อุปกรณ์และหลักการทำงานของหม้อแปลง

ในการแปลงแรงดันไฟฟ้าขนาดหนึ่งให้เป็นแรงดันไฟฟ้าอีกขนาดหนึ่ง นั่นคือการแปลงพลังงานไฟฟ้า ให้ใช้ หม้อแปลงไฟฟ้า.

หม้อแปลงสามารถแปลงกระแสสลับเป็นกระแสสลับเท่านั้น ดังนั้นเพื่อให้ได้กระแสตรง กระแสสลับจากหม้อแปลงจะถูกแก้ไขหากจำเป็น เพื่อจุดประสงค์นี้พวกเขาให้บริการ วงจรเรียงกระแส.

ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง หม้อแปลงทุกตัว (ไม่ว่าจะเป็นหม้อแปลงแรงดัน, หม้อแปลงกระแสหรือหม้อแปลงพัลส์) ทำงานเนื่องจากปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งแสดงออกอย่างแม่นยำด้วยกระแสสลับหรือพัลส์

อุปกรณ์หม้อแปลง

ในรูปแบบที่ง่ายที่สุด หม้อแปลงเฟสเดียวประกอบด้วยสามส่วนหลักเท่านั้น: แกนเฟอร์โรแมกเนติก (วงจรแม่เหล็ก) เช่นเดียวกับขดลวดหลักและขดลวดทุติยภูมิ โดยหลักการแล้ว หม้อแปลงสามารถมีขดลวดมากกว่าสองเส้น แต่อย่างน้อยสองขดลวด ในบางกรณี การทำงานของขดลวดทุติยภูมิสามารถทำได้โดยส่วนหนึ่งของการหมุนของขดลวดปฐมภูมิ (ดูรูปที่ ประเภทของหม้อแปลง) แต่วิธีแก้ปัญหาดังกล่าวค่อนข้างหายากเมื่อเทียบกับวิธีปกติ

ส่วนหลักของหม้อแปลงคือแกนเฟอร์โรแมกเนติก เมื่อหม้อแปลงทำงาน สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงจะอยู่ภายในแกนแม่เหล็กไฟฟ้า แหล่งที่มาของสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงในหม้อแปลงคือกระแสสลับของขดลวดปฐมภูมิ

แรงดันไฟฟ้าที่ขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลง

เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าทุก ๆ กระแสไฟฟ้านั้นมาพร้อมกับสนามแม่เหล็ก ดังนั้นกระแสสลับจะมาพร้อมกับสนามแม่เหล็กสลับ (เปลี่ยนขนาดและทิศทาง)

ดังนั้นโดยการจ่ายกระแสสลับให้กับขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลงเราจึงได้รับสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงของกระแสลมปฐมภูมิ ดังนั้นสนามแม่เหล็กจึงมีความเข้มข้นเป็นหลักในแกนของหม้อแปลง แกนนี้ทำจากวัสดุที่มีการซึมผ่านของแม่เหล็กสูง ซึ่งมากกว่าอากาศหลายพันเท่า ดังนั้นส่วนหลักของฟลักซ์แม่เหล็กของขดลวดปฐมภูมิจะเป็น ปิดอยู่ภายในแกนกลางโดยตรง ไม่ผ่านอากาศ

ดังนั้น สนามแม่เหล็กสลับของขดลวดปฐมภูมิจึงมีความเข้มข้นในปริมาตรของแกนหม้อแปลง ซึ่งทำจากเหล็กหม้อแปลง เฟอร์ไรต์ หรือวัสดุอื่นที่เหมาะสม ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความถี่ในการทำงานและวัตถุประสงค์ของหม้อแปลงนั้นๆ

ขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงตั้งอยู่บนแกนกลางร่วมกับขดลวดปฐมภูมิ ดังนั้นสนามแม่เหล็กสลับของขดลวดปฐมภูมิจึงแทรกซึมเข้าไปในขดลวดทุติยภูมิด้วย

ก ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า มันอยู่ในความจริงที่ว่าสนามแม่เหล็กที่แปรผันตามกาลเวลาทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้าในอวกาศรอบๆ และเนื่องจากมีขดลวดเส้นที่สองอยู่ในช่องว่างรอบสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง สนามไฟฟ้ากระแสสลับเหนี่ยวนำจึงทำหน้าที่กับตัวพาประจุภายในเส้นลวดนี้

การกระทำของสนามไฟฟ้านี้ทำให้เกิด EMF ในแต่ละรอบของขดลวดทุติยภูมิ เป็นผลให้แรงดันไฟฟ้าสลับปรากฏขึ้นระหว่างขั้วของขดลวดทุติยภูมิ เมื่อไม่มีการโหลดขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงที่เชื่อมต่อ หม้อแปลงจะว่างเปล่า

การทำงานของหม้อแปลงภายใต้โหลด

หากมีการเชื่อมต่อโหลดบางอย่างกับขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงปฏิบัติการ กระแสจะเกิดขึ้นผ่านโหลดในวงจรทุติยภูมิทั้งหมดของหม้อแปลง

กระแสนี้สร้างสนามแม่เหล็กของตัวเอง ซึ่งตามกฎของ Lenz มีทิศทางที่ต่อต้าน "สาเหตุที่ทำให้เกิดมัน" ซึ่งหมายความว่าสนามแม่เหล็กของกระแสของขดลวดทุติยภูมิ ณ ช่วงเวลาใดๆ มีแนวโน้มที่จะลดสนามแม่เหล็กที่เพิ่มขึ้นของขดลวดปฐมภูมิ หรือมีแนวโน้มที่จะสนับสนุนสนามแม่เหล็กของขดลวดปฐมภูมิ เมื่อมันลดลง มันจะชี้ไปที่แม่เหล็กเสมอ สนามของขดลวดปฐมภูมิ

