หม้อแปลงไฟฟ้า (Transformer)
Transformer
V₁/V₂ = N₁/N₂ = I₂/I₁ • อัตราส่วนรอบ • การแยกทางไฟฟ้า • การวัดและตรวจเช็คTurns ratio • Isolation • Testing
ทำงานอย่างไรHow It Works
หม้อแปลงคือขดลวด 2 ชุดที่พันอยู่บนแกนเหล็กเดียวกัน โดยไม่ได้ต่อสายถึงกันเลย — พลังงานข้ามจากขดหนึ่งไปอีกขดหนึ่งด้วย สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง เท่านั้น
A transformer is two coils on one iron core with no electrical connection between them — energy crosses over purely through a changing magnetic field.
1
ไฟ AC เข้าขดปฐมภูมิAC enters the primary
กระแสที่สลับทิศไปมาสร้างสนามแม่เหล็กที่ เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ในแกนเหล็ก
Alternating current builds a constantly changing magnetic field in the core.
2
แกนเหล็กนำสนามแม่เหล็กไปอีกฝั่งThe core guides the flux across
แกนเหล็กทำหน้าที่เหมือน "ท่อ" ของเส้นแรงแม่เหล็ก ให้เกือบทั้งหมดวิ่งไปถึงขดที่สอง
The core acts as a pipe for the flux so nearly all of it reaches the second coil.
3
ขดทุติยภูมิเหนี่ยวนำแรงดันออกมาThe secondary induces a voltage
ตาม กฎของฟาราเดย์ สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงเหนี่ยวนำแรงดันในขดลวด — ได้แรงดันมากหรือน้อย ขึ้นกับ จำนวนรอบ
By Faraday's law, changing flux induces a voltage — how much depends on the number of turns.
⚠️ ข้อสรุปสำคัญที่สุดของบทนี้: ต้องเป็นสนามแม่เหล็กที่ เปลี่ยนแปลง เท่านั้น — ป้อนไฟ DC เข้าไป ฟลักซ์จะนิ่งอยู่กับที่ ไม่มีแรงดันออกสักโวลต์ แถมขดปฐมภูมิจะเหลือแค่ความต้านทานเปล่า ๆ ไม่กี่โอห์ม แล้วกินกระแสจนไหม้ หม้อแปลงจึงใช้กับ AC เท่านั้น (ลองโหมด "ป้อนไฟ DC" ในซิมด้านล่าง)
⚠️ The key takeaway: the field must be changing. Feed it DC and the flux sits still — no output at all, and the primary is left as a few bare ohms that will draw current until it burns. Transformers are AC-only (try the "DC input" mode below).
อัตราส่วนรอบ — สูตรเดียวที่ต้องจำThe Turns Ratio — The One Formula
V₁ / V₂ = N₁ / N₂ = I₂ / I₁
สังเกตว่า กระแสกลับข้างกับแรงดัน — ฝั่งที่แรงดันต่ำคือฝั่งที่กระแสสูง
Note the current ratio is inverted — the low-voltage side is the high-current side
ทำไมกระแสถึงกลับข้าง? เพราะกำลังไฟฟ้าต้องเท่ากันทั้งสองฝั่ง (P = V × I) หม้อแปลง ไม่ได้สร้างพลังงานเพิ่ม มันแค่ แลก แรงดันกับกระแสเท่านั้น ได้แรงดันมาก็ต้องเสียกระแสไป
Why is current inverted? Because power must match on both sides (P = V × I). A transformer creates no energy — it only trades voltage for current.
| ชนิดType | อัตราส่วนRatio | ใช้ที่ไหนWhere you meet it |
|---|---|---|
| Step-Down | N₁ > N₂ (แรงดันลด กระแสเพิ่ม)(V down, I up) | อะแดปเตอร์ 220V→12V, แหล่งจ่ายไฟแบบเชิงเส้น, หม้อแปลงหน้าบ้าน220V→12V adapters, linear power supplies, pole transformers |
| Step-Up | N₂ > N₁ (แรงดันเพิ่ม กระแสลด)(V up, I down) | หม้อแปลงแรงสูงในเตาไมโครเวฟ (220V → 2,000V), คอยล์จุดระเบิด, สายส่งไฟฟ้าแรงสูงThe HV transformer in a microwave (220V → 2,000V), ignition coils, grid transmission |
| Isolation | N₁ = N₂ (1:1 แรงดันเท่าเดิม)(1:1, same voltage) | แยกกราวด์เพื่อความปลอดภัยตอนใช้สโคปวัดวงจรที่ไม่แยกกราวด์ — ดูภาคจ่ายไฟสวิตชิ่งGround separation for safe scoping of non-isolated boards — see switching PSU |
| Auto | ขดเดียว มีแท็ปOne winding with a tap | หม้อแปลงปรับแรงดัน (variac), หม้อแปลง 110/220V ราคาถูก — ไม่แยกทางไฟฟ้าVariacs, cheap 110/220V converters — no isolation |
| Current (CT) | คล้องสายเส้นเดียว = ขดปฐมภูมิ 1 รอบClamped on one wire = a 1-turn primary | วัดกระแสโดยไม่ต้องตัดสาย — แคลมป์มิเตอร์ และตัววัดกระแสบนบอร์ดเตาแม่เหล็กไฟฟ้าMeasuring current without breaking the circuit — clamp meters and the sensor on an induction hob board |
⚠️ ห้ามเปิดวงจรขดทุติยภูมิของ CT ขณะที่ยังมีกระแสไหลในสายที่คล้องอยู่ — แรงดันจะพุ่งสูงมากจนอันตรายถึงชีวิตและฉนวนพัง ต้องลัดขั้วมันไว้ก่อนถอดเสมอ
⚠️ Never open-circuit a CT's secondary while current flows in the wire it surrounds — the voltage rises to lethal levels and destroys the insulation. Short its terminals before disconnecting.
