หม้อแปลงคืออะไร อุปกรณ์ หลักการทำงานและวัตถุประสงค์

หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้ในการแปลงกระแสสลับของหนึ่งแรงดันและความถี่เป็นกระแสสลับของแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน (หรือเท่ากัน) และความถี่เดียวกัน

อุปกรณ์และการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้า

ในกรณีที่ง่ายที่สุด หม้อแปลงไฟฟ้า มีหนึ่งขดลวดปฐมภูมิที่มีจำนวนรอบ W₁ และอีกหนึ่งรองด้วยจำนวนรอบ W₂. พลังงานถูกส่งไปยังขดลวดปฐมภูมิโหลดเชื่อมต่อกับขดลวดทุติยภูมิ การถ่ายโอนพลังงานทำได้โดยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ในกรณีส่วนใหญ่ ขดลวดจะวางอยู่บนแกนปิด (วงจรแม่เหล็ก) เพื่อปรับปรุงการมีเพศสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า

หากใช้แรงดันไฟฟ้าสลับ U กับขดลวดปฐมภูมิ₁แล้วกระแสสลับ I₁ซึ่งสร้างฟลักซ์แม่เหล็ก Ф ในรูปแบบเดียวกันในแกนกลางฟลักซ์แม่เหล็กนี้ทำให้เกิด EMF ในขดลวดทุติยภูมิ หากโหลดต่อกับวงจรทุติยภูมิ I . กระแสรอง₂.

แรงดันไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของการหมุน W₁ และ W₂:

ยู₂= คุณ₁*(W₁/W₂)=คุณ₁/k โดยที่ k คือ อัตราส่วนการเปลี่ยนแปลง.

ถ้า k<1 แล้ว U₂>คุณ₁และหม้อแปลงดังกล่าวเรียกว่า step-up ถ้า k>1 แล้ว U₂<U₁, เช่น หม้อแปลงเรียกว่าสเต็ปดาวน์. เนื่องจากกำลังขับของหม้อแปลงไฟฟ้าเท่ากับกำลังไฟฟ้าเข้า (ลบด้วยการสูญเสียในตัวหม้อแปลงเอง) เราสามารถพูดได้ว่า Pout \u003d Pin, U₁*ฉัน₁= คุณ₂*ฉัน₂ และฉัน₂=ฉัน₁*k=I₁*(W₁/W₂). ดังนั้นในหม้อแปลงแบบไม่สูญเสียแรงดันอินพุทและเอาท์พุทจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอัตราส่วนของการหมุนของขดลวด และกระแสเป็นสัดส่วนผกผันกับอัตราส่วนนี้

หม้อแปลงไฟฟ้าอาจมีขดลวดทุติยภูมิมากกว่าหนึ่งเส้นที่มีอัตราส่วนต่างกัน ดังนั้น หม้อแปลงไฟฟ้าสำหรับจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์หลอดไฟในครัวเรือนจากเครือข่าย 220 โวลต์สามารถมีขดลวดทุติยภูมิได้หนึ่งขดลวด เช่น 500 โวลต์สำหรับวงจรแอโนดกำลังไฟฟ้า และ 6 โวลต์สำหรับวงจรไฟฟ้าหลอดไส้ ในกรณีแรก k<1 ในครั้งที่สอง - k>1.

หม้อแปลงไฟฟ้าทำงานเฉพาะกับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ - สำหรับการเกิด EMF ในขดลวดทุติยภูมิ ฟลักซ์แม่เหล็กจะต้องเปลี่ยน

ประเภทของคอร์สำหรับหม้อแปลง

ในทางปฏิบัติ แกนไม่เพียงแต่ใช้รูปร่างที่ระบุเท่านั้น วงจรแม่เหล็กสามารถทำได้หลายวิธีทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของอุปกรณ์

แกนร็อด

วงจรแม่เหล็กของหม้อแปลงความถี่ต่ำทำจากเหล็กที่มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่เด่นชัดเพื่อลดกระแสไหลวน อาร์เรย์หลักจะประกอบขึ้นจากเพลตที่แยกจากกันด้วยไฟฟ้าที่แยกจากกัน ในการทำงานที่ความถี่สูง จะใช้วัสดุอื่นๆ เช่น เฟอร์ไรท์

แกนที่พิจารณาข้างต้นเรียกว่าแกนกลางและประกอบด้วยสองแท่ง สำหรับหม้อแปลงเฟสเดียวจะใช้วงจรแม่เหล็กสามแกนด้วย มีฟลักซ์การรั่วไหลของแม่เหล็กน้อยกว่าและมีประสิทธิภาพสูงกว่า ในกรณีนี้ ทั้งขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิจะอยู่บนแกนกลางของแกนกลาง

หม้อแปลงสามเฟสยังทำบนแกนสามแกน พวกเขามีขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิของแต่ละเฟสซึ่งแต่ละเฟสตั้งอยู่บนแกนของมันเอง ในบางกรณีจะใช้วงจรแม่เหล็กห้าแกน ขดลวดของพวกมันอยู่ในลักษณะเดียวกันทุกประการ - ขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิบนแกนของมันเอง และแกนสุดขั้วสองอันในแต่ละด้านมีไว้สำหรับปิดฟลักซ์แม่เหล็กในบางโหมดเท่านั้น

