HELLO !! TRANSFORMER

ผลการทดลอง : 9. Voltage Regulator For Fluoescent Lamp 3x36W (Constant Input Voltage)

At Full Load Condition:

n = 93.05%
Losses = 8.5 W
S1 = 215.97 VA
S2 = 196.84 VA
Voltage Regulation = 0.045 %

ผลการทดลอง : 8. Voltage Regulator For Fluoescent Lamp 3x36W (Constant Input Voltage)

ผลการทดลอง : 7. Step - UP Autotransformer

At Full Load Condition:

h = 95.41%
Losses = 24.8 W
S1 = 374.00 VA
S2 = 348.85 VA
Voltage Regulation = 5.33 %

ผลการทดลอง : 6.Step-Down Autotransformer

At Full Load Condition:
n = 49.41%
Losses = 10.5 W
S1 = 137.2 VA
S2 = 126.31 VA
Voltage Regulation = 1.93 %

ผลการทดลอง : 5.Voltage Tapping

ผลการทดลอง : 4. Polarity Test

4. Polarity Test

ผลการทดลอง : 3. LOAD TEST

3. LOAD TEST

At Full Load Condition:

n = 87.49 %
Losses = 16.7 W
S1 = 134.00 VA
S2 = 116.83 VA
Voltage Regulation = 7.26 %

ผลการทดลอง : 2.Approximated Equivalent Circuit

2.Approximated Equivalent Circuit

ผลการทดลอง : 1.Transformer Ratio

1.Transformer Ratio

อัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้า ( Voltage Ratio)

อัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้า ( Voltage Ratio)
หม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้เป็นแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เกือบทุกชนิด ส่วนใหญ่แล้วจะทำหน้าที่ทั้งแปลง ขนาดของแรงดันไฟฟ้าให้เพิ่มขึ้น (Step-Up) หรือลดขนาดของแรงดันให้น้อยลง ( Step-Down) จากแรงดันไฟ 220 V ที่ จ่ายออกมาจากเต้าเสียบไฟฟ้าภายในบ้าน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับ วงจรอิเล็กทรอนิกส์ภายในของอุปกรณ์นั้นๆ ว่าต้องการแรงดัน ไฟฟ้ามากหรือน้อย
หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแปลงแรงดันขึ้น ( Step-Up Transformer) ถ้าแรงดันไฟฟ้าทางด้านทุติยภูมิ ( ES) มีค่าสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าทางด้านปฐมภูมิ ( EP) จะเรียกหม้อแปลงชนิดนี้ว่า หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแปลงแรงดันขึ้น ( Step-Up Transformer) หรือ ES > EP ดังแสดงในรูป ถ้าแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ ทางด้านปฐมภูมิมีค่าเท่ากับ 100 V และอัตราส่วนจำนวนรอบคือ 1:5 แรงดันไฟฟ้าที่ได้จากด้านทุติยภูมิจะมีขนาด 5 เท่าของแรงดันไฟฟ้าทางด้านปฐมภูมิ นั่นคือ เท่ากับ 500 V ทั้งนี้เนื่องจากเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจากขดลวดปฐมภูมิ ไปตัดกับขดลวดที่มีจำนวนมากทางด้านทุติยภูมิ ดังนั้น การเหนี่ยวนำของแรงดันไฟฟ้าจึงเกิดขึ้นมากตามไปด้วย

จากตัวอย่างนี้จะเห็นได้ว่าอัตราส่วนระหว่างแรงดันไฟฟ้าทางด้านทุติยภูมิ ต่อแรงดันไฟฟ้าทางด้านปฐมภูมิมีค่าเท่ากับ อัตราส่วนจำนวนรอบ ( Turns Ratio) หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือ

ตัวอย่าง จงคำนวณหาค่าแรงดันไฟฟ้าทางด้านทุติยภูมิ ( ES) ถ้าใช้หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแปลงแรงดันขึ้น ( Step-Up Transformer) ที่มีอัตราส่วนจำนวนรอบ 1:6 โดยมีแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับขนาด 24 V จ่ายเข้าทางด้านปฐมภูมิ

หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแปลงแรงดันลง ( Step-Down Transformer) เพื่อที่จะคำนวณหาค่า VS ดังนั้นจึงจัดสมการใหม่ ดังนี้

หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแปลงแรงดันลง ( Step-Down Transformer)ถ้าแรงดันไฟฟ้าทางด้านทุติยภูมิ ( ES) มีค่าน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าทางด้านปฐมภูมิ ( EP) จะเรียกหม้อแปลงชนิดนี้ว่า หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแปลงแรงดันลง ( Step-Down Transformer) หรือ ES < EP ดังแสดงในรูป ซึ่งค่าแรงดันไฟฟ้าทางด้านทุติยภูมิมีค่าเท่ากับ

