Transformerบทที่ 200001 by ครูประเสริฐ สุขเกษม

หนวยที่ 2

เอกสารประกอบการสอน วิชา หมอแปลงไฟฟา ชื่อหนวยการสอน

รหัส 2104 - 2107 โครงสรางและชนิดหมอแปลงไฟฟา

หนวยที่

สอนครั้งที่ 3,4 จํานวน 8 ชั่วโมง

หัวขอเรื่องและงาน 2.1 โครงสรางและสวนประกอบหมอแปลงไฟฟา 2.1.1 แกนเหล็กของหมอแปลงไฟฟา 2.1.2 ขดลวดตัวนําหมอแปลงไฟฟา 2.1.3 ฉนวนไฟฟา 2.1.4 สวนประกอบอื่นๆของหมอแปลงไฟฟา 2.2 ชนิดของหมอแปลงไฟฟา 2.2.1 แบงตามชนิดแกนเหล็ก 2.2.2 แบงตามการพันขดลวดตัวนํา 2.2.3 แบงตามการใชงานของระบบไฟฟา 2.2.4 แบงตามลักษณะการใชงาน 2.3 ถอดประกอบหมอแปลงไฟฟาแบบ คอรไทป และ แบบเชลลไทป

สาระสําคัญ โครงสรางและสวนประกอบของหมอแปลงไฟฟาสวนสําคัญคือแกนเหล็ก ขดลวดตัวนําและฉนวนไฟฟา สวนประกอบอื่นๆจะเปนอุปกรณเสริมเมื่อนําไปใชงาน ชนิดของหมอแลงไฟฟาก็จะแบงตามแกนเหล็ก การพัน ขดลวด ระบบไฟฟา และลักษณะการใชงาน

จุดประสงคทั่วไป เพือใหผูเรียนสามารถอธิบายโครงสราง สวนประกอบตางๆ ชนิด และการถอดสวนประกอบของ หมอแปลงไฟฟา

จุดประสงคเชิงพฤติกรรม 1 . อธิบายโครงสรางและสวนประกอบหมอแปลงไฟฟา 2 . ระบุชนิดของหมอแปลงไฟฟาแบบตางๆ 3 . มีความรับผิดชอบที่ดีตอการปฏิบัติงานการถอดประกอบหมอแปลงไฟฟาแบบ คอรไทป และ แบบเชลลไทป

หนวยที่ 2

2.1 .โครงสรางและสวนประกอบหมอแปลงไฟฟา 2.1.1 แกนเหล็กของหมอแปลงไฟฟาจะ ประกอบดวยแผนเหล็กบางๆอัดกันแนน เหล็กจะมีคารบอน ผสมอยู 0.4 % ซึ่งเรียกวา แผนลามิเนต ( Laminated Sheet Steel ) จะมีความหนาตามความถี่ใชงานคือ ความหนา ประมาณ 0.35 ม.ม. จะใชกับไฟฟาที่มีความถี่สูง ความหนาประมาณ 0.5 ม.ม. จะใชกับไฟฟาที่มีความถี่ต่ํา ผิวของ แผนเหล็กนี้จะเคลือบดวยฉนวนวานิช ( Vanish ) เพื่อลดการสูญเสียที่เกิดขึ้นในแผนเหล็กเนื่องจากมีกระแสไหลวน ( Eddy Current ) ซึ่งจะทําใหเกิดความรอนในหมอแปลงไฟฟา แกนเหล็กหมอแปลงไฟฟานี้จะตัดเปนรูป แบบตา ตามชนิดของแกนเหล็กดังรูป 2.1 และ รูป 2.2

รูปที่ 2.1 แกนเหล็กแบบ คอร ( Core Type )

