หม้อแปลงตรวจจับกระแสหรือหม้อแปลงกระแสเป็นหม้อแปลงชนิดหนึ่งที่ใช้เมื่อจำเป็นต้องวัดกระแสในตัวนำ พร้อมทั้งต้องมีการแยกกระแสด้วย (หมายเหตุ: ต้องเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ)

หม้อแปลงกระแสจะผลิตกระแสไฟฟ้าสลับในวงจรทุติยภูมิ ซึ่งเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกระแสไฟฟ้าในวงจรปฐมภูมิ เมื่อทราบอัตราส่วนรอบ กระแสไฟฟ้าในวงจรปฐมภูมิและวงจรทุติยภูมิจะเชื่อมโยงกัน และหากวัดกระแสไฟฟ้าในวงจรทุติยภูมิได้ ก็จะสามารถหาค่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจรปฐมภูมิได้

ด้วยเหตุนี้หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าจึงเป็นวิธีการที่เหมาะสมในการวัดกระแสไฟฟ้าในกรณีต่างๆ และการออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่แตกต่างกันหลายแบบ

พื้นฐานหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า

แม้ว่าหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าจะมีลักษณะพื้นฐานเหมือนกับหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กันทั่วไป แต่จุดประสงค์ของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้านั้นแตกต่างกันมาก ดังนั้น การออกแบบจึงแตกต่างกันค่อนข้างมาก

โดยปกติแล้ว หม้อแปลงกระแสปฐมภูมิจะได้รับการออกแบบให้รับกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ นั่นคือ กระแสไฟฟ้าทั้งหมดของวงจรปฐมภูมิที่ติดตั้งหม้อแปลงกระแสไว้เพื่อวัดกระแสไฟฟ้า ดังนั้น หม้อแปลงกระแสปฐมภูมิอาจเป็นขดลวดเดี่ยวหรือขดลวดรับน้ำหนักมากก็ได้ หรืออาจเป็นเพียงสายไฟเส้นเดียวที่ร้อยผ่านแกนกลางของหม้อแปลงก็ได้

เมื่อพิจารณาจากข้อเท็จจริงที่ว่าหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าถูกวางแบบอนุกรมโดยมีโหลดอยู่ในวงจรหลัก และด้วยเหตุนี้ หม้อแปลงเหล่านี้จึงบางครั้งเรียกว่า "หม้อแปลงแบบอนุกรม"

วงจรรองจะมีจำนวนรอบมากขึ้น จึงสามารถพัฒนากระแสไฟฟ้าได้มากพอที่จะวัดได้ง่าย

บ่อยครั้งที่แกนกลางอาจเป็นแกนเคลือบที่ทำจากวัสดุแม่เหล็กที่มีการสูญเสียต่ำ หรือหม้อแปลงแบบทอรอยด์ก็เป็นที่นิยมเช่นกัน ไม่ว่ารูปแบบจะเป็นอย่างไร แกนกลางมีพื้นที่หน้าตัดขนาดใหญ่ ทำให้ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดขึ้นต่ำ ซึ่งทำให้หม้อแปลงสามารถจ่ายกระแสคงที่ได้ดีที่สุด โดยไม่ขึ้นกับโหลดที่เชื่อมต่ออยู่

หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าสามารถมีได้หลายรูปแบบ:

• หม้อแปลงแบบทอรอยด์:  หม้อแปลงแบบทอรอยด์เป็นที่นิยมอย่างมากสำหรับการใช้งานหลายประเภท หม้อแปลงประเภทนี้มักจะมีขดลวดทุติยภูมิพันรอบตัวหม้อแปลงตามปกติ แต่สายหลักที่ตรวจจับได้จะสอดผ่านตรงกลางของตัวหม้อแปลงโดยตรง

เพื่อให้สามารถหนีบหม้อแปลงเข้ากับสายไฟได้ หม้อแปลงอาจถูกแยกออกและมีกลไกการหนีบที่ช่วยให้พันรอบสายไฟแล้วหนีบเข้าที่เพื่อไม่ให้หลุดร่วง วิธีนี้เป็นที่นิยมมากสำหรับการใช้งานที่ต้องติดตั้งหม้อแปลงตรวจจับกระแสเข้ากับตัวนำหรือสายไฟที่มีอยู่เดิม หรืออาจต้องมีการเปลี่ยนแปลง

