ترانسفورماتور وسیله ای الکتریکی است که با اصل القای الکترومغناطیسی انرژی را از یک مدار الکتریکی به مدار دیگر انتقال می دهد. ترانسفورماتور برای کاهش و افزایش ولتاژ AC بین مدار ها طراحی شده است درحالیکه فرکانس جریان حفظ می شود. ترانسفورماتور ها با استفاده از قانون القای فارادی، بدون اتصال رسانا بین دو مدار انرژی را انتقال می دهد. ما در این مقاله توضیح می دهیم ترانسفورماتور چیست، چه کاربرد هایی دارد و انواع آن چیست. همچنین اجزای ترانسفورماتور را بررسی می کنیم.
ترانسفورماتور
ترانسفورماتور به زبان ساده دستگاهی است که ولتاژ را بالا یا پایین می برد. در ترانسفورماتور افزاینده، ولتاژ خروجی افزایش و جریان خروجی کاهش و در ترانسفورماتور کاهنده، ولتاژ خروجی کم و جریان خروجی زیاد می شود. با این روش برق ورودی و خروجی سیستم برابر می شود. به طور کلی، ترانسفورماتور یک دستگاه کنترل ولتاژ است که در توزیع و انتقال جریان برق متناوب استفاده می شود.
مایکل فارادی اولین کسی بود که در سال 1831 به ایجاد یک دستگاه کنترل ولتاژ اشاره کرد و پس از او بسیاری از دانشمندان این ایده را دنبال کردند. وظیفه اصلی ترانسفورماتور این است که بین برق تولید شده (که با ولتاژ بالا تولید می شود) و میزان برق مصرف شده تعادل ایجاد شود.
جریان برق منتقل شده AC است. ترانسفورماتور به طور معمول برای افزایش و کاهش ولتاژ تغذیه استفاده می شود بدون آنکه فرکانس AC بین مدار ها تغییر کند. اساس کار ترانسفورماتور با الکترومغناطیس و القای مغناطیسی است.
انواع ترانسفورماتور
جهت سفارش مونتاژ و تولید برد الکترونیکی از ما مشاوره بگیرید.
ترانسفورماتور در زمینه های مختلفی مانند تولید، توزیع، انتقال و مصرف برق و انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد. انواع مختلف ترانسفورماتور براساس عوامل زیر دسته بندی می شوند:
- 1. محدوده ولتاژ کاری
- ترانسفورماتور افزاینده
بین ژنراتور و شبکه برق استفاده می شود. در این ترانسفورماتور ولتاژ خروجی بیشتر از ولتاژ ورودی است.
- ترانسفورماتور کاهنده
تبدیل منبع تغذیه اولیه با ولتاژ بالا به یک خروجی با ولتاژ پایین اساس کار این ترانسفورماتور است.
- 2. نوع هسته
- ترانسفورماتور با هسته هوایی
سیم پیچ اولیه و ثانویه از طریق هوا با یکدیگر ارتباط دارند. درواقع سیم پیچ بر روی یک سیستم غیر مغناطیسی است.
- ترانسفورماتور هسته آهنی
سیم پیچ ها بر روی صفحات آهنی که بر روی هم قرار گرفته اند، پیچیده می شوند. با این کار اتصال بین سیم پیچ ها به خوبی برقرار می شود و شار تولید می شود.
- 3. نوع سیم پیچ
- اتوترانسفورماتور
این نوع ترانسفورماتور فقط یک سیم پیچ بر روی هسته چند لایه دارد. سیم پیچ اولیه و ثانویه یکسان هستند.
- 4. کاربرد
- ترانسفورماتور قدرت
این ترانسفور در ایستگاه های تولید برق استفاده می شود؛ زیرا ولتاژ بالا را کنترل می کند. انواع ترانسفورماتور قدرت عبارتند از: خودکار، ایزوله، فلای بک، تک فاز و سه فاز.
