน าออกจากกาตมน าท าไดโดยการกดฝากดน าทอยาดานบนของกาตมน าซงจะเปนการอดอากาศลงไปในกาตม น าผานรระบายอากกาศของฝาปดภายในใหไหลขนไปตามทอแลวออกไปยงพวยกาไดและเมอปลอยมอออกจากฝากดน า อากาศจากภายนอกจะเขาไปแทนทน าในกาทไหลออกมาจากกาตมน า การเตมน าลงในกระตก ดงแสดงในภาพท 2.31 และ ภาพท 2.32

ภาพท 2.31 ขนตอนการเตมน าในกระตก

ภาพท 2.32 ขนตอนการเตมน าในกระตก

(1) เลอนปมลอคไปทกดน า (2) เปดปมลอคฝา (3) เปดฝาขน

21 (4) หยบฝาครอบดานใน (5) เตมน าลงไปอยาใหสงกวา (6) ปดฝาในใหสนท (7) ปดฝานอกกดใหดงคลก ระดบ “FULL” ดงแสดงในภาพท 2.33

ภาพท 2.33 แสดงระดบ full ของกาตมน า

อยาเตมน าเกนระดบ “FULL” เพราะเมอน าเดอดจะท าใหน าลนออกมาอยาใหน าต ากวาระดบ “EMP” เพราะจะท าใหภาชนะบรรจภายในเกดการเสยหาย การตมและอนน า ดงแสดงในภาพท 2.34

ภาพท 2.34 ขนตอนการตมและอนน า

เสยบปลกเขากบหลกตอสายปลกตองแนนสนทกอนแลวท าการเสยบปลกจายไฟฟาเขากาตมน า การรนน าออกจากกาตมน า ดงแสดงในภาพท 2.35

ภาพท 2.35 การรนน าออกจากกาตมน า

เลอนปมเปดมาต าแหนงPOURน าถวยหรอภาชนะมารองรบน ากดทกดน าน าจะไหลออกมาความแรงของน าขนอยกบปรมาณน า ในกาตมน าเมอรนน าเสรจแลวใหเลอนปมปดมาต าแหนง STOP ขอควรระวงในการใชงาน (1) อยาใสน าแขงลงในกาตมน าเพราะจะท าใหลวความรอนท างานหนกท าใหเกดการเสอมเรวและช ารดเสยหายได

22 (2) อยาวางผาหรอสงของบนกาตมน าความรอนของกาอาจท าใหเกดไฟไหมได (3) อยาใชกาตมน าในขณะทยงไมไดปดฝาในและอยาเสยบปลกในขณะทไมมน าในกาตมน า (4) ควรใชน ายาลางจานและฟองน าลางไมควรใชผงขด แปรง น าเบนซน ทนเนอรหรอแอลกอฮอล ท าความสะอาดกาตมน า เพราะอาจท าใหสของกาตมน าลอกออก (5) อยากาตมน าไปแชน า อาจท าใหเกดไฟชอตได และอยาวางกาตมน รอนบนพนทเปยก (6) อยาใชของมคมหรอมดขดท าความสะอาดกาตมน ารอนท าใหกาเปนรอยเสอมเรว (7) อยาเทนม เหลา ชาหรอของเหลวอนลงในกาตมน าเพราะอาจท าใหเกดสนมหรอเกดการอดตนททอกอกได 2.1.4 เบรกเกอรตดไฟ เบรกเกอร ELCB เปนอปกรณไฟฟาทถกผลตขนมา มวตถประสงคหลกส าหรบน ามาใชปองกนไฟดดหรอไฟรว ซงเบรกเกอร ELCB มชอเตมๆคอ Earth Leakage Circuit Breaker แตในบางครงชอยอของเบรกเกอร ELCB กมกมผคนบางสวนเรยกเปน “ELB” กม รวมถงชอภาษาไทยกมกจะเรยกกนวา “เบรกเกอรกนดด” โดยหนาตาของ เบรกเกอร ELCB จะมรปทรงทคลายคลงกนกบเซฟตเบรกเกอร ทเราน ามาใชเปนควบคมเครองปรบอากาศ ปมน า ฯลฯซงหนาตาภายนอกโดยรวมถอวาคลายกบเซฟตเบรกเกอรมาก ตางกนท ELCB จะมปมเลกๆทเรยกวาปม TEST แตเซฟตเบรกเกอรนนไมมปมTEST และหลกการท างานและวตถประสงคของการน าไปใชงานกแตกตางกนดวย เบรกเกอรมหลายชนด ดงแสดงในภาพท 2.36,ภาพท 2.37 และภาพท 2.38 ไดแก

