หม้อแปลงอัตโนมัติ

**หม้อแปลงอัตโนมัติ** (Autotransformer) ในวิศวกรรมไฟฟ้าคือหม้อแปลงไฟฟ้าที่มีเพียง ขดลวด เดียว คำว่า "" (มาจากภาษากรีก แปลว่า "ตัวเอง") หมายถึงการที่ขดลวดเดียวทำงานเอง โดยในหม้อแปลงอัตโนมัติ ส่วนหนึ่งของขดลวดเดียวกันจะทำหน้าที่เป็นทั้ง ขดลวดปฐมภูมิ และ ขดลวดทุติยภูมิ แตกต่างจากหม้อแปลงไฟฟ้าทั่วไปที่มีขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิแยกจากกัน โดยไม่มีเส้นทางการนำไฟฟ้าที่เชื่อมต่อระหว่างกัน

ขดลวดของหม้อแปลงอัตโนมัติจะมีจุดเชื่อมต่อทางไฟฟ้าอย่างน้อยสามจุด เนื่องจากส่วนหนึ่งของขดลวดทำหน้าที่สองอย่างพร้อมกัน หม้อแปลงอัตโนมัติจึงมีข้อได้เปรียบในเรื่องขนาดที่เล็กกว่า น้ำหนักเบากว่า และราคาถูกกว่าหม้อแปลงที่ใช้ขดลวดสองชุดทั่วไป อย่างไรก็ตาม หม้อแปลงอัตโนมัติไม่มีข้อได้เปรียบในการให้ การแยกไฟฟ้า ระหว่างวงจรปฐมภูมิและทุติยภูมิ ข้อได้เปรียบอื่นๆ ได้แก่ ความเหนี่ยวนำรั่วไหลที่ต่ำกว่า การสูญเสียที่น้อยกว่า กระแสกระตุ้นที่ต่ำกว่า และความสามารถ VA ที่เพิ่มขึ้นสำหรับขนาดและน้ำหนักที่กำหนด

ตัวอย่างการใช้งานหม้อแปลงอัตโนมัติ ได้แก่ ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าสำหรับนักเดินทาง ซึ่งช่วยให้สามารถใช้อุปกรณ์ 230 โวลต์กับวงจรจ่ายไฟ 120 โวลต์ หรือในทางกลับกัน หม้อแปลงอัตโนมัติที่มีจุดแตะหลายตำแหน่งยังสามารถใช้ปรับแรงดันไฟฟ้าที่ปลายวงจรจำหน่ายยาวๆ เพื่อแก้ไขแรงดันที่ลดลงเกินไป และเมื่อควบคุมอัตโนมัติ ตัวอย่างนี้จะเป็นหนึ่งในรูปแบบของ ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า

## การทำงาน

หม้อแปลงอัตโนมัติ (Autotransformer) มีขดลวดเดียวที่มีปลายขั้วสองจุด และจุดเชื่อมต่อเพิ่มเติมที่ตำแหน่งแตะกลางบางจุด โดยหม้อแปลงนี้มีขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิที่มีจำนวนรอบบางส่วนร่วมกัน ส่วนของขดลวดที่ใช้ร่วมกันทั้งปฐมภูมิและทุติยภูมิเรียกว่า "ส่วนร่วม" (common section) ในขณะที่ส่วนของขดลวดที่ไม่ได้ใช้ร่วมกันเรียกว่า "ส่วนอนุกรม" (series section) แรงดันไฟฟ้าปฐมภูมิจะถูกจ่ายผ่านสองขั้ว ขณะที่แรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิจะถูกนำออกผ่านสองขั้ว โดยหนึ่งในนั้นมักเป็นขั้วร่วมกับแรงดันปฐมภูมิ

เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าต่อรอบ (volts-per-turn) ในขดลวดทั้งสองเหมือนกัน แรงดันไฟฟ้าจึงถูกพัฒนาในสัดส่วนกับจำนวนรอบของขดลวด ในหม้อแปลงอัตโนมัติ กระแสบางส่วนจากอินพุตจะไหลตรงไปยังเอาต์พุต (ผ่านส่วนอนุกรม) และบางส่วนจะถูกถ่ายโอนแบบเหนี่ยวนำ (ผ่านส่วนร่วม) ซึ่งช่วยลดขนาดและน้ำหนักของแกน และต้องการเพียงขดลวดเดียว

อัตราส่วนแรงดันไฟฟ้าและกระแสของหม้อแปลงอัตโนมัติสามารถคำนวณได้เหมือนกับหม้อแปลงสองขดลวดทั่วไป:

