สูตรหม้อแปลง: ความหมาย หลักการ ประเภท ปัญหาตัวอย่าง

ในสูตรทางคณิตศาสตร์ หม้อแปลงจะคำนวณหาแรงดันไฟฟ้าบนอุปกรณ์ไฟฟ้า

หม้อแปลงไฟฟ้าหรือสิ่งที่มักเรียกกันว่า "หม้อแปลงไฟฟ้า" เป็นหนึ่งในเครื่องมือจำนวนมากที่มีความสำคัญเมื่อใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ตัวอย่างเช่น เมื่อคุณเล่นเกม Nintendo คุณจะต้องใช้ไฟ 80 โวลต์ แต่แรงดันไฟฟ้าในบ้านมี 110 โวลต์ ดังนั้น คุณจะต้องใช้หม้อแปลงไฟฟ้าเพื่อแปลงไฟฟ้าภายในบ้าน 110 โวลต์ให้เหลือเพียง 80 โวลต์

ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับสูตรหม้อแปลงไฟฟ้า ดูรีวิวต่อไปนี้

ทำความเข้าใจกับ Transformer

หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้าระหว่าง 2 วงจรขึ้นไปผ่านการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ตัวอย่างเช่น เพื่อลดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจาก 220 VAC เป็น 12 VAC หรือเพิ่มแรงดันไฟฟ้าจาก 110 VAC เป็น 220 VAC

หม้อแปลงไฟฟ้าทำงานตามหลักการของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและสามารถทำงานได้เฉพาะในแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ (AC / กระแสสลับ) เท่านั้น

ในการกระจายกำลังไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้ามีบทบาทสำคัญมากเพราะสามารถ เพิ่มไฟฟ้าที่มาจากโรงไฟฟ้าโดย PLN สูงถึงหลายร้อยกิโลโวลต์ถึง กระจาย.

นอกจากนี้ หม้อแปลงไฟฟ้ายังลดแรงดันไฟหลักให้เท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการในบ้านหรือสำนักงานทุกแห่ง ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ 220 โวลต์

อะไหล่หม้อแปลง

โดยทั่วไป หม้อแปลงไฟฟ้ามี 3 ส่วนดังนี้

• ขดลวดปฐมภูมิ (N_พี) คือตำแหน่งที่ป้อนแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้น
• ขดลวดทุติยภูมิ (N_ส) คือตำแหน่งที่แรงดันเอาต์พุตไหล
• แกนเหล็ก (แกนแม่เหล็ก) ทำจากแผ่นไดนาโมที่จัดเรียงเป็นชั้นๆ

หลักการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงไฟฟ้าใช้แรงดันไฟฟ้าจากไฟฟ้าแล้วแปลงเป็นไฟฟ้าที่มีแรงดันไฟฟ้าต่างกัน

โดยทั่วไป หม้อแปลงนี้ทำงานโดยการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าโดยใช้คุณสมบัติทางไฟฟ้า 2 ประการ

อย่างแรก กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวดจะสร้างสนามแม่เหล็ก

การเปลี่ยนแปลงทั้งสองอย่างในสนามแม่เหล็ก (ฟลักซ์แม่เหล็ก) จะทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

กระแสสลับที่เข้าสู่ขดลวดปฐมภูมิจะทำให้เกิดฟลักซ์แม่เหล็กกระแสสลับที่มีแกนแม่เหล็ก

หลังจากนั้นฟลักซ์แม่เหล็กสลับจะผ่านขดลวดทุติยภูมิและทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำยังขึ้นอยู่กับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์และจำนวนรอบในขดลวดทุติยภูมิด้วย

สมการ / สูตรของหม้อแปลง

ในหม้อแปลงไฟฟ้าสามารถทำสมการหรือสูตรทางคณิตศาสตร์ของหม้อแปลงได้ดังนี้

คำอธิบายของสูตรหม้อแปลงไฟฟ้า:

• วี_พี = แรงดันไฟฟ้าในขดลวดปฐมภูมิ
• วี_ส = แรงดันในขดลวดทุติยภูมิ
• นู๋_พี = จำนวนรอบในขดลวดปฐมภูมิ
• นู๋_ส = จำนวนรอบในขดลวดทุติยภูมิ

ประเภทของหม้อแปลงไฟฟ้า

พิจารณาจากการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าที่กระทำ หม้อแปลงแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่ :

1. สเต็ปอัพ Transformer

มีฟังก์ชั่นเพิ่มหรือขยายแรงดันไฟสลับที่แหล่งกำเนิด

หม้อแปลงไฟฟ้าแบบสเต็ปอัพมีลักษณะดังต่อไปนี้:

• แรงดันไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิมากกว่าแรงดันในขดลวดปฐมภูมิ (Vs > Vp)
• จำนวนรอบในขดลวดทุติยภูมิมากกว่าขดลวดปฐมภูมิ (Ns > Np)
• กระแสในขดลวดปฐมภูมิมากกว่ากระแสไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิ (Ip > Is)