ดังนั้นจะเห็นว่า หม้อแปลงไฟฟ้าสามารถที่จะแปลงแรงดันไฟฟ้า กระแสสลับทางด้านปฐมภูมิให้เป็นค่าแรงดันใดๆ โดยการเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนจำนวนรอบของขดลวดภายในหม้อแปลงเท่านั้น หมายเหตุ ค่าสัมประสิทธิ์ความเหนี่ยวนำ ( k) จากสมการนี้จะสมมติให้มีค่าเท่ากับ 1 เสมอ ซึ่งหมายความว่า แกนที่ใช้พันขดลวดของหม้อแปลงไฟฟ้าเป็นแกนเหล็ก ( k = 1)
กำลังงานไฟฟ้าและค่าอัตราส่วนของกระแสไฟฟ้า
กำลังงานที่ได้จากด้านทุติยภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้าใดๆ จะมีค่าเท่ากำลังงานที่มาจากด้านปฐมภูมิเสมอ ( PP = PS) และ กำลังงาน ( Power) สามารถคำนวณได้จากสูตร P= E X I ซึ่งถ้าแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นหรือลดลง ก็จะทำให้กระแสไฟฟ้า เปลี่ยนแปลงลดลงหรือเพิ่มขึ้นในทิศทางตรงกันข้ามกับแรงดันไฟฟ้าโดยอัตโนมัติ ทั้งนี้เพื่อที่จะทำให้กำลังงานที่ได้มีค่าคงที่ตลอดเวลา ตัวอย่างเช่น ถ้าแรงดันไฟฟ้าทางด้านทุติยภูมิมีค่าเพิ่มขึ้น จะทำให้กระแสไฟฟ้าทางด้าน ทุติยภูมิมีปริมาณลดลง จึงจะทำให้กำลังงานด้านเอาต์พุตมีค่าเท่ากับกำลังงานด้านอินพุต

สำหรับกำลังงานทางด้านปฐมภูมิก็จะมีการ เปลี่ยนแปลงทั้งแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าในลักษณะเดียวกันกับ ด้าน ทุติยภูมิ และทำให้ PS = PP ซึ่งแสดงว่ากำลังงานที่ได้ออกมานั้นไม่สามารถ จะเกิดขึ้นได้มากกว่ากำลังงานที่ป้อน เข้าไป ดังนั้นจึงสรุปได้ว่า อัตราส่วนของกระแสไฟฟ้า จะเป็นสัดส่วนผกผันกับอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้า

และจากการที่อัตราส่วนของกระแสไฟฟ้าเป็นสัดส่วนผกผันกับอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้า ดังนั้นจึงเป็นสัดส่วนผกผันกับ อัตราส่วนจำนวนรอบของขดลวดด้วยเช่นกัน

จัดสมการใหม่ให้อยู่ในรูปของความสัมพันธ์ระหว่าง อัตราส่วนของกระแสไฟฟ้าและจำนวนรอบของขดลวด จะได้สมการ ใหม่ซึ่งใช้ในการคำนวณหากระแสไฟฟ้าทางด้านทุติยภูมิ ดังนี้

ค่าสัมประสิทธิ์ความเหนี่ยวนำ (k)

ค่าสัมประสิทธิ์ความเหนี่ยวนำ ( k) แรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำข้ามไปยังขดลวดทุติยภูมินั้น ขึ้นอยู่กับค่าความเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นระหว่างขดลวดปฐมภูมิ และทุติยภูมิ ซึ่งจะถูกกำหนดโดยจำนวนเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดจาก ขดลวดด้านปฐมภูมิเคลื่อนที่ไปตัดกับขดลวด ด้านทุติยภูมิ อัตราส่วนระหว่างจำนวนเส้นแรงแม่เหล็ก ที่เคลื่อนที่ไปตัดกับขดลวดทุติยภูมิเปรียบเทียบกับจำนวนเส้นแรง แม่เหล็ก ทั้งหมดที่เกิดจากขดลวดปฐมภูมิเรียกว่า สัมประสิทธิ์ความเหนี่ยวนำ ( Coefficient of Coupling, k) ซึ่งจะ มีค่าอยู่ระหว่าง 0 และ 1

ตัวอย่างเช่น ถ้าเส้นแรงแม่เหล็กทั้งหมดที่เกิดจาก ขดลวดปฐมภูมิเคลื่อนที่ไปตัดกับขดลวดทุติยภูมิ ค่าสัมประสิทธิ์ ความเหนี่ยวนำจะมีค่าเท่ากับ 1 แต่ถ้ามีจำนวนเส้นแรงแม่เหล็กเพียงครึ่งหนึ่งเท่านั้นที่เคลื่อนที่ไปตัดกับขดลวด ทางด้านทุติยภูมิ ค่าสัมประสิทธิ์ความเหนี่ยวนำที่ได้ก็จะมีค่าเท่ากับ 0.5
ปัจจัยที่มีผลต่อค่าสัมประสิทธิ์ความเหนี่ยวนำ มีดังนี้
1. ระยะห่างระหว่างขดลวดปฐมภูมิ และขดลวดทุติยภูมิ 2. ชนิดของแกนที่ใช้พันขดลวด จากรูป แสดงระยะห่างของขดลวดปฐมภูมิ และขดลวดทุติยภูมิที่มีผลต่อค่าสัมประสิทธิ์ความเหนี่ยวนำ