:\frac{V_1}{V_2} = \frac{N_1}{N_2} = a     (0 

แรงดันแอมแปร์ในส่วนอนุกรม:

:F_S = (N_1 - N_2)I_1 = \left(1-\frac{1}{a}\right)N_1I_1

แรงดันแอมแปร์ในส่วนร่วม:

:F_C = N_2(I_2 - I_1) = \frac{N_1}{a}(I_2-I_1)

เมื่อ F_S = F_C เพื่อสมดุลแอมแปร์-รอบ:

:\frac{I_1}{I_2} = \frac{1}{a} = \frac{N_2}{N_1}

ปลายขดลวดด้านหนึ่งมักจะเชื่อมต่อร่วมกันกับทั้ง แหล่งจ่ายไฟ และ โหลดไฟฟ้า ส่วนปลายอีกด้านของแหล่งจ่ายและโหลดจะเชื่อมต่อกับจุดแตะบนขดลวด โดยแต่ละจุดแตะให้แรงดันที่ต่างกันตามระยะจากขั้วร่วม

ในหม้อแปลงลดแรงดัน แหล่งจ่ายจะเชื่อมต่อผ่านขดลวดทั้งหมด ในขณะที่โหลดเชื่อมต่อกับจุดแตะบางส่วนของขดลวด ในขณะที่หม้อแปลงเพิ่มแรงดัน โหลดจะเชื่อมต่อผ่านขดลวดทั้งหมด และแหล่งจ่ายจะเชื่อมต่อกับจุดแตะบางส่วน

หากจุดแตะกลางถูกใช้เป็นกราวด์ หม้อแปลงอัตโนมัติสามารถใช้เป็น บาลัน (balun) เพื่อแปลงสายแบบ สมดุล เป็นสายแบบ ไม่สมดุล ได้

หม้อแปลงอัตโนมัติไม่มีการแยกทางไฟฟ้าระหว่างขดลวดเหมือนหม้อแปลงทั่วไป ดังนั้นหาก สายศูนย์ ด้านอินพุตไม่เชื่อมต่อกับกราวด์ สายศูนย์ด้านเอาต์พุตจะไม่เชื่อมต่อกับกราวด์เช่นกัน ความล้มเหลวของการแยกขดลวดอาจส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าทั้งหมดของอินพุตถูกนำไปยังเอาต์พุต ซึ่งเป็นปัจจัยด้านความปลอดภัยที่สำคัญในการเลือกใช้หม้อแปลงอัตโนมัติในแอปพลิเคชันต่างๆ

## การใช้งาน

### การส่งและจ่ายพลังงานไฟฟ้า

หม้อแปลงอัตโนมัติถูกใช้บ่อยในงานด้านการส่งพลังงานเพื่อเชื่อมต่อระบบที่ทำงานในแรงดันไฟฟ้าต่างระดับกัน เช่น จาก 132 kV เป็น 66 kV ในระบบส่งพลังงาน ตัวอย่างการใช้งานในอุตสาหกรรมคือการปรับเครื่องจักรที่ออกแบบมาสำหรับแหล่งจ่ายไฟ 480 V ให้สามารถทำงานบนแหล่งจ่ายไฟ 600 V ได้ นอกจากนี้ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในงานเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าสำหรับระบบไฟฟ้าบ้านที่ใช้งานแรงดันไฟฟ้าสองกลุ่มหลักของโลก (100 V–130 V และ 200 V–250 V)

สำหรับเครือข่ายไฟฟ้าแรงสูงในสหราชอาณาจักร เช่น เครือข่าย "Super Grid" ที่เชื่อมต่อแรงดันไฟฟ้า 400 kV และ 275 kV จะใช้หม้อแปลงอัตโนมัติสามเฟสที่มีขั้วแตะที่ปลายศูนย์กลางร่วม

บนสายส่งไฟฟ้าในพื้นที่ชนบทที่มีระยะยาว หม้อแปลงอัตโนมัติที่ติดตั้งอุปกรณ์เปลี่ยนแตะแบบอัตโนมัติจะถูกใช้เป็นตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า (voltage regulator) เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยที่ผู้ใช้งานปลายสายได้รับเท่ากับผู้ใช้งานที่ใกล้กับแหล่งจ่ายไฟ อัตราส่วนที่เปลี่ยนแปลงได้ของหม้อแปลงอัตโนมัติช่วยชดเชยการตกคร่อมแรงดันไฟฟ้าตามสายส่ง