2. ขั้นตอน – ลง Transformer

ทำหน้าที่ลดหรือลดแรงดันไฟสลับจากแหล่งกำเนิด

หม้อแปลงไฟฟ้าแบบสเต็ปดาวน์มีลักษณะดังต่อไปนี้:

• Vp > เทียบกับ
• NP > น.
• ไอพี < คือ

นอกจากสองประเภทข้างต้นแล้ว หม้อแปลงยังมีประเภทอื่นๆ อีกหลายประเภท เช่น:

ก. ถ้า. Transformer

หม้อแปลง IF หรือที่เรียกว่าหม้อแปลงความถี่กลางทำหน้าที่ขยายความถี่กลางที่ 10.7 MHz ซึ่งมักใช้ในเครื่องรับวิทยุ AM หรือ FM

คุณสามารถหาหม้อแปลงชนิดนี้ได้จากวิทยุทั่วไป

ข. หม้อแปลงพัลส์

หม้อแปลงพัลส์ได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อให้เอาต์พุตคลื่นพัลส์

การใช้วัสดุแกนกลางที่อิ่มตัวอย่างรวดเร็ว หลังจากที่กระแสหลักถึงจุดหนึ่ง ฟลักซ์แม่เหล็กจะหยุดเปลี่ยน

เนื่องจากแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวดทุติยภูมิจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก หม้อแปลงจะให้เอาท์พุตก็ต่อเมื่อแกนไม่อิ่มตัว กล่าวคือ เมื่อกระแสในขดลวดปฐมภูมิ ย้อนกลับ

ค. อะแดปเตอร์แปลงไฟ / พาวเวอร์ซัพพลาย

ทำหน้าที่เปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าจากกระแสไฟ AC เป็นกระแสตรง ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายโดยสามารถเลือกแรงดันและกระแสได้หลากหลาย

หม้อแปลงที่ใช้ในอะแด็ปเตอร์มีประเภทสเต็ปดาวน์ซึ่งทำหน้าที่ลดแรงดันไฟฟ้าจากระยะไฟฟ้า PLN ไปยังอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ตามต้องการ

ง. หม้อแปลงไฟฟ้า ออโต้ทรานส์ฟอร์เมอร์

หม้อแปลงชนิดนี้มีขดลวดเพียงอันเดียวโดยที่ขดลวดปฐมภูมิบางส่วนเป็นของขดลวดทุติยภูมิด้วย

ขดลวดในหม้อแปลงชนิดนี้สามารถทำด้วยลวดที่บางกว่าแบบอื่นๆ

ข้อดีของการใช้หม้อแปลงนี้คือ มีขนาดเล็กกว่าและเสี่ยงต่อการสูญเสียน้อยกว่าหม้อแปลงไฟฟ้าแบบสองขดลวด

อย่างไรก็ตาม หม้อแปลงชนิดนี้ไม่สามารถใช้เพิ่มแรงดันไฟหลักได้หลายครั้ง

อี หม้อแปลงแยก

มีจำนวนรอบรองเท่ากันกับหลัก ดังนั้นแรงดันไฟฟ้ารองจึงเท่ากับแรงดันไฟฟ้าหลัก

แต่ในการออกแบบอื่น ๆ บางส่วน ขดลวดทุติยภูมิทำขึ้นเล็กน้อยเพื่อชดเชยปริมาณการสูญเสีย

หม้อแปลงชนิดนี้ใช้สำหรับแยกระหว่างสองวงจร

ในการประยุกต์ใช้เสียง หม้อแปลงชนิดนี้ได้ถูกแทนที่ด้วยคัปปลิ้ง

ฉ. หม้อแปลงสามเฟส

หม้อแปลงชนิดนี้ประกอบด้วยหม้อแปลงสามตัวที่เชื่อมต่อกันโดยเฉพาะ

สำหรับขดลวด โดยทั่วไปแล้วขดลวดปฐมภูมิจะเชื่อมต่อในลักษณะดาว (Y) และขดลวดทุติยภูมิเชื่อมต่อในลักษณะเดลต้า

กรัม ตัวแปลงอัตโนมัติแบบแปรผัน

ตัวเปลี่ยนรูปแบบอัตโนมัติแบบแปรผันคือตัวเปลี่ยนรูปแบบอัตโนมัติทั่วไปที่สามารถเปลี่ยนสายกลางได้ พร้อมทั้งให้อัตราส่วนของขดลวดปฐมภูมิ-ทุติยภูมิที่แตกต่างกันออกไปด้วย

ประสิทธิภาพของหม้อแปลงไฟฟ้า

ประสิทธิภาพคือค่าที่ระบุอัตราส่วนระหว่างกำลังไฟฟ้าเข้า (ขา) และกำลังไฟฟ้าขาออก (Pout)

