ประเภทของหม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าสถิตที่มีขดลวดสองถึงหลายขดอยู่บนวงจรแม่เหล็กทั่วไป และเชื่อมต่อกันแบบเหนี่ยวนำ ทำหน้าที่เป็นหม้อแปลงแปลงพลังงานไฟฟ้าจากไฟฟ้ากระแสสลับโดยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าโดยไม่ต้องเปลี่ยนความถี่ของกระแสไฟฟ้า หม้อแปลงใช้สำหรับการแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับและ การแยกด้วยไฟฟ้า ในสาขาต่างๆ ของวิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์

ในความเป็นธรรม เราทราบว่าในบางกรณี หม้อแปลงอาจมีขดลวดเพียงเส้นเดียว (ตัวเปลี่ยนรูปแบบอัตโนมัติ) และแกนกลางอาจขาดหายไปทั้งหมด (HF — หม้อแปลง) แต่หม้อแปลงส่วนใหญ่มีแกน (วงจรแม่เหล็ก) ที่ทำจาก วัสดุ ferromagnetic แม่เหล็กอ่อนและเทปหุ้มฉนวนหรือขดลวดตั้งแต่สองม้วนขึ้นไปที่หุ้มด้วยฟลักซ์แม่เหล็กทั่วไป แต่อันดับแรก มาดูกันดีกว่าว่ามีหม้อแปลงประเภทใดบ้าง จัดเรียงอย่างไร และใช้งานอย่างไร

หม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงความถี่ต่ำ (50-60 Hz) ประเภทนี้ใช้ในเครือข่ายไฟฟ้ารวมถึงการติดตั้งเพื่อรับและแปลงพลังงานไฟฟ้า ทำไมถึงเรียกว่าพลัง? เนื่องจากเป็นหม้อแปลงชนิดนี้ที่ใช้จ่ายและรับไฟฟ้าจากสายไฟฟ้าที่รับแรงดันได้ถึง 1150 kV.

ในเครือข่ายไฟฟ้าในเมือง แรงดันไฟฟ้าถึง 10 kV ผ่านอย่างแน่นอน หม้อแปลงความถี่ต่ำที่ทรงพลัง แรงดันไฟฟ้ายังลดลงถึง 0.4 kV, 380/220 โวลต์ที่ผู้บริโภคต้องการ

โครงสร้าง หม้อแปลงไฟฟ้าทั่วไปอาจมีขดลวด 2, 3 หรือมากกว่าที่จัดเรียงบนแกนเหล็กไฟฟ้าหุ้มเกราะ โดยมีขดลวดแรงดันต่ำบางส่วนที่ป้อนแบบขนาน (หม้อแปลงไฟฟ้าแบบแยกขดลวด)

สิ่งนี้มีประโยชน์สำหรับการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลายเครื่องพร้อมกัน ตามกฎแล้ว หม้อแปลงไฟฟ้าจะอยู่ในถังที่มีน้ำมันหม้อแปลง และในกรณีของชิ้นงานทดสอบที่ทรงพลังเป็นพิเศษ จะมีการเพิ่มระบบระบายความร้อนแบบแอคทีฟ

มีการติดตั้งหม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟสที่มีความจุสูงถึง 4,000 kVA ที่สถานีย่อยและโรงไฟฟ้า สามเฟสเป็นเรื่องปกติมากขึ้นเนื่องจากการสูญเสียจะได้รับน้อยกว่า 15% น้อยกว่าสามเฟสเดียว

หม้อแปลงไฟฟ้า

ในทศวรรษที่ 1980 และ 1990 จะพบ Line Transformer ในเครื่องใช้ไฟฟ้าเกือบทุกชนิด ด้วยความช่วยเหลือของหม้อแปลงหลัก (โดยปกติจะเป็นเฟสเดียว) แรงดันไฟฟ้าของเครือข่ายในครัวเรือน 220 โวลต์ที่มีความถี่ 50 Hz จะลดลงถึงระดับที่เครื่องใช้ไฟฟ้าต้องการเช่น 5, 12, 24 หรือ 48 โวลต์

หม้อแปลงเส้นมักทำด้วยขดลวดทุติยภูมิหลายเส้นเพื่อให้สามารถใช้แหล่งจ่ายแรงดันหลายแหล่งเพื่อจ่ายไฟให้กับส่วนต่าง ๆ ของวงจร โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หม้อแปลง TN (หม้อแปลงหลอดไส้) สามารถพบได้เสมอ (และยังคงพบได้) ในวงจรที่มีหลอดวิทยุอยู่

