Lab 139 — หม้อแปลงและกำลังสูญเสีย (3D)

วัตถุประสงค์

• วัดกำลังเข้าและกำลังออกของหม้อแปลง แล้วหากำลังสูญเสียและประสิทธิภาพ
• แยกกำลังสูญเสียในแกนกับกำลังสูญเสียในลวดด้วยการทดสอบไม่มีโหลดและการทดสอบลัดวงจร
• อธิบายผลของขนาดลวด ความหนาแผ่นเหล็ก วัสดุแกน และช่องว่างแกน

อุปกรณ์

• ขดปฐมภูมิ 100, 200, 400 รอบ · ขดทุติยภูมิ 50, 100, 200 รอบ · ลวด 3 ขนาด
• แกนเหล็กพื้นที่หน้าตัด 18 cm² มวล 3 kg เปลี่ยนความหนาแผ่นและวัสดุได้ · แอกยกได้
• แหล่งจ่ายไฟสลับ 1–24 V ความถี่ 25, 50, 100 Hz จำกัดกระแส 5 A · มิเตอร์ V, I, P สองชุด · โหลดหลอดไฟ

วิธีการทดลอง

1. ทดสอบไม่มีโหลด: เลือกโหลด "ไม่ต่อ" เปิดแหล่งจ่าย เปลี่ยน V อย่างน้อย 4 ค่า กด 📝 บันทึกผล แล้วพิมพ์ Pin ซึ่งเกือบทั้งหมดคือกำลังสูญเสียในแกน
2. เปลี่ยนความหนาแผ่นเหล็กและวัสดุแกน แล้วดู Pin และอุณหภูมิแกน
3. ทดสอบลัดวงจร: ตั้ง V ต่ำ เลือก "ลัดวงจร" เปลี่ยน V อย่างน้อย 4 ค่า บันทึก Pin กับ Is เขียนกราฟ Pin กับ Is² หา R รวม
4. เปลี่ยนขนาดลวด แล้วดูกำลังสูญเสียและอุณหภูมิขดลวด
5. ใช้งานจริง: ต่อโหลด บันทึก Pin, Pout, Is คำนวณ Ploss = Pin − Pout และ η แล้วเทียบกับผลรวมจากสองการทดสอบ
6. ลากแอกแกนขึ้น ดูว่ากระแสไม่มีโหลดเพิ่ม และ Vs ลดอย่างไร
7. กด 🕵 หม้อแปลงปริศนา ใช้การทดสอบทั้งหมดหาสาเหตุของลอสส่วนเกิน

คำถามท้ายการทดลอง

1. เหตุใดการทดสอบไม่มีโหลดจึงเกือบไม่มีกำลังสูญเสียในลวด
2. เหตุใดการทดสอบลัดวงจรที่ V ต่ำจึงเกือบไม่มีกำลังสูญเสียในแกน
3. เมื่อเปลี่ยน f โดยคง V กำลังสูญเสียจากกระแสวนและฮิสเทอรีซิสเปลี่ยนต่างกันอย่างไร
4. ช่องว่างแกนทำให้ Vs ลดแม้กำลังสูญเสียเพิ่มไม่มาก เพราะเหตุใด

1. สมดุลกำลัง

Pin และ Pout เป็นกำลังจริงที่วัตต์มิเตอร์อ่าน ไม่ใช่ผลคูณ V กับ I

2. กำลังสูญเสียในลวด (ทองแดง)

เพิ่มตามกระแสยกกำลังสอง ลดได้ด้วยลวดขนาดใหญ่

3. กำลังสูญเสียในแกน (เหล็ก)

• กระแสวน: P ∝ t² f² B_m² ลดด้วยแผ่นเหล็กบางเคลือบฉนวน
• ฮิสเทอรีซิส: P ∝ f B_m^1.6 ลดด้วยวัสดุที่กลับทิศแม่เหล็กง่าย

เมื่อคง V ไว้ B_m แปรผกผันกับ f จึงได้ว่ากระแสวนไม่เปลี่ยนตาม f แต่ฮิสเทอรีซิสลดลงเมื่อ f เพิ่ม ข้อนี้ใช้แยกสาเหตุได้

4. การทดสอบมาตรฐาน

• ไม่มีโหลด: กระแสน้อย Pin ≈ P แกน
• ลัดวงจรที่ V ต่ำ: B_m น้อย Pin ≈ P ลวด

ประสิทธิภาพสูงสุดเกิดเมื่อ P ลวด เท่ากับ P แกน

5. ฟลักซ์รั่ว

ช่องว่างแกนทำให้ฟลักซ์รั่วและกระแสแม่เหล็กเพิ่ม Vs จึงลดและกระแสด้านเข้าเพิ่ม ฟลักซ์รั่วเองไม่เปลี่ยนเป็นความร้อน แต่กระแสที่เพิ่มทำให้ P ลวดเพิ่ม