บทที่ 2 โครงสร้างและหลักการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้า

ขนาดและมาตรฐานของหมอ้ แปลงไฟฟ้ า 1. หมอ้ แปลงไฟฟ้ าขนาดเลก็ ขนาดไม่เกนิ 10 KVA เหมาะสมกบั ในอาคาร บา้ นเรอื น หรอื ตามพน้ื ทป่ี ฏบิ ตั ิ ต่าง ๆ ทางดา้ นไฟฟ้ า เช่น หมอ้ แปลงไฟฟ้ าขนาด 1 KVA 220/110 V เป็นต้น 2. หมอ้ แปลงไฟฟ้ าขนาดกลาง มขี นาดพกิ ดั ตงั้ แต่ 10 kVA - 1,000 KVA ซง่ึ จะใช้กบั งานระบบ จาํ หนา่ ย ไฟฟ้ าในโรงงานอุตสาหกรรม สาํ นกั งาน เช่น หมอ้ แปลงไฟฟ้ าขนาด 100 KVA 22000/400 V 3. หมอ้ แปลงไฟฟ้ าขนาดใหญ่ หรอื บางครงั้ เรยี กว่าหมอ้ แปลงกาํ ลงั ขนาดพกิ ดั เกนิ 1000 KVA ขน้ึ ไป จะ ใช้กบั งานระบบจาํ หนา่ ยไฟฟ้ าในโรงงานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ระบบส่งกาํ ลงั ไฟฟ้ าในสถานไีฟฟ้ ายอ่ ย (Substation)

ระบบส่งกาํ ลงั ไฟฟ้ าในสถานไีฟฟ้ าย่อย (Substation)

ขนาดและมาตรฐานของหมอ้ แปลงไฟฟ้ า

โครงสร้างและชนดิ ของหมอ้ แปลงไฟฟ้ า

1. แกนเหล็ก เหลก็ ทใี่ ช้ในการทําแกนหม้อแปลงต้องมีความซาบซึมได้ (Permeability) สูง โดย แกนเหล็กจะต้องมีความหนาแน่นของเส้นแรงแม่เหล็กสูงถึง 1.35 ถึง 1.55 เวเบอร์/ตารางเมตร และต้อง ผ่านกรรมวธิ ีท้งั ทางเคมแี ละความร้อนมาแล้ว ก่อนทจ่ี ะนํามารีดเป็ นแผ่นบาง ๆ แล้วฉาบ ด้วยฉนวนท้งั สอง ด้าน ซ่ึงคุณสมบัติจะต้องมีความเป็ นฉนวนตามผวิ (Surface insulation) สูง ท้งั นีเ้ พื่อลดกระแสไหลวน (Eddy Current) ในแกนเหล็ก จากน้ันจึงนําเหล็กทเ่ี ป็ นแผ่นบางในแต่ ละแผ่นมาอดั ซ้อนกนั หน้าทขี่ องแกน เหลก็ คือเป็ นทางเดินของเส้นแรงแม่เหล็ก เพ่ือเหน่ียวนําให้ เกดิ แรงดันไฟฟ้าเหน่ียวนําขนึ้ ในขดลวด 2. ขดลวด ขดลวดของหม้อแปลงไฟฟ้าทํามาจากทองแดงอาบนํ้ายา ถ้าเป็ นหม้อแปลงไฟฟ้า ขนาดพกิ ดั ไม่สูงมากจะทาํ มาจากลวดทองแดงเส้นกลม ถ้าหม้อแปลงไฟฟ้าขนาดพกิ ดั สูง ๆ จะทาํ มาจาก ทองแดงเส้นแบน ซึ่งขดลวดนีจ้ ะพนั อยู่ทแี่ กนเหลก็ ของหม้อแปลง ซ่ึงมดี ้วยกนั 2 ขด คือ

ขดลวดประกอบด้วยขดลวด 2 ชุด 1. ขดลวดทางดา้ นไฟเขา้ หรือขดลวดปฐมภูมิ (Primary winding) 2. ขดลวดทางดา้ นไฟออกหรือขดลวดทุติยภูมิ (Secondary winding)

ชนดิ ของหมอ้ แปลงไฟฟ้ า 1. หม้อแปลงแบบคอร์ (Core type transformer) การพนั ขดลวดบนแกนเหลก็ ดา้ นละคร่ึงขดแบบคอร์รูปตวั LL

หมอ้ แปลงแบบคอร์ หมอ้ แปลงแบบคอร์ การพนั ขดลวดและลกั ษณะของแกนเหลก็ แบบคอร์ เป็นเหลก็ แผน่ บางลกั ษณะรูปตวั LL และรูป UI