รูปแบบพิเศษของหม้อแปลงอัตโนมัติที่เรียกว่า *[[หม้อแปลงซิกแซก]]* (zig-zag transformer) ถูกใช้เพื่อสร้างระบบ กราวด์ บนระบบไฟฟ้าสามเฟสที่ไม่มีการเชื่อมต่อกับกราวด์ หม้อแปลงนี้จะให้เส้นทางสำหรับกระแสไฟฟ้าที่เป็นศูนย์เฟส (zero sequence current)

### ระบบเสียง

ในงานระบบเสียง หม้อแปลงอัตโนมัติแบบแตะจะถูกใช้เพื่อปรับลำโพงให้เข้ากับระบบจ่ายเสียงแบบแรงดันคงที่ และสำหรับ การปรับอิมพีแดนซ์ (impedance matching) เช่น การเชื่อมต่อไมโครโฟนอิมพีแดนซ์ต่ำเข้ากับอินพุตของเครื่องขยายเสียงที่มีอิมพีแดนซ์สูง

### การใช้งานในระบบรถไฟ

ในงานรถไฟ หม้อแปลงอัตโนมัติมักถูกใช้ในระบบจ่ายไฟที่ใช้ไฟฟ้า 25 kV AC เพื่อลดระยะห่างระหว่างจุดจ่ายไฟฟ้าในกริด โดยจะถูกจัดให้อยู่ในระบบแบบสองเฟส (split-phase) 25-0-25 kV โดยสายตัวนำเฟสที่สามจะอยู่ไกลเกินกว่าที่เพนโทกราฟ (pantograph) ของรถไฟจะเข้าถึง จุดศูนย์ของระบบถูกเชื่อมต่อกับราง และจุด 25 kV จุดหนึ่งจะเชื่อมต่อกับสายไฟเหนือศีรษะ

หม้อแปลงอัตโนมัติถูกติดตั้งทุก ๆ 10 กิโลเมตรเพื่อลิงก์สายไฟเหนือศีรษะเข้ากับรางและตัวนำเฟสตรงข้าม ระบบนี้ช่วยเพิ่มระยะการส่งกำลังไฟฟ้าที่ใช้ได้ ลดการรบกวนที่เกิดขึ้นกับอุปกรณ์ภายนอก และลดต้นทุน ในบางครั้ง อาจมีการปรับเปลี่ยนให้ตัวนำจ่ายไฟอยู่ที่แรงดันไฟฟ้าที่ต่างจากสายไฟเหนือศีรษะ และปรับอัตราส่วนหม้อแปลงอัตโนมัติเพื่อให้เหมาะสม

### ตัวช่วยสตาร์ทหม้อแปลงอัตโนมัติ

หม้อแปลงอัตโนมัติสามารถใช้เป็นวิธี ซอฟต์สตาร์ท (soft start) สำหรับ มอเตอร์เหนี่ยวนำ (induction motor) ตัวอย่างการออกแบบที่เป็นที่รู้จักคือ Korndörfer starter ถือเป็นสตาร์ทเตอร์ที่มีชื่อเสียง

## ประวัติ

**ตัวช่วยสตาร์ทหม้อแปลงอัตโนมัติ** ถูกคิดค้นขึ้นในปี ค.ศ. 1908 โดย **แม็กซ์ คอร์นดอร์เฟอร์** (Max Korndorfer) จากกรุง **เบอร์ลิน** เขายื่นคำขอต่อสำนักงานสิทธิบัตรของสหรัฐฯ ในเดือน **พฤษภาคม ค.ศ. 1908** และได้รับการอนุมัติสิทธิบัตร **หมายเลข US 1,096,922** ในเดือน **พฤษภาคม ค.ศ. 1914** ทั้งนี้ แม็กซ์ คอร์นดอร์เฟอร์ ได้มอบสิทธิบัตรของเขาให้กับบริษัท **General Electric Company**

มอเตอร์เหนี่ยวนำ (induction motor) จะดึงกระแสไฟฟ้าสูงมากในช่วงเริ่มต้นการทำงานจนถึงความเร็วเต็มที่ โดยทั่วไปประมาณ 6 ถึง 10 เท่าของกระแสโหลดเต็ม ความต้องการลดกระแสเริ่มต้นมีความสำคัญในกรณีที่กริดไฟฟ้ามีกำลังการรองรับไม่เพียงพอ หรือโหลดที่ถูกขับเคลื่อนอาจไม่สามารถทนต่อแรงบิดเริ่มต้นที่สูงได้

วิธีพื้นฐานในการลดกระแสเริ่มต้นคือการใช้หม้อแปลงอัตโนมัติแบบลดแรงดันที่มีขั้วแตะที่ 50%, 65% และ 80% ของแรงดันสาย เมื่อมอเตอร์เริ่มทำงานแล้ว หม้อแปลงอัตโนมัติจะถูกตัดออกจากวงจร

