หม้อแปลงไฟฟ้าคืออะไรและทำงานอย่างไร?

ในบทความก่อนหน้านี้เราได้พูดถึงพื้นฐานของหม้อแปลงและประเภทต่างๆ หนึ่งที่สำคัญและใช้กันทั่วไปหม้อแปลงไฟฟ้าหม้อแปลงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการเพิ่มและลดแรงดันไฟฟ้าที่สถานีผลิตพลังงานไฟฟ้าและสถานีจ่าย (หรือสถานีย่อย) ตามลำดับ

ตัวอย่างเช่นพิจารณาแผนภาพบล็อกที่แสดงด้านบน ที่นี่มีการใช้หม้อแปลงไฟฟ้าสองครั้งในขณะที่ส่งพลังงานไฟฟ้าไปยังผู้บริโภคที่อยู่ห่างไกลจากสถานีผลิตไฟฟ้า

• ครั้งแรกอยู่ที่สถานีผลิตไฟฟ้าเพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากเครื่องกำเนิดลม
• ประการที่สองคือที่สถานีจ่าย (หรือสถานีย่อย) เพื่อลดระดับแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับเมื่อสิ้นสุดสายส่ง

การสูญเสียพลังงานในสายส่ง

มีหลายเหตุผลในการใช้หม้อแปลงไฟฟ้าในระบบพลังงานไฟฟ้า แต่เหตุผลที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งในการใช้หม้อแปลงไฟฟ้าคือการลดการสูญเสียพลังงานระหว่างการส่งกำลังไฟฟ้า

ตอนนี้เรามาดูกันว่าการสูญเสียพลังงานลดลงอย่างมากโดยใช้หม้อแปลงไฟฟ้า:

ประการแรกสมการของการสูญเสียพลังงาน P = I * I * R

ที่นี่ฉัน = กระแสผ่านตัวนำและ R = ความต้านทานของตัวนำ

ดังนั้นการสูญเสียพลังงานจึงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกำลังสองของกระแสที่ไหลผ่านตัวนำหรือสายส่ง ดังนั้นลดขนาดของกระแสที่ไหลผ่านตัวนำให้น้อยลงการสูญเสียพลังงาน

เราจะใช้ประโยชน์จากทฤษฎีนี้อย่างไรได้อธิบายไว้ด้านล่าง:

• พูดแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้น = 100V และการดึงโหลด = 5A และกำลังส่ง = 500 วัตต์ จากนั้นสายส่งที่นี่จะต้องนำกระแสขนาด 5A จากต้นทางไปยังโหลด แต่ถ้าเราเพิ่มแรงดันไฟฟ้าในระยะเริ่มต้นเป็น 1000V สายส่งจะต้องพกพา 0.5A เท่านั้นเพื่อให้กำลังไฟ 500 วัตต์เท่ากัน
• ดังนั้นเราจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่จุดเริ่มต้นของสายส่งโดยใช้หม้อแปลงไฟฟ้าและใช้หม้อแปลงไฟฟ้าอื่นเพื่อลดแรงดันไฟฟ้าที่ส่วนท้ายของสายส่ง
• ด้วยการตั้งค่านี้ขนาดของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านสายส่ง 100 + กิโลเมตรจะลดลงอย่างมากซึ่งจะช่วยลดการสูญเสียพลังงานระหว่างการส่ง

ความแตกต่างระหว่างหม้อแปลงไฟฟ้าและหม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่าย

• โดยปกติหม้อแปลงไฟฟ้าจะทำงานแบบโหลดเต็มเนื่องจากได้รับการออกแบบให้มีประสิทธิภาพสูงที่โหลด 100% ในทางกลับกันหม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่ายมีประสิทธิภาพสูงเมื่อโหลดอยู่ระหว่าง 50% ถึง 70% ดังนั้นหม้อแปลงระบบจำหน่ายจึงไม่เหมาะที่จะทำงานที่โหลด 100% อย่างต่อเนื่อง
• เนื่องจากหม้อแปลงไฟฟ้านำไปสู่แรงดันไฟฟ้าสูงในระหว่างขั้นตอนขึ้นและลงขดลวดจึงมีฉนวนกันความร้อนสูงเมื่อเปรียบเทียบกับหม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่ายและหม้อแปลงเครื่องมือ
• เนื่องจากใช้ฉนวนกันความร้อนระดับสูงจึงมีขนาดเทอะทะและหนักมากด้วย
• เนื่องจากหม้อแปลงไฟฟ้ามักไม่ได้เชื่อมต่อกับบ้านโดยตรงจึงพบความผันผวนของโหลดน้อยกว่าในขณะที่หม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่ายมีความผันผวนของภาระหนัก
• สิ่งเหล่านี้โหลดเต็มที่เป็นเวลา 24 ชั่วโมงต่อวันดังนั้นการสูญเสียทองแดงและเหล็กจึงเกิดขึ้นตลอดทั้งวันและจะยังคงเหมือนเดิมตลอดเวลา
• ความหนาแน่นของฟลักซ์ในหม้อแปลงไฟฟ้าสูงกว่าหม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่าย

หลักการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงไฟฟ้าทำงานบนหลักการของ 'กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์' เป็นกฎพื้นฐานของแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งอธิบายหลักการทำงานของตัวเหนี่ยวนำมอเตอร์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและหม้อแปลงไฟฟ้า

กฎหมายของรัฐ เมื่อวงปิดหรือตัวนำ shorted นำมาใกล้สนามแม่เหล็กที่แตกต่างกันแล้วการไหลของกระแสที่ถูกสร้างขึ้นในการที่วงปิด '

เพื่อให้เข้าใจกฎหมายได้ดียิ่งขึ้นให้เราพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติม ก่อนอื่นให้พิจารณาสถานการณ์ด้านล่าง

พิจารณาแม่เหล็กถาวรและนำตัวนำเข้าใกล้กันก่อน

• จากนั้นตัวนำจะลัดวงจรที่ปลายทั้งสองข้างโดยใช้ลวดดังแสดงในรูป
• ในกรณีนี้จะไม่มีการไหลของกระแสในตัวนำหรือลูปเนื่องจากสนามแม่เหล็กที่ตัดลูปอยู่นิ่งและตามที่กล่าวไว้ในกฎหมายมีเพียงสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงหรือเปลี่ยนแปลงเท่านั้นที่สามารถบังคับกระแสในลูปได้
• ดังนั้นในกรณีแรกของสนามแม่เหล็กที่หยุดนิ่งจะมีการไหลเป็นศูนย์ในลูปตัวนำ

จากนั้นสนามแม่เหล็กที่ตัดวงจะเปลี่ยนไปเรื่อย ๆ เนื่องจากมีสนามแม่เหล็กที่แตกต่างกันอยู่ในกรณีนี้กฎของฟาราเดย์จึงเข้ามามีบทบาทและด้วยเหตุนี้เราจึงสามารถเห็นการไหลของกระแสในลูปตัวนำ

ดังที่คุณเห็นในรูปหลังจากแม่เหล็กเคลื่อนที่ไปมาเราจะเห็นกระแส 'I' ไหลผ่านตัวนำและวงปิด

เพื่อแทนที่ด้วยแหล่งสนามแม่เหล็กอื่น ๆ เช่นด้านล่าง

• ตอนนี้แหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าสำรองและตัวนำถูกใช้เพื่อสร้างสนามแม่เหล็กที่แตกต่างกัน
• หลังจากที่วงของตัวนำเข้าใกล้ช่วงสนามแม่เหล็กแล้วเราจะเห็น EMF ที่สร้างขึ้นบนตัวนำ เนื่องจาก EMF ที่เกิดขึ้นนี้เราจะมีกระแสปัจจุบัน 'I'
• ขนาดของแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำเป็นสัดส่วนกับความแรงของสนามที่ได้รับจากลูปที่สองดังนั้นยิ่งความแรงของสนามแม่เหล็กสูงขึ้นการไหลของกระแสในวงปิดก็จะยิ่งสูงขึ้น

แม้ว่าจะเป็นไปได้ที่จะใช้ตัวนำเดี่ยวที่ตั้งขึ้นเพื่อทำความเข้าใจกฎของฟาราเดย์ แต่เพื่อประสิทธิภาพในทางปฏิบัติที่ดีขึ้นโดยใช้ขดลวดทั้งสองด้าน

ที่นี่กระแสสลับไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิ 1 ซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กที่แตกต่างกันรอบขดลวดตัวนำ และเมื่อ coil2 เข้าสู่ในช่วงของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดย coil1 แล้วแรงดันไฟฟ้า EMF ถูกสร้างขึ้นทั่ว coil2 เพราะกฎหมายของคูลอมบ์เหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและเนื่องจากแรงดันไฟฟ้านั้นในขดลวด 2 กระแส 'I' จึงไหลผ่านวงจรปิดรอง

ตอนนี้คุณต้องจำไว้ว่าขดลวดทั้งสองแขวนอยู่ในอากาศดังนั้นตัวกลางของการนำที่สนามแม่เหล็กใช้คืออากาศ และอากาศมีความต้านทานสูงกว่าเมื่อเทียบกับโลหะในกรณีของการนำสนามแม่เหล็กดังนั้นหากเราใช้แกนโลหะหรือเฟอร์ไรต์เพื่อเป็นสื่อกลางสำหรับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเราจะสัมผัสได้ถึงการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างละเอียด

ตอนนี้ให้เราเปลี่ยนตัวกลางอากาศเป็นตัวกลางเหล็กเพื่อความเข้าใจเพิ่มเติม

ดังแสดงในรูปเราสามารถใช้แกนเหล็กหรือเฟอร์ไรต์เพื่อลดการสูญเสียฟลักซ์แม่เหล็กระหว่างการส่งกำลังจากขดลวดหนึ่งไปยังขดลวดอื่น ในช่วงเวลานี้ฟลักซ์แม่เหล็กที่รั่วไหลสู่ชั้นบรรยากาศจะน้อยกว่าเวลาที่เราใช้ตัวกลางอากาศเป็นแกนกลางซึ่งเป็นตัวนำที่ดีมากของสนามแม่เหล็ก