หม้อแปลงสายสมัยใหม่ถูกสร้างขึ้นบนแกนรูปตัว W, รูปแท่งหรือรูปวงแหวนของชุดแผ่นเหล็กไฟฟ้าที่ขดลวดถูกพันไว้ รูปร่างวงแหวนของวงจรแม่เหล็กทำให้ได้หม้อแปลงที่มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น

หากเราเปรียบเทียบหม้อแปลงที่มีกำลังรวมของแกน Toroidal และ W เท่ากัน Toroidal จะใช้พื้นที่น้อยกว่า นอกจากนี้ พื้นผิวของวงจรแม่เหล็ก Toroidal ยังถูกปกคลุมด้วยขดลวดอย่างสมบูรณ์ ไม่มีแอกว่างดังที่เป็นอยู่ เคสหุ้มเกราะรูปตัว W หรือนิวเคลียสคล้ายแท่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเครือข่ายไฟฟ้ารวมถึงหม้อแปลงเชื่อมที่มีกำลังสูงถึง 6 กิโลวัตต์ แน่นอนว่าหม้อแปลงหลักนั้นถูกจัดประเภทเป็นหม้อแปลงความถี่ต่ำ

ออโต้ทรานส์ฟอร์มเมอร์

หม้อแปลงความถี่ต่ำประเภทหนึ่งคือ autotransformer ซึ่งขดลวดทุติยภูมิเป็นส่วนหนึ่งของหลักหรือหลักเป็นส่วนหนึ่งของทุติยภูมิ นั่นคือใน autotransformer ขดลวดจะเชื่อมต่อไม่เพียง แต่ทางแม่เหล็กเท่านั้น แต่ยังรวมถึงทางไฟฟ้าด้วย สายนำหลายเส้นทำจากขดลวดเดียวและช่วยให้คุณได้รับแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันจากขดลวดเพียงเส้นเดียว

ข้อได้เปรียบหลักของหม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติคือต้นทุนที่ต่ำกว่า เนื่องจากใช้ลวดน้อยกว่าสำหรับขดลวด ใช้เหล็กน้อยกว่าสำหรับแกน และส่งผลให้น้ำหนักน้อยกว่าของหม้อแปลงทั่วไปข้อเสียคือการขาดการแยกขดลวดไฟฟ้า

หม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติใช้ในอุปกรณ์ควบคุมอัตโนมัติและยังใช้กันอย่างแพร่หลายในเครือข่ายไฟฟ้าแรงสูง หม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติสามเฟสที่มีการเชื่อมต่อแบบเดลต้าหรือสตาร์ในเครือข่ายไฟฟ้าเป็นที่ต้องการอย่างมากในปัจจุบัน

หม้อแปลงไฟฟ้ากำลังอัตโนมัติมีความจุสูงถึงหลายร้อยเมกะวัตต์ ตัวเปลี่ยนรูปแบบอัตโนมัติยังใช้ในการสตาร์ทมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับที่ทรงพลังอีกด้วย ตัวเปลี่ยนรูปแบบอัตโนมัติมีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงที่ต่ำ

หม้อแปลงอัตโนมัติในห้องปฏิบัติการ

กรณีพิเศษของ autotransformer คือ autotransformer ในห้องปฏิบัติการ (LATR) ช่วยให้คุณปรับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับผู้ใช้ได้อย่างราบรื่น การออกแบบ LATR คือ หม้อแปลง Toroidal ด้วยการม้วนเดียวที่มี "แทร็ก" ที่ไม่มีฉนวนจากเลี้ยวไปเลี้ยวนั่นคือสามารถเชื่อมต่อกับแต่ละรอบของขดลวดได้ หน้าสัมผัสแทร็กมีให้โดยแปรงถ่านแบบเลื่อนที่ควบคุมโดยปุ่มหมุน

ดังนั้นคุณจึงสามารถรับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานได้จริงที่มีขนาดต่างกันบนโหลด ไดรฟ์เฟสเดียวทั่วไปอนุญาตให้คุณรับแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ 0 ถึง 250 โวลต์และสามเฟส - ตั้งแต่ 0 ถึง 450 โวลต์ LATR ที่มีกำลังตั้งแต่ 0.5 ถึง 10 กิโลวัตต์เป็นที่นิยมมากในห้องปฏิบัติการเพื่อวัตถุประสงค์ในการปรับแต่งอุปกรณ์ไฟฟ้า

หม้อแปลงกระแส

หม้อแปลงกระแส เรียกว่าหม้อแปลงที่มีขดลวดหลักเชื่อมต่อกับแหล่งกระแสและขดลวดทุติยภูมิไปยังอุปกรณ์ป้องกันหรือการวัดที่มีความต้านทานภายในต่ำ ประเภทของหม้อแปลงกระแสที่พบมากที่สุดคือหม้อแปลงกระแสของอุปกรณ์

ขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลงกระแส (โดยปกติจะมีเพียงหนึ่งรอบ หนึ่งสาย) เชื่อมต่อเป็นอนุกรมในวงจรที่คุณต้องการวัดกระแสสลับ ปรากฎว่ากระแสของขดลวดทุติยภูมิเป็นสัดส่วนกับกระแสของกระแสไฟฟ้าหลักในขณะที่จำเป็นต้องโหลดขดลวดทุติยภูมิเพราะมิฉะนั้นแรงดันไฟฟ้าของขดลวดทุติยภูมิอาจสูงพอที่จะทำลายฉนวนได้ นอกจากนี้ หากขดลวดทุติยภูมิของ CT เปิดขึ้น วงจรแม่เหล็กก็จะไหม้จากกระแสที่ไม่มีการชดเชยที่เหนี่ยวนำ

โครงสร้างของหม้อแปลงกระแสเป็นแกนที่ทำจากเหล็กไฟฟ้ารีดเย็นซิลิกอนลามิเนต ซึ่งมีการพันขดลวดทุติยภูมิที่หุ้มฉนวนอย่างน้อยหนึ่งเส้น ขดลวดปฐมภูมิมักจะเป็นเพียงบัสบาร์หรือลวดที่มีกระแสที่วัดได้ผ่านหน้าต่างของวงจรแม่เหล็ก (อย่างไรก็ตาม หลักการนี้ใช้โดย แคลมป์มิเตอร์). ลักษณะสำคัญของหม้อแปลงกระแสคืออัตราส่วนการแปลง เช่น 100/5 A.

หม้อแปลงกระแสใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการวัดกระแสและในวงจรป้องกันรีเลย์ ปลอดภัยเนื่องจากวงจรที่วัดได้และวงจรทุติยภูมิแยกออกจากกันทางไฟฟ้า โดยทั่วไปแล้ว หม้อแปลงกระแสอุตสาหกรรมผลิตขึ้นโดยมีขดลวดทุติยภูมิสองกลุ่มขึ้นไป กลุ่มหนึ่งเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ป้องกัน อีกกลุ่มเชื่อมต่อกับอุปกรณ์วัด เช่น มิเตอร์

หม้อแปลงพัลส์

ในแหล่งจ่ายไฟหลักสมัยใหม่เกือบทั้งหมด ในอินเวอร์เตอร์ต่างๆ ในเครื่องเชื่อมและในเครื่องแปลงไฟฟ้าพลังงานต่ำและเครื่องแปลงไฟฟ้าอื่นๆ จะใช้เครื่องแปลงสัญญาณแบบพัลส์ทุกวันนี้ วงจรพัลส์ได้แทนที่หม้อแปลงความถี่ต่ำจำนวนมากเกือบทั้งหมดด้วยแกนเหล็กเคลือบ

หม้อแปลงพัลส์ทั่วไปคือหม้อแปลงแกนเฟอร์ไรต์ รูปร่างของแกน (วงจรแม่เหล็ก) อาจแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง: วงแหวน, แท่ง, ถ้วย, รูปตัว W, รูปตัวยู ข้อได้เปรียบของเฟอร์ไรต์เหนือเหล็กหม้อแปลงนั้นชัดเจน — หม้อแปลงที่ใช้เฟอร์ไรต์สามารถทำงานได้ที่ความถี่สูงถึง 500 kHz หรือมากกว่า