การใช้งานหม้อแปลงไฟฟ้า
โดยทั่วไปแล้วหม้อแปลงไฟฟ้าจะใช้งานอยู่ 3 แบบ ได้แก่ 1. หม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้เพื่อเพิ่ม หรือลดขนาดแรงดันไฟฟ้า 2. หม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้เพื่อเพิ่ม หรือลดปริมาณกระแสไฟฟ้า 3. หม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้เพื่อแมทช์ค่าอิมพีแดนซ์ ( Impedances) ซึ่งทั้ง 3 กรณี สามารถทำได้โดยการเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนจำนวนรอบ ( Turns Ratio) ของขดลวดปฐมภูมิเปรียบเทียบ กับจำนวนขดลวดทุติยภูมิ
อัตราส่วนจำนวนรอบ ( Turns Ratio) อัตราส่วนจำนวนรอบ หมายถึง อัตราส่วนระหว่างจำนวนรอบของขดลวด ทุติยภูมิ ( NS) ต่อจำนวนรอบของขดลวดปฐมภูมิ ( NP)

ตัวอย่าง หม้อแปลงไฟฟ้ามีจำนวนขดลวดปฐมภูมิเท่ากับ 200 รอบ และขดลวดทุติยภูมิเท่ากับ 600 รอบ จงคำนวณหาอัตราส่วน จำนวนรอบ ( Turns Ratio) ของหม้อแปลงไฟฟ้านี้

ในกรณีนี้จะเห็นว่า จะต้องใช้จำนวนขดลวดทางด้านทุติยภูมิจำนวน 3 ขด ต่อขดลวดทางด้านปฐมภูมิ 1 ขด ซึ่งการ เพิ่มจำนวนรอบจากน้อย ( 1 รอบ) ไปจำนวนมากรอบ ( 3 รอบ) จะหมายถึง การทำให้ค่า " Step Up" ซึ่งผลลัพธ์ของอัตรา ส่วนจำนวนรอบ ( Turns Ratio) ที่ได้จะมีค่ามากกว่า 1
ตัวอย่าง ถ้าหม้อแปลงไฟฟ้ามีจำนวนขดลวดปฐมภูมิ 120 รอบ และขดลวดทุติยภูมิ 30 รอบ อัตราส่วนจำนวนรอบ ( Turns Ratio) ของหม้อแปลงไฟฟ้านี้เป็นเท่าใด

ซึ่งในกรณีนี้จะต้องใช้จำนวนขดลวดปฐมภูมิ 4 ขด ต่อขดลวดทุติยภูมิ 1 ขด การเปลี่ยนแปลงจำนวนรอบจากมาก ( 4 รอบ) ไปจำนวนรอบน้อย ( 1 รอบ) หมายถึง การทำให้ค่า "Step Down" ซึ่งผลลัพธ์ของอัตราส่วนจำนวนรอบ ( Turns Ratio) ที่ได้จะมีค่าน้อยกว่า 1

หลักการพื้นฐานของหม้อแปลงไฟฟ้า

หลักการพื้นฐานของหม้อแปลงไฟฟ้า

จากรูป ก แสดงรูปสัญลักษณ์ และวงจรพื้นฐานของหม้อแปลงไฟฟ้า ซึ่งประกอบด้วยขดลวด 2 ขดที่จัดให้อยู่ใกล้กัน ได้แก่ ขดลวดปฐมภูมิ ( Primary Winding) และ ขดลวดทุติยภูมิ ( Secondary Winding) ทั้งนี้เพื่อให้เส้นแรงของสนามแม่เหล็ก ที่เกิดจากขดลวดปฐมภูมิไปตัดกับขดลวดทุติยภูมิ และเกิดการเหนี่ยวนำซึ่งกันและกันขึ้น โดยจัดให้แหล่งจ่ายแรงดัน ไฟฟ้ากระแสสลับต่อเข้ากับขดลวดปฐมภูมิ และโหลด (RL) ต่อเข้ากับด้านทุติยภูมิ

