หม้อแปลงไฟฟ้า
| สาระสำคัญ |
| ::: หม้อแปลงไฟฟ้า คืออุปกรณ์ที่ใช้แปลงแรงดันไฟฟ้าสลับ ให้มีขนาดแรงดันตามที่เราต้องการ เรานำหม้อแปลงไฟฟ้าไปใช้ในงานหลายด้าน ทั้งในระบบการจ่ายไฟฟ้า หรือเป็นอุปกรณ์ประกอบในเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆที่ใช้กันตามบ้านเรือน ไม่ว่าจะเป็น โทรทัศน์ เครื่องขยายเสียง วิทยุเทป หรือ อะแด๊ปเตอร์แปลงไฟเพื่อใช้ในงานต่างๆ จึงนับว่ามีความสำคัญและเกี่ยวข้องกับงานทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์อย่างมาก |
| จุดประสงค์เชิงพฤติกรรม |
|
|
หลักการทำงาน |
|
ในระบบจ่ายไฟฟ้าจะมีการแปลงแรงดันไฟฟ้าสลับให้มีขนาดสูงมากๆ เช่นให้มีขนาดเป็น 48kV หรือ 24kV เพื่อลดขนาดของลวดตัวนำ ที่ต้องใช้ในการจ่ายไฟฟ้าเป็นระยะทางไกลๆ เมื่อถึงปลายทางก่อนที่จะจ่ายไฟฟ้าไปให้แก่บ้านเรือนต่างๆ ก็จะแปลงระดับแรงดันไฟฟ้าให้ลดลงเป็น 220 V เพื่อลดอันตรายที่จะเกิดแก่ผู้ใช้ไฟฟ้า และเมื่อต้องการใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ระดับแรงดันต่ำๆ เช่น 6V หรือ 9V ก็จะต้องมีการแปลงดันไฟฟ้า ตามบ้านจาก 220 V เป็นระดับแรงดันไฟฟ้าตามที่ต้องการ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ดังกล่าว เราเรียกว่า หม้อแปลงไฟฟ้า (Transformer) |
|
การทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้านั้น อาศัยหลักการความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้ากับเส้นแรงแม่เหล็กในการสร้างแรงเคลื่อนเหนี่ยวนำให้กับตัวนำ คือ เมื่อมีกระแสไหลผ่านขดลวดตัวนำ ก็จะทำให้เกิดเส้นแรงแม่เหล็กรอบๆตัวนำนั้น และถ้ากระแสที่ป้อนมีขนาดและทิศทางที่เปลี่ยนแปลงไปมา ก็จะทำให้สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นมีการเปลี่ยนแปลงตามไปด้วย ถ้าสนามแม่เหล็กที่มีการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวตัดผ่านตัวนำ ก็จะเกิดแรงเคลื่อนเหนี่ยวนำขึ้นที่ตัวนำนั้น โดยขนาดของแรงเคลื่อนเหนี่ยวนำจะสัมพันธ์กับ ความเข้มของสนามแม่เหล็ก และความเร็วในการตัดผ่านตัวนำของสนามแม่เหล็ก
|
 |
|
พิจารณาจากรูป จะเห็นว่าโครงสร้างของหม้อแปลงจะประกอบ ไปด้วย ขดลวด 2 ขดพันรอบแกนที่เป็นสื่อกลางของเส้นแรงแม่เหล็ก ซึ่งอาจเป็นแกนเหล็ก แกนเฟอไรท์ หรือแกนอากาศ ขดลวดที่เราจ่ายไฟเข้าไปเราเรียกว่า ขดปฐมภูมิ (Primary Winding) และ ขดลวดอีกขดที่ต่อเข้ากับโหลด เราเรียกว่า ขดทุติยภูมิ (Secondary Winding) |
| เมื่อเราจ่ายกระแสไฟฟ้าสลับให้กับขดปฐมภูมิ ก็จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงไป-มา โดยเส้นแรงแม่เหล็กดังกล่าวก็จะวิ่งไป-มา ตามแกน และไปตัดกับขดทุติยภูมิ ทำให้เกิดแรงดันเหนี่ยวนำขึ้นที่ขดทุติยภูมิที่ต่อกับโหลด โดยแรงเคลื่อนเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้น จะมีความสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กและจำนวนรอบของขดลวด |
 |
 |
| จากสมการ(4)จะเห็นว่าแรงดันไฟฟ้าทางขดทุติยภูมิ จะขึ้นอยู่กับอัตราส่วนจำนวนรอบของขดลวดทุติยภูมิ และขดปฐมภูมิ โดยถ้าเราพันขดลวดทุติยภูมิ ให้มีจำนวนรอบมากกว่าขดปฐมภูมิ แรงดันไฟฟ้าขาออกทางขดทุติยภูมิ ก็จะสูงกว่าแรงดันไฟฟ้า ที่จ่ายเข้ามาทางขดปฐมภูมิ เราเรียกว่าเป็น หม้อแปลงชนิดแปลงแรงดันขึ้น (Step Up Transformer) แต่ถ้าเราพันขดทุติยภูมิ ให้มีจำนวนรอบน้อยกว่าขดปฐมภูมิ แรงดันไฟฟ้าทางขดทุติยภูมิก็จะต่ำกว่าแรงดันที่จ่ายเข้ามาทางขดปฐมภูมิ เราเรียกว่าเป็น หม้อแปลงชนิดแปลงแรงดันลงขึ้น (Step Down Transformer) |
