ออโต้ทรานส์ฟอร์เมอร์คืออะไร?

หม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติ (Autotransformer) คือหม้อแปลงไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่มีขดลวดเพียงเส้นเดียว ขดลวดเดียวกันนี้ทำหน้าที่เป็นทั้งด้านปฐมภูมิและด้านทุติยภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้า ข้อดีของหม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติคือมีขนาดเล็กกว่า เบากว่า และราคาถูกกว่าหม้อแปลงไฟฟ้าทั่วไปที่มีขดลวดแยกสองเส้น หม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติมักใช้ในการควบคุมแรงดันไฟฟ้าในห้องปฏิบัติการและอุตสาหกรรม หม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติมีขนาดกะทัดรัดและมีประสิทธิภาพมากกว่าหม้อแปลงแยก แต่ไม่สามารถแยกกระแสไฟฟ้าระหว่างอินพุตและเอาต์พุตได้

การก่อสร้างหม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติ

โครงสร้างของหม้อแปลงอัตโนมัติแตกต่างจากหม้อแปลงทั่วไป (หม้อแปลงแยกสองขดลวด) หม้อแปลงอัตโนมัติมีขดลวดเพียงเส้นเดียวที่ทำหน้าที่เป็นทั้งด้านปฐมภูมิและด้านทุติยภูมิของหม้อแปลง ขดลวดถูกพันบนแกนแม่เหล็กหลายชั้น ซึ่งมีหน้าสัมผัสแบบหมุนที่สามารถเคลื่อนที่ได้ อัตราส่วนแรงดันไฟฟ้าของหม้อแปลงอัตโนมัติขึ้นอยู่กับจำนวนรอบของขดลวดร่วมและขดลวดอนุกรม หม้อแปลงอัตโนมัติสามารถทำงานเป็นหม้อแปลงลดหรือเพิ่มแรงดันไฟฟ้าได้โดยการเปลี่ยนการเชื่อมต่อของขั้วอินพุตและเอาต์พุต

หลักการทำงานและอัตราส่วนแรงดันไฟฟ้าของหม้อแปลงอัตโนมัติ

สมมติว่าแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายผ่านด้านปฐมภูมิ (ระหว่าง A และ B มี N₁ รอบ) คือ V₁ แรงดันไฟฟ้าที่จ่ายผ่านแต่ละรอบคือ V₁ / N₁ ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่จุด C (ด้านทุติยภูมิมี N₂ รอบ) เทียบกับ B คือ V₂ :

การประหยัดทองแดงในหม้อแปลงรถยนต์

ให้น้ำหนักของทองแดงในหม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติแสดงเป็น W_auto และน้ำหนักของหม้อแปลงไฟฟ้าแยกสองขดลวดแสดงเป็น W_iso น้ำหนักจะแปรผันตรงกับพื้นที่หน้าตัดของขดลวดทองแดง ซึ่งแปรผันตรงกับกระแสไฟฟ้า นอกจากนี้ยังแปรผันตรงกับจำนวนรอบ ในสภาวะลดแรงดันไฟฟ้า I₂ > I₁ เพื่อรักษากำลังไฟฟ้าให้เท่าเดิม W_auto สามารถแสดงเป็นน้ำหนักของส่วน AC และ CB ดังแสดงด้านล่าง:

ดังนั้น,

สำหรับหม้อแปลงแยก น้ำหนักรวมคือ:

ดังนั้นอัตราส่วนของ W_iso และ W_auto ก็คือ:

เรารู้ว่า I₂ N₂ = I₁N₁ ดังนั้น:

ตัวอย่างเช่น เราสามารถประหยัดทองแดงได้เท่าใดในหม้อแปลงอัตโนมัติ (เมื่อเทียบกับหม้อแปลงแยกสองขดลวด) สำหรับหม้อแปลงลดแรงดันไฟฟ้าที่มีอัตราส่วนการแปลง N₂ /N₁ = K = 0.5

คำตอบ: W_auto = (1-K)W_iso , W_auto = (1-0.5)W_iso , W_auto = 0.5W_iso ซึ่งหมายความว่าหม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติประหยัดทองแดงได้ 50% เมื่อเทียบกับหม้อแปลงแยก

คุณสมบัติของหม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติ

• ขดลวดเดี่ยว: หม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติมีขดลวดเพียงเส้นเดียว ซึ่งแตกต่างจากหม้อแปลงไฟฟ้ามาตรฐาน ซึ่งมีขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิแยกกันสองเส้น ขดลวดเดี่ยวนี้ทำหน้าที่เป็นทั้งขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิ
• แทป: หม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติมีแทปหลายตัวตลอดขดลวด ช่วยให้คุณเลือกอัตราส่วนแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและขาออกที่ต้องการได้ การเชื่อมต่ออินพุตและขาออกเข้ากับแทปที่แตกต่างกันจะช่วยให้คุณเปลี่ยนอัตราส่วนการแปลงแรงดันไฟฟ้าได้
• การควบคุมแรงดันไฟฟ้า: หม้อแปลงอัตโนมัติมักใช้เพื่อการควบคุมแรงดันไฟฟ้า เช่น การควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้า คุณสามารถเพิ่มหรือลดแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตได้โดยการเลือกเอาต์พุตที่แตกต่างกัน
• ประสิทธิภาพ: โดยทั่วไปแล้วหม้อแปลงอัตโนมัติจะมีประสิทธิภาพมากกว่าหม้อแปลงทั่วไป เนื่องจากมีขดลวดน้อยกว่า จึงทำให้สูญเสียความต้านทานน้อยกว่า อย่างไรก็ตาม ข้อเสียคือไม่มีการแยกวงจรหลักและวงจรรอง
• การแยกและความปลอดภัย: ข้อจำกัดที่สำคัญของหม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติคือไม่มีการแยกทางไฟฟ้าในระดับเดียวกับหม้อแปลงไฟฟ้าแบบดั้งเดิม ขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิเชื่อมต่อกัน ดังนั้นจึงไม่มีการแยกทางกายภาพระหว่างขดลวดทั้งสอง ซึ่งอาจเป็นปัญหาด้านความปลอดภัยในการใช้งานบางประเภท

ข้อดีของหม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติ

1. มีขนาดเล็กกว่า เบากว่า และราคาถูกกว่าหม้อแปลงสองขดลวดแบบธรรมดา
2. มีประสิทธิภาพสูงกว่าและสูญเสียต่ำกว่าเนื่องจากฟลักซ์รั่วไหลและความต้านทานลดลง
3. สามารถให้ช่วงการควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่กว้างได้โดยการปรับการสัมผัสที่เคลื่อนที่

ข้อเสียของหม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติ

1. ข้อเสียหลักของหม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติคือไม่มีการแยกกระแสไฟฟ้าระหว่างด้านปฐมภูมิและด้านทุติยภูมิ เนื่องจากหม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติเชื่อมต่อทั้งทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก แรงดันไฟตรงที่ด้านปฐมภูมิจึงปรากฏที่ด้านทุติยภูมิโดยตรง
2. การหยุดชะงักใดๆ ในขดลวดปฐมภูมิจะส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าปฐมภูมิเต็มที่ด้านทุติยภูมิ ซึ่งไม่ปลอดภัยต่อการใช้แรงดันไฟฟ้าสูง

การประยุกต์ใช้ของหม้อแปลงอัตโนมัติ

1. การควบคุมแรงดันไฟฟ้า: หม้อแปลงอัตโนมัติมักใช้เพื่อควบคุมแรงดันไฟฟ้าในระบบจำหน่ายไฟฟ้า โดยการต่อจุดต่างๆ บนขดลวด แรงดันไฟฟ้าขาออกสามารถปรับให้ตรงกับระดับที่ต้องการ ช่วยให้แรงดันไฟฟ้ามีเสถียรภาพและชดเชยแรงดันตกคร่อมในสายส่งไฟฟ้าที่มีความยาว
2. แหล่งจ่ายไฟแบบปรับแรงดันไฟฟ้าได้: หม้อแปลงอัตโนมัติสามารถใช้จ่ายแรงดันไฟฟ้าแบบปรับแรงดันไฟฟ้าได้สำหรับการทดลองและการทดลองต่างๆ การปรับตำแหน่งแทปช่วยให้ได้แรงดันไฟฟ้าขาออกที่หลากหลาย ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในห้องปฏิบัติการและแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าแบบปรับได้
3. การสตาร์ทและควบคุมมอเตอร์: หม้อแปลงอัตโนมัติถูกนำมาใช้ในการสตาร์ทมอเตอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับมอเตอร์เหนี่ยวนำขนาดใหญ่ หม้อแปลงอัตโนมัติช่วยลดกระแสสตาร์ทเมื่อมอเตอร์สตาร์ท ช่วยป้องกันแรงดันไฟฟ้าตกในแหล่งจ่ายไฟ และลดความเค้นเชิงกลที่เกิดกับมอเตอร์
4. ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน: หม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานได้โดยการปรับแรงดันไฟฟ้าให้ตรงกับความต้องการของโหลดมากขึ้น ซึ่งสามารถช่วยลดการสูญเสียพลังงานและเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของระบบไฟฟ้าได้
5. ระบบ HVAC: ในระบบทำความร้อน ระบายอากาศ และปรับอากาศ (HVAC) จะใช้หม้อแปลงอัตโนมัติเพื่อควบคุมความเร็วของมอเตอร์ในพัดลมและปั๊ม ช่วยให้สามารถเปลี่ยนแปลงการไหลของก๊าซหรือของเหลวได้
6. การใช้งานในอุตสาหกรรม: หม้อแปลงอัตโนมัติใช้ในกระบวนการอุตสาหกรรมต่างๆ ที่ต้องการการควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่แม่นยำและประสิทธิภาพด้านพลังงาน