จากรูป (ข) แสดงกระแสไฟฟ้าที่จ่ายออกแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าไปเข้าที่ขดลวดปฐมภูมิ ซึ่งกระแสไฟฟ้านี้ก็จะทำให้เกิดขั้ว เหนือที่ส่วนบนของขดลวดปฐมภูมิ ถ้าแรงดันไฟฟ้าด้านอินพุตนี้มีความเป็นลบมาก (ช่วงครึ่งคลื่นลบ) ก็จะทำให้กระแส ไฟฟ้าไหลเพิ่มมากขึ้นด้วย ส่งผลให้มีสนามแม่เหล็กเกิดขึ้นที่ขดลวดปฐมภูมิมากขึ้น การขยายตัวของสนามแม่เหล็กที่เกิด ขึ้นจะไปตัดกับขดลวดทางด้านทุติยภูมิ และเกิดการเหนี่ยวนำของแรงดันไฟฟ้าขึ้น จึงทำให้มีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจร ด้านทุติยภูมิผ่านไปยังโหลด จากนั้นแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่จ่ายเข้ามาก็จะมีความเป็นลบลดน้อยลงจนเป็นค่าศูนย์ และเปลี่ยนเป็นค่าบวก จากรูป (ค) ในกรณีนี้กระแสไฟฟ้าในวงจรด้านปฐมภูมิ จะไหลในทิศทางตรงกันข้ามกับตอนแรกทั้งนี้เนื่องจากแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ ได้เปลี่ยนแปลงเพิ่มขึ้นในทิศทางที่เป็นบวก ( ช่วงครึ่งคลื่นบวก) เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มมากขึ้นกระแสไฟฟ้าก็ไหลมากขึ้น ส่งผลให้สนามแม่เหล็กเกิดการขยายตัวไปตัดกับขดลวดทุติยภูมิ เกิดการเหนี่ยวนำทางไฟฟ้า ส่งผลให้มีกระแสไฟฟ้าไหลใน ทิศทางตรงข้าม และไหลผ่านต่อไปยังโหลดเช่นเดียวกัน

รูปแสดงหม้อแปลงไฟฟ้าแบบต่างๆ
ข้อสังเกตบางประการเกี่ยวกับหลักการพื้นฐานของหม้อแปลงไฟฟ้า มีดังนี้
1. ถ้ากระแสไฟฟ้าด้านปฐมภูมิเพิ่มขึ้นจะทำให้กระแสไฟฟ้าด้านทุติยภูมิเพิ่มขึ้นด้วย และถ้ากระแสไฟฟ้าด้านปฐมภูมิ ลดลงก็จะทำให้กระแสไฟฟ้าด้านทุติยภูมิลดลงด้วยเช่นเดียวกัน ดังนั้นจึงสรุปได้ว่า ไฟฟ้ากระแสสลับที่เกิดขึ้นทางด้าน ทุติยภูมิ มีความถี่เท่ากับไฟฟ้ากระแสสลับทางด้านปฐมภูมิ 2. ถึงแม้ขดลวดทั้งสองของหม้อแปลงไฟฟ้าจะแยกออกจากกัน แต่พลังงานจากด้านปฐมภูมิ สามารถที่จะส่งผ่านไปยัง ด้านทุติยภูมิได้ ทั้งนี้เนื่องจากพลังงานไฟฟ้าทางด้านปฐมภูมิได้เปลี่ยนไปเป็นพลังงานแม่เหล็ก ส่วนทางด้านทุติยภูมิ จะเปลี่ยนกลับจากพลังงานแม่เหล็กให้เป็นพลังงานไฟฟ้านั่นเอง

การหาขั้วหม้อแปลงไฟฟ้า

การหาขั้วหม้อแปลงไฟฟ้า
ขั้วของหม้อแปลงมีความสำคัญเพื่อจะนำหม้อแปลงมาต่อใช้งานได้อย่างถูกต้อง การหาขั้วหม้อแปลงมีหลักการทดสอบ โดยการต่อขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิอนุกรมกันซึ่งจะทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า ขั้วเสริมกัน (Additive Polarity) หรือ ขั้วหักล้างกัน (Subtractive Polarity) ถ้าขั้วเสริมกันเครื่องวัดจะอ่านค่าได้มากกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่จ่ายให้กับหม้อแปลง แต่ถ้าขั้วหักล้างกันเครื่องวัดจะอ่านค่าได้น้อยกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่จ่ายให้กับหม้อแปลง การหาขั้วหม้อแปลงมีความสัมพันธ์ระหว่าง ขั้วแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านสูงและแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านต่ำ เมื่อเราจ่ายแรง เคลื่อนไฟฟ้าให้กับขั้ว H1 และ H2 ส่วนขดลวดที่เหลือคือขั้ว X1 และ X2 สิ่งที่ควรรู้ในการทดสอบคือ อัตราส่วนของแรง เคลื่อนไฟฟ้าระหว่างปฐมภูมิกับทุติยภูมิและเพื่อความปลอดภัยไม่ควรจ่ายแรงเคลื่อนไฟฟ้าทดสอบ เกินกว่าขนาดของ ขดลวดแรงเคลื่อนไฟต่ำ ตัวอย่างเช่น หม้อแปลง 480 / 120จะมีอัตราส่วนของแรงเคลื่อนไฟฟ้าระหว่างปฐมภูมิกับ ทุติยภูมิเท่ากับ4 ดังนั้นหากจ่ายแรงเคลื่อนไฟฟ้า120 V ให้กับขดลวดปฐมภูมิจะทำให้มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านทุติยภูมิ 120 / 4 เท่ากับ 30 V ซึ่งจะไม่ทำให้มีแรงเคลื่อนไฟสูงเกิดขึ้นในระหว่างการทดสอบ ดูรูปที่ 19


