Voltage Regulator

Voltage Regulator For Fluorescent Lamp  3x36W

(Constant Input Voltage)

Select Tap 208 V For Load Voltage

                     Primary                                Secondary

lamp	P	V	I	P.F.	P	V	I	P.F.	Losses
0	0	220	0	0	0	207.3	0	0	11.4
1	45.75	220	0.4525	0.46	35.7	208	0.397	0.44	9.78
2	79.25	220	0.8762	0.45	67.1	207.6	0.765	0.42	8.54
3	110	220	0.83	0.46	98.9	207.3	0.812	0.59	6.2

At Full Load Condition:

n =    89.09  %    

Losses =  12.1  W

S₁ =   187  VA  

S₂  = 168.32 VA

Voltage Regulation =  0.12%

Select tap 217 V for Load Voltage

                     Primary                                Secondary

lamp	P	V	I	P.F.	P	V	I	P.F.	Losses
0	11.5	230	0.126	0.46	0	217.3	0	0	11.4
1	46.7	230.3	0.243	0.66	35.7	218	0.341	0.64	12.67
2	83.2	230.5	0.579	0.57	67.1	217.4	0.65	0.62	10.23
3	121.7	230.2	0.985	0.52	98.9	217.3	0.812	0.69	8.9

ŋ = 94.1 %

Losses = 6.01 W

S1 = 215.51 VA S2= 193.6 VA

Voltage Regulation = 0.5 %

Step-Up Autotransformer (Constant Input Voltage)

 

                     Primary                                Secondary

lamp	P	V	I	P.F.	P	V	I	P.F.	Losses
0	10.075	110	0.172	0.52	0	220.6	0.001	0	10.075
1	105.5	110	0.987	0.98	94.5	214.5	0.443	1	11
2	192	110	1.792	0.99	178.8	210.3	0.856	1	13.2
3	228.75	110	2.115	0.99	212.7	209.5	1.016	1	16.05

At Full Load Condition:

n   =    92.98  %    

Losses =  16.05  W

S₁ =   232.65  VA  

S₂  = 212.852  VA

Voltage Regulation =  5.29%

Step-Down Autotransformer

 

 

                     Primary                                Secondary

lamp	P	V	I	P.F.	P	V	I	P.F.	Losses
0	0	220	0	0	0	110.1	0	0	0
1	42.3	220	0.21	0.92	34.2	109.1	0.307	1	8.4
2	74.6	220	0.357	0.96	65.3	108.5	0.578	1	10.32
3	107.72	220	0.51	0.98	97.3	108.1	0.826	1	11.63
4	104.67	220	0.65	0.99	127.6	107.3	1.025	1	12.95
5	171.9	220	0.81	0.99	156.4	107.1	1.573	1	14.3
6	201,6	220	0.93	0.99	185.2	106.2	1.655	1	16.67
7	232.3	220	1.07	0.99	220.1	105.7	2.201	1	17.9

ŋ =  93.23% Losses = 16.62W

S1 = 236.5VA S2   = 216.68VA

Voltage Regulation = 7.23%

Voltage Tapping (Constant Input Voltage)

Designed Voltage	Measure Value	Error	Winding (turn)	Designed (V/N)	Calculate (V/N)
110	109.7	0.27	340	0.3239	0.3215
107	106.8	0.18	265	0.3239	0.3224
101	100.8	0.19	302	0.3239	0.3216
98	97.8	0.20	312	0.3239	0.3237
86	85.9	0.11	330	0.3239	0.3236

Load test (Constant Input Voltage)

 

                       Primary                               Secondary

Lamp	P	V	I	P.F.	P	V	I	P.F.	Losses
0	9.243	110	0.1624	0.51	0	110	0	-	9.243
1	43.56	110	0.4536	0.94	34.32	109	0.310	1	9.243
2	76.94	110	0.7861	0.97	63.53	105	0.595	1	13.412
3	94.29	110	0.8240	0.99	79.42	104.6	0.773	1	14.871
4	110.70	110	0.9763	0.99	95.68	104.3	0.939	1	15.023

