หม้อแปลงไฟฟ้า

เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับแปลงพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับ จากวงจรหนึ่งไปยังอีกวงจรหนึ่งโดยวิธีทางวงจร แม่เหล็กซึ่งไม่ มีจุดต่อไฟฟ้าถึงกันและไม่มีชิ้นส่วนทางกลเคลื่อนที่ โดยทั่วไปเราใช้หม้อแปลงไฟฟ้าเพื่อแปลงแรงเคลื่อนไฟฟ้าให้มีขนาด ลดลงหรือเพิ่มขึ้นจากเดิมโดยมีความถี่ไฟฟ้าคงเดิม

  ( ก) ชนิด 1 เฟส                        ( ข) ชนิด 3 เฟส
รูปที่ 1   หม้อแปลงไฟฟ้า

โครงสร้างของหม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงแบ่งออกตามการใช้งานของระบบไฟฟ้ากำลังได้ 2 แบบคือ หม้อแปลงไฟฟ้าชนิด 1 เฟส และหม้อแปลงไฟฟ้า ชนิด 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 หรือใช้ ทั้งพัดลมและน้ำมันช่วยระบายความร้อน เป็นต้น
7. โครง (Frame) หรือตัวถังของหม้อแปลง (Tank) ทำหน้าที่บรรจุขดลวด แกนเหล็กรวมทั้งการติดตั้งระบบระบาย ความร้อนให้กับหม้อแปลงขนาดใหญ่
8. สวิตช์และอุปกรณ์ควบคุม (Switch Controller) ทำหน้าที่ควบคุมการเปลี่ยนขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้า และมี อุปกรณ์ป้องกันไฟฟ้าชนิดต่าง ๆ รวมอยู่ด้วย

โครงสร้างของหม้อแปลงชนิด 1 เฟส ดูรูปที่ 2 (ก) จะมีส่วนประกอบของขดลวด 1 ชุด และหม้อแปลงชนิด 3 เฟสดูรูปที่ 2 (ข) จะมีส่วนประกอบของขดลวด 2 ถึง 3 ชุด เนื่องจากหม้อแปลงเป็นอุปกรณ์จ่ายกำลังไฟฟ้าจึงมีขนาดเป็นโวลต์แอมป์ (VA) หม้อแปลงขนาดใหญ่จะมีขนาดเป็นกิโลโวลต์แอมป์ (kVA) และเมกกะโวลต์แอมป์ (MVA) ตามลำดับ สำหรับส่วน ประกอบข้างต้นในข้อ 6 ถึง 8 เป็นระบบที่มีอยู่ในหม้อแปลงขนาดใหญ่จะไม่ขอกล่าวไว้ในที่นี้

(ก) ชนิด 1 เฟส                              (ข) ชนิด 3 เฟส
รูปที่ 2   หม้อแปลงไฟฟ้า

ขดลวด( Coil)

รูปที่ 3   สายทองแดงเคลือบน้ำยา

วัสดุที่ใช้ทำขดลวดหม้อแปลงโดยทั่วไปทำมาจากสายทองแดงเคลือบน้ำยาฉนวน มีขนาดและลักษณะลวดเป็นทรงกลม หรือแบนขึ้นอยู่กับขนาดของหม้อแปลง ลวดเส้นโตจะมีความสามารถในการจ่ายกระแสได้มากกว่าลวดเส้นเล็ก

หม้อแปลงขนาดใหญ่มักใช้ลวดถักแบบตีเกลียว เพื่อเพิ่มพื้นที่สายตัวนำให้มีทางเดินของกระแสไฟมากขึ้น สายตัวนำที่ใช้ พันขดลวดบนแกนเหล็กทั้งขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิอาจมีแทปแยก (Tap) เพื่อแบ่งขนาดแรงเคลื่อนไฟฟ้า (ในหม้อแปลงขนาดใหญ่จะใช้การเปลี่ยนแทปด้วยสวิตช์อัตโนมัติ)

ฉนวน ( Insulator)