เนื่องจากหม้อแปลงพัลส์เป็นหม้อแปลงความถี่สูง ขนาดของมันจึงลดลงอย่างมากเมื่อความถี่เพิ่มขึ้น ต้องใช้ลวดน้อยลงสำหรับขดลวดและกระแสสนามก็เพียงพอที่จะรับกระแสความถี่สูงในลูปหลัก ไอจีบีที หรือทรานซิสเตอร์สองขั้ว บางครั้งหลายตัว ขึ้นอยู่กับโทโพโลยีของวงจรจ่ายไฟแบบพัลซิ่ง (ไปข้างหน้า — 1, พุช-พูล — 2, ฮาล์ฟบริดจ์ — 2, บริดจ์ — 4)

เพื่อความเป็นธรรม เราทราบว่าหากใช้วงจรจ่ายไฟย้อนกลับ หม้อแปลงจะเป็นแบบดับเบิ้ลโช้คเนื่องจากกระบวนการสะสมและปล่อยกระแสไฟฟ้าในวงจรทุติยภูมิจะถูกแยกออกตามเวลา นั่นคือไม่ได้ดำเนินการต่อ พร้อมกัน ดังนั้นด้วยวงจรควบคุมฟลายแบ็คจึงยังเป็นโช้คแต่ไม่ใช่หม้อแปลง

วงจรพัลส์ที่มีหม้อแปลงและโช้กเฟอร์ไรต์มีอยู่ทั่วไปในปัจจุบัน ตั้งแต่บัลลาสต์ของหลอดประหยัดไฟและที่ชาร์จของอุปกรณ์ต่างๆ ไปจนถึงเครื่องเชื่อมและอินเวอร์เตอร์ทรงพลัง

หม้อแปลงกระแสพัลส์

ในการวัดขนาดและ (หรือ) ทิศทางของกระแสในวงจรอิมพัลส์ มักใช้หม้อแปลงกระแสอิมพัลส์ซึ่งเป็นแกนเฟอร์ไรต์ มักเป็นรูปวงแหวน (toroidal) โดยมีขดลวดหนึ่งเส้นลวดถูกส่งผ่านวงแหวนของแกน กระแสที่จะต้องตรวจสอบ และตัวขดลวดนั้นถูกโหลดบนตัวต้านทาน

ตัวอย่างเช่นวงแหวนมีลวด 1,000 รอบดังนั้นอัตราส่วนของกระแสของสายหลัก (สายเกลียว) และขดลวดทุติยภูมิจะเท่ากับ 1,000 ต่อ 1 หากขดลวดของวงแหวนถูกโหลดบนตัวต้านทานที่มีค่าที่ทราบ จากนั้นแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้จะเป็นสัดส่วนกับกระแสของขดลวด ซึ่งหมายความว่ากระแสที่วัดได้เป็น 1,000 เท่าของกระแสที่ไหลผ่านตัวต้านทานนี้

อุตสาหกรรมนี้ผลิตหม้อแปลงกระแสอิมพัลส์ที่มีอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงที่แตกต่างกัน ผู้ออกแบบจำเป็นต้องเชื่อมต่อตัวต้านทานและวงจรการวัดเข้ากับหม้อแปลงเท่านั้น หากคุณต้องการทราบทิศทางของกระแส ไม่ใช่ขนาดของมัน ขดลวดของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าจะถูกชาร์จโดยไดโอดซีเนอร์สองตัวที่อยู่ตรงข้ามกัน

การสื่อสารระหว่างเครื่องไฟฟ้าและหม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงไฟฟ้าจะรวมอยู่ในหลักสูตรเครื่องไฟฟ้าที่ศึกษาในสาขาวิศวกรรมไฟฟ้าของสถาบันการศึกษาเสมอ โดยพื้นฐานแล้วหม้อแปลงไฟฟ้าไม่ใช่เครื่องไฟฟ้าแต่เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าเนื่องจากไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวซึ่งเป็นคุณลักษณะเฉพาะของเครื่องจักรใด ๆ ที่เป็นกลไกประเภทหนึ่ง ด้วยเหตุนี้ หลักสูตรที่กล่าวถึงใน เพื่อไม่ให้เข้าใจผิด ควรเรียกว่า “หลักสูตรเครื่องกลไฟฟ้าและเครื่องแปลงไฟฟ้า”