At Full Load Condition:
h =    86.431%    
Losses =   15.323 W

S₁ =   107.393  VA  
S₂  =  97.937 VA       
Voltage Regulation =  5.46%

Approximated Equivalent Circuit

Zsc = Vsc/Isc = 6.25/1=6.25 Ω

X²p = Z²sc-R²p = 6.25²-5.825²
Xp = j2.265Ω

Rc=Vo/Io(cosѳ)=110/(0.19x0.43)=1346.38Ω

Xm=Vo/Iosinѳ=110/(0.19x0.866)=j668.53Ω

	P	V	A	PF	Note
Open Circuit Test	7.8	110	0.19	0.43	O/C Secondary Side
Short Circuit Test	5.3	6.2	1.17	0.98	S/C Secondary Side

Tranformation Ratio

 

Specification: S            = 110VA (ตามข้อมูลการออกแบบ)
                    

                     Vprimary = 110 V , Vsecondary = 110 V

ค่ากระแสเต็มพิกัด Ipri(Rated) =1 A , Isec(Rated)=1 A

VPrimary	0	20	40	60	80	100	120
VSecondary	0	19.95	39.96	59.90	79.90	99.70	119.80
Transformation Ratio	0	1	1	1	1	1	1

VSecondary	0	20	40	60	80	100	120
VPrimary	0	20.2	40.8	60.1	79.91	99.8	119.6
Transformation Ratio	-	1	1	1	1	1	1

Polarity Test

V1 = 110 V



V2 = 110.3 V



V3 = 220.2 V

ขั้นตอนการทำหม้อแปลง

1. กำหนดพิกัดของหม้อแปลง โดยในที่นี้กำหนดให้ ด้าน primary และ secondary เป็น 110/110 หรือ Ratio 1:1

2. คำนวณหาจำนวนรอบของการพันหม้อแปลง โดยกำหนดค่าMagnetic Flux Density (B) =1.20 T
และวัดขนาดของ bobbin เพื่อแทนค่าโดยการคำนวณดูได้ ที่นี่

3. พัน bobbin ด้วยกระดาษให้รอบ ดังรูป

4. เริ่มการพันหม้อแปลง โดยติดตั้ง bobbin กับเครื่องพันลวด โดยพันขดลวด ด้าน primary ก่อน โดยในที่นี้พันไป 340 รอบ



5. เมื่อเราพันด้าน Primary ครบตามจำนวนนรอบแล้ว ให้นำกระดาษมาพันรอบ Bobin อย่างน้อย 2 รอบ โดยเราจะ Tap การพันโดยพันขดลวดให้ยาวออกมาตามที่เราได้คำนวณ ค่าไว้คือ 265,302,312,330 และ 340 รอบตามลำดับ แล้วจึงพันกระดาษฉนวนอีกรอบ






6. นำหม้อแฟลงที่พันเสร็จไปใส่แผ่นเหล็ก E I แผ่นแรกให้ใส่แผ่นเหล็ก E ประกบกัน ต่อมาให้ใส่สลับ E กับ I ไปเรื่อย ๆ จนเต็ม ยึดหม้อแปลงด้วยโครงเหล็กและนอต ดังรูป

7. ตรวจสอบตัว E และ ตัว I ไม่ให้ซ้อนกัน และใช้ค้อนเคะให้แผ่นหล็กชิดกันมากที่สุด

8. นำหม้อแปลงไฟทดสอบฉนวน กับเครื่อง Mega Ohm Meter

9. นำหม้อแปลงมาอาบน้ำยาวานิช แล้วนำไปอบก้อเป็นอันเสร็จ

การออกแบบหม้อแปลงเบื้องต้น

การออกแบบหม้อแปลงเบื้องต้น

หม้อแปลงมีพิกัดขนาด 110 VA Turn Ratio 1:1

โดยมี Primary Voltage 110 V Secondary Voltage 110 V

โครงสร้างใช้งานเป็น Auto transformer



กำหนดค่า


Magnetic Flux Density (B) = 1.20 Tesla

Core Area = 12.082 cm2

Current Density = 2.5 A/mm2



จาก Erms = 4.44fØN

Erms = 4.44fBAN

Erms/N = 4.44fBA



แทนค่าหา N/V

N/V = 1/(4.44×50×1.20×12.16×10-4)

N/V = 3.0869

ดังนั้น จะได้ ค่า volt ต่อ turn เท่ากับ 0.3239




จะได้ว่า 0.3239 V ใช้ 1 รอบ

ถ้า 110 V จะใช้ 110/0.3239 = 339.610 รอบ ≈ 340 รอบ



โดยจะทำTab ขนาดต่างๆดังนี้ 3, 9 ,12 , 24, 110 V


หลักการคำนวณ

เซนเตอร์แทป โดยด้าน Secondary (V_s);

