หม้อแปลงไฟฟ้าคืออะไร มีหลักการทำงานอย่างไร

หม้อแปลงไฟฟ้า อุปกรณ์ไฟฟ้าประเภทหนึ่งที่มีความสำคัญต่อระบบไฟฟ้า เพราะเป็นจุดเริ่มต้นการจ่ายพลังงานไฟฟ้าเข้าสู่ระบบไฟฟ้า ในบทความนี้เราจึงจะพาไปรู้จักหม้อแปลงไฟฟ้า พร้อมแนะนำวิธีบำรุงรักษาเบื้องต้นเพื่อยืดอายุการใช้งานหม้อแปลงไฟฟ้าให้ยาวนานขึ้น

หม้อแปลงไฟฟ้าคืออะไร

หม้อแปลงไฟฟ้า (Transformer) คือ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่แปลงพลังงานไฟฟ้าในวงจรหนึ่งให้เป็นพลังงานไฟฟ้าที่มีความถี่เท่ากันในอีกวงจรหนึ่ง รวมทั้งทำหน้าที่เพิ่มหรือลดแรงดันไฟฟ้าให้มีขนาดแรงดันตามที่เราต้องการ ซึ่งปัจจุบันมีการนำหม้อแปลงไฟฟ้าไปใช้งานหลายด้าน ไม่ว่าจะเป็น การใช้ในระบบการจ่ายไฟฟ้าตามอาคารต่าง ๆ การใช้ร่วมกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เครื่องใช้ไฟฟ้า เช่น โทรทัศน์ เครื่องขยายเสียง คอมพิวเตอร์ เป็นต้น

หม้อแปลงไฟฟ้า มีส่วนประกอบอะไรบ้าง

หม้อแปลงไฟฟ้ามีส่วนประกอบที่สำคัญอยู่ 3 ส่วน ได้แก่

• แกนเหล็ก มีลักษณะเป็นแผ่นบาง ๆ เคลือบด้วยฉนวนกันความร้อนลามิเนต
• ขดลวดตัวนำ เป็นขดลวดอะลูมิเนียมหรือทองแดงหุ้มด้วยฉนวน โดยทั่วไปหม้อแปลงจะมีขดลวด 2 ชุด คือ  1. ขดลวดตัวนำปฐมภูมิ (Primary Winding) ทำหน้าที่รับแรงเคลื่อนไฟฟ้า และขดลวดทุติยภูมิ (Secondary Winding) ทำหน้าที่จ่ายแรงเคลื่อนไฟฟ้า 
• ฉนวน ช่วยป้องกันไม่ให้ขดลวดแต่ละชั้นสัมผัสกัน และป้องกันไม่ให้ขดลวดสัมผัสกับแกนเหล็ก

หม้อแปลงไฟฟ้ามีกี่ชนิด

แบ่งตามตามระบบไฟฟ้า

แบ่งตามตามระบบไฟฟ้าได้ 2 ชนิด ได้แก่

หม้อแปลงไฟฟ้าเฟสเดียว (Single Phase Transformer)

หม้อแปลงที่ประกอบด้วยขดลวดตัวนำปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิอย่างละ 1 ชุด ใช้ในระบบพลังงานไฟฟ้าเฟสเดียว ซึ่งเป็นระบบไฟฟ้าแรงดันต่ำที่ใช้งานตามอาคารบ้านเรือนทั่วไป โดยจะทำหน้าที่กระจายพลังงานและลดค่าแรงดันไฟฟ้าภายในบ้านให้เหมาะกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ

2. หม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟส (Three Phase Transformer)

หม้อแปลงที่ประกอบด้วยขดลวดตัวนำปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิอย่างละ 3 ชุด ใช้ในระบบพลังงานไฟฟ้าสามเฟส ซึ่งเป็นระบบไฟฟ้าแรงดันสูงที่ใช้ตามอาคารสำนักงานขนาดใหญ่ ห้างสรรพสินค้า โรงงานอุตสาหกรรม หรือสถานที่ที่ต้องการใช้ไฟจำนวนมาก

แบ่งตามลักษณะการใช้งาน

แบ่งตามลักษณะการใช้งานได้ 4 ชนิด ได้แก่

1. หม้อแปลงกำลัง (Power Transformer) 

หม้อแปลงที่ใช้จ่ายกำลังไฟฟ้า และแปลงแรงดันให้เหมาะสมกับระบบไฟฟ้าที่ใช้งานในส่วนต่าง ๆ ซึ่งจะมีค่ากำลังไฟฟ้าที่ใช้งานสูงและแรงดันไฟฟ้าใช้งานอย่างต่อเนื่อง หม้อแปลงประเภทนี้มีทั้งชนิดเฟสเดี่ยว และสามเฟส แต่ละประเภทมีพิกัดไฟฟ้าและจำนวนขดลวดแตกต่างกัน ดังนั้นควรเลือกให้เหมาะสมกับการใช้งาน เพื่อความปลอดภัย 

2. หม้อแปลงอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Transformer) 

หม้อแปลงที่ควบคุมการจ่ายและแปลงกำลังไฟฟ้าให้กับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ จะมีขนาดไม่เกิน 100VA เหมาะสำหรับติดตั้งเข้ากับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ เช่น คอมพิวเตอร์ โน้ตบุ๊ค ที่ชาร์จโทรศัพท์ เป็นต้น

3. หม้อแปลงเครื่องมือวัด (Instrument Transformer) 

หม้อแปลงที่ใช้สำหรับวัดค่าแรงดันไฟฟ้าและค่ากระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า ทั้งในวงจรไฟฟ้ากำลัง และวงจรอิเล็กทรอนิกส์กำลัง เรียกว่า หม้อแปลงความต่างศักย์ (Potential Transformer) และหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า(Current Transformer) รวมทั้งทำหน้าที่แปลงกระแสไฟฟ้าปริมาณสูง หรือแรงดันไฟฟ้าแรงดันสูงให้ลดลง เพื่อความปลอดภัยและความสะดวกในการใช้งาน หม้อแปลงประเภทนี้ถูกออกแบบสำหรับการใช้งานในระบบแรงดันเฟสเดี่ยว และสามเฟส

4. หม้อแปลงเฉพาะงาน  

เป็นหม้อแปลงที่ครอบคลุมหลายลักษณะการใช้งาน และอุปกรณ์ที่ใช้งานร่วมด้วย ได้แก่ หม้อแปลงแรงดันคงที่ หม้อแปลงกระแสคงที่ หม้อแปลงเฟอโรรีโซแนนซ์ (Ferroresonance Transformer) และหม้อแปลงหลายแทป (Multi Tap Transformer)

หลักการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้า

การทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้าจะเริ่มต้นจาก เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิ จะทำให้เกิดเส้นแรงแม่เหล็กรอบ ๆ ตัวนำ และกระแสไฟฟ้าที่ไหลในขดลวดจะเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ โดยเส้นแม่เหล็กจะเคลื่อนที่ตัดกับขดลวดที่พันอยู่บนแกนเหล็ก ทำให้เกิดการเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าไปยังขดลวดทุติยภูมิ และส่งถ่ายแรงดันและกระแสไฟฟ้าออกมา โดยมีแรงดันไฟฟ้าเท่ากับที่ป้อนเข้า เช่น ถ้าป้อนแรงดันไฟฟ้าเข้าที่ขดลวดปฐมภูมิ 220 โวลต์ แรงดันไฟฟ้าออกที่ขดลวดทุติยภูมิจะเท่ากับ 220 โวลต์ เช่นกัน

การต่อหม้อแปลงไฟฟ้า

การต่อหม้อแปลง (Transformer connections) เพื่อใช้งานมีอยู่ด้วยกัน 2 แบบหลัก ๆ ได้แก่

• การขนานหม้อแปลง เป็นการนำหม้อแปลงไฟฟ้าตั้งแต่ 2 ตัวขึ้นไปมาต่อขนาน หรือต่อพ่วงเข้าด้วยกัน เนื่องจากพิกัดกำลังของหม้อแปลงตัวเดิมไม่เพียงพอที่จะจ่ายโหลดเพิ่มขึ้นได้ การต่อแบบขนานจะช่วยในการจ่ายโหลดหรือจ่ายกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น
• การต่อหม้อแปลงเพื่อใช้กับระบบไฟฟ้า 3 เฟส เป็นการนำหม้อแปลงเฟสเดียวจำนวน 2 หรือ 3 ตัวมาต่อเป็นหม้อแปลง 3 เฟส เพื่อนำไปใช้งานกับระบบไฟฟ้า 3 เฟส โดยหม้อแปลงที่นำมาต่อกันต้องเหมือนกันทุกประการ ไม่ว่าจะเป็น พิกัดเควีเอ ความถี่ พิกัดแรงดัน ค่าความต้านทานของขดลวด ค่ารีแอคแตนซ์ต้องเท่ากัน

ความสูญเสียในตัวหม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่มีการสูญเสียน้อยที่สุดในบรรดาเครื่องกลไฟฟ้าชนิดอื่น ๆ โดยมีการสูญเสียเพียง 2 ส่วนเท่านั้น คือ 

• การสูญเสียในแกนเหล็ก (Iron Loss) หรือ No-Load Loss คือ ค่าไฟที่ต้องจ่ายตลอดเวลา ไม่ว่าจะมี Load หรือไม่มี ซึ่งมีค่าไม่สูง และมีค่าคงที่ตลอดเวลา
• การสูญเสียในขดลวดตัวนำ (Copper Loss) หรือ Load Loss คือ ค่าไฟที่ต้องจ่ายเมื่อมีการใช้งานจากหม้อแปลง ถ้าโหลดมาก การสูญเสียในขดลวดตัวนำก็มาก ถ้าโหลดน้อยการสูญเสียในขดลวดตัวนำก็น้อย

การระบายความร้อนของหม้อแปลงไฟฟ้า

การระบายความร้อนของหม้อแปลงไฟฟ้ามีหลายวิธี เช่น 

• การระบายความร้อนตามธรรมชาติ โดยใช้การไหลเวียนของอากาศ
• การระบายความร้อนด้วยน้ำมัน โดยแช่ตัวหม้อแปลงในน้ำมันที่บรรจุอยู่ในถังหม้อแปลง น้ำมันจะทำหน้าที่กระจายความร้อนและพาความร้อนออกไป
• การระบายความร้อนด้วยน้ำมันและการเป่าลม โดยแช่ตัวหม้อแปลงในน้ำมันที่บรรจุในถังหม้อแปลง และใช้พัดลมเป่าลมภายนอกถังเพื่อช่วยระบายความร้อน
• การระบายความร้อนด้วยน้ำมันและน้ำ โดยแช่ตัวหม้อแปลงในน้ำมันที่บรรจุในถังหม้อแปลง และมีท่อน้ำขดเป็นวงรอบหม้อแปลงไฟฟ้าภายในถัง น้ำมันเป็นตัวระบายความร้อนออกไปจากหม้อแปลง และน้ำเป็นตัวระบายความร้อนแก่น้ำมัน

ทั้งนี้ น้ำมันที่ใช้ระบายความร้อนต้องเป็นฉนวนที่ดี ทนต่อไฟฟ้าแรงดันสูง และทำหน้าที่ระบายความร้อนให้แก่ขดลวดและแกนเหล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การบำรุงรักษาหม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่ใช้งานอยู่ตลอดเวลา หากไม่ได้รับการบำรุงรักษาอาจเสื่อมสภาพและชำรุดได้ ดังนั้นควรมีการตรวจเช็กอย่างน้อยปีละ 1 ครั้ง เพื่อยืดอายุให้ใช้งานได้ยาวนานขึ้น เช่น 

• ตรวจระดับน้ำมันหม้อแปลงไฟฟ้า หากระดับน้ำมันต่ำ ต้องเติมน้ำมันเพิ่ม 
• ตรวจถังหม้อแปลงว่าชำรุด ผุ หรือขึ้นสนิมหรือไม่ 
• ตรวจวาล์วครีบระบายความร้อนว่ารั่วซึมหรือไม่ รวมทั้งตรวจให้แน่ใจว่าวาล์วเปิดอยู่เสมอเพื่อประสิทธิภาพในการระบายความร้อน
• ตรวจสารดูดความชื้น (Silica gel) หากเสื่อมคุณภาพจะเปลี่ยนเป็นสีชมพูหรือสีดำ ควรเปลี่ยนใหม่ทันที

การติดตั้งหม้อแปลงไฟฟ้าต้องติดตั้งให้ได้มาตรฐานและบำรุงรักษาสม่ำเสมอ เพื่อให้ระบบไฟฟ้าของเราทำงานได้อย่างต่อเนื่อง รวมทั้งเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของหม้อแปลงและลดความเสียหายที่อาจเป็นอันตรายในอนาคต

TETA INTERTRADE รวบรวมอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงดันต่ำ-สูง สายไฟชนิดต่าง ๆ ทั้งสายไฟทองแดง สายไฟอลูมิเนียมพร้อมบริการให้คำปรึกษาการติดตั้งระบบไฟฟ้าโดยวิศวกรชำนาญการ โดยสามารถเลือกชมสินค้าของเราได้ที่เว็บไซต์ TETA INTERTRADE หรือสอบถามเพิ่มเติมเกี่ยวกับสินค้าและบริการต่าง ๆ ได้ที่แอปพลิเคชัน Line ทีมงานของเรายินดีให้บริการ