หม้อแปลงไฟฟ้าทำงานบนหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ประกอบด้วยขดลวดสองเส้นขึ้นไปและแกนเหล็ก (หรืออากาศ) เมื่อกระแสสลับไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิ จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่แตกต่างกัน สนามนี้เหนี่ยวนำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิตามกฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์ การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าเกิดขึ้นจากการปรับอัตราส่วนการหมุนของขดลวด

กฎของฟาราเดย์ระบุว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงจรปิดเท่ากับอัตราลบของการเปลี่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็กผ่านวงจร:

ε = -N dΦ/dt

โดยที่ ε แสดงถึงแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ N หมายถึงการหมุนของคอยล์ และ Φ หมายถึงฟลักซ์แม่เหล็ก

• ขดลวด:ขดลวดหุ้มฉนวนที่สร้างและรับแรงเคลื่อนไฟฟ้า ซึ่งประกอบด้วยวงจรปฐมภูมิ (อินพุต) และวงจรทุติยภูมิ (เอาท์พุต)
• แกนหลัก:วัสดุที่มีการซึมผ่านสูงช่วยนำฟลักซ์แม่เหล็กเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการเชื่อมต่อและลดการสูญเสียพลังงาน
• ฉนวนกันความร้อน:วัสดุอิเล็กทริกป้องกันการลัดวงจรและกระแสรั่วไหล
• สิ่งที่แนบมา:ตัวเครื่องป้องกันที่ให้การรองรับทางกลและการกระจายความร้อน

แกนหม้อแปลงมีจุดประสงค์สำคัญสามประการ:

1. คำแนะนำฟลักซ์แม่เหล็ก:วัสดุที่มีการซึมผ่านสูงจะรวมฟลักซ์ผ่านขดลวด ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของคัปปลิ้ง
2. การสนับสนุนที่คดเคี้ยว:ให้ความสมบูรณ์ของโครงสร้างเพื่อป้องกันการเสียรูปของคอยล์
3. การลดการสูญเสีย:การออกแบบแกนกลางและวัสดุที่เหมาะสมที่สุดช่วยลดการสูญเสียกระแสไหลวนและฮิสเทรีซิส เพิ่มประสิทธิภาพ

มีแกนหลักสามประเภทตามองค์ประกอบของวัสดุ:

ส่วนใหญ่ใช้ในระบบไฟฟ้า โดยเคลือบด้วยเหล็กซิลิคอนบางๆ

• การซึมผ่านของแม่เหล็กสูงเพื่อการนำทางฟลักซ์ที่มีประสิทธิภาพ
• การบีบบังคับต่ำช่วยลดการสูญเสียฮิสเทรีซิส
• ความต้านทานที่เพิ่มขึ้นช่วยลดกระแสลมหมุนวน

แผ่นเหล็กหุ้มฉนวนจะถูกซ้อนกันเพื่อลดการสูญเสียจากกระแสไหลวนโดยการจำกัดเส้นทางการไหลเวียน

• ประสิทธิภาพสูง (โดยทั่วไป 95-99%)
• ความสามารถในการจัดการพลังงานขนาดใหญ่ (ช่วงเมกะวัตต์)
• การผลิตที่คุ้มค่า

• มิติทางกายภาพที่เทอะทะ
• น้ำหนักมาก
• ประสิทธิภาพความถี่สูงต่ำ

ระบบส่งและจำหน่ายไฟฟ้า ได้แก่ :

• โรงผลิตไฟฟ้า (เพิ่มแรงดันไฟฟ้า)
• สถานีไฟฟ้าย่อย (แรงดันไฟฟ้าขั้นลง)
• อุปกรณ์อุตสาหกรรมหนัก

สิ่งเหล่านี้ขาดวัสดุที่เป็นเฟอร์โรแมกเนติก โดยอาศัยการต่อแม่เหล็กแบบขดลวดเพียงอย่างเดียว

• ฉนวนไฟฟ้าที่เหนือกว่า
• การสูญเสียหลักเล็กน้อย
• โครงสร้างน้ำหนักเบา
• ตอบสนองความถี่สูงได้ดีเยี่ยม

