หม้อแปลงไฟฟ้า คืออะไร ? มีหลักการทํางานอย่างไร !!

สวัสดีครับยินดีต้อนรับทุกท่านเข้าสู่ ช่อง ZimZim DIY
ในวันนี้ แน่นอนครับว่า ผมจะมาอธิบาย อุปกรณ์ไฟฟ้า อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ง่ายๆสไตล์ช่อง Zimzim
และอุปกรณ์ที่ผมจะพูดถึงในวันนี้ก็คือ หม้อแปลง ไฟฟ้านั้นเองครับ
ก่อนจะไปพูดถึง หม้อแปลง ว่ามันทำงานอย่างไร
ผมจะขอพูดถึง กระแสไฟฟ้ากันก่อนนะครับ
กระแสไฟฟ้า ที่เราใช้ในปัจจุบัน หลักๆมีอยู่ด้วยกัน 2 ประเภท และผมคิดว่าเพื่อนๆส่วนใหญ่ก็คงทราบกันดี
นั้นก็คือ
ไฟฟ้ากระแสสลับ หรือที่เรามักเรียกว่า Ac
และไฟฟ้ากระแสตรง หรือที่้เราเรียกมันว่า Dc

แต่ว่าหม้อแปลงของเรา มันจะทำงานได้ ก็ต่อเมื่อ มะนเป็น กระแสสลับเท่านั้น นะครับ
ซึ่ง กระแสสลับ เราก็สามารถสร้างขึ้นได้ โดยใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้า หรือ ว่า ไดนาโมปั่น แม่เหล็กถาวร ให้มันหมุนตัดผ่านขดลวด
ก็จะได้กระแสสลับไปมาๆ แบบนี้ ครับ

ถ้าเราส่ง ไฟฟ้ากระแสตรง ผ่านขดลวด
สนามแม่เหล็กจะเกิดขึ้น แต่ว่าเกิดแบบคคงที่ครับ ก็คือมันจะไม่เกิดการเหนี่ยวนำใดๆ เกิดขึ้น

แต่ถ้าเราส่ง ไฟฟ้ากระแสสลับ ผ่านสายไฟเข้าไป สนามแม่เหล็กจะเพิ่มขึ้นและลดลง และมันก็สลับเปลี่ยนขั้วไปๆมาๆ
หากว่าเราใช้สายทองแดง หลายๆเส้น วางคู่กัน
แล้วป้อนกระแสผ่าน เราก็จะยิ่งได้สนามแม่เหล็กที่แรงขึ้น

และเมื่อเราเปลี่ยนรูปทรง จากสายทองแดงเส้นเดียวตรงๆเนี่ยะ เป็นขดเป็น ม้วนกลมๆ สนามแม่เหล็กจะยิ่ง แรงขึ้นไปอีกครับ

เพราะฉะนั้น ถ้าหากเราพันขดลวดอีก 1 ชุดวาง ใกล้ๆ กัน
แล้วเราก็ปล่อย ไฟฟ้ากระแสไฟสลับ ผ่านขดแรกลวด ชุดแรก มันก็จะเกิดการเหนี่ยวนำ กระแสไฟฟ้า เข้าขดที่สอง แบบอัตโนมัติ ครับ

เพื่อนๆจะเห็นได้ชัดว่า ส่วนที่สำคัญที่สุด ที่กระแสมันสามารถไหลผ่านหม้อแปลงได้ นั้นก็คือการใช้ไฟฟ้ากระแสสลับสร้าง สนามแม่เหล็ก
เพราะฉะนั้นเพื่อนๆ การที่เราเอาสายทองแดง พวกนี้มาขวาง อิเล็กตรอนอิสระในสายไฟ มันจะถูกก่อกวนโดยสนามแม่เหล็ก มันไม่เป็นตัวตัวของตัวเองเหมือนคนเมา และก็สามารถควบคุมทิศทางที่มันเดินได้
โดนสนามแม่เหล็กเป่าหู บังคับ ไปทางซ้าย ทีขวาที มันก็เชื่อฟัง อิเล็กตรอนมันก็เลยเกิดการเคลื่อนที่
การเคลิ่อนที่ตรงนี้ เราจะเรียมันกว่า เป็นแรงเคลื่อนไฟฟ้า หรือ EMF

แรงเคลื่อนไฟฟ้านี้จะไม่เกิดขึ้น กับไฟฟ้าที่เป็นกระแส DC
นั้นเป็นเพราะสนามแม่เหล็กมันคงที่เกินไป อิเล็กตรอนมันเลยไม่ถูกบังคับให้เคลื่อนที่
แต่ถ้าผมเอากระแสไฟ DC มาต่อ และทำการ กด เปิด / ปิด สวิตซ์
มันจะเกิดการเปลี่ยนแปลงกระทันของ
ของสนามแม่เหล็ก ในระยะเวลาสั้นๆ เราจะเห็นหลอดไฟ สว่าง มากระจี๊ดหนึ่ง ให้พอเห็น

แต่การใช้งานจริงๆ แสงสว่าง แบบกระพริบๆ คงไม่มีใครต้องการ มันเหมือนหลอดไฟเสีย ซะมากกว่า
ดังนั้นถ้าผมอยากให้มันสว่างอย่างคงที่ ผมก็ต้องเพิ่มจังหวะให้มันมากขึ้น
เพื่อนๆก็จะเห็นว่า ผมจะกดสวิตท์ได้เร็วสุด ไม่เกิน 5 ครั้ง ต่อวินาที ทำให้แสง มันยังกระพริบๆ อยู่ ไม่เนียนตา

แต่สำหรับไฟบ้าน มันสามารถเปิด/ปิด รัวๆแบบผมนี้ แต่เปิดปิดได้ไวกว่า มากครับ มันสามารถทำได้ถึง 50 ครั้งต่อวินาที หรือเราเรียกว่า 50Hz นั้นเอง

ซึ่งความเร็วนี้ หลอดไฟมันจะกระพริบไวมาก จนสายตาของพวกเรา ไม่สามารถจับการเคลื่อนไหวของแสงพวกนี้ทัน เราเลยก็มองว่าไฟหลอดไฟ มันสว่างคงทื้ และสว่างต่อเนื่อง

กลับมาดูที่หม้อแปลงครับ การวางขดลวดใกล้ๆกัน มันสามารถ เหนี่ยวนำ กระแสได้จริง
แต่มันก็สูญเสีย สนามแม่เหล็กจำนวนมากมายมหาศาล ที่เป็นช่องว่างตรงนี้ เพราะฉะนั้นวิศวะรก็เลย แก้ไขปัญหานี้ โดยใช้
เหล็กวางเป็นแกนกลางละหว่างขดลวดทั้งสอง
และขดลวด ชุดแรก ที่เราป้อนกระแสเราจะเรียกว่า ขด ปฐมภูมิ และ อีกขดหนึ่งที่ถูกเหนี่ยวนำ
เราจะเรียกว่า เป็นขด ทุติยภูมิ
เมื่อเราวางแกนเหล็ก สนามแม่เหล็กมันก็จะแบ่งๆ ไปที่ขดลวด ทุติยภูมิ ทำให้หม้อแปลงมี ประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น
แต่การที่เราใช้ แกนเหล็ก มันก็ยังมีปัญหาอยู่นะครับ ปัญหานั้นก็คือ มันยังมีพลังงานบางส่วนสูญหายไป จากกระแสน้ำวน
กระแสน้ำวนคืออะไร
มันคือกระแสส่วนหนึ่ง จะหมุนรอบๆ แกนเหล็กแท่ง เมื่อมันหมุนมากๆขึ้น มันจะทำให้หม้อแปลงนั้นเกิดความร้อน
วิศวกร ก็เลยต้องออกแบบ แท่งเหล็กใหม่ อีกครั้ง ทีนี้เขาก็จะเปลี่ยนไปใช้เป็นเหล็กเคลือบ แผ่นซ่้อนๆกันแทน ซึ่งมันก็ช่วยลดการเกิด กระแสน้ำวนได้เป็นอย่างดีครับ

อย่างหม้อแปลง StepDown เราจะให้ พันขดลวดทางฝั่ง ปฐมภูมิ ให้มากกว่าฝั่ง ทุติยภูมิ
และ หม้อแปลงสเต๊ปอัพ เราจะกลับกัน เราจะ พันขดลวดทางฝั่ง ทุติยภูมิ มากกว่า ฝั่ง ปฐมภูมิ

ซึ่งหม้อแปลงพวกนี้ มันจะมีประโยชน์มาก สำหรับโรงไฟฟ้าที่ต้องการรับส่งกระแสไฟฟ้าไกลๆ
เพราะมันจะช่วย ลดการสูญเสีย จากความต้านทานจากสายส่งที่ยาวๆ และที่สำคัญมันช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายเพราะสายไฟไม่จำเป็นต้องเส้นใหญ่ ด้วยครับ

แต่หม้อแปลง ไฟฟ้า ที่ใช้สำหรับ โรงงาน หรือ อาคารพาณิชย์ใหญ่ๆ มักจะใช้เป็นแบบ 3เฟส ส่วนเรื่องไฟฟ้า 3 เฟส เดี่ยวผมจะมาอธิบายอีกครี่ง ในภายหลังนะครับ

ส่วนหม้อแปลง ทีเราใช้กันภายในบ้านเรือน มักจะเป็น StepDown เราสามารถออกแบบ เลือกใช้เป็น ขดหยิบย่อย เลือกใช้ V ต่างๆได้อย่างอิสระ

ตอนนี้หม้อแปลงก็พัฒนา ไปหลายรูปแบบ อย่างเช่นหม้อแปลงแบบ เทอร์รอย รูปทรง มันคล้ายๆโดนัท มีรูตรงกลาง ลักษณะเป็น วงกลม มันก็จะแบ่งวัสดุที่ทำแกนได้เป็นหลายๆชนิด อีกครับ
ทั้งแกนชนิดเหล็ก แกนเฟอรไรท์
แต่หม้อแปลงทุกแบบ มันก็มีความร้อนสะสมเกิดขึ้นมาเสมอ ยังไงๆเราต้องเลือกใช้ ให้มันเหมาะสมกับโหลด
สำหรับคลิปนี้ผมก็ขออธิบาย หม้อแปลงไฟฟ้า เบื้องต้นไว้เท่านี้ก่อน
ขอบคุณเพื่อนๆทุกท่านที่ติดตามรับชมครับ
ขอบคุณข้อมูล จากอินเทอร์เน็ต:
The Engineering Mindset
#หม้อแปลงคืออะไร? #หม้อแปลงไฟฟ้า