หม้อแปลงประเภทต่างๆและการใช้งาน

หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในโดเมนไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ เป็นอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเป็นไปตามหลักการพื้นฐานของแม่เหล็กไฟฟ้าที่ Michael Faraday ค้นพบ เราได้กล่าวถึงการสร้างและการใช้งาน Transformersโดยละเอียดแล้วในบทช่วยสอนก่อนหน้านี้ เราจะกล่าวถึงหม้อแปลงประเภทต่างๆที่ใช้ในการใช้งานประเภทต่างๆ อย่างไรก็ตามหม้อแปลงทุกประเภทใช้หลักการเดียวกัน แต่มีวิธีการก่อสร้างที่แตกต่างกัน และด้วยความพยายามเพียงเล็กน้อยคุณสามารถสร้างหม้อแปลงของคุณเองได้ แต่ในขณะที่สร้างหม้อแปลงควรปฏิบัติตามเทคนิคการป้องกันหม้อแปลงเสมอ

ประเภทของหม้อแปลงขึ้นอยู่กับระดับแรงดันไฟฟ้า

หม้อแปลงสามารถมีโครงสร้างได้หลายประเภท หม้อแปลงไฟฟ้าไม่มีการเชื่อมต่อไฟฟ้าจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่ง ถึงกระนั้นขดลวดสองตัวที่เป็นอิสระทางไฟฟ้าสามารถนำไฟฟ้าโดยฟลักซ์แม่เหล็กไฟฟ้า หม้อแปลงสามารถมีขดลวดหรือขดลวดหลายตัวที่ด้านหลักและด้านทุติยภูมิ ในกรณีที่หลายหลายด้านหลักซึ่งทั้งสองขดลวดมีการเชื่อมต่อในซีรีส์มักจะเรียกว่าเป็นศูนย์การทาบทามเงื่อนไขการเคาะตรงกลางนี้สามารถมองเห็นได้ที่ด้านที่สอง

หม้อแปลงสามารถสร้างขึ้นในลักษณะที่สามารถแปลงระดับแรงดันไฟฟ้าของด้านหลักเป็นด้านทุติยภูมิ ขึ้นอยู่กับระดับแรงดันไฟฟ้าหม้อแปลงมีสามประเภท ขั้นตอนที่ลง, Step Up และการแยกหม้อแปลง สำหรับหม้อแปลงแยกระดับแรงดันไฟฟ้าจะเท่ากันทั้งสองด้าน

1. Step-Down Transformer

Step down Transformer ใช้ทั้งในโดเมนอิเล็กทรอนิกส์และระบบไฟฟ้า หม้อแปลงแบบ step-down จะแปลงระดับแรงดันไฟฟ้าหลักเป็นแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าในเอาต์พุตทุติยภูมิ สิ่งนี้ทำได้โดยอัตราส่วนของขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิ สำหรับหม้อแปลงแบบ step-down จำนวนขดลวดจะสูงกว่าด้านหลักมากกว่าด้านรอง ดังนั้นอัตราส่วนการคดเคี้ยวโดยรวมของหลักและรองจะยังคงมากกว่า 1 เสมอ

ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แอพพลิเคชั่นจำนวนมากทำงานบน 5V, 6V, 9V, 12V, 24V หรือในบางกรณี 48V ในการแปลงแรงดันเต้าเสียบไฟเฟสเดียว 230V AC เป็นระดับแรงดันไฟฟ้าต่ำที่ต้องการจำเป็นต้องใช้หม้อแปลง Step Down ในเครื่องมือวัดเช่นเดียวกับอุปกรณ์ไฟฟ้าหลายประเภทหม้อแปลงไฟฟ้าแบบ Step-Down เป็นข้อกำหนดหลักสำหรับส่วนพลังงาน นอกจากนี้ยังใช้ในอะแดปเตอร์แปลงไฟและวงจรชาร์จโทรศัพท์มือถือ

ในระบบไฟฟ้าหม้อแปลงไฟฟ้าแบบ step down ใช้ในระบบจำหน่ายไฟฟ้าซึ่งทำงานกับแรงดันไฟฟ้าสูงมากเพื่อให้แน่ใจว่ามีการสูญเสียต่ำและเป็นโซลูชันที่คุ้มค่าสำหรับความต้องการในการส่งพลังงานทางไกล ในการแปลงไฟฟ้าแรงสูงเป็นสายจ่ายแรงดันต่ำจะใช้หม้อแปลง Step down