หุ้มเกราะ

ในแกนหุ้มเกราะนั้นทำหม้อแปลงเฟสเดียว - ขดลวดทั้งสองวางอยู่บนแกนกลางของวงจรแม่เหล็ก ฟลักซ์แม่เหล็กในแกนดังกล่าวจะปิดคล้ายกับโครงสร้างสามแกน - ผ่านผนังด้านข้าง ในกรณีนี้ฟลักซ์การรั่วไหลมีขนาดเล็กมาก

ข้อดีของการออกแบบนี้รวมถึงการเพิ่มขนาดและน้ำหนักเนื่องจากมีความเป็นไปได้ที่จะเติมแกนหน้าต่างด้วยขดลวดที่หนาแน่นขึ้น ดังนั้นจึงเป็นประโยชน์ที่จะใช้แกนหุ้มเกราะสำหรับการผลิตหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังต่ำ นอกจากนี้ยังส่งผลให้วงจรแม่เหล็กสั้นลง ซึ่งนำไปสู่การลดการสูญเสียที่ไม่มีโหลด

ข้อเสียคือการเข้าถึงขดลวดสำหรับการแก้ไขและซ่อมแซมได้ยากขึ้น รวมถึงความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นของการผลิตฉนวนสำหรับไฟฟ้าแรงสูง

Toroidal

ในแกนวงแหวน ฟลักซ์แม่เหล็กจะปิดสนิทภายในแกน และแทบไม่มีการรั่วไหลของสนามแม่เหล็ก แต่หม้อแปลงดังกล่าวยากที่จะไขลาน ดังนั้นจึงไม่ค่อยได้ใช้ เช่น ในหม้อแปลงไฟฟ้าแบบปรับกำลังต่ำหรือในอุปกรณ์ความถี่สูงที่ภูมิคุ้มกันทางเสียงมีความสำคัญ

ฟลักซ์แม่เหล็กในแกน toroidal

ออโต้ทรานส์ฟอร์มเมอร์

ในบางกรณี ขอแนะนำให้ใช้หม้อแปลงดังกล่าว ซึ่งไม่เพียงแต่มีการเชื่อมต่อทางแม่เหล็กระหว่างขดลวดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงหม้อแปลงไฟฟ้าด้วย กล่าวคือ ในอุปกรณ์แบบสเต็ปอัพ ขดลวดปฐมภูมิเป็นส่วนหนึ่งของขดลวดทุติยภูมิ และในอุปกรณ์สเต็ปดาวน์ เป็นส่วนรองของขดลวดหลัก อุปกรณ์ดังกล่าวเรียกว่าเครื่องเปลี่ยนรูปแบบอัตโนมัติ (AT)

ตัวแปลงสัญญาณอัตโนมัติแบบสเต็ปดาวน์ไม่ใช่ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าแบบธรรมดา - คัปปลิ้งแม่เหล็กมีส่วนเกี่ยวข้องในการถ่ายโอนพลังงานไปยังวงจรทุติยภูมิด้วย

ข้อดีของการเปลี่ยนรูปอัตโนมัติคือ:

• ขาดทุนน้อยกว่า;
• ความเป็นไปได้ของการควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่ราบรื่น
• ตัวบ่งชี้น้ำหนักและขนาดที่เล็กกว่า (ตัวเปลี่ยนรูปแบบอัตโนมัติมีราคาถูกกว่าง่ายต่อการขนส่ง);
• ต้นทุนที่ต่ำกว่าเนื่องจากปริมาณวัสดุที่ต้องการน้อยลง

ข้อเสีย ได้แก่ ความจำเป็นในการใช้ฉนวนของขดลวดทั้งสอง ซึ่งออกแบบมาสำหรับแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น ตลอดจนขาดการแยกทางไฟฟ้าระหว่างอินพุตและเอาต์พุต ซึ่งสามารถถ่ายโอนผลกระทบของปรากฏการณ์บรรยากาศจากวงจรปฐมภูมิไปยังวงจรทุติยภูมิได้ ในกรณีนี้ องค์ประกอบของวงจรทุติยภูมิไม่สามารถต่อสายดินได้นอกจากนี้ข้อเสียของ AT ก็ถือเป็นกระแสลัดวงจรที่เพิ่มขึ้น สำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติแบบสามเฟส ขดลวดมักจะเชื่อมต่อกับดาวฤกษ์ที่มีสายดินเป็นกลาง และสามารถใช้รูปแบบการเชื่อมต่ออื่นๆ ได้ แต่ซับซ้อนและยุ่งยากเกินไป นี่เป็นข้อเสียที่ทำให้ขอบเขตของตัวเปลี่ยนรูปแบบอัตโนมัติแคบลง

