หม้อแปลงไฟฟ้า (Transformer) เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีหน้าที่ในการเปลี่ยนแปลงระดับแรงดันไฟฟ้าให้สูงขึ้นหรือต่ำลงตามความต้องการของระบบการใช้งาน โดยไม่ทำให้ความถี่ของไฟฟ้าเปลี่ยนไป หม้อแปลงไฟฟ้าใช้ในระบบส่งจ่ายไฟฟ้าเพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าสำหรับการส่งไฟฟ้าระยะไกล (เพื่อลดการสูญเสียพลังงาน) และลดแรงดันไฟฟ้าลงเมื่อถึงจุดใช้งาน
1. โครงสร้างของหม้อแปลงไฟฟ้า
หม้อแปลงไฟฟ้าประกอบด้วยส่วนหลัก 3 ส่วนคือ:
1.1 แกนเหล็ก (Core)
- ทำจากแผ่นเหล็กซิลิคอนบางๆ หลายชั้นวางซ้อนกันเพื่อช่วยลดการสูญเสียพลังงานจากการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านหม้อแปลง แกนเหล็กทำหน้าที่เป็นตัวนำสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นระหว่างขดลวดทั้งสองชุด เพื่อให้การส่งถ่ายพลังงานระหว่างขดลวดทำได้อย่างมีประสิทธิภาพ
1.2 ขดลวด (Coil or Winding)
หม้อแปลงไฟฟ้าจะมีขดลวด 2 ชุดหลัก คือ:
- ขดลวดปฐมภูมิ (Primary Winding): ทำหน้าที่รับพลังงานไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายไฟ โดยเมื่อต่อกับแหล่งไฟฟ้ากระแสสลับจะสร้างสนามแม่เหล็กในแกนเหล็ก
- ขดลวดทุติยภูมิ (Secondary Winding): รับพลังงานจากสนามแม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดปฐมภูมิ แล้วเปลี่ยนกลับเป็นพลังงานไฟฟ้าในรูปของแรงดันไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงไปตามการออกแบบของหม้อแปลง
1.3 ฉนวนไฟฟ้า (Insulation)
ฉนวนทำหน้าที่ป้องกันการลัดวงจรและการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านไปยังส่วนที่ไม่ต้องการ ทำจากวัสดุฉนวน เช่น น้ำมันหม้อแปลงหรืออากาศในหม้อแปลงขนาดเล็ก
2. หน้าที่ของหม้อแปลงไฟฟ้า
หม้อแปลงไฟฟ้ามีหน้าที่สำคัญในการ:
2.1 การเพิ่มแรงดันไฟฟ้า (Step-up Transformer)
หม้อแปลงชนิดนี้มีขดลวดทุติยภูมิมากกว่าขดลวดปฐมภูมิ ทำให้แรงดันไฟฟ้าสูงขึ้น เช่น การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าสำหรับการส่งไฟฟ้าในระยะทางไกล เพื่อให้การสูญเสียพลังงานในสายส่งน้อยลง
2.2 การลดแรงดันไฟฟ้า (Step-down Transformer)
หม้อแปลงชนิดนี้มีขดลวดทุติยภูมิน้อยกว่าขดลวดปฐมภูมิ ทำให้แรงดันไฟฟ้าลดลง เช่น การลดแรงดันไฟฟ้าก่อนที่จะเข้าสู่บ้านหรือสถานที่ทำงานเพื่อให้เหมาะสมกับการใช้งานอุปกรณ์ไฟฟ้า
2.3 การแยกวงจรไฟฟ้า (Isolation Transformer)
หม้อแปลงชนิดนี้ใช้ในการแยกส่วนของระบบไฟฟ้าเพื่อความปลอดภัย โดยไม่เปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้า ช่วยป้องกันการลัดวงจรและการเกิดไฟฟ้าดูดในบางกรณี
3. หลักการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้า
หม้อแปลงไฟฟ้าทำงานบนหลักการของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Induction) โดยกระแสไฟฟ้าสลับที่ไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิจะสร้างสนามแม่เหล็กในแกนเหล็ก ซึ่งสนามแม่เหล็กนี้จะเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าให้เกิดขึ้นในขดลวดทุติยภูมิ ระดับของแรงดันที่เหนี่ยวนำได้จะขึ้นอยู่กับอัตราส่วนจำนวนรอบของขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิ
4. ประเภทของหม้อแปลงไฟฟ้า
- หม้อแปลงไฟฟ้าแบบหนึ่งเฟส (Single-phase Transformer): ใช้ในระบบไฟฟ้ากระแสสลับแบบหนึ่งเฟส มักใช้ในบ้านเรือนและเครื่องใช้ไฟฟ้าทั่วไป
- หม้อแปลงไฟฟ้าแบบสามเฟส (Three-phase Transformer): ใช้ในระบบไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟสสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมและระบบส่งจ่ายไฟฟ้าในระยะทางไกล
สรุป
หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่สำคัญในการส่งและจ่ายไฟฟ้าให้มีประสิทธิภาพและเหมาะสมกับการใช้งาน ช่วยลดการสูญเสียพลังงานและปรับระดับแรงดันไฟฟ้าให้ตรงตามความต้องการของระบบ