 |
| จากสมการ (5) เราสามารถตีความหมายได้ดังนี้ คือ |
|
|
หม้อแปลงชนิดต่าง |
| เราสามารถแบ่งชนิดของหม้อแปลงไฟฟ้า ตามแกนของหม้อแปลงได้ 3 แบบ คือ |
1. หม้อแปลงชนิด แกนเหล็ก (Iron Core Transformer)
|
|
2. หม้อแปลงชนิดแกนเฟอร์ไรท์ (Ferrite Core Transformer) หม้อแปลงชนิดนี้ส่วนใหญ่จะใช้ในงานที่มีความถี่สูง เช่นในเครื่องรับ เครื่องส่ง วิทยุ หรือในวงจรสวิตชิ่ง เพราะไม่สามารถใช้หม้อแปลงชนิดแกนเหล็กได้
|
|
3. หม้อแปลงชนิดแกนอากาศ (Air Core Transformer) หม้อแปลงชนิดนี้จะใช้ในงานความถี่สูงมากๆ เช่นในเครื่องรับ เครื่องส่งวิทยุ ความถี่สูง เพราะไม่สามารถใช้หม้อแปลงชนิดอื่นได้เนื่องจากจะเกิดความสูญเสียอย่างมาก
|
 |
 |
|
โครงสร้างของหม้อแปลง |
 |
| โครงสร้างภายในของหม้อแปลงจะประกอบด้วยขดลวดจะพันรอบฟอร์มพลาสติก โดยมีกระดาษฉนวนกั้นระหว่างแต่ละขดที่พัน และมีแกนเหล็กแผ่นบางๆที่เคลือบด้วยแล็กเกอร์ โดยส่วนหนึ่งจะเป็นลักษณะคล้ายตัว E และอีกส่วนจะมีลักษณะคล้ายตัว I สวมสลับกันบนฟอร์ม ที่ต้องใช้แกนที่เป็นแผ่นเหล็กอ่อนแทนที่จะใช้เป็นเหล็กตัน ก็เพื่อลดปัญหาของกระแสไหลวน(Eddy Current) ในแกนเหล็กซึ่งจะเป็นตัวลดประสิทธิภาพของหม้อแปลง |
 |
|
การคำนวณค่าในวงจรหม้อแปลง |
|
การคำนวณค่าในวงจรหม้อแปลง จะอาศัยความสัมพันธ์ตามสมการต่างๆดังกล่าวข้างต้น เราจะลองมาคำนวณค่าในวงจรหม้อแปลง โดยอาศัยสมการดังกล่าว |
 |
 |
| การตรวจสอบขั้วหม้อแปลง |
|
หม้อแปลงไฟฟ้านอกจากจะใช้ประโยชน์ในการแปลงแรงดันไฟฟ้าแล้ว ยังใช้ในการสลับเฟสสัญญาณเพื่อใช้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆด้วย ลักษณะของแรงดันขาออกจะกลับเฟส กับสัญญาณขาเข้าหรือไม่ ขึ้นอยู่กับต่อขั้วของหม้อแปลง โดยจะใช้จุดเป็นตัวบ่งขั้วหม้อแปลง ว่าเป็นด้านหัวสายหรือปลายสาย และสามารถใช้ต่อให้สัญญาณขาออก (Output Signal) มีลักษณะกลับเฟส (Out of Phase) หรือ ตามเฟส (In Phase) กับสัญญาณขาเข้า (Input Signal) |
 |
 |
|
ซึ่งเราสามารถหาขั้วสายด้านหัวและด้านปลายอย่างง่าย โดยการใช้มิเตอร์ดังรูป |
 |
| โดยใช้มิเตอร์ตั้งย่านวัด DC Volts ต่อที่ขดทุติยภูมิ แล้วนำแบตเตอรี่มาเขี่ยที่ขดปฐมภูมิ ถ้าเข็มของมิเตอร์ตีขึ้น แสดงว่า เป็นขั้วแบบเฟสเดียวกันดังรูป โดยปลายสายด้านทุติยภูมิของหม้อแปลงที่ต่อกับขั้วบวกของมิเตอร์ และปลายสายด้านปฐมภูมิ ที่ต่อกับขั้วบวกของแบตเตอรี่ จะเป็นขั้วที่มีเฟส ตรงกัน สามารถกำหนดจุดที่ปลายสายทั้งสอง แต่ถ้าเข็มตีกลับ แสดงว่าขั้วจะเป็นตรงข้าม |
| อีกวิธีเป็นการวัดโดยใช้ไฟสลับ โดยต่อขั้วหม้อแปลงด้านหนึ่งเข้าด้วยกันแล้วใช้ แล้วป้อน แรงดันแหล่งจ่ายไฟสลับ เข้าที่ขั้วด้านขาเข้าของหม้อแปลง จากนั้นใช้มัลติมิเตอร์ตั้งย่านวัด AC Volts ต่อวัดแรงดัน ดังรูป |
 |
| ถ้าค่าแรงดันที่อ่านได้มีค่าสูงกว่าแรงดันทางขาเข้า โดยมีค่าเท่ากับผลรวมของแรงดันขาเข้าและแรงดันขาออก แสดงว่าขั้วที่ต่อมีลักษณะกลับขั้วกัน ตามรูป ก. |
| แต่ถ้าค่าแรงดันที่อ่านได้มีค่าต่ำกว่าแรงดันทางขาเข้า โดยมีค่าเท่ากับผลลบระหว่างแรงดันขาเข้าและแรงดันขาออก แสดงว่าขั้วที่ต่อ มีลักษณะตรงกัน ตามรูป ข. |
| ข้อควรระวังในการใช้งาน |
|