รูปที่ 2.2 แกนเหล็กแบบ เชลล ( Shell Type ) 2.1.2 ขดลวดตัวนําหมอแปลงไฟฟา สวนมากจะเปนขดลวดทองแดงหรืออะลูมิเนียม จะหุมดวยฉนวน น้ํายาวานิช ( Vanish ) , อีนาเมล ( Enamel ) , ไวนิเฟลกซ ( Viniflex ) พันดวย ไหมแคป-รอน ( Caprone ) , เทเรไลน ( Teleline ) และฝาย ( Cotton ) ที่เปนตัวนําขนาดเสนผาศูนยกลาง 0.2 ม.ม. ถึง 1.3 ม.ม. จะพันดวยฉนวนกระดาษ เคเบิล ( Cable Paper ) ที่เปนตัวนําขนาดเสนผาศูนยกลาง 1.3 ม.ม. ถึง 4.1 ม.ม. จะพันดวยฉนวนกระดาษไฟเบอร กลาส ( Fiber Glass ) ตัวนําที่มีพื้นที่หนาตัดเปนรูปสี่เหลี่ยม ขดลวดตัวนํานี้สวนมากจะมีอยู 2 ชุด ชุดที่ตอไฟฟา เขาหมอแปลงไฟฟา จะเมื่อเรียกวาขดลวดปฐมภูมิ ( Primary Winding ) ชุดที่ตอไฟฟาออกจากหมอแปลงไฟฟา ไปใชงานจะเรียกวาขดลวดทุติยภูมิ ( Secondary Winding )

หนวยที่ 2

รูปที่ 2.3 ขดลวดตัวนําเปนทองแดงอาบน้ํายา ขดไฟเขา

ขดไฟเขา

ขดไฟออก

รูปที่ 2.4 การพันขดลวดทองแดงอาบน้ํายา 2.1.3 ฉนวนไฟฟา ( Insulator ) ที่ใชกับหมอแปลงไฟฟาขนาดเล็กที่กั้นระหวางแกนเหล็กกับขด ลวดตัวนํา กระดาษแข็งธรรมดา กระดาษไฟเบอรหรือ แผนเบกาไรท ( Begarinte ) สวนฉนวนกั้นระหวางชั้น ของขดลวดตัวนําอาจใชจะใชแผนกระดาษลอกลายบางๆ กั้นไมใหขดลวดตัวนําสัมผัสกัน หมอแปลงไฟฟาขนาด ใหญจะใชฉนวนกั้นระหวางชั้นของขดลวดตัวนํา กระดาษเคเบิล ที่มีความหนาประมาณ 0.12 ม.ม. อาจจะรอง หลายชั้นขึ้นอยูกับพิกัดกําลังใชงานของหมอแปลงไฟฟา

รูปที่ 2.5 ฉนวนไฟฟาแบบกระดาษและไฟเบอรแดง หรือ ไฟเบอร

รูปที่ 2.6 กระดาษฉนวนสําหรับหมอแปลง (Transformer Board) และ กระดาษเคลือบ (เคลือบไมลาร)

หนวยที่ 2

2.1.4 สวนประกอบอื่นๆของหมอแปลงไฟฟา หมอแปลงไฟฟาขนาดเล็กมีสวนประกอบอื่นก็จะมี ขั้วตอสายไฟเขา ขั้วตอสายไฟออก ฝาครอบ และปายบอกขนาดพิกัดกําลัง แรงดันไฟเขา แรงดันไฟออก สวนหมอแปลงไฟฟาขนาดใหญจะมีสวนประกอบอื่นอีกดังนี้ 2.1.4.1 ที่ระบายความรอน

( Corrugated tank )

2.1.4.2 ขั้วตอสายดานแรงต่ํา ( LV Bushing ) 2.1.4.3 ขั้วตอสายดานแรงสูง ( HV Bushing ) 2.1.4.4 ถังหมอแปลงไฟฟา

( Transformer tank )

2.1.4.5 ถังน้ํามันระบายความรอน ( Conservator tank ) 2.1.4.6 สวิตชปรับเปลี่ยนรอบของขดลวด

( Tap changer ) 2.1.4.

2.1.4. 2.1.4.

2.1.4.

Transformer tank

รูปที่ 2.7 สวนประกอบอื่นๆ ของหมอแปลงไฟฟา

2.2 ชนิดของหมอแปลงไฟฟา 2.2.1 2.1.4.1

แบงตามชนิดแกนเหล็กจะแบงไดเปน 3 แบบ คือ แบบคอร ( Core Type ) แกนเหล็กแบบนี้จะทําใหเกิดวงจรแมเหล็กวงจรเดียว ประกอบ

ดวยแกนเหล็กรูปตัว L กับตัว L วางสลับกัน หรือแกนเหล็กรูปตัว U กับตัว I วางสลับกัน แกนเหล็กแบบนี้จะทําใหมี เสนแรงแมเหล็กรั่วไหล เรียกวา ลีกเกจฟลั๊ก ( Leakagee Flux ) การแกปญหานี้จะทําโดยการพันขดลวดทางดานไฟ เขาและขดลวดดานไฟออกไวทั้งสองดานของแกนหมอแปลงไฟฟาและปรับแกนเหล็กใหมีชองวางระหวางแกน เหล็กกับขดลวดใหนอยลงโดยใชแกนเหล็กแบบครูซิฟอรม ( Cruciform )

หนวยที่ 2

รูปที่ 2.8 ก . แบบคอร ( Core Type ))แบบ 1 เฟส

รูปที่ 2.8 ข . แบบคอร ( Core Type )แบบ 3 เฟสแบบครูซิฟอรม ( Cruciform ) 2.1.4.2 แกนเหล็กแบบเชลล ( Sheel Type ) แกนเหล็กแบบนี้จะทําใหเกิดวงจรสนามแมเหล็ก 2 วงจร ประกอบดวยแกนเหล็กรูปตัว E กับตัว I วางสลับกันอัดกันแนนเปนแกนหมอแปลงไฟฟา การพันขดลวดจะ พันที่แกนกลางโดยจะพันขดลวดดานไฟแรงดันต่ํากอนแลวพันทับดวยขดลวดดานไฟแรงสูงไวดานนอก จะแบง ได 2 ลักษณะคือแบบแกนเดี่ยวและแบบกระจาย ( Distributed ) หรือเรียกวาแบบเบอรี่ ( Berry Type )

รูปที่ 2.9 แบบเชลล ( Shell Type ))แบบ 1 เฟส

รูปที่ 2.10

แบบเชลล ( Shell Type ))แบบ 3 เฟส

หนวยที่ 2

2.1.4.3 แกนเหล็กแบบทอรรอยด ( Toroid Type ) แกนเหล็กแบบนี้จะทําใหเกิดวงจรสนาม แมเหล็กวงจรเดียว ประกอบดวยแผนเหล็กบาง ๆ ทรงกลมวางซอนกันเรียงเปนทรงกระบอกหรือแผนเหล็กบาง ๆ มวนเปนรูปทรงกระบอก การพันขดลวดจะพันโดยรอบแกนเหล็กทั้งดานไฟเขาและดานไฟออก เปนแกนเหล็ก หมอแปลงไฟฟาที่มีการสูญเสียต่ํา มีประสิทธิภาพสูง ใชแกนเหล็กนอยเมื่อมีพิกัดกําลังไฟฟาเทากัน

รูปที่ 2.11

แกนเหล็กแบบทอรรอยด ( Toroid Type )

2.2.2 แบงตามการพันขดลวดตัวนํา การพันขดลวดตัวนําไฟฟาจะแบงไดเปน 2 แบบ คือแบบ แยกขดลวดไฟเขากับขดลวดไฟออก ( Ordinery Transformer ) และแบบใชขดลวดรวมกันหรือเรียกวาแบบออโต ( Auto - Transformer ) ทั้ง 2 แบบนี้จะมีทั้งแบบแปลงระดับแรงดันไฟฟาขึ้น ( Step Up Tramsformer ) และแบบ แปลงระดับแรงดันไฟฟาลง ( Step Down Transformer )

รูป ก . รูปที่ 2.12

รูป ข .

ก . การพันขดลวดแบบแยกขดไฟเขาและขดไฟออก ข . การพันขดลวดแบบ ออโต ( Auto - Transformer ) ขดไฟเขาและขดไฟออกจะใชรวมกัน 2.2.3 แบงตามการใชงานของระบบไฟฟาจะแบงได 2 ระบบ คือ ระบบหมอแปลงไฟฟาเฟสเดียว

( Single Phase Transformer ) จะมีขดลวดดานไฟเขาเรียกวาขดลวดปฐมภูมิ ( Primary Winding )หนึ่งชุด อีกดาน หนึ่งเปน ขดลวดไฟอออกเรียกวาขดทุติยภูมิ ( Secondary Winding ) อีกหนึ่งชุด และ ระบบหมอแปลงไฟฟา 3 เฟส ( Three Phase Transformer ) จะมีขดลวดดานไฟเขาเรียกวาขดลวดปฐมภูมิ ( Primary Winding ) สามชุด หนึ่งเปน

หนวยที่ 2

ขดลวดไฟอออกเรียกวาขดทุติยภูมิ ( Secondary Winding ) อีกสามชุด และการตอขดลวดแตละชุดจะตอไดเปน 2แบบ คือแบบ เดลตา ( Delta Connector ) และแบบ วาย หรือ สตาร ( Wye or Star Connector ) ทั้งดานไฟเขาและ ดานไฟออกแลวแตการผลิตออกมาใชงาน

ก. รูปที่ 2.13

ข.

ก . ระบบหมอแปลงไฟฟาเฟสเดียว ( Single Phase Transformer ) ข . ระบบหมอแปลงไฟฟา 3 เฟส ( Three Phase Transformer )

2.2.4 แบงตามลักษณะการนําไปใชงาน 2.2.4.1 หมอแปลงไฟฟาที่ใชจายกําลังงาน ( Power Transformer ) จะเปนหมอแปลงไฟฟา ขนาดใหญจะใชในระบบสายสงกําลัง ( Transmission Line Systems ) จะปรับแรงดันไฟฟาจากเครื่องกําเนิดไฟฟา จาก 3.5 KV, 11 KV และ 13.8 KV ใหสูงขึ้นเปน 69 KV , 115 KV , 230 KV และ 500 KV จะขึ้อยูกับระยะทางที่ ใชสงเปนสําคัญ และระบบจําหนาย ( Distribution Systems ) จะจําหนายให การไฟฟาสวนภูมิภาคจะปรับ แรงเคลื่อนไฟฟาเปน 11 KV, 22 KV และ 33 KV จําหนายใหกับการไฟฟานครหลวงจะปรับแรงดันไฟฟา 12 KVและ 24 KV สายจําหนาย แรงดันไฟสูงหรือสายปอนปฐมภูมิ ( Primary Feeder ) จากนั้นจะปรับแรงเคลื่อน ไฟฟาเพื่อใชงานเรียกวาสายจําหนาย แรงดันไฟต่ําหรือสายปอนทุติยภูมิ ( Secondary Feeder ) จะปรับแรงดันไฟฟา เปน 220 V สําหรับระบบไฟฟา 1 เฟส และปรับแรงดันไฟฟาเปน 380 V หรับระบบไฟฟา 3 เฟส

ก. รูปที่ 2.14

ข.

ก . หมอแปลงไฟฟาในระบบสายสงกําลัง ( Transmission Line Systems ) ข . หมอแปลงไฟฟาในระบบจําหนาย ( Distribution Systems )

หนวยที่ 2

2.2.4.2 หมอแปลงไฟฟาที่ใชในการวัดทางไฟฟา ( Instrument Transformer ) จะใชในระบบ การสงและการจําหนายกําลังไฟฟาซึ่งจะมีระดับแรงดันไฟฟาสูง จะใชหมอแปลงไฟฟาลดระดับของแรงดับเพื่อ ใหเหมาะสมกับเครื่องวัด ถาวัดแรงดันไฟฟาจะใชหมอแปลงไฟฟาที่เรียกวา โปเทนเทียล ทรานฟอรเมอร ( Potentail Transformer ) ถาวัดกระแสไฟฟาจะใชหมอแปลงไฟฟาที่เรียกวา เคอรเรนท ทรานฟอรเมอร ( Current Transformer ) แคลมปออน มิเตอร ( Clamp on Meter )

รูปที่ 2.15

หมอแปลงไฟฟาที่ใชในการวัดทางไฟฟา

2.2.4.3 หมอแปลงไฟฟาที่ใชในงานอิเล็กทรอนิกส (Electronic Transformer)จะใชในการ แปลงแรงเคลื่อนไฟฟาใหเหมาะสมกับวงจรอิเล็กทรอนิกสอาจจะแปลงแรงดันไฟฟาใหต่ําลงเชนแหลงจายแรง เคลื่อนไฟฟากระแสตรง 3 V , 4.5 V , 6 V , 9 V 12 V และอื่นๆ ที่เหมาะสมกับการใชงานหรืออาจจะแปลงแรง เคลื่อนไฟฟาใหสูงขึ้น เชนหมอแปลงไฟฟาแปลงแรงเคลื่อนไฟฟาสูงของเครื่องรับโทรทัศน จอคอมพิวเตอร

รูปที่ 2.16

หมอแปลงไฟฟาที่ใชในงานอิเล็กทรอนิกส