|
ทดลองสร้างหม้อแปลงไฟฟ้ากันเถอะ ..
ก่อนที่เราจะเริ่มสร้างหม้อแปลงกัน เราก็จำเป็นที่จะต้องมีความรู้เกี่ยวกับหม้อแปลงกันซะก่อน ทีนี้เราไปดูกันก่อนว่า หม้อแปลงไฟฟ้า คืออะไร
หม้อแปลงไฟฟ้า คืออะไรนะ
 
ชนิด 1 เฟส ชนิด 3 เฟส
เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับแปลงพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับจากวงจรหนึ่งไปยังอีก
วงจรหนึ่งโดยวิธีทางวงจรแม่เหล็กซึ่งไม่มีจุดต่อไฟฟ้าถึงกันและไม่มีชิ้น
ส่วนทางกลเคลื่อนที่
โดยทั่วไปเราใช้หม้อแปลงไฟฟ้าเพื่อแปลงแรงเคลื่อนไฟฟ้าให้มีขนาดลดลงหรือ
เพิ่มขึ้นจากเดิมโดยมีความถี่ไฟฟ้าคงเดิม
โครงสร้าง
หม้อแปลงแบ่งออกตามการใช้งานของระบบไฟฟ้ากำลังได้
2 แบบคือ หม้อแปลงไฟฟ้าชนิด 1 เฟส และหม้อแปลงไฟฟ้าชนิด 3
เฟสแต่ละชนิดมีโครงสร้างสำคัญประกอบด้วย
1. ขดลวดตัวนำปฐมภูมิ (Primary Winding) ทำหน้าที่รับแรงเคลื่อนไฟฟ้า
2. ขดลวดทุติยภูมิ (Secondary Winding) ทำหน้าที่จ่ายแรงเคลื่อนไฟฟ้า
3. แผ่นแกนเหล็ก (Core)
ทำหน้าที่เป็นทางเดินสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและให้ขดลวดพันรอบแกนเหล็ก
4. ขั้วต่อสายไฟ (Terminal) ทำหน้าที่เป็นจุดต่อสายไฟกับขดลวด
5. แผ่นป้าย (Name Plate) ทำหน้าที่บอกรายละเอียดประจำตัวหม้อแปลง
6. อุปกรณ์ระบายความร้อน (Coolant) ทำหน้าที่ระบายความร้อนให้กับขดลวด เช่น อากาศ,
พัดลม, น้ำมัน หรือใช้ทั้งพัดลมและน้ำมันช่วยระบายความร้อน เป็นต้น
7. โครง (Frame) หรือตัวถังของหม้อแปลง (Tank) ทำหน้าที่บรรจุขดลวด
แกนเหล็กรวมทั้งการติดตั้งระบบระบายความร้อนให้กับหม้อแปลงขนาดใหญ่
8. สวิตช์และอุปกรณ์ควบคุม (Switch Controller)
ทำหน้าที่ควบคุมการเปลี่ยนขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้า และมีอุปกรณ์ป้องกันไฟฟ้าชนิดต่าง
ๆ รวมอยู่ด้วย
วัสดุที่ใช้ทำขดลวดหม้อแปลงโดยทั่วไปทำมาจากสายทองแดงเคลือบน้ำยาฉนวน
มีขนาดและลักษณะลวดเป็นทรงกลมหรือแบนขึ้นอยู่กับขนาดของหม้อแปลง
ลวดเส้นโตจะมีความสามารถในการจ่ายกระแสได้มากกว่าลวดเส้นเล็ก
หม้อแปลงขนาดใหญ่มักใช้ลวดถักแบบตีเกลียวเพื่อเพิ่มพื้นที่สายตัวนำให้มี
ทางเดินของกระแสไฟมากขึ้น
สายตัวนำที่ใช้พันขดลวดบนแกนเหล็กทั้งขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิอาจมี แทปแยก
(Tap) เพื่อแบ่งขนาดแรงเคลื่อนไฟฟ้า
(ในหม้อแปลงขนาดใหญ่จะใช้การเปลี่ยนแทปด้วยสวิตช์อัตโนมัติ)
