ความรู้เกี่ยวกับหม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่ใช้หลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในการแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ ส่วนประกอบหลักได้แก่ ขดลวดปฐมภูมิ ขดลวดทุติยภูมิ และแกนเหล็ก

ในวงการอิเล็กทรอนิกส์ คุณมักจะเห็นเงาของหม้อแปลงไฟฟ้าอยู่บ่อยๆ โดยที่พบได้บ่อยที่สุดคือใช้ในแหล่งจ่ายไฟเพื่อแปลงแรงดันไฟฟ้าและเป็นฉนวน

กล่าวโดยสรุป อัตราส่วนแรงดันไฟฟ้าของขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิจะเท่ากับอัตราส่วนจำนวนรอบของขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิ ดังนั้น หากต้องการให้ได้แรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน ก็สามารถเปลี่ยนอัตราส่วนจำนวนรอบของขดลวดได้

ตามความถี่ในการทำงานที่แตกต่างกัน หม้อแปลงไฟฟ้าสามารถแบ่งออกได้เป็นหม้อแปลงความถี่ต่ำและหม้อแปลงความถี่สูง ตัวอย่างเช่น ในชีวิตประจำวัน ความถี่ของกระแสสลับไฟฟ้าอยู่ที่ 50 เฮิรตซ์ เราเรียกหม้อแปลงที่ทำงานที่ความถี่นี้ว่าหม้อแปลงความถี่ต่ำ ส่วนหม้อแปลงความถี่สูงนั้นมีความถี่ในการทำงานสูงถึงหลายสิบกิโลเฮิร์ตซ์ไปจนถึงหลายร้อยกิโลเฮิร์ตซ์

ปริมาตรของหม้อแปลงความถี่สูงนั้นเล็กกว่าปริมาตรของหม้อแปลงความถี่ต่ำที่มีกำลังเอาต์พุตเท่ากันมาก

หม้อแปลงเป็นส่วนประกอบที่มีขนาดค่อนข้างใหญ่ในวงจรไฟฟ้า หากต้องการลดขนาดลงในขณะที่ยังคงรักษาพลังงานเอาต์พุตไว้ได้ จำเป็นต้องใช้หม้อแปลงความถี่สูง ดังนั้น หม้อแปลงความถี่สูงจึงถูกนำมาใช้ในแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง

หลักการทำงานของหม้อแปลงความถี่สูงและหม้อแปลงความถี่ต่ำนั้นเหมือนกัน โดยทั้งสองชนิดใช้หลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นพื้นฐาน อย่างไรก็ตาม ในแง่ของวัสดุ แกนกลางของทั้งสองชนิดใช้วัสดุที่แตกต่างกัน

โดยทั่วไป แกนเหล็กของหม้อแปลงความถี่ต่ำจะประกอบด้วยแผ่นเหล็กซิลิคอนหลายแผ่นซ้อนกัน ในขณะที่แกนเหล็กของหม้อแปลงความถี่สูงจะประกอบด้วยวัสดุแม่เหล็กความถี่สูง (เช่น เฟอร์ไรต์) (ดังนั้น แกนเหล็กของหม้อแปลงความถี่สูงจึงมักเรียกว่าแกนแม่เหล็ก)

ในวงจรจ่ายไฟกระแสตรงแบบรักษาเสถียรภาพ หม้อแปลงความถี่ต่ำจะส่งสัญญาณคลื่นไซน์

ในวงจรแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง หม้อแปลงความถี่สูงจะส่งสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมแบบพัลส์ความถี่สูง

ที่กำลังไฟฟ้าพิกัด อัตราส่วนระหว่างกำลังไฟฟ้าขาออกและกำลังไฟฟ้าขาเข้าของหม้อแปลงเรียกว่าประสิทธิภาพของหม้อแปลง เมื่อกำลังไฟฟ้าขาออกของหม้อแปลงเท่ากับกำลังไฟฟ้าขาเข้า ประสิทธิภาพจะเท่ากับ 100% แต่ในความเป็นจริง หม้อแปลงเช่นนั้นไม่มีอยู่จริง เพราะมีการสูญเสียในทองแดงและเหล็ก ทำให้หม้อแปลงต้องมีการสูญเสียอยู่บ้าง

การสูญเสียทองแดงคืออะไร?

เนื่องจากขดลวดหม้อแปลงมีความต้านทานอยู่ค่าหนึ่ง เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวด พลังงานส่วนหนึ่งจะเปลี่ยนเป็นความร้อน และเนื่องจากขดลวดหม้อแปลงพันด้วยลวดทองแดง การสูญเสียนี้จึงเรียกว่าการสูญเสียจากทองแดง

การสูญเสียธาตุเหล็กคืออะไร?

การสูญเสียพลังงานในหม้อแปลงส่วนใหญ่ประกอบด้วยสองด้านหลักๆ คือ การสูญเสียฮิสเทอรีซิสและการสูญเสียกระแสไหลวน การสูญเสียฮิสเทอรีซิสหมายถึง เมื่อกระแสสลับไหลผ่านขดลวด จะเกิดเส้นแรงแม่เหล็กขึ้นและไหลผ่านแกนเหล็ก โมเลกุลภายในแกนเหล็กจะเสียดสีกันทำให้เกิดความร้อน ส่งผลให้สูญเสียพลังงานไฟฟ้าบางส่วน เนื่องจากเส้นแรงแม่เหล็กไหลผ่านแกนเหล็ก แกนเหล็กจึงเกิดกระแสเหนี่ยวนำขึ้นด้วย และเนื่องจากกระแสหมุนวน จึงเรียกว่ากระแสไหลวน ซึ่งการสูญเสียจากกระแสไหลวนนี้ก็ทำให้สูญเสียพลังงานไฟฟ้าบางส่วนเช่นกัน