23

ภาพท 2.36 เบรกเกอร ELCB ยหอ Haco

ภาพท 2.37 เซฟตเบรกเกอร ยหอ Panasonic

ภาพท 2.38 เบรกเกอรกนดด และเบรกเกอรธรรมดา

เบรกเกอร ELCB มหนาทคอ ตดหรอปลดวงจรไฟฟาลงอตโนมตเมอมกระแสไฟฟารวลงดนจนถงคาทตรวจจบได และยงสามารถปลดวงจรไฟฟาเมอเกดไฟฟาลดวงจรไดอกดวย แตเบรกเกอร ELCB จะไมสามารถปลดวงจรไฟฟาออกไดเองในกรณทใชกระแสไฟฟาเกนกวาพกดทระบไว

24 อยางเชน บนตว ELCB ระบคาพกดกระแสท 30 A แตเมอมการใชกระแสไฟฟาสงเกนกวาทระบไวหากเปนเบรกเกอรแบบธรรมดากจะปลดวงจรออกเองเมอใชงานพกดกระแสเกนกวาทระบแตในกรณของ ELCB พกดกระแสทระบบนตวของมนคอคาสงสดทมนจะทนไดไมใชคาทมนจะปลดวงจร การมกระแสไฟฟาไหลผานเกนพกดสงสดทแสดงบนELCB กจะท าใหมนพงโดยทไมมการปลดวงจร จงเหมาะกบการน าไปใชงาน เพอควบคมและปองกนความเสยงเฉพาะกบเครองใชไฟฟา ซงเราทราบปรมาณการใชไฟฟาสงสดอยแลวอยางเชนเครองท าน าอน, เครองท าน ารอน เปนตน

ภาพท 2.39 เบรกเกอร ELCB ยหอ KYOKOTO

ความเรวในการตดไฟ โดยทวไปเบรกเกอร ELCB ทวางขายอยตามทองตลาด มคาความเรวในการตดไฟอยทประมาณ 0.01 - 0.04 วนาท ซงในการเลอซอเบรกเกอร ELCB ใหดทคาความเรวของเวลาดวย ซงเวลาเพยงเสยวเดยวกบเรองของไฟฟา ถอวาส าคญมาก หลกการท างานของเบรกเกอร ELCB คอการเปรยบเทยบกระแสไฟฟาระหวางสายไฟ2 สาย โดยทในสภาวะปกตนน กระแสไฟฟาทไหลไปกลบตองมคาเทากนผลรวมของคากระแสไฟฟาทไหลไปและกลบจะมคาเทากบ 0 แตหากมกระแสรวออกจากระบบหรอมคนถกไฟดดผลรวมของกระแสไฟฟาทไหลไปและกลบจะไมเปน 0 และผลตางทเกดขนนหากมคามากพอถงจดทก าหนด กจะถกสงเขาวงจรขยายสญญาณ และสงการใหคอยลแมเหลกภายในปลดวงจรออกทนท เบรกเกอรกนไฟดดเบรกเกอร ELCB จะมคาความไวในการตรวจจบกระแสไฟรวหรอทเรยกวาคา Sensitive มหนวยเปน มลลแอมแปร : mA ในกรณของเบรกเกอร ELCB ในทองตลาดมคาความไวใหเลอกอย 2 คา คอ 15 mA และ 30 mA และหากจะน าเบรกเกอร ELCB มาใชงานกบเครองท าน าอนหรอเครองท าน ารอน ควรเลอกคาความไวในระดบ 15 mA จะเหมาะสมทสด

25 ความเรวในการตดไฟโดยทวไปเบรกเกอร ELCB ทวางขายอยตามทองตลาด จะมความเรวในการปลดวงจรไฟฟาอยทราวๆ0.30 วนาท ซงถอวาเปนความไวทอยในระดบมาตรฐาน เนองจากวามาตรฐานก าหนดความเรวในการปลดวงจรของอปกรณปองกนไฟดด ทใชปองกนบคคล ตองสามารถปลดวงจรออกไดในระยะเวลาไมเกน0.04 วนาท ดงแสดงในภาพท 2.40