2. หม้อแปลงแบบเชลล์ (Shell type transformer) โดยลักษณะของแกนแบบเซลล์จะเป็ นเหลก็ แผ่นบางลักษณะรูปตวั EI และ EE นอกจากนี้ แกนเหล็กท่ีใช้จะมี 2 แบบ คือ แกนเหล็กแผ่นบางและแกนเหล็กกลม ดังรูป แกนเหล็กแบบ เชลล์จะมที างเดนิ ของเส้นแรง แม่เหลก็ สองทาง

หม้อแปลงแบบเชลล์ (Shell type transformer)

3. หม้อแปลงแบบเฮช (H-type transformer) หมอ้ แปลงไฟฟ้าแบบน้ีจะใช้แกนเหล็กแบบ เชลล์สองชุดวางซ้อนกนั เป็ นรูปกากบาท โดยมี ขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิพนั ไวท้ ี่ขากลางของแกนเหลก็ ซ่ึง ขดลวดทุติยภูมิจะพนั อยดู่ า้ นในคร่ึงหน่ึง ก่อน จากน้นั คนั่ ดว้ ยฉนวนและพนั ขดลวดปฐมภูมิเต็มจาํ นวนรอบ พนั ทับลงไปแลว้ คน่ั ด้วยฉนวน จากน้นั จึงพนั ขดลวดทุติยภมู ิท่ีเหลืออีกคร่ึงหน่ึงไวท้ ี่ดา้ นนอก ดงั รูป หมอ้ แปลงไฟฟ้าแบบน้ีจะมีขนาด ใหญจ่ ึงเหมาะสมกบั การส่งจ่ายไฟฟ้าท่ีจ่ายกาํ ลงั ไฟฟ้าสูง ๆ ขนาดหลายร้อยกโิ ลโวลต์แอมแปร์

หมอ้ แปลงไฟฟ้ าในอุดมคติ และการทาํ งานเบอ้ื งต้น หม้อแปลงไฟฟ้าในอุดมคติ หมายถึง หมอ้ แปลงไฟฟ้าที่ทาํ ให้เส้นแรงแม่เหล็กในแกนเหล็ก ผา่ นไป ไดโ้ ดยไมม่ ีขีดจาํ กดั ไมม่ ีเสน้ แรงแม่เหลก็ รั่วไหล ไม่มีการสูญเสียที่แกนเหล็กและไม่มีการ สูญเสียในขดลวด ท้งั สองของหมอ้ แปลงไฟฟ้า

การทาํ งานของหมอ้ แปลงไฟฟ้ าในอุดมคติ สูตร

ค่าตวั แปร E1 = แรงดนั ไฟฟ้าเหนี่ยวนาํ ที่ขดลวดปฐมภูมิ E2 = แรงดนั ไฟฟ้าเหน่ียวนาํ ท่ีขดลวดทุติยภูมิ N1 = จาํ นวนรอบของขดลวดปฐมภูมิ N2 = จาํ นวนรอบของขดลวดทุติยภูมิ a = อตั ราส่วนของหมอ้ แปลงไฟฟ้า ถ้า a มากกว่า 1 จะเป็ นหม้อแปลงแบบลดแรงดัน ถ้า a น้อยกว่า 1 จะเป็ นหม้อแปลงแบบเพม่ิ แรงดัน

สมการแรงดันไฟฟ้ าเหนย่ี วนาํ อัตราส่วน และพกิ ัดของหมอ้ แปลงไฟฟ้ า จากกฎของฟาราเดย์ เม่ือมีการเปล่ียนแปลงของเส้นแรงแม่เหล็กต่อเวลา มา คล้องตดั กับ ขดลวด จะทาํ ให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเหน่ียวนาํ ข้ึนในขดลวด ตาม สมการ

สมการแรงดันไฟฟ้ าเหนยี่ วนาํ ของหมอ้ แปลงไฟฟ้ า 1. แรงดนั ไฟฟ้าเหน่ียวนําของหม้อแปลงไฟฟ้า 2. แรงดนั ไฟฟ้าเหน่ียวนาํ ทางด้านปฐมภูมิ 3. แรงดนั ไฟฟ้าเหนยี่ วนําทางด้านทตุ ยิ ภูมิ E1 = V1 E2 = V2

แบบทดสอบหลงั เรียน หน่วยท่ี 2 1.ขอ้ 1 ถึง 10 ลอกโจทยแ์ ลว้ ตอบไดเ้ ลย 2.ส่วนขอ้ 11-15 แสดงวธิ ีทาํ (หนา้ ท่ี 52)