ทดลอง: หม้อแปลง 3 โหมดTry It: Three Modes
เทียบ หม้อแปลงอุดมคติ ในตำรา กับ ของจริงที่มีการสูญเสีย และดูว่าเกิดอะไรขึ้นถ้า ป้อนไฟ DC
Compare the ideal transformer of the textbook with a real lossy one, and see what happens on DC.
500 รอบ
50 รอบ
220 V
20 Ω
แรงดันออก V2
—
กระแสออก I2
—
กระแสเข้า I1
—
ประสิทธิภาพ η
—
—
🔎 ลองอันนี้: อยู่โหมด "มีการสูญเสีย" แล้วลากโหลด RL จาก 200 Ω ลงมาเหลือ 2 Ω — แรงดันออกจะตกลงเรื่อย ๆ ทั้งที่ไม่ได้แตะสไลเดอร์ V1 หรือจำนวนรอบเลย นี่คือ voltage regulation ของหม้อแปลง และเป็นเหตุผลที่อะแดปเตอร์ถูก ๆ วัดตอนไม่มีโหลดได้ 14 V แต่พอต่อโหลดจริงเหลือ 12 V
🔎 Try this: in "with losses" mode, drag RL from 200 Ω down to 2 Ω — the output sags without touching V1 or the turns. That is a transformer's voltage regulation, and it is why a cheap adapter reads 14 V unloaded but 12 V in use.
การสูญเสียและประสิทธิภาพLosses & Efficiency
η = (Pout / Pin) × 100%
| การสูญเสียLoss | เกิดจากCause | สังเกตยังไงHow to spot it |
|---|---|---|
| คอปเปอร์ลอสCopper loss (I²R) |
ความต้านทานของลวดทองแดง — แปรตามกระแสยกกำลังสองResistance of the copper — rises with the square of current | ยิ่งโหลดหนัก ยิ่งร้อนและแรงดันยิ่งตกHeavier load → hotter and more voltage sag |
| คอร์ลอสCore loss | ฮิสเทอรีซิส + กระแสไหลวนในแกนเหล็ก — เกิดตลอดเวลาที่จ่ายไฟHysteresis + eddy currents — present whenever it is energised | อุ่น ๆ และมีเสียงฮัมแม้ไม่ได้ต่อโหลดอะไรเลยWarm and humming even with nothing plugged in |
| ฟลักซ์รั่วLeakage flux | เส้นแรงแม่เหล็กบางส่วนไม่วิ่งผ่านขดที่สองSome flux misses the second coil | แรงดันออกต่ำกว่าที่คำนวณเล็กน้อยOutput slightly below the calculated value |
💡 ทำไมแกนเหล็กถึงเป็นแผ่นบาง ๆ ซ้อนกัน ไม่ใช่เหล็กตัน? เพื่อตัดทางเดินของ กระแสไหลวน (eddy current) ให้สั้นลง — หลักการเดียวกับที่เตาแม่เหล็กไฟฟ้าใช้ สร้าง ความร้อน แต่ในหม้อแปลงเราต้องการ กำจัด มัน
💡 Why is the core made of thin stacked laminations instead of solid iron? To break up the path of eddy currents — the very effect an induction hob uses to make heat is the one a transformer must suppress.
พิกัด VA ไม่ใช่วัตต์: หม้อแปลงระบุพิกัดเป็น VA (โวลต์-แอมป์) ไม่ใช่วัตต์ เพราะสิ่งที่ทำให้ขดลวดร้อนคือ กระแส ไม่ใช่กำลังจริงที่โหลดใช้ — โหลดที่มีเพาเวอร์แฟกเตอร์ต่ำจะดึงกระแสมากกว่าที่ตัวเลขวัตต์บอกไว้
VA is not watts: transformers are rated in VA because what heats the winding is current, not the real power the load consumes — a poor power factor draws more current than the wattage suggests.