2. Step-Up Transformer

Step Up transformer อยู่ตรงข้ามกับหม้อแปลง step-down ก้าวขึ้นหม้อแปลงเพิ่มแรงดันหลักในระดับต่ำถึงแรงดันสูงรองอีกครั้งทำได้โดยอัตราส่วนของอัตราส่วนของขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิ สำหรับ Step Up หม้อแปลงที่อัตราส่วนของขดลวดหลักและซากคดเคี้ยวรองน้อยกว่า 1 นั่นหมายความว่าจำนวนรอบในขดลวดทุติยภูมิสูงกว่าขดลวดปฐมภูมิ

ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หม้อแปลงแบบ step up มักใช้ในตัวปรับเสถียรภาพอินเวอร์เตอร์ ฯลฯ ซึ่งแรงดันไฟฟ้าต่ำจะถูกแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น

หม้อแปลงขั้นตอนขึ้นนอกจากนี้ยังใช้ในการกระจายไฟฟ้าต้องใช้ไฟฟ้าแรงสูงสำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับการกระจายกำลังไฟฟ้า Step up transformer ใช้ในกริดเพื่อเพิ่มระดับแรงดันไฟฟ้าก่อนการกระจาย

3. หม้อแปลงแยก

หม้อแปลงแยกไม่แปลงระดับแรงดันไฟฟ้าใด ๆ แรงดันไฟฟ้าหลักและแรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิของหม้อแปลงแยกยังคงเหมือนเดิม เนื่องจากอัตราส่วนของขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิเท่ากับ 1เสมอ นั่นหมายความว่าจำนวนรอบในขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิจะเท่ากันในหม้อแปลงแยก

หม้อแปลงแยกใช้เพื่อแยกตัวหลักและรอง ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้หม้อแปลงไฟฟ้าไม่มีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างหลักและรอง แต่ยังใช้เป็นตัวกั้นการแยกซึ่งการนำไฟฟ้าเกิดขึ้นกับฟลักซ์แม่เหล็กเท่านั้น ใช้เพื่อความปลอดภัยและเพื่อยกเลิกการถ่ายโอนสัญญาณรบกวนจากหลักไปยังรองหรือในทางกลับกัน

ประเภทของหม้อแปลงขึ้นอยู่กับวัสดุหลัก

หม้อแปลงจะถ่ายโอนพลังงานโดยการนำฟลักซ์แม่เหล็กไฟฟ้าผ่านวัสดุหลัก วัสดุหลักที่แตกต่างกันทำให้เกิดความหนาแน่นของฟลักซ์ที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับวัสดุหลักหม้อแปลงหลายประเภทถูกใช้ในโดเมนพลังงานและอิเล็กทรอนิกส์

1. หม้อแปลงแกนเหล็ก

หม้อแปลงแกนเหล็กใช้แผ่นเหล็กอ่อนหลายแผ่นเป็นวัสดุหลัก เนื่องจากคุณสมบัติแม่เหล็กที่ดีเยี่ยมของเหล็กการเชื่อมโยงฟลักซ์ของหม้อแปลงแกนเหล็กจึงสูงมาก ดังนั้นประสิทธิภาพของหม้อแปลงแกนเหล็กจึงสูงเช่นกัน

แผ่นแกนเหล็กอ่อนมีให้เลือกหลายรูปทรงและขนาด ขดลวดของแผลหลักและรองหรือพันบนขดลวดในอดีต หลังจากนั้นขดลวดเดิมจะติดตั้งในแผ่นแกนเหล็กอ่อน ขึ้นอยู่กับขนาดแกนและรูปร่างแผ่นแกนชนิดต่างๆมีจำหน่ายในตลาด รูปร่างทั่วไปไม่กี่รูปแบบคือ E, I, U, L ฯลฯ แผ่นเหล็กมีความบางและหลาย ๆ แผ่นจะรวมกันเป็นแกนกลางที่แท้จริง ตัวอย่างเช่นแกนประเภท E ทำด้วยแผ่นบาง ๆ ที่มีลักษณะเป็นตัวอักษร E