(ก) แบบเสริมกัน (Additive Polarity)

(ข) แบบหักล้างกัน (Subtractive Polarity) รูปที่ 19 ทดสอบหาขั้วหม้อแปลงไฟฟ้า
อีกวิธีหนึ่งทำได้ด้วยการต่อไฟตรง ดูรูปที่ 20 ให้ต่อโวลต์มิเตอร์ทางด้านขดลวดด้านไฟสูงและต่อแบตเตอรี่ทางด้าน ขดลวดไฟต่ำขนาดแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่วัดได้ จากโวลต์มิเตอร์สามารถคำนวณได้จากโวลต์ของแบตเตอรี่คูณด้วยอัตรา ส่วนของแรง เคลื่อนไฟฟ้า ระหว่างปฐมภูมิกับทุติยภูมิ ทันทีเมื่อสับสวิตช์ถ้าเข็มเครื่องวัดเบนไปด้านบวกหมายถึง หม้อแปลงมีขั้วต่อแบบหักล้าง (Subtractive Polarity)แต่ถ้าเข็มเครื่องวัดเบนไปด้านลบหมายถึงหม้อแปลงมีขั้วต่อ แบบขั้วเสริม (Additive Polarity)

รูปที่ 20 ทดสอบหาขั้วหม้อแปลงไฟฟ้าด้วยไฟตรง
หม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง โดยทั่วไปบริษัทผู้ผลิตจะทำเครื่องหมายขั้วของสายไฟ การจัดวางขั้วบนตัวถังของหม้อแปลง มี ข้อกำหนดตามมาตรฐานของแต่ละประเทศ ดังเช่น มาตรฐานญี่ปุ่น (JIS), มาตรฐานอเมริกา (ANSI) หรือมาตรฐาน อังกฤษ (BS) เป็นต้น ดูตารางที่ 1
ตารางที่ 1 เครื่องหมายของขั้วหม้อแปลงไฟฟ้าตามมาตรฐาน

การขนานหม้อแปลงไฟฟ้าชนิด 1 เฟส
การต่อขนานหม้อแปลงคือ การนำหม้อแปลงมาต่อขนานกัน โดยมีจุดประสงค์เพื่อต้องการให้หม้อแปลงมีกำลังไฟฟ้า มากขึ้น สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับโหลดได้เพิ่มขึ้น ดูรูปที่ 15
หม้อแปลงไฟฟ้าที่จะนำมาต่อขนานกันจะต้องมีลักษณะดังนี้ คือ 1.หม้อแปลงต้องมีขั้วเหมือนกัน (เครื่องหมายจุดสีดำแสดงขั้วของขดลวด ดังรูปที่ 21) จึงจะทำให้แรงเคลื่อนเหนี่ยวนำ ทั้งด้านปฐมภูมิและทุติยภูมิมีขนาดและทิศทางถูกต้อง ไม่เช่นนั้นจะเกิดอันตรายจากการเพิ่มขึ้นของแรงเคลื่อนไฟฟ้า2. หม้อแปลงทั้งสองจะต้องมีอัตราส่วนของแรงเคลื่อนไฟฟ้าระหว่างปฐมภูมิกับทุติยภูมิค่าเดียวกัน และถ้าเป็นหม้อแปลง แบบแทป (Tap) ซึ่งมีอัตราส่วนของรอบไม่เท่ากัน จะทำให้มีกระแสไหลวนเกิดขึ้นระหว่างหม้อแปลงที่นำมาขนาน3.มีเปอร์เซ็นต์ความต้านทานอิมพีแดนซ์เท่ากัน 4. กำลังไฟฟ้า (VA) ของหม้อแปลงที่นำมาขนานไม่ควรเกิน1 : 3

รูปที่ 21 การต่อขนานหม้อแปลงไฟฟ้าชนิด 1 เฟส (จุดดำแสดงขั้วขดลวด)
การต่อหม้อแปลงไฟฟ้าเข้ากับระบบไฟฟ้า 3 เฟส
หม้อแปลงชนิด 3 เฟสมีหลักการเดียวกับหม้อแปลงชนิด 1 เฟสที่ประกอบด้วยขดลวดปฐมภูมิ (Primary Winding) และทุติยภูมิ (Secondary Winding) โดยทั่วไปจะมีจำนวนขดลวดเฟสละหนึ่งชุด (ปฐมภูมิและทุติยภูมิ) พันรอบแกน เหล็ก (Core) ดูรูปที่ 22