ขดลวด( Coil)
สายทองแดงเคลือบน้ำยา
วัสดุที่ใช้ทำขดลวดหม้อแปลงโดยทั่วไปทำมาจากสายทองแดงเคลือบน้ำยาฉนวน
มีขนาดและลักษณะลวดเป็นทรงกลม หรือแบนขึ้นอยู่กับขนาดของหม้อแปลง
ลวดเส้นโตจะมีความสามารถในการจ่ายกระแสได้มากกว่าลวดเส้นเล็ก
หม้อแปลงขนาดใหญ่มักใช้ลวดถักแบบตีเกลียว
เพื่อเพิ่มพื้นที่สายตัวนำให้มีทางเดินของกระแสไฟมากขึ้น สายตัวนำที่ใช้
พันขดลวดบนแกนเหล็กทั้งขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิอาจมีแทปแยก (Tap)
เพื่อแบ่งขนาดแรงเคลื่อนไฟฟ้า (ในหม้อแปลงขนาดใหญ่จะใช้การเปลี่ยนแทปด้วยสวิตช์อัตโนมัติ)
ฉนวน (Insulator)
สายทองแดงจะต้องผ่านการเคลือบน้ำยาฉนวน
เพื่อป้องกันไม่ให้ขดลวดลัดวงจรถึงกันได้
การพันขดลวดบนแกนเหล็กจึงควรมีกระดาษอาบน้ำยาฉนวนคั่นระหว่างชั้นของขดลวด
และคั่นแยกระหว่างขดลวดปฐมภูมิกับทุติยภูมิด้วย
ในหม้อแปลงขนาดใหญ่มักใช้กระดาษอาบน้ำยาฉนวนพันรอบสายตัวนำก่อนพันเป็นขดลวด
ลงบนแกนเหล็ก
นอกจากนี้ยังใช้น้ำมันชนิดที่เป็นฉนวนและระบายความร้อนให้กับขดลวดอีกด้วย
แกนเหล็ก ( Core)
แผ่นเหล็กที่ใช้ทำหม้อแปลงจะมีส่วนผสมของสารกึ่งตัวนำ-ซิลิกอนเพื่อรักษา
ความหนาแน่นของเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้น รอบขดลวดไว้
แผ่นเหล็กแต่ละชั้นเป็นแผ่นเหล็กบางเรียงต่อกัน
หลายชิ้นทำให้มีความต้านทานสูงและช่วยลดการสูญเสีย
บนแกนเหล็กที่ส่งผลให้เกิดความร้อนหรือที่เรียกว่า
กระแสไหลวนบนแกนเหล็กโดยทำแผ่นเหล็กให้เป็นแผ่นบางหลาย แผ่นเรียงซ้อนประกอบขึ้น
เป็นแกนเหล็กของหม้อแปลง ซึ่งมีด้วยกันหลายรูปแบบเช่น แผ่นเหล็กแบบ Core และแบบ
Shell
( ก) แบบ
Core (ข) แบบ Shell
แกนเหล็กหม้อแปลงไฟฟ้าชนิด 1 เฟส
( ก) แบบ
Core ( ข) แบบ Shell
แกนเหล็กหม้อแปลงไฟฟ้าชนิด 3 เฟส
แกนเฟอร์ไรท์ ( Ferrite
Core)
( ก) แบบแท่ง (Rod) (ข)
แบบวงแหวน (Ring
เฟอร์ไรท์
แกนเฟอร์ไรท์เป็น วัสดุที่มีส่วนผสมของแม่เหล็กทำให้มีความเข้ม
สนามแม่เหล็กมากกว่าเหล็กและมีความต้านทานสูง จึงช่วยลดการสูญเสียบนแกนเหล็ก
หรือลดความร้อนจากการเกิดกระแสไหลวนที่ความถี่สูง
แกนอากาศ ( Air Core)
ขดลวดแกนอากาศ
นอกจากนี้ยังใช้ขดลวดแกนอากาศกับงานในระบบที่ใช้ความถี่สูงโดยไม่ต้องการให้เส้นแรง
แม่เหล็กมีการอิ่มตัวหรือการ สูญเสียเกิดขึ้นที่แกนเหล็ก
แกนทอลอยด์ ( Toroidal Core)
(ก) ภาพของจริง (ข) ภาพสัญลักษณ์
หม้อแปลงไฟฟ้าแกนทอลอยด์
