หม้อแปลงไฟฟ้าคืออะไร? แต่ละประเภทเหมาะกับการใช้งานแบบไหน?

Key Takeaway

• หม้อแปลงไฟฟ้าคืออุปกรณ์ที่ใช้ปรับระดับแรงดันไฟฟ้าให้สูงขึ้นหรือต่ำลง เพื่อให้เหมาะสมกับการใช้งานในระบบไฟฟ้าต่าง ๆ โดยไม่เกิดความเสียหายจากแรงดันไฟที่สุดเกินไป
• หม้อแปลงไฟฟ้าทำงานโดยเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิ ซึ่งสามารถเพิ่มหรือลดแรงดันไฟฟ้าได้ตามอัตราส่วนของรอบขดลวด 
• หม้อแปลงไฟฟ้า สามารถช่วยควบคุมแรงดันไฟฟ้า ป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร และ ลดการสูญเสียพลังงานระหว่างทางได้ดี ทำให้ระบบไฟฟ้าทำงานได้อย่างเสถียรและมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น

หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่พบได้ทั่วไปในภาคอุตสาหกรรม อาคารพาณิชย์ และที่อยู่อาศัย แต่หลายคนอาจยังไม่ทราบว่าหม้อแปลงไฟฟ้าคืออะไรและมีประโยชน์อย่างไรบ้าง 

บทความนี้เราจึงจะพาคุณไปทำความรู้จักกับหม้อแปลงไฟฟ้า ตั้งแต่ความหมาย หลักการทำงาน ส่วนประกอบ ประเภท รวมถึงประโยชน์ที่ช่วยให้ระบบไฟฟ้าทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อให้เข้าใจถึงบทบาทที่ขาดไม่ได้ของอุปกรณ์ชนิดมากยิ่งขึ้น

หม้อแปลงไฟฟ้าคืออะไร ผู้ช่วยสำคัญในการส่งพลังงานไฟฟ้า

หม้อแปลงไฟฟ้า (Transformer) คืออุปกรณ์ที่ใช้ปรับระดับแรงดันไฟฟ้าให้สูงขึ้นหรือต่ำลง โดยใช้หลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ทำให้พลังงานถูกส่งต่อจากขดลวดหนึ่งไปยังอีกขดลวดหนึ่งได้โดยไม่ต้องเชื่อมต่อสายไฟ 

วิธีนี้จะช่วยให้ไฟฟ้าที่ส่งมาจากแหล่งจ่ายสามารถนำไปใช้งานในบ้านเรือนหรือโรงงานได้อย่างปลอดภัยโดยไม่ทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าเสียหาย ทั้งยังช่วยลดการสูญเสียพลังงาน และช่วยให้ระบบไฟฟ้าทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้นอีกด้วย 

ส่วนประกอบสำคัญของหม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงไฟฟ้ามีโครงสร้างหลักที่ช่วยให้สามารถปรับระดับแรงดันไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยมี 3 ส่วนประกอบสำคัญ ได้แก่

• แกนเหล็ก ทำหน้าที่เป็นตัวนำพลังงานแม่เหล็กภายในหม้อแปลงไฟฟ้า เป็นแผ่นบางเรียงซ้อนกัน มักทำจากเหล็กซิลิคอนที่มีคุณสมบัติแม่เหล็กสูง เพื่อถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้าได้มีประสิทธิภาพ หากไม่มีแกนเหล็ก สนามแม่เหล็กอาจกระจายและสูญเสียพลังงาน
• ขดลวดตัวนำ ทำหน้าที่รับและส่งพลังงานไฟฟ้าโดยอาศัยหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งมักทำจากวัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูง เช่น ทองแดงหรืออะลูมิเนียม เพื่อให้สามารถส่งผ่านกระแสไฟฟ้าได้อย่างรวดเร็ว โดยสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ส่วนหลัก ดังนี้
  • ขดลวดปฐมภูมิ ทำหน้าที่รับพลังงานไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายไฟ โดยเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดนี้ จะสร้างสนามแม่เหล็กที่เหนี่ยวนำไปยังขดลวดทุติยภูมิได้
  • ขดลวดทุติยภูมิ ทำหน้าที่รับพลังงานจากสนามแม่เหล็กที่ถูกเหนี่ยวนำมาจากขดลวดปฐมภูมิ และแปลงแรงดันไฟฟ้าให้สูงขึ้นหรือต่ำลงตามการออกแบบของหม้อแปลง
• ฉนวน ทำหน้าที่ป้องกันการลัดวงจรและช่วยให้กระแสไฟฟ้าไหลสม่ำเสมอ โดยทำจากวัสดุทนแรงดันสูง เช่น กระดาษฉนวน น้ำมันหม้อแปลง หรือพอลิเมอร์ ช่วยให้หม้อแปลงทำงานปลอดภัยและยาวนาน 

หม้อแปลงไฟฟ้าทำหน้าที่อย่างไร?

หน้าที่ของหม้อแปลงไฟฟ้าสามารถแบ่งออกเป็น 3 ขั้นตอนหลัก ดังนี้

มีกระแสไฟฟ้าสู่หม้อแปลง

ขั้นตอนแรกในการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้า จะเริ่มต้นเมื่อมีกระแสไฟฟ้าจากแหล่งจ่าย เช่น โรงไฟฟ้าหรือระบบสายส่งแรงสูง ไหลเข้าสู่ขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลง ซึ่งจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงรอบขดลวด 

เปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้า

เมื่อสนามแม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดปฐมภูมิเปลี่ยนแปลง จะทำให้เกิดการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าไปยังขดลวดทุติยภูมิผ่านแกนเหล็กของหม้อแปลง 

ซึ่งการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าจะเกิดขึ้นในขั้นตอนนี้ และแรงดันจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงนั้น ขึ้นอยู่กับจำนวนรอบของสายตัวนำที่พันรอบแกนเหล็กของขดลวดทั้ง 2 ฝั่ง โดยหากขดลวดทุติยภูมิมีรอบมากกว่าแรงดันจะเพิ่มขึ้น แต่หากมีรอบน้อยกว่าแรงดันไฟก็จะลดลงนั่นเอง 

ส่งออกกระแสไฟฟ้า

เมื่อมีการแปลงแรงดันไฟฟ้าเรียบร้อยแล้ว ไฟฟ้าจะถูกส่งออกจากขดลวดทุติยภูมิไปยังระบบไฟฟ้าปลายทาง เช่น จ่ายเข้าสู่อาคาร บ้านเรือน หรือเครื่องจักรในโรงงาน โดยแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับจะถูกปรับให้เหมาะสมกับอุปกรณ์ไฟฟ้าในแต่ละประเภทเพื่อความปลอดภัยในการใช้งาน

ประเภทของหม้อแปลงไฟฟ้าและการประยุกต์ใช้

หม้อแปลงไฟฟ้ามีด้วยกันหลายประเภท ตามเกณฑ์กำหนดที่แตกต่างกัน ดังนี้ 

หม้อแปลงไฟฟ้าตามระบบไฟฟ้า

• หม้อแปลงไฟฟ้าเฟสเดียว คือหม้อแปลงที่ใช้กับระบบไฟฟ้าเฟสเดียวซึ่งประกอบด้วยสายไฟ (Line) และสายนิวทรัล (Neutral) ทำหน้าที่ปรับระดับแรงดันไฟฟ้าให้เหมาะสมกับการใช้งาน โดยนิยมใช้ในบ้านเรือนหรืออาคารขนาดเล็กที่รองรับไฟฟ้า 220 โวลต์
• หม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟส คือหม้อแปลง 3 เฟสช่วยปรับแรงดันไฟฟ้าให้เหมาะสม รองรับกำลังไฟฟ้าสูงและมีประสิทธิภาพมากกว่าหม้อแปลงเฟสเดียว นิยมใช้ในโรงงาน อาคาร โรงพยาบาล และเครื่องจักรใหญ่

หม้อแปลงไฟฟ้าตามลักษณะการใช้งาน

• หม้อแปลงกำลัง เป็นหม้อแปลงแรงดันสูงใช้ในสถานีไฟฟ้าและโรงไฟฟ้า เพื่อเพิ่มหรือลดแรงดันไฟฟ้า ลดการสูญเสียพลังงานและรองรับระบบไฟฟ้าขนาดใหญ่
• หม้อแปลงเครื่องมือวัด เป็นหม้อแปลงวัดใช้ลดแรงดันหรือกระแสให้เหมาะสมกับอุปกรณ์วัด เช่น แอมมิเตอร์ โวลต์มิเตอร์ หรือรีเลย์ป้องกัน ลดความเสี่ยงจากไฟฟ้าแรงสูง ช่วยให้การตรวจสอบระบบไฟฟ้ามีความแม่นยำและปลอดภัย 
• หม้อแปลงอิเล็กทรอนิกส์ เป็นใช้ปรับแรงดันไฟฟ้าให้เหมาะสมกับอุปกรณ์ เช่น เครื่องเสียง คอมพิวเตอร์ หรือวงจรไฟฟ้า เพื่อให้ทำงานได้อย่างเสถียรและปลอดภัย
• หม้อแปลงเฉพาะงาน เป็นหม้อแปลงเฉพาะทางออกแบบมาเพื่อรองรับการใช้งานเฉพาะ เช่น หม้อแปลงสำหรับเตาอุตสาหกรรม หม้อแปลงสำหรับระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ หม้อแปลงสำหรับระบบพลังงานหมุนเวียน หรือ UPS ช่วยให้จ่ายไฟมีประสิทธิภาพและเสถียร 
• หม้อแปลงไฟฟ้าเพิ่ม คือหม้อแปลงที่ทำหน้าที่เพิ่มแรงดันไฟฟ้าจากระดับต่ำให้สูงขึ้น เพื่อส่งจ่ายไฟฟ้าระยะไกล ใช้ในโรงไฟฟ้าและระบบอุตสาหกรรมเครื่องจักรขนาดใหญ่ 
• หม้อแปลงไฟฟ้าลด คือหม้อแปลงที่ลดแรงดันไฟฟ้าจากสูงให้ต่ำ เหมาะสำหรับใช้งานในบ้าน อาคาร และอุตสาหกรรม รวมถึงสถานีไฟฟ้าย่อย
• หม้อแปลงไฟฟ้าไอโซเลท คือหม้อแปลงแยกวงจรใช้เหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ป้องกันไฟฟ้ารั่วและลดสัญญาณรบกวน นิยมใช้ในห้องปฏิบัติการ เครื่องมือแพทย์ และอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์

หม้อแปลงไฟฟ้าตามวัสดุที่ใช้เป็นฉนวน

• หม้อแปลงไฟฟ้าแบบฉนวนของเหลวติดไฟ คือหม้อแปลงน้ำมันแร่ใช้เป็นฉนวนและสารหล่อเย็น ช่วยระบายความร้อนและป้องกันลัดวงจร แต่ต้องดูแลและป้องกันอัคคีภัยอย่างเหมาะสม
• หม้อแปลงไฟฟ้าแบบฉนวนของเหลวติดไฟยาก คือหม้อแปลงน้ำมันชนิดพิเศษใช้ของเหลวสังเคราะห์ที่มีจุดวาบไฟสูง เพิ่มความปลอดภัย เหมาะสำหรับใช้งานในพื้นที่เสี่ยง เช่น อาคารสำนักงานหรือโรงพยาบาล 
• หม้อแปลงไฟฟ้าแบบฉนวนของเหลวไม่ติดไฟ คือหม้อแปลงใช้น้ำมันที่ไม่ติดไฟ เช่น Silicone Oil หรือ Ester Fluid เพิ่มความปลอดภัย เหมาะสำหรับสถานที่เสี่ยง เช่น อาคารสูง หรือพื้นที่ที่ต้องการมาตรฐานความปลอดภัยสูง
• หม้อแปลงไฟฟ้าแบบแห้ง คือหม้อแปลงที่ไม่มีของเหลวเป็นฉนวน แต่ใช้ ฉนวนแข็ง เช่น เรซิน หรือวัสดุพอลิเมอร์ เคลือบขดลวดเพื่อป้องกันการลัดวงจร มีข้อดีคือไม่ต้องกังวลเรื่องการรั่วไหลของฉนวนของเหลวและมีความปลอดภัยสูงมาก

หม้อแปลงไฟฟ้าตามลักษณะแกนเหล็ก

• หม้อแปลงไฟฟ้าแบบคอร์ เป็นหม้อแปลงที่มีขดลวดพันรอบแกนเหล็ก ช่วยให้สนามแม่เหล็กมีประสิทธิภาพมากขึ้น มักใช้ในหม้อแปลงกำลังหรือระบบไฟแรงสูงเพื่อลดการสูญเสียพลังงานและรองรับกระแสไฟฟ้าได้ดี
• หม้อแปลงไฟฟ้าแบบเชลล์ เป็นหม้อแปลงที่ขดลวดถูกล้อมรอบด้วยแกนเหล็ก ช่วยกักสนามแม่เหล็ก ลดการรั่วไหล และเพิ่มประสิทธิภาพในการแปลงพลังงาน นิยมใช้ในหม้อแปลงขนาดเล็กและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องการป้องกันสัญญาณรบกวน

หม้อแปลงไฟฟ้าตามความถี่ที่ใช้งาน

• หม้อแปลงย่านความถี่เสียง เป็นหม้อแปลงไฟฟ้าที่ทำหน้าที่ปรับแรงดันและส่งผ่านสัญญาณเสียงช่วงความถี่เสียง 20 Hz – 20 kHz เพื่อช่วยเพิ่มคุณภาพและลดสัญญาณรบกวนของเสียง ซึ่งนิยมใช้ในเครื่องขยายเสียง โทรศัพท์ และระบบกระจายเสียง
• หม้อแปลงความถี่สูง เป็นหม้อแปลงที่ออกแบบมาให้ทำงานที่ความถี่สูงกว่า 20 kHz ขึ้นไป นิยมใช้ใน แหล่งจ่ายไฟสวิตชิ่ง (Switching Power Supply), อุปกรณ์สื่อสาร และระบบเรดาร์ เนื่องจากสามารถลดขนาดหม้อแปลงลงได้มากเมื่อเทียบกับหม้อแปลงที่ใช้ในความถี่ต่ำ
• หม้อแปลงความถี่กว้าง เป็นหม้อแปลงที่รองรับช่วงความถี่ที่กว้างตั้งแต่ความถี่ต่ำไปจนถึงความถี่สูง นิยมใช้ในระบบสื่อสาร โทรคมนาคม และอุปกรณ์ที่ต้องการถ่ายโอนสัญญาณในช่วงความถี่ที่กว้าง เช่น วิทยุสื่อสารและโทรทัศน์
• หม้อแปลงความถี่แคบ เป็นหม้อแปลงที่ออกแบบให้ทำงานในช่วงความถี่จำกัดหรือเฉพาะช่วงที่กำหนด เพื่อช่วยลดการรบกวนจากสัญญาณภายนอก นิยมใช้ใน เครื่องส่งวิทยุ อุปกรณ์กรองสัญญาณ และระบบที่ต้องการความแม่นยำสูงในช่วงความถี่ที่กำหนด
• หม้อแปลงสัญญาณพัลซ์ หม้อแปลงที่ใช้ถ่ายโอนสัญญาณพัลซ์ในระบบดิจิทัลและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ช่วยป้องกันสัญญาณรบกวนและแยกสัญญาณเพื่อความปลอดภัยของวงจร

ความสำคัญของหม้อแปลงไฟฟ้าในการส่งพลังงานไฟฟ้า

หม้อแปลงไฟฟ้า คือ อุปกรณ์ที่มีบทบาทสำคัญต่อระบบไฟฟ้าในหลายด้าน ดังนี้

ลดปัญหาแรงดันไฟฟ้าสูง

หากไม่มีหม้อแปลงไฟฟ้า แรงดันไฟที่มาจากแหล่งจ่ายอาจสูงเกินไปสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้า ซึ่งสามารถทำให้เครื่องใช้ไฟฟ้าเกิดความเสียหายได้ หม้อแปลงจึงเข้ามาเพื่อช่วยลดแรงดันไฟฟ้าให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัย ก่อนจ่ายเข้าสู่บ้านเรือน โรงงาน หรืออาคารพาณิชย์ ทำให้สามารถใช้งานอุปกรณ์ไฟฟ้าได้โดยไม่มีความเสี่ยงจากแรงดันส่วนเกิน

ควบคุมแรงดันไฟฟ้า

โดยทั่วไปแล้วระบบไฟฟ้าต้องการแรงดันที่คงที่และเหมาะสมกับการใช้งานในแต่ละสถานที่ จึงต้องใช้หม้อแปลงช่วยเพิ่มหรือลดแรงดันไฟฟ้าให้เหมาะสมกับระบบไฟฟ้าที่ใช้งาน เช่น เพิ่มแรงดันไฟฟ้าเพื่อส่งพลังงานไฟฟ้าระยะไกล หรือ ลดแรงดันไฟฟ้าก่อนจ่ายเข้าสู่อุปกรณ์ไฟฟ้า เพื่อให้สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและปลอดภัยมากที่สุด

ช่วยป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร

หม้อแปลงไฟฟ้ามีหน้าที่สำคัญในการแยกระบบไฟฟ้าด้านแรงสูงและแรงต่ำ ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงในการเกิดไฟฟ้าลัดวงจรระหว่างระบบได้ นอกจากนี้หม้อแปลงยังสามารถทำงานร่วมกับอุปกรณ์ป้องกัน เช่น ฟิวส์และเซอร์กิตเบรกเกอร์ เพื่อให้ระบบไฟฟ้าทำงานได้อย่างปลอดภัยยิ่งขึ้นได้อีกด้วย

ทำให้พลังงานไฟฟ้าไม่สูญเสียระหว่างทาง

การส่งพลังงานไฟฟ้าระยะไกลมักทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานจากความต้านทานของสายไฟ หน้าที่ของหม้อแปลงไฟฟ้า คือเข้ามาช่วยเพิ่มแรงดันเพื่อลดกระแสไฟฟ้าในสายส่งและลดการสูญเสียพลังงานระหว่างทางได้อย่างมีประสิทธิภาพ จากนั้นก่อนจ่ายไฟเข้าสู่ผู้ใช้งาน หม้อแปลงจะทำการลดแรงดันไฟฟ้ากลับลง (Step-down Transformer) เพื่อให้สามารถใช้งานได้ตามมาตรฐานที่กำหนด

สรุป

หม้อแปลงไฟฟ้า คืออุปกรณ์สำคัญที่ช่วยให้การส่งและจ่ายพลังงานไฟฟ้ามีประสิทธิภาพ ซึ่งในปัจจุบันหม้อแปลงมีด้วยกันหลายประเภทที่ออกแบบมาให้เหมาะกับการใช้งานที่แตกต่างกัน ทั้งในภาคอุตสาหกรรม อาคารพาณิชย์ และที่อยู่อาศัย เพื่อช่วยป้องกันอุปกรณ์ไฟฟ้าเสียหายจากแรงดันไฟที่ไม่เหมาะสม ลดความเสี่ยงจากไฟฟ้าลัดวงจร และช่วยลดการสูญเสียพลังงานในระบบไฟฟ้าได้เป็นอย่างดี 

สำหรับบ้านหรือสำนักงานที่ใช้ระบบโซลาร์เซลล์ ก็จำเป็นที่จะต้องมีอุปกรณ์ช่วยปรับแรงดันไฟฟ้าให้เหมาะสมเช่นกันเพื่อให้ระบบทำงานได้อย่างเต็มที่ ซึ่ง Ewave มีบริการด้านพลังงานแสงอาทิตย์แบบครบวงจร รวมถึงการเลือกใช้หม้อแปลงไฟฟ้าที่เหมาะสม สำหรับระบบโซลาร์ทั้งแบบออนกริดและออฟกริด เพื่อให้การใช้พลังงานไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์เป็นไปอย่างคุ้มค่า เสถียร และปลอดภัยมากที่สุด