• ประสิทธิภาพลดลงจากการมีเพศสัมพันธ์ที่ต่ำกว่า
• กำลังการผลิตไฟฟ้าที่จำกัด
• ความไวต่อการรบกวนจากแม่เหล็กภายนอก

การใช้งานเฉพาะทางที่ต้องการ:

• การจับคู่อิมพีแดนซ์วงจร RF
• การแยกสัญญาณเสียงอุปกรณ์
• อุปกรณ์ตรวจจับสนามแม่เหล็ก

สิ่งเหล่านี้ใช้วัสดุเซรามิกเฟอร์ไรต์ (คอมโพสิตของเหล็กออกไซด์กับนิกเกิล แมงกานีส หรือสังกะสี)

• การซึมผ่านสูงพร้อมความเสถียรของความถี่
• มีความต้านทานสูงมาก
• การสูญเสียความถี่สูงต่ำ
• รูปร่างการผลิตที่หลากหลาย

• ขนาดกะทัดรัด
• มวลลดลง
• การทำงานความถี่สูงที่เหนือกว่า
• ประสิทธิภาพความถี่สูงดี

• ความหนาแน่นฟลักซ์ความอิ่มตัวต่ำกว่า
• ประสิทธิภาพที่ไวต่ออุณหภูมิ
• ต้นทุนวัสดุที่สูงขึ้น

ระบบอิเล็กทรอนิกส์และการสื่อสาร ได้แก่ :

• แหล่งจ่ายไฟสลับโหมด
• การแยกสัญญาณอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
• การปราบปรามสัญญาณรบกวน RF
• อินเวอร์เตอร์ความถี่สูง

การคัดเลือกแกนกลางเกี่ยวข้องกับการประเมิน:

• ข้อกำหนดการสมัคร:ระบบไฟฟ้าให้ความสำคัญกับประสิทธิภาพและความจุ ในขณะที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เน้นการตอบสนองขนาดและความถี่
• ความถี่ในการดำเนินงาน:แกนเคลือบเหมาะกับความถี่กำลัง (50/60Hz) เฟอร์ไรต์มีความโดดเด่นที่ kHz-MHz และแกนอากาศรองรับความถี่สูงสุด
• เป้าหมายด้านประสิทธิภาพ:การใช้งานที่มีความสำคัญด้านพลังงานต้องการวัสดุที่สูญเสียน้อย
• ข้อจำกัดทางกายภาพ:อุปกรณ์พกพาต้องมีการออกแบบที่กะทัดรัดและน้ำหนักเบา
• ข้อควรพิจารณาด้านความร้อน:คุณสมบัติของวัสดุจะต้องคงที่ตลอดอุณหภูมิการทำงาน
• ข้อกำหนดของอีเอ็มซี:การใช้งานบางอย่างจำเป็นต้องลดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าให้เหลือน้อยที่สุด

แนวโน้มที่เกิดขึ้น ได้แก่ :

• วัสดุขั้นสูง:โลหะผสมนาโนคริสตัลไลน์และอสัณฐานมีคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่เหนือกว่า
• การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบ:การสร้างแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์เพื่อเพิ่มการเชื่อมต่อแม่เหล็กและลดการสูญเสีย
• บูรณาการอย่างชาญฉลาด:เซ็นเซอร์แบบฝังสำหรับการตรวจสอบประสิทธิภาพแบบเรียลไทม์
• การย่อขนาด:แกนขนาดกะทัดรัดสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา
• การปรับตัวความถี่สูง:แกนที่รองรับความถี่สวิตชิ่งอิเล็กทรอนิกส์กำลัง

แกนหม้อแปลงจะกำหนดประสิทธิภาพของอุปกรณ์โดยพื้นฐานในด้านประสิทธิภาพ ขนาด น้ำหนัก และพารามิเตอร์ต้นทุน หม้อแปลงเหล็กเคลือบ แกนอากาศ และเฟอร์ไรต์ แต่ละตัวรองรับการใช้งานที่แตกต่างกัน การเลือกที่เหมาะสมที่สุดจำเป็นต้องมีการวิเคราะห์ข้อกำหนดการปฏิบัติงานและสภาพแวดล้อมอย่างรอบคอบ นวัตกรรมด้านวัสดุและการออกแบบอย่างต่อเนื่องรับประกันประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการด้านพลังงานและระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่เปลี่ยนแปลงไป