หน้าแรก

***สวัสดีค่ะ***

ยินดีต้อนรับสู่ Blog ของ

นางสาว นิทิสา นะพันตะ

50291235 ห้อง 3c

ภาควิชา วิศวกรรมไฟฟ้า

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

เสนอ

อ.ธวัชชัย ชยาวนิช

อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้ามหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรึ

Blog นี้เป็นส่วนหนึ่งของวิชาEEE 390 Electrical Practices

ข้อมูลในบล็อกนี้นำเสนอความรู้เกี่ยวข้องกับการพันหม้อแปลง

และความรู้ต่างๆเกี่ยวกับการพันหม้อแปลง

หวังว่าคงเป็นประโยชน์แก่เพื่อนๆๆนะค่ะ

*** Basic Transformer ***

*** ข้อมูล ***

*** อุปกรณ์การพันหม้อแปลง ***

*** ขั้นตอนการพันหม้อแปลง ***

*** รูปภาพขณะทำการทดลอง ***

*** Testing Report ***

อุปกรณ์การพันหม้อแปลง

อุปกรณ์ที่ใช้ในการพันหม้อแปลง

1. Bobbin

2.เหล็กรูปตัว I และเหล็กรูปตัว E

3.ลวดทองแดง

4.Insulating Varnish (น้ำวานิช)

5.เครื่องช่วยพันเส้นลวด

6. ไม้บรรทัดเหล็กและอุปกรณ์อื่นๆ

7. คีม

8. เครื่องอบ

9. เครื่องชั่ง

ขั้นตอนการทำหม้อแปลง

ขั้นตอนการทำหม้อแปลง
1.กำหนดขนาดพิกัดของหม้อแปลง รวมไปถึง Primary voltage , Secondary Voltage
2.เมื่อเราทราบขนาดต่างๆในข้อ 1 แล้ว จากนั้นเราจะต้องเลือกขนาดลวดทองแดงที่ต้องใช้ ในที่นี้ใช้ลวดทองแดงSWG22
3.คำนวณจำนวนรอบของลวดทองแดงทั้งด้าน Primary และ Secondary โดยเลือกค่าMagnetic Flux Density โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 1.2-1.5 Tesla แต่ในที่นี้ เลือกค่า B เท่ากับ 1.18 Tesla
4.หลังจากเลือกค่า B ได้แล้ว เราก็จะมาคำนวณจำนวนรอบทั้งทางด้าน Primary และ Secondary จะได้เท่ากับ 348 รอบ link แสดงวิธีการคำนวณ : ...
5.ดำเนินการพันหม้อแปลง

ขั้นตอนที่ 1 : เริ่มจากนำลวดทองแดงที่เตรียมไว้มาใส่ในเครื่องช่วยนับรอบ

ขั้นตอนที่ 2 : ให้เราทำการพันลวดทองแดงตามจำนวนรอบที่เราได้คำนวณไว้ ที่สำคัญควรพันด้าน primary อย่างปราณีต ให้เส้นทองแดงในแต่ละรอบชิดติดกัน เพื่อที่เวลาพันด้าน secondary ลวดทองจะได้ไม่ตกหล่นตามร่อง

ขั้นตอนที่ 3 : เมื่อเราพันด้าน primary เสร็จ ให้เรานำกระดาษมาพันปิดไว้ เพื่อเป็นฉนวนกั้นระหว่างด้าน primary และ secondary

ขั้นตอนที่ 4 : ให้เราทำการ tap แรงดันด้าน secondary ที่จำนวนรอบต่างๆตามที่คำนวณไว้ ตามลำดับ

ขั้นตอนที่ 5 : หลังจากพันเสร็จก็ให้ใช้กระดาษพันปิดไว้แล้วทำการใส่แกนเหล็กรูปตัว E โดยให้ใส่สลับด้านไปมาให้ใส่ไปเรื่อยๆ จนแน่ใจว่าแน่น ไม่สามารถใส่ได้อีก

ขั้นตอนที่ 6 : จากนั้นก็ให้เราทำการใส่โครงเหล็ก ยึดติดด้วย น๊อตอย่าลืมทำที่ คล้องด้วย

ขั้นตอนที่ 7 : ให้เราทำการเคลือบหม้อแปลงด้วยน้ำยาวานิช โดยราดน้ำยาให้ทั่วทั้งด้านนอกและด้านใน

ขั้นตอนที่ 8 : มาถึงขั้นตอนสุดท้ายก็คือ การนำหม้อแปลงเข้าตู้อบโดยอบทิ้งไว้ 1 คืน ก็เป็นอันเสร็จ สามารถนำหม้อแปลงมาใช้ทดสอบได้
6.เมื่อเราทำตามขั้นตอนทุกอย่างเสร็จสิ้น เราก็จะมาทำการทดสอบประสิทธิของหม้อแปลง

รูปภาพขณะทำการทดลอง

Basic Transformer

หม้อแปลงไฟฟ้า
เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับแปลงพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับ จากวงจรหนึ่งไปยังอีกวงจรหนึ่งโดยวิธีทางวงจร แม่เหล็กซึ่งไม่ มีจุดต่อไฟฟ้าถึงกันและไม่มีชิ้นส่วนทางกลเคลื่อนที่ โดยทั่วไปเราใช้หม้อแปลงไฟฟ้าเพื่อแปลงแรงเคลื่อนไฟฟ้าให้มีขนาด ลดลงหรือเพิ่มขึ้นจากเดิมโดยมีความถี่ไฟฟ้าคงเดิม



โครงสร้างของหม้อแปลงไฟฟ้า
หม้อแปลงแบ่งออกตามการใช้งานของระบบไฟฟ้ากำลังได้ 2 แบบคือ หม้อแปลงไฟฟ้าชนิด 1 เฟส และหม้อแปลงไฟฟ้า ชนิด 3 เฟสแต่ละชนิดมีโครงสร้างสำคัญประกอบด้วย

1. ขดลวดตัวนำปฐมภูมิ (Primary Winding) ทำหน้าที่รับแรงเคลื่อนไฟฟ้า
2. ขดลวดทุติยภูมิ (Secondary Winding) ทำหน้าที่จ่ายแรงเคลื่อนไฟฟ้า 3. แผ่นแกนเหล็ก (Core) ทำหน้าที่เป็นทางเดินสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและให้ขดลวดพันรอบแกนเหล็ก
4. ขั้วต่อสายไฟ (Terminal) ทำหน้าที่เป็นจุดต่อสายไฟกับขดลวด
5. แผ่นป้าย (Name Plate) ทำหน้าที่บอกรายละเอียดประจำตัวหม้อแปลง
6. อุปกรณ์ระบายความร้อน (Coolant) ทำหน้าที่ระบายความร้อนให้กับขดลวด เช่น อากาศ , พัดลม , น้ำมัน หรือใช้ ทั้งพัดลมและน้ำมันช่วยระบายความร้อน เป็นต้น
7. โครง (Frame) หรือตัวถังของหม้อแปลง (Tank) ทำหน้าที่บรรจุขดลวด แกนเหล็กรวมทั้งการติดตั้งระบบระบาย ความร้อนให้กับหม้อแปลงขนาดใหญ่
8. สวิตช์และอุปกรณ์ควบคุม (Switch Controller) ทำหน้าที่ควบคุมการเปลี่ยนขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้า และมี อุปกรณ์ป้องกันไฟฟ้าชนิดต่าง ๆ รวมอยู่ด้วย

ขดลวด( Coil)