หม้อแปลงแกนเหล็กใช้กันอย่างแพร่หลายและมักมีน้ำหนักและรูปร่างมากกว่า

2. เฟอร์ไรต์คอร์หม้อแปลง

หม้อแปลงแกนเฟอร์ไรต์ใช้แกนเฟอร์ไรต์เนื่องจากการซึมผ่านของแม่เหล็กสูง หม้อแปลงชนิดนี้มีการสูญเสียต่ำมากในแอปพลิเคชันความถี่สูง ด้วยเหตุนี้จึงใช้หม้อแปลงแกนเฟอร์ไรต์ในแอปพลิเคชั่นความถี่สูงเช่นในแหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์ (SMPS) แอปพลิเคชันที่เกี่ยวข้องกับ RF เป็นต้น

หม้อแปลงแกนเฟอร์ไรต์ยังมีรูปทรงขนาดต่างๆขึ้นอยู่กับความต้องการใช้งาน ส่วนใหญ่จะใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มากกว่าการใช้งานไฟฟ้า รูปร่างที่พบมากที่สุดในหม้อแปลงแกนเฟอร์ไรต์คือแกน E

3. หม้อแปลง Toroidal Core

หม้อแปลงแกน Toroidal ใช้วัสดุหลักที่มีรูปร่างเป็น toroid เช่นแกนเหล็กหรือแกนเฟอร์ไรต์ Toroids เป็นวัสดุแกนรูปวงแหวนหรือโดนัทและใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่เหนือกว่า เนื่องจากรูปทรงของวงแหวนการเหนี่ยวนำการรั่วไหลจึงต่ำมากและมีค่าความเหนี่ยวนำและปัจจัย Q สูงมาก ขดลวดค่อนข้างสั้นและน้ำหนักน้อยกว่าหม้อแปลงแบบเดิมที่ให้คะแนนเดียวกัน

4. หม้อแปลงแอร์คอร์

หม้อแปลง Air Core ไม่ได้ใช้แกนแม่เหล็กทางกายภาพใด ๆ เป็นวัสดุหลัก การเชื่อมโยงฟลักซ์ของหม้อแปลงแกนอากาศทำโดยใช้อากาศทั้งหมด

ในหม้อแปลงแกนอากาศขดลวดปฐมภูมิจะจ่ายกระแสสลับซึ่งก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้ารอบ ๆ เมื่อขดลวดทุติยภูมิถูกวางไว้ภายในสนามแม่เหล็กตามกฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์ขดลวดทุติยภูมิจะถูกเหนี่ยวนำด้วยสนามแม่เหล็กซึ่งจะใช้ในการจ่ายพลังงานให้กับโหลด

อย่างไรก็ตามหม้อแปลงแกนอากาศก่อให้เกิดการเหนี่ยวนำร่วมกันต่ำเมื่อเทียบกับวัสดุแกนทางกายภาพเช่นเหล็กหรือแกนเฟอร์ไรต์

ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพารวมถึงแอพพลิเคชั่นที่เกี่ยวข้องกับคลื่นวิทยุ เนื่องจากไม่มีวัสดุหลักทางกายภาพจึงมีน้ำหนักเบามาก หม้อแปลงแกนอากาศที่ได้รับการปรับแต่งอย่างเหมาะสมยังใช้ในโซลูชันการชาร์จแบบไร้สายซึ่งขดลวดหลักถูกสร้างขึ้นภายในเครื่องชาร์จและขดลวดทุติยภูมิจะอยู่ภายในอุปกรณ์เป้าหมาย

ประเภทหม้อแปลงขึ้นอยู่กับการจัดเรียงที่คดเคี้ยว

หม้อแปลงสามารถจำแนกได้โดยใช้คำสั่งที่คดเคี้ยว หนึ่งในประเภทยอดนิยมคือ Auto Winding Transformers

หม้อแปลงขดลวดอัตโนมัติ

จนถึงตอนนี้ขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิได้รับการแก้ไขแล้ว แต่ในกรณีของหม้อแปลงขดลวดอัตโนมัติขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิสามารถเชื่อมต่อแบบอนุกรมกันและสามารถเคลื่อนย้ายโหนดที่เคาะตรงกลางได้ แรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่เคาะตรงกลาง

อัตโนมัติไม่ใช่รูปแบบสั้น ๆ ของอัตโนมัติ แต่เป็นการแจ้งตัวเองหรือขดลวดเดี่ยว ขดลวดนี้สร้างอัตราส่วนซึ่งประกอบด้วยสองส่วนหลักและรอง ตำแหน่งของโหนดประปาตรงกลางจะกำหนดอัตราส่วนหลักและรองซึ่งจะทำให้แรงดันเอาต์พุตแตกต่างกันไป