ภาพท 2.40 การเปรยบเทยบขณะกระแสไฟฟารวและไหลผานรางกายมนษย(ไฟดด)

ภาพท 2.41 ปมสสมบนเบรกเกอร ELCBในภาพ คอปม TEST

ปม Test เปนปมทมไวเพอทดสอบการท างานของ ELCB วายงสามารถท างานไดปกตหรอไมซงในสภาวะทไมมการจายไฟเขามาท ELCB เมอกด TESTจะไมมผลไดๆทงสน ทงนกเพราะหลกการท างานของปม TEST เปรยบเสมอน การจ าลองสภาวะทมกระแสไฟฟาไหลไปและกลบมาไมเทากนซงกลาวงายๆคอเปนการจ าลองสภาวะทมกระแสไฟฟารวออกไปนนเอง ดงแสดงในภาพท 2.41 ขนาดของเบรกเกอร ELCB ตามทองตลาดทมออกวางจ าหนายสวนใหญจะพบแตขนาด 30 A และ 32 A ทเคยเหนมเพยงของHaco เทานนทผลดออกมา 2 ขนาดคอ 16A และ 32 A แตขอเสยคอ Haco มคาตรวจจบกระแสไฟรวใหเลอกเพยงคาเดยว คอ 30 mA สวนสาเหตทผผลตไมผลตขนาดแอมปออกมาหลายขนาด ไมเหมอนกบเซฟตเบรกเกอรกเพราะวาELCB ไมมความสามารถในดานการปองกนกระแสเกน จะปองกนไดเพยงไฟดดและไฟ

26 ลดวงจรเทานนไมมความจ าเปนทจะตองผลตเบรกเกอร ELCB ใหมขนาดพกดกระแสหลายๆขนาดผผลตจงไมผลตออกมาหลายขนาด 2.1.5 วงจรเตอนและตดปมน า วงจรเตอนและตดปมน าชดนเปนวงจรเตอนทชวยอ านวยความสะดวกใหปมน าท างานหรอหยดท างานอตโนมตโดยทเราไมตองท าการเปดปดปมน าดวยตวเอง นอกจากนนยงมการเตอนเมอน าหมดหรอเตมอกดวย วงจรนสามารถน าไปประยกตใชไดกบการตรวจสอบน าในทอน าเพอปองกนปมน าไหมอนเกดจากไมมน าในทอน า นอกจากนนยงใชเปนวงจรเตอนเมอระดบน าต ากวาทเราก าหนดไดอกดวย ดงแสดงในภาพท 2.42 คณสมบต (1) ใชไฟเลยงวงจร 12 โวลทดซ (2) กนกระแสสงสด 150 มลลแอมป (ขณะใชงาน) และ 11 มลลแอมป (ขณะไมใชงาน) (3) สามารถตงการท างานของรเลยและเสยงเตอนใหท างานในชวงน าเตมหรอน าหมดได (4) สามารถตอโหลดไดสงสด 1 แอมป (5) ขนาดแผนวงจรพมพ : 2.64x1.87 นว

ภาพท 2.42 วงจรเตอนและตดปมน า

27 2.1.6 ลกลอยไฟฟา ประโยชนการใชงาน (1) การใชสวตชลกลอยควบคมระดบน า เพอปองกนไมใหปมท างานโดยปราศจากน า (กนน าแหง) ลกษณะการท างานสวตชลกลอยจะตดวงจรการท างานของปมน าในขณะทระดบน าในถงลดลงถงจดทตงไว และจะสงการใหปมน าท างานในขณะทระดบน า ไดเพมสงถงจดทต งไว (2) การใชสวตชลกลอยควบคมระดบน า เพอปอนกนน าลนถงและสงใหปมน าท างานกอนน าจะหมดลกษณะการท างานสวตชลกลอยจะสงใหปมน าท างานในขณะทระดบน าในถงลดลงถงจดทตงไว จากนน ขณะทระดบน าไดเพมสงถงจดทตงไว (น าเตม)สวตชลกลอยจะตดวงจรการท างานของปม (3) การใชสวตชลกลอยควบคม เพอปอนกนน าลนถงทจายเขาและปองกนน าแหงในแหลงน าดดของปม โดยใชสวตชลกลอยพรอมกน 2 ชดลกษณะการท างานสวตชลกลอยตวท 1 จะสงใหปมน าท างานในขณะทระดบน าในถงลดลงถงจดทตงไว จากนนขณะทระดบน าไดเพมสงถงจดทตงไว (น าเตม) สวตชลกลอยจะตดวงจรการท างานของปม สวตชลกลอยตวท 2 จะตดวงจรการท างานของปมขณะทระดบน าในแหลงน าดดลดลงถงจดทตงไว ปองกนไมใหปมท างานโดยปราศจากน า ดงแสดงในภาพท 2.43และภาพท 2.44