การวัดและตรวจเช็คด้วยมัลติมิเตอร์Testing with a Multimeter
| วัดอะไรMeasurement | ค่าที่ควรได้Expected | ถ้าผิดแปลว่าIf wrong |
|---|---|---|
| ความต้านทานขดปฐมภูมิPrimary resistance | ไม่กี่โอห์มถึงหลายร้อยโอห์ม (รอบมาก = โอห์มสูง)A few ohms to a few hundred (more turns = more ohms) | OL = ขดขาด (มักขาดที่ เทอร์มอลฟิวส์ในตัว ใต้เทปพันขด ไม่ใช่ลวดขาด)OL = open (often the built-in thermal fuse under the tape, not the wire) |
| ความต้านทานขดทุติยภูมิSecondary resistance | ต่ำกว่าขดปฐมภูมิเสมอ (ในหม้อแปลง step-down)Always lower than the primary (in a step-down) | 0 Ω สนิท = ช็อตรอบA dead 0 Ω suggests shorted turns |
| ขดปฐมภูมิ ↔ ขดทุติยภูมิPrimary ↔ secondary | ต้อง OL เท่านั้น — สองขดไม่ต่อถึงกันทางไฟฟ้าMust be OL — the coils are not electrically connected | ถ้าขึ้นค่า = ฉนวนพัง ไฟบ้านทะลุมาฝั่งแรงดันต่ำ อันตรายมาก ทิ้งอย่างเดียวAny reading = failed insulation, mains on the low-voltage side. Scrap it. |
| ขดลวด ↔ แกนเหล็ก/ตัวถังWinding ↔ core/frame | ต้อง OLMust be OL | มีค่า = ไฟรั่วลงโครง จะทำให้เครื่องตัดไฟรั่วตัดA reading means leakage to the frame — the RCD will trip |
| แรงดันออกขณะจ่ายไฟOutput voltage, energised | ตอนไม่มีโหลดจะ สูงกว่า ที่ระบุ ~10% ถือว่าปกติAbout 10% above the rating with no load — normal | ต่ำมากหรือตกฮวบเมื่อต่อโหลด = ช็อตรอบบางส่วนVery low, or collapsing under load = partially shorted turns |
⚠️ ช็อตรอบ (shorted turns) วัดด้วยโอห์มมิเตอร์แทบไม่เจอ เพราะขดที่ช็อตไปไม่กี่รอบทำให้ค่าโอห์มเปลี่ยนน้อยมาก อาการที่บอกได้จริงคือ ร้อนจัดและเสียงฮัมดังผิดปกติทั้งที่ยังไม่ได้ต่อโหลด และกินกระแสด้านเข้าสูงผิดปกติ
⚠️ Shorted turns barely show on an ohmmeter — a few shorted turns change the reading very little. The real symptoms are getting hot and humming loudly with no load connected, plus abnormally high input current.
ความปลอดภัยSafety
- หม้อแปลงแรงสูงในไมโครเวฟจ่ายได้ 2,000 V ขึ้นไป — ห้ามจ่ายไฟทดสอบขณะเปิดฝา และต้องคายประจุคาปาซิเตอร์แรงสูงก่อนแตะทุกครั้ง
- Auto transformer ไม่แยกทางไฟฟ้า — ฝั่ง "แรงดันต่ำ" ยังต่อถึงไฟบ้านอยู่ อย่านึกว่าปลอดภัยเหมือน isolation
- อย่าลัดขั้วขดทุติยภูมิ ขณะจ่ายไฟ — กระแสจะพุ่งจนขดไหม้ในไม่กี่วินาที
- เปลี่ยนหม้อแปลงต้องได้ ทั้งแรงดันและพิกัด VA เท่าเดิมหรือมากกว่า — ตัวเล็กกว่าจะร้อนจนพัง
- หม้อแปลงหลายรุ่นมี เทอร์มอลฟิวส์ฝังในขด ที่ซ่อมไม่ได้ — ขาดแล้วต้องเปลี่ยนทั้งตัว
- A microwave HV transformer delivers 2,000 V or more — never energise it with the case open, and always discharge the HV capacitor first.
- An auto transformer gives no isolation — its "low-voltage" side is still tied to the mains.
- Never short the secondary while energised — the winding burns within seconds.
- A replacement must match both the voltage and the VA rating or exceed them; undersized runs hot and fails.
- Many units hide a thermal fuse inside the winding that cannot be replaced — once open, the transformer is scrap.
📚 อ่านต่อ: ตัวเหนี่ยวนำ (ที่มาของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า) · แหล่งจ่ายไฟ (หม้อแปลงเป็นภาคแรกของแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น) · ภาคจ่ายไฟสวิตชิ่ง (ทำไมสมัยนี้ถึงใช้หม้อแปลงตัวจิ๋วแทนตัวใหญ่ได้)
📚 See also: Inductor (where induction comes from) · Power Supply (the transformer is the first stage of a linear supply) · Switching PSU (why a tiny transformer can replace a big one today)