- ترانسفورماتور توزیع
این ترانسفورماتور اغلب برای مصارف خانگی استفاده می گردد و ولتاژ بالا را حمل می کند.
- ترانسفورماتور اندازه گیری
این ترانسفورماتور ها وظیفه اندازه گیری ولتاژ، جریان و توان را دارند.
- ترانسفورماتور محافظ: این ترانسفورماتور در مدار ها از برخی قطعات در برابر نوسان ولتاژ محافظت می کند.
اجزای ترانسفورماتور تک فاز
- 1. هسته
هسته پشتیبان سیم پیچ است و سیم پیچ بر روی هسته پیچیده می شود. هسته آهنی نرم چند لایه برای کاهش آسیب رسیدن به ترانسفورماتور بهترین گزینه است. ولتاژ کار، جریان، توان و … نوع هسته را تعیین می کنند.
- 2. سیم پیچ
سیم پیچ مجموعه ای از سیم های مسی است که بر روی هسته ترانسفورماتور پیچیده شده است. سیم های مسی به دلایل زیر در سیم پیچ استفاده می شوند:
- رسانایی بالای مس بازدهی اتلاف انرژی را بسیار کم می کند؛ زیرا رسانایی بالا، مقاومت را در برابر جریان کم می کند.
- انعطاف پذیری مس باعث می شود که این ماده به سیم های بسیار نازک تبدیل شوند.
به طور کلی در یک ترانسفورماتور دو نوع سیم پیچ داریم:
- سیم پیچ اولیه: مجموعه ای از سیم پیچ ها که جریان تغذیه وارد آن ها می شود.
- سیم پیچ ثانویه: مجموعه ای از سیم پیچ ها که جریان از آن خارج می شود.
- 3. عایق
عایق ها سیم پیچ ها را از هم جدا می کنند، از ایجاد اتصال کوتاه جلوگیری می کنند و القای متقابل را راحت تر می کنند. روغن، نوار، کاغذ، چوب و … به عنوان عایق استفاده می شوند.
کاربرد ترانسفورماتور
یکی از مهم ترین کاربرد های ترانسفورماتور این است که جریان متناوب و ولتاژ کنترل شود تا بازده افزایش یابد و میزان برق مصرفی کاهش پیدا می کند. چند مورد از کاربرد ترانسفورماتور شامل موارد زیر می شود:
- در فرایند هایی مانند الکترولیز و آبکاری الکتریکی معمولا یک ترانسفورماتور جریان تنظیم شده را تامین می کند.
- در فرایند تولید فولاد، جریان بالا در ذوب و جوشکاری فولاد استفاده می شود و جریان کم برای خنک سازی کاربرد دارد. ترانسفورماتور جریان مورد نیاز را تنظیم می کند.
- در شارژ وسایل الکتریکی، ترانسفورماتور ولتاژ را کنترل می کند تا اجزای داخلی باتری آسیب نبینند.
- ترانسفورماتور قدرت برای انتقال ولتاژ بالا (بیش از 33 کیلو ولت) مورد استفاده قرار می گیرد.
- ترانسفورماتور توزیع برای ولتاژ کم (کمتر از 33 کیلو ولت) در بعضی صنایع و مصارف خانگی استفاده می شود.
جمع بندی
به دلایل اقتصادی برق متناوب در ولتاژ های بسیار بالا مانند 220 کیلو ولت و 440 ولت تولید می شود. به همین دلیل وجود یک ترانسفورماتور در سیستم برق رسانی ضروری به نظر می رسد. اولین بار فارادی به ضرورت وجود ترانسفورماتور اشاره کرد و با قانون القای مغناطیسی خود، طرز کار این دستگاه را توضیح داد. ترانسفورماتور ها انواع مختلفی دارند و در صنایع مختلفی استفاده می شوند. ترانسفورماتور سه بخش هسته، سیم پیچ و عایق دارد. ما در این مقاله علاوه بر این موارد، به کاربرد های ترانسفورماتور نیز پرداختیم.
