หม้อแปลงไฟฟ้าสูญเสียพลังงานไปเท่าไหร่?

การสูญเสียในหม้อแปลงไฟฟ้าส่วนใหญ่เกิดจากการสูญเสียในทองแดงและการสูญเสียในเหล็ก เนื่องจากอุปกรณ์ไฟฟ้าทุกชนิดจะเกิดการสูญเสียในระหว่างการใช้งานเป็นเวลานาน และหม้อแปลงไฟฟ้าก็เช่นกัน

ความเสียหายจากเหล็กคืออะไร?

ต่างจากความสูญเสียในแกนเหล็ก ความสูญเสียในแกนเหล็กของหม้อแปลงไฟฟ้าไม่ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น การพันขดลวดและขนาดกระแสไฟฟ้า ในแง่ของชื่อ ความสูญเสียในแกนเหล็กนั้นเกี่ยวข้องกับเหล็กโดยตรง เกิดจากแกนเหล็ก ความสูญเสียในแกนเหล็กของหม้อแปลงไฟฟ้ายังเรียกว่า "ความสูญเสียขณะไม่มีโหลด" เนื่องจากความสูญเสียในแกนเหล็กเกิดขึ้นเสมอในหม้อแปลงไฟฟ้า ไม่ว่าจะมีโหลดเต็มที่หรือไม่มีโหลด และจัดเป็นความสูญเสียคงที่ของหม้อแปลงไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ในระหว่างกระบวนการที่มีโหลด ความสูญเสียพลังงานจะลดลงเมื่อความแรงของสนามไฟฟ้าลดลง

การจำแนกประเภทการสูญเสียเหล็กในหม้อแปลงไฟฟ้า

การสูญเสียพลังงานในหม้อแปลงไฟฟ้าแบ่งออกเป็น การสูญเสียจากฮิสเทอรีซิสและการสูญเสียจากกระแสไหลวน

การสูญเสียฮิสเทอรีซิส

หลักการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้าอาศัยหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อให้เกิดการเพิ่มขึ้นและลดลงของแรงดันไฟฟ้าและการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้า ฟลักซ์แม่เหล็กในหม้อแปลงจะไหลผ่านแกนเหล็ก แกนเหล็กมีความต้านทานแม่เหล็กต่อฟลักซ์แม่เหล็ก เช่นเดียวกับตัวนำที่มีความต้านทานต่อกระแสไฟฟ้า ในทำนองเดียวกัน ความร้อนก็จะเกิดขึ้นด้วย และการสูญเสียนี้เรียกว่า "การสูญเสียฮิสเทอรีซิส"

การสูญเสียกระแสไหลวน

เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลง ฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดจะไหลผ่านแกนเหล็ก เนื่องจากแกนเหล็กเป็นตัวนำ จึงเกิดศักย์ไฟฟ้าเหนี่ยวนำในระนาบตั้งฉากกับเส้นแรงแม่เหล็ก ศักย์ไฟฟ้านี้สร้างวงปิดในหน้าตัดของแกนเหล็ก ซึ่งก่อให้เกิดกระแสไฟฟ้า กระแสไฟฟ้านี้ทำหน้าที่เหมือนกระแสน้ำวนที่หมุนวน จึงเป็นที่มาของชื่อ "กระแสน้ำวน" การสูญเสียที่เกิดจากกระแสน้ำวนเรียกว่า "การสูญเสียจากกระแสน้ำวน" เนื่องจากแกนเหล็กสร้างกระแสน้ำวน จึงทำเป็นแผ่นบางๆ เพราะยิ่งแกนเหล็กบาง ความต้านทานยิ่งสูง กระแสไฟฟ้ายิ่งต่ำ

ปัจจัยที่มีผลต่อการสูญเสียเหล็กในหม้อแปลงไฟฟ้า

• แรงดันไฟฟ้าและความถี่ในการทำงาน: การสูญเสียในแกนเหล็กมีความสัมพันธ์กับแรงดันไฟฟ้าและความถี่ในการทำงานของหม้อแปลง เนื่องจากปัจจัยเหล่านี้ส่งผลต่อความแรงของสนามแม่เหล็กและฮิสเทรีซิสในแกนเหล็ก
• วัสดุแกนกลาง: คุณสมบัติฮิสเทอรีซิสของวัสดุแกนกลางจะมีผลต่อขนาดของการสูญเสียเหล็ก หากเลือกวัสดุแกนกลางไม่ดี การสูญเสียฮิสเทอรีซิสจะเพิ่มขึ้น
• กระบวนการผลิต: กระบวนการผลิตหม้อแปลงไฟฟ้าก็มีผลกระทบต่อการสูญเสียเหล็กในระดับหนึ่งเช่นกัน ตัวอย่างเช่น วิธีการเรียงแผ่นเหล็กแกน การอบฉนวน ฯลฯ จะส่งผลต่อขนาดของการสูญเสียเหล็ก

วิธีลดการสูญเสียเหล็กในหม้อแปลงไฟฟ้าทำอย่างไร?

• เลือกวัสดุแกนเหล็กคุณภาพสูง: การเลือกวัสดุแกนเหล็กที่มีการสูญเสียฮิสเทอรีซิสต่ำสามารถลดการสูญเสียแกนเหล็กของหม้อแปลงได้
• ปรับปรุงกระบวนการผลิตให้เหมาะสม: ลดการสูญเสียเหล็กโดยการปรับปรุงวิธีการเคลือบแกน การบำบัดฉนวน และกระบวนการผลิตอื่นๆ
• การออกแบบที่เหมาะสม: ในขั้นตอนการออกแบบหม้อแปลงไฟฟ้า การสูญเสียพลังงานในแกนเหล็กจะลดลงได้โดยการปรับโครงสร้างและเลือกพารามิเตอร์ให้เหมาะสมที่สุด

การสูญเสียทองแดง

ทองแดงมีบทบาทสำคัญในหม้อแปลงไฟฟ้า โดยปกติแล้วจะใช้สายทองแดงในการพันขดลวดของหม้อแปลงไฟฟ้า "การสูญเสียทองแดง" ในหม้อแปลงไฟฟ้าคือการสูญเสียที่เกิดจากสายทองแดง "การสูญเสียทองแดง" ของหม้อแปลงไฟฟ้าเรียกอีกอย่างว่าการสูญเสียเนื่องจากโหลด การสูญเสียเนื่องจากโหลดนี้เป็นการสูญเสียที่เปลี่ยนแปลงได้

การสูญเสียในสายทองแดง (การสูญเสียขณะโหลด) เป็นการสูญเสียที่ไม่คงที่ และยังเป็นการสูญเสียหลักในการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้าด้วย

ปัจจัยที่มีผลต่อการสูญเสียทองแดงในหม้อแปลงไฟฟ้า

• ขนาดของกระแสไฟฟ้า: ดังที่กล่าวมาข้างต้น การสูญเสียในสายทองแดงเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของกระแสไฟฟ้า ดังนั้นขนาดของกระแสไฟฟ้าจึงเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อการสูญเสียในสายทองแดง
• ความต้านทานของขดลวด: ความต้านทานของขดลวดส่งผลโดยตรงต่อการสูญเสียทองแดง ยิ่งความต้านทานมาก การสูญเสียทองแดงก็ยิ่งสูงขึ้น
• จำนวนชั้นของขดลวด: ยิ่งมีจำนวนชั้นของขดลวดมากเท่าไร เส้นทางที่กระแสไฟฟ้าไหลในขดลวดก็จะยิ่งยาวขึ้นเท่านั้น และความต้านทานก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย ส่งผลให้การสูญเสียในทองแดงเพิ่มขึ้น
• ความถี่ในการสวิตช์: ผลของความถี่ในการสวิตช์ต่อการสูญเสียทองแดงในหม้อแปลงนั้นเกี่ยวข้องโดยตรงกับพารามิเตอร์การกระจายและลักษณะโหลดของหม้อแปลง เมื่อลักษณะโหลดและพารามิเตอร์การกระจายเป็นแบบเหนี่ยวนำ การสูญเสียทองแดงจะลดลงเมื่อความถี่ในการสวิตช์เพิ่มขึ้น เมื่อเป็นแบบคาปาซิทีฟ การสูญเสียทองแดงจะเพิ่มขึ้นเมื่อความถี่ในการสวิตช์เพิ่มขึ้น
• อิทธิพลของอุณหภูมิ: การสูญเสียโหลดได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิของหม้อแปลงด้วยเช่นกัน ในขณะเดียวกัน ฟลักซ์รั่วไหลที่เกิดจากกระแสโหลดจะทำให้เกิดการสูญเสียกระแสไหลวนในขดลวดและการสูญเสียแบบสุ่มในชิ้นส่วนโลหะภายนอกขดลวด

วิธีลดการสูญเสียทองแดงในหม้อแปลงไฟฟ้า?

• เพิ่มพื้นที่หน้าตัดของขดลวดในหม้อแปลง: ลดความต้านทานของตัวนำ ซึ่งจะช่วยลดการสูญเสียทองแดงในหม้อแปลงได้อย่างมีประสิทธิภาพ
• ใช้ตัวนำคุณภาพสูง เช่น ฟอยล์ทองแดงหรือฟอยล์อลูมิเนียม เพื่อลดความต้านทานในการพันขดลวด
• ลดระยะเวลาการทำงานที่โหลดเบาของหม้อแปลง: การจำกัดสัดส่วนของระยะเวลาการทำงานที่โหลดเบาของหม้อแปลงจะช่วยลดการสูญเสียทองแดงของหม้อแปลงได้