การใช้งานทั่วไปคือ V ARIACซึ่งเป็นเครื่องมือในการผลิต AC แบบแปรผันจากอินพุต AC ที่คงที่ นอกจากนี้ยังใช้ในแอพพลิเคชั่นที่เกี่ยวข้องกับระบบส่งกำลังและการกระจายซึ่งจำเป็นต้องเปลี่ยนสายไฟฟ้าแรงสูงบ่อยๆ

ประเภทของ Transformers ขึ้นอยู่กับการใช้งาน

นอกจากนี้ยังมีหม้อแปลงหลายประเภทที่ใช้งานได้ในโดเมนเฉพาะ ทั้งภาคอิเล็กทรอนิกส์และไฟฟ้าหม้อแปลงเฉพาะหลายตัวใช้เป็นหม้อแปลงแบบ step-down หรือ step-up ตามการประยุกต์ใช้งาน ดังนั้นหม้อแปลงจึงสามารถจำแนกได้ตามการใช้งานด้านล่าง:

1. โดเมนอำนาจ

• หม้อแปลงไฟฟ้า
• หม้อแปลงวัด
• หม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่าย

2. โดเมนอิเล็กทรอนิกส์

• พัลส์หม้อแปลง
• หม้อแปลงเอาต์พุตเสียง

1. หม้อแปลงที่ใช้ในโดเมน Power

ในระบบไฟฟ้าโดเมน Power เกี่ยวข้องกับการสร้างการวัดและการกระจายกำลังไฟฟ้า อย่างไรก็ตามมันเป็นสนามขนาดใหญ่มากซึ่งหม้อแปลงเป็นส่วนสำคัญในการรองรับการแปลงพลังงานที่ปลอดภัยและการส่งพลังงานที่ประสบความสำเร็จไปยังสถานีย่อยและไปยังผู้ใช้ปลายทาง

หม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้ในโดเมนพลังงานสามารถเป็นได้ทั้งกลางแจ้งและในร่ม แต่ส่วนใหญ่อยู่กลางแจ้ง

(ก) หม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงไฟฟ้ามีขนาดใหญ่กว่าและใช้ในการถ่ายโอนพลังงานไปยังสถานีย่อยหรือแหล่งจ่ายไฟฟ้าสาธารณะ หม้อแปลงนี้ทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมระหว่างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและกริดจำหน่ายหลัก ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับคะแนนพลังงานและข้อกำหนดหม้อแปลงไฟฟ้ายังสามารถแบ่งได้เป็นสามประเภท: หม้อแปลงขนาดเล็กไฟฟ้าหม้อแปลงไฟฟ้าขนาดกลางและหม้อแปลงไฟฟ้าขนาดใหญ่การจัดอันดับสามารถมากกว่า 30KVA ถึง 500-700KVA หรือในบางกรณีอาจเท่ากับหรือมากกว่า 7000KVA สำหรับหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังขนาดเล็ก หม้อแปลงไฟฟ้ากำลังปานกลางสามารถมีได้ถึง 50-100 MVA ในขณะที่หม้อแปลงกำลังไฟฟ้าขนาดใหญ่สามารถรองรับได้มากกว่า 100MVA

เนื่องจากการผลิตไฟฟ้าที่สูงมากการสร้างหม้อแปลงไฟฟ้าจึงมีความสำคัญเช่นกัน การก่อสร้างประกอบด้วยอุปกรณ์ต่อพ่วงที่เป็นฉนวนแข็งและระบบระบายความร้อนที่สมดุล หม้อแปลงไฟฟ้าที่พบมากที่สุดจะเต็มไปด้วยน้ำมัน

หลักการสำคัญของหม้อแปลงไฟฟ้าคือการแปลงต่ำปัจจุบันแรงดันสูงเพื่อให้แรงดันไฟฟ้าสูงต่ำในปัจจุบันสิ่งนี้จำเป็นเพื่อลดการสูญเสียพลังงานในระบบจำหน่ายไฟฟ้า

พารามิเตอร์ที่สำคัญอีกประการหนึ่งสำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าคือความพร้อมใช้งานของเฟส โดยทั่วไปหม้อแปลงไฟฟ้าจะทำงานในระบบสามเฟสแต่ในบางกรณีจะใช้หม้อแปลงไฟฟ้าขนาดเล็กแบบเฟสเดียว หม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟสมีค่าใช้จ่ายและมีประสิทธิภาพมากที่สุดกว่าหม้อแปลงไฟฟ้าเฟสเดียว