• หม้อแปลงไฟฟ้าแบบพันแผลแบบดั้งเดิม:  หม้อแปลงไฟฟ้ากระแสสลับอีกประเภทหนึ่งที่นิยมใช้กันคือหม้อแปลงไฟฟ้าแบบพันแผล หม้อแปลงไฟฟ้าประเภทนี้มีจำหน่ายตามผู้จัดจำหน่ายและผู้ผลิตชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ และยังมีหลายประเภทจากผู้ผลิตหลายราย โดยทั่วไปแล้วหม้อแปลงไฟฟ้าประเภทนี้จะรวมอยู่ในระบบอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งหม้อแปลงไฟฟ้าจะเป็นส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์แบบถาวรและเป็นส่วนหนึ่งของการออกแบบ

• หม้อแปลงแบบแท่ง:  หม้อแปลงประเภทนี้มักใช้กับการใช้งานกระแสสูง ซึ่งจำเป็นต้องใช้แท่งสำหรับระดับกระแสสูง สายเคเบิลหรือบัสบาร์ของวงจรหลักใช้เป็นขดลวดปฐมภูมิและมีลักษณะเป็นขดลวดรอบเดียว ขดลวดทุติยภูมิจะถูกพันไว้ข้างๆ

อัตราส่วนรอบและอัตราส่วนกระแสไฟฟ้า

เป็นที่ทราบกันดีว่าการจะเพิ่มแรงดันเอาต์พุตจากหม้อแปลง ขดลวดรองควรมีจำนวนรอบมากกว่าขดลวดปฐมภูมิ

ในความเป็นจริงเราสามารถแสดงข้อเท็จจริงนี้ทางคณิตศาสตร์ได้ด้วยสูตรด้านล่างนี้:

ที่ไหน:

   Ep คือ EMF หลัก

   Es คือ EMF รอง

   Np คือจำนวนรอบของวงจรหลัก

   Ns คือจำนวนรอบของรอบรอง

จำเป็นต้องใช้ EMF เนื่องจาก EMF ไม่จำเป็นต้องเป็นแรงดันไฟฟ้าขาออก เนื่องจากอาจมีแรงดันตกเมื่อดึงกระแสไฟฟ้า

โดยปกติแล้วการสูญเสียในหม้อแปลงจะค่อนข้างต่ำ ซึ่งหมายความว่าสามารถพูดได้ว่ากำลังไฟเข้าแทบจะเท่ากับกำลังไฟขาออกเลยทีเดียว

ที่ไหน:

   Ep คือ EMF อินพุตหลัก

   Es คือ EMF รองหรือเอาต์พุต

   Ip คือกระแสในขดลวดปฐมภูมิ

   คือกระแสในขดลวดทุติยภูมิ

ส่งผลให้สามารถกำหนดอัตราส่วนกระแสไฟฟ้าระหว่างอินพุตและเอาต์พุตของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าได้

ดังนั้น หม้อแปลงกระแสไฟฟ้า เช่นเดียวกับหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าอื่นๆ จะต้องเป็นไปตามสมการแอมแปร์-รอบ ดังนั้นจึงเห็นได้ว่าอัตราส่วนรอบจะกำหนดระดับกระแสไฟฟ้าขาเข้าและขาออก

ที่ไหน:

   Np คือจำนวนรอบของขดลวดปฐมภูมิ

   Ns คือจำนวนรอบของขดลวดรอง

   คือกระแสในขดลวดทุติยภูมิ

   Ip คือกระแสในขดลวดปฐมภูมิ

สิ่งที่น่าสังเกตก็คืออัตราส่วนปัจจุบันจะแปรผกผันกับอัตราส่วนจำนวนรอบ

การทำงานเป็นโหลด

หม้อแปลงกระแสควรทำงานตามโหลดที่ต้องการเสมอ กล่าวคือ ปล่อยให้วงจรเปิดเมื่อมีกระแสไหลเข้าขดลวดปฐมภูมิ นี่อาจเป็นกฎหลักในการใช้งานหม้อแปลงประเภทนี้

เหตุผลก็คือ เมื่อปล่อยให้วงจรรองเปิดอยู่ กล่าวคือ ไม่มีโหลด ฟลักซ์แม่เหล็กจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก และเนื่องจากไม่มีกระแสต้านในสายรอง แรงดันไฟฟ้าในสายรองจึงสูงมาก โดยมักจะเพิ่มขึ้นเป็นหลายกิโลโวลต์

แรงดันไฟรองที่สูงมากนี้อาจทำให้ผู้ใช้ตกใจได้หากสัมผัสขั้วของหม้อแปลงโดยไม่ได้ตั้งใจ และอาจทำให้ฉนวนได้รับความเสียหายได้อีกด้วย

การใช้งานหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า

มีหลายพื้นที่ที่อาจใช้หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าได้ ในความเป็นจริงแล้ว คือทุกที่ที่ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับซึ่งจำเป็นต้องมีการแยกไฟฟ้าระหว่างวงจรหลักและวงจรวัด และที่จำเป็นต้องใช้วิธีง่ายๆ ในการเชื่อมต่อเครื่องมือทดสอบการวัดโดยไม่รบกวนการจ่ายไฟ

มีตัวอย่างมากมายที่ใช้หม้อแปลงกระแสไฟฟ้า:

• การวัดการไหลของกระแสไฟฟ้าในวงจรแหล่งจ่ายไฟจำนวนมาก
• การวัดกระแสไฟฟ้าขาออกในระบบโซลาร์เซลล์เพื่อให้เครื่องใช้ไฟฟ้าในบ้าน เช่น เครื่องทำน้ำอุ่น ใช้เฉพาะพลังงานสำรองเท่านั้น
• หม้อแปลงกระแสอาจใช้ในเครื่องมือทดสอบบางประเภทเพื่อเป็นส่วนหนึ่งของความสามารถในการวัดกระแสไฟฟ้า
• การป้องกันกระแสไฟเกิน - สามารถใช้หม้อแปลงกระแสไฟฟ้าในบางพื้นที่เพื่อช่วยตรวจจับกระแสไฟขาเข้าและตรวจจับสภาวะโหลดเกิน
• การตรวจจับไฟฟ้ารั่ว
• ข้อเสนอแนะภายในแหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์

หม้อแปลงกระแสไฟฟ้ามีการใช้งานมากมายหลายแบบ โดยปรากฏอยู่ในสถานที่ต่างๆ มากมาย

แคลมป์มิเตอร์

การใช้งานหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าที่พบเห็นได้ทั่วไปในชีวิตประจำวันอย่างหนึ่งคือใช้เป็นมิเตอร์ทดสอบไฟฟ้าหรือมัลติมิเตอร์ที่เรียกว่าแคลมป์มิเตอร์

เนื่องจากช่างไฟฟ้ามักต้องวัดกระแสไฟฟ้าที่ไหลในสายไฟ วิธีที่สะดวกจริง ๆ เพียงวิธีเดียวในการทำเช่นนี้คือการหนีบรอบสายไฟ ซึ่งเป็นหม้อแปลงรูปวงแหวนพิเศษที่เป็นส่วนหนึ่งของเครื่องวัดกระแสไฟฟ้าแบบหนีบชนิดหนึ่ง

หม้อแปลงไฟฟ้าแบบทอรอยด์สามารถเปิดและปิดรอบสายไฟที่นำกระแสได้โดยไม่ต้องถอดสายออก แคลมป์ทอรอยด์ทำหน้าที่เป็นหม้อแปลงไฟฟ้าและเชื่อมต่อกับวงจรภายในมิเตอร์ที่ใช้วัดกระแส และประมวลผลและแสดงผลค่าที่อ่านได้ ซึ่งโดยทั่วไปจะแสดงในรูปแบบดิจิทัล

แคลมป์มิเตอร์เหล่านี้มักจะมีขั้วมาตรฐานสำหรับวัดความต้านทาน และอาจรวมถึงการวัดกระแสในวงจรด้วย แต่ในฐานะแคลมป์มิเตอร์วัดกระแส มัลติมิเตอร์ประเภทนี้จึงโดดเด่น

ข้อมูลจำเพาะหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า

เมื่อเลือกหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า จำเป็นต้องพิจารณาคุณสมบัติต่างๆ มากมาย โดยพื้นฐานแล้ว คุณสมบัติเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นไปตามที่คาดหวังไว้ แต่ก็มีบางแง่มุมที่อาจต้องจดจำ

มีข้อกำหนดเฉพาะต่างๆ มากมายที่สามารถนำไปใช้กับหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า และข้อกำหนดด้านล่างนี้เป็นเพียงบางส่วนที่สำคัญและใช้กันอย่างแพร่หลาย

• ประเภท:  การเลือกประเภทของหม้อแปลงไฟฟ้าที่ต้องการเป็นสิ่งสำคัญ ไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับประเภทของการใช้งานเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับกระแสไฟฟ้าที่ต้องตรวจสอบด้วย ตรวจสอบให้แน่ใจว่าประเภทของหม้อแปลงไฟฟ้าเหมาะสมกับการใช้งานนั้นๆ เช่น จำเป็นต้องติดตั้งเพิ่มเติม ซึ่งในกรณีนี้จะต้องสามารถยึดกับสายไฟได้
• ระดับกระแส:  ต้องระบุระดับกระแสสำหรับทั้งวงจรปฐมภูมิและวงจรทุติยภูมิด้วย วงจรปฐมภูมิจำเป็นต้องรองรับระดับกระแสที่คาดการณ์ไว้ในวงจรปฐมภูมิ (โดยมีระยะเผื่อเพียงพอสำหรับรองรับภาระเกิน) และวงจรทุติยภูมิต้องจ่ายกระแสเพียงพอสำหรับขับแอมมิเตอร์ไม่ว่าในรูปแบบใด อัตราส่วนนี้ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนรอบ
• ช่วงความถี่:  ช่วงความถี่ของหม้อแปลงไฟฟ้าทุกชนิดจะมีจำกัด และแน่นอนว่าหม้อแปลงไฟฟ้ากระแสก็เช่นเดียวกัน โดยทั่วไปแล้วหม้อแปลงไฟฟ้าเหล่านี้จะถูกผลิตขึ้นสำหรับช่วงความถี่ที่แคบ มักจะใช้กับสายไฟ/ไฟหลักที่ความถี่ 50/60 เฮิรตซ์ และบางรุ่นอาจทำงานที่ความถี่สูงถึง 100 กิโลเฮิรตซ์หรือมากกว่า โดยทั่วไปแล้วหม้อแปลงไฟฟ้าเหล่านี้จะใช้กับแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมด อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องตรวจสอบช่วงความถี่
• โหลดและประสิทธิภาพของแอมมิเตอร์:  กระแสเอาต์พุตของหม้อแปลงกระแสมักจะถูกกำหนดไว้สำหรับโหลดที่กำหนด มิเตอร์ที่ใช้วัดกระแสควรตรงกับค่าที่กำหนด หม้อแปลงกระแสบางรุ่นมีจำหน่ายพร้อมอุปกรณ์วัดกระแสในตัว เพื่อให้ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ทั้งสองชิ้นตรงกันและขจัดความคลาดเคลื่อนใดๆ

การระบุหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าให้เหมาะกับการใช้งานนั้นเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าวงจรอิเล็กทรอนิกส์จะสามารถทำงานได้ในลักษณะที่คาดหวัง

หม้อแปลงกระแสหรือหม้อแปลงกระแสถูกนำมาใช้ในหลายสาขาของการออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ไฟฟ้า เพื่อตรวจจับกระแสไฟฟ้าในสถานการณ์ที่หลากหลาย ไม่น่าแปลกใจเลยที่มีหม้อแปลงกระแสหลายประเภทให้เลือกใช้ หลากหลายรูปแบบและขนาด เพื่อให้เหมาะกับความต้องการที่หลากหลาย ดังนั้น ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่มีประโยชน์เหล่านี้จึงแทบจะรับประกันได้ว่าจะมีอยู่ในรูปแบบที่ต้องการและมีคุณสมบัติตรงตามข้อกำหนด