การรวมหม้อแปลงไว้ในหลักสูตรเครื่องจักรไฟฟ้าทั้งหมดด้วยเหตุผลสองประการหนึ่งมีต้นกำเนิดทางประวัติศาสตร์: โรงงานเดียวกับที่สร้างเครื่องใช้ไฟฟ้า AC ก็สร้างหม้อแปลงเช่นกัน เพราะการมีอยู่ของหม้อแปลงทำให้เครื่อง AC ได้เปรียบกว่าเครื่อง DC ซึ่งนำไปสู่ความโดดเด่นในอุตสาหกรรมในที่สุด และตอนนี้เป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการถึงการติดตั้ง AC ขนาดใหญ่โดยไม่มีหม้อแปลง

อย่างไรก็ตามด้วยการพัฒนาการผลิตเครื่องจักรและหม้อแปลงไฟฟ้ากระแสสลับจึงจำเป็นต้องเน้นการผลิตหม้อแปลงในโรงงานหม้อแปลงพิเศษ ความจริงก็คือเนื่องจากความเป็นไปได้ในการส่งกระแสสลับโดยใช้หม้อแปลงในระยะทางไกล การเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นของหม้อแปลงจึงเร็วกว่าการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของเครื่องใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ

ในขั้นตอนปัจจุบันของการพัฒนาเครื่องไฟฟ้ากระแสสลับแรงดันไฟฟ้าสูงสุดสำหรับพวกเขาคือ 36 kV ในเวลาเดียวกัน แรงดันไฟฟ้าสูงสุดในหม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้งานจริงถึง 1150 kV แรงดันไฟฟ้าของหม้อแปลงสูงเช่นนี้และการทำงานบนสายไฟฟ้าเหนือศีรษะที่สัมผัสกับฟ้าผ่าได้นำไปสู่ปัญหาเฉพาะของหม้อแปลงซึ่งต่างกับเครื่องจักรไฟฟ้า

สิ่งนี้นำไปสู่การผลิตปัญหาทางเทคโนโลยีซึ่งแตกต่างจากปัญหาทางเทคโนโลยีของวิศวกรรมไฟฟ้าที่การแยกหม้อแปลงออกเป็นการผลิตอิสระกลายเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ ดังนั้น เหตุผลข้อแรก—การเชื่อมต่อทางอุตสาหกรรมที่ทำให้หม้อแปลงอยู่ใกล้กับเครื่องจักรไฟฟ้า—จึงหายไป

เหตุผลที่สองเป็นธรรมชาติพื้นฐานและประกอบด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าหม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้ในทางปฏิบัติเช่นเดียวกับเครื่องจักรไฟฟ้านั้นมีพื้นฐานมาจาก หลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า (กฎของฟาราเดย์), - ยังคงเป็นสายสัมพันธ์ที่ไม่สั่นคลอนระหว่างพวกเขา ในเวลาเดียวกัน เพื่อให้เข้าใจปรากฏการณ์หลายอย่างในเครื่องไฟฟ้ากระแสสลับ ความรู้เกี่ยวกับกระบวนการทางกายภาพที่เกิดขึ้นในหม้อแปลงเป็นสิ่งที่จำเป็นอย่างยิ่ง และยิ่งกว่านั้น ทฤษฎีของเครื่องไฟฟ้ากระแสสลับขนาดใหญ่สามารถลดลงเหลือทฤษฎีของ หม้อแปลงไฟฟ้า เพื่ออำนวยความสะดวกในการพิจารณาทางทฤษฎี

ดังนั้นในทฤษฎีของเครื่องกระแสสลับทฤษฎีของหม้อแปลงจึงมีจุดแข็งซึ่งไม่ได้เป็นไปตามที่หม้อแปลงสามารถเรียกว่าเครื่องไฟฟ้าได้ นอกจากนี้ ควรระลึกไว้เสมอว่าหม้อแปลงมีการตั้งค่าเป้าหมายและกระบวนการแปลงพลังงานที่แตกต่างจากเครื่องไฟฟ้า

จุดประสงค์ของเครื่องจักรไฟฟ้าคือการแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า (เครื่องกำเนิดไฟฟ้า) หรือในทางกลับกัน พลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล (มอเตอร์) ในขณะเดียวกันในหม้อแปลงไฟฟ้า เรากำลังจัดการกับการแปลงพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ พลังงานไฟฟ้าในปัจจุบัน. กระแสน้ำชนิดอื่น