รูปที่ 22 แสดงขดลวดหม้อแปลงไฟฟ้าชนิด 3 เฟส
หากเรานำหม้อแปลงไฟฟ้าชนิด 1 เฟสมาต่อใช้งานให้เป็นหม้อแปลงไฟฟ้าชนิด 3 เฟส การต่อขดลวดหม้อแปลงด้าน ปฐมภูมิและทุติยภูมิสามารถต่อได้หลายแบบ คือ 1. วาย (Y) – วาย (Y)
2. วาย (Y) – เดลต้า ( )
3. เดลต้า ( ) – วาย (Y)
4. เดลต้า ( ) – เดลต้า ( )
5. โอเพ่น เดลต้า (V) – โอเพ่น เดลต้า (V)
ในระบบไฟฟ้า 3 เฟสจะมีมุมต่างเฟสกัน 120 องศา เหตุผลสำหรับการเลือกต่อขดลวดแบบวายหรือเดลต้านั้นขึ้นอยู่ กับระบบไฟฟ้าที่ใช้ เช่นการต่อแบบวายจะให้ขนาดแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่สายและที่เฟสมีค่าต่างกัน ส่วนการต่อแบบเดลต้า จะให้ขนาดแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่สายและที่เฟสมีค่าเท่ากัน เป็นต้นรูปที่ 23

( ก) แบบวาย ( ข) แบบเดลต้ารูปที่ 23 การต่อขดลวดหม้อแปลงไฟฟ้า

ในรูปที่ 24 การต่อแบบวาย - วายจะใช้หม้อแปลงชนิด 1 เฟส T 1 , T 2 และ T 3 ต่อขนานเพื่อให้ทำงานเป็นหม้อแปลง ชนิด 3 เฟสเครื่องหมาย จุดสีดำแสดงถึงขั้วหม้อแปลง ปลายขดลวดทั้งด้านปฐมภูมิและทุติยภูมิที่แสดงเครื่องหมาย จุดสีดำจะต่อเข้ากับสายเฟส A, B และ C ตามลำดับส่วนปลายที่เหลือจะต่อเข้ากับจุดต่อร่วมระบบวายหรือสายนิวตรอน N ของขดลวดแต่ละด้าน

รูปที่ 24 การต่อขดลวดหม้อแปลงไฟฟ้าแบบวาย - วาย
การต่อแบบวาย – เดลต้า ( Y - )
ในรูปที่ 25 การต่อแบบวาย – เดลต้า ปลายขดลวดขดลวดด้านปฐมภูมิที่แสดงเครื่องหมายจุดสีดำจะต่อเข้ากับสายเฟส A 1 , B 1 และ C 1 ตามลำดับ ส่วนปลายที่เหลือจะต่อเข้ากับจุดต่อร่วมระบบวายหรือสายนิวตรอล N 1 และสำหรับขดลวด ด้านทุติยภูมิปลายขดลวดที่แสดงเครื่องหมายจุดสีดำจะต่อเข้า กับสายเฟส A 2 , B 2 และ C 2 ตามลำดับ ส่วนปลายที่ เหลือจะต่อเข้ากับสายเฟส B 2 , C 2 และ A 2 ตามลำดับ

รูปที่ 25 การต่อขดลวดหม้อแปลงไฟฟ้าแบบวาย - เดลต้า

ชนิดของหม้อแปลงไฟฟ้า

การจำแนกหม้อแปลงตามขนาดกำลังไฟฟ้ามีดังนี้
1. ขนาดเล็กจนถึง 1 VA เป็นหม้อแปลงที่ใช้กับ การเชื่อมต่อระหว่างสัญญาณในงานอิเล็กทรอนิกส์2. ขนาด 1-1000 VA เป็นหม้อแปลงที่ใช้กับ งานด้านเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านขนาดเล็ก3. ขนาด 1 kVA -1 MVA เป็นหม้อแปลงที่ใช้กับ งานจำหน่ายไฟฟ้าในโรงงาน สำนักงาน ที่พักอาศัย4.ขนาดใหญ่ตั้งแต่ 1 MVA ขึ้นไป เป็นหม้อแปลงที่ใช้กับ งานระบบไฟฟ้ากำลัง ในสถานีไฟฟ้าย่อย การผลิตและจ่ายไฟฟ้านอกจากนี้หม้อแปลง ยังสามารถจำแนกชนิดตามจำนวนรอบของขดลวดได้ดังนี้5.หม้อแปลงแรงเคลื่อนไฟฟ้าเพิ่ม (Step-Up) ขดลวดทุติยภูมิจะมีจำนวนรอบมากกว่าขดลวดปฐมภูมิ6.หม้อแปลงแรงเคลื่อนไฟฟ้าลง (Step-Down) ขดลวดทุติยภูมิจะมีจำนวนรอบน้อยกว่าปฐมภูมิ7.หม้อแปลงที่มีแทปแยก (Tap) ทำให้มีขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าได้หลายระดับ ดูรูปที่ 13