การประยุกต์ใช้หม้อแปลงไฟฟ้า

คุณสมบัติของหม้อแปลงไฟฟ้าเพื่อเพิ่มหรือลดแรงดันไฟถูกใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมและในชีวิตประจำวัน

การแปลงแรงดันไฟฟ้า

ข้อกำหนดที่แตกต่างกันถูกกำหนดในระดับแรงดันไฟฟ้าอุตสาหกรรมในแต่ละขั้นตอน เมื่อผลิตกระแสไฟฟ้า การใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแรงสูงนั้นไม่มีประโยชน์ด้วยเหตุผลหลายประการ ดังนั้นตัวอย่างเช่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำหรับ 6 ... 35 kV ถูกใช้ที่สถานีไฟฟ้าพลังน้ำ ในทางกลับกัน คุณต้องใช้แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น - จาก 110 kV ถึง 1150 kV ขึ้นอยู่กับระยะทาง นอกจากนี้แรงดันไฟฟ้านี้จะลดลงอีกครั้งถึงระดับ 6 ... 10 kV กระจายไปยังสถานีย่อยในพื้นที่จากตำแหน่งที่ลดลงเหลือ 380 (220) โวลต์และมาถึงผู้บริโภคปลายทาง ในเครื่องใช้ในบ้านและในโรงงานอุตสาหกรรม จะต้องลดระดับลงด้วย ปกติแล้วจะอยู่ที่ 3 ... 36 โวลต์

การดำเนินการทั้งหมดนี้ดำเนินการด้วย ใช้หม้อแปลงไฟฟ้า. พวกเขาสามารถแห้งหรือน้ำมัน ในกรณีที่สอง แกนที่มีขดลวดจะถูกวางไว้ในถังที่มีน้ำมันซึ่งเป็นตัวกลางที่เป็นฉนวนและระบายความร้อน

การแยกกัลวานิก

การแยกสารกัลวานิกช่วยเพิ่มความปลอดภัยของเครื่องใช้ไฟฟ้า หากอุปกรณ์ไม่ได้จ่ายไฟโดยตรงจากเครือข่าย 220 โวลต์ ซึ่งตัวนำตัวใดตัวหนึ่งเชื่อมต่อกับกราวด์ แต่ผ่านหม้อแปลงไฟฟ้า 220/220 โวลต์ แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายจะยังคงเท่าเดิมแต่ด้วยการสัมผัสโลกและส่วนที่มีกระแสรองของวงจรสำหรับการไหลของกระแสพร้อมกัน จะไม่มีกระแสไหล และอันตรายจากไฟฟ้าช็อตจะลดลงมาก

การวัดแรงดัน

ในการติดตั้งระบบไฟฟ้าทั้งหมดจำเป็นต้องควบคุมระดับแรงดันไฟฟ้า หากใช้ระดับแรงดันไฟฟ้าสูงถึง 1,000 โวลต์ โวลต์มิเตอร์จะเชื่อมต่อโดยตรงกับชิ้นส่วนที่มีไฟฟ้า ในการติดตั้งระบบไฟฟ้าที่สูงกว่า 1,000 โวลต์ การทำงานนี้จะไม่ทำงาน - อุปกรณ์ที่สามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าดังกล่าวจะกลายเป็นขนาดใหญ่เกินไปและไม่ปลอดภัยในกรณีที่ฉนวนชำรุด ดังนั้นในระบบดังกล่าว โวลต์มิเตอร์จึงเชื่อมต่อกับตัวนำไฟฟ้าแรงสูงผ่านหม้อแปลงที่มีอัตราส่วนการแปลงที่สะดวก ตัวอย่างเช่นสำหรับเครือข่าย 10 kV จะใช้หม้อแปลงเครื่องมือ 1:100 เอาต์พุตคือแรงดันไฟฟ้ามาตรฐาน 100 โวลต์ หากแรงดันไฟฟ้าของขดลวดปฐมภูมิเปลี่ยนแปลงในแอมพลิจูด แรงดันไฟฟ้ารองจะเปลี่ยนพร้อมกัน มาตราส่วนโวลต์มิเตอร์มักจะสำเร็จการศึกษาในช่วงแรงดันไฟฟ้าหลัก

หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นส่วนประกอบที่ค่อนข้างซับซ้อนและมีราคาแพงสำหรับการผลิตและบำรุงรักษา อย่างไรก็ตาม ในหลายพื้นที่ อุปกรณ์เหล่านี้ขาดไม่ได้ และไม่มีทางเลือกอื่นสำหรับพวกเขา

อัตราส่วนการแปลงของหม้อแปลงคืออะไร?

อุปกรณ์และหลักการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงคืออะไร: อุปกรณ์หลักการทำงานและวัตถุประสงค์

หม้อแปลงกระแส: อุปกรณ์หลักการทำงานและประเภท

จะเชื่อมต่อหม้อแปลงสเต็ปดาวน์จาก 220 ถึง 12 โวลต์ได้อย่างไร?

วิธีทำขดลวดเทสลาด้วยมือของคุณเอง?