ภาพท 2.43 รายละเอยดของลกลอยไฟฟา

ภาพท 2.44 สวตซควบคมลกลอยไฟฟา

28 2.1.7 วงจรเรคกเลเตอร วงจรเรคกเลเตอรชดนเปนวงจรทมประสทธภาพคอนขางสง เพราะใชไอซเรคกเลเตอร UA723 ซงสามารถใหประสทธภาพในการจายกระแสไดดเยยมทเดยว นอกจากนยงออกแบบใหมวงจรปองกน การจายกระแสเกนอกดวย โดยวงจรนจะจายกระแสไฟไดสงถง 3 แอมป ดงนนจงควรใชหมอแปลงขนาด 4 แอมป ใชขว 12-0-12 ถาเรา ใชไฟไมเกน 12 โวลท ใหตอขว 12 กบ 0 แตถาเราใชไฟเกน 12 โวลท ใหตอขว 12 กบ 12 เพอสะดวกในการใชงาน ดงแสดงในภาพท 2.45 ขอมลทางดานเทคนค (1) ใชหมอแปลงขนาด 12-0-12 โวลตเอซ 4 แอมป (2) สามารถปรบแรงดนเอาทพทได 0-30 โวลท (3) สามารถจายกระแสไดสงสด 3 แอมป (4) ขนาดแผนวงจรพมพ : 3.08x1.95 นว

ภาพท 2.45 วงจรเรคกเลเตอร

2.1.8 โซลนอยดวาลวทองเหลอง โซลนอยวาลวน า (Solenoid Valve) อปกรณวาลวแบบตางๆ ใชกบระบบน า และเครองกรองน า วาลวหวถงแรงดน วาลวควบคมถงกรองน าท างานคลายกบรเลย(Relay) ภายในโครงสรางของโซลนอยดจะประกอบดวยขดลวดทพนอยรอบแทงเหลกทภายในประกอบดวยแมเหลกชดบนกบชดลาง เมอมกระแสไฟฟาไหลผานขดลวดทพนรอบแทงเหลก ท าใหแทงเหลกชดลางมอ านาจแมเหลกดงแทงเหลกชดบนลงมาสมผสกนท าใหครบวงจรท างาน เมอวงจรถกตดกระแสไฟฟาท าใหแทงเหลกสวนลางหมดอ านาจแมเหลก สปรงกจะดนแทงเหลกสวนบนกลบสต าแหนงปกตยกตวอยางการน าไปใชงาน เชน ในโรงเรอน ในฟารม ระบบรดน าทตองการจายน าหลายๆจด

29 แบงเปนโซนๆ หลายๆโซน โดยตอกบระบบ Control ม Pressure Switch หรอ Timer เปนตวสงงานให โซลนอยดวาลว (Solenoid Valve) ท างาน เปนตน โครงสรางของโซลนอยดวาลว โซลนอยดวาลวเปนการรวมกนของ 2 รปแบบการท างาน ดงแสดงในภาพท 2.46 ภาพท2.47 และภาพท2.48 คอ (1) SOLENOID - (Electro-magnetic) coil จะเปนตวท าหนาทสรางสนามแมเหลกและเหนยวน าให plunger เคลอนทขนลง (2) VALVE – ตววาลวจะมร orifice ทม disc คอยปดและเปดใหของไหลไหลผานวาลว

ภาพท 2.46 BASIC COIL FUNCTION

ภาพท 2.47 SOLENOID COIL ขณะทไมมการจายไฟ

ภาพท 2.48 หนาทพนฐานของวาลว

30 การท างานของวาลว 2 ทาง ม 2 แบบคอ (1) NORMALLY CLOSED APPLICATION(NC) แบบปกตปด ไมมการจายไฟ ดงแสดงในภาพท 2.49

