เข้าใจหม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟส: คู่มือปฏิบัติ

หม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟสเป็นส่วนประกอบสำคัญในการกระจายพลังงานไฟฟ้า โดยเฉพาะในการใช้งานทางอุตสาหกรรม หม้อแปลงเหล่านี้ ไม่ว่าจะกำหนดค่าในการเชื่อมต่อเดลต้า หรือสตาร์ (Wye) มีบทบาทสำคัญในการส่งและการใช้งานระบบไฟฟ้าสามเฟส ซึ่งถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตและจ่ายพลังงานระยะทางไกล

พื้นฐานหม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟส

ระบบไฟฟ้าสามเฟสทำหน้าที่ผลิตและจ่ายพลังงานไฟฟ้าระยะทางไกล พลังงานนี้จะถูกแจกจ่ายไปที่สำนักงานและโรงงานอุตสาหกรรม หน้าที่หลักของหม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟสคือ การเพิ่ม หรือลดแรงดันกระแสไฟฟ้าให้ตรงกับความต้องการของการใช้งานที่แตกต่างกัน

หม้อแปลงเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นเพื่อเชื่อมต่อเฟสเดียวหรือหลายเฟส โดยกำหนดค่าตั้งแต่หม้อแปลงเฟสเดียวธรรมดาไปจนถึงการรวมที่ซับซ้อนสำหรับการใช้งานเฉพาะ เช่น ตัวเรียงไฟฟ้ากระแสตรง (DC Rectification)

หม้อแปลงไฟฟ้าเฟสเดียวสามตัวสามารถเชื่อมต่อกันเพื่อทำงานในระบบสามเฟสได้ การเชื่อมต่อขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิในรูปแบบที่กำหนดทำให้หม้อแปลงจัดการแรงดันไฟฟ้าและกระแสสามเฟสที่แตกต่างกันในเฟสได้ 120 องศา

กำหนดค่าหม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟส

หม้อแปลงไฟฟ้าไม่เปลี่ยนความสัมพันธ์เฟสไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ แต่ต้องกำหนดค่าให้ถูกต้อง เพื่อให้สอดคล้องกับแหล่งจ่ายไฟสามเฟส หม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟสประกอบขึ้นจากการเชื่อมต่อหม้อแปลงไฟฟ้าเฟสเดียวสามตัวเข้าด้วยกัน เป็น "แบงก์หม้อแปลง" หรือ ใช้หม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟสที่ประกอบเสร็จเรียบร้อยแล้ว โดยแบบหลังมีประสิทธิภาพมากกว่า เพราะมีขนาดเล็กกว่า น้ำหนักเบากว่า และคุ้มค่ากว่าในการจัดอันดับ kVA เดียวกัน

ขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟสสามารถเชื่อมต่อหลายรูปแบบเพื่อให้ตรงกับความต้องการใช้งานที่แตกต่างกัน การกำหนดค่าที่พบได้บ่อยที่สุดคือ สตาร์ (Wye) เดลต้า และอินเตอร์คอนเน็ค-สตาร์ (ซิกแซก) การเชื่อมต่อเฉพาะที่เลือกใช้ขึ้นอยู่กับการใช้งาน ลักษณะของแรงดัน และกระแสที่ต้องการ

เข้าใจการเชื่อมต่อแบบสตาร์และเดลต้า

ในหม้อแปลงสามเฟส การเชื่อมต่อขดลวดไม่ว่าจะเป็นแบบสตาร์หรือเดลต้า เป็นตัวกำหนดความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันและกระแส การกำหนดค่าแบบสตาร์ที่เรียกว่า Wye เกี่ยวข้องกับการเชื่อมปลายของขดลวดด้านหนึ่งของแต่ละด้านเข้ากับจุดศูนย์กลางทั่วไป การตั้งค่านี้ทำให้มีแรงดันไฟฟ้าระหว่างเฟสและแรงดันไฟฟ้าระหว่างสาย โดยแรงดันไฟฟ้าระหว่างเฟสคือ แรงดันไฟฟ้าระหว่างสายไลน์ และสายนิวตรอน และแรงดันไฟฟ้าสายไลน์เป็นแรงดันระหว่างสายไฟสองสายในระบบ

ในทางตรงกันข้าม การเชื่อมต่อแบบเดลต้าจะเชื่อมต่อขดลวดเป็นรูปสามเหลี่ยม แบบไม่มีจุดศูนย์กลาง การตั้งค่านี้รองรับแรงดันไฟฟ้าระหว่างสายที่สูงขึ้นสำหรับแรงดันไฟฟ้าระหว่างเฟสที่กำหนดแต่ไม่สามารถเชื่อมต่อกับสายกลางได้

การติดฉลากขดลวดในหม้อแปลงสามเฟสตามแบบแผนมาตรฐาน: ขดลวดปฐมภูมิจะมีเครื่องหมายตัวพิมพ์ใหญ่ (A, B, C) และขดลวดทุติยภูมิจะมีตัวพิมพ์เล็ก (a, b, c) การกำหนดหมายเลขของปลายม้วน (เช่น A1, A2) ช่วยในการระบุการเชื่อมต่อเฉพาะในรูปแบบสตาร์หรือเดลต้า

กำหนดค่าหลักและการใช้งาน 

มีการกำหนดค่าหลักในการเชื่อมต่อหม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟสสี่ประการ:

• เดลต้า-เดลต้า (Dd): ทั้งขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิเชื่อมต่อในรูปแบบเดลต้า การตั้งค่านี้ทำให้จ่ายไฟได้ต่อเนื่อง แม้ว่าเครื่องหม้อแปลงหนึ่งในชุดจะล้มเหลว อย่างไรก็ตามหม้อแปลงแต่ละเครื่องต้องรองรับแรงดันไฟฟ้าเต็มสาย 
• สตาร์-สตาร์ (Yy): ทั้งขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิเชื่อมต่อในรูปแบบสตาร์ การตั้งค่านี้มีข้อได้เปรียบในงานแรงดันสูง เพราะช่วยลดแรงดันไฟฟ้าบนขดลวดแต่ละตัว ทำให้ฉนวนง่ายขึ้น อย่างไรก็ตาม ถ้าเครื่องหม้อแปลงหนึ่งล้มเหลว ระบบทั้งหมดอาจไม่ทำงาน
• สตาร์-เดลต้า (Yd): ขดลวดปฐมภูมิเชื่อมต่อในรูปแบบสตาร์ ส่วนขดลวดทุติยภูมิเชื่อมต่อในรูปแบบเดลต้า การตั้งค่านี้พบได้บ่อยในระบบจ่ายไฟกำลังต่ำ โดยให้โหลดที่สมดุลแก่บริษัทจ่ายไฟฟ้าทางฝั่งปฐมภูมิและมีการเชื่อมต่อสายกลางทางฝั่งทุติยภูมิ
• เดลต้า-สตาร์ (Dy): ขดลวดปฐมภูมิเชื่อมต่อในรูปแบบเดลต้า ส่วนขดลวดทุติยภูมิเชื่อมต่อในรูปแบบสตาร์ การตั้งค่านี้มักใช้ในหม้อแปลงกระจายไฟ ทำให้สามารถเพิ่มหรือลดแรงดันไฟฟ้าตามความต้องการของระบบ

ความสัมพันธ์ของแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าในระบบสามเฟส ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าระหว่างเฟส และสายจะแตกต่างกันตามการกำหนดค่า:

• ในการเชื่อมต่อแบบสตาร์ (Y) แรงดันไฟฟ้าระหว่างสายจะเท่ากับ √3 เท่าของแรงดันไฟฟ้าระหว่างเฟส และกระแสไฟฟ้าระหว่างสายจะเท่ากับกระแสไฟฟ้าระหว่างเฟส
• ในการเชื่อมต่อแบบเดลต้า (Δ) แรงดันไฟฟ้าระหว่างสายจะเท่ากับแรงดันไฟฟ้าระหว่างเฟส แต่กระแสไฟฟ้าระหว่างสายจะเท่ากับ √3 เท่าของกระแสไฟฟ้าระหว่างเฟส

ความสัมพันธ์เหล่านี้มีความสำคัญในการออกแบบและเลือกหม้อแปลงสำหรับการใช้งานเฉพาะ เพื่อให้มั่นใจว่าระดับแรงดันและกระแสไฟฟ้าตรงกับความต้องการของระบบไฟฟ้า

ตัวอย่างปฏิบัติ 

พิจารณาหม้อแปลงเชื่อมต่อเดลต้า-สตาร์ ที่มีขนาด 50 VA และแรงดันไฟฟ้าสายปฐมภูมิที่ 100 โวลต์ เมื่อหมุนขดลวดปฐมภูมิ 500 รอบและขดลวดทุติยภูมิ 100 รอบ แรงดันไฟฟ้าของสายทุติยภูมิจะอยู่ที่ประมาณ 35 โวลต์ โดยมีแรงดันไฟฟ้าเฟส 20 โวลต์ การตั้งค่านี้เน้นความสามารถของหม้อแปลงสามเฟสในการลดแรงดันไฟฟ้า ในขณะที่รักษาระดับกระแสที่จำเป็นสำหรับโหลด

การก่อสร้างหม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟส หม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟสประกอบด้วยหม้อแปลงไฟฟ้าเฟสเดียวสามตัวเชื่อมต่อกัน โดยติดตั้งบนแกนเหล็กที่เคลือบเป็นแผ่นเดียว การก่อสร้างวิธีนี้มีประสิทธิภาพมากกว่าการใช้หม้อแปลงไฟฟ้าแยกกันสำหรับแต่ละเฟส วงจรแม่เหล็กทั้งสามถูกเชื่อมต่อกัน เพื่อให้การกระจายของฟลักซ์เป็นไปอย่างสม่ำเสมอ และส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าขาออกเป็นรูปคลื่นไซน์ การก่อสร้างแบบแกนเหล็กเป็นแบบที่พบมากที่สุด เพราะมีความสมดุลที่ดีระหว่างต้นทุน ขนาด และประสิทธิภาพ

สรุปแล้ว หม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟสเป็นส่วนประกอบที่ใช้งานได้อเนกประสงค์ และสำคัญในระบบไฟฟ้าสมัยใหม่ การเชื่อมต่อแบบต่างๆ เช่น การเชื่อมต่อแบบสตาร์และเดลต้า ทำให้หม้อแปลงเหล่านี้รองรับความต้องการแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่หลากหลาย อีกทั้งเพื่อให้การจ่ายพลังงานในงานอุตสาหกรรมและการใช้งานเชิงพาณิชย์ เป็นไปอย่างน่าเชื่อถือ การเข้าใจวิธีกำหนดค่าและการใช้งานเป็นกุญแจสำคัญในการเลือกหม้อแปลงให้เหมาะสมกับระบบที่ต้องการ