แกนทอลอยด์มีลักษณะคล้ายวงแหวนทำมาจากโลหะผสมสารกึ่งตัวนำ-ซิลิกอน
หม้อแปลงแกนทอลอยด์มีประสิทธิภาพ สูง (95 %) เพราะแกนทอลอยด์มี
สภาพความนำแม่เหล็กสูง อีกทั้งยังไม่มีช่องรอยต่อเหมือนแกนเหล็กแบบ Core และแบบ
Shell จึงช่วยลดการเกิดเสียงรบกวนได้ในขณะทำงาน
ขั้วต่อสายไฟ (Terminal)
โดยทั่วไปหม้อแปลงขนาดเล็กจะใช้ขั้วต่อไฟฟ้าต่อเข้าระหว่างปลายขดลวดกับ
สายไฟฟ้าภายนอก และ ถ้าเป็นหม้อแปลงขนาดใหญ่จะใช้แผ่นทองแดง (Bus Bar)
และบุชชิ่งกระเบื้องเคลือบ (Ceramic) ต่อเข้าระหว่างปลายขดลวดกับสายไฟฟ้าภายนอก
แผ่นป้าย (Name Plate)
แผ่นป้ายจะติดไว้ที่ตัวถังของหม้อแปลงเพื่อแสดงรายละเอียดประจำตัวหม้อ
แปลง อาจเริ่มจากชื่อบริษัทผู้ผลิต ชนิด รุ่นและขนาดของหม้อแปลง ขนาดกำลังไฟฟ้า
แรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านรับไฟฟ้าและด้านจ่ายไฟฟ้า ความถี่ใช้งาน วงจรขดลวด
ลักษณะการต่อใช้งาน ข้อควรระวัง อุณหภูมิ มาตรฐานการทดสอบ และอื่น ๆ
หลักการทำงาน
กฎของฟาราเดย์ (Faraday’s Law)
กล่าวไว้ว่า เมื่อขดลวดได้รับแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระแสสลับ
จะทำให้ขดลวดมีการเปลี่ยนแปลงเส้นแรงแม่เหล็กตามขนาดของรูปคลื่นไฟฟ้ากระแส สลับ
และทำให้มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้นที่ขดลวดนี้
คำอธิบาย :
เมื่อขดลวดปฐมภูมิได้รับแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระแสสลับ
จะทำให้มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้นตามกฎของฟาราเดย์
ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำนี้ขึ้นอยู่กับ จำนวนรอบของขดลวด พื้นที่แกนเหล็ก
และความหนาแน่นของเส้นแรงแม่เหล็กที่มีการเปลี่ยนแปลงจากไฟฟ้ากระแสสลับ
เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดจะทำให้มีเส้นแรงแม่เหล็กในขดลวด
เส้นแรงแม่เหล็กนี้เปลี่ยนแปลงตามขนาดของรูปคลื่นไฟฟ้าที่ได้รับ
เส้นแรงแม่เหล็กเกือบทั้งหมดจะอยู่รอบแกนเหล็ก
เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของเส้นแรงแม่เหล็กผ่านขดลวด
จะทำให้มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้นที่ขดลวดทุติยภูมินี้
ข้อกำหนดทางไฟฟ้าสำหรับหม้อแปลงไฟฟ้า
1.ไม่เปลี่ยนแปลงความถี่ไปจากเดิม
2.กำลังไฟฟ้าของหม้อแปลงด้านปฐมภูมิเท่ากับด้านทุติยภูมิ เช่น หม้อแปลงขนาด 100 VA,
20 V / 5 V จะมีแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านปฐมภูมิ 20 V
ส่วนด้านทุติยภูมิจะมีแรงเคลื่อนไฟฟ้า 5 V
ประเภทของหม้อแปลง
หม้อแปลงอาจแบ่งได้หลายวิธี เช่น แบ่งตามพิกัดกำลัง ระดับแรงดันไฟฟ้า หรือ
จุดประสงค์การใช้งาน
สำหรับในประเทศไทย อาจจะแบ่งหยาบๆ
ได้ดังนี้
หม้อแปลงกำลัง (Power Transformer)
เป็นหม้อแปลงที่ใช้ในการส่งผ่านพลังงานในระบบส่งกำลังไฟฟ้า
โดยทั่วไปจะมีขนาดตั้งแต่ 1 MVA ขึ้นไปจนถึงหลายร้อย MVA
หม้อแปลงจำหน่าย (Distribution
Transformer) เป็นหม้อแปลงที่ใช้ในระบบจำหน่ายของ การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค
และการไฟฟ้านครหลวง
หม้อแปลงวัด(Instrument Transformer)
เป็นหม้อแปลงที่มิได้ใช้เพื่อการส่งผ่านพลังงาน แต่ใช้เพื่อแปลงกระแสไฟฟ้า
หรือแรงดันไฟฟ้า จากระบบแรงดันสูงให้มีขนาดที่เหมาะสมกับเครื่องมือวัดค่าต่างๆ เช่น
มิเตอร์
ชนิดของหม้อแปลงไฟฟ้า
การจำแนกหม้อแปลงตามขนาดกำลังไฟฟ้ามีดังนี้
1.ขนาดเล็กจนถึง 1 VA
เป็นหม้อแปลงที่ใช้กับการเชื่อมต่อระหว่างสัญญาณในงานอิเล็กทรอนิกส์
2.ขนาด 1-1000 VA เป็นหม้อแปลงที่ใช้กับงานด้านเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านขนาดเล็ก
3.ขนาด 1 kVA -1 MVA เป็นหม้อแปลงที่ใช้กับงานจำหน่ายไฟฟ้าในโรงงาน สำนักงาน
ที่พักอาศัย
4.ขนาดใหญ่ตั้งแต่ 1 MVA ขึ้นไป เป็นหม้อแปลงที่ใช้กับงานระบบไฟฟ้ากำลัง
ในสถานีไฟฟ้าย่อย การผลิตและจ่ายไฟฟ้า
นอกจากนี้หม้อแปลงยังสามารถจำแนกชนิดตามจำนวนรอบของขดลวดได้ดังนี้
5.หม้อแปลงแรงเคลื่อนไฟฟ้าเพิ่ม (Step-Up)
ขดลวดทุติยภูมิจะมีจำนวนรอบมากกว่าขดลวดปฐมภูมิ
6.หม้อแปลงแรงเคลื่อนไฟฟ้าลง (Step-Down)
ขดลวดทุติยภูมิจะมีจำนวนรอบน้อยกว่าปฐมภูมิ
7.หม้อแปลงที่มีแทปแยก (Tap)
ทำให้มีขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าได้หลายระดับ
8.หม้อแปลงที่ใช้สำหรับแยกวงจรไฟฟ้าออกจากกัน(Isolating)ขดลวดทุติยภูมิ
จะมีจำนวนรอบเท่ากันกับขดลวดปฐมภูมิหรือมีแรงเคลื่อนไฟฟ้า เท่ากันทั้งสองด้าน
9.หม้อแปลงแบบปรับเลื่อนค่าได้ (Variable)
ขดลวดทุติยภูมิและปฐมภูมิจะเป็นขดลวดขดเดียวกัน หรือเรียกว่าหม้อแปลงออโต
้(Autotransformer)ดูรูปที่15(ก)มักใช้กับการปรับขนาดแรงเคลื่อนไฟฟ้าให้กับ
วงจรไฟฟ้าตามต้องการ
และสำหรับวาไรแอค(Variac)นั้นเป็นชื่อเรียกทางการค้าของหม้อแปลงออโต้ที่
สามารถปรับค่าได้ด้วยการเลื่อนแทปขดลวด
10. หม้อแปลงกระแส(CurrentTransformer:CT)ถูกออกแบบมาให้ใช้งานร่วมกับเครื่อง
วัดกระแสไฟฟ้าหรืออุปกรณ์ไฟฟ้าบางอย่างที่ต้องต่อร่วมกันในวงจร
เดียวกันแต่ต้องการกระแสไฟต่ำหม้อแปลงกระแสจะทำหน้าที่แปลงขนาดกระแสลงตาม
อัตราส่วนระหว่างปฐมภูมิต่อทุติยภูมิเช่น 300 : 5 หรือ 100 : 5 เป็นต้น
สำหรับหม้อแปลงกระแส 300 : 5 หมายถึงหม้อแปลงจะจ่ายกระแสทุติยภูมิ 5 A
หากได้รับกระแสปฐมภูมิ 300 A หม้อแปลงกระแสจะต้องมีโหลดต่อไว้กับ
ทุติยภูมิเพื่อป้องกันทุติยภูมิเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าสูงในขณะที่ปฐมภูมิมี
กระแสไฟฟ้าผ่าน และถ้าหม้อแปลงกระแสไม่ได้ใช้งาน ควรใช้สายไฟลัดวงจรหรือ
ต่อวงจรไว้กับขั้วทุติยภูมิด้วย
การหาขั้วหม้อแปลงไฟฟ้า
ขั้วของหม้อแปลงมีความสำคัญเพื่อจะนำหม้อแปลงมาต่อใช้งานได้อย่างถูกต้อง
การหาขั้วหม้อแปลงมีหลักการทดสอบโดยการต่อขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิอนุกรม
กันซึ่งจะทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าขั้วเสริมกัน (Additive Polarity)
หรือขั้วหักล้างกัน (Subtractive Polarity)
ถ้าขั้วเสริมกันเครื่องวัดจะอ่านค่าได้มากกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่จ่ายให้กับ
หม้อแปลง
แต่ถ้าขั้วหักล้างกันเครื่องวัดจะอ่านค่าได้น้อยกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่จ่าย
ให้กับหม้อแปลง
การหาขั้วหม้อแปลงมีความสัมพันธ์ระหว่างขั้วแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านสูงและ
แรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านต่ำ เมื่อเราจ่ายแรงเคลื่อนไฟฟ้าให้กับขั้ว H1 และ H2
ส่วนขดลวดที่เหลือคือขั้ว X1 และ X2 สิ่งที่ควรรู้ในการทดสอบคือ
อัตราส่วนของแรงเคลื่อนไฟฟ้าระหว่างปฐมภูมิกับทุติยภูมิและเพื่อความปลอดภัย
ไม่ควรจ่ายแรงเคลื่อนไฟฟ้าทดสอบเกินกว่าขนาดของขดลวดแรงเคลื่อนไฟต่ำ ตัวอย่างเช่น
หม้อแปลง 480 /
120จะมีอัตราส่วนของแรงเคลื่อนไฟฟ้าระหว่างปฐมภูมิกับทุติยภูมิเท่ากับ4ดัง
นั้นหากจ่ายแรงเคลื่อนไฟฟ้า120Vให้กับขดลวดปฐมภูมิจะทำให้มีแรงเคลื่อนไฟฟ้า
ด้านทุติยภูมิ 120 / 4 เท่ากับ 30 V
ซึ่งจะไม่ทำให้มีแรงเคลื่อนไฟสูงเกิดขึ้นในระหว่างการทดสอบ
ที่มา: http://www.kingsolder.com/electronics/equipment/transformer.asp
ทีนี้ พร้อมแล้วไปเขียนออกแบบSpecหม้อแปลงกันดีกว่า>>>
|
พิมพ์หน้านี้