3 v จะต้องพัน 330 รอบ

9 v จะต้องพัน 312 รอบ

12 v จะต้องพัน 302 รอบ

24 v จะต้องพัน 265 รอบ

110 v จะต้องพัน 340 รอบ

อุปกรณ์ที่ใช้ในการทำหม้อแปลง

อุปกรณ์ที่ใช้ในการทำหม้อแปลง

1. ลวดทองแดงเบอร์ 23

2. ตาชั่ง

3. แกนเหล็ก I และ E

4. เครื่องพันลวดทองแดง

5. กระดาษสำหรับใช้พันเป็นฉนวน

6. ไม้สำหรับใช้เป็นแกนในการพันขดลวด

7. น้ำยา Varnish สำหรับเคลือบหม้อแปลง

8. Bobbin

9. ตู้อบหม้อแปลง

10. อุปกรณ์อื่นๆ

Transformer Design First page

TRANSFORMER DESIGN

-มารู้จักหม้อแปลงไฟฟ้ากัน

-หลักการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้า

-อุปกรณ์ที่ใช้ในการทำหม้อแปลง

-การออกแบบหม้อแปลงเบื้องต้น

-ขั้นตอนการทำหม้อแปลง

การทดสอบหม้อแปลง

1. Transformer Ratio
2. Approximated Equivalent Circuit
3. Load Test
4. Polarity Test
5. Voltage Tapping
6. Step Down Transformer
7. Step Up Transformer
8. Voltage Regulator

จัดทำโดย


นายวันนัด ดาราโพธิ์

นักศึกษาคณะวิศวกรรมศาสตร์

ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า ห้อง C

Id. 50291217 ชั้นปีที่ 3

E-mail:wannat_d@hotmail.com


นำเสนอ


อาจารย์ธวัชชัย ชยาวนิช

King Mongkut's University of Technology Thonburi

หลักการทำงานของหม้อแปลง

หลักการทำงานของหม้อแปลง

E : แรงเคลื่อนไฟฟ้าจากแหล่งไฟสลับ ( โวลต์ ) R : โหลดตัวต้านทาน ( โอห์ม )

V : แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ( โวลต์ ) I : กระแสไฟฟ้า ( แอมป์ )

N : จำนวนรอบของขดลวด (รอบ) f : ความถี่ ( รอบต่อวินาที )

A : พื้นที่หน้าตัดของแกนเหล็ก ( ตารางเมตร ) t : เวลา (วินาที)

“P” : ปฐมภูมิ (Primary) “S” : ทุติยภูมิ (Secondary)


: อัตราการเปลี่ยนแปลงจาก ความหนาแน่นของเส้นแรง แม่เหล็กต่อเวลา

B : ความหนาแน่นของเส้นแรงแม่เหล็ก (เวเบอร์ต่อตารางเมตร)

กฎของฟาราเดย์ (Faraday's Law) กล่าวไว้ว่า เมื่อขดลวดได้รับแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระแสสลับ จะทำให้ขดลวดมีการเปลี่ยนแปลงเส้นแรงแม่เหล็กตามขนาดของรูปคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับ และทำให้มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้นที่ขดลวดนี้

คำอธิบาย 1 : เมื่อขดลวดปฐมภูมิได้รับแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระแสสลับ จะทำให้มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้นตามกฎของฟาราเดย์ ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำนี้ขึ้นอยู่กับ จำนวนรอบของขดลวด พื้นที่แกนเหล็ก และความหนาแน่นของเส้นแรงแม่เหล็กที่มีการเปลี่ยนแปลงจากไฟฟ้ากระแสสลับ โดยเขียนในรูปคณิตศาสตร์ได้ คือ





ข้อสังเกต เครื่องหมายลบ แสดงให้เห็นแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ มีทิศทางตรงข้ามกับเส้นแรงแม่เหล็ก


คำอธิบาย 2 : เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดจะทำให้มีเส้นแรงแม่เหล็กในขดลวด เส้นแรงแม่เหล็กนี้เปลี่ยนแปลงตามขนาดของรูปคลื่นไฟฟ้าที่ได้รับ

