ทำความรู้จักกับหม้อแปลงไฟฟ้า (Transformer) - อุปกรณ์สำคัญในการแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงไฟฟ้าคืออะไร (Transformer)

หม้อแปลงไฟฟ้า (Transformer) คืออุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ในการแปลงค่าแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้าจากระดับหนึ่งไปยังระดับอื่นซึ่งมี หลักการทำงานอาศัยพื้นฐานของการแลกเปลี่ยน เวลาแม่เหล็ก หม้อแปลงไฟฟ้ามีบทบาทสำคัญในระบบการจ่ายไฟฟ้า และเป็นอุปกรณ์ที่ทำให้เราสามารถใช้ไฟฟ้าอย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ หม้อแปลงไฟฟ้าทำงานโดยใช้หลักการของการสวมเสื้อเวลาแม่เหล็ก (Electromagnetic Induction) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านผ่านคอยล์พื้นฐาน (Primary Coil) และสร้างสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง สนามแม่เหล็กนี้จะก่อให้เกิดกระแสไฟฟ้าในคอยล์รอง (Secondary Coil) ทำให้แรงดันไฟฟ้าถูกปรับระดับ

ส่วนประกอบของโครงสร้างของหม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่มีความสำคัญในการปรับและแปลงแรงดันไฟฟ้า เพื่อให้เหมาะสมกับการใช้งานของอุปกรณ์ต่าง ๆ ภายในระบบไฟฟ้า มีส่วนประกอบหลัก 3 ส่วน ได้แก่ แกนเหล็ก, ขดลวดตัวนำ และฉนวน โดยอาจมีส่วนประกอบย่อยเพิ่มเติม ขึ้นอยู่กับขนาดหม้อแปลง:

1. แกนเหล็ก - ส่วนประกอบที่มีลักษณะเป็นแผ่นเหล็กบางๆ เคลือบด้วยฉนวน เพื่อลดการสูญเสียพลังงาน และเรียกว่า แผ่นลามิเนต

2. ขดลวดตัวนำ - ส่วนของขดลวดทองแดงหรืออลูมิเนียมที่หุ้มด้วยฉนวน หม้อแปลงมีขดลวด 2 ชุด คือ ขดลวดปฐมภูมิ (Primary Winding) และขดลวดทุติยภูมิ (Secondary Winding) เพื่อส่งผ่านพลังงานไฟฟ้าระหว่างแกนเหล็ก

3. ฉนวน - ส่วนที่มีไว้เพื่อป้องกันไม่ให้ขดลวดสัมผัสกับแกนเหล็ก และป้องกันไม่ให้ขดลวดแต่ละชั้นสัมผัสกัน ทำให้หม้อแปลงทำงานอย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ

นอกจากนี้ หม้อแปลงขนาดใหญ่อาจมีส่วนประกอบเพิ่มเติม เช่น ถังบรรจุหม้อแปลง, น้ำมันหม้อแปลง, และขั้วของหม้อแปลง เป็นต้น ซึ่งเป็นส่วนที่ช่วยให้การทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้าเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพและปลอดภัยยิ่งขึ้น

• ถังบรรจุหม้อแปลง ส่วนที่มีไว้เพื่อเก็บและรองรับหม้อแปลงไฟฟ้า ช่วยป้องกันไม่ให้สารนำความร้อนหรือน้ำมันหม้อแปลงรั่วซึมหรือสูญเสีย
• น้ำมันหม้อแปลง เป็นสารที่ใช้ในหม้อแปลงเพื่อช่วยนำความร้อนออกจากขดลวดและแกนเหล็ก ทำให้หม้อแปลงทำงานอย่างมีประสิทธิภาพและควบคุมอุณหภูมิได้ดี
• ขั้วของหม้อแปลง เป็นส่วนที่เชื่อมต่อระหว่างหม้อแปลงไฟฟ้ากับระบบไฟฟ้าภายนอกช่วยให้การส่งผ่านพลังงานไฟฟ้าระหว่างแหล่งกำเนิดไฟฟ้าและโหลดเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ

หม้อแปลงไฟฟ้า: หลักการทำงานและความสำคัญ

หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่มีความสำคัญในระบบไฟฟ้า โดยเป็นส่วนที่ช่วยให้การส่งผ่านพลังงานไฟฟ้าระหว่างแหล่งกำเนิดไฟฟ้าและโหลดเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้านั้นเกิดขึ้นด้วยหลักการที่เรียกว่า Mutual Inductance และมีความสัมพันธ์กันดังต่อไปนี้

1. การเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าในขดลวดปฐมภูมิ (Primary Winding) จะส่งผลต่อกระแสไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิ (Secondary Winding) ผ่านการเหนี่ยวนำ (Mutual Inductance)
2. ความถี่ของกระแสไฟฟ้าทั้งสองด้านจะเท่ากัน นั่นคือ ความถี่ของไฟฟ้าทางด้านทุติยภูมิ = ความถี่ทางด้านปฐมภูมิ
3. ค่าสัมประสิทธิ์ความเหนี่ยวนำ (k) แสดงถึงอัตราส่วนของเส้นแรงแม่เหล็กที่เกี่ยวข้องกันระหว่างขดลวดทั้งสองด้าน ค่า k จะอยู่ระหว่าง 0 และ 1
4. อัตราส่วนจำนวนรอบ (Turns Ratio) เป็นอัตราส่วนระหว่างจำนวนรอบของขดลวดทุติยภูมิ (Ns) และขดลวดปฐมภูมิ (Np) ซึ่งมีสูตรคำนวณคือ Turns Ratio = Ns/Np
5. หม้อแปลงไฟฟ้าสามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภทหลัก ได้แก่ หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแปลงแรงดันขึ้น (Step-Up Transformer) ซึ่งแรงดันไฟฟ้าทางด้านทุติยภูมิมากกว่าทางด้านปฐมภูมิ และหม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแปลงแรงดันลง (Step-Down Transformer) ที่แรงดันไฟฟ้าทางด้านทุติยภูมิน้อยกว่าทางด้านปฐมภูมิ
6. กำลังงานที่ได้จากด้านทุติยภูมิ (PS) จะมีค่าเท่ากับกำลังงานทางด้านปฐมภูมิ (PP) หรือ PP = PS ภายใต้สมมุติฐานที่ไม่มีการสูญเสียกำลังงานภายในหม้อแปลง
7. ในความเป็นจริง หม้อแปลงไฟฟ้ามีการสูญเสียกำลังงานภายใน ซึ่งมีสาเหตุ 3 ประการ ได้แก่:
   • ความต้านทานภายในขดลวด (Copper Loss)
   • การสูญเสียกำลังงานของแกนที่ใช้พันขดลวด (Core Loss)
   • การรั่วไหลของสนามแม่เหล็ก (Magnetic Leakage)

   หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่มีความสำคัญในระบบไฟฟ้า ไม่ว่าจะเป็นการส่งผ่านพลังงานไฟฟ้าในระยะไกล การป้องกันอุปกรณ์ไฟฟ้าจากกระแสเกินความปลอดภัย หรือการปรับแต่งแรงดันไฟฟ้าให้เหมาะสมกับการใช้งาน การเข้าใจหลักการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้า จึงเป็นสิ่งสำคัญในการเลือกใช้หม้อแปลงที่เหมาะสมสำหรับแต่ละงาน ซึ่งต้องพิจารณาจากความต้องการในการปรับแรงดัน ปริมาณกำลังงาน และความถี่ของระบบไฟฟ้าที่ใช้งาน

   ในทางปฏิบัติ หม้อแปลงไฟฟ้ามีหลายขนาดและรูปแบบ ตั้งแต่ขนาดเล็กสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จนถึงหม้อแปลงขนาดใหญ่สำหรับการส่งผ่านพลังงานไฟฟ้าขนาดใหญ่ การเลือกหม้อแปลงไฟฟ้าที่เหมาะสม จึงขึ้นอยู่กับความต้องการและการนำไปใช้งานในแต่ละสถานการณ์