ภาพท 2.49 หลกการท างานของวาลวแบบ NORMALLY CLOSED APPLICATION(NC)

31 (2) NORMALLY OPEN APPLICATION (NO) ดงแสดงในภาพท 2.50

ภาพท 2.50 หลกการท างานของวาลวแบบ NORMALLY OPEN APPLICATION (NO)

ลกษณะวาลวปกตจะเปดอย เมอจายไฟเขาไป วาลวจะปด ดงแสดงในภาพท 2.51

ภาพท 2.51 โซลนอยดวาลวทองเหลอง

32 2.1.9 วงจรบอกระดบน า 3 ระดบ วงจรบอกระดบน า 3 ระดบออกแบบใหใชวดระดบน าในบอหรอแทงคน าโดยใช LED เปนตวแสดงผลโดยสามารถบอกไดวาน าอยในระดบใด การใชงานกแสนงายราคากแสนประหยดเพราะแตละต าแหนงใชอปกรณไมกตวและยงสามารถเพมระดบน าไดไมรจบ อาจเปน 6,9,12 ต าแหนงกได ดงแสดงในภาพท 2.52

ภาพท2.52 แสดงวงจรบอกระดบน า 3 ระดบ

ภาพท 2.53 แสดงการตอใชงาน

ภาพท 2.54 วงจรบอกระดบน า 3 ระดบ

33 2.2 งานวจยทเกยวของ การพฒนาและหาประสทธภาพเครองตมน ารอนอจฉรยะเแตละเรองแตกตางกนไป ดงตวอยางงานวจยตอไปน ณฐดนย โคสนาม (2556 : บทคดยอ)ผลจากการศกษาหมอตมแบบขนาดใหญโดยตอกบถงตมผลตภณฑขนาดประมาณ 0.9 m2 ใชตมน ารอนประมาณ 80 kg พบวา สามารถเพมอณหภมถง 98 องศาเซลเซยสไดภายในเวลา 90 นาท และท าใหปอสาเปอยยยภายในเวลา 240 นาท ซงเมอศกษาตนทนการตมของชดหมอตมตนแบบทสรางขนเปรยบเทยบกบขอมลทไดจากการตมน าจากเครองดวยวธการทวไปทกลมผผลตใช พบวาตนทนรวมในการใชงานในชวตประจ าวนมากโดนมคาเฉลยเทากบ 3.38 และ5.35 ตามล าดบ ณรงค หชยภม (2555 : บทคดยอ)ไดท าการศกษาเรอง การควบคลมความรอนของโซลนอยดวาลวทองเหลองเพอใชเปนวาลวคอยเปดและปดน าผลการทดลองพบวา โซลนอยดวาลวทองเหลองทนความรอนไดดกวาโซลนอยดวาลวทวไปและทองเหลองนน เหมาะสมส าหรบกระบวนการตมน าจากเครองกาตมน ารอนดวยการน าความรอนของน าและไดงานมวจยอกวาเปนโลหะผสมทมทองแดงและสงกะสเปนสวนประกอบหลก ปรมาณของสงกะสนนแปรเปลยนไป ระหวาง 5 - 45 เปอรเซนต ท าใหไดทองเหลองทมคณสมบตเฉพาะคณสมบตเชงกลของทองเหลอง โดยเพมทงความแขง ความเหนยว และความแขงใหกบทองแดง สงกะสนนจะใหสารประกอบเชงโลหะกบทองแดง ซงจะมความแขงและเปราะ ในชวงนความแขงแรงกบความเหนยวจะคอยๆลดลง แตคงจะเพมแตความแขงเทานนเปนตน จากการศกษาเอกสารและงานวจยทเกยวของกบการสรางและหาประสทธภาพตเครองตมน ารอนอจฉรยะ สรปไดวาการพฒนาเครองตมน ารอนอจฉรยะเพอแกปญหาและสนองความตองการตางๆและอ านวยความสะดวกของผใช ใหด าเนนชวตอยางมประสทธภาพปลอดภยทงยงท างานไดอยางมประสทธภาพและนาสนใจจงพฒนาใหมความจ าเปนตอผใช ดงนนผจดท าจงไดน าเอาหลกการตางๆ จากเอกสารนมาเปนแนวทางในการสรางและพฒนาเครองตมน ารอนอจฉรยะตามวตถประสงคไดอยางมประสทธภาพ