รูปที่ 13 หม้อแปลงไฟฟ้าที่มีแทปแยก (Tap) ด้านทุติยภูมิ
8. หม้อแปลงที่ใช้สำหรับแยกวงจรไฟฟ้าออกจากกัน (Isolating) ขดลวดทุติยภูมิจะมีจำนวนรอบเท่ากัน กับขดลวดปฐมภูมิหรือมีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเท่ากันทั้งสองด้านดูรูปที่ 14

รูปที่ 14 หม้อแปลงไฟฟ้าแยกสายกราวด์ ( ) ออกจากระบบไฟฟ้า
9. หม้อแปลงแบบปรับเลื่อนค่าได้ (Variable) ขดลวดทุติยภูมิและปฐมภูมิจะเป็นขดลวดขดเดียวกัน หรือเรียกว่าหม้อแปลงออโต ้ (Autotransformer) ดูรูปที่15(ก)มักใช้กับการปรับขนาดแรงเคลื่อนไฟฟ้าให้กับวงจรไฟฟ้าตามต้องการ และสำหรับวาไรแอค (Variac) นั้นเป็นชื่อเรียกทางการค้าของหม้อแปลง ออโต้ที่สามารถปรับค่าได้ด้วยการเลื่อนแทปขดลวด ดูรูปที่ 15 (ข)

( ก) หม้อแปลงออโต้ (ข) วาไรแอค รูปที่ 15 หม้อแปลงไฟฟ้าแบบปรับเลื่อนค่าได้
10.หม้อแปลงกระแส (CurrentTransformer:CT) ถูกออกแบบมาให้ใช้งานร่วมกับเครื่องวัดกระแสไฟฟ้า หรืออุปกรณ์ไฟฟ้าบางอย่างที่ต้องต่อร่วมกันในวงจร เดียวกันแต่ต้องการกระแสไฟต่ำหม้อแปลงกระแส จะทำหน้าที่แปลงขนาดกระแสลงตามอัตราส่วนระหว่าง ปฐมภูมิต่อทุติยภูมิเช่น 300 : 5 หรือ 100 : 5 เป็นต้น สำหรับหม้อแปลงกระแส 300 : 5 หมายถึงหม้อแปลงจะจ่ายกระแสทุติยภูมิ 5 A หากได้รับกระแสปฐมภูมิ 300 A หม้อแปลงกระแสจะต้องมีโหลดต่อไว้กับ ทุติยภูมิเพื่อป้องกันทุติยภูมิเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าสูงในขณะที่ปฐมภูมิมีกระแสไฟฟ้าผ่าน และถ้าหม้อแปลงกระแสไม่ได้ใช้งาน ควรใช้สายไฟลัดวงจรหรือ ต่อวงจรไว้กับขั้วทุติยภูมิด้วย

รูปที่ 16 หม้อแปลงกระแส 300 : 5 ใช้กับการวัดกระแสในระบบ 3 เฟส 380 V 200 A

(ก) ภาพของจริง (ข) วงจรภายใน รูปที่ 17 เครื่องวัดกระแสไฟฟ้า Clamp on Ammeter
ในระบบไฟฟ้ากำลังที่มีกระแสไฟสูงมักใช้หม้อแปลงกระแสต่อร่วมกับเครื่องวัด ดูรูปที่ 16 เพื่อแปลงกระแสจากปฐมภูมิให้มีปริมาณลดลง ดังนั้นการอ่านค่ากระแสจากทุติยภูมิของเครื่องวัด จะต้องคูณด้วยค่าอัตราส่วนระหว่างปฐมภูมิต่อทุติยภูมิด้วย จึงจะเป็นค่าที่ถูกต้อง
หม้อแปลงกระแสจะมีขดลวดปฐมภูมิขดเดียวหรือหลายขดก็ได้ ในรูปที่ 17 Clamp on Ammeter มีหลักการเดียวกับหม้อแปลงกระแสที่มีการทำงานร่วมกับเครื่องวัด ปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านปฐมภูมิจะ มีสภาพเป็นเส้นแรงแม่เหล็กคล้องอยู่บนสายไฟ หากกระแสนี้มีค่ามาก ความหนาแน่นสนามแม่เหล็กก็จะมีค่ามากด้วย เมื่อเรานำแกนเหล็ก (Jaws) ของเครื่องวัดเข้าไปรับเส้นแรงแม่เหล็กบนสายไฟ เส้นแรงแม่เหล็กเหล่านั้นจะเดินทางรอบแกนเหล็กมายังขดลวดทุติยภูมิ ปริมาณกระแสไฟฟ้านี้มีขนาดตามอัตราส่วนระหว่างปฐมภูมิต่อ ทุติยภูมิและชุดตัวต้านทานที่ตั้งค่าไว้ (Ammeter Shunt) แล้วผ่านวงจรแปลงไฟสลับเป็นไฟตรงเพื่อให้แอมมิเตอร์ไฟตรงอ่านค่าที่วัดได้
สำหรับการต่อหม้อแปลงกระแส (Current Transformer) และหม้อแปลงแรงเคลื่อนไฟฟ้า (Potential Transformer) เพื่อวัดไฟฟ้าในระบบควบคุมที่ตู้จ่ายไฟของโรงงานอุตสาหกรรม สำนักงาน ร้านค้า และอาคารบ้านพักอาศัย แสดง ในรูปที่ 18 เป็นตัวอย่างการต่อวงจรของเครื่องวัดกระแสไฟฟ้า (Ammeter), กำลังไฟฟ้า (Wattmeter), พลังงานไฟฟ้า (Watthour Meter) และแรงเคลื่อนไฟฟ้า (Voltmeter)

