พิกัดหม้อแปลง = 110 VA       Turn Ratio =  1

Primary Voltage = 110 V        Secondary Voltage = 110 V

โครงสร้างของหม้อแปลง   = Shell type

ข้อมูลการออกแบบ Magnetic Flux Density (B) = 1.186 Tesla

E/N                    = 0.3188 volt/Turn

Core Area           = 12.08 cm²

N1 = 346 Turn     Copper Wire SWG Size     = 22  Area = 0.004 cm²

N2 = 346 Turn     Copper Wire SWG Size     = 22  Area = 0.004 cm²

Copper Area       = 2.768 cm²

Window Space Factor = 60 %

ค่า VA จาการคำนวนขั้นสุดท้าย

-      S = 2.22fB_mA_coreA_wK_w VA

กำหนด S = 110 VA; V_p = 110V; V_s = 110V

จากพิกัดของหม้อแปลง

S = V_pI_p = V_sI_s

I_p = S/V_p

I_p = 110/110 = 1A

I_s = S/V_s

I_s = 110/110 =1A

เพราะฉะนั้น จึงใช้เส้นลวดทองแดง SWG 22

จาก              E_rms = 4.44fØN

E_rms = 4.44fB•A•N

E_rms/N = 4.44fB•A

^{แทนค่าหา N/V}

^{N/V = 1/(4.44×50×1.165×12.16×10-4)}

^{N/V = 3.179}

^{เพราะฉะนั้น 0.31449  V      ใช้    1    รอบ}

^{ถ้า 110    V จะใช้    110/0.31449 = 349.772 รอบ ≈ 350 รอบ}

^{ถ้ารวมทางด้าน Primary และ Secondary จำนวนรอบจะเท่ากับ 350×2 = 700 รอบ}

^{หลังจากการคำนวณเสร็จแล้ว เราต้องหาพื้นที่ว่างทางด้านข้างของหม้อแปลง เพราะ ต้องการดูว่าจะมีพื้นที่ว่างในการใส่เหล็ก EI หรือไม่ ซึ่งถ้าใช้พื้นที่มากเกิน 60% อาจจะทำให้เกิดปัญหาในการใส่เหล็ก EI}

^{วิธีคิด}

^{จากสูตร A=1.152(VA)^1/2 cm2 ; Core Area  (A}_core^{)=12.082 cm2}

^{จากการวัดจริง ; Core Area  (A}_core^{)=3.2×3.8=12.16 cm2}

^{หา พท ที่จะพัน=จำนวนรอบทั้งหมดxพ.ท หน้าตัดของขดลวด}

^{=700×0.39729 = 278.103 mm2=2.78 cm2}

^{เช็คว่าเกิน 60 เปอร์เซ้นต์ หรือไม่ ซึ่ง window space factor = 0.6 หรือ 60%}

^{Net window area = 2.78×100/60 =4.633 cm2}

^{ซึ่ง window space = 1.3×4.5=5.85cm2}

RL) ต่อเข้ากับด้านทุติยภูมิ

รูป (ข) แสดงกระแสไฟฟ้าที่จ่ายออกแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าไปเข้าที่ขดลวดปฐมภูมิ ซึ่งกระแสไฟฟ้านี้ก็จะทำให้เกิดขั้วเหนือที่ส่วนบนของขดลวดปฐมภูมิ ถ้าแรงดันไฟฟ้าด้านอินพุตนี้มีความเป็นลบมาก (ช่วงครึ่งคลื่นลบ) ก็จะทำให้กระแสไฟฟ้าไหลเพิ่มมากขึ้นด้วย ส่งผลให้มีสนามแม่เหล็กเกิดขึ้นที่ขดลวดปฐมภูมิมากขึ้น การขยายตัวของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจะไปตัดกับขดลวดทางด้านทุติยภูมิ และเกิดการเหนี่ยวนำของแรงดันไฟฟ้าขึ้น จึงทำให้มีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจรด้านทุติยภูมิผ่านไปยังโหลด จากนั้นแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่จ่ายเข้ามาก็จะมีความเป็นลบลดน้อยลงจนเป็น ค่าศูนย์ และเปลี่ยนเป็นค่าบวก

จากรูป (ค) ในกรณีนี้กระแสไฟฟ้าในวงจรด้านปฐมภูมิจะไหลในทิศทางตรงกันข้ามกับตอนแรก ทั้งนี้เนื่องจากแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับได้เปลี่ยนแปลงเพิ่มขึ้นในทิศทางที่ เป็นบวก (ช่วงครึ่งคลื่นบวก) เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มมากขึ้นกระแสไฟฟ้าก็ไหลมากขึ้น ส่งผลให้สนามแม่เหล็กเกิดการขยายตัวไปตัดกับขดลวดทุติยภูมิเกิดการเหนี่ยวนำ ทางไฟฟ้า ส่งผลให้มีกระแสไฟฟ้าไหลในทิศทางตรงข้าม และไหลผ่านต่อไปยังโหลดเช่นเดียวกัน