ดังนั้น เมื่อโหลดขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลง EMF ย้อนกลับจะเกิดขึ้นในขดลวดปฐมภูมิ บังคับให้ขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลงดึงกระแสไฟฟ้าจากเครือข่ายแหล่งจ่ายมากขึ้น

ปัจจัยการเปลี่ยนแปลง

อัตราส่วนรอบของขดลวด N1 หลักและ N2 ทุติยภูมิของหม้อแปลงกำหนดอัตราส่วนระหว่างแรงดันไฟฟ้าอินพุต U1 และเอาต์พุต U2 และกระแสอินพุต I1 และเอาต์พุต I2 เมื่อหม้อแปลงทำงานภายใต้โหลด อัตราส่วนนี้เรียกว่า อัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงของหม้อแปลง:

ปัจจัยการเปลี่ยนแปลงจะมากกว่าหนึ่งหากหม้อแปลงถูกลดระดับลง และน้อยกว่าหนึ่งหากหม้อแปลงถูกเลื่อนขึ้น

หม้อแปลงแรงดัน

หม้อแปลงแรงดันไฟฟ้าเป็นประเภทของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบสเต็ปดาวน์ที่ออกแบบมาเพื่อแยกวงจรไฟฟ้าแรงสูงออกจากวงจรไฟฟ้าแรงต่ำ

โดยปกติเมื่อพูดถึงไฟฟ้าแรงสูงจะหมายถึง 6 กิโลโวลต์ขึ้นไป (บนขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า) และแรงดันไฟฟ้าต่ำหมายถึงค่าตามลำดับ 100 โวลต์ (บนขดลวดทุติยภูมิ)

ตามกฎแล้วจะใช้หม้อแปลงดังกล่าว เพื่อจุดประสงค์ในการวัด… มันลดระดับลง เช่น ไฟฟ้าแรงสูงของสายไฟไปยังแรงดันต่ำที่สะดวกสำหรับการวัด ในขณะที่ยังสามารถแยกวงจรการวัด การป้องกัน และการควบคุมทางไฟฟ้าออกจากวงจรไฟฟ้าแรงสูง หม้อแปลงประเภทนี้มักจะทำงานในโหมดว่าง

โดยทั่วไปสามารถเรียกอะไรก็ได้ว่าหม้อแปลงแรงดัน หม้อแปลงไฟฟ้าใช้ในการแปลงพลังงานไฟฟ้า

หม้อแปลงกระแส

ในหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า ขดลวดปฐมภูมิซึ่งมักจะมีเพียงรอบเดียวจะต่ออนุกรมกับวงจรแหล่งกระแส รอบนี้อาจเป็นส่วนของสายไฟวงจรที่ต้องการวัดกระแส

ลวดถูกสอดผ่านหน้าต่างของแกนหม้อแปลงและกลายเป็นการหมุนรอบเดียว - การหมุนของขดลวดปฐมภูมิ ขดลวดทุติยภูมิซึ่งมีรอบหลายรอบเชื่อมต่อกับอุปกรณ์วัดที่มีความต้านทานภายในต่ำ

หม้อแปลงชนิดนี้ใช้ในการวัดค่ากระแสสลับในวงจรไฟฟ้า ที่นี่กระแสและแรงดันของขดลวดทุติยภูมิเป็นสัดส่วนกับกระแสที่วัดได้ของขดลวดปฐมภูมิ (วงจรกระแส)

หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์ป้องกันรีเลย์สำหรับระบบไฟฟ้า ดังนั้นจึงมีความแม่นยำสูง อุปกรณ์เหล่านี้ทำให้การวัดมีความปลอดภัย เนื่องจากสามารถแยกวงจรการวัดออกจากวงจรปฐมภูมิได้อย่างน่าเชื่อถือทางไฟฟ้า (โดยปกติจะเป็นไฟฟ้าแรงสูง — หลายสิบและหลายร้อยกิโลโวลต์)

หม้อแปลงพัลส์

หม้อแปลงนี้ออกแบบมาเพื่อแปลงรูปแบบพัลส์ของกระแส (แรงดัน) พัลส์สั้น ๆ มักเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าใช้กับขดลวดปฐมภูมิทำให้หม้อแปลงทำงานได้จริงในสภาวะชั่วคราว

หม้อแปลงดังกล่าวใช้ในเครื่องแปลงแรงดันพัลส์และอุปกรณ์พัลส์อื่น ๆ เช่นเดียวกับหม้อแปลงแยกความแตกต่าง

การใช้หม้อแปลงพัลส์ช่วยลดน้ำหนักและค่าใช้จ่ายของอุปกรณ์ที่ใช้งานเพียงเพราะความถี่ในการแปลงที่เพิ่มขึ้น (หลายสิบและหลายร้อยกิโลเฮิรตซ์) เมื่อเทียบกับหม้อแปลงเครือข่ายที่ทำงานที่ความถี่ 50-60 Hz พัลส์รูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าซึ่งมีเวลาเพิ่มขึ้นน้อยกว่าระยะเวลาของพัลส์เองมาก มักจะถูกแปลงโดยมีความเพี้ยนต่ำ