ความรู้เกี่ยวกับหม้อแปลงไฟฟ้า
ความรู้เกี่ยวกับหม้อแปลงไฟฟ้า
หม้อแปลงไฟฟ้า คือ อุปกรณ์หลักในระบบส่งกำลังไฟฟ้า ซึ่งโดยปกติจะเชื่อมโยง ระหว่างระบบไฟฟ้าแรงสูงกับไฟฟ้าแรงต่ำ โดยอาศัยแม่เหล็กไฟฟ้า เพื่อส่งผ่านกำลังไฟฟ้าจากวงจรหนึ่งไปอีกวงจรหนึ่ง โดยมีคุณสมบัติ สำคัญก็คือ สามารถเปลี่ยนขนาดแรงดันไฟฟ้า หรือขนาดของกระแสไฟฟ้าให้ลดลงหรือเท่าขนาดสูง ให้ลดขนาดเพื่อสามารถจ่ายไฟฟ้าในขนาดที่เหมาะสมไปสู่บ้านเรือนของประชาชน เป็นต้น
เมื่อเส้นทางการวิ่งของกระแสไฟฟ้ามีทั้งใกล้และไกลจากสถานีจ่ายของการไฟฟ้า ขนาดของแรงดันที่ถูกปล่อยออกมาย่อยมีสูงตามระดับมาตรฐานของการไฟฟ้า ขนาดของแรงดันที่ถูกปล่อยออกมาย่อมมีสูงตามระดับมาตรฐานของการไฟฟ้าในประเทศ ดังนั้น หม้อแปลงไฟฟ้าจึงมีหน้าที่ในการปรับปรุงแรงดันกระแสไฟฟ้าให้ลดลงตามความเหมาะสม เช่น แรงดันกระแสไฟฟ้าต่ำสุดที่ประมาณต่ำสุด 200 โวลต์ สูงสุด 240 โวลต์ ส่วนแรงดันกระแสไฟฟ้า 3 เฟส จะถูกจ่ายออกมาจากหม้อแปลงไฟฟ้า ประมาณ 342 โวลต์ สูงสุดอยู่ที่ 418 โวลต์ นั่นเอง
ในระบบจ่ายไฟฟ้าของสถานีจ่ายกระแสไฟฟ้าของรัฐ จำเป็นต้องมีการแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับให้มีขนาดสูงมากๆ เช่น ให้มีขนาดเป็น 48 kV หรือ 24 kV เพื่อลดขนาดของลวดตัวนำที่จะต้องจ่ายแรงดันกระแสไฟฟ้าเป็นระยะทางไกลๆ เมื่อถึงปลายทางก่อนที่จะจ่ายไฟฟ้าไปให้แก่บ้านเรือนต่างๆก็จะแปลงระดับแรงดันไฟฟ้าให้ลดลง เพื่อลดอันตรายที่อาจจะเกิดขึ้นแก่เรา และเมื่อต้องการใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ระดับแรงดันต่ำ เช่น 6V หรือ 9V ก็จะมีอุปกรณ์หม้อแปลงเพื่อแปลงแรงดันไฟฟ้าให้อยู่ในระดับแรงดันไฟฟ้าตามที่ต้องการ
เช่นเดียวกับระบบไฟฟ้าภายในบ้านเรือน ที่เมื่อรับแรงดันกระแสจากหม้อแปลงไฟฟ้า ผ่านมาตรวัดปริมาณ หรือมิเตอร์ไฟฟ้ามาแล้ว เมื่อเปิดวงจรของเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆภายในบ้าน แรงดันที่ 220 โวลต์ ก็จะวิ่งเข้าสู่วงจรการทำงานของเครื่องใช้ไฟฟ้า โดยผ่านหม้อแปลงไฟฟ้าก่อน เพื่อลดขนาดของแรงดันกระแส 220 โวลต์ ลงให้เหมาะสมกับขนาดที่วงจรเครื่องใช้ไฟฟ้าต้องการ เช่น สายชาร์จโทรศัพท์ จะรับแรงดันกระแสปกติที่ 400-220 โวลต์ แต่จะจ่ายแรงดันกระแสออก หรือ Output เพียง 50 โวลต์ เท่านั้น นี่คือ แรงดันที่สมาร์ตโฟนของเราต้องการ
ดังนั้น เมื่อใดที่หม้อแปลงไฟฟ้าชำรุดเสียหาย หรือไม่สามารถแปลงเพื่อลดขนาดของแรงดันได้ตามคุณสมบัติ แรงดันกระแสปกติจะผิ่งผ่านเข้าสู่วงจรการทำงานของสมาร์ตโฟน หรือเครื่องใช้ไฟฟ้าอื่นๆ โดยตรงแบบเต็มกำลัง ถ้าฟิวส์หรืออุปกรณ์ตัดวงจรไฟฟ้าที่ป้องกันแรงดันกระแสเกินใช้งานไม่ได้ หรือไม่ยอมตัดวงจรตามคุณสมบัติเช่นกัน นั่นหมายถึง “ไฟฟ้าลัดวงจร”
โครงสร้างหม้อแปลงไฟฟ้า
โครงสร้างของหม้อแปลงนี้ ไม่ค่อยมีความสลับซับซ้อนมากมายอะไร เนื่องจากกลไกลการทำงานเพื่อบรรลุคุณสมบัติของหม้อแปลงนั้น มีเพียงขดลวดที่พันรอบแกนเหล็กเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กในการแปลงขนาดแรงดันกระแสไฟฟ้าให้ลดลงหรือเท่ากันก่อนจ่ายแรงดันกระแสที่ผ่านคุณสมบัติไปสู่ความต้องการของวงจรการทำงานในเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆเท่านั้น โดยโครงสร้างหม้อแปลงทั้งแบบ 1 เฟส และแบบ 3 เฟส จะมีส่วนประกอบสำคัญดังต่อไปนี้.
1.ขดลวดนำปฐมภูมิ ( Primary Winding ) คือ อุปกรณ์ทำหน้าที่รับแรงขับเคลื่อนของกระแสไฟฟ้า
2.ขดลวดทุติยภูมิ ( Secondary Winding ) คือ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่จ่ายแรงเคลื่อนของกระแสไฟฟ้า
3. ขั้วต่อสายไฟ ( Terminal ) คือ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เป็นจุดต่อสายไฟกับขดลวด
4. ขดลวดทองแดง ( Enamel-Insulated Wire, Coil ) คือ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เป็นตำนำไฟฟ้า เพื่อสร้างคุณสมบัติการแปลงแรงดันของกระแสไฟฟ้า
5. แผ่นป้าย ( Name Plate ) คือ ฉลากบอกรายละเอียดประจำตัวหม้อแปลง เช่น รับแรงดันไฟฟ้าที่เท่าไหร่ จ่ายออกเท่าใด เป็นต้น
6. อุปกรณ์ระบายความร้อน ( Coolant ) คือ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ระบายความร้อนให้กับขวดลวด เช่น อากาศ พัดลม น้ำมัน หรือใช้ทั้งพัดลมและน้ำมัน เป็นระบบช่วยระบายความร้อน เป็นต้น
7. โครง ( Frame ) หรือถังของหม้อแปลง ( Tank ) คือ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่บรรจุขดลวด แกนเหล็ก รวมทั้งการติดตั้งระบบระบายความร้อนให้กับหม้อแปลงขนาดใหญ่
8. สวิตซ์หรืออุปกรณ์ควบคุม ( Switch Controller ) คือ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ควบคุมการเปลี่ยนแปลงขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้า และมีอุปกรณ์ป้องกันไฟฟ้าชนิดต่างๆรวมอยู่ด้วย
ตัวนำไฟฟ้าในหม้อแปลง
วัสดุที่ใช้ทำขดลวดหม้อแปลง ส่วนมากจะนิยมทำมาจากสายทองแดงเคลือบนำยาฉนวน ซี่งจะมีขนาดและลักษณะเหมือนลวดทรงกลมเป็นเส้นยาวหรือแบน ขึ้นอยู่กับขนาดของหม้อแปลง แต่ปัจจุบันได้มีการผลิตหม้อแปลงที่ใช้วัสดุตัวนำอย่างอลูมิเนียม เพื่อลดต้นทุนการผลิตลง แต่อลูมิเนียมมีข้อเสียอย่างมาก เช่น มีความทนทานต่อความเครียดทางกลน้อยกว่าตัวนำอย่างทองแดงครึ่งต่อครึ่งเลยทีเดียว แต่ถึงอย่างไรหม้อแปลงที่ตัวนำเป็นอลูมิเนียมก็ยังไม่ได้รับความนิยมเท่าตัวนำทองแดงอยู่นั่นเอง
ลวดทองแดงที่เส้นโต จะมีความสามารถในการจ่ายกระแสไฟได้มากกว่าลวดเส้นเล็ก ดั้งนั้นหม้อแปลงขนาดใหญ่มักใช้ลวดทองแดงถักแบบตีเกลียว เพื่อเพิ่มพื้นที่สายตัวนำให้มีทางเดินของกระแสไฟฟ้ามากขึ้น เหมือนปรับปรุงถนนเลนส์เดียวให้เป็น 4 เลนส์ ประมาณนั้น ส่วนตัวนำที่ใช้พันขดลวดบนแกนเหล็กทั้งขดลวดปฐมภูมิ และขดลวดทุติยภูมิ โดยส่วนมากจะมีแท็ป (Tap) แยกเพื่อแบ่งขนาดแรงเคลื่อนไฟฟ้า
ฉนวนหุ้มขดลวด ( Insulator )
สายทองแดงที่ใช้เป็นตัวนำพันเหล็กแกนนั้น จะต้องผ่านการเคลือบน้ำยาฉนวน เพื่อไม่ให้ขดลวดลัดวงจรถึงกันได้ โดยน้ำยาเคลือบจะเป็นสารเหลว Polyester-Imide เคลือบลวดทองแดงในขั้นแรก หรือ ( Base Coat) ส่วนชั้นบนผิวหรือผิวลวดจะเป็นสารเหลว Polyester-Imide ในชั้นบน ( Top Coat ) ทำให้ทนต่อการเสียดสี และการสึกหรอที่เกิดจากความเครียดทางกลได้สูง อีกทั้งยังทนความร้อนได้ถึง 200 องศาเซลเซียส และสามารถใช้ร่วมกับน้ำยาวานิช และ เรซิ่นทั่วไปได้อย่างดีอีกด้วย
ในการพันขดลวดบนแกนเหล็กนั้น จะต้องมีกระดาษอาบน้ำยาฉนวนคั่นระหว่างชั้นของขดลวดด้วย โดยคั่นระหว่างลวดปฐมภูมิกับทุติยภูมิ สำหรับหม้อแปลงขนาดใหญ่มักใช้กระดาษอาบน้ำยาฉนวนพันรอบสายตัวนำก่อนพันเป็นขดลวดลงบนแกนเหล็ก และนอกจากนี้ยังใช้น้ำมันชนิดที่เป็นฉนวน พร้อมกับระบายความร้อนให้กับขดลวดอีกด้วย
ขนาดลวดทองแดงเคลือบน้ำยาฉนวน ( Coil)
Wire No.
|
เส้นผ่านศูนย์กลาง
|
พื้นที่หน้าตัด
|
ทนกระแสได้ ( A )
|
( Diameter ) mm
|
(Area) mm2
| ||
10
|
3.3
|
8.55
|
27.66
|
11
|
2.9
|
6.61
|
22.72
|
12
|
2.6
|
5.31
|
18.26
|
13
|
2.3
|
4.15
|
14.29
|
14
|
2.0
|
3.14
|
10.80
|
15
|
1.9
|
2.54
|
8.751
|
16
|
1.6
|
2.01
|
6.915
|
17
|
1.4
|
1.54
|
5.294
|
18
|
1.2
|
1.15
|
3.890
|
19
|
1.0
|
0.79
|
2.701
|
20
|
0.91
|
0.65
|
2.188
|
21
|
0.81
|
0.51
|
1.729
|
22
|
0.72
|
0.41
|
1.324
|
23
|
0.61
|
0.2922
|
0.972
|
24
|
0.56
|
0.2463
|
0.817
|
25
|
0.51
|
0.2047
|
0.675
|
26
|
0.45
|
0.1624
|
0.547
|
27
|
0.40
|
0.1288
|
0.432
|
28
|
0.38
|
0.1134
|
0.370
|
29
|
0.36
|
0.1021
|
0.312
|
30
|
0.31
|
0.0755
|
0.243
|
31
|
0.29
|
0.0661
|
0.204
|
32
|
0.28
|
0.0616
|
0.176
|
33
|
0.25
|
0.0510
|
0.169
|
34
|
0.23
|
0.0451
|
0.137
|
35
|
0.21
|
0.0346
|
0.108
|
36
|
0.19
|
0.0285
|
0.098
|
37
|
0.17
|
0.0227
|
0.078
|
38
|
0.15
|
0.0177
|
0.063
|
39
|
0.13
|
0.0133
|
0.046
|
40
|
0.12
|
0.0114
|
0.039
|
แกนเหล็กหม้อแปลงไฟฟ้า
แผ่นเหล็ก ที่เรานิยมเรียกว่า “ แกนเหล็ก ” ในโครงสร้างของหม้อแปลงไฟฟ้านั้น จะผลิตจากส่วนผสมของสารกึ่งตัวนำอย่างซิลิกอน เพื่อรักษาความหนาแน่นของเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้นรอบขดลวดไว้ ซึ่งกระแสจะไหลวนบนแกนเหล็ก โดยแผ่นเหล็กแต่ละชั้นเป็นแผ่นเหล็กบางเรียงซ้อนกันหลายชิ้นประกอบขึ้นเป็นแกนเหล็กของหม้อแปลง ทำให้มีความต้านทานสูง อีกทั้งยังช่วยลดการสูญเสียบนแกนเหล็กที่ส่งผลให้เกิดความร้อนอีกด้วย สำหรับแกนเหล็กดังกล่าวที่เป็นโครงสร้างของหม้อแปลงไฟฟ้าที่เห็นกันโดยทั่วไปจะใช้แบบ 1 เฟส และ 3 เฟส โดยจะมีด้วยกันหลายรูปแบบ เช่น แผ่นเหล็กแบบ Core และแบบ Shell
- แบบคอร์ไทพ์ ( Core Type ) จะประกอบด้วยแผ่นเหล็กบางๆนำมาเรียงอัดติดกันเป็นแท่ง ซึ่งจะเห็นแกนเหล็กขดลวดชุดไพมารี่ และขดลวดชุดเซ็กกันดารี่ พันอยู่ตรงส่วนด้านข้างของแกนเหล็กสี่เหลี่ยม จากนั้นจะมีการแยกพันข้างละ 1 ชุด จึงเรียกว่าเป็นแบบชนิดขดลวด 1 หุ้มแกน ทำให้การระบายความร้อนเกิดขึ้นได้ดีในระดับหนึ่ง จึงเป็นที่นิยมแกนเหล็กแบบคอร์ไทพ์ใช้กับหม้อแปลงขนาดใหญ่
- แบบเชลล์ ( Shell Type ) แกนเหล็กเชลล์ไทพ์ จะประกอบด้วยแผ่นเหล็กบางๆ 2 ส่วนคือ
- แผ่นเหล็กบางรูปตัวอี ( E )
- แผ่นเหล็กบางรูปตัวไอ ( I )
โดยบางแผ่นเหล็กบางรูปตัวอีและตัวไอนี้ จะนำมาประกอบเรียงกันเพื่ออัดติดกันเป็นแท่งเหล็ก ขดลวดชุดไพมารี่และขดลวดชุดเซ็กกันดารี่จะถูกพันรวมกันไว้ที่แกนเหล็กตรงขากลางของหม้อแปลงทั้งคู่ หรือที่เรานิยมเรียกกันว่า หม้อแปลงชนิดแกนหุ้มขดลวด โดยขดลวดทั้ง 2 ชุด จะพันทับกันอยู่ที่ขากลางของแกนเหล็กซึ่งจะมีกระแสไฟไหลมากจะพันไว้ด้านนอก เพื่อให้สามารถระบายความร้อนสะสมออกได้ง่าย และส่วนชุดขดลวดที่มีกระแสไฟไหลน้อยจะพันไว้ด้านในเป็นชุดแรก เช่นนั้น แกนเหล็กชนิดนี้จึงเหมาะสำหรับหม้อแปลงที่มีขนาดเล็กหรือปานกลางนั่นเอง
แกนเฟอร์ไรท์ ( Ferrite Core )
แกนเฟอร์ไรท์ เป็นวัสดุที่มีส่วนผสมของแม่เหล็ก ทำให้มีความเข้มสนามแม่เหล็กมากกว่าเหล็ก และมีความต้านทานสูง จึงช่วยลดการสูญเสียบนแกนเหล็ก หรือลดความร้อนจากการเกิดกระแสไหลวนที่ความถี่สูง
แกนอากาศ ( Air Core )
ขดลวดแกนอากาศ กับงานในระบบที่ใช้ความถี่สูง โดยไม่ต้องการให้เส้นแรงแม่เหล็กมีการอิ่มตัวหรือการสูญเสียเกิดขึ้นที่แกนเหล็ก
แกนทอรอยด์ ( Toroidal Core )
แกนทอรอยด์ มีลักษณะคล้ายวงแหวนทำมาจากโลหะผสมสารกึ่งตัวนำและซิลิกอน หม้อแปลงแกนทอรอยด์มีประสิทธิภาพสูงถึง 95% เพราะแกนทอรอยด์มีสภาพความนำแม่เหล็กสูง จึงช่วยลดการเกิดเสียงรบกวนได้ในขณะทำงาน
ขั้วสายไฟ ( Terminal )
ขั้วต่อสายไฟของหม้อแปลงไฟฟ้า จะมีอยู่ 2 รูปแบบด้วยกันคือ รูปแบบการต่อหม้อแปลงไฟฟ้าขนาดเล็กและปานกลาง จะใช้ขั้วต่อไฟฟ้าต่อเข้าปลายขดลวดกับสายไฟฟ้าภายนอก แต่ส่วนหม้อแปลงขนาดใหญ่นั้น ขั้วต่อสายจะให้แผ่นทองแดง (Bus Bar ) และบุชชิ่งกระเบื้องเคลือบ (Ceramic ) ต่อเข้าระหว่างปลายขดลวดกับสายไฟฟ้าภายนอก
แผ่นป้าย ( Name Plate )
แผ่นป้ายหม้อแปลงนี้ จะเป็นคล้ายกับฉลากติดบอกขีดความสามารถให้ผู้ใช้ทราบ โดยจะติดที่ตัวถังของหม้อแปลง เพื่อแสดงรายละเอียดประจำตัว เช่น
- ชื่อบริษัท ผู้ผลิต ชนิด รุ่น
- ขนาดหม้อแปลง
- ขนาดกำลังไฟ แรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านรับไฟฟ้า-จ่ายไฟฟ้า และความถี่ใช้งาน
- วงจรขดลวด
- ข้อควรระวัง อุณหภูมิ มาตรฐานการทดสอบ และอื่นๆ
ความคิดเห็น
แสดงความคิดเห็น