บทที ่2 ทฤษฏแีละหลกัการ เคร่ืองจ่ายไฟส ารอง

2.1 Battery charger battery charger ความหมาย คือ (เคร่ืองอดักระแสไฟฟ้าเขา้ในหมอ้แบตเตอร่ี, โดยแปลง กระแสไฟฟ้าสลบัมาเป็นกระแสไฟตรง

รูปที ่2.1 เคร่ืองประจุแบตเตอร่ีแบบอตัโนมัติ กล่าวถึงหลกัการออกแบบและการท างานของเคร่ืองประจุแบตเตอร่ีแบบอตัโนมติั ท่ีท าหนา้ท่ีเป็น

เคร่ือง UPS. ของระบบไฟฟ้ากระแสตรง (DC. Uninterruptible Power Supply) กล่าวคือ สามารถจ่ายพลงังานไฟ DC. (กระแสตรง) เก็บสะสมในหมอ้แบตเตอร่ีไดท้ั้งการประจุแบบปกติ (Float Charge, Normal Charge) หรือการประจุแบบรุนแรง (Equalizing Charge, Boost Charge) พร้อมๆ กบัการจ่ายไฟใหแ้ก่โหลด ท่ีตอ้งการระบบไฟ DC. หลกัการออกแบบและการท างาน ในภาวะปกติเม่ือระบบไฟท่ีใชก้นัอยูเ่ป็นระบบไฟ AC. ถูกแปลงใหเ้ป็นระบบไฟ DC. แลว้ พลงังานไฟฟ้าเหล่าน้ีจะถูกเก็บสะสมในหมอ้แบตเตอร่ี และจ่ายไฟ DC. ใหก้บัโหลดไปพร้อมๆ กนั ในภาวะท่ีระบบไฟ AC. ผดิปกติ เช่น ไฟตก ไฟเกิน หรือไฟดบั แบตเตอร่ีก็จะจ่ายพลงัไฟฟ้าใหแ้ก่โหลดทนัที และเม่ือไฟ AC. ของ การไฟฟ้าฯ กลบัสู่สภาวะปกติใหม่อีกคร้ังเคร่ืองประจุแบตเตอร่ีก็จะท าหนา้ท่ีประจุ แบตเตอร่ีใหม่ ทั้งน้ีอาจจะเป็นการประจุแบบปกติ หรือประจุแบบรุนแรง ข้ึนอยูก่บัการออกแบบระบบ Automatic Equalizing Device (AED.) ขณะเดียวกบัท่ีความสามารถในการควบคุมระดบัแรงดนัไฟ DC. ท่ีจ่ายใหก้บัโหลดใหมี้ระดบัคงท่ีอยูเ่สมอนั้น ข้ึนกบัการออกแบบระบบ Silicon Dropper (SID.)

ส่วนแปลงไฟฟ้ากระแสสลบัเป็นกระแสตรง วงจรแปลงกระแสน้ีออกแบบเป็นระบบ SCR. Full Wave Rectifier ทั้งน้ีการเปิดปิดของ SCR. ซ่ึง

ท าหนา้ท่ีควบคุมระดบัแรงดนัไฟฟ้ากระแสตรงน้ีจะถูกควบคุมดว้ยวงจรจุดชนวน (Firing Control Circuit) ส่วนวงจรจุดชนวน วงจรจุดชนวนFiring Control & Charge Fail Circuit) ท าหนา้ท่ีสร้างสัญญาณไฟจุดชนวน SCR. เพื่อรักษาและปรับระดบัแรงดนัไฟฟ้ากระแสตรงใหค้งท่ีเม่ือมีการเปล่ียนแปลงของแรงดนัไฟฟ้าขาเขา้หรือมีการเปล่ียนแปลงของโหลดซ่ึงมีวงจรการท างานดงัแสดงในรูป ส่วนควบคุมภาวะประจุแบตเตอร่ี

ส่วน AED. น้ี (Automatic Equalizing Device : AED.) มีบทบาทส าคญัต่ออายกุารใชง้านของแบตเตอร่ี เพราะผลจากการประจุแบตเตอร่ีท่ีไม่เหมาะสมกบัภาวะ หรือชนิดของแบตเตอร่ีจะท าให้แบตเตอร่ีเสียหายหรืออายกุารใชง้านสั้นลงกวา่ปกติ หรืออาจมีผลเสียหายต่อการใชง้าน การออกแบบจะเลือกชนิดการประจุแบตเตอร่ีแบบปกติหรือแบบรุนแรง โดยการนบัระยะเวลาท่ีไฟ AC. ผดิปกติ หรือดบัไป หรือระยะเวลาท่ีเคร่ืองประจุแบตเตอร่ีในภาวะรุนแรงมาเปรียบเทียบกบัเวลาท่ีตั้งไว ้โดยเวลาท่ีตั้งน้ีจะเลือกพิจารณาความเหมาะสมของภาวะการใชง้าน หรือตามชนิดของแบตเตอร่ีท่ีใชห้รือตามชนิดของแบตเตอร่ีท่ีใช ้จากวงจรการท างานดงัแสดง ดงัน้ี 1. ปกติทัว่ไป เวลาท่ีตั้งไวส้ามารถตั้งอยูใ่นช่วงเวลา 1 นาทีถึง 2 ชัว่โมง 2.การพิจารณาก าหนดระยะเวลาในการประจุแบบรุนแรง ช่วงเวลาหน่ึงแลว้กลบัคืนสู่การประจุแบบปกติ ทั้งน้ีตามคุณสมบติัทัว่ๆ ไปของแบตเตอร่ี หรือความจ าเป็นเร่งด่วนในการใชง้านท่ีมีความจ าเป็นท่ีตอ้งประจุแบตเตอร่ีแบบรุนแรง เพื่อเพิ่มพลงังานไฟฟ้าท่ีเก็บสะสมในแบตเตอร่ีถึงระดบัหน่ึงแลว้จึงประจุแบบปกติจากการ การออกแบบระยะเวลาในการประจุแบบรุนแรงสามารถตั้งเวลาไดต้ามตอ้งการตั้งแต่ 1 นาทีถึง 72 ชัว่โมง ส่วนควบคุมแรงดันไฟฟ้าให้คงทีอ่ยู่เสมอ

ดงัท่ีกล่าวมาแลว้ เคร่ืองประจุแบตเตอร่ีแบบอตัโนมติัท าหนา้ท่ีเป็นเคร่ือง UPS. ระบบไฟ DC. ดว้ยนัน่เอง เคร่ืองประจุแบตเตอร่ีน้ี จะตอ้งใหแ้รงดนัไฟ DC. แก่โหลดในค่าปกติท่ีคงท่ีค่าหน่ึง เช่น 24 V.DC. หรือ 48 V.DC. เป็นตน้ ไม่วา่ในขณะนั้น เคร่ืองประจุแบตเตอร่ีก าลงัประจุแบตเตอร่ีอยูใ่นแบบปกติหรือแบบรุนแรงก็ตาม ซ่ึงระดบัแรงดนัท่ีจ่ายใหแ้บตเตอร่ียอ่มสูงกวา่ 24 V.DC. หรือ 48 V.DC.

วงจร SID. (Silicon Dropper) จะควบคุมปิดแมกเนติกคอนแทคเตอร์ให้คร่อมไดโอดเพื่อเพิ่มแรงดนัไฟฟ้าท่ีจะจ่ายแก่โหลด หรือควบคุมปิดแมกเนติกคอนแทคเตอร์ เพื่อให้มีแรงดนัไฟฟ้าส่วนหน่ึง ตกคร่อมไดโอดท่ีต่ออนุกรมอยูก่บัโหลด จะท าใหแ้รงดนัไฟฟ้าท่ีจ่ายแก่โหลดมีค่าลดลง การออกแบบไดอ้อกแบบ Dropper ไว ้2 ชุด กล่าวคือในภาวะท่ีประจุแบตเตอร่ีแบบปกติ ไดโอดชุดหน่ึงจะถูกลดัวงจรคร่อมดว้ยคอนแทคเตอร์ ส่วนไดโอดอีกชุดจะต่ออนุกรมกบัโหลดท าให้มีแรงดนัไฟฟ้าเท่ากบัท่ีโหลดต้องการตามพิกัด ส่วนในภาวะท่ีประจุแบบรุนแรง คอนแทคเตอร์จะถูกเปิดออกหมด เพื่อให้แรงดนัไฟฟ้าท่ีคร่อมไดโอดสูงข้ึนตามท่ีตอ้งการในการใช้งานจริง ในกรณีท่ีเกิดภาวะไฟผิดปกติหรือเกิด

ไฟดบั แบตเตอร่ีจะท าหน้าท่ีเป็นตวัจ่ายพลงังานทดแทน คอนแทคเตอร์จะคร่อมไดโอดทั้งสองชุด ท าให้แรงดนัไฟ DC. ท่ีจ่ายแก่โหลดจะเท่าแรงดนัไฟDC.ของแบตเตอร่ีในขณะนั้นส่วนตรวจสอบแรงดนัDC.ท่ีจ่ายให้แก่โหลดในส่วนน้ีวงจรจะท าหนา้ท่ีตรวจสอบแรงดนัไฟฟ้ากระแสตรงท่ีจ่ายแก่โหลดวา่มีค่าสูงหรือต ่ากวา่พิกดัท่ีตั้งไวห้รือไมถ่า้สูงกวา่หรือต ่ากวา่ หลอด LED ก็จะแสดงให้ทราบวา่เกิดภาวะไฟผิดปกติข้ึนในเคร่ืองประจุแบตเตอร่ี ซ่ึงอาจจะป้องกนัโดยตดัโหลดออกก็ได ้โดยเพิ่มแมคเนติคคอนแทคเตอร์อีกตวัหน่ึง ท าการตดัต่อไฟท่ีจะจ่ายแก่โหลด 2.2 หม้อแปลงไฟฟ้า (Transformer)

