หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นเครื่องกลไฟฟ้าที่มีค่าการสูญเสียน้อยกว่าเครื่องกลไฟฟ้าประเภทมอเตอร์ไฟฟ้า และเครื่องก าเนิดไฟฟ้า ทั้งนี้ก็เพราะว่าหม้อแปลงไฟฟ้านั้นไม่มีการสูญเสียทางกล ดังนั้นจึงท าให้หม้อแปลงไฟฟ้ามีการสูญเสียเพียง 2 ส่วน ได้แก่ การสูญเสียในแกนเหล็กและการสูญเสียในขดลวดทองแดง 11.1.1 การส ูญเส ี ยในแกนเหล ็ ก การสูญเสียส่วนนี้จะเกิดขึ้นในแกนเหล็กของหม้อแปลงไฟฟ้าแบ่ง ออกได้เป็น 1. การสูญเสียจากฮิสเทอรีซิส เกิดขึ้นเนื่องจากเส้นแรงแม่เหล็กมีการเปลี่ยนแปลงขนาดและ ทิศทางตลอดเวลาตามความถี่ของไฟฟ้ากระแสสลับที่จ่ายเข้ามา ดังนั้นเมื่อพิจารณาจากรูปที่ 11.1 (ก) เมื่อครึ่งไซเกิลบวกเข้ามาจ่ายให้กับขดลวดของหม้อแปลง ก็ท าให้เส้นแรงแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงตามไฟฟ้า กระแสสลบัและม ี ทิศทางตามเข ็ มนาฬิกา ซง่ึ เสน ้ แรงแม่เหลก ็ น ี ท ้ า ใหโ้ มเลกลุของแกนเหลก ็ เรียงตัวเป็นแบบ S-N และ S-N รอบแกนเหล็กตามทิศทางของเส้นแรงแม่เหล็กเช่นเดียวกัน (สุธน แก่นต้น, 2556 : 136)
จากรูปที่ 11.1 (ข) เมื่อครึ่งไซเกิลลบเข้ามาจ่ายให้กับขดลวดของหม้อแปลงไฟฟ้า ก็ท าให้เส้น แรง-แม่เหลก ็ เปล่ี ยนแปลงไปตามไฟฟ้ ากระแสสลบัและม ี ทิศทางทวนเข ็ มนาฬิกาซ่ง ึ เสน ้ แรงแม่เหล็กนี้ท า ให้โมเลกุลของแกนเหล็กเรียงตัวเป็นแบบ N-S และ N-S รอบแกนเหล็ก ตามทิศทางของเส้นแรงแม่เหล็ก และเกิดการกลับทิศทางของโมเลกุลในแกนเหล็ก ในการกลับตัวของโมเลกุลต้องใช้พลังงานส่วนหนึ่งซึ่ง พลังงานที่ใช้ไปก็คือก าลังสูญเสียซึ่งออกมาอยู่ในรูปของความร้อน 2. การสูญเสียจากกระแสไหลวน เกิดจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลวนภายในแกนเหล็กของตัวหม้อ แปลงไฟฟ้าซึ่งพิจารณาได้ดังรูปที่ 11.2 (ก) ถ้าให้แกนเหล็กของหม้อแปลงไฟฟ้าเป็นแกนเหล็กตันเมื่อจ่าย ไฟฟ้ากระแสสลับเข้ามาก็ท าให้สนามแม่เหล็กเกิดการเปลี่ยนแปลงและตัดกับแกนเหล็กตันตลอดเวลาท า ให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวน าขึ้น เนื่องจากแกนเหล็กตันมีค่าความต้านทานและครบวงจรในตัวมันเองจึง ท าให้เกิดกระแสไหลวนขึ้นโดยทิศทางจะกลับไปกลับมาตามรูปคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับ
จากรูปที่ 11.2 (ข) และรูปที่ 11.2 (ค) เมื่อแบ่งแกนเหล็กตันออกเป็น 2 ส่วนและ 4 ส่วน โดยแกน เหล็กที่แบ่งออกไปไม่ถึงกันและท าให้เกิดกระแสไหลวนในแต่ละส่วนลดลง ส่งผลให้ก าลังไฟฟ้าสูญเสีย จากกระแสไหลวนลดลงด้วย การสูญเสียที่แกนเหล็กนี้จะขึ้นอยู่กับความถี่และความหนาแน่นของเส้นแรง แม่เหล็ก เนื่องจากความถี่ของแหล่งจ่าย ความหนาแน่นของเส้นแรงแม่เหล็กคงที่และแรงดันไฟฟ้าที่จ่าย เข้ามามีค่าคงที่ ดังนั้นการสูญเสียนี้จะมีค่าคงที่ด้วยโดยไม่เปลี่ยนแปลงไปตามกระแสไฟฟ้าโหลด 11.1.2 การส ูญเส ี ยในขดลวดทองแดง เนื่องจากหม้อแปลงไฟฟ้าพันจากขดลวดทองแดงทั้งสอง ด้านจึงมีค่าความต้านทานจากขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิ ดังนั้นเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดก็ท า ให้เกิดก าลังไฟฟ้าขึ้นที่ขดลวด ซึ่งเป็นก าลังไฟฟ้าที่สูญเสียไปและออกมาในรูปของความร้อน แบ่งออกเป็น
ก าลังไฟฟ้าสูญเสียจากขดลวดทองแดงนั้นเป็นก าลังไฟฟ้าที่สูญเสียจากหม้อแปลงไฟฟ้าเมื่อจ่ายโหลดเต็ม พิกัดหรือได้จากการทดสอบหม้อแปลงไฟฟ้าขณะลัดวงจรเป็นก าลังไฟฟ้าสูญเสียจากขดลวดทองแดงเมื่อเต็มพิกัด เช่นเดียวกัน แต่ถ้าหม้อแปลงไฟฟ้านั้นจ่ายโหลดน้อยกว่าพิกัดหรือมากกว่าพิกัดท าให้การสูญเสียจากขด ลวดทองแดงนั้นเปลี่ยนแปลงตามไปด้วย (สุธน แก่นต้น, 2556 : 140) ซึ่งสามารถหาค่าที่โหลดได้ต่าง ๆ กัน ดังนี้
ก าลังอินพุตที่จ่ายเข้ามาให้กับหม้อแปลงเป็นก าลังไฟฟ้า และมีก าลังไฟฟ้าบางส่วนได้สูญเสียไปใน แกนเหล็กและในขดลวด โดยก าลังที่เหลือเป็นก าลังไฟฟ้าทางเอาต์พุต ถ้าก าหนดให้อัตราส่วนระหว่าง ก าลังไฟฟ้าเอาต์พุตกับก าลังไฟฟ้าอินพุตก็คือ ประสิทธิภาพของหม้อแปลงไฟฟ้า
ตัวอย่างท ี่11.2 หม้อแปลงไฟฟ้า 1 เฟส 75 kVA ขนาดแรงดัน 3,300/400 V จากการทดสอบ มีดังนี้
จากการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าที่โหลด ท าให้เกิดก าลังไฟฟ้าเอาต์พุตและก าลังไฟฟ้าสูญเสีย ในขดลวดทั้งหมดเกิดการเปลี่ยนแปลงไปด้วย แต่ก าลังไฟฟ้าสูญเสียในแกนเหล็กมีค่าคงที่ไม่ เปลี่ยนแปลงไปตามกระแสไฟฟ้าที่โหลด จากการเปลี่ยนแปลงของก าลังไฟฟ้าสูญเสียในขดลวดนี้จะมีค่า หนึ่งที่ท าให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุด ซึ่งหาค่าได้ดังนี้
หม้อแปลงไฟฟ้าในระบบจ าหน่ายนั้น ตัวหม้อแปลงไฟฟ้าถูกต่อเข้ากับแหล่งจ่ายไฟฟ้าตลอดเวลา 24 ชั่วโมง ถึงแม้ว่าหม้อแปลงไฟฟ้ายังไม่จ่ายโหลดยังคงมีก าลังไฟฟ้าสูญเสียในแกนเหล็กอยู่ตลอดเวลา และมีค่าคงที่ ถ้าโหลดในวันนั้นมีการเปลี่ยนแปลงก็ท าให้ก าลังไฟฟ้าสูญเสียในขดลวดทั้งหมดมีการ เปลี่ยนแปลงไปด้วย จึงสามารถหาประสิทธิภาพตลอดวัน (All Day Efficiency) (ไชยชาญ หินเกิด, 2553 : 189) ดังนี้
ตัวอย่างท ี่11.4 หม้อแปลงไฟฟ้าระบบจ าหน่ายขนาด 500 kVA มีก าลังไฟฟ้าสูญเสียในแกนเหล็ก 3.5 kW ก าลังไฟฟ้าสูญเสียในขดลวด 4.5 kW ระหว่างวันใน 24 ชั่วโมง มีการจ่ายโหลดดังนี้
เนื่องจากการสูญเสียในแกนเหล็กเกิดขึ้นตลอด 24 ชั่วโมง (h = 24) และมีค่าคงที่จะได้
ในการต่อโหลดเข้ากับไฟฟ้า 3 เฟส มีด้วยกัน 2 แบบ คือ แบบวายและแบบเดลตา ซึ่งหม้อแปลง ไฟฟ้าก็ถือว่าเป็นโหลดของไฟฟ้า 3 เฟส ซึ่งมีการต่อแบบวายและเดลตาเช่นเดียวกัน โดยหม้อแปลงไฟฟ้ามี ขดลวดทางด้านปฐมภูมิและขดลวดทางด้านทุติยภูมิ ซึ่งการต่อขดลวดของแต่ละด้านสามารถต่อได้ทั้งแบบ วายและแบบเดลตา ดังนั้นแบบการต่อจึงขึ้นอยู่กับจ านวนหม้อแปลงไฟฟ้า 1 เฟส จ านวน 2 ตัว หรือ 3 ตัว เพื่อน ามาต่อเข้ากับไฟฟ้า 3 เฟส (วรพงศ์ ตั้งศรีรัตน์, 2556 : 106) ซึ่งมี 2แบบ คือ 1. หม้อแปลงไฟฟ้า 1เฟส จ านวน 3 ตัวมาต่อเข้ากับไฟฟ้า 3เฟส 2. หม้อแปลงไฟฟ้า 1เฟส จ านวน 2 ตัวมาต่อเข้ากับไฟฟ้า 3เฟส ซึ่งทั้ง 2แบบยังมีรูปแบบการต่อเมื่อใช้กับไฟฟ้า 3เฟส ดังตารางที่ 12.1 ตารางท ี่12.1 รูปแบบการต่อหม้อแปลงไฟฟ้า 1 เฟส จ านวน 2 ตัวและ 3 ตัว เข้ากับไฟฟ้า 3 เฟส
เป็นการน าขดลวดทางด้านปฐมภูมิมาต่อแบบเดลตาและขดลวดทางด้านทุติยภูมิต่อแบบวายดังรูป ที่ 12.5 ซึ่งการต่อทั้งแบบเดลตาและแบบวายได้กล่าวมาแล้วในหัวข้อ 12.2 และในหัวข้อ 12.3
จากรูปที่ 12.5 น ามาเขียนวงจรใหม่ดังรูปที่ 12.6 เพื่อให้เห็นความสัมพันธ์ของแรงดันไฟฟ้าและ กระแสไฟฟ้าทั้งทางด้านปฐมภูมิและทุติยภูมิ ดังนี้
เป็นการน าขดลวดทางด้านปฐมภูมิมาต่อแบบวายและขดลวดทางด้านทุติยภูมิต่อแบบเดลตา ดังรูป ที่ 12.7 ซึ่งการต่อทั้งแบบเดลตาและแบบวายได้กล่าวมาแล้วในหัวข้อ 12.2 และในหัวข้อ 12.3
จากรูปที่ 12.7 น ามาเขียนวงจรใหม่ดังรูปที่ 12.8 เพื่อให้เห็นความสัมพันธ์ของแรงดันไฟฟ้าและ กระแสไฟฟ้าทั้งทางด้านปฐมภูมิและทุติยภูมิ ดังนี้
ตัวอย่างท ี่12.1 หม้อแปลงไฟฟ้าระบบจ าหน่าย 1 เฟส จ านวน 3 ตัว แต่ละตัวมีอัตราส่วนเท่ากับ 100 น ามาต่อเข้ากับไฟฟ้า 3 เฟส เมื่อมีโหลดมีแรงดันที่สายกับสายทางด้านปฐมภูมิ 22 kV และกระแสไฟฟ้าที่ สายทางด้านปฐมภูมิ 6 A จงค านวณหา แรงดันไฟฟ้าที่เฟส แรงดันไฟฟ้าที่สาย กระแสไฟฟ้าที่เฟส และ กระแสไฟฟ้าที่สายทางด้านทุติยภูมิ เมื่อหม้อแปลงไฟฟ้าทั้ง 3 ตัวต่อกันลักษณะดังนี้
12.7.1 วัตถุประสงค์ของการต่อแบบเดลตาเปิ ด แบบนี้ใช้หม้อแปลงไฟฟ้า 1เฟส 2 ตัว มาต่อเข้า กับไฟฟ้า 3 เฟส แบบเดลตาเปิด วัตถุประสงค์ของการต่อแบบเดลตาเปิด (ปัญญา ยอดโอวาท, 2547: 128) 1. เมื่อการต่อหม้อแปลง 1 เฟส 3 ตัว ถ้าตัวใดตัวหนึ่งเกิดการช ารุดหรือต้องการซ่อมบ ารุง สามารถน าหม้อแปลงไฟฟ้าที่เหลืออีก 2 ตัว มาต่อแบบเดลตาเปิดได้ 2. ถ้าความต้องการของโหลดไม่เกิน 55-60 เปอร์เซ็นต์ของโหลดทั้งหมดก็สามารถน าหม้อแปลงไฟฟ้าที่เหลืออีก 2 ตัว มาต่อแบบเดลตาเปิดได้เช่นกัน การต่อหม้อแปลงไฟฟ้าแบบเดลตาเปิด จะใช้หม้อแปลงไฟฟ้า 1 เฟส 2 ตัว มาต่อเข้ากับ ไฟฟ้า 3 เฟส ซึ่งน าขดลวดทางด้านปฐมภูมิและขดลวดทางด้านทุติยภูมิต่อแบบเดลตาเปิด ดังรูปที่ 12.9
จากรูปที่ 12.9 น ามาเขียนวงจรใหม่ดังรูปที่ 12.10 สังเกตเห็นว่าขดลวดทั้ง 2 ด้านคล้ายอักษรตัว V จึงเรียกการต่อแบบเดลตาเปิดอีกอย่างหนึ่งว่า การต่อแบบ V-V (V-V Connection) (Stephen J. Chapman,1999 : 499-500) เพื่อให้เห็นความสัมพันธ์ของแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าทั้งทางด้านปฐม ภูมิและทุติยภูมิ ดังนี้
จากระบบไฟฟ้า 3 เฟส ผลรวมทางเฟสเซอร์ของแรงดันไฟฟ้าทั้ง 3 เฟส มีค่าเท่ากับศูนย์ นั่นคือ