รูปแสดงหม้อแปลงไฟฟ้าแบบต่างๆ

1. ถ้ากระแสไฟฟ้าด้านปฐมภูมิเพิ่มขึ้นจะทำให้กระแสไฟฟ้าด้านทุติยภูมิเพิ่มขึ้นด้วย และถ้ากระแสไฟฟ้าด้านปฐมภูมิลดลงก็จะทำให้กระแสไฟฟ้าด้านทุติยภูมิลดลงด้วยเช่นเดียวกัน ดังนั้นจึงสรุปได้ว่า ไฟฟ้ากระแสสลับที่เกิดขึ้นทางด้านทุติยภูมิ มีความถี่เท่ากับไฟฟ้ากระแสสลับทางด้านปฐมภูมิ
2. ถึงแม้ขดลวดทั้งสองของหม้อแปลงไฟฟ้าจะแยกออกจากกัน แต่พลังงานจากด้านปฐมภูมิ สามารถที่จะส่งผ่านไปยังด้านทุติยภูมิได้ ทั้งนี้เนื่องจากพลังงานไฟฟ้าทางด้านปฐมภูมิได้เปลี่ยนไปเป็นพลังงานแม่เหล็ก ส่วนทางด้านทุติยภูมิจะเปลี่ยนกลับจากพลังงานแม่เหล็กให้เป็นพลังงานไฟฟ้านั่นเอง

ค่าสัมประสิทธิ์ความเหนี่ยวนำ (k)
แรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำข้ามไปยังขดลวดทุติยภูมินั้น ขึ้นอยู่กับค่าความเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นระหว่างขดลวดปฐมภูมิ และทุติยภูมิ ซึ่งจะถูกกำหนดโดยจำนวนเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดด้านปฐมภูมิเคลื่อน ที่ไปตัดกับขดลวดด้านทุติยภูมิ
อัตราส่วนระหว่างจำนวนเส้นแรงแม่เหล็กที่เคลื่อนที่ไปตัดกับขดลวดทุติยภูมิ เปรียบเทียบกับจำนวนเส้นแรงแม่เหล็กทั้งหมดที่เกิดจากขดลวดปฐมภูมิเรียกว่า สัมประสิทธิ์ความเหนี่ยวนำ (Coefficient of Coupling, k) ซึ่งจะมีค่าอยู่ระหว่าง 0 และ 1

ตัวอย่างเช่น ถ้าเส้นแรงแม่เหล็กทั้งหมดที่เกิดจากขดลวดปฐมภูมิเคลื่อนที่ไปตัดกับขดลวด ทุติยภูมิ ค่าสัมประสิทธิ์ความเหนี่ยวนำจะมีค่าเท่ากับ 1 แต่ถ้ามีจำนวนเส้นแรงแม่เหล็กเพียงครึ่งหนึ่งเท่านั้นที่เคลื่อนที่ไปตัดกับ ขดลวดทางด้านทุติยภูมิ ค่าสัมประสิทธิ์ความเหนี่ยวนำที่ได้ก็จะมีค่าเท่ากับ 0.5

1. ระยะห่างระหว่างขดลวดปฐมภูมิ และขดลวดทุติยภูมิ
2. ชนิดของแกนที่ใช้พันขดลวด
จากรูป แสดงระยะห่างของขดลวดปฐมภูมิ และขดลวดทุติยภูมิที่มีผลต่อค่าสัมประสิทธิ์ความเหนี่ยวนำ

โดยทั่วไปแล้วหม้อแปลงไฟฟ้าจะใช้งานอยู่ 3 แบบ ได้แก่
1. หม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้เพื่อเพิ่ม หรือลดขนาดแรงดันไฟฟ้า
2. หม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้เพื่อเพิ่ม หรือลดปริมาณกระแสไฟฟ้า
3. หม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้เพื่อแมทช์ค่าอิมพีแดนซ์ (Impedances)
ซึ่งทั้ง 3 กรณี สามารถทำได้โดยการเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนจำนวนรอบ (Turns Ratio) ของขดลวดปฐมภูมิเปรียบเทียบกับจำนวนขดลวดทุติยภูมิ