หมอ้แปลงไฟฟ้า (Transformer) คือ เคร่ืองกลไฟฟ้าชนิดหน่ึงท่ีมีหน้าท่ีในการเพิ่มหรือลดระดบัแรงดนัไฟฟ้านอกจากน้ียงัใชห้มอ้แปลงไฟฟ้าเป็นตวัปรับอิมพีแดนซ์ (Impedance Matching)และใชเ้ป็นตวัแยกระบบไฟฟ้าไม่ให้ต่อเน่ืองกนั (Isolation Transformer) เพื่อวดักบัเคร่ือมืออิเล็กทรอนิกส์ ลกัษณะตวัอยา่งของหมอ้แปลงไฟฟ้าสามารถแสดงไดด้งัรูปท่ี 2.2 และ รูปท่ี 2.3

รูปที ่2.2 หม้อแปลงไฟฟ้าชนิด 1 เฟส

รูปที ่2.3 หม้อแปลงไฟฟ้าชนิด 3 เฟส 2.2.1 โครงสร้างของหมอ้แปลงไฟฟ้า

หมอ้แปลงไฟฟ้าแบ่งออกตามการใชง้านของระบบไฟฟ้าก าลงัได ้2 แบบคือ หมอ้แปลงไฟฟ้าชนิด 1 เฟส และหมอ้แปลงไฟฟ้าชนิด 3 เฟสแต่ละชนิดมีโครงสร้างส าคญัประกอบดว้ย 1. ขดลวดตวัน าปฐมภูมิ (Primary Winding) ท าหนา้ท่ีรับแรงเคล่ือนไฟฟ้า 2. ขดลวดทุติยภูมิ (Secondary Winding) ท าหนา้ท่ีจ่ายแรงเคล่ือนไฟฟ้า 3. แผน่แกนเหล็ก (Core) ท าหนา้ท่ีเป็นทางเดินสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและใหข้ดลวดพนัรอบ

แกนเหล็ก 4. ขั้วต่อสายไฟ (Terminal) ท าหนา้ท่ีเป็นจุดต่อสายไฟกบัขดลวด 5. แผน่ป้าย (Name Plate) ท าหนา้ท่ีบอกรายละเอียดประจ าตวัหมอ้แปลง 6. อุปกรณ์ระบายความร้อน (Coolant) ท าหนา้ท่ีระบายความร้อนใหก้บัขดลวด เช่น อากาศ

พดัลม, น ้ามนั หรือใชท้ั้งพดัลมและน ้ามนัช่วยระบายความร้อน เป็นตน้ 7. โครง (Frame) หรือตวัถงัของหมอ้แปลง (Tank) ท าหนา้ท่ีบรรจุขดลวด แกนเหล็ก

รวมทั้งการติดตั้งระบบระบายความร้อนใหก้บัหมอ้แปลงขนาดใหญ่ 8. สวติช์และอุปกรณ์ควบคุม (Switch Controller) ท าหนา้ท่ีควบคุมการเปล่ียนขนาดของ แรงเคล่ือนไฟฟ้า และมีอุปกรณ์ป้องกนัไฟฟ้าชนิดต่าง ๆ รวมอยูด่ว้ย

โครงสร้างของหมอ้แปลงไฟฟ้าชนิด 1 เฟสดงัรูปท่ี 2.4 จะมีส่วนประกอบของขดลวด 1 ชุด และหมอ้แปลงไฟฟ้าชนิด 3 เฟสดงัรูปท่ี 2.6 จะมีส่วนประกอบของขดลวด 2 ถึง 3 ชุด เน่ืองจาก หมอ้แปลงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์จ่ายก าลงัไฟฟ้าจึงมีขนาดเป็นโวลตแ์อมป์ (VA) หมอ้แปลงไฟฟ้าขนาดใหญ่จะมีขนาดเป็นกิโลโวลตแ์อมป์ (kVA) และเมกกะโวลตแ์อมป์ (MVA) ตามล าดบั ส าหรับส่วนประกอบขา้งตน้ในขอ้ 6 ถึง 8 เป็นระบบท่ีมีอยูใ่น หมอ้แปลงไฟฟ้าขนาดใหญ่จะไม่ขอกล่าวไวใ้นท่ีน้ี

รูปที ่2.4 โครงสร้างของหม้อแปลงไฟฟ้า

รูปที ่2.5 หม้อแปลงไฟฟ้าชนิด 1 เฟส

รูปที ่2.6 หม้อแปลงไฟฟ้าชนิด 3 เฟส 2.2.2 ขดลวด (Coil)

วสัดุท่ีใช้ท าขดลวดหมอ้แปลงไฟฟ้าโดยทัว่ไปท ามาจากสายทองแดงเคลือบน ้ ายาฉนวน มีขนาดและลกัษณะลวดเป็นทรงกลมหรือแบนข้ึนอยูก่บัขนาดของหมอ้แปลงไฟฟ้า ลวดเส้นโตจะมีความสามารถในการจ่ายกระแสไฟฟาไดม้ากกวา่ลวดเส้นเล็ก หมอ้แปลงไฟฟ้าขนาดใหญ่มกัใชล้วดถกัแบบตีเกลียวเพื่อเพิ่มพื้นท่ีสายตวัน าใหมี้ทางเดินของกระแสไฟฟ้ามากข้ึน สายตวัน าท่ีใชพ้นัขดลวดบนแกนเหล็กทั้งขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิอาจมีแทปแยกเพื่อแบ่งขนาดแรงเคล่ือนไฟฟ้า สามารถแสดงไดด้งัรูป 2.7

รูปที ่2.7 สายทองแดงเคลอืบน า้ยา

2.2.3 ฉนวน (Insulator)

สายทองแดงจะตอ้งผา่นการเคลือบน ้ ายาฉนวนเพื่อป้องกนัไม่ให้ขดลวดลดัวงจรถึงกนัได ้การพนัขดลวดบนแกนเหล็กจึงควรมีกระดาษอาบน ้ ายาฉนวนคัน่ระหว่างชั้นของขดลวด และคัน่แยกระหว่างขดลวดปฐมภูมิกบัทุติยภูมิดว้ยในหมอ้แปลงไฟฟ้าขนาดใหญ่มกัใช้กระดาษอาบน ้ ายาฉนวนพนัรอบสายตวัน าก่อนพนัเป็นขดลวดลงบนแกนเหล็ก นอกจากน้ียงัใช้น ้ ามนัชนิดท่ีเป็นฉนวนและระบายความร้อนใหก้บัขดลวดอีกดว้ย 2.2.4 แกนเหล็ก (Core)

แผน่เหล็กท่ีใชท้ าหมอ้แปลงไฟฟ้าจะมีส่วนผสมของสารก่ึงตวัน า-ซิลิกอนเพื่อรักษาความหนาแน่นของเส้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้าท่ีเกิดข้ึนรอบขดลวดไว ้แผน่เหล็กแต่ละชั้นเป็นแผน่เหล็กบา เรียงต่อกนัหลายช้ินท าให้มีความตา้นทานสูงและช่วยลดการสูญเสียบนแกนเหล็กท่ีส่งผลให้เกิดความร้อนหรือท่ีเรียกว่ากระแสไฟฟ้าไหลวนบนแกนเหล็กโดยท าแผ่นเหล็กให้เป็นแผ่นบางหลายแผ่นเรียงซ้อนประกอบข้ึนเป็นแกนเหล็กของหมอ้แปลงไฟฟ้า ซ่ึงมีดว้ยกนัหลายรูปแบบเช่น แผน่เหล็กแบบ Core และแบบ Shell ดงัรูปท่ี 2.8 และ 2.9

แบบ Core แบบ Shell รูปที ่2.8 แกนเหลก็หม้อแปลงไฟฟ้าชนิด 1 เฟส

แบบ Core แบบ Shell รูปที ่2.9 แกนเหลก็หม้อแปลงไฟฟ้าชนิด 3 เฟส

2.2.5 แกนเฟอร์ไรท ์(Ferrite Core)

แกนเฟอร์ไรท์ เป็นวสัดุท่ีมีส่วนผสมของแม่เหล็กไฟฟ้าท าให้มีความเขม้ สนามแม่เหล็กไฟฟ้ามากกว่าเหล็กและมีความตา้นทานสูง จึงช่วยลดการสูญเสียบนแกนเหล็ก หรือลดความร้อนจากการเกิดกระแสไฟฟ้าไหลวนท่ีความถ่ีสูง ดงัรูปท่ี 2.10

(ก) แบบแท่ง ( Rod) (ข) แบบวงแหวน (Ring)

รูปที ่2.10 แกนเฟอร์ไรท์ 2.2.6 แกนอากาศ (Air Core)

นอกจากน้ียงัใชข้ดลวดแกนอากาศกบังานในระบบท่ีใชค้วามถ่ีสูงโดยไม่ตอ้งการใหเ้ส้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้ามีการอ่ิมตวัหรือการสูญเสียเกิดข้ึนท่ีแกนเหล็ก ดงัรูปท่ี 2.11

รูปที ่2.11 ขดลวดแกนอากาศ

2.2.7 แกนทอรอยด ์(Toroidal Core) แกนทอรอยด์ มีลกัษณะคลา้ยวงแหวนท ามาจากโลหะผสมสารก่ึงตวัน า-ซิลิกอนหมอ้แปลงไฟฟ้า

แกนทอรอยด ์มีประสิทธิภาพสูง ( 95 %) เพราะแกนทอรอยด์มีสภาพความน าแม่เหล็กไฟฟ้าสูง อีกทั้งยงัไม่มีช่องรอยต่อเหมือนแกนเหล็กแบบ Core และแบบ Shell จึงช่วยลดการเกิดเสียงรบกวนไดใ้นขณะท างาน ดงัรูปท่ี 2.12 (ก) และ (ข)

(ก) ภาพของจริง (ข) ภาพสัญลกัษณ์

รูปที ่2.12 แกนทอรอยด์ 2.2.8 แผน่ป้าย (Name Plate)

แผน่ป้ายจะติดไวท่ี้ตวัถงัของหมอ้แปลงไฟฟ้าเพื่อแสดงรายละเอียดประจ าตวัหมอ้แปลงไฟฟ้าอาจเร่ิมจากช่ือบริษทัผูผ้ลิต ชนิดรุ่น และขนาดของหมอ้แปลงไฟฟ้า ขนาดของก าลงัไฟฟ้า แรงเคล่ือนไฟฟ้า

ดา้นรับกระแสไฟฟ้าและดา้นจ่ายกระแสไฟฟ้า ความถ่ีใชง้าน วงจรขดลวด ลกัษณะการต่อใชง้าน ขอ้ควรระวงั อุณหภูมิ มาตรฐานการทดสอบ และอ่ืน ๆ ดงัรูปท่ี 2.13

รูปที ่2.13 แผ่นป้ายของหม้อแปลงไฟฟ้า 2.2.9 สัญลกัษณ์ของหมอ้แปลงไฟฟ้า (Symbol of Transformer)

สัญลกัษณ์ของหมอ้แปลงไฟฟ้าจะใช้สัญลกัษณ์ของขดลวดแสดงจ านวนขดลวดและแกนเหล็ก บางคร้ังการเขียนสัญลกัษณ์ขดลวดแบบมีแกนเหล็กอาจไม่ไดแ้สดงสัญลกัษณ์แกนเหล็กไวใ้ห้เห็น ดังรูปท่ี 2.13 อยา่งไรก็ตามการเขียนสัญลกัษณ์ของหมอ้แปลงไฟฟ้าควรมีรายละเอียดระบุขั้วและการต่อวงจรดว้ย ดงัในรูปท่ี 2.14 (ก) เป็นตวัอยา่งแสดงหมอ้แปลงไฟฟ้าชนิด 3 เฟส เฟส A, B และ C ท่ีมีขดลวดดา้นรับไฟฟ้าต่อแบบเดลตา้ และขดลวดดา้นจ่ายไฟต่อแบบสตาร์ ส าหรับรูปท่ี 2.14 (ข) เป็นสัญลกัษณ์แบบเส้นเด่ียว (One Line Diagram) ของหมอ้แปลงไฟฟ้าท่ีแสดงในรูปท่ี 2.14 (ก)

แกนอากาศ

แกนเหล็ก

แยกขดลวด

แปลงลง แปลงข้ึน แทปกลาง

หมอ้แปลง ออโต ้

รูปที ่2.14 สัญลกัษณ์ของหม้อแปลงไฟฟ้าชนิด 1 เฟส

(ก) แบบแสดงการต่อวงจรขดลวด (ข) แบบเส้นเด่ียวระบุการต่อวงจรขดลวด

รูปที ่2.15 สัญลกัษณ์ของหม้อแปลงไฟฟ้าชนิด 3 เฟส

2.2.10 หลกัการท างานของหมอ้แปลงไฟฟ้า การท างานของหมอ้แปลงไฟฟ้าใชก้ารส่งถ่ายพลงังานไฟฟ้าจากวงจรหน่ึง(ขดลวดปฐมภูมิ-Primary

Winding) ซ่ึงกระแสไฟฟ้าท่ีป้อนเขา้มาจะสร้างเส้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้า (Flux) และแรงแม่เหล็กไฟฟ้าข้ึนในแกนเหล็ก (Iron Core) กระแสไฟฟ้าท่ีไหลในขดลวดเป็นไฟฟ้ากระแสสลบั ขั้วแม่เหล็กไฟฟ้าท่ีเกิดข้ึนจึงสลบัขั้วกลบัไปกลบัมาดว้ยความเร็วเท่ากบัความถ่ีไฟฟ้า เส้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้าท่ีเกิดข้ึนจะเคล่ือนท่ีตดักบัขดลวดท่ีพนัอยูบ่นแกนเหล็ก ท าใหเ้กิดการเหน่ียวน าแรงดนัไฟฟ้า (Induced EMF) ไปยงัขดลวดทุติยภูมิ ส่งถ่ายเป็นแรงดนัไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าออกมา โดยมีความถ่ีไฟฟ้าเท่ากบัความถ่ีไฟฟ้าท่ีป้อนเขา้มา การท างานของหมอ้แปลงไฟฟ้าจะไม่มีส่วนใดเคล่ือนท่ีเหมือนมอเตอร์ จึงมีการสูญเสียก าลงังานในขณะท างานนอ้ยกวา่มอเตอร์สามารถแสดงไดด้งัรูป 2.16

รูปที่ 2.16 หลกัการท างานของหม้อแปลงไฟฟ้า

ตารางที ่2.1 แสดงสัญลกัษณ์ในสมการที ่1-4 E : แรงเคล่ือนไฟฟ้าจากแหล่งไฟฟ้าสลบั (โวลต)์ R : โหลดตวัตา้นทาน (โอห์ม) V : แรงเคล่ือนไฟฟ้าเหน่ียวน า (โวลต)์ I : กระแสไฟฟ้า (แอมป์) N : จ านวนรอบของขดลวด (รอบ) f : ความถ่ี (รอบต่อวินาที) A : พื้นท่ีหนา้ตดัของแกนเหล็ก (ตารางเมตร) t : เวลา (วนิาที) “P” : ปฐมภูมิ (Primary) “S” : ทุติยภูมิ (Secondary)

t

B

: อตัราการเปล่ียนแปลงจากความหนาแน่น B : ความหนาแน่นของเส้นแรง

ของเส้นแรงแม่เหล็กต่อเวลา แม่เหล็ก(เวเบอร์ต่อตารางเมตร) กฎของฟาราเดย ์(Faraday’s Law) กล่าวไวว้า่เม่ือขดลวดไดรั้บแรงเคล่ือนไฟฟ้ากระแสสลบัจะท าให้

ขดลวดมีการเปล่ียนแปลงเส้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้าตามขนาดของรูปคล่ืนไฟฟ้ากระแสสลับและท าให้มีแรงเคล่ือนไฟฟ้าเหน่ียวน าเกิดข้ึนท่ีขดลวดน้ี ค าอธิบาย 1 : เม่ือขดลวดปฐมภูมิไดรั้บแรงเคล่ือนไฟฟ้ากระแสสลบั จะท าให้มีแรงเคล่ือนไฟฟ้าเหน่ียวน าเกิดข้ึนตามกฎของฟาราเดย ์ขนาดของแรงเคล่ือนไฟฟ้าเหน่ียวน าน้ีข้ึนอยูก่บั จ านวนรอบของขดลวด พื้นท่ีแกนเหล็กและความหนาแน่นของเส้นแรงแม่เหล็กท่ีมีการเปล่ียนแปลงจากไฟฟ้ากระแสสลบั โดยเขียนในรูปคณิตศาสตร์ได ้คือ

(2.1)

ขอ้สังเกต เคร่ืองหมายลบแสดงใหเ้ห็นแรงเคล่ือนไฟฟ้าเหน่ียวน ามีทิศทางตรงขา้มกบัเส้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ค าอธิบาย 2 : เม่ือกระแสไฟฟ้าไหลผา่นขดลวดจะท าให้มีเส้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้าในขดลวด เส้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้าน้ีเปล่ียนแปลงตามขนาดของรูปคล่ืนไฟฟ้าท่ีไดรั้บ ค าอธิบาย 3 : เส้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้าเกือบทั้งหมดจะอยูร่อบแกนเหล็ก ค าอธิบาย 4 : เม่ือมีการเปล่ียนแปลงของเส้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้าผา่นขดลวด จะท าใหมี้แรงเคล่ือนไฟฟ้าเหน่ียวน าเกิดข้ึนท่ีขดลวดทุติยภูมิน้ี และเขียนในรูปคณิตศาสตร์ ไดคื้อ

(2.2)

ความสัมพนัธ์ของแรงเคล่ือนไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และจ านวนรอบของขดลวดทั้งดา้นปฐมภูมิและทุติยภูมิของหมอ้แปลงไฟฟ้าตามอุดมคติ (Ideal Transformer :ไม่รวมการสูญเสียของขดลวดและแกนเหล็ก) สามารถหาไดจ้าก

P

S

S

P

I

S

N

N

I

I

V

V (2.3)

ความสัมพนัธ์ของแรงเคล่ือนไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า ความถ่ี จ านวนรอบของขดลวด พื้นท่ีแกนเหล็ก และความหนาแน่นของเส้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้า (ไม่รวมการสูญเสียของเส้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแกนของหมอ้แปลงไฟฟ้า) หาไดจ้าก

fNABV 44 (2.4) 2.2.11 ประสิทธิภาพหมอ้แปลงไฟฟ้า

พลงังานท่ีใช้ในการท างานของหมอ้แปลงไฟฟ้า ส่วนหน่ึงเกิดจากการสูญเสียท่ีขดลวดทองแดง (Copper Loss) เป็นผลใหข้ดลวดเกิดความร้อน และอีกส่วนหน่ึงเกิดจากการสูญเสียท่ีแกนเหล็ก (Core Loss) ท าใหเ้กิดการสูญเสียของเส้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้า (Hysteresis Loss) ท่ีถูกสร้างข้ึนจากขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิ รวมทั้งกระแสไฟฟ้าไหลวน (Eddy Current Loss หรือ Skin Effect)บนพื้นผวิตวัน าไฟฟ้า

BANV pp

BANV sp

ดงันั้น การค านวณหาประสิทธิภาพของหมอ้แปลงไฟฟ้า (Efficiency) เม่ือคิดการสูญเสียจึงสามารถเขียนสมการไดด้งัน้ี LossesPP outputinput (2.5) นัน่หมายถึง ก าลงัไฟฟ้าดา้นรับไฟฟ้า (Input) = ก าลงัไฟฟ้าดา้นจ่ายไฟฟ้า (Output) + ก าลงัการสูญเสียทั้งหมด (Lossess) 2.2.12 ประเภทของหมอ้แปลงไฟฟ้า

หมอ้แปลงไฟฟ้าสามารถจ าแนกชนิด หรือประเภทตามลกัษณะต่างๆ เช่น

2.2.12.1 แบ่งตามลกัษณะของแกนเหล็ก

แกนเหล็กแบบคอร์ (Core Type) แกนเหล็กจะเป็นแผน่เหล็กบางๆมีลกัษณะเป็นรูป L-L หรือ U-I

ประกอบเขา้ดว้ยกนั จะมีวงจรแม่เหล็กไฟฟ้าวงจรเดียว-วงจรเด่ียว หรือวงจรแม่เหล็กแบบอนุกรม (ขดลวด

ดา้นปฐมภูมิ และดา้นทุติยภูมิ จะถูกพนัอยูบ่นแกนเหล็กทั้งสองดา้นแยกกนัอยูค่นละขา้ง)

แกนเหล็กแบบเชลล์ (Shell Type) แกนเหล็กจะเป็นแผ่นเหล็กบางๆมีลกัษณะเป็นรูป E-I เม่ือ

ประกอบเขา้ดว้ยกนั จะมีวงจรแม่เหล็กไฟฟ้า 2 วง หรือวงจรแม่เหล็กไฟฟ้าแบบขนาน (ขดลวดดา้นปฐมภูมิ

และดา้นทุติยภูมิ จะถูกพนัอยูบ่นแกนกลางของแกนเหล็กทั้งสองซ่ึงจะพนัทบักนัอยู)่ แกนเหล็กแบบเชลล์น้ี

อาจแบ่งออกเป็น แบบแกนเด่ียว (แผน่เหล็กมีลกัษณะเป็นรูป E-I ประกอบเขา้ดว้ยกนั) หรือชนิดแกนเหล็ก

แบบกระจาย (แผ่นเหล็กเม่ือประกอบข้ึนแลว้จะมีวงจรแม่เหล็กไฟฟ้ามีหลายวงจร กระจายรอบขดลวดซ่ึง

พนัอยูต่รงกลาง)

แกนเหล็กแบบทอร์รอยด์ (Toroid Type) แกนเหล็กจะเป็นแผน่เหล็กบางๆมีลกัษณะเป็นวงแหวน

เม่ือประกอบเขา้ดว้ยกนัจะมีลกัษณะเป็นรูปทรงกระบอก (ขดลวดดา้นปฐมภูมิและดา้นทุติย-ภูมิ จะถูกพนั

รอบแกนเหล็ก และเรียงเส้นกนัอย่างเป็นระเบียบ) แกนเหล็กหมอ้แปลงไฟฟ้าชนิดน้ีจะมีค่าการสูญเสียต ่า

และมีประสิทธิภาพสูง

2.2.12.2 แบ่งตามชนิดของระบบไฟฟ้า

หมอ้แปลงไฟฟ้าเฟสเดียว (Single Phase Transformer) หมายถึง หมอ้แปลงไฟฟ้าท่ีใช้กบัระบบ

ไฟฟ้าเฟสเดียว ประกอบดว้ยขดลวดดา้นปฐมภูมิและทุติยภูมิหน่ึงขด

หมอ้แปลงไฟฟ้าสามเฟส (Three Phase Transformer) หมายถึง หมอ้แปลงไฟฟ้าท่ีใช้กบัระบบ

ไฟฟ้า 3 เฟส ดงันั้นจึงมีขดลวดดา้นปฐมภูมิและดา้นทุติยภูมิอยา่งละ 3ชุด และอาจต่อเขา้ดว้ยกนั เป็นแบบ

วายหรือสตาร์ (Wye or Star Connection) หรืออาจต่อเขา้ดว้ยกนัเป็นแบบเดลตา้ (Delta Connection)

2.2.12.3 แบ่งตามลกัษณะการใชง้าน

หมอ้แปลงก าลงัไฟฟ้า (Power Transformer) เป็นหมอ้แปลงไฟฟ้าท่ีใชส้ าหรับการจ่ายก าลงัไฟฟ้า

ซ่ึงจะมีค่าก าลงัไฟฟ้าท่ีใชง้านสูงและแรงดนัไฟฟ้าใชง้านอยา่งต่อเน่ือง พิกดัของหมอ้แปลงไฟฟ้าจะเหมือน

พิกดัของเคร่ืองจกัรท่ีใชไ้ฟฟ้ากระแสสลบั คือก าหนดค่าเป็นโวลท-์แอมแปร์

หมอ้แปลงอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Transformer) หมายถึง หมอ้แปลงไฟฟ้าท่ีใชจ่้ายไฟฟ้าให้กบั

วงจรอิเล็กทรอนิกส์ จะมีขนาดไม่เกิน 100VA

หมอ้แปลงเคร่ืองมือวดั (Instrument Transformer) หมายถึง หมอ้แปลงไฟฟ้าท่ีใช้ส าหรับวดัค่า

แรงดนัไฟฟ้าและค่ากระแสไฟฟ้า ทั้งในวงจรไฟฟ้าก าลงั และวงจรอิเล็กทรอนิกส์ก าลงั เรียกวา่ หมอ้แปลง

ความต่างศกัด์ิ (Potential Transformer) และหมอ้แปลงกระแสไฟฟ้า (Current Transformer)

หม้อแปลงไฟฟ้าเฉพาะงาน หมายถึง หม้อแปลงไฟฟ้าซ่ึงจะครอบคลุมหลายแบบ และหลาย

ลักษณะการใช้งาน รวมถึงอุปกรณ์ท่ีใช้งานร่วมด้วย ได้แก่ หม้อแปลงแรงดันไฟฟ้าคงท่ี หม้อแปลง

กระแสไฟฟ้าคงท่ี หมอ้แปลงเฟอโรรีโซแนนซ์ (Ferroresonance Tramsformer) และหมอ้แปลงหลายแทป

(Multi Tap Transformer)

2.2.12.4 แบ่งตามความถ่ีท่ีใชง้าน

หมอ้แปลงก าลงัไฟฟ้า เป็นหมอ้แปลงไฟฟ้าท่ีใช้งานในระบบไฟฟ้าก าลงั โดยมีความถ่ีคงท่ีตาม

ความถ่ีของระบบไฟฟ้าก าลงั

หมอ้แปลงไฟฟ้าชนิดย่านความถ่ีเสียง เป็นหมอ้แปลงไฟฟ้าท่ีใช้ส าหรับงานส่ือสารท่ีย่านความถ่ี

เสียง

หมอ้แปลงไฟฟ้าชนิดความถ่ีสูง เป็นหมอ้แปลงไฟฟ้าท่ีใช้งานย่านความถ่ีสูงมาก (Ultra High

Frequency)

หมอ้แปลงไฟฟ้าชนิดความถ่ีกวา้ง เป็นหมอ้แปลงไฟฟ้าท่ีใชง้านวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ท างานในยา่น

ความถ่ีกวา้ง

หมอ้แปลงไฟฟ้าชนิดความถ่ีแคบ เป็นหมอ้แปลงไฟฟ้าท่ีใชง้านวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ออกแบบให้ใช้

งานยา่นความถ่ีเฉพาะ

หมอ้แปลงไฟฟ้าชนิดสัญญาณพลัซ์ (Pulse Transformer) เป็นหมอ้แปลงไฟฟ้าท่ีใช้ในวงจร

อิเล็กทรอนิกส์ ท่ีท างานเพื่อส่งสัญญาณพลัซ์ ท างานดา้นไฟฟ้าก าลงั หรืออิเล็กทรอนิกส์ก าลงั 2.2.12.5 แบ่ง

ตามลกัษณะการพนัขดลวด

หมอ้แปลงไฟฟ้าแบบแยกขด (Ordinary Transformer / Isolate Transformer) หมายถึง หมอ้แปลง

ไฟฟ้าท่ีมีขดลวดปฐมภูมิ และขดลวดทุติยภูมิแยกออกจากกนัโดยเด็ดขาด

หมอ้แปลงไฟฟ้าแบบอตัโนมติั (Auto Transformer) หมายถึง หมอ้แปลงไฟฟ้าท่ีมีขดลวดปฐมภูมิ

และขดลวดทุติยภูมิเป็นขดลวดชุดเดียวกนั

2.2.13 การจ าแนกหมอ้แปลงไฟฟ้าตามขนาดก าลงัไฟฟ้า

2.2.13.1 ขนาดเล็กจนถึง 1 VA เป็นหมอ้แปลงไฟฟ้าท่ีใชก้บัการเช่ือมต่อระหวา่งสัญญาณในงาน อิเล็กทรอนิกส์ 2.2.13.2 ขนาด 1-1000 VA เป็นหมอ้แปลงไฟฟ้าท่ีใชก้บังานดา้นเคร่ืองใชไ้ฟฟ้าภายในบา้นขนาดเล็ก 2.2.13.3 ขนาด 1 kVA -1 MVA เป็นหมอ้แปลงไฟฟ้าท่ีใชก้บังานจ าหน่ายไฟฟ้าในโรงงาน ส านกังาน ท่ีพกัอาศยั 2.2.13.4 ขนาดใหญ่ตั้งแต่ 1 MVA ข้ึนไป เป็นหมอ้แปลงไฟฟ้าท่ีใชก้บังานระบบไฟฟ้าก าลงั ในสถานีไฟฟ้ายอ่ย การผลิตและจ่ายไฟฟ้า นอกจากน้ีหมอ้แปลงไฟฟ้ายงัสามารถจ าแนกชนิดตามจ านวนรอบของขดลวดไดด้งัน้ี 2.2.13.5 หมอ้แปลงไฟฟ้าชนิดแรงเคล่ือนไฟฟ้าเพิ่ม (Step-Up) ขดลวดทุติยภูมิจะมีจ านวนรอบมากกวา่ขดลวดปฐมภูมิ 2.2.13.6 หมอ้แปลงไฟฟ้าชนิดแรงเคล่ือนไฟฟ้าลง (Step-Down) ขดลวดทุติยภูมิจะมีจ านวนรอบนอ้ยกวา่ปฐมภูมิ 2.2.13.7 หมอ้แปลงไฟฟ้าชนิดท่ีมีแทปแยก (Tap) ท าใหมี้ขนาดของแรงเคล่ือนไฟฟ้าไดห้ลายระดบั สามารถแสดงไดด้งัรูป 2.17

รูปที ่2.17 หม้อแปลงไฟฟ้าที่มีแทปแยกด้านทุติยภูมิ 2.2.13.8 หมอ้แปลงไฟฟ้าท่ีใชส้ าหรับแยกวงจรไฟฟ้าออกจากกนั (Isolating) ขดลวดทุติยภูมิจะมีจ านวนรอบ เท่ากนักบัขดลวดปฐมภูมิหรือมีแรงเคล่ือนไฟฟ้าเท่ากนัทั้งสองดา้น ดงัรูป 2.18

รูปที ่2.18 หม้อแปลงไฟฟ้าแยกสายกราวด์ ออกจากระบบไฟฟ้า 2.2.13.9 หมอ้แปลงไฟฟ้าแบบปรับเล่ือนค่าได ้(Variable) ขดลวดทุติยภูมิและปฐมภูมิจะเป็นขดลวดขดเดียวกนัหรือเรียกว่าหมอ้แปลงออโต ้(Autotransformer) ดงัรูปท่ี 2.19 (ก) มกัใช้กบัการปรับขนาด

แรงเคล่ือนไฟฟ้าให้กบัวงจรไฟฟ้าตามตอ้งการ และส าหรับวาไรแอค (Variac) ดงัรูปท่ี 2.19 (ข) นั้นเป็นช่ือเรียกทางการคา้ของหมอ้แปลงไฟฟ้าออโตท่ี้สามารถปรับค่าไดด้ว้ยการเล่ือน แทปขดลวด

(ก) หมอ้แปลงไฟฟ้าออโต ้ (ข) วาไรแอค

รูปที ่2.19 หม้อแปลงไฟฟ้าแบบปรับเลือ่นค่าได้ 2.2.13.10 หมอ้แปลงกระแสไฟฟ้า (CurrentTransformer: CT)

ถูกออกแบบมาให้ใช้งานร่วมกบัเคร่ืองวดักระแสไฟฟ้า หรืออุปกรณ์ไฟฟ้าบางอย่างท่ีตอ้งต่อร่วมกนัในวงจร เดียวกนัแต่ตอ้งการกระแสไฟฟ้าต ่าหมอ้แปลงกระแสไฟฟ้า จะท าหน้าท่ีแปลงขนาดกระแสไฟฟ้าลงตามอตัราส่วนระหวา่ง ปฐมภูมิต่อทุติยภูมิเช่น 300 : 5 หรือ 100 : 5 เป็นตน้ ส าหรับหมอ้แปลงกระแสไฟฟ้า 300 : 5 หมายถึง หมอ้แปลงไฟฟ้าจะจ่ายกระแสไฟฟ้าทุติยภูมิ 5 A หากไดรั้บกระแสไฟฟ้าดา้นปฐมภูมิ หมอ้แปลงกระแสไฟฟ้าจะตอ้งมีโหลดต่อไวก้บัด้านทุติยภูมิเพื่อป้องกนัทุติยภูมิเกิดแรงเคล่ือนไฟฟ้าสูงในขณะท่ีปฐมภูมิมีกระแสไฟฟ้าผา่น และถา้หมอ้แปลง กระแสไฟฟ้าไม่ได้ใชง้าน ควรใชส้ายไฟลดัวงจรหรือ ต่อวงจรไวก้บัขั้วทุติยภูมิดว้ยดงัรูปท่ี 2.20

รูปที ่2.20 หม้อแปลงกระแสไฟฟ้า 300 : 5 ใช้กบัการวดักระแสไฟฟ้าในระบบ 3 เฟส 380 V 200 A

(ก) ภาพของจริง (ข) วงจรภายใน

รูปที่ 2.21 เคร่ืองวดักระแสไฟฟ้า ในระบบไฟฟ้าก าลงัท่ีมีกระแสไฟฟ้าสูงมกัใช้ หมอ้แปลงกระแสไฟฟ้า ต่อร่วมกบัเคร่ืองวดั

กระแสไฟฟ้า ดังรูปท่ี 2.20 เพื่อแปลงกระแสไฟฟ้าจากปฐมภูมิให้มีปริมาณลดลง ดังนั้นการอ่านค่ากระแสไฟฟ้าจากทุติยภูมิของเคร่ืองวดักระแสไฟฟ้าจะตอ้งคูณดว้ยค่าอตัราส่วนระหวา่งปฐมภูมิต่อทุติยภูมิดว้ย จึงจะเป็นค่าท่ีถูกตอ้ง

หมอ้แปลงกระแสไฟฟ้า จะมีขดลวดปฐมภูมิขดเดียวหรือหลายขดก็ได ้ดงัรูปท่ี 2.20 มีหลกัการเดียวกบั หมอ้แปลงกระแสไฟฟ้า ท่ีมีการท างานร่วมกบัเคร่ืองวดักระแสไฟฟ้าท่ีไหลผา่นดา้นปฐมภูมิจะมีสภาพเป็นเส้นแรงแม่เหล็กคลอ้งอยูบ่นสายไฟ หากกระแสไฟฟ้าน้ีมีค่ามาก ความหนาแน่นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าก็จะมีค่ามากดว้ย เม่ือเราน าแกนเหล็ก ของเคร่ืองวดัเขา้ไปรับเส้นแรงแม่เหล็กบนสายไฟฟ้า เส้นแรงแม่เหล็กเหล่านั้นจะเดินทางรอบแกนเหล็กมายงัขดลวดทุติยภูมิ ปริมาณกระแสไฟฟ้าน้ีมีขนาดตามอตัราส่วนระหว่างปฐมภูมิต่อทุติยภูมิและชุดตวัตา้นทานท่ีตั้งค่าไวแ้ลว้ผ่านวงจรแปลงไฟฟ้ากระแสสลบัเป็นไฟฟ้ากระแสตรงเพื่อใหแ้อมมิเตอร์ไฟฟ้ากระแสไฟฟ้าตรงอ่านค่าท่ีวดัได ้

ส าหรับการต่อหมอ้แปลงกระแสไฟฟ้า (Current Transformer) และหมอ้แปลงแรงเคล่ือนไฟฟ้า (Potential Transformer) เพื่อวดักระแสไฟฟ้าในระบบควบคุมท่ีตู้จ่ายไฟฟ้าของโรงงานอุตสาหกรรม ส านกังาน ร้านคา้ และอาคารบา้นพกัอาศยั แสดงในรูปท่ี 2.22 เป็นตวัอย่างการต่อวงจรของเคร่ืองวดักระแสไฟฟ้า (Ammeter), ก าลงัไฟฟ้า (Wattmeter), พลงังานไฟฟ้า (Watthour Meter) และแรงเคล่ือนไฟฟ้า (Voltmeter) 2.2.14 การหาขั้วหมอ้แปลงไฟฟ้า

ขั้วของหมอ้แปลงไฟฟ้ามีความส าคญัเพื่อจะน าหมอ้แปลงไฟฟ้ามาต่อใชง้านไดอ้ยา่งถูกตอ้ง การหาขั้วหมอ้แปลไฟฟ้ามีหลักการทดสอบโดยการต่อขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิอนุกรมกนัซ่ึงจะท าให้เกิดแรงเคล่ือนไฟฟ้า ขั้วเสริมกนั (Additive Polarity) หรือ ขั้วหกัลา้งกนั (Subtractive Polarity) ถา้ขั้วเสริมกนัเคร่ืองวดักระแสไฟฟ้าจะอ่านค่าไดม้ากกวา่แรงเคล่ือนไฟฟ้าท่ีจ่ายใหก้บั หมอ้แปลงไฟฟ้าแต่ถา้ขั้วหกัลา้งกนัเคร่ืองวดักระแสไฟฟ้าจะอ่านค่าไดน้อ้ยกวา่แรงเคล่ือนไฟฟ้าท่ีจ่ายใหก้บัหมอ้แปลงไฟฟ้า

การหาขั้วหมอ้แปลงไฟฟ้ามีความสัมพนัธ์ระหวา่ง ขั้วแรงเคล่ือนไฟฟ้าดา้นสูงและแรงเคล่ือนไฟฟ้าดา้นต ่า เม่ือเราจ่ายแรงเคล่ือนไฟฟ้าให้กบัขั้ว H1 และ H2 ส่วนขดลวดท่ีเหลือคือขั้ว X1 และ X2 ส่ิงท่ีควรรู้ในการทดสอบคือ อตัราส่วนของแรงเคล่ือนไฟฟ้าระหวา่งปฐมภูมิกบัทุติยภูมิและเพื่อความปลอดภยัไม่ควรจ่ายแรงเคล่ือนไฟฟ้าทดสอบเกินกวา่ขนาดของขดลวดแรงเคล่ือนไฟต ่า ตวัอยา่งเช่น หมอ้แปลง 480 / 120 จะมีอตัราส่วนของแรงเคล่ือนไฟฟ้าระหวา่งปฐมภูมิกบั ทุติยภูมิเท่ากบั 4 ดงันั้นหากจ่ายแรงเคล่ือนไฟฟ้า 120 V ให้กบัขดลวดปฐมภูมิจะท าให้มีแรงเคล่ือนไฟฟ้าดา้นทุติยภูมิ 120 / 4 เท่ากบั 30 V ซ่ึงจะไม่ท าให้มีแรงเคล่ือนไฟสูงเกิดข้ึนในระหวา่งการทดสอบ ดงัรูปท่ี 2.22

(ก) แบบเสริมกนั (Additive Polarity) (ข) แบบหกัลา้งกนั (Subtractive Polarity)

รูปที ่2.22 ทดสอบหาขั้วหม้อแปลงไฟฟ้า อีกวธีิหน่ึงท าไดด้ว้ยการต่อไฟฟ้าตรง ดงัรูปท่ี 2.24 ใหต่้อโวลตมิ์เตอร์ทางดา้นขดลวดดา้นไฟฟ้าสูง

และต่อแบตเตอร่ีทางดา้นขดลวดไฟฟ้าต ่าขนาดแรงเคล่ือนไฟฟ้าท่ีวดัได ้จากโวลตมิ์เตอร์สามารถค านวณได้จากโวลตข์องแบตเตอร่ีคูณดว้ยอตัรา ส่วนของแรงเคล่ือนไฟฟ้า ระหวา่งปฐมภูมิกบัทุติยภูมิ ทนัทีเม่ือสับสวติช์ถา้เขม็เคร่ืองวดัเบนไปดา้นบวกหมายถึง หมอ้แปลงมีขั้วต่อแบบหกัลา้ง(Subtractive Polarity) แต่ถา้เขม็เคร่ืองวดัเบนไปดา้นลบหมายถึง หมอ้แปลงไฟฟ้ามีขั้วต่อ แบบขั้วเสริม (Additive Polarity) สามารถแสดงไดด้งัรูป 2.22

รูปที ่2.23 ทดสอบหาขั้วหม้อแปลงไฟฟ้าด้วยไฟฟ้ากระแสตรง

หมอ้แปลงไฟฟ้าก าลงั โดยทัว่ไปบริษทัผูผ้ลิตจะท าเคร่ืองหมายขั้วของสายไฟ การจดัวางขั้วบนตวัถังของหม้อแปลงไฟฟ้ามีข้อก าหนดตามมาตรฐานของแต่ละประเทศ ดังเช่น มาตรฐานญ่ีปุ่น (JIS), มาตรฐานอเมริกา (ANSI) หรือมาตรฐานองักฤษ (BS) เป็นตน้

2.2.15 การต่อหมอ้แปลงไฟฟ้า

2.2.15.1 การขนานหมอ้แปลงไฟฟ้า

การขนานหมอ้แปลงไฟฟ้า หมายถึง การน าหมอ้แปลงไฟฟ้าตั้งแต่ 2 ตวัข้ึนไปมาต่อขนานหรือต่อ

พว่งเขา้ดว้ยกนั เพื่อช่วยในการจ่ายโหลดหรือจ่ายกระแสไฟฟ้า ปัจจยัส าคญัท่ีเป็นสาเหตุของการขนานหมอ้

แปลงไฟฟ้านั้นอาจเกิดจากปัจจยัต่างๆดงัน้ี

การหยุดซ่อมแซมบ ารุงรักษาหมอ้แปลงไฟฟ้า ในกรณีท่ีหมอ้แปลงตวัเดิมตอ้งน าไปซ่อมแซมและ

บ ารุงรักษา จึงตอ้งน าหมอ้แปลงไฟฟ้าตวัใหม่ท่ีใชง้านไดต่้อขนานหรือต่อพ่วงเขา้ไปเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ

ในการท างานของหมอ้แปลงไฟฟ้า โดยใช้หมอ้แปลง 2 ตวัท่ีมีพิกดัก าลงัไฟฟ้าเท่ากนัต่อขนานดว้ยกนัเพื่อ

จ่ายก าลงัไฟฟ้าให้กบัโหลดเพื่อลดตน้ทุนในการติดตั้งหมอ้แปลงไฟฟ้าตวัใหม่ท่ีมีขนาดใหญ่กว่าเดิม เม่ือ

โหลดเพิ่มข้ึนมากกวา่เดิม

2.2.15.2 การต่อหมอ้แปลงไฟฟ้าเพื่อใชก้บัระบบไฟฟ้า 3 เฟส

การต่อหมอ้แปลงไฟฟ้าเพื่อน าไปใชง้านกบัระบบไฟฟ้า 3 เฟส จะมีอยู ่2 กรณี คือการใชห้มอ้แปลง

ไฟฟ้าหน่ึงเฟส 3 ตวั และการใชห้มอ้แปลงไฟฟ้าสามเฟส 1 ตวั การต่อวงจรของหมอ้แปลงไฟฟ้าหน่ึงเฟส 3

ตวั หรือการต่อหมอ้แปลงไฟฟ้าสามเฟส 1 ตวั จะมีวิธีเขา้ขดลวดของหมอ้แปลงไฟฟ้าทั้งสามชุดของดา้น

ปฐมภูมิและทุติยภูมิเป็น 2 แบบ คือ แบบวายหรือสตาร์ (Wye or Star Connection) และแบบเดลตา้ (Delta

Connection)

การต่อแบบเดลตา้ (Delta Connection) ขดลวดจะต่อเขา้ดว้ยกนัเป็นแบบอนุกรมวงจรปิด โดยต่อขั้ว

ดา้นปลายของหมอ้แปลงไฟฟ้าตวัท่ี 1 เขา้กบัขั้วดา้นตน้ของหมอ้แปลงไฟฟ้าตวัท่ี 2 , ต่อขั้วดา้นปลายของ

หมอ้แปลงไฟฟ้าตวัท่ี 2 เขา้กบัขั้วดา้นตน้ของหมอ้แปลงไฟฟ้าตวัท่ี 3, และต่อขั้วดา้นปลายของหมอ้แปลง

ไฟฟ้าตวัท่ี 3 เขา้กบัขั้วดา้นตน้ของหมอ้แปลงไฟฟ้าตวัท่ี 1 และจุดต่อร่วมทั้งสามจะต่อเขา้กบัแหล่งจ่ายไฟ

การต่อหมอ้แปลงไฟฟ้าแบบเดลตา้นั้นจะได ้แรงเคล่ือนไฟฟ้าท่ีตกคร่อมขดลวด (Phase Voltage) จะเท่ากบั

แรงเคล่ือนท่ีปลายสาย (Line Voltage) และกระแสไฟฟ้าท่ีสาย (Line Current) จะเท่ากบั 1.732 ของ

กระแสไฟฟ้าท่ีขดลวด (Phase Current)

การต่อแบบวาย หรือ สตาร์(Wye or Star Connection) ขดลวดจะต่อเขา้ดว้ยกนัเป็นแบบวาย โดยจะ

ต่อปลายของขดลวดตวัท่ี 1, 2 และ 3 เขา้ดว้ยกนัส่วนดา้นตน้ของขดลวดตวัท่ี 1, 2 และ 3ของหมอ้แปลงถา้

เป็นขดปฐมภูมิจะต่อเขา้กบัแหล่งจ่ายไฟแต่ถา้เป็นขดลวดทุติยภูมิจะต่อเขา้กบัโหลด

การต่อหมอ้แปลงไฟฟ้าแบบสตาร์นั้น แรงเคล่ือนไฟฟ้าท่ีตกคร่อมขดลวด (Phase Voltage) จะเท่ากบั 58% `

ของแรงเคล่ือนท่ีปลายสาย (Line Voltage) หรือแรงเคล่ือนท่ีปลายสาย (Line Voltage) จะเท่ากบั 1.732 เท่า

ของแรงดนัไฟฟ้าท่ีตกคร่อมขดลวด (Phase Voltage) และกระแสไฟฟ้าท่ีสาย (Line Current) จะเท่ากบั

กระแสไฟฟ้าท่ีขดลวด (Phase Current)

อีกทั้งในการต่อแบบวายหรือสตาร์ (Wye or Star Connection) และแบบเดลตา้ (Delta Connection)

หมอ้แปลงแต่ละแบบนั้นจะมีวธีิการต่างกนั และใหคุ้ณสมบติัใชง้านต่างกนั

การต่อแบบเดลตา้-เดลตา้ (Delta-Delta) หมายถึง ขดลวดดา้นปฐมภูมิต่อวงจรเป็นแบบเดลตา้ และ

ขดลวดดา้นทุติยภูมิต่อเป็นแบบเดลตา้ เช่นเดียวกนั

การต่อแบบวาย-วาย หรือสตาร์-สตาร์ (Wye-Wye or Star-Star) หมายถึง การต่อวงจรขดลวดดา้น

ปฐมภูมิเป็นแบบวายหรือสตาร์ และต่อวงจรขดลวดดา้นทุติยภูมิเป็นแบบวายหรือสตาร์ เช่นเดียวกนั

การต่อแบบเดลตา้-วาย หรือเดลตา้-สตาร์ (Delta-Wye or Delta-Star) หมายถึง การต่อวงจรขดลวด

หมอ้แปลงไฟฟ้าดา้นปฐมภูมิเป็นแบบเดลตา้ และต่อวงจรขดลวดดา้นทุติยภูมิเป็นแบบวายหรือสตาร์ การต่อ

แบบเดลตา้-วาย เป็นวธีิท่ีนิยมใชก้นัมากท่ีสุด โดยเฉพาะในระบบการส่งจ่า

ไฟฟ้าขนาดใหญ่ ซ่ึงจะต่อวงจรดา้นแรงสูงเป็นแบบเดลตา้ ดา้นแรงต ่าจะต่อเป็นแบบวายหรือสตาร์

จะไดแ้รงดนัต ่าเป็น 2 ระบบ คือ ระบบไฟฟ้า 3 เฟส 4 สาย แรงดนั 380/220V สามารถใช้ไดท้ั้งระบบเฟส

เดียว (Single Phase System) ส าหรับใชใ้นบา้นพกัอาศยั และระบบสามเฟส (Three Phase System) ส าหรับ

ใชใ้นอาคารขนาดใหญ่และโรงงานอุตสาหกรรม

การต่อแบบวาย-เดลตา้ (Wye-Detar) หมายถึง การต่อวงจรขดลวดดา้นปฐมภูมิเป็นแบบวายหรือ

สตาร์ และต่อวงจรขดลวดดา้นทุติยภูมิเป็นแบบเดลตา้

การต่อแบบเดลตา้เปิด (Open-Delta)หมายถึงการน าหมอ้แปลงไฟฟ้าเฟสเดียว 2 ตวัมาต่อเขา้ดว้ยกนั

และต่อขดลวดดา้นปฐมภูมิและทุติยภูมิเป็นแบบเดลตา้เปิด (Delta-Delta) ทั้งสองดา้น

การต่อแบบเดลตา้เปิด ในลกัษณะน้ีจ าเป็นเม่ือหมอ้แปลงท่ีต่ออยู่ดว้ยกนัในระบบเกิดช ารุดเสียหายใช้การ

ไม่ไดไ้ป 1 ตวั และมีความจ าเป็นจะตอ้งจ่ายกระแสไฟฟ้าในเวลาเดียวกนั ดงันั้นเพื่อไม่ให้ผูใ้ชก้ระแสไฟฟ้า

เดือดร้อนจากการหยุดการจ่ายกระแสไฟฟ้าการต่อลกัษณะน้ีความสามารถในการจ่ายกระแสไฟฟ้าจะลดลง

เหลือ 58% ดงันั้นก่อนจะจ่ายกระแสไฟฟ้าต่อไป จะตอ้งปลดภาระโหลดไปบางส่วนเพื่อให้เท่ากบัพิกดัท่ี

หมอ้แปลงจะสามารถท างานได ้

2.2.16 การระบายความร้อน และการบ ารุงรักษาหมอ้แปลงไฟฟ้า หมอ้แปลงไฟฟ้า เม่ือใชง้านไปก็จะเกิดความร้อนข้ึนท าให้เกิดการสูญเสียข้ึนในหมอ้แปลงไฟฟ้าจึง

จ าเป็นตอ้งระบายความร้อนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการท างานการระบายความร้อนจะมีอยู่หลายวิธี เช่น

การระบายความร้อนตามธรรมชาติ การระบายความร้อนดว้ยน ้ ามนั การระบายความร้อนดว้ยน ้ ามนัและการ

เป่าลม การระบายความร้อนดว้ยน ้ามนัและน ้า และการระบายความร้อนดว้ยการป้ัมน ้ามนั

1. การระบายความร้อนตามธรรมชาติ คือ การใชอ้ากาศรอบๆ ช่วยในการระบายความร้อน

2. การระบายความร้อนดว้ยน ้ ามนั เป็นการระบายความร้อนโดยการแช่ตวัหมอ้แปลงไฟฟ้าอยูใ่น

น ้ามนัท่ีบรรจุอยูใ่นถงัหมอ้แปลงไฟฟ้า

3. การระบายความร้อนดว้ยน ้ามนัและการเป่าลม เป็นการระบายความร้อนโดยการแช่ตวัหมอ้แปลง

ไฟฟ้าอยูใ่นน ้ามนัท่ีบรรจุอยูใ่นถงัหมอ้แปลงไฟฟ้าและใชพ้ดัลมเป่าท่ีผิวภายนอกถงัเป็นการเร่งระบายความ

ร้อน

4. การระบายความร้อนดว้ยน ้ ามนัและน ้ า เป็นการระบายความร้อนโดยการแช่ตวัหมอ้แปลงไฟฟ้า

อยูใ่นน ้ามนัท่ีบรรจุอยูใ่นถงัหมอ้แปลงไฟฟ้าและมีท่อน ้ าขดเป็นวงรอบหมอ้แปลงไฟฟ้าภายในถงั น ้ ามนัจะ

เป็นตวัระบายความร้อนแก่หมอ้แปลงไฟฟ้าและน ้าจะเป็นตวัระบายความร้อนแก่น ้ามนัอีกคร้ังหน่ึง

5. การระบายความร้อนดว้ยการป้ัมน ้ามนั เป็นการระบายความร้อนดว้ยการป้ัมน ้ ามนัโดยการใชป้ั้ม

น ้ามนัใหไ้หลวนเวยีนไดเ้ร็วข้ึน

2.3 เซอร์กติเบรกเกอร์ (Circuit Breaker) เซอร์กิตเบรกเกอร์ (Circuit Breaker) หมายถึง อุปกรณ์ท่ีท างานเปิดและปิดวงจรไฟฟ้า แบบไม่

อตัโนมติัแต่สามารถเปิดวงจรไดอ้ตัโนมติัถา้มีกระแสไหลผ่านเกินกว่าค่าท่ีก าหนดโดยไม่มีความเสียหาย

เกิดข้ึนเซอร์กิตเบรกเกอร์ เซอร์กิตเยรกเกอร์แรงดนัต ่า หมายถึง เบรกเกอร์ท่ีใช้กบัแรงดนัน้อยกว่า 1000

Volt แบ่งออกไดห้ลายชนิด ไดแ้ก่

2.3.1โมลเคสเซอร์กิตเบรกเกอร์ (Mold Case Circuit Breaker)

หมายถึง เบรกเกอร์ท่ีถูกห่อหุ้มมิดชิดโดย mold 2 ส่วน มกัท าดว้ย Phenolic ซ่ึงเป็นฉนวนไฟฟ้าสามารถทน

แรงดนัใช้งานไดเ้บรกเกอร์แบบน้ีมีหน้าท่ีหลกั 2 ประการ คือ ท าหนา้ท่ีเป็นสวิทซ์เปิด-ปิดดว้ยมือ และเปิด

วงจรโดยอตัโนมติัเม่ือมีกระแสไหลเกิน หรือเกิดลดัวงจรโดยเบรกเกอร์จะอยู่ในภาวะทริปซ่ึงอยู่ก่ึงกลาง

ระหวา่งต าแหน่ง ON และ OFF เราสามารถรีเซ็ตใหม่ไดโ้ดย กดคนัโยกให้อยู ่ในต าแหน่ง OFF เสียก่อน

แลว้ค่อยโยกไปต าแหน่ง ON การท างานแบบน้ีเรียกวา่ Quick Make , Quick Break ลกัษณะของเบรกเกอร์

แบบน้ีท่ีพบเห็นโดยทัว่ไปคือ Molded Case Circuit Breaker โมลเคสเซอร์กิตเบรกเกอร์ท่ีพบบ่อยใน

ทอ้งตลาดมี 2 ประเภทคือ Thermal Magnetic CB. และ Solid State Trip CB. สามารถแสดงไดด้งัรูป 2.24

รูปที ่2.24 เซอร์กติเบรกเกอร์

2.3.2 Thermal Magnetic Molded Case Circuit Breaker

เบรกเกอร์แบบน้ีมีส่วนประกอบส าคญั 2 ส่วนคือ

2.3.2.1 Thermal Unit ใชส้ าหรับปลดวงจรเม่ือมีกระแสไฟฟ้าไหลเกินอนัเน่ืองมาจากการใชโ้หลดมาก

เกินไป ลกัษณะการท างานดงัรูปท่ี 2.25

รูปที ่2.25 ลกัษณะการท างานของ Thermal Magnetic CB.

เม่ือมีกระแสเกินไหลผ่านโลหะ Bimetal (เป็นโลหะ 2 ชนิด ท่ีมีสัมประสิทธ์ิ ทางความร้อน ไม่

เท่ากนั) จะท าให้ Bimetal โก่งตวัไปปลดอุปกรณ์ทางกลและท าให้ CB. ตดัวงจรเรียกวา่เกิดการทริป การ

ปลดวงจรแบบน้ีตอ้งอาศยัเวลาพอสมควรข้ึนอยูก่บักระแสไฟฟ้าขณะนั้น และความร้อนท่ีเกิดข้ึนจนท าให ้

Bimetal โก่งตวั

2.3.2.2 Magnetic Unit ใชส้ าหรับปลดวงจรเม่ือเกิดกระแสไฟฟ้าลดัวงจรหรือมีกระแสไฟฟ้าค่าสูงๆ

ประมาณ 8-10 เท่าข้ึนไปไหลผา่นกระแสจ านวนมากจะท าให้เกิดสนามแม่เหล็กความเขม้สูงดึงให้อุปกรณ์

การปลดวงจรท างานได ้การตดัวงจรแบบน้ีเร็วกวา่แบบแรกมาก โอกาสท่ีเบรกเกอร์จะช ารุดจากการตดัวงจร

จึงมีนอ้ยกวา่

2.3.3 Solid State Trip or Electronic Trip Molded Case Circuit Breaker

เป็นเบรกเกอร์ชนิดหน่ึงท่ีมีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ท าหน้าท่ีวิเคราะห์กระแสไฟฟ้าเพื่อสั่งปลด

วงจรไฟฟ้า สามารถแสดงไดด้งัรูป 2.26

รูปที ่2.26 ลกัษณะการท างานของ Solid State Trip CB.

จากรูปท่ี 2.25 จะเห็นว่ามี CT อยู่ภายในตวัเบรกเกอร์ท าหน้าท่ีแปลงกระแสไฟฟ้าให้ต ่าลงตาม

อตัราส่วนของ CT และมีไมโครโปรเซสเซอร์คอยวิเคราะห์กระแสไฟฟ้าหากมีค่าเกินกวา่ท่ีก าหนดจะสั่งให ้

Tripping Coil ซ่ึงหมายถึง Solenoid coil ดึงอุปกรณ์ทางกลให้ CB. ปลดวงจร ท่ีดา้นหนา้ของเบรกเกอร์ชนิด

น้ีจะมีปุ่มปรับค่ากระแสไฟฟ้าปลดวงจรไฟฟ้า เวลาปลดวงจรไฟฟ้า และอ่ืนๆ นอกจากน้ียงัสามารถติดตั้ง

อุปกรณ์เสริมท่ีเรียกว่า Amp Meter & Fault Indicator ซ่ึงสามารถแสดงสาเหตุการ Fault ของวงจรและ

ค่ากระแสได ้ท าใหท้ราบสาเหตุของการปลดวงจรไฟฟ้าได ้

2.3.4 Air Circuit Breaker

เป็น เบรคเกอร์ท่ีใชก้บัแรงดนั < 1000 Volt มีขนาดใหญ่ใชเ้ป็น Main CB. โดยทัว่ไปมีพิกดักระแส

ตั้งแต่ 225-6300 A และมี Interrupting Capacity สูงตั้งแต่ 35-150 KA โครงสร้างทัว่ไปท าดว้ยเหล็กมีช่องดบั

อาร์ก (Arcing Chamber) ท่ีใหญ่โตแข็งแรงเพื่อให้สามารถรับกระแสไฟฟ้าลดัวงจรจ านวนมากได ้Air CB.

ท่ีมีขายในทอ้งตลาดมกัใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ตรวจจบั และวิเคราะห์กระแสเพื่อสั่งปลดวงจร ดงัรูปท่ี

2.27

รูปที ่2.27 Air Circuit Breaker

2.3.5 Miniature Circuit Breaker

เป็นเบรคเกอร์ขนาดเล็กใชติ้ดตั้งเป็นอุปกรณ์ป้องกนัร่วมกบัแผงจ่ายไฟฟ้ายอ่ย (Load Center) หรือ

แผงจ่ายไฟฟ้าประจ าหอ้งพกัอาศยัเบรคเกอร์ชนิดน้ีไม่สามารถปรับตั้ง ค่ากระแสไฟฟ้าตดัวงจรได ้มีทั้งแบบ

1 Pole , 2 Pole และ 3 Pole อาศยักลไกการปลดวงจรทั้งแบบ Thermal และ Magnetic มีรูปร่างทัว่ไป ดงัรูปท่ี

2.28

รูปที ่2.28 Miniature Circuit Breaker

2.4 ฟิวส์(Fuses)

ฟิวส์เป็นอุปกรณ์ป้องกนัโดยท าหนา้ท่ีเหมือนตวัน าตวัหน่ึงในวงจรไฟฟ้า เม่ือเกิดกระแสเกินพิกดั (Overload Current) หรือกระแสลดัวงจร (Short Circuit Current) มีค่ามากกวา่กระแสท่ีฟิวส์ทนได ้ (Fuse’s Current Rating) จะท าใหฟิ้วส์ขาด (Blown Fuse) ท าใหว้งจรขาดและกระแสไม่ไหลอีกต่อไป เพื่อป้องกนัความเสียหายท่ีจะเกิดข้ึนกบัอุปกรณ์และผูใ้ชอุ้ปกรณ์ ปกติแลว้กระแสเกินพิกดั (Overload Current) เกิดข้ึนจากการดึงกระแสท่ีมากเกินจากอุปกรณ์ปลายทาง ส่วนกระแสลดัวงจร (Short Circuit Current) เกิดจากการ

ท่ีกระแสเคล่ือนท่ีผา่นทางลดัท่ีอาจจะเกิดจากการแตะกนัของสายไฟ หรือมีตวัน าไฟฟ้าเช่ือมต่อการลดัวงจร ซ่ึงสามารถมีค่ามากกวา่พนัเท่าของกระแสต่อเน่ืองท่ีฟิวส์ทนได ้โดยปกติ ฟิวส์จะเป็นอุปกรณ์ท่ีอ่อนแอท่ีสุดในวงจร โดยจะขาดและตดัวงจรก่อนท่ีอุปกรณ์อ่ืนๆ เช่น หลอดไฟ สายไฟ หรือหมอ้แปรง จะไหมห้รือระเบิด

รูปที ่2.29 ฟิวส์ชนิดหลอด

ฟิวส์แตกต่างจากเบรคเกอร์ตรงท่ี ฟิวส์เม่ือท าการตดัวงจรออก แลว้จะใช้งานต่อไปไม่ได ้ตอ้งท าการเปล่ียนฟิวส์ใหม่ส่วนเบรกเกอร์เม่ือตดัวงจรแลว้สามารถรีเซ็ทค่าแลว้ใชง้านไดต่้อไปอีก อยา่งไรก็ตามฟิวส์มีราคาถูกกวา่ และให้ความเสถียรภาพและรวดเร็ว ในการตดัวงจรไดดี้กวา่เบรคเกอร์ นอกจากน้ีฟิวส์ทุกชนิดสามารถป้องกนัทั้งกระแสเกินพิกดั (Overload Current) และกระแสลดัวงจร (Short Circuit Current) แต่เบรกเกอร์นั้น โดยส่วนใหญ่จะออกแบบมาเพื่อป้องกนักระแสเกินพิกดั (Overload Current) อยา่งเดียวเท่านั้นไม่สามารถจะป้องกนักระแสท่ีอนัตรายอยา่งกระแสลดัวงจร (Short Circuit Current) ได ้

ดงันั้นการออกแบบระบบท่ีตอ้งการเสถียรภาพในการตดัวงจรค่อนขา้งสู