รูปที่ 1 8 การต่อหม้อแปลงกระแส (Current Transformer) และ หม้อแปลงแรงเคลื่อนไฟฟ้า (Potential Transformer ) ต่อเข้ากับเครื่องวัดไฟฟ้า

หลักการทำงานของหม้อแปลง

หลักการทำงานของหม้อแปลง

รูปที่ 12 แสดงคำอธิบายการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้า

กฎของฟาราเดย์ (Faraday's Law) กล่าวไว้ว่า เมื่อขดลวดได้รับแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระแสสลับ จะทำให้ขดลวดมีการเปลี่ยนแปลงเส้นแรงแม่เหล็กตามขนาดของรูปคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับ และทำให้มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้นที่ขดลวดนี้

คำอธิบาย 1 : เมื่อขดลวดปฐมภูมิได้รับแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระแสสลับ จะทำให้มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้นตามกฎของฟาราเดย์ ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำนี้ขึ้นอยู่กับ จำนวนรอบของขดลวด พื้นที่แกนเหล็ก และความหนาแน่นของเส้นแรงแม่เหล็กที่มีการเปลี่ยนแปลงจากไฟฟ้ากระแสสลับ โดยเขียนในรูปคณิตศาสตร์ได้ คือ

(1)
ข้อสังเกต เครื่องหมายลบ แสดงให้เห็นแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ มีทิศทางตรงข้ามกับเส้นแรงแม่เหล็ก
คำอธิบาย 2 : เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดจะทำให้มีเส้นแรงแม่เหล็กในขดลวด เส้นแรงแม่เหล็กนี้เปลี่ยนแปลงตามขนาดของรูปคลื่นไฟฟ้าที่ได้รับ
คำอธิบาย 3 : เส้นแรงแม่เหล็กเกือบทั้งหมดจะอยู่รอบแกนเหล็ก
คำอธิบาย 4 : เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของเส้นแรงแม่เหล็กผ่านขดลวด จะทำให้มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้น ที่ขดลวดทุติยภูมินี้ และเขียนในรูปคณิตศาสตร์ ได้คือ

(2)

ความสัมพันธ์ของแรงเคลื่อนไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และจำนวนรอบของขดลวดทั้งด้านปฐมภูมิและทุติยภูมิของหม้อแปลงตามอุดมคติ (Ideal Transformer : ไม่รวมการสูญเสียของขดลวดและแกนเหล็ก) สามารถหาได้จาก


(3)

ความสัมพันธ์ของแรงเคลื่อนไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า ความถี่ จำนวนรอบของขดลวด พื้นที่แกนเหล็ก และความหนาแน่นของเส้นแรงแม่เหล็ก (ไม่รวมการสูญเสียของเส้นแรงแม่เหล็กและแกนของหม้อแปลง) หาได้จาก


( 4)

ข้อกำหนดทางไฟฟ้าสำหรับหม้อแปลงไฟฟ้า คือ
1. ไม่เปลี่ยนแปลงความถี่ไปจากเดิม2. กำลังไฟฟ้าของหม้อแปลงด้านปฐมภูมิเท่ากับด้านทุติยภูมิ เช่น หม้อแปลงขนาด 100 VA, 20 V / 5 V จะมีแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านปฐมภูมิ 20 V ส่วนด้านทุติยภูมิจะมีแรงเคลื่อนไฟฟ้า 5V ความสัมพันธ์ระหว่างแรงเคลื่อนไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าในสมการที่ (3) เราสามารถคำนวณหาค่ากระแสไฟฟ้าทางด้านรับไฟได้ 5 A และกระแสไฟฟ้าด้านจ่ายไฟได้ 20 A ซึ่งเขียนเป็นสมการได้ดังนี้
กำลังไฟฟ้า (VA) ด้านปฐมภูมิ = กำลังไฟฟ้า (VA) ด้านทุติยภูมิ
20 V x 5 A = 5 V x 20 A
100 VA = 100 VA