อัตราส่วนจำนวนรอบ (Turns Ratio)
อัตราส่วนจำนวนรอบ หมายถึง อัตราส่วนระหว่างจำนวนรอบของขดลวดทุติยภูมิ (NS) ต่อจำนวนรอบของขดลวดปฐมภูมิ (NP)

ตัวอย่าง
หม้อแปลงไฟฟ้ามีจำนวนขดลวดปฐมภูมิเท่ากับ 200 รอบ และขดลวดทุติยภูมิเท่ากับ 600 รอบ จงคำนวณหาอัตราส่วนจำนวนรอบ (Turns Ratio) ของหม้อแปลงไฟฟ้านี้

ในกรณีนี้จะเห็นว่า จะต้องใช้จำนวนขดลวดทางด้านทุติยภูมิจำนวน 3 ขด ต่อขดลวดทางด้านปฐมภูมิ 1 ขด ซึ่งการเพิ่มจำนวนรอบจากน้อย (1 รอบ) ไปจำนวนมากรอบ (3 รอบ) จะหมายถึง การทำให้ค่า “Step Up” ซึ่งผลลัพธ์ของอัตราส่วนจำนวนรอบ (Turns Ratio) ที่ได้จะมีค่ามากกว่า 1

ตัวอย่าง
ถ้าหม้อแปลงไฟฟ้ามีจำนวนขดลวดปฐมภูมิ 120 รอบ และขดลวดทุติยภูมิ 30 รอบ อัตราส่วนจำนวนรอบ (Turns Ratio) ของหม้อแปลงไฟฟ้านี้เป็นเท่าใด

ซึ่งในกรณีนี้จะต้องใช้จำนวนขดลวดปฐมภูมิ 4 ขด ต่อขดลวดทุติยภูมิ 1 ขด การเปลี่ยนแปลงจำนวนรอบจากมาก (4 รอบ) ไปจำนวนรอบน้อย (1 รอบ) หมายถึง การทำให้ค่า “Step Down” ซึ่งผลลัพธ์ของอัตราส่วนจำนวนรอบ (Turns Ratio) ที่ได้จะมีค่าน้อยกว่า 1

หม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้เป็นแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ อิเล็กทรอนิกส์เกือบทุกชนิดส่วนใหญ่แล้วจะทำหน้าที่ทั้งแปลงขนาดของแรงดัน ไฟฟ้าให้เพิ่มขึ้น (Step-Up) หรือลดขนาดของแรงดันให้น้อยลง (Step-Down) จากแรงดันไฟ 220 V ที่จ่ายออกมาจากเต้าเสียบไฟฟ้าภายในบ้าน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ภายในของอุปกรณ์นั้นๆ ว่าต้องการแรงดันไฟฟ้ามากหรือน้อย

ถ้าแรงดันไฟฟ้าทางด้านทุติยภูมิ (ES) มีค่าสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าทางด้านปฐมภูมิ (EP) จะเรียกหม้อแปลงชนิดนี้ว่า หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแปลงแรงดันขึ้น (Step-Up Transformer) หรือ ES > EP ดังแสดงในรูป
ถ้าแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับทางด้านปฐมภูมิมีค่าเท่ากับ 100 V และอัตราส่วนจำนวนรอบคือ 1:5 แรงดันไฟฟ้าที่ได้จากด้านทุติยภูมิจะมีขนาด 5 เท่าของแรงดันไฟฟ้าทางด้านปฐมภูมิ นั่นคือ เท่ากับ 500 V ทั้งนี้เนื่องจากเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจากขดลวดปฐมภูมิไปตัดกับขดลวดที่มีจำนวนมากทางด้านทุติยภูมิ ดังนั้น การเหนี่ยวนำของแรงดันไฟฟ้าจึงเกิดขึ้นมากตามไปด้วย

จากตัวอย่างนี้จะเห็นได้ว่าอัตราส่วนระหว่างแรงดันไฟฟ้าทางด้านทุติยภูมิต่อแรงดันไฟฟ้าทางด้านปฐมภูมิมีค่าเท่ากับ อัตราส่วนจำนวนรอบ (Turns Ratio) หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือ

เพื่อที่จะคำนวณหาค่า VS ดังนั้นจึงจัดสมการใหม่ ดังนี้

ตัวอย่าง
จงคำนวณหาค่าแรงดันไฟฟ้าทางด้านทุติยภูมิ (ES) ถ้าใช้หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแปลงแรงดันขึ้น (Step-Up Transformer) ที่มีอัตราส่วนจำนวนรอบ 1:6 โดยมีแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับขนาด 24 V จ่ายเข้าทางด้านปฐมภูมิ