เมื่อสนามถูกสร้างโดยขดลวด 1 มันจะไหลผ่านแกนเหล็กไปถึงขดลวด 2 และเนื่องจากขดลวดกฎหมายฟาราเดย์สร้าง EMF ซึ่งจะถูกอ่านโดยกัลวาโนมิเตอร์ที่เชื่อมต่อกับขดลวด 2

ตอนนี้ถ้าคุณสังเกตอย่างรอบคอบคุณจะพบว่าการตั้งค่านี้คล้ายกับหม้อแปลงเฟสเดียว และใช่หม้อแปลงทุกตัวในปัจจุบันทำงานบนหลักการเดียวกัน

ตอนนี้ให้เรามองเข้าไปในการก่อสร้างที่เรียบง่ายของหม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟส

หม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟส

• โครงกระดูกของหม้อแปลงได้รับการออกแบบโดยการปักแผ่นโลหะเคลือบที่ใช้สำหรับขนฟลักซ์แม่เหล็ก ในแผนภาพคุณจะเห็นโครงกระดูกทาสีเทา โครงกระดูกมีสามเสาซึ่งขดลวดสามเฟสเป็นแผล
• ขดลวดแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าจะพันก่อนและจะพันใกล้กับแกนในขณะที่ขดลวดแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าจะพันอยู่ด้านบนของขดลวดแรงดันไฟฟ้าต่ำ อย่าลืมว่าขดลวดทั้งสองถูกคั่นด้วยชั้นฉนวน
• ที่นี่แต่ละคอลัมน์แสดงถึงหนึ่งเฟสดังนั้นสำหรับสามคอลัมน์เรามีการคดเคี้ยวสามเฟส
• โครงกระดูกและขดลวดทั้งหมดนี้ฝังอยู่ในถังปิดผนึกที่เต็มไปด้วยน้ำมันอุตสาหกรรมเพื่อการนำความร้อนและการแยกตัวที่ดีขึ้น
• หลังจากการคดเคี้ยวขั้วปลายของขดลวดทั้งหกจะถูกนำออกจากถังปิดผนึกผ่านฉนวน HV
• ขั้วต่อได้รับการแก้ไขในระยะห่างที่เหมาะสมเพื่อหลีกเลี่ยงการกระโดดของประกายไฟ

คุณสมบัติของหม้อแปลงไฟฟ้า

กำลังไฟ	3 MVA สูงสุด 200 MVA
โดยทั่วไปแรงดันไฟฟ้าหลัก	11, 22, 33, 66, 90, 132, 220 กิโลโวลต์
โดยทั่วไปแรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิ	3.3, 6.6, 11, 33, 66, 132 kV หรือข้อกำหนดที่กำหนดเอง
เฟส	หม้อแปลงเดี่ยวหรือสามเฟส
ความถี่ที่กำหนด	50 หรือ 60 Hz
การแตะ	ตัวเปลี่ยนการแตะขณะโหลดหรือนอกโหลด
อุณหภูมิสูงขึ้น	60 / 65C หรือข้อกำหนดที่กำหนดเอง
ประเภทการทำความเย็น	ONAN (น้ำมันธรรมชาติอากาศธรรมชาติ) หรือการทำความเย็นประเภทอื่น ๆ เช่น KNAN (สูงสุด 33kV) ตามคำขอ
หม้อน้ำ	แผงหม้อน้ำระบายความร้อนแบบติดถัง
กลุ่มเวกเตอร์	Dyn11 หรือกลุ่มเวกเตอร์อื่น ๆ ตาม IEC 60076
การควบคุมแรงดันไฟฟ้า	ผ่านตัวเปลี่ยนแทปขณะโหลด (พร้อมรีเลย์ AVR เป็นมาตรฐาน)
ขั้ว HV และ LV	ประเภทกล่องสายอากาศ (สูงสุด 33kV) หรือบูชแบบเปิด
การติดตั้ง	ในร่มหรือกลางแจ้ง
ระดับเสียง	ตาม ENATS 35 หรือ NEMA TR1

การใช้งานการถ่ายโอนพลังงาน

• หม้อแปลงไฟฟ้าส่วนใหญ่จะใช้ในการผลิตพลังงานไฟฟ้าและที่สถานีจำหน่าย
• นอกจากนี้ยังใช้ในหม้อแปลงแยก, หม้อแปลงไฟฟ้าสายดิน, 6 พัลส์และหม้อแปลงเรียงกระแสพัลส์สิบสองตัว, หม้อแปลงฟาร์ม PV พลังงานแสงอาทิตย์, หม้อแปลงฟาร์มกังหันลมและในเครื่องเริ่มต้นหม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติKorndörfer
• ใช้เพื่อลดการสูญเสียพลังงานระหว่างการส่งพลังงานไฟฟ้า
• ใช้สำหรับไฟฟ้าแรงสูง step-up และ high voltage step-down
• เป็นที่ต้องการในกรณีผู้บริโภคทางไกล
• และเป็นที่ต้องการในกรณีที่โหลดทำงานเต็มความจุ 24x7