วัสดุที่ใช้ทำขดลวดหม้อแปลงโดยทั่วไปทำมาจากสายทองแดงเคลือบน้ำยาฉนวน มีขนาดและลักษณะลวดเป็นทรงกลม หรือแบนขึ้นอยู่กับขนาดของหม้อแปลง ลวดเส้นโตจะมีความสามารถในการจ่ายกระแสได้มากกว่าลวดเส้นเล็ก
หม้อแปลงขนาดใหญ่มักใช้ลวดถักแบบตีเกลียว เพื่อเพิ่มพื้นที่สายตัวนำให้มีทางเดินของกระแสไฟมากขึ้น สายตัวนำที่ใช้ พันขดลวดบนแกนเหล็กทั้งขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิอาจมีแทปแยก (Tap) เพื่อแบ่งขนาดแรงเคลื่อนไฟฟ้า (ในหม้อแปลงขนาดใหญ่จะใช้การเปลี่ยนแทปด้วยสวิตช์อัตโนมัติ)


ฉนวน ( Insulator)
สายทองแดงจะต้องผ่านการเคลือบน้ำยาฉนวน เพื่อป้องกันไม่ให้ขดลวดลัดวงจรถึงกันได้ การพันขดลวดบนแกนเหล็ก จึงควรมีกระดาษอาบน้ำยาฉนวน คั่นระหว่างชั้นของขดลวดและคั่นแยกระหว่างขดลวด ปฐมภูมิกับทุติยภูมิด้วย ใน หม้อแปลงขนาดใหญ่มักใช้กระดาษอาบน้ำยา ฉนวนพันรอบสายตัวนำก่อนพันเป็นขดลวดลงบนแกนเหล็ก นอกจากนี้ ยังใช้น้ำมันชนิดที่เป็นฉนวนและระบายความร้อนให้กับขดลวดอีกด้วย

แกนเหล็ก ( Core)
แผ่นเหล็กที่ใช้ทำหม้อแปลงจะมีส่วนผสมของสารกึ่งตัวนำ-ซิลิกอนเพื่อรักษาความหนาแน่นของเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้น รอบขดลวดไว้ แผ่นเหล็กแต่ละชั้นเป็นแผ่นเหล็กบางเรียงต่อกัน หลายชิ้นทำให้มีความต้านทานสูงและช่วยลดการสูญเสีย บนแกนเหล็กที่ส่งผลให้เกิดความร้อนหรือที่เรียกว่า กระแสไหลวนบนแกนเหล็กโดยทำแผ่นเหล็กให้เป็นแผ่นบางหลาย แผ่นเรียงซ้อนประกอบขึ้น เป็นแกนเหล็กของหม้อแปลง ซึ่งมีด้วยกันหลายรูปแบบเช่น แผ่นเหล็กแบบ Core และแบบ Shell ดูรูปที่ 4 และ 5

แกนเฟอร์ไรท์ ( Ferrite Core)


แกนเฟอร์ไรท์เป็นวัสดุที่มีส่วนผสมของแม่เหล็กทำให้มีความเข้ม สนามแม่เหล็กมากกว่าเหล็กและมีความต้านทานสูง จึงช่วยลดการสูญเสียบนแกนเหล็ก หรือลดความร้อนจากการเกิดกระแสไหลวนที่ความถี่สูง
แกนอากาศ ( Air Core)

รูปที่ 7 ขดลวดแกนอากาศ

นอกจากนี้ยังใช้ขดลวดแกนอากาศกับงานในระบบที่ใช้ความถี่สูงโดยไม่ต้องการให้เส้นแรง แม่เหล็กมีการอิ่มตัวหรือการ สูญเสียเกิดขึ้นที่แกนเหล็ก (ดูรูปที่ 7)
แกนทอลอยด์ ( Toroidal Core)

รูปที่ 8 หม้อแปลงไฟฟ้าแกนทอลอยด์


แกนทอลอยด์มีลักษณะคล้ายวงแหวนทำมาจากโลหะผสมสารกึ่งตัวนำ-ซิลิกอน หม้อแปลงแกนทอลอยด์มีประสิทธิภาพ สูง (95 %) เพราะแกนทอลอยด์มีสภาพความนำแม่เหล็กสูง อีกทั้งยังไม่มีช่องรอยต่อเหมือนแกนเหล็กแบบ Core และแบบ Shell จึงช่วยลดการเกิดเสียงรบกวนได้ในขณะทำงาน ดูรูปที่ 8