ถ้าแรงดันไฟฟ้าทางด้านทุติยภูมิ (ES) มีค่าน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าทางด้านปฐมภูมิ (EP) จะเรียกหม้อแปลงชนิดนี้ว่า หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแปลงแรงดันลง (Step-Down Transformer) หรือ ES < EP ดังแสดงในรูป ซึ่งค่าแรงดันไฟฟ้าทางด้านทุติยภูมิมีค่าเท่ากับ

ดังนั้นจะเห็นว่า หม้อแปลงไฟฟ้าสามารถที่จะแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับทางด้านปฐมภูมิให้เป็นค่าแรงดันใดๆ โดยการเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนจำนวนรอบของขดลวดภายในหม้อแปลงเท่านั้น
หมายเหตุ ค่าสัมประสิทธิ์ความเหนี่ยวนำ (k) จากสมการนี้จะสมมติให้มีค่าเท่ากับ 1 เสมอ ซึ่งหมายความว่า แกนที่ใช้พันขดลวดของหม้อแปลงไฟฟ้าเป็นแกนเหล็ก (k = 1)

กำลังงานที่ได้จากด้านทุติยภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้าใดๆ จะมีค่าเท่ากำลังงานที่มาจากด้านปฐมภูมิเสมอ (PP = PS) และ กำลังงาน (Power) สามารถคำนวณได้จากสูตร P= E X I ซึ่งถ้าแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นหรือลดลง ก็จะทำให้กระแสไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงลดลงหรือเพิ่มขึ้นในทิศทางตรงกันข้ามกับแรง ดันไฟฟ้าโดยอัตโนมัติ ทั้งนี้เพื่อที่จะทำให้กำลังงานที่ได้มีค่าคงที่ตลอดเวลา ตัวอย่างเช่น ถ้าแรงดันไฟฟ้าทางด้านทุติยภูมิมีค่าเพิ่มขึ้น จะทำให้กระแสไฟฟ้าทางด้านทุติยภูมิมีปริมาณลดลง จึงจะทำให้กำลังงานด้านเอาต์พุตมีค่าเท่ากับกำลังงานด้านอินพุต

สำหรับกำลังงานทางด้านปฐมภูมิก็จะมีการเปลี่ยนแปลงทั้งแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าในลักษณะเดียวกันกับด้านทุติยภูมิ และทำให้ PS = PP ซึ่งแสดงว่ากำลังงานที่ได้ออกมานั้นไม่สามารถจะเกิดขึ้นได้มากกว่ากำลังงานที่ป้อนเข้าไป ดังนั้นจึงสรุปได้ว่า อัตราส่วนของกระแสไฟฟ้าจะเป็นสัดส่วนผกผันกับอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้า

และจากการที่อัตราส่วนของกระแสไฟฟ้าเป็นสัดส่วนผกผันกับอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้า ดังนั้นจึงเป็นสัดส่วนผกผันกับอัตราส่วนจำนวนรอบของขดลวดด้วยเช่นกัน

จัดสมการใหม่ให้อยู่ในรูปของความสัมพันธ์ระหว่างอัตราส่วนของกระแสไฟฟ้าและจำนวนรอบของขดลวด จะได้สมการใหม่ซึ่งใช้ในการคำนวณหากระแสไฟฟ้าทางด้านทุติยภูมิ ดังนี้

ตัวอย่าง
หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแปลงแรงดันขึ้น (Step-Up Transformer) ดังแสดงในรูป มีอัตราส่วนจำนวนรอบเท่ากับ 1:5 จงคำนวณหาค่าต่อไปนี้
ก. แรงดันไฟฟ้าทางด้านทุติยภูมิ (ES)
ข. กระแสไฟฟ้าทางด้านทุติยภูมิ (IS)
ค. กำลังงานทางด้านปฐมภูมิ (PP)
ง. กำลังงานทางด้านทุติยภูมิ (PS)

รูปแสดงตัวอย่างหม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแปลงแรงดันขึ้น

วิธีทำ

เนื่องจากขดลวดทางด้านทุติยภูมิมีจำนวนมากกว่าทางด้านปฐมภูมิ 5 เท่า ดังนั้น แรงดันไฟฟ้าทางด้านทุติยภูมิจึงถูกแปลงให้มีค่าสูงขึ้น 5 เท่า เมื่อเทียบกับแรงดันไฟฟ้าทางด้านปฐมภูมิ ส่วนกระแสไฟฟ้าทางด้านทุติยภูมินั้นจะมีปริมาณลดลง 1 ใน 5 ของกระแสไฟฟ้าที่ไหลในด้านปฐมภูมิ