   สายทองแดงจะต้องผ่านการเคลือบน้ำยาฉนวน เพื่อป้องกันไม่ให้ขดลวดลัดวงจรถึงกันได้ การพันขดลวดบนแกนเหล็ก จึงควรมีกระดาษอาบน้ำยาฉนวน คั่นระหว่างชั้นของขดลวดและคั่นแยกระหว่างขดลวด ปฐมภูมิกับทุติยภูมิด้วย ใน หม้อแปลงขนาดใหญ่มักใช้กระดาษอาบน้ำยา ฉนวนพันรอบสายตัวนำก่อนพันเป็นขดลวดลงบนแกนเหล็ก นอกจากนี้ ยังใช้น้ำมันชนิดที่เป็นฉนวนและระบายความร้อนให้กับขดลวดอีกด้วย

แกนเหล็ก ( Core)

   แผ่นเหล็กที่ใช้ทำหม้อแปลงจะมีส่วนผสมของสารกึ่งตัวนำ-ซิลิกอนเพื่อรักษาความหนาแน่นของเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้น รอบขดลวดไว้ แผ่นเหล็กแต่ละชั้นเป็นแผ่นเหล็กบางเรียงต่อกัน หลายชิ้นทำให้มีความต้านทานสูงและช่วยลดการสูญเสีย บนแกนเหล็กที่ส่งผลให้เกิดความร้อนหรือที่เรียกว่า กระแสไหลวนบนแกนเหล็กโดยทำแผ่นเหล็กให้เป็นแผ่นบางหลาย แผ่นเรียงซ้อนประกอบขึ้น เป็นแกนเหล็กของหม้อแปลง ซึ่งมีด้วยกันหลายรูปแบบเช่น แผ่นเหล็กแบบ Core และแบบ Shell
ดูรูปที่ 4 และ 5

( ก) แบบ Cor                                                      (ข) แบบ Shell
รูปที่ 4   แกนเหล็กหม้อแปลงไฟฟ้าชนิด 1 เฟส 

( ก) แบบ Core                                                      ( ข) แบบ Shell
รูปที่ 5   แกนเหล็กหม้อแปลงไฟฟ้าชนิด 3 เฟส

แกนเฟอร์ไรท์ ( Ferrite Core)

( ก) แบบแท่ง (Rod)                                (ข) แบบวงแหวน (Ring
รูปที่ 6   เฟอร์ไรท์

แกนเฟอร์ไรท์เป็นวัสดุที่มีส่วนผสมของแม่เหล็กทำให้มีความเข้ม สนามแม่เหล็กมากกว่าเหล็กและมีความต้านทานสูง จึงช่วยลดการสูญเสียบนแกนเหล็ก หรือลดความร้อนจากการเกิดกระแสไหลวนที่ความถี่สูง

แกนอากาศ ( Air Core)

รูปที่ 7   ขดลวดแกนอากาศ

นอกจากนี้ยังใช้ขดลวดแกนอากาศกับงานในระบบที่ใช้ความถี่สูงโดยไม่ต้องการให้เส้นแรง แม่เหล็กมีการอิ่มตัวหรือการ สูญเสียเกิดขึ้นที่แกนเหล็ก (ดูรูปที่ 7)

แกนทอลอยด์ ( Toroidal Core)

(ก) ภาพของจริง                          (ข) ภาพสัญลักษณ์
รูปที่ 8   หม้อแปลงไฟฟ้าแกนทอลอยด์ 

แกนทอลอยด์มีลักษณะคล้ายวงแหวนทำมาจากโลหะผสมสารกึ่งตัวนำ-ซิลิกอน หม้อแปลงแกนทอลอยด์มีประสิทธิภาพ สูง (95 %) เพราะแกนทอลอยด์มีสภาพความนำแม่เหล็กสูง อีกทั้งยังไม่มีช่องรอยต่อเหมือนแกนเหล็กแบบ Core และแบบ Shell   จึงช่วยลดการเกิดเสียงรบกวนได้ในขณะทำงาน ดูรูปที่ 8

ขั้วต่อสายไฟ ( Terminal)

  โดยทั่วไปหม้อแปลงขนาดเล็กจะใช้ขั้วต่อไฟฟ้าต่อเข้าระหว่างปลายขดลวดกับสายไฟฟ้าภายนอก และ ถ้าเป็นหม้อแปลง ขนาดใหญ่จะใช้แผ่นทองแดง ( Bus Bar ) และบุชชิ่งกระเบื้องเคลือบ ( Ceramic ) ต่อเข้าระหว่างปลายขดลวดกับ สายไฟฟ้าภายนอก

สัญลักษณ์ของหม้อแปลง | การหาขั้วหม้อแปลง | การใช้งานหม้อแปลง | ชนิดของหม้อแปลง