(b) หม้อแปลงวัด

หม้อแปลงวัดมักเรียกว่าหม้อแปลงเครื่องมือ นี่เป็นเครื่องมือวัดที่ใช้กันทั่วไปในโดเมนพลังงาน หม้อแปลงวัดใช้เพื่อแยกพลังงานหลักและแปลงกระแสและแรงดันไฟฟ้าในอัตราส่วนที่น้อยลงเป็นเอาต์พุตรอง โดยการวัดเอาท์พุทสามารถวัดเฟสกระแสและแรงดันของสายไฟจริงได้

ภาพด้านบนแสดงการสร้างหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า

(c) หม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่าย

สิ่งนี้ใช้ในระยะสุดท้ายของระบบจำหน่ายไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่ายเป็นหม้อแปลงไฟฟ้าแบบขั้นบันไดซึ่งจะแปลงแรงดันไฟฟ้ากริดสูงเป็นแรงดันไฟฟ้าที่ลูกค้าต้องการคือ 110V หรือ 230V นอกจากนี้ยังสามารถเป็นเฟสเดียวหรือสามเฟส

หม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่ายอาจมีรูปร่างเล็กและใหญ่ขึ้นอยู่กับความสามารถในการแปลงหรือการให้คะแนน

หม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่ายสามารถแบ่งออกได้ตามประเภทของฉนวนที่ใช้ อาจเป็นชนิดแห้งหรือแช่ของเหลวก็ได้ ทำโดยใช้แผ่นเหล็กเคลือบซึ่งส่วนใหญ่สร้างเป็นรูปตัว C เป็นวัสดุหลัก

หม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่ายยังมีการจำแนกประเภทที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่ใช้ หม้อแปลงสามารถติดตั้งบนเสายูทิลิตี้ได้ถ้าเป็นเช่นนั้นจะเรียกว่าหม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่ายแบบติดเสา สามารถวางไว้ภายในห้องใต้ดินโดยติดตั้งบนแผ่นคอนกรีต (หม้อแปลงไฟฟ้าระบบกระจายแบบแผ่น) หรือภายในกล่องเหล็กปิด

โดยทั่วไปหม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่ายมีพิกัดน้อยกว่า 200kVA

2. หม้อแปลงที่ใช้ในโดเมนอิเล็กทรอนิกส์

ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะใช้หม้อแปลงขนาดเล็กขนาดเล็กหลายแบบซึ่งสามารถติดตั้ง PCB หรือติดตั้งไว้ภายในตู้ผลิตภัณฑ์ขนาดเล็กได้

(ก) หม้อแปลงพัลส์

หม้อแปลงพัลส์เป็นหนึ่งในหม้อแปลงที่ติดตั้งบน PCB ที่ใช้มากที่สุดซึ่งผลิตพัลส์ไฟฟ้าที่แอมพลิจูดคงที่ ใช้ในวงจรดิจิทัลต่างๆที่จำเป็นต้องมีการสร้างพัลส์ในสภาพแวดล้อมที่โดดเดี่ยว ดังนั้นพัลส์ทรานส์ฟอร์มเมอร์จะแยกพัลส์หลักและรองและกระจายพัลส์หลักไปยังวงจรทุติยภูมิซึ่งมักเป็นประตูลอจิกแบบดิจิทัลหรือไดรเวอร์

หม้อแปลงพัลส์ที่สร้างขึ้นอย่างถูกต้องควรต้องมีการแยกกระแสไฟฟ้าที่เหมาะสมรวมทั้งการรั่วไหลเล็กน้อยและความจุหลงทาง

(b) หม้อแปลงเอาต์พุตเสียง

Audio Transformer เป็นหม้อแปลงที่ใช้กันทั่วไปในโดเมนอิเล็กทรอนิกส์ ใช้เป็นพิเศษในแอปพลิเคชันที่เกี่ยวข้องกับเสียงซึ่งจำเป็นต้องมีการจับคู่อิมพีแดนซ์ หม้อแปลงเสียงจะปรับสมดุลของวงจรเครื่องขยายเสียงและโหลดโดยทั่วไปคือลำโพง หม้อแปลงเสียงสามารถมีขดลวดหลักและรองหลายตัวแยกกันหรือเคาะตรงกลาง

ดังนั้นเราจึงได้กล่าวถึงหม้อแปลงหลายชนิดนอกเหนือจากนั้นยังมีหม้อแปลงวัตถุประสงค์พิเศษอื่น ๆ อีก แต่อยู่นอกขอบเขตของบทความนี้