ค่าประสิทธิภาพของหม้อแปลงไฟฟ้าถูกกำหนดดังนี้:

ข้อมูล:

• = ประสิทธิภาพของหม้อแปลง (%)
• Ps = กำลังในขดลวดทุติยภูมิ (W)
• Pp = กำลังในขดลวดปฐมภูมิ (W)
• คือ = กระแสในขดลวดทุติยภูมิ (A)
• Ip = กระแสในขดลวดปฐมภูมิ (A)

หากประสิทธิภาพของหม้อแปลงเท่ากับ 100% แสดงว่ากำลังไฟฟ้าในขดลวดปฐมภูมิเท่ากับกำลังไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิ

Ps = Pp
Vp Ip = เทียบกับ Is
Vp/Vs = คือ/Ip

สำหรับสูตรหม้อแปลงไฟฟ้า:

Vp/Vs = Np/Ns

ดังนั้นสูตรหม้อแปลง:

คือ/Ip = Np/Ns

หม้อแปลงดังกล่าวเรียกว่าหม้อแปลงไฟฟ้าในอุดมคติ

หากประสิทธิภาพของหม้อแปลงไฟฟ้าน้อยกว่า 100% แสดงว่ากำลังไฟฟ้าสูญเสียหรือเรียกว่าการสูญเสียพลังงาน หม้อแปลงดังกล่าวเรียกว่าหม้อแปลงที่ไม่เหมาะ

ปริมาณพลังงานที่สูญเสียมีสูตรดังนี้:

Ph = Pin – Pout = Pp – Ps

ข้อมูล:

• Ph = การสูญเสียพลังงานไฟฟ้าหรือการสูญเสียพลังงาน (W)

ขาดทุน Transformer

มีข้อเสียมากมายที่มีอยู่ใน Transformer / Transformer ได้แก่ :

1. การสูญเสียคลัตช์

ความสูญเสียที่เกิดขึ้นเนื่องจากการคัปปลิ้งปฐมภูมิ - ทุติยภูมิไม่สมบูรณ์แบบ ดังนั้นฟลักซ์แม่เหล็กที่เหนี่ยวนำโดยปฐมภูมิไม่ตัดขดลวดทุติยภูมิทั้งหมด

การสูญเสียครั้งนี้สามารถลดลงได้โดยการม้วนขดลวดเป็นชั้นระหว่างชั้นประถมศึกษาและมัธยมศึกษา

2. ฮิสเทรีซิสสูญเสีย

การสูญเสียครั้งนี้เกิดขึ้นเมื่อกระแสหลัก AC กลับทิศทาง เนื่องจากแกนหม้อแปลงไม่สามารถเปลี่ยนทิศทางของฟลักซ์แม่เหล็กได้ในทันที

การสูญเสียประเภทนี้สามารถลดลงได้โดยใช้วัสดุหลักที่มีแรงต้านต่ำ

3. การสูญเสียทองแดง

การสูญเสีย I 2 R ในขดลวดทองแดงเกิดจากความต้านทานของทองแดงและกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน

4. การสูญเสียความจุป่า

การสูญเสียนี้เกิดจากความจุจรจัดที่มีอยู่ในขดลวดของหม้อแปลงไฟฟ้า

การสูญเสียเหล่านี้อาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของหม้อแปลงไฟฟ้าในความถี่สูง

การสูญเสียสามารถลดลงได้โดยการพันขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิแบบกึ่งสุ่ม

5. การสูญเสียกระแสวน

การสูญเสียนี้เกิดจากแรงเคลื่อนไฟฟ้าอินพุตซึ่งสร้างกระแสในแกนแม่เหล็กที่ต่อต้านการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กและสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้า

เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก จึงมีแรงผลักของฟลักซ์แม่เหล็กในวัสดุแกนกลาง

การสูญเสียสามารถลดลงได้หากใช้หลายชั้น

6. ข้อเสียของเอฟเฟกต์ผิวหนัง

ตัวนำอื่นมักจะมีกระแสสลับ แต่กระแสนี้มีแนวโน้มที่จะไหลในพื้นผิวของตัวนำ

สิ่งนี้จะเพิ่มการสูญเสียความจุและเพิ่มความต้านทานสัมพัทธ์ของขดลวด

การสูญเสียสามารถลดลงได้โดยใช้ลวด Litz ซึ่งเป็นลวดที่ประกอบด้วยลวดขนาดเล็กหลายเส้นที่หุ้มฉนวนจากกัน

สำหรับการใช้คลื่นความถี่วิทยุ ให้ลองใช้ลวดสลักหรือแผ่นทองแดงบางๆ แทนลวดธรรมดา

ตัวอย่างปัญหาหม้อแปลงไฟฟ้า

เพื่อให้เข้าใจการทบทวนข้างต้นได้ดียิ่งขึ้น เราขอนำเสนอตัวอย่างปัญหาหม้อแปลงไฟฟ้า รวมไปถึง: