หลักการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้าคืออะไร? หม้อแปลงกระแส - หลักการทำงานและการใช้งาน
หม้อแปลงไฟฟ้า เป็นอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าแบบคงที่ซึ่งมีขดลวดคู่แบบเหนี่ยวนำตั้งแต่สองตัวขึ้นไป และออกแบบมาเพื่อแปลงระบบไฟฟ้ากระแสสลับตั้งแต่หนึ่งระบบขึ้นไปให้กลายเป็นระบบไฟฟ้ากระแสสลับอื่น ๆ หนึ่งระบบหรือมากกว่านั้นโดยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า
หม้อแปลงไฟฟ้าถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อวัตถุประสงค์ดังต่อไปนี้
สำหรับการส่งและจำหน่ายพลังงานไฟฟ้า โดยทั่วไปในโรงไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับจะผลิตพลังงานไฟฟ้าที่แรงดันไฟฟ้า 6-24 kV
เพื่อจ่ายไฟให้กับวงจรต่างๆ ของอุปกรณ์วิทยุและโทรทัศน์ อุปกรณ์สื่อสาร ระบบอัตโนมัติในเทเลกลศาสตร์ เครื่องใช้ในครัวเรือนไฟฟ้า เพื่อแยกวงจรไฟฟ้าขององค์ประกอบต่าง ๆ ของอุปกรณ์เหล่านี้ สำหรับการจับคู่แรงดันไฟฟ้า
เพื่อรวมเครื่องมือวัดทางไฟฟ้าและอุปกรณ์บางอย่าง เช่น รีเลย์ ไว้ในวงจรไฟฟ้าแรงสูงหรือในวงจรที่มีกระแสขนาดใหญ่ไหลผ่าน เพื่อขยายขีดจำกัดการวัดและมั่นใจในความปลอดภัยทางไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้เพื่อการนี้เรียกว่า วัด มีกำลังค่อนข้างต่ำ ซึ่งพิจารณาจากกำลังที่ใช้โดยเครื่องมือวัดทางไฟฟ้า รีเลย์ ฯลฯ
หลักการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้า
วงจรแม่เหล็กไฟฟ้าของหม้อแปลงสองขดลวดเฟสเดียวประกอบด้วยขดลวดสองเส้น (รูปที่ 2.1) วางอยู่บนวงจรแม่เหล็กปิดซึ่งทำจากวัสดุเฟอร์โรแมกเนติก การใช้แกนแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกทำให้สามารถเสริมการเชื่อมต่อแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างขดลวดได้นั่นคือเพื่อลดความต้านทานแม่เหล็กของวงจรที่ฟลักซ์แม่เหล็กของเครื่องผ่านไป ขดลวดปฐมภูมิ 1 เชื่อมต่อกับแหล่งกระแสสลับ - เครือข่ายไฟฟ้าที่มีแรงดันไฟฟ้า คุณ 1 . ความต้านทานโหลด Z H เชื่อมต่อกับขดลวดทุติยภูมิ 2
ขดลวดไฟฟ้าแรงสูงเรียกว่า ขดลวดไฟฟ้าแรงสูง (HV) และแรงดันไฟฟ้าต่ำ - ขดลวดแรงดันต่ำ (เอ็นเอ็น). จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของการพัน HV ถูกกำหนดด้วยตัวอักษร ก และ เอ็กซ์; ขดลวด LV - ตัวอักษร ก และ เอ็กซ์
เมื่อเชื่อมต่อกับเครือข่าย กระแสสลับ จะปรากฏในการพันขดลวดปฐมภูมิ ฉัน 1 , ซึ่งสร้างฟลักซ์แม่เหล็กสลับ F ปิดตามวงจรแม่เหล็ก การไหล F เหนี่ยวนำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าสลับในขดลวดทั้งสอง - จ 1 และ จ 2 , ได้สัดส่วนตามกฎของแมกซ์เวลล์ กับจำนวนเทิร์นที่มี 1 และ ว 2 อัตราการเปลี่ยนแปลงของขดลวดและฟลักซ์ที่สอดคล้องกัน งฉ/ dt.
ดังนั้นค่าชั่วขณะของแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในแต่ละขดลวดคือ
จ 1 = - ก 1 วัน F/dt; e2= -w 2 dФ/dt.
ดังนั้นอัตราส่วนของ EMF ที่เกิดขึ้นทันทีและมีประสิทธิผลในขดลวดจึงถูกกำหนดโดยการแสดงออก
ดังนั้น ให้เลือกจำนวนรอบของขดลวดตามลำดับ ที่แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด U 1 คุณสามารถรับแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ U ได้ 2 . หากจำเป็นต้องเพิ่มแรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิจำนวนรอบ w 2 จะมากกว่าจำนวน w 1 หม้อแปลงชนิดนี้เรียกว่า เพิ่มขึ้น หากคุณต้องการลดแรงดันไฟฟ้า ยู 2 , จากนั้นจำนวนรอบ w 2 จะน้อยกว่า w 1; หม้อแปลงชนิดนี้เรียกว่า ลง,
อัตราส่วนแรงเคลื่อนไฟฟ้า อีขดลวด HV ของแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าถึง EMF อีเรียกว่าขดลวด LV แรงดันต่ำ (หรืออัตราส่วนของจำนวนรอบ) อัตราส่วนการเปลี่ยนแปลง
|
เค= อีเวียดนาม / อีเอ็นเอ็น = วเวียดนาม / วเอ็นเอ็น |
ค่าสัมประสิทธิ์ เค ยิ่งใหญ่กว่าหนึ่งเสมอ
ในระบบส่งและจำหน่ายพลังงาน ในบางกรณี มีการใช้หม้อแปลงสามขดลวด และในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์วิทยุและอุปกรณ์อัตโนมัติจะใช้หม้อแปลงหลายขดลวด ในหม้อแปลงดังกล่าว ขดลวดสามเส้นขึ้นไปที่แยกจากกันจะถูกวางไว้บนแกนแม่เหล็ก ซึ่งทำให้สามารถรับแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันตั้งแต่สองเส้นขึ้นไปเมื่อจ่ายไฟให้กับขดลวดตัวใดตัวหนึ่ง (ยู 2 , ยู 3 , ยู 4 ฯลฯ) สำหรับการจ่ายไฟให้กับกลุ่มผู้บริโภคตั้งแต่สองกลุ่มขึ้นไป ในหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังแบบสามขดลวด จะมีความแตกต่างระหว่างขดลวดแรงดันไฟฟ้าสูง ต่ำ และปานกลาง (MV)
เฉพาะแรงดันและกระแสเท่านั้นที่ถูกแปลงในหม้อแปลงไฟฟ้า กำลังไฟฟ้าคงที่โดยประมาณ (ลดลงบ้างเนื่องจากการสูญเสียพลังงานภายในหม้อแปลง) เพราะฉะนั้น,
|
ฉัน 1 /ฉัน 2 ≈ ยู 2 /ยู 1 ≈ ว 2 /ว 1 . |
เมื่อแรงดันทุติยภูมิของหม้อแปลงเพิ่มขึ้น เค ครั้งเมื่อเปรียบเทียบกับกระแสหลัก ฉัน 2 ในขดลวดทุติยภูมิจะลดลงตามไปด้วย เค ครั้งหนึ่ง.
หม้อแปลงไฟฟ้าสามารถทำงานได้เฉพาะในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับเท่านั้น หากขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลงเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดกระแสตรง ฟลักซ์แม่เหล็กจะเกิดขึ้นในสายแม่เหล็ก ซึ่งมีขนาดและทิศทางคงที่ตลอดเวลา ดังนั้นในขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิในสภาวะคงที่ EMF จะไม่ถูกเหนี่ยวนำดังนั้นพลังงานไฟฟ้าจึงไม่ถูกถ่ายโอนจากวงจรหลักไปยังวงจรทุติยภูมิ โหมดนี้เป็นอันตรายต่อหม้อแปลงเนื่องจากไม่มี EMF อีกระแสขดลวดปฐมภูมิ 1 อัน ฉัน 1 =ยู 1 ร 1 มีขนาดค่อนข้างใหญ่
คุณสมบัติที่สำคัญของหม้อแปลงที่ใช้ในอุปกรณ์อัตโนมัติและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางวิทยุคือความสามารถในการแปลงความต้านทานโหลด หากคุณเชื่อมต่อความต้านทานเข้ากับแหล่งจ่ายไฟ AC รผ่านหม้อแปลงไฟฟ้าที่มีอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลง ถึง, แล้วสำหรับวงจรต้นทาง
|
อาร์" = ป 1 /ฉัน 1 2 ≈ ป 2 /ฉัน 1 2 ➤ ฉัน 2 2 ร/ฉัน 1 2 ≈ เค 2 ร |
ที่ไหน ร 1 - กำลังไฟฟ้าที่หม้อแปลงใช้จากแหล่งกระแสสลับ W; ร 2 = ฉัน 2 2 ร≈ ป 1 - พลังงานที่ใช้โดยความต้านทาน รจากหม้อแปลงไฟฟ้า
ดังนั้น, หม้อแปลงเปลี่ยนค่าความต้านทาน R เป็น k 2 ครั้งหนึ่ง. คุณสมบัตินี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการพัฒนาวงจรไฟฟ้าต่างๆ เพื่อให้ตรงกับความต้านทานโหลดกับความต้านทานภายในของแหล่งพลังงานไฟฟ้า
หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าแบบคงที่ที่มีขดลวดสองเส้น (หรือมากกว่า) ซึ่งส่วนใหญ่มักออกแบบมาเพื่อแปลงกระแสสลับของแรงดันไฟฟ้าหนึ่งให้เป็นกระแสสลับของแรงดันไฟฟ้าอื่น การแปลงพลังงานในหม้อแปลงไฟฟ้าทำได้โดยสนามแม่เหล็กสลับ หม้อแปลงไฟฟ้าถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการส่งพลังงานไฟฟ้าไปในระยะทางไกล โดยกระจายพลังงานระหว่างเครื่องรับ เช่นเดียวกับในอุปกรณ์แก้ไข ขยายสัญญาณ ส่งสัญญาณ และอุปกรณ์อื่นๆ
เมื่อส่งพลังงานไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าไปยังผู้บริโภค ความแรงของกระแสในสายทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานในสายนี้และการใช้โลหะที่ไม่ใช่เหล็กสำหรับอุปกรณ์ หากแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นด้วยกำลังส่งที่เท่ากันความแรงของกระแสไฟฟ้าจะลดลงในระดับเดียวกันดังนั้นจึงสามารถใช้สายไฟที่มีหน้าตัดเล็กลงได้ สิ่งนี้จะช่วยลดการใช้โลหะที่ไม่ใช่เหล็กเมื่อสร้างสายส่งไฟฟ้าและลดการสูญเสียพลังงานในนั้น
พลังงานไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นที่โรงไฟฟ้าโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสที่แรงดันไฟฟ้า 11-20 kV ในบางกรณีจะใช้แรงดันไฟฟ้า 30-35 kV แม้ว่าแรงดันไฟฟ้าดังกล่าวจะสูงเกินไปสำหรับการใช้ทางอุตสาหกรรมและในครัวเรือนโดยตรง แต่ก็ไม่เพียงพอสำหรับการส่งไฟฟ้าในระยะทางไกลอย่างประหยัด แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นในสายไฟ (สูงถึง 750 kV หรือมากกว่า) จะดำเนินการโดยหม้อแปลงแบบสเต็ปอัพ
ตัวรับพลังงานไฟฟ้า (หลอดไส้ มอเตอร์ไฟฟ้า ฯลฯ) เพื่อความปลอดภัยต้องใช้แรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่า (110-380 V) นอกจากนี้ การผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้า เครื่องมือ และเครื่องจักรสำหรับไฟฟ้าแรงสูงยังเกี่ยวข้องกับปัญหาการออกแบบที่สำคัญ เนื่องจากชิ้นส่วนที่นำกระแสของอุปกรณ์เหล่านี้ที่มีไฟฟ้าแรงสูงจำเป็นต้องมีฉนวนเสริม ดังนั้นไฟฟ้าแรงสูงที่พลังงานถูกส่งจึงไม่สามารถนำมาใช้โดยตรงในการจ่ายไฟให้กับเครื่องรับและจ่ายให้กับพวกเขาผ่านหม้อแปลงแบบสเต็ปดาวน์
พลังงานไฟฟ้ากระแสสลับจะต้องถูกเปลี่ยนระหว่างทางจากโรงไฟฟ้าที่ผลิตไฟฟ้าไปยังผู้บริโภค 3-4 ครั้ง ในเครือข่ายการจำหน่าย หม้อแปลงแบบสเต็ปดาวน์จะถูกโหลดไม่พร้อมกันและไม่เต็มประสิทธิภาพ ดังนั้นกำลังรวมของหม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้ในการส่งและจำหน่ายไฟฟ้าจึงมากกว่ากำลังของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ติดตั้งในโรงไฟฟ้าถึง 7-8 เท่า
การแปลงพลังงานในหม้อแปลงไฟฟ้าทำได้โดยสนามแม่เหล็กสลับโดยใช้แกนแม่เหล็ก
แรงดันไฟฟ้าของขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิมักจะไม่เท่ากัน หากแรงดันไฟฟ้าหลักน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิ หม้อแปลงจะเรียกว่าสเต็ปอัพ หากมากกว่าแรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิจะเรียกว่าสเต็ปดาวน์ หม้อแปลงชนิดใดก็ได้ที่สามารถใช้เป็นหม้อแปลงแบบ step-up และ step-down หม้อแปลงแบบสเต็ปอัพใช้เพื่อส่งกระแสไฟฟ้าในระยะทางไกล และใช้หม้อแปลงแบบสเต็ปดาวน์เพื่อกระจายกระแสไฟฟ้าระหว่างผู้บริโภค
มีหม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง, หม้อแปลงวัดแรงดันไฟฟ้าและหม้อแปลงกระแสขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์
หม้อแปลงไฟฟ้าแปลงกระแสสลับของแรงดันไฟฟ้าหนึ่งให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับของแรงดันไฟฟ้าอื่นเพื่อจ่ายไฟฟ้าให้กับผู้บริโภค สามารถเพิ่มหรือลดลงได้ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ ในเครือข่ายการจำหน่ายตามกฎแล้วจะใช้หม้อแปลงสเต็ปดาวน์สองขดลวดแบบสามเฟสซึ่งแปลงแรงดันไฟฟ้า 6 และ 10 kV เป็นแรงดันไฟฟ้า 0.4 kV (หม้อแปลงไฟฟ้าประเภทหลัก ได้แก่ TMG, TMZ, TMF, TMB, TME, TMGSO, TM, TMZH, TDTN, TRDN, TSZ, TSZN, TSZGL และอื่นๆ)
หม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า- เหล่านี้เป็นหม้อแปลงระดับกลางซึ่งมีการเปิดเครื่องมือวัดที่แรงดันไฟฟ้าสูง ด้วยเหตุนี้ เครื่องมือวัดจึงถูกแยกออกจากเครือข่าย ซึ่งทำให้สามารถใช้เครื่องมือมาตรฐานได้ (โดยที่มีการปรับสเกลใหม่) และด้วยเหตุนี้จึงขยายขีดจำกัดของแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้
หม้อแปลงแรงดันไฟฟ้าใช้สำหรับวัดแรงดันไฟฟ้า กำลัง พลังงาน และสำหรับการจ่ายไฟให้กับวงจรอัตโนมัติ สัญญาณเตือน และการป้องกันรีเลย์ของสายไฟจากข้อผิดพลาดของกราวด์
ในบางกรณี หม้อแปลงแรงดันไฟฟ้าสามารถใช้เป็นหม้อแปลงไฟฟ้าแบบสเต็ปดาวน์กำลังต่ำหรือเป็นหม้อแปลงทดสอบแบบสเต็ปอัพ (สำหรับทดสอบฉนวนของอุปกรณ์ไฟฟ้า)
หม้อแปลงแรงดันไฟฟ้าประเภทต่อไปนี้นำเสนอในตลาดรัสเซีย:
3NOL.06, ZNOLP, ZNOLPM, ZNOL.01PMI, 3xZNOL.06, 3xZNOLP, 3xZNOLPM, NOL.08, NOL.11-6.O5, NOL.12 OM3, ZNOL.06-35 (ZNOLE-35), ZNOL 35 , NOL 35, NOL-35 III, NAMIT-10 , ZNIOL, ZNIOL-10-1, ZNIOL-10-P, ZNIOL-20, ZNIOL-20-P, ZNIOL-35, ZNIOL-35-P, ZNIOL-35 -1, NIOL -20, NIOL-35, NOL-SESH -10, NOL-SESH -10-1, NOL-SESH-6, NOL-SESH-6-1, NOL-SESH-20, NOL-SESH-35 , 3xZNOL-SESH-6, 3xZNOL-SESH -10, NALI-SESH-10, NALI-SESH-6, NTMI 6, NTMI 10, นามิ 6, นามิ 10, นามิ 35, นามิ 110, ZNAMIT-6, ZNAMIT-10 , ZNOMP 35, NOM 6, NOM 10, NOM 35, NKF 110, NKF 150, NKF 220 และอื่นๆ
สำหรับหม้อแปลงวัดแรงดันไฟฟ้า ขดลวดปฐมภูมิคือ 3000/√3, 6000/√3, 10000/√3, 13800/√3, 18000/√3, 24000/√3, 27000/√3, 35000/√3, 66000 /√3 , 110000/√3, 150000/√3, 220000/√3, 330000/√3, 400000/√3, 500000/√3 และรอง 100/√3 หรือ 110/√3
หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์เสริมที่กระแสทุติยภูมิเป็นสัดส่วนในทางปฏิบัติกับกระแสปฐมภูมิ และได้รับการออกแบบให้รวมเครื่องมือวัดและรีเลย์ไว้ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ
มาพร้อมกับระดับความแม่นยำ: 0.5; 0.5S; 0.2; 0.2S.
หม้อแปลงกระแสใช้ในการแปลงกระแสของค่าและแรงดันไฟฟ้าใด ๆ ให้เป็นกระแสที่สะดวกสำหรับการวัดด้วยเครื่องมือมาตรฐาน (5 A) จ่ายไฟให้กับขดลวดรีเลย์ปัจจุบัน อุปกรณ์ตัดการเชื่อมต่อตลอดจนแยกอุปกรณ์และบุคลากรปฏิบัติการจากไฟฟ้าแรงสูง
สำคัญ! หม้อแปลงกระแสมีจำหน่ายตามอัตราส่วนการแปลงต่อไปนี้: 5/5, 10/5, 15/5, 20/5, 30/5, 40/5, 50/5, 75/5, 100/5, 150/5, 200/5, 300/5, 400/5, 500/5, 600/5, 800/5, 1000/5, 1500/5, 2000/5, 2500/5, 3000/5, 5000/5, 8000/ 5 , 10,000/5.
หม้อแปลงกระแสในตลาดรัสเซียมีรุ่นต่อไปนี้:
TOP-0.66, TShP-0.66, TOP-0.66-I, TShP-0.66-I, TShL-0.66, TNShL-0.66, TNSh-0.66, TOL-10, TLO-10, TOL-10-I, TOL-10- M, TOL-10-8, TOL-10-IM, TOL-10 III, TSHL-10, TLSH-10, TPL-10-M, TPOL-10 , TPOL-10M, TPOL-10 III, TL-10, TL-10-M, TPLC-10, TOLK-6, TOLK-6-1, TOLK-10, TOLK-10-2, TOLK-10-1, TOL-20, TSL-20-I, TPL-20, TPL-35, TOL-35, TOL-35-III-IV, TOL-35 II-7.2, TLC-35, โทรทัศน์, TLC-10, TPL-10S , TLM-10, TSHLP-10, TPK-10, TVLM -10, TVK-10, TVLM-6, TLK-20, TLK-35-1, TLK-35-2, TLK-35-3, TOL-SESH 10, TOL-SESH-20, TOL-SESH-35, TSHL-SESH 0.66, หม้อแปลง Ritz, TPL-SESH 10, TZLK(R)-SESH 0.66, TV-SESH-10, TV-SESH-20 , TV-SESH-35, TSHL-SESH-10, TSHL-SESH-20 , TZLV-SESH-10 และอื่นๆ
การจำแนกประเภทของหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า
หม้อแปลงแรงดันไฟฟ้าแตกต่างกัน:
A) ตามจำนวนเฟส - เฟสเดียวและสามเฟส
b) ตามจำนวนขดลวด - สองม้วน, สามม้วน, สี่ม้วน
ตัวอย่าง 0.5/0.5S/10P;
c) ตามระดับความแม่นยำ เช่น ตามค่าความผิดพลาดที่อนุญาต
d) โดยวิธีการทำความเย็น - หม้อแปลงที่มีการระบายความร้อนด้วยน้ำมัน (น้ำมัน) ด้วยการระบายความร้อนด้วยอากาศตามธรรมชาติ (แห้งและมีฉนวนแบบหล่อ)
e) ตามประเภทของการติดตั้ง - สำหรับการติดตั้งในอาคารสำหรับการติดตั้งกลางแจ้งและสำหรับสวิตช์เกียร์ที่สมบูรณ์
สำหรับแรงดันไฟฟ้าสูงถึง 6-10 kV หม้อแปลงแรงดันไฟฟ้าจะผลิตแบบแห้งนั่นคือด้วยการระบายความร้อนด้วยอากาศตามธรรมชาติ สำหรับแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า 6-10 kV จะใช้หม้อแปลงแรงดันไฟฟ้าที่เติมน้ำมัน
หม้อแปลงไฟฟ้าภายในอาคารได้รับการออกแบบมาให้ทำงานที่อุณหภูมิแวดล้อมตั้งแต่ -40 ถึง + 45°C โดยมีความชื้นสัมพัทธ์สูงถึง 80%
ใน หม้อแปลงเฟสเดียวแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ 6 ถึง 10 kV ส่วนใหญ่จะใช้ฉนวนแบบหล่อ หม้อแปลงไฟฟ้าที่มีฉนวนหล่อนั้นเต็มไปด้วยมวลฉนวน (อีพอกซีเรซิน) ทั้งหมดหรือบางส่วน (ขดลวดเดียว) หม้อแปลงดังกล่าวซึ่งมีไว้สำหรับการติดตั้งในอาคารมีความแตกต่างอย่างมากจากหม้อแปลงน้ำมัน: มีน้ำหนักและขนาดโดยรวมน้อยกว่าและแทบไม่ต้องบำรุงรักษาระหว่างการใช้งาน
หม้อแปลงไฟฟ้าสองขดลวดสามเฟสแรงดันไฟฟ้ามีวงจรแม่เหล็กแบบสามแกนแบบธรรมดาและแบบสามขดลวด - แบบหุ้มเกราะเฟสเดียว
หม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟสสามขดลวดเป็นกลุ่มของหน่วยขั้วเดียวเฟสเดียวจำนวน 3 หน่วย ซึ่งขดลวดต่อกันตามวงจรที่เหมาะสม หม้อแปลงแรงดันไฟฟ้าสามเฟสสามขดลวดของซีรีย์เก่า (ก่อนปี 1968-1969) มีแกนแม่เหล็กหุ้มเกราะ หม้อแปลงสามเฟสมีน้ำหนักและขนาดน้อยกว่ากลุ่มหม้อแปลงไฟฟ้าเฟสเดียวสามตัว เมื่อใช้งานหม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟสเพื่อสำรอง คุณต้องมีหม้อแปลงอีกตัวที่กำลังไฟเต็ม
ในหม้อแปลงที่แช่น้ำมัน สารฉนวนและความเย็นหลักคือน้ำมันหม้อแปลง
หม้อแปลงน้ำมันประกอบด้วยวงจรแม่เหล็ก ขดลวด ถัง ฝาครอบพร้อมอินพุต แกนแม่เหล็กประกอบขึ้นจากแผ่นเหล็กไฟฟ้ารีดเย็นที่หุ้มฉนวนซึ่งกันและกัน (เพื่อลดการสูญเสียเนื่องจากกระแสไหลวน) ขดลวดทำจากลวดทองแดงหรืออลูมิเนียม เพื่อควบคุมแรงดันไฟฟ้า ขดลวด HV มีกิ่งก้านเชื่อมต่อกับสวิตช์ หม้อแปลงไฟฟ้ามีการสลับแท็ปสองประเภท: ภายใต้โหลด - ตัวเปลี่ยนแทปออนโหลด (การควบคุมโหลด) และไม่มีโหลดหลังจากถอดหม้อแปลงออกจากเครือข่าย - การสลับออฟโหลด (สวิตช์แบบไม่ตื่นเต้น) วิธีที่สองของการควบคุมแรงดันไฟฟ้าเป็นวิธีที่พบได้บ่อยที่สุดเนื่องจากเป็นวิธีที่ง่ายที่สุด
นอกเหนือจากหม้อแปลงระบายความร้อนด้วยน้ำมัน (Transformer TM) ที่กล่าวมาข้างต้นแล้ว หม้อแปลงยังผลิตในรูปแบบที่ปิดสนิท (TMG) ซึ่งน้ำมันไม่ได้สื่อสารกับอากาศ ดังนั้นจึงไม่รวมการออกซิเดชันแบบเร่งและความชื้น หม้อแปลงน้ำมันในการออกแบบที่ปิดสนิทนั้นเต็มไปด้วยน้ำมันหม้อแปลงอย่างสมบูรณ์และไม่มีตัวขยายและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของปริมาตรระหว่างการให้ความร้อนและความเย็นจะได้รับการชดเชยโดยการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของรอยย่นของผนังถัง หม้อแปลงเหล่านี้เต็มไปด้วยน้ำมันภายใต้สุญญากาศ ซึ่งจะช่วยเพิ่มความแข็งแรงทางไฟฟ้าของฉนวน
หม้อแปลงแห้งเช่นเดียวกับน้ำมันที่ประกอบด้วยแกนแม่เหล็ก ขดลวด HV และ LV ซึ่งอยู่ในปลอกป้องกัน ฉนวนและความเย็นหลักคืออากาศในบรรยากาศ อย่างไรก็ตาม อากาศเป็นสื่อฉนวนและความเย็นที่สมบูรณ์แบบน้อยกว่าน้ำมันหม้อแปลง ดังนั้นในหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแห้งช่องว่างของฉนวนและท่อระบายอากาศทั้งหมดจึงมีขนาดใหญ่กว่าหม้อแปลงน้ำมัน
หม้อแปลงไฟฟ้าแบบแห้งผลิตขึ้นโดยมีขดลวดพร้อมฉนวนแก้วทนความร้อนคลาส B (TSZ) รวมถึงฉนวนบนเคลือบซิลิโคนคลาส N (TSZK) เพื่อลดการดูดความชื้น ขดลวดจะถูกเคลือบด้วยสารเคลือบเงาพิเศษ การใช้ไฟเบอร์กลาสหรือแร่ใยหินเป็นฉนวนสำหรับขดลวดสามารถเพิ่มอุณหภูมิการทำงานของขดลวดได้อย่างมากและได้รับการติดตั้งที่กันไฟได้จริง คุณสมบัติของหม้อแปลงแห้งนี้ทำให้สามารถติดตั้งภายในห้องแห้งได้ในกรณีที่การตรวจสอบความปลอดภัยจากอัคคีภัยของการติดตั้งเป็นปัจจัยชี้ขาด บางครั้งหม้อแปลงแห้งจะถูกแทนที่ด้วยหม้อแปลงแห้งที่มีราคาแพงกว่าและยากต่อการผลิต
หม้อแปลงแห้งมีขนาดและน้ำหนักโดยรวมใหญ่กว่าเล็กน้อย (หม้อแปลง TSZ) และมีความสามารถในการโอเวอร์โหลดต่ำกว่าหม้อแปลงน้ำมัน และใช้สำหรับการทำงานในพื้นที่ปิดที่มีความชื้นสัมพัทธ์ไม่เกิน 80% ข้อดีของหม้อแปลงแห้ง ได้แก่ ความปลอดภัยจากอัคคีภัย (ไม่มีน้ำมัน) การออกแบบที่เรียบง่ายเมื่อเปรียบเทียบ และต้นทุนการดำเนินงานที่ค่อนข้างต่ำ
การจำแนกประเภทของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า
หม้อแปลงกระแสแบ่งตามเกณฑ์ต่างๆ:
1. ตามวัตถุประสงค์หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าสามารถแบ่งออกเป็นการวัด (TOL-SESH-10, TLM-10), ป้องกัน, ระดับกลาง (สำหรับรวมเครื่องมือวัดในวงจรปัจจุบันของการป้องกันรีเลย์สำหรับการปรับกระแสให้เท่ากันในวงจรป้องกันส่วนต่าง ฯลฯ) และห้องปฏิบัติการ (มีความแม่นยำสูง รวมถึงมีอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงมากมาย)
2. ตามประเภทของการติดตั้งหม้อแปลงกระแสไฟฟ้ามีความโดดเด่น:
ก) สำหรับการติดตั้งกลางแจ้งติดตั้งในสวิตช์เกียร์แบบเปิด (TLK-35-2.1 UHL1)
b) สำหรับการติดตั้งภายในอาคาร
c) ติดตั้งอยู่ในอุปกรณ์ไฟฟ้าและเครื่องจักร: สวิตช์ หม้อแปลง เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ฯลฯ
d) ค่าใช้จ่าย - วางไว้บนบุชชิ่ง (ตัวอย่างเช่นบนอินพุตไฟฟ้าแรงสูงของหม้อแปลงไฟฟ้า)
e) แบบพกพา (สำหรับการควบคุมการวัดและการทดสอบในห้องปฏิบัติการ)
3. ตามการออกแบบของขดลวดปฐมภูมิหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าจะถูกแบ่งออก:
ก) การหมุนหลายรอบ (คอยล์ ขดลวดแบบวน และขดลวดรูปแปดในแปด);
b) เลี้ยวเดี่ยว (ก้าน);
c) ยาง (TSh-0.66)
4. ตามวิธีการติดตั้งหม้อแปลงกระแสสำหรับการติดตั้งภายในและภายนอกอาคารจะแบ่งออกเป็น:
ก) จุดตรวจ (TPK-10, TPL-SESH-10)
b) การสนับสนุน (TLK-10, TLM-10)
5. ขึ้นอยู่กับฉนวนหม้อแปลงกระแสสามารถแบ่งออกเป็นกลุ่ม:
ก) พร้อมฉนวนแห้ง (พอร์ซเลน, เบกาไลท์, ฉนวนอีพ็อกซี่หล่อ ฯลฯ );
b) ด้วยฉนวนกระดาษน้ำมันและฉนวนกระดาษน้ำมันตัวเก็บประจุ
c) เต็มไปด้วยสารประกอบ
6. ตามจำนวนขั้นตอนการเปลี่ยนแปลง มีหม้อแปลงกระแส:
ก) ขั้นตอนเดียว;
b) สองขั้นตอน (น้ำตก)
7. หม้อแปลงไฟฟ้าจำแนกตามแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งาน:
ก) สำหรับแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดสูงกว่า 1,000 โวลต์
b) สำหรับแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดสูงถึง 1,000 V
การรวมกันของลักษณะการจำแนกประเภทต่างๆจะถูกป้อนลงในการกำหนดประเภทหม้อแปลงกระแสซึ่งประกอบด้วยชิ้นส่วนตัวอักษรและดิจิทัล
หม้อแปลงกระแสมีลักษณะเฉพาะตามพิกัดกระแส แรงดันไฟฟ้า ระดับความแม่นยำ และการออกแบบ ที่แรงดันไฟฟ้า 6-10 kV พวกมันถูกสร้างขึ้นเพื่อรองรับและป้อนผ่านขดลวดด้วยขดลวดทุติยภูมิหนึ่งหรือสองระดับความแม่นยำ 0.2; 0.5; 1 และ 3 ระดับความแม่นยำบ่งชี้ถึงข้อผิดพลาดสูงสุดที่หม้อแปลงกระแสนำมาใช้ในผลการวัด หม้อแปลงที่มีความแม่นยำคลาส 0.2 ซึ่งมีข้อผิดพลาดขั้นต่ำใช้สำหรับการวัดในห้องปฏิบัติการ 0.5 - สำหรับมิเตอร์จ่ายไฟ 1 และ 3 - สำหรับการจ่ายไฟให้กับขดลวดกระแสของรีเลย์และเครื่องมือวัดทางเทคนิค เพื่อความปลอดภัยในการทำงาน ขดลวดทุติยภูมิต้องต่อสายดินและต้องไม่ต่อวงจรเปิด
เมื่อติดตั้งสวิตช์เกียร์ที่มีแรงดันไฟฟ้า 6-10 kV จะใช้หม้อแปลงกระแสที่มีฉนวนแบบหล่อและพอร์ซเลนและสำหรับแรงดันไฟฟ้าสูงถึง 1,000 V - พร้อมฉนวนแบบหล่อ, ฝ้ายและพอร์ซเลน
ตัวอย่างคือหม้อแปลงกระแส 2 ขดลวดอ้างอิง TOL-SESH-10 พร้อมฉนวนหล่อสำหรับแรงดันไฟฟ้า 10 kV รุ่นการออกแบบ 11 พร้อมขดลวดทุติยภูมิ:
สำหรับเชื่อมต่อวงจรการวัดที่มีระดับความแม่นยำ 0.5 และโหลด 10 VA
- สำหรับเชื่อมต่อวงจรป้องกันที่มีระดับความแม่นยำ 10P และโหลด 15 VA
สำหรับกระแสไฟหลักที่ได้รับการจัดอันดับ 150 แอมแปร์, กระแสไฟสำรองที่ได้รับการจัดอันดับ 5 แอมป์, การปรับเปลี่ยนภูมิอากาศ "U", หมวดหมู่ตำแหน่ง 2 ตาม GOST 15150-69 เมื่อสั่งซื้อการผลิตจาก JSC VolgaEnergoKomplekt:
TOL-SESH-10-11-0.5/10R-10/15-150/5 U2 - พร้อมพิกัดกระแสหลัก - 150A, รอง - 5A
การทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำร่วมกัน หากขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลงเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดกระแสสลับ กระแสสลับจะไหลผ่านมัน ซึ่งจะสร้างฟลักซ์แม่เหล็กสลับในแกนหม้อแปลง ฟลักซ์แม่เหล็กที่เจาะเข้าไปในการหมุนของขดลวดทุติยภูมิจะเหนี่ยวนำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF) เข้าไป หากขดลวดทุติยภูมิลัดวงจรไปยังตัวรับพลังงานใด ๆ จากนั้นกระแสจะเริ่มไหลผ่านขดลวดนี้และผ่านตัวรับพลังงานภายใต้อิทธิพลของ EMF เหนี่ยวนำ
ในเวลาเดียวกัน กระแสโหลดจะปรากฏในขดลวดปฐมภูมิด้วย ดังนั้นพลังงานไฟฟ้าที่ถูกแปลงจะถูกถ่ายโอนจากเครือข่ายหลักไปยังเครือข่ายรองที่แรงดันไฟฟ้าที่ตัวรับพลังงานเชื่อมต่อกับเครือข่ายรองได้รับการออกแบบ
เพื่อปรับปรุงการเชื่อมต่อแม่เหล็กระหว่างขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิ ขดลวดทั้งสองจะถูกวางไว้บนแกนแม่เหล็กที่เป็นเหล็ก ขดลวดถูกแยกออกจากกันและจากวงจรแม่เหล็ก ขดลวดแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าเรียกว่าขดลวดไฟฟ้าแรงสูง (HV) และขดลวดแรงดันไฟฟ้าต่ำเรียกว่าขดลวดแรงดันไฟฟ้าต่ำ (LV) ขดลวดที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายของแหล่งพลังงานไฟฟ้าเรียกว่าขดลวดหลัก ขดลวดที่จ่ายพลังงานให้กับเครื่องรับเป็นเรื่องรอง
โดยทั่วไปแล้วแรงดันไฟฟ้าของขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิจะไม่เท่ากัน หากแรงดันไฟฟ้าหลักน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิ หม้อแปลงจะเรียกว่าสเต็ปอัพ หากมากกว่าแรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิจะเรียกว่าสเต็ปดาวน์ หม้อแปลงชนิดใดก็ได้ที่สามารถใช้เป็นหม้อแปลงแบบ step-up และ step-down หม้อแปลงแบบสเต็ปอัพใช้เพื่อส่งกระแสไฟฟ้าในระยะทางไกล และใช้หม้อแปลงแบบสเต็ปดาวน์เพื่อกระจายกระแสไฟฟ้าระหว่างผู้บริโภค
ในหม้อแปลงไฟฟ้าแบบสามขดลวด ขดลวดสามขดลวดที่แยกจากกันจะถูกวางไว้บนแกนแม่เหล็ก หม้อแปลงดังกล่าวซึ่งขับเคลื่อนจากขดลวดอันใดอันหนึ่งทำให้สามารถรับแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันสองแบบและจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับเครื่องรับสองกลุ่มที่แตกต่างกัน นอกจากขดลวดแรงสูงและแรงต่ำแล้ว หม้อแปลงสามขดลวดยังมีขดลวดแรงดันปานกลาง (MV)
ขดลวดหม้อแปลงจะมีรูปทรงทรงกระบอกเป็นส่วนใหญ่ ทำจากลวดทองแดงหุ้มฉนวนทรงกลมที่กระแสต่ำ และจากแท่งทองแดงสี่เหลี่ยมที่กระแสสูง
ขดลวดแรงดันต่ำตั้งอยู่ใกล้กับแกนแม่เหล็กเนื่องจากแยกได้ง่ายกว่าขดลวดไฟฟ้าแรงสูง
ขดลวดแรงดันต่ำถูกหุ้มฉนวนจากแกนด้วยชั้นของวัสดุฉนวนบางชนิด ปะเก็นฉนวนเดียวกันนี้วางอยู่ระหว่างขดลวดไฟฟ้าแรงสูงและแรงต่ำ
สำหรับขดลวดทรงกระบอก แนะนำให้กำหนดหน้าตัดของแกนแม่เหล็กให้เป็นรูปทรงกลม เพื่อไม่ให้มีช่องว่างที่ไม่ใช่แม่เหล็กเหลืออยู่ในบริเวณที่ขดลวดปกคลุม ยิ่งช่องว่างที่ไม่ใช่แม่เหล็กมีขนาดเล็กลง ความยาวของการหมุนของขดลวดก็จะยิ่งน้อยลง ดังนั้นมวลของทองแดงสำหรับพื้นที่หน้าตัดที่กำหนดของแท่งเหล็ก
อย่างไรก็ตาม การผลิตแท่งกลมเป็นเรื่องยาก แกนแม่เหล็กประกอบจากแผ่นเหล็กบาง และเพื่อให้ได้แกนกลมจะต้องใช้แผ่นเหล็กจำนวนมากที่มีความกว้างต่างกัน และต้องใช้แม่พิมพ์จำนวนมาก ดังนั้นในหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังสูง แท่งจึงมีหน้าตัดแบบขั้นบันได โดยมีจำนวนขั้นไม่เกิน 15-17 จำนวนขั้นตอนในส่วนของไม้วัดจะพิจารณาจากจำนวนมุมในหนึ่งในสี่ของวงกลม แอกของวงจรแม่เหล็ก เช่น ส่วนที่ต่อกับแท่งแม่เหล็กนั้นก็มีหน้าตัดแบบขั้นบันไดเช่นกัน
เพื่อการระบายความร้อนที่ดีขึ้นจะมีการติดตั้งท่อระบายอากาศในแกนแม่เหล็กเช่นเดียวกับในขดลวดของหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังสูงในระนาบขนานและตั้งฉากกับระนาบของแผ่นเหล็ก
ในหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังต่ำพื้นที่หน้าตัดของเส้นลวดมีขนาดเล็กและทำให้ขดลวดง่ายขึ้น แกนแม่เหล็กของหม้อแปลงดังกล่าวมีส่วนตัดขวางเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า
การให้คะแนนของหม้อแปลงไฟฟ้า
กำลังที่มีประโยชน์ซึ่งหม้อแปลงได้รับการออกแบบตามสภาวะความร้อน เช่น กำลังของขดลวดทุติยภูมิที่โหลดเต็ม (พิกัด) เรียกว่ากำลังไฟพิกัดของหม้อแปลง กำลังนี้แสดงเป็นหน่วยของกำลังปรากฏ - โวลต์-แอมแปร์ (VA) หรือกิโลโวลต์-แอมแปร์ (kVA) กำลังไฟฟ้าที่ใช้งานของหม้อแปลงแสดงเป็นวัตต์หรือกิโลวัตต์ กล่าวคือ กำลังที่สามารถแปลงจากไฟฟ้าเป็นเครื่องกล ความร้อน เคมี แสง เป็นต้น ภาพตัดขวางของสายไฟของขดลวดและทุกส่วนของหม้อแปลงไฟฟ้า เช่น เช่นเดียวกับอุปกรณ์ไฟฟ้าหรือเครื่องจักรไฟฟ้าใดๆ ไม่ได้ถูกกำหนดโดยส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่ของกระแสไฟฟ้าหรือกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานอยู่ แต่โดยกระแสไฟฟ้าทั้งหมดที่ไหลผ่านตัวนำ และด้วยเหตุนี้ จึงกำหนดโดยกำลังทั้งหมด ค่าอื่น ๆ ทั้งหมดที่แสดงลักษณะการทำงานของหม้อแปลงภายใต้เงื่อนไขที่ได้รับการออกแบบจะเรียกว่าค่าเล็กน้อย
หม้อแปลงแต่ละตัวมีเกราะที่ทำจากวัสดุที่ไม่ได้รับผลกระทบจากบรรยากาศ แผ่นนี้ติดอยู่กับถังหม้อแปลงในตำแหน่งที่มองเห็นได้และมีข้อมูลพิกัดซึ่งถูกแกะสลัก สลัก นูน หรือด้วยวิธีอื่นเพื่อให้มั่นใจถึงความทนทานของป้าย ข้อมูลต่อไปนี้ระบุไว้บนแผงหม้อแปลง:
1.แบรนด์ผู้ผลิต
2. ปีที่ผลิต
3. หมายเลขซีเรียล
4. การกำหนดประเภท
5. จำนวนมาตรฐานที่หม้อแปลงไฟฟ้าที่ผลิตขึ้นสอดคล้องกัน
6. กำลังไฟพิกัด (kVA) (สำหรับการม้วนแบบสามม้วน ให้ระบุกำลังของการม้วนแต่ละม้วน)
7. แรงดันไฟฟ้าพิกัดและแรงดันไฟฟ้าแยกของขดลวด (V หรือ kV)
8. พิกัดกระแสของแต่ละขดลวด (A)
9. จำนวนเฟส
10. ความถี่ปัจจุบัน (Hz)
11. แผนผังและกลุ่มการเชื่อมต่อของขดลวดหม้อแปลง
12. แรงดันไฟฟ้าลัดวงจร (%)
13. ประเภทของการติดตั้ง (ภายในหรือภายนอก)
14. วิธีการทำความเย็น
15. มวลรวมของหม้อแปลงไฟฟ้า (กก. หรือ ตัน)
16. มวลน้ำมัน (กก. หรือ ตัน)
17. มวลของชิ้นส่วนที่ทำงานอยู่ (กก. หรือ ตัน)
18. ตำแหน่งสวิตช์ที่ระบุบนไดรฟ์
สำหรับหม้อแปลงที่มีการระบายความร้อนด้วยอากาศเทียม กำลังของหม้อแปลงจะถูกระบุเพิ่มเติมเมื่อปิดการระบายความร้อน หมายเลขซีเรียลของหม้อแปลงยังประทับอยู่บนถังใต้แผงป้องกัน บนฝาครอบใกล้กับอินพุต HV ของเฟส A และที่ปลายด้านซ้ายของหน้าแปลนด้านบนของลำแสงแอกของวงจรแม่เหล็ก สัญลักษณ์หม้อแปลงประกอบด้วยส่วนตัวอักษรและดิจิทัล ตัวอักษรหมายถึงสิ่งต่อไปนี้:
T - สามเฟส
O - เฟสเดียว
M - การระบายความร้อนด้วยน้ำมันตามธรรมชาติ
D - การระบายความร้อนด้วยน้ำมันด้วยระเบิด (อากาศเทียมและการไหลเวียนของน้ำมันตามธรรมชาติ)
C - การระบายความร้อนของน้ำมันโดยบังคับการไหลเวียนของน้ำมันผ่านเครื่องทำน้ำเย็น
DC - น้ำมันที่มีการระเบิดและการไหลเวียนของน้ำมันแบบบังคับ
G - หม้อแปลงกันฟ้าผ่า
H ที่ส่วนท้ายของการกำหนด - หม้อแปลงไฟฟ้าที่มีการควบคุมแรงดันไฟฟ้าภายใต้โหลด
H ในสถานที่ที่สอง - เต็มไปด้วยอิเล็กทริกเหลวที่ไม่ติดไฟ
T อันดับที่สามคือหม้อแปลงไฟฟ้าสามขดลวด
หมายเลขแรกหลังจากการกำหนดตัวอักษรของหม้อแปลงแสดงกำลังไฟพิกัด (kVA) หมายเลขที่สอง - แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดของขดลวด HV (kV) ดังนั้นประเภท TM 6300/35 หมายถึงหม้อแปลงไฟฟ้าสองขดลวดสามเฟสที่มีการระบายความร้อนด้วยน้ำมันธรรมชาติด้วยกำลัง 6300 kVA และแรงดันไฟฟ้าขดลวด HV 35 kV ตัวอักษร A ในการกำหนดประเภทหม้อแปลงหมายถึงหม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติ ในการกำหนดหม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติแบบสามขดลวด ตัวอักษร A จะถูกวางไว้ที่ตัวแรกหรือตัวสุดท้าย หากวงจรหม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติเป็นวงจรหลัก (ขดลวด HV และ MV ก่อให้เกิดหม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติและมีขดลวด LV เพิ่มเติม) ตัวอักษร A จะถูกวางไว้ก่อน ถ้าวงจรหม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติเพิ่มเติม ตัวอักษร A จะถูกวางไว้สุดท้าย
หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่ขาดไม่ได้ในงานวิศวกรรมไฟฟ้า
หากไม่มีสิ่งนี้ ระบบพลังงานในรูปแบบปัจจุบันก็ไม่สามารถดำรงอยู่ได้
องค์ประกอบเหล่านี้มีอยู่ในเครื่องใช้ไฟฟ้าหลายชนิดด้วย
ผู้ที่ต้องการทำความรู้จักกับพวกเขาให้ดีขึ้นได้รับเชิญให้เข้าร่วมบทความนี้ซึ่งมีหัวข้อคือหม้อแปลงไฟฟ้า: หลักการทำงานและประเภทของอุปกรณ์ตลอดจนวัตถุประสงค์
นี่คือชื่อที่ตั้งให้กับอุปกรณ์ที่เปลี่ยนขนาดของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ มีหลายพันธุ์ที่สามารถเปลี่ยนความถี่ได้
อุปกรณ์จำนวนมากติดตั้งอุปกรณ์ดังกล่าวและยังใช้งานแยกกันอีกด้วย
เช่น การติดตั้งที่เพิ่มแรงดันไฟฟ้าเพื่อส่งกระแสไฟฟ้าไปตามทางหลวงไฟฟ้า
พวกเขาเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่สร้างโดยโรงไฟฟ้าเป็น 35 - 750 kV ซึ่งให้ประโยชน์สองเท่า:
- การสูญเสียสายไฟลดลง
- ต้องใช้สายไฟขนาดเล็ก
ในเครือข่ายไฟฟ้าในเมือง แรงดันไฟฟ้าจะลดลงเหลือ 6.1 kV อีกครั้งโดยใช้อีกครั้งในเครือข่ายการจำหน่ายที่จำหน่ายไฟฟ้าให้กับผู้บริโภค แรงดันไฟฟ้าจะลดลงเหลือ 0.4 kV (ซึ่งปกติคือ 380/)
หลักการทำงาน
การทำงานของอุปกรณ์หม้อแปลงขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งประกอบด้วยสิ่งต่อไปนี้: เมื่อพารามิเตอร์ของสนามแม่เหล็กที่ข้ามตัวนำเปลี่ยนไป EMF (แรงเคลื่อนไฟฟ้า) จะเกิดขึ้นในภายหลัง ตัวนำในหม้อแปลงมีอยู่ในรูปของขดลวดหรือขดลวด และแรงเคลื่อนไฟฟ้าทั้งหมดเท่ากับผลรวมของแรงเคลื่อนไฟฟ้าของแต่ละรอบ
สำหรับการใช้งานตามปกติ จำเป็นต้องยกเว้นหน้าสัมผัสทางไฟฟ้าระหว่างทางเลี้ยว ดังนั้นจึงใช้ลวดในปลอกฉนวน ขดลวดนี้เรียกว่าขดลวดทุติยภูมิ
สนามแม่เหล็กที่จำเป็นในการสร้าง EMF ในขดลวดทุติยภูมินั้นถูกสร้างขึ้นโดยขดลวดอื่น มันเชื่อมต่อกับแหล่งปัจจุบันและเรียกว่าหลัก การทำงานของขดลวดปฐมภูมินั้นขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำ จะมีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นรอบๆ และถ้ามันพันเข้าไปในขดลวดก็จะถูกขยาย
หม้อแปลงไฟฟ้าทำงานอย่างไร?
เมื่อไหลผ่านขดลวด พารามิเตอร์ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะไม่เปลี่ยนแปลง และไม่สามารถทำให้เกิด EMF ในขดลวดทุติยภูมิได้ ดังนั้นหม้อแปลงจึงใช้งานได้กับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเท่านั้น
ธรรมชาติของการแปลงแรงดันไฟฟ้าได้รับอิทธิพลจากอัตราส่วนของจำนวนรอบในขดลวด - ระดับประถมศึกษาและมัธยมศึกษา ถูกกำหนดให้เป็น "Kt" - สัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลง กฎหมายมีผลใช้บังคับ:
Kt = W1 / W2 = U1 / U2,
- W1 และ W2 - จำนวนรอบในขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิ
- U1 และ U2 - แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อ
ดังนั้นหากมีการหมุนในขดลวดปฐมภูมิมากขึ้น แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของขดลวดทุติยภูมิจะลดลง อุปกรณ์ดังกล่าวเรียกว่าอุปกรณ์แบบสเต็ปดาวน์ โดย Kt มีค่ามากกว่าหนึ่ง หากมีการหมุนในขดลวดทุติยภูมิมากขึ้น หม้อแปลงไฟฟ้าจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้า และเรียกว่าหม้อแปลงแบบสเต็ปอัพ Kt ของมันน้อยกว่าหนึ่ง
หม้อแปลงไฟฟ้าขนาดใหญ่
หากเราละเลยการสูญเสีย (หม้อแปลงในอุดมคติ) จากนั้นตามกฎการอนุรักษ์พลังงานจะเป็นดังนี้:
P1 = P2,
โดยที่ P1 และ P2 คือกำลังกระแสในขดลวด
เพราะว่า P=U*I, เราได้รับ:
- U1 * I1 = U2 * I2;
- I1 = I2 * (U2 / U1) = I2 / Kt
มันหมายความว่า:
- ในขดลวดปฐมภูมิของอุปกรณ์สเต็ปดาวน์ (Kt > 1) มีกระแสไฟฟ้าที่มีความแรงน้อยกว่าในวงจรทุติยภูมิ
- พร้อมหม้อแปลงสเต็ปอัพ (Kt< 1) все наоборот: сила тока в первичной катушке выше, чем в цепи вторичной.
กรณีนี้ถูกนำมาพิจารณาเมื่อเลือกหน้าตัดของสายไฟสำหรับขดลวดของอุปกรณ์
ออกแบบ
ขดลวดหม้อแปลงวางอยู่บนแกนแม่เหล็ก - ชิ้นส่วนที่ทำจากเฟอร์โรแมกเนติก หม้อแปลงไฟฟ้า หรือเหล็กแม่เหล็กอ่อนอื่น ๆ ทำหน้าที่เป็นตัวนำสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจากขดลวดปฐมภูมิไปยังขดลวดทุติยภูมิ
ภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กสลับ กระแสจะถูกสร้างขึ้นในวงจรแม่เหล็กด้วย - เรียกว่ากระแสไหลวน กระแสเหล่านี้นำไปสู่การสูญเสียพลังงานและความร้อนของวงจรแม่เหล็ก หลังเพื่อลดปรากฏการณ์นี้ให้เหลือน้อยที่สุดประกอบด้วยแผ่นเปลือกโลกหลายแผ่นที่แยกออกจากกัน
ขดลวดวางอยู่บนวงจรแม่เหล็กได้สองวิธี:
- ใกล้;
- หมุนอันหนึ่งทับอีกอัน
ขดลวดสำหรับไมโครทรานส์ฟอร์มเมอร์ทำจากฟอยล์ที่มีความหนา 20 - 30 ไมครอน อันเป็นผลมาจากการเกิดออกซิเดชันพื้นผิวของมันจะกลายเป็นอิเล็กทริกและมีบทบาทเป็นฉนวน
การออกแบบหม้อแปลงไฟฟ้า
ในทางปฏิบัติ เป็นไปไม่ได้ที่จะบรรลุอัตราส่วน P1 = P2 เนื่องจากการสูญเสียสามประเภท:
- การกระจายสนามแม่เหล็ก
- การทำความร้อนสายไฟและวงจรแม่เหล็ก
- ฮิสเทรีซีส
การสูญเสียฮิสเทรีซีสคือต้นทุนพลังงานสำหรับการกลับตัวของสนามแม่เหล็กของวงจรแม่เหล็กทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กไฟฟ้ามีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา แต่ละครั้งคุณจะต้องเอาชนะความต้านทานของไดโพลในโครงสร้างของวงจรแม่เหล็กซึ่งเรียงกันในลักษณะใดลักษณะหนึ่งในเฟสก่อนหน้า
พวกเขามุ่งมั่นที่จะลดการสูญเสียฮิสเทรีซิสโดยใช้การออกแบบแกนแม่เหล็กที่แตกต่างกัน
ดังนั้นในความเป็นจริงแล้วค่าของ P1 และ P2 นั้นแตกต่างกันและอัตราส่วน P2 / P1 เรียกว่าประสิทธิภาพของอุปกรณ์ ในการวัดจะใช้โหมดการทำงานของหม้อแปลงต่อไปนี้:
- ไม่ได้ใช้งาน;
- ลัดวงจร;
- มีภาระ
ในหม้อแปลงบางประเภทที่ทำงานด้วยแรงดันไฟฟ้าความถี่สูงจะไม่มีวงจรแม่เหล็ก
โหมดไม่ได้ใช้งาน
ขดลวดปฐมภูมิเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า และวงจรทุติยภูมิเปิดอยู่ ด้วยการเชื่อมต่อนี้ กระแสที่ไม่มีโหลดจะไหลในขดลวด ซึ่งส่วนใหญ่แสดงถึงกระแสแม่เหล็กที่เกิดปฏิกิริยา
โหมดนี้ช่วยให้คุณกำหนด:
- ประสิทธิภาพของอุปกรณ์
- อัตราส่วนการเปลี่ยนแปลง
- การสูญเสียในวงจรแม่เหล็ก (ในภาษาของมืออาชีพ - การสูญเสียในเหล็ก)
วงจรหม้อแปลงไฟฟ้าในโหมดไม่ได้ใช้งาน
โหมดลัดวงจร
ขั้วต่อของขดลวดทุติยภูมิปิดโดยไม่มีโหลด (ลัดวงจร) เพื่อให้กระแสไฟฟ้าในวงจรถูกจำกัดด้วยความต้านทานเท่านั้น แรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับหน้าสัมผัสหลักเพื่อให้กระแสไฟฟ้าในวงจรขดลวดทุติยภูมิไม่เกินค่าที่กำหนด
การเชื่อมต่อนี้ช่วยให้คุณกำหนดการสูญเสียความร้อนของขดลวด (การสูญเสียทองแดง) นี่เป็นสิ่งจำเป็นเมื่อใช้วงจรโดยใช้ความต้านทานแบบแอคทีฟแทนหม้อแปลงจริง
โหมดโหลด
ในสถานะนี้ ผู้บริโภคจะเชื่อมต่อกับขั้วของขดลวดทุติยภูมิ
ระบายความร้อน
ระหว่างการทำงานหม้อแปลงจะร้อนขึ้น
ใช้วิธีการทำความเย็นสามวิธี:
- ธรรมชาติ: สำหรับรุ่นที่ใช้พลังงานต่ำ
- บังคับอากาศ (พัดลมเป่า): รุ่นกำลังปานกลาง;
- หม้อแปลงไฟฟ้ากำลังสูงถูกระบายความร้อนด้วยของเหลว (น้ำมันเป็นหลัก)
อุปกรณ์ระบายความร้อนด้วยน้ำมัน
ประเภทของหม้อแปลงไฟฟ้า
อุปกรณ์ต่างๆ จำแนกตามวัตถุประสงค์ ประเภทของวงจรแม่เหล็ก และกำลังไฟฟ้า
หม้อแปลงไฟฟ้า
กลุ่มที่มีจำนวนมากที่สุด ซึ่งรวมถึงหม้อแปลงทั้งหมดที่ทำงานในระบบส่งไฟฟ้า
หม้อแปลงอัตโนมัติ
ประเภทนี้มีหน้าสัมผัสทางไฟฟ้าระหว่างขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิ เมื่อพันสายไฟจะมีการสรุปหลายประการ - เมื่อสลับไปมาจะใช้จำนวนรอบที่แตกต่างกันซึ่งจะเปลี่ยนอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลง- เพิ่มประสิทธิภาพ. สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าพลังเพียงบางส่วนเท่านั้นที่ถูกแปลง นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งเมื่อความแตกต่างระหว่างแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและขาออกมีน้อย
- ราคาถูก.เนื่องจากมีการใช้เหล็กและทองแดงน้อยลง (หม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติมีขนาดกะทัดรัด)
อุปกรณ์เหล่านี้มีประโยชน์ในการใช้งานในเครือข่ายที่มีแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ 110 kV ขึ้นไป โดยมีการต่อสายดินอย่างมีประสิทธิภาพที่ Kt ไม่เกิน 3-4
หม้อแปลงกระแสไฟฟ้า
ใช้เพื่อลดกระแสในขดลวดปฐมภูมิที่เชื่อมต่อกับแหล่งพลังงาน อุปกรณ์นี้ใช้ในระบบป้องกัน การวัด การส่งสัญญาณ และการควบคุม ข้อได้เปรียบเมื่อเปรียบเทียบกับวงจรการวัดแบบแบ่งคือ มีการแยกกระแสไฟฟ้า (ไม่มีหน้าสัมผัสทางไฟฟ้าระหว่างขดลวด)
ขดลวดปฐมภูมิเชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่กำลังทดสอบหรือควบคุมโดยมีโหลดเป็นอนุกรม อุปกรณ์บ่งชี้การกระตุ้น เช่น รีเลย์หรืออุปกรณ์วัดเชื่อมต่อกับขั้วต่อของขดลวดทุติยภูมิ
หม้อแปลงกระแสไฟฟ้า
ความต้านทานที่อนุญาตในวงจรคอยล์ทุติยภูมิถูกจำกัดไว้ที่ค่าที่ไม่เพียงพอ - เกือบจะลัดวงจร สำหรับคอยล์กระแสส่วนใหญ่กระแสไฟในคอยล์นี้คือ 1 หรือ 5 A เมื่อเปิดวงจรจะเกิดไฟฟ้าแรงสูงขึ้นซึ่งอาจทะลุฉนวนและทำให้อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อเสียหายได้
หม้อแปลงพัลส์
ใช้งานได้กับพัลส์สั้นซึ่งมีหน่วยวัดเป็นสิบไมโครวินาที รูปร่างของพัลส์นั้นไม่บิดเบี้ยวในทางปฏิบัติ ส่วนใหญ่ใช้ในระบบวิดีโอ
หม้อแปลงเชื่อม
เครื่องมือนี้:
- ลดความตึงเครียด
- ออกแบบมาสำหรับกระแสไฟพิกัดในวงจรขดลวดทุติยภูมิสูงถึงหลายพันแอมแปร์
คุณสามารถควบคุมกระแสการเชื่อมได้โดยการเปลี่ยนจำนวนรอบของขดลวดที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการ (มีหลายขั้ว) ในกรณีนี้ ค่าของรีแอกแทนซ์แบบเหนี่ยวนำหรือแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดทุติยภูมิจะเปลี่ยนไป ด้วยการใช้ขั้วต่อเพิ่มเติม ขดลวดจะถูกแบ่งออกเป็นส่วนๆ ดังนั้นกระแสการเชื่อมจึงถูกปรับเป็นขั้นตอน
ขนาดของหม้อแปลงส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความถี่ของกระแสสลับ ยิ่งสูง อุปกรณ์ก็จะยิ่งมีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น
หม้อแปลงเชื่อม TDM 70-460
การออกแบบเครื่องเชื่อมอินเวอร์เตอร์สมัยใหม่ใช้หลักการนี้ในนั้นกระแสสลับจะถูกประมวลผลก่อนที่จะจ่ายให้กับหม้อแปลง:
- แก้ไขโดยใช้สะพานไดโอด
- ในอินเวอร์เตอร์ - หน่วยอิเล็กทรอนิกส์ที่ควบคุมด้วยไมโครโปรเซสเซอร์พร้อมสวิตช์ทรานซิสเตอร์ที่สำคัญอย่างรวดเร็ว - มันจะกลายเป็นตัวแปรอีกครั้ง แต่มีความถี่ 60 - 80 kHz
นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมเครื่องเชื่อมเหล่านี้จึงเบาและเล็กมาก
แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งยังใช้เช่นในพีซี
หม้อแปลงแยก
อุปกรณ์นี้จำเป็นต้องมีการแยกกระแสไฟฟ้า (ไม่มีหน้าสัมผัสทางไฟฟ้าระหว่างขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิ) และ Kt เท่ากับหนึ่ง นั่นคือหม้อแปลงแยกจะทำให้แรงดันไฟฟ้าไม่เปลี่ยนแปลง จำเป็นต้องปรับปรุงความปลอดภัยในการเชื่อมต่อ
การสัมผัสองค์ประกอบที่มีไฟฟ้าของอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายผ่านหม้อแปลงดังกล่าวจะไม่ส่งผลให้เกิดไฟฟ้าช็อตอย่างรุนแรง
ในชีวิตประจำวันวิธีต่อเครื่องใช้ไฟฟ้าแบบนี้เหมาะกับห้องชื้น-ในห้องน้ำ ฯลฯ
นอกจากหม้อแปลงไฟฟ้าแล้วยังมีหม้อแปลงแยกสัญญาณอีกด้วย ติดตั้งอยู่ในวงจรไฟฟ้าเพื่อแยกกระแสไฟฟ้า
แกนแม่เหล็ก
มีสามประเภท:
- ร็อด.ทำเป็นรูปแท่งที่มีส่วนขั้นบันได คุณลักษณะดังกล่าวเป็นที่ต้องการอย่างมาก แต่สามารถนำไปใช้งานได้ง่าย
- หุ้มเกราะพวกเขานำสนามแม่เหล็กได้ดีกว่าแท่งแม่เหล็กและยังป้องกันขดลวดจากอิทธิพลทางกลอีกด้วย ข้อเสีย: ต้นทุนสูง (ต้องใช้เหล็กจำนวนมาก)
- วงแหวนประเภทที่มีประสิทธิภาพสูงสุด: สร้างสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มข้นสม่ำเสมอ ซึ่งช่วยลดการสูญเสีย หม้อแปลงที่มีแกนแม่เหล็กแบบทอรอยด์มีประสิทธิภาพสูงสุด แต่มีราคาแพงเนื่องจากความซับซ้อนในการผลิต
พลัง
โดยทั่วไปกำลังจะแสดงเป็นโวลต์-แอมแปร์ (VA) ตามเกณฑ์นี้อุปกรณ์จะถูกจัดประเภทดังนี้:- พลังงานต่ำ: น้อยกว่า 100 VA;
- กำลังเฉลี่ย: หลายร้อย VA;
มีการติดตั้งระบบไฟฟ้าแรงสูง วัดเป็นพัน VA
หม้อแปลงไฟฟ้ามีวัตถุประสงค์และคุณลักษณะต่างกัน แต่หลักการทำงานของพวกมันเหมือนกัน: สนามแม่เหล็กสลับที่สร้างขึ้นโดยขดลวดอันหนึ่งจะกระตุ้น EMF ในวินาที ซึ่งขนาดจะขึ้นอยู่กับจำนวนรอบ
ความจำเป็นในการแปลงแรงดันไฟฟ้าเกิดขึ้นบ่อยมาก ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมหม้อแปลงจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย อุปกรณ์นี้สามารถสร้างได้อย่างอิสระ
หลักการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับกฎการเหนี่ยวนำร่วมกันที่มีชื่อเสียง หากคุณเปิดขดลวดปฐมภูมิของขดลวดนี้ กระแสสลับจะเริ่มไหลผ่านขดลวดนี้ กระแสนี้จะสร้างฟลักซ์แม่เหล็กสลับในแกนกลาง ฟลักซ์แม่เหล็กนี้จะเริ่มเจาะทะลุรอบของขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้า EMF สลับ (แรงเคลื่อนไฟฟ้า) จะถูกเหนี่ยวนำให้เกิดบนขดลวดนี้ หากคุณเชื่อมต่อ (ลัดวงจร) ขดลวดทุติยภูมิกับตัวรับพลังงานไฟฟ้าบางประเภท (เช่นกับหลอดไส้ธรรมดา) จากนั้นภายใต้อิทธิพลของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้ากระแสสลับจะไหลผ่านขดลวดทุติยภูมิไป ผู้รับ.
ในเวลาเดียวกัน กระแสโหลดจะไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิ ซึ่งหมายความว่าไฟฟ้าจะถูกแปลงและส่งจากขดลวดทุติยภูมิไปยังขดลวดปฐมภูมิตามแรงดันไฟฟ้าที่โหลดได้รับการออกแบบ (นั่นคือ ตัวรับไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายทุติยภูมิ) หลักการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ง่ายๆ นี้
เพื่อปรับปรุงการส่งผ่านของฟลักซ์แม่เหล็กและเสริมข้อต่อแม่เหล็กให้วางขดลวดของหม้อแปลงทั้งหลักและรองไว้บนแกนแม่เหล็กเหล็กพิเศษ ขดลวดถูกแยกออกจากวงจรแม่เหล็กและจากกัน
หลักการทำงานของหม้อแปลงจะแตกต่างกันไปตามแรงดันไฟฟ้าของขดลวด หากแรงดันไฟฟ้าของขดลวดทุติยภูมิและขดลวดปฐมภูมิเท่ากันก็จะเท่ากับความสามัคคีจากนั้นความหมายของหม้อแปลงไฟฟ้าในฐานะตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าในเครือข่ายจะหายไป แยกหม้อแปลง step-down และ step-up หากแรงดันไฟฟ้าหลักน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิอุปกรณ์ไฟฟ้าดังกล่าวจะเรียกว่าหม้อแปลงแบบสเต็ปอัพ ถ้ารองน้อยกว่าก็ลง อย่างไรก็ตามหม้อแปลงตัวเดียวกันสามารถใช้ได้ทั้งแบบสเต็ปอัพและสเต็ปดาวน์ หม้อแปลงแบบสเต็ปอัพใช้ในการส่งพลังงานในระยะทางต่างๆ เพื่อการขนส่งและสิ่งอื่นๆ สเต็ปดาวน์ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อกระจายไฟฟ้าระหว่างผู้บริโภคเป็นหลัก โดยปกติการคำนวณจะคำนึงถึงการใช้งานในภายหลังเป็นการลดแรงดันไฟฟ้าหรือเพิ่มแรงดันไฟฟ้า
ดังที่ได้กล่าวมาแล้วหลักการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้านั้นค่อนข้างง่าย อย่างไรก็ตาม มีรายละเอียดที่น่าสนใจในการออกแบบ
ในหม้อแปลงไฟฟ้าแบบสามขดลวด ขดลวดหุ้มฉนวนสามเส้นจะวางอยู่บนแกนแม่เหล็ก หม้อแปลงดังกล่าวสามารถรับแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันได้สองแบบและส่งพลังงานไปยังเครื่องรับไฟฟ้าสองกลุ่มพร้อมกัน ในกรณีนี้พวกเขากล่าวว่านอกเหนือจากขดลวดแรงดันต่ำแล้วหม้อแปลงสามขดลวดยังมีขดลวดแรงดันปานกลางอีกด้วย
ขดลวดหม้อแปลงมีรูปทรงกระบอกและมีฉนวนหุ้มฉนวนกันอย่างสมบูรณ์ ด้วยการม้วนเช่นนี้ หน้าตัดของแท่งจะมีรูปทรงกลมเพื่อลดช่องว่างที่ไม่ใช่แม่เหล็ก ยิ่งช่องว่างดังกล่าวน้อยลง มวลของทองแดงก็จะน้อยลง ส่งผลให้มวลและราคาของหม้อแปลงลดลงด้วย
ด้วยการค้นพบและจุดเริ่มต้นของการใช้ไฟฟ้าทางอุตสาหกรรม ความต้องการเกิดขึ้นในการสร้างระบบสำหรับการแปลงและส่งมอบให้กับผู้บริโภค นี่คือลักษณะของหม้อแปลงซึ่งจะกล่าวถึงหลักการทำงาน
การปรากฏตัวของพวกเขานำหน้าด้วยการค้นพบปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าโดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษผู้ยิ่งใหญ่ Michael Faraday เมื่อเกือบ 200 ปีที่แล้ว ต่อมาเขาและเพื่อนร่วมงานชาวอเมริกัน D. Henry ได้วาดแผนผังของหม้อแปลงไฟฟ้าในอนาคต
หม้อแปลงฟาราเดย์
รูปแบบแรกของแนวคิดเกี่ยวกับเหล็กเกิดขึ้นในปี 1848 ด้วยการสร้างขดลวดเหนี่ยวนำโดยช่างชาวฝรั่งเศส G. Ruhmkorff นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียก็มีส่วนสนับสนุนเช่นกัน ในปี พ.ศ. 2415 ศาสตราจารย์ A.G. Stoletov แห่งมหาวิทยาลัยมอสโกได้ค้นพบวงฮิสเทรีซิสและอธิบายโครงสร้างของเฟอร์ริกแม่เหล็ก และ 4 ปีต่อมา P.N. Yablochkov นักประดิษฐ์ชาวรัสเซียผู้มีชื่อเสียงได้รับสิทธิบัตรสำหรับการประดิษฐ์หม้อแปลงไฟฟ้ากระแสสลับเครื่องแรก
หม้อแปลงไฟฟ้าทำงานอย่างไรและทำงานอย่างไร
หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นชื่อของ "ตระกูล" ขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยหม้อแปลงไฟฟ้าแบบเฟสเดียว, สามเฟส, สเต็ปดาวน์, สเต็ปอัพ, การวัด และหม้อแปลงประเภทอื่น ๆ อีกมากมาย วัตถุประสงค์หลักของพวกเขาคือการแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไปไปเป็นอีกแรงดันไฟฟ้าหนึ่งโดยอาศัยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าที่ความถี่คงที่
โดยสังเขปว่าหม้อแปลงเฟสเดียวที่ง่ายที่สุดทำงานอย่างไร ประกอบด้วยองค์ประกอบหลักสามประการ - ขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิและวงจรแม่เหล็กที่รวมพวกมันเข้าด้วยกันเป็นอันเดียวโดยที่พวกมันถูกพันอยู่ แหล่งกำเนิดเชื่อมต่อกับขดลวดปฐมภูมิโดยเฉพาะ ในขณะที่ขดลวดทุติยภูมิจะถอดและส่งแรงดันไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงไปแล้วไปยังผู้ใช้บริการ
ขดลวดปฐมภูมิที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายจะสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับในวงจรแม่เหล็กและก่อให้เกิดฟลักซ์แม่เหล็ก ซึ่งเริ่มไหลเวียนระหว่างขดลวด ทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF) ในขดลวดเหล่านั้น ค่าของมันขึ้นอยู่กับจำนวนรอบของขดลวด ตัวอย่างเช่น ในการลดแรงดันไฟฟ้า จำเป็นต้องมีการหมุนในขดลวดปฐมภูมิมากกว่าในขดลวดทุติยภูมิ เป็นไปตามหลักการนี้ที่หม้อแปลงแบบ step-down และ step-up ทำงาน
คุณสมบัติที่สำคัญของการออกแบบหม้อแปลงไฟฟ้าคือแกนแม่เหล็กมีโครงสร้างเหล็กและขดลวดซึ่งมักจะเป็นรูปทรงกระบอกนั้นแยกออกจากกันไม่ได้เชื่อมต่อโดยตรงถึงกันและมีเครื่องหมายของตัวเอง
หม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า
นี่อาจเป็นตระกูลหม้อแปลงที่มีจำนวนมากที่สุด โดยสรุป หน้าที่หลักของพวกเขาคือการทำให้พลังงานที่ผลิตในโรงไฟฟ้าพร้อมสำหรับการบริโภคโดยอุปกรณ์ต่างๆ เพื่อจุดประสงค์นี้ มีระบบส่งกำลังที่ประกอบด้วยสถานีย่อยหม้อแปลงไฟฟ้าแบบ step-up และ step-down และสายไฟ
ขั้นแรกไฟฟ้าที่ผลิตโดยโรงไฟฟ้าจะถูกส่งไปยังสถานีย่อยหม้อแปลงแบบ step-up (เช่นตั้งแต่ 12 ถึง 500 kV) นี่เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อชดเชยการสูญเสียไฟฟ้าอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ระหว่างการส่งผ่านในระยะทางไกล
ขั้นต่อไปคือสถานีย่อยแบบสเต็ปดาวน์จากที่ไฟฟ้าจ่ายผ่านสายไฟฟ้าแรงต่ำไปยังหม้อแปลงแบบสเต็ปดาวน์และจากนั้นไปยังผู้ใช้บริการในรูปแบบของแรงดันไฟฟ้า 220 โวลต์
แต่งานของหม้อแปลงไม่ได้จบเพียงแค่นั้น เครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือนส่วนใหญ่รอบตัวเรา ไม่ว่าจะเป็นพีซี ทีวี เครื่องพิมพ์ เครื่องซักผ้าอัตโนมัติ ตู้เย็น เตาไมโครเวฟ ดีวีดี และแม้แต่หลอดไฟประหยัดพลังงานก็มีหม้อแปลงแบบสเต็ปดาวน์ ตัวอย่างของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบ "พกพา" แต่ละตัวคือที่ชาร์จโทรศัพท์มือถือ (สมาร์ทโฟน)
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ที่หลากหลายและฟังก์ชันการทำงานนั้นสอดคล้องกับหม้อแปลงหลายประเภท นี่ไม่ใช่รายการทั้งหมด: กำลัง, ชีพจร, การเชื่อม, การแยก, การจับคู่, การหมุน, สามเฟส, หม้อแปลงยอดสูงสุด, หม้อแปลงกระแสไฟฟ้า, วงแหวน, แท่งและชุดเกราะ
พวกเขาคืออะไร หม้อแปลงแห่งอนาคต?
อุตสาหกรรมหม้อแปลงไฟฟ้าถือว่าค่อนข้างอนุรักษ์นิยม อย่างไรก็ตาม ยังต้องคำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงครั้งยิ่งใหญ่ในสาขาวิศวกรรมไฟฟ้า ซึ่งนาโนเทคโนโลยีกำลังเป็นที่รู้จักมากขึ้นเรื่อยๆ เช่นเดียวกับอุปกรณ์อื่นๆ อื่นๆ อุปกรณ์เหล่านี้จะค่อยๆ ฉลาดขึ้นเรื่อยๆ
การค้นหาเชิงรุกกำลังดำเนินการสำหรับวัสดุโครงสร้างใหม่ – ฉนวนและแม่เหล็ก – ซึ่งสามารถให้ความน่าเชื่อถือที่สูงขึ้นของอุปกรณ์หม้อแปลงไฟฟ้า ทิศทางเดียวอาจเป็นการใช้วัสดุอสัณฐานซึ่งจะเพิ่มความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือจากอัคคีภัยได้อย่างมาก
หม้อแปลงป้องกันการระเบิดและกันไฟจะปรากฏขึ้น โดยแทนที่คลอรีนไบฟีนิลซึ่งใช้ในการชุบวัสดุฉนวนไฟฟ้า จะถูกแทนที่ด้วยของเหลวที่ไม่เป็นพิษ และไดอิเล็กทริกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
ตัวอย่างนี้คือหม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง SF6 ซึ่งการทำงานของสารหล่อเย็นนั้นดำเนินการโดยก๊าซ SF6 ที่ไม่ติดไฟ ซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์ แทนที่จะอยู่ห่างจากน้ำมันหม้อแปลงที่ปลอดภัย
ถึงเวลาที่จะสร้างกริดพลังงาน "อัจฉริยะ" ที่ติดตั้งหม้อแปลงโซลิดสเตตเซมิคอนดักเตอร์พร้อมระบบควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ด้วยความช่วยเหลือซึ่งจะสามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้าได้ขึ้นอยู่กับความต้องการของผู้บริโภคโดยเฉพาะการเชื่อมต่อพลังงานทดแทนและอุตสาหกรรม แหล่งพลังงานไปยังเครือข่ายในบ้านหรือในทางกลับกันให้ปิดแหล่งพลังงานที่ไม่จำเป็นเมื่อไม่จำเป็น
อีกพื้นที่ที่มีแนวโน้มดีคือหม้อแปลงตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิต่ำ งานสร้างสรรค์ของพวกเขาเริ่มต้นขึ้นในยุค 60 ปัญหาหลักที่นักวิทยาศาสตร์ต้องเผชิญคือขนาดมหาศาลของระบบไครโอเจนิกซึ่งจำเป็นในการผลิตฮีเลียมเหลว ทุกอย่างเปลี่ยนไปในปี 1986 เมื่อมีการค้นพบวัสดุตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง ต้องขอบคุณพวกเขาที่ทำให้สามารถละทิ้งอุปกรณ์ทำความเย็นขนาดใหญ่ได้
หม้อแปลงตัวนำยิ่งยวดมีคุณภาพเฉพาะตัว: ที่ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าสูง การสูญเสียในหม้อแปลงจะมีเพียงเล็กน้อย แต่เมื่อกระแสไฟฟ้าถึงค่าวิกฤติ ความต้านทานจากระดับศูนย์จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว