หม้อแปลงไฟฟ้าแบบเพิ่มแรงดันและลดแรงดัน – ปัญหาและวิธีแก้ไข

หม้อแปลงไฟฟ้าแบบเพิ่มแรงดันและลดแรงดัน – ปัญหาและวิธีแก้ไข

1. หม้อแปลงไฟฟ้ามีขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิ โดยมีจำนวนรอบ 500 และ 5000 รอบ ตามลำดับแรงดันไฟฟ้า ขาเข้า คือ 220 โวลต์ แรงดันไฟฟ้าขาออกคือเท่าใด

เป็นที่รู้จัก :

ขดลวดปฐมภูมิ (N _P ) = 500 รอบ

ขดลวดทุติยภูมิ (N _s ) = 5000 รอบ

แรงดันไฟฟ้าหลัก (V _P ) = 220 โวลต์

ต้องการ:แรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิ (V _S )

วิธีการแก้ปัญหา:

Vs / _Ns = _Vp / _Np​

V _s / 5000 = 220 / 500

V _s / 5000 = 0.44

V _s = (0.44)(5000)

Vs = 2200 โวล_ต์

2. หม้อแปลงไฟฟ้ามีขดลวดปฐมภูมิ 1200 รอบ และขดลวดทุติยภูมิ 1000 รอบ ถ้ากระแสในขดลวดปฐมภูมิเท่ากับ 4 แอมแปร์ กระแสในขดลวดทุติยภูมิจะเป็นเท่าใด

เป็นที่รู้จัก :

ขดลวดปฐมภูมิ (N _P ) = 1200 รอบ

ขดลวดทุติยภูมิ (N _S ) = 1000 รอบ

กระแสในขดลวดปฐมภูมิ (I _P ) = 4 แอมแปร์

ต้องการทราบ:กระแสไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิ (I _S )

วิธีการแก้ปัญหา:

I _S / I _P = N _P / N _S

กระแสไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิ:

I _S /4 = 1200/1000

I _S /4 = 1.2

I _S = 1.2 (4)

I _S = 4.8 แอมแปร์

3. แรงดันไฟฟ้าด้านรองคือ 220 โวลต์ และแรงดันไฟฟ้าด้านหลักคือ 110 โวลต์ ดังนั้น การเปรียบเทียบขดลวดทุติยภูมิและขดลวดหลักคือ…

เป็นที่รู้จัก :

แรงดันไฟฟ้าด้านรอง (V _S ) = 220 โวลต์

แรงดันไฟฟ้าหลัก (V _P ) = 110 โวลต์

ต้องการ : N _S / N _P

วิธีการแก้ปัญหา:

V _S /V _P = N _S /N _P

220/110 = N _S / N _P

22/11 = N _S / N _P

2/1 = N _S / N _P

12/6 = N _S / N _P

4. จากรูปด้านล่าง แรงดันไฟฟ้าปฐมภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้าคือเท่าใด

เป็นที่รู้จัก :

แรงดันไฟฟ้าด้านรอง (V _S ) = 24 โวลต์

ลูปหลัก (N _Pหรือ N ₁ ) = 11 N

ลูปทุติยภูมิ (N _{S หรือ} N ₂ ) = 1 N = N

ต้องการทราบ:แรงดันไฟฟ้าหลัก (V _P )

วิธีการแก้ปัญหา:

Vs / _Ns = _Vp / _Np​

24 / N = V _p / 11 N

24 / 1 = V _p / 11

24 = V _p / 11

V _p = (24)(11)

V _p = 264 โวลต์

5. จากรูปด้านล่าง แรงดันไฟฟ้าขาเข้าของหม้อแปลงคือ เท่าใด

เป็นที่รู้จัก :

ขดลวดปฐมภูมิ (N ₁ ) = 21 N

ขดลวดทุติยภูมิ (N ₂ ) = 3 N

แรงดันไฟฟ้าด้านรอง (V ₂ ) = 20 โวลต์

ต้องการ:แรงดันไฟฟ้าหลัก (V ₁ )

วิธีการแก้ปัญหา:

V ₂ / N ₂ = V ₁ / N ₁

20 / 3 N = V ₁ / 21 N

20 / 1 = V ₁ / 7

20 = V ₁ / 7

V ₁ = (7)(20)

V ₁ = 140 โวลต์

6. จากรูปด้านล่าง จำนวนขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้ามีค่าเท่าใด

เป็นที่รู้จัก :

แรงดันไฟฟ้าหลัก (V _P ) = 220 โวลต์

วงจรหลัก (N _P ) = 200 วงจร

แรงดันไฟฟ้าด้านรอง (V _S ) = 1100 โวลต์

ต้องการ :วงจรลูปทุติยภูมิ (เหนือ- _ใต้ )

วิธีการแก้ปัญหา:

Vs / _Ns = _Vp / _Np​

1100 โวลต์ / นิว_{ตัน-วินาที} = 220 โวลต์ / 200 ลูป

1100 / N _s = 220 / 200

1100 / N _s = 1.1

N _s = 1100 / 1.1

N _s = 1000 รอบ

7. จากรูปด้านล่าง จำนวนขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้ามีค่าเท่าใด

เป็นที่รู้จัก :

แรงดันไฟฟ้าหลัก (V _P ) = 220 โวลต์

วงจรหลัก (N _P ) = 200 วงจร

แรงดันไฟฟ้าด้านรอง (V _S ) = 1100 โวลต์

ต้องการ :วงจรลูปทุติยภูมิ (เหนือ- _ใต้ )

วิธีการแก้ปัญหา:

Vs / _Ns = _Vp / _Np​

1100 / N _S = 220 / 200

1100 / N _S = 22 / 20

1100 / N _S = 1.1

N _S = 1100 / 1.1

N _S = 1000

8.

หม้อแปลงไฟฟ้า	Np	Ns	Vp	Vs	Ip	Is
1	1000		120	12	0.4	2
2	80	8	20	2		2.5

จากตารางข้างต้น ถ้าประสิทธิภาพของหม้อแปลงทั้งสองเท่ากันคือ 50% จงหาค่า N _sและI _p

วิธีการแก้ปัญหา:

สมการประสิทธิภาพของหม้อแปลงไฟฟ้า:

คำนวณค่า N _ของหม้อแปลง 1 :

คำนวณค่า I _pของหม้อแปลง 2 :

9.

จากภาพด้านบน ข้อใดต่อไปนี้เป็นข้อความที่ถูกต้องเกี่ยวกับภาพด้านบน

A. ภาพที่ 1 คือหม้อแปลงไฟฟ้าแบบเพิ่มแรงดัน และภาพที่ 2 คือหม้อแปลงไฟฟ้าแบบลดแรงดัน

B. ภาพที่ 1 คือหม้อแปลงลดแรงดัน และภาพที่ 2 คือหม้อแปลงเพิ่มแรงดัน

ค. ภาพที่ 1 และ 2 แสดงหม้อแปลงลดแรงดัน

D. ภาพที่ 1 และ 2 แสดงหม้อแปลงไฟฟ้าแบบเพิ่มแรงดัน

Solution

หม้อแปลงเพิ่มแรงดันทำหน้าที่เพิ่มแรงดันไฟฟ้า ในขณะที่หม้อแปลงลดแรงดันทำหน้าที่ลดแรงดันไฟฟ้า ในรูปที่ 1 แรงดันไฟฟ้าด้านปฐมภูมิมากกว่าแรงดันไฟฟ้าด้านทุติยภูมิ (20 โวลต์ > 5 โวลต์) ดังนั้นรูปที่ 1 จึงเป็นหม้อแปลงลดแรงดัน ในรูปที่ 2 แรงดันไฟฟ้าด้านปฐมภูมิน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าด้านทุติยภูมิ (5 โวลต์ < 40 โวลต์) ดังนั้นรูปที่ 2 จึงเป็นหม้อแปลงเพิ่มแรงดัน

คำตอบที่ถูกต้องคือ ข.

10.

ถ้าขดลวดปฐมภูมิมี 800 รอบ ให้หาจำนวนรอบของขดลวดทุติยภูมิ

เป็นที่รู้จัก :

ลูปหลัก = N _p = 800 ลูป

แรงดันไฟฟ้าหลัก = V _P = 220 โวลต์

แรงดันไฟฟ้าด้านรอง = V _S = 55 โวลต์

ต้องการ :วงจรลูปทุติยภูมิ (เหนือ- _ใต้ )

วิธีการแก้ปัญหา:

Vs / _Ns = _Vp / _Np​

55 / N _s = 220 / 800

55 / N _s = 22 / 80

N _S = (80)(55) / 22

N _S = 4400 / 22

N _S = 200 รอบ

11.

ข้อความที่ถูกต้องเกี่ยวกับหม้อแปลง P และ Q คือ...

A. P เป็นหม้อแปลงลดแรงดันเนื่องจาก I _s < I _p

B. P เป็นหม้อแปลงแบบเพิ่มแรงดันเนื่องจาก_Vp < _Vs

C. Q เป็นหม้อแปลงแบบเพิ่มแรงดันเนื่องจาก_Vp > _Vs

D. Q เป็นหม้อแปลงเพิ่มแรงดันเนื่องจาก I _s > I _p

Solution

P คือหม้อแปลงแบบเพิ่มแรงดัน เนื่องจากแรงดันด้านปฐมภูมิ ( _Vp = 110 V) น้อยกว่าแรงดันด้านทุติยภูมิ (Vs ₌ 200 V)

Q คือหม้อแปลงแบบลดแรงดัน เนื่องจากแรงดันด้านปฐมภูมิ (Vp ₌ 220 V) มากกว่าแรงดันด้านทุติยภูมิ (Vs ₌ 110 V)

คำตอบที่ถูกต้องคือ ข.