## หม้อแปลงอัตโนมัติชนิดปรับค่าได้

thumb|left|240px|หม้อแปลงอัตโนมัติชนิดปรับค่าได้ พร้อมการเชื่อมต่อรองผ่านแปรงเลื่อนและแกนแบบวงแหวน โดยได้ถอดฝาครอบออกเพื่อแสดงขดลวดทองแดงและแปรง
thumb|หม้อแปลงชนิดปรับค่าได้  ส่วนหนึ่งของ Tektronix 576 Curve Tracer

โดยการเปิดเผยบางส่วนของขดลวดและทำการเชื่อมต่อขดลวดรองผ่านแปรงเลื่อน (brush) สามารถสร้างอัตราส่วนรอบแบบปรับค่าได้อย่างต่อเนื่อง ซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้าขาออกได้อย่างราบรื่น แรงดันไฟฟ้าขาออกไม่ได้จำกัดเพียงแค่แรงดันไฟฟ้าของรอบขดลวดเฉพาะ แต่สามารถปรับค่าได้อย่างราบรื่นระหว่างรอบ เนื่องจากแปรงมีความต้านทานสูงเมื่อเทียบกับการเชื่อมต่อโลหะ และแรงดันไฟฟ้าขาออกจริงขึ้นอยู่กับพื้นที่สัมผัสของแปรงกับขดลวดที่อยู่ติดกัน ความต้านทานที่สูงของแปรงยังช่วยป้องกันไม่ให้มันทำหน้าที่เป็นรอบขดลวดลัดวงจรเมื่อสัมผัสกับขดลวดสองรอบที่อยู่ติดกัน โดยปกติการเชื่อมต่อขดลวดหลักจะเชื่อมต่อเฉพาะส่วนหนึ่งของขดลวด ซึ่งช่วยให้สามารถปรับแรงดันไฟฟ้าขาออกได้อย่างราบรื่นตั้งแต่ศูนย์จนถึงเกินแรงดันไฟฟ้าขาเข้า และสามารถใช้สำหรับทดสอบอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ขีดจำกัดของช่วงแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด

การปรับแรงดันไฟฟ้าขาออกสามารถทำได้ทั้งแบบด้วยมือหรือแบบอัตโนมัติ ประเภทปรับด้วยมือเหมาะสำหรับแรงดันไฟฟ้าต่ำ และมักเรียกว่า หม้อแปลงไฟฟ้ากระแสสลับชนิดปรับค่าได้ (มักเป็นที่รู้จักภายใต้ชื่อทางการค้า Variac) มักใช้ในร้านซ่อมเพื่อทดสอบอุปกรณ์ในแรงดันไฟฟ้าต่าง ๆ หรือเพื่อจำลองแรงดันไฟฟ้าสายผิดปกติ

หม้อแปลงแบบปรับแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติสามารถใช้เป็น ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า อัตโนมัติ เพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้าคงที่ในช่วงกว้างของสภาพสายและโหลด นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในระบบลดแสงไฟ (dimmer) ที่ไม่ก่อให้เกิด การรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) เช่นที่พบใน thyristor dimmers

### เครื่องหมายการค้า Variac
ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1934 ถึง 2002 **Variac** เป็นเครื่องหมายการค้าของ General Radio ในสหรัฐอเมริกาสำหรับหม้อแปลงอัตโนมัติชนิดปรับค่าได้ ที่ออกแบบมาเพื่อปรับแรงดันไฟฟ้าขาออกได้สะดวกจากแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับขาเข้าคงที่ ในปี ค.ศ. 2004 Instrument Service Equipment ได้ยื่นขอและได้รับเครื่องหมายการค้า *Variac* สำหรับผลิตภัณฑ์ชนิดเดียวกัน อย่างไรก็ตาม คำว่า *variac* ได้กลายเป็นชื่อสามัญ (genericised trademark) ซึ่งใช้เรียกหม้อแปลงอัตโนมัติชนิดปรับค่าได้

## ดูเพิ่มเติม

*ตัวแบ่งแรงดัน

*บาลัน

*แม่เหล็กไฟฟ้า

*กฎฟาราเดย์เกี่ยวกับการเหนี่ยวนำ

*ขดลวดจุดระเบิด

*ตัวเหนี่ยวนำ

*สนามแม่เหล็ก

## อ้างอิง

## อ่านเพิ่มเติม
* 

หมวดหมู่:หม้อแปลงไฟฟ้า