คำอธิบาย 3 : เส้นแรงแม่เหล็กเกือบทั้งหมดจะอยู่รอบแกนเหล็ก

คำอธิบาย 4 : เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของเส้นแรงแม่เหล็กผ่านขดลวด จะทำให้มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้น ที่ขดลวดทุติยภูมินี้ และเขียนในรูปคณิตศาสตร์ ได้คือ


ความสัมพันธ์ของแรงเคลื่อนไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และจำนวนรอบของขดลวดทั้งด้านปฐมภูมิและทุติยภูมิของหม้อแปลงตามอุดมคติ (Ideal Transformer : ไม่รวมการสูญเสียของขดลวดและแกนเหล็ก) สามารถหาได้จาก



ความสัมพันธ์ของแรงเคลื่อนไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า ความถี่ จำนวนรอบของขดลวด พื้นที่แกนเหล็ก และความหนาแน่นของเส้นแรงแม่เหล็ก (ไม่รวมการสูญเสียของเส้นแรงแม่เหล็กและแกนของหม้อแปลง) หาได้จาก



ข้อกำหนดทางไฟฟ้าสำหรับหม้อแปลงไฟฟ้า คือ
1. ไม่เปลี่ยนแปลงความถี่ไปจากเดิม
2. กำลังไฟฟ้าของหม้อแปลงด้านปฐมภูมิเท่ากับด้านทุติยภูมิ เช่น หม้อแปลงขนาด 100 VA, 20 V / 5 V จะมีแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านปฐมภูมิ 20 V ส่วนด้านทุติยภูมิจะมีแรงเคลื่อนไฟฟ้า 5V ความสัมพันธ์ระหว่างแรงเคลื่อนไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าในสมการที่ (3) เราสามารถคำนวณหาค่ากระแสไฟฟ้าทางด้านรับไฟได้ 5 A และกระแสไฟฟ้าด้านจ่ายไฟได้ 20 A ซึ่งเขียนเป็นสมการได้ดังนี้

กำลังไฟฟ้า (VA) ด้านปฐมภูมิ = กำลังไฟฟ้า (VA) ด้านทุติยภูมิ

20 V x 5 A = 5 V x 20 A

100 VA = 100 VA

มารู้จักหม้อแปลงไฟฟ้า กัน

หม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงไฟฟ้า คือ อุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งซึ่งทำหน้าที่เปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าให้สูงขึ้น หรือต่ำลงได้ โดยอาศัยหลักการเหนี่ยวนำ

หม้อแปลงไฟฟ้า เป็นอุปกรณ์สำหรับเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าให้สูงขึ้นหรือต่ำลง ตามความต้องการของลักษณะงานที่จะนำไปใช้งาน ซึ่งประกอบด้วยขดลวด 2 ชุด หรือมากกว่า พันอยู่บนแกนเหล็กซิลิคอนพลังงานไฟฟ้าจะถ่ายทอดจากขดลวดหนึ่ง ไปสู่อีกขดลวดหนึ่งทางสนามแม่เหล็ก ซึ่งเส้นแรงแม่เหล็กจะเดินอยู่ในแกนเหล็กที่มีขดลวดพันอยู่เป็นวงจรแม่เหล็กหม้อแปลงไฟฟ้า ที่มีการใช้กันอย่างกว้างขวาง โดยมีวัตถุประสงค์แตกต่างกันไป แล้วแต่ลักษณะงานที่นำไปใช้ เช่น การใช้หม้อแปลงเพิ่มแรงดันให้สูงขึ้น จากที่ผลิตได้จากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า การส่งพลังงานไฟฟ้าด้วยระบบแรงดันสูง ก็เพื่อลดพลังงานสูญเปล่าในสายส่งให้น้อยลงและทำให้ประหยัดสายส่งด้วย แต่เมื่อส่งพลังงานไปถึงปลายทาง ก่อนจะไปถึงตัวใช้ไฟฟ้าก็จำเป็นจะต้องลดแรงดันให้ต่ำลงเพื่อความปลอดภัยแก่ผู้ใช้ไฟ จึงจำเป็นต้องใช้หม้อแปลงลดแรงดันลง

• หม้อแปลงเพิ่มแรงดันเรียกว่า Step - up Transformer
• หม้อแปลงลดแรงดันเรียกว่า Step - down Transformer