ข้อมูล

1. ชื่อ น.ส.นิทิสา นะพันตะ เลขประจำตัว 50291235 GPA = 2.22

2. พิกัดหม้อแปลง 110 VA Turn Ratio = 1:1
Primary Voltage = 110 V Secondary Voltage = 110 V
โครงสร้าง Shell Type
ใช้งานเป็น Autotransformer

3. ข้อมูลการออกแบบ Magnetic Flux Density (B) = 1.185 Tesla
E / N = 0.317 Volt / Turn
Core Area = 12.082 cm2
Current Density d = 2.5 A / mm2
N1 = 347 Turns Copper Wire SWG Size = 22 Area = 0.004 cm2
N2 = 347 Turns Copper Wire SWG Size = 22 Area = 0.004 cm2
Copper Area = 2.768 cm2
Window Space Factor = 60 percent
\ Net Window Area = 4.61 cm2

4. ข้อมูลการวัดและทดสอบ
น้ำหนักลวด = 0.42 kg น้ำหนักแกนเหล็ก = 2.01 kg น้ำหนัก = 2.43 kg
แกนเหล็ก กว้าง = 3.74 cm ยาว = 9.60 cm สูง = 7.90 cm
Bobbin กว้าง = 3.3 cm ยาว = 4.0 cm สูง = 4.3 cm
ขอบ Bobbin กว้าง = 1.15 cm ยาว = 4.4 cm สูง = 4.3 cm
V1 = 110 V V2 = 110 V Turn Ratio = 1 : 1

Testing report

Specification : S = 110 VA (ตามข้อมูลการออกแบบ)
Vprimary = 110 V Vsecondary = 110 V
ค่ากระแสเต็มพิกัด I pri.(Rated)= 1 A I sec.(Rated) = 1A

0. Insulating Resistance

Rprimary = 0 Ω
Rsecondary = 0 Ω
Rprimary to core = 5000 Ω
Rsecondary to core = 5000 Ω
Rpri. to sec = 5000 Ω

1. Transformation Ratio

Plot Vprimary/Vsecondary Curve& Vsecondary/Vprimary Curve

2. Approximated Equivalent Circuit

Rp = 7.975 Ω

Xp = 0.715 Ω
Rc = 1114.256 Ω

Xm = 706.46 Ω

3. Load Test (Constant Input Voltage)

n = 81.97 %

Losses = 25.6 W

S1 = 143.39 VA

S2 = 118.236 VA
Voltage Regulation = 9.58 %

4. Polarity Test

V12 = 59.8 V

V34 = 60.3 V

V13 = 120.2 V

5. Voltage Tapping ( Constant Input Voltage )

6. Step-Down Autotransformer ( Constant Input Voltage )

At Full Load Condition

n = 87.83 %

Losses = 18 W
S1 = 156.2 VA

S2 = 153.86 VA

Voltage Regulation = 6.75 %

กราฟความสัมพันธ์ Losses (W) กับ Load (or Secondary) Current (A)

7. Step-Up Autotransformer ( Constant Input Voltage )

At Full Load Condition

h = 80.94 %

Losses = 28.2 W

S1 = 148.36 VA

S2 = 123.0 VA

Voltage Regulation = 1.39 %

กราฟความสัมพันธ์ Losses (W) กับ Load (or Secondary) Current (A)

8. Voltage Regulator For Fluorescent Lamp 2 X 36 W ( Constant Input Voltage )

At Full Load Condition

h = 90.66 %

Losses = 11.7 W
S1 = 213.4 VA

S2 = 198.16 VA

Voltage Regulation = 0.23 %
กราฟความสัมพันธ์ Losses (W) กับ Load (or Secondary) Current (A)

9. Voltage Regulator For Fluorescent Lamp 2 X 36 W ( Constant Input Voltage )

At Full Load Condition

h = 90.66 %

Losses = 11.7 W
S1 = 213.4 VA

S2 = 198.16 VA

Voltage Regulation = 0.23 %
กราฟความสัมพันธ์ Losses (W) กับ Load (or Secondary) Current (A)