1. หน้าที่หลักของหม้อแปลงไฟฟ้าคืออะไร?
   • คำตอบหน้าที่หลักของหม้อแปลงไฟฟ้าคือการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) โดยการเพิ่ม (step-up) หรือลด (step-down) แรงดันไฟฟ้าตามความต้องการใช้งาน
2. หม้อแปลงไฟฟ้าแบบเพิ่มแรงดันและแบบลดแรงดันแตกต่างกันอย่างไรในด้านการทำงาน?
   • คำตอบหม้อแปลงเพิ่มแรงดันจะเพิ่มแรงดันจากขดลวดปฐมภูมิไปยังขดลวดทุติยภูมิ ในขณะที่หม้อแปลงลดแรงดันจะลดแรงดันจากขดลวดปฐมภูมิไปยังขดลวดทุติยภูมิ
3. ความสัมพันธ์ระหว่างจำนวนรอบของขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้ากับการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าคืออะไร?
   • คำตอบอัตราส่วนการแปลงแรงดันไฟฟ้าเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอัตราส่วนจำนวนรอบของขดลวด หากขดลวดทุติยภูมิมีจำนวนรอบมากกว่าขดลวดปฐมภูมิ จะเป็นหม้อแปลงเพิ่มแรงดัน และในทางกลับกัน แรงดันไฟฟ้าในแต่ละขดลวดเป็นสัดส่วนกับจำนวนรอบของขดลวดนั้น
4. เหตุใดจึงจำเป็นต้องเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเพื่อส่งกระแสไฟฟ้าในระยะทางไกล?
   • คำตอบการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าจะช่วยลดกระแสไฟฟ้าสำหรับกำลังไฟฟ้าที่เท่ากัน ซึ่งจะช่วยลดการสูญเสียพลังงานเนื่องจากความต้านทานในสายส่ง นอกจากนี้ กระแสไฟฟ้าที่ลดลงยังหมายความว่าสามารถใช้สายไฟที่บางลงได้ ซึ่งมีราคาถูกกว่าและจัดการได้ง่ายกว่า
5. เหตุใดบ้านเรือนส่วนใหญ่จึงได้รับไฟฟ้าที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ในการส่งกระแสไฟฟ้า?
   • คำตอบแรงดันไฟฟ้าสูง แม้จะมีประสิทธิภาพในการส่งกระแสไฟฟ้า แต่ก็เป็นอันตรายสำหรับการใช้งานในครัวเรือน ดังนั้น ก่อนที่กระแสไฟฟ้าจะเข้าสู่บ้าน จึงต้องใช้หม้อแปลงลดแรงดันไฟฟ้าเพื่อลดแรงดันไฟฟ้าให้เหลือระดับที่ปลอดภัยสำหรับเครื่องใช้ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในครัวเรือน
6. มีการสูญเสียพลังงานหรือไม่เมื่อไฟฟ้าถูกแปลงจากแรงดันหนึ่งไปเป็นอีกแรงดันหนึ่งในหม้อแปลงไฟฟ้า?
   • คำตอบหม้อแปลงในอุดมคติจะไม่มีการสูญเสียพลังงาน แต่หม้อแปลงจริงนั้นมีการสูญเสียอยู่บ้าง การสูญเสียเหล่านี้ส่วนใหญ่เกิดจากความร้อนเนื่องจากความต้านทานในขดลวดและการสูญเสียทางแม่เหล็กในแกน อย่างไรก็ตาม หม้อแปลงโดยทั่วไปมีประสิทธิภาพสูง มักสูงกว่า 90-95%
7. วัสดุที่ใช้ทำแกนหม้อแปลงมีความสำคัญอย่างไร?
   • คำตอบวัสดุแกนกลางมีบทบาทสำคัญต่อประสิทธิภาพและการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้า โดยทั่วไปจะทำจากเหล็กหรือเฟอร์ไรต์ ซึ่งช่วยนำทางฟลักซ์แม่เหล็กระหว่างขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิ คุณสมบัติของวัสดุแกนกลางส่งผลต่อประสิทธิภาพ การสูญเสียทางแม่เหล็ก และความสามารถในการนำพาฟลักซ์โดยไม่เกิดการอิ่มตัวของหม้อแปลงไฟฟ้า
8. หม้อแปลงไฟฟ้าสามารถใช้กับกระแสตรง (DC) ได้หรือไม่?
   • คำตอบ: ไม่ครับ หม้อแปลงไฟฟ้าต้องการสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงเพื่อเหนี่ยวนำให้เกิดแรงดันไฟฟ้า ซึ่งได้มาจากกระแสสลับ (AC) ส่วนกระแสตรง (DC) เมื่อกระแสคงที่แล้ว สนามแม่เหล็กจะไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นจึงไม่มีแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้นในขดลวดทุติยภูมิ
9. เหตุใดจึงอาจใช้หม้อแปลงลดแรงดันในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น ที่ชาร์จแบตเตอรี่?
   • คำตอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลายชนิดทำงานที่แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้ามาตรฐานในครัวเรือน หม้อแปลงลดแรงดันในเครื่องชาร์จหรืออะแดปเตอร์จะลดแรงดันไฟฟ้าให้เหลือระดับที่เหมาะสมกับอุปกรณ์ เพื่อให้มั่นใจได้ว่าอุปกรณ์จะทำงานได้อย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ
10. การเปลี่ยนแปลงของโหลด (เช่น การใช้เครื่องใช้ไฟฟ้ามากขึ้นหรือน้อยลง) ส่งผลต่อแรงดันไฟฟ้าขาออกของหม้อแปลงอย่างไร?

• คำตอบในหม้อแปลงไฟฟ้าในอุดมคติ การเปลี่ยนแปลงของโหลดจะไม่ส่งผลต่อแรงดันไฟฟ้าขาออก อย่างไรก็ตาม ในหม้อแปลงไฟฟ้าจริง เนื่องจากความต้านทานและรีแอกแทนซ์ภายใน แรงดันไฟฟ้าขาออกอาจลดลงเล็กน้อยภายใต้สภาวะโหลดสูง และเพิ่มขึ้นเล็กน้อยภายใต้สภาวะโหลดต่ำ