ترانسفورماتورها

ترانسفورماتور ساده ترین وسیله ای است که برای انتقال انرژی الکتریکی از یک مدار جریان متناوب به مدار دیگر یا مدارهای متعدد از طریق فرآیند القای الکترومغناطیسی استفاده می شود. یک ترانسفورماتور بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی برای افزایش یا کاهش ولتاژ کار می کند.

ترانسفورماتور یا ولتاژ AC را افزایش می دهد (ترانسفورماتور استپ آپ) یا ولتاژ متناوب را کاهش می دهد (ترانسفورماتور پله ای). ترانسفورماتور که معمولاً در انتقال و توزیع توان جریان متناوب استفاده می شود اساساً یک دستگاه کنترل ولتاژ است. ترانسفورماتور برای طیف گسترده ای از اهداف، از جمله افزایش ولتاژ از ژنراتورهای الکتریکی برای فعال کردن انتقال برق از راه دور و کاهش ولتاژ مدارهای برق معمولی برای راه اندازی دستگاه های ولتاژ پایین مانند زنگ درها و قطارهای الکتریکی اسباب بازی استفاده می شود.

ترانسفورماتور چیست

ترانسفورماتور یک دستگاه الکتریکی ساکن است که برق متناوب را از یک مدار به مدار دیگر با فرکانس ثابت منتقل می کند، اما سطح ولتاژ ممکن است تغییر کند، به این معنی که بسته به نیاز می توان ولتاژ را افزایش یا کاهش داد.

جهت اطلاع از قیمت روز ورق گالوانیزه کلیک نمایید.

انواع ترانسفورماتور

انواع ترانسفورماتور بر اساس سطح ولتاژ

• ترانسفورماتور کاهنده

ولتاژ اولیه با استفاده از ترانسفورماتور کاهنده به ولتاژ پایین تر در خروجی ثانویه تبدیل می شود. تعداد سیم پیچ ها در سمت اولیه ترانسفورماتور کاهنده بیشتر از سمت ثانویه است. در نتیجه، نسبت کلی سیم پیچ ثانویه به اولیه همیشه کمتر از یک خواهد بود. ترانسفورماتور کاهنده در سیستم های الکتریکی استفاده می شود که برق را در فواصل طولانی توزیع می کند و در ولتاژهای بسیار بالا کار می کند تا حداقل تلفات و راه حل های اقتصادی را تضمین کند. ترانسفورماتور کاهنده برای تغییر خطوط تغذیه فشار قوی به ولتاژ پایین استفاده می شود.

• ترانسفورماتور استپ آپ

ولتاژ ثانویه ترانسفورماتور افزایش دهنده از ولتاژ اولیه پایین افزایش می یابد. از آنجایی که سیم پیچ اولیه در این نوع ترانسفورماتور دارای پیچ های کمتری نسبت به سیم پیچ ثانویه است، نسبت سیم پیچ اولیه به ثانویه بیشتر از یک خواهد بود. ترانسفورماتور استپ آپ اغلب در تثبیت کننده های الکترونیکی، اینورترها و سایر دستگاه هایی که ولتاژ پایین را به ولتاژ بسیار بالاتر تبدیل می کنند، استفاده می شود.

ترانسفورماتور افزایش دهنده نیز در توزیع نیروی الکتریکی استفاده می شود. برای کاربردهای متصل به توزیع برق، ولتاژ بالا ضروری است. در شبکه، یک ترانسفورماتور افزایش دهنده برای بالا بردن سطح ولتاژ قبل از توزیع استفاده می شود.

جهت اطلاع از فروش لوله مانیسمان کلیک نمایید.

انواع ترانسفورماتور بر اساس مواد هسته

• ترانسفورماتور هسته آهنی

چندین صفحه آهنی نرم به عنوان هسته ترانسفورماتور هسته آهنی استفاده می شود. خواص مغناطیسی قوی ترانسفورماتور هسته آهنی آهن دارای اتصال شار بسیار بالایی است. در نتیجه ترانسفورماتور هسته آهنی بازده بالایی دارد. صفحات هسته نرم آهنی در اندازه ها و شکل های مختلفی وجود دارند. چند شکل معمولی عبارتند از E، I، U و L.

• ترانسفورماتور هسته فریت

به دلیل نفوذپذیری مغناطیسی بالا، ترانسفورماتور هسته فریت از آن استفاده می کند. در کاربرد فرکانس بالا، این نوع ترانسفورماتور تلفات بسیار کم را ارائه می دهد. در کاربردهای فرکانس بالا مانند منابع تغذیه حالت سوئیچ (SMPS)، کاربردهای مرتبط با RF و غیره، ترانسفورماتور هسته فریت در نتیجه استفاده می شود.

• ترانسفورماتور هسته حلقوی

هسته آهنی یا هسته فریت دو نمونه از مواد هسته حلقوی شکل هستند که در ترانسفورماتور استفاده می شوند. برای عملکرد الکتریکی عالی خود، توروئیدها، که دارای مواد هسته حلقه ای یا دونات هستند، اغلب استفاده می شوند. شکل حلقه منجر به اندوکتانس نشتی بسیار کم و اندوکتانس بسیار بالا و فاکتورهای Q می شود.

• ترانسفورماتور هسته هوا

مواد هسته ترانسفورماتور هسته هوا یک هسته مغناطیسی واقعی نیست. هوا فقط در اتصال شار ترانسفورماتور هسته هوا استفاده می شود. سیم پیچ اولیه یک ترانسفورماتور هسته هوا یک جریان متناوب تولید می کند و یک میدان الکترومغناطیسی در اطراف آن ایجاد می کند.

انواع ترانسفورماتور بر اساس آرایش سیم پیچ

• ترانسفورماتور سیم پیچ خودکار

سیم پیچ های اولیه و ثانویه همیشه ثابت بوده اند، اما با ترانسفورماتور سیم پیچ خودکار می توان آنها را به صورت سری به هم متصل کرد و گره با ضربه مرکزی را می توان حرکت داد. ولتاژ ثانویه را می توان با تغییر محل شیر مرکزی تغییر داد. خودکار برای هشدار به خود یا یک سیم پیچ استفاده می شود و مخفف Automatic نیست.

جهت اطلاع از قیمت روز ورق سیاه گیلان کلیک نمایید.

این سیم پیچ با استفاده از اجزای اصلی و فرعی نسبتی ایجاد می کند. نسبت اصلی و ثانویه توسط محل گره شیر مرکزی تعیین می شود که ولتاژ خروجی را تغییر می دهد. VARIAC، دستگاهی که AC متغیر را از یک ورودی AC ثابت تولید می‌کند، بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

انواع ترانسفورماتور بر اساس کاربرد

ترانسفورماتورها در طیف گسترده ای از انواع هستند که هر کدام در یک زمینه مجزا عمل می کنند. بنابراین، ترانسفورماتورها را بر اساس کاربرد پیشنهادی می توان به صورت زیر دسته بندی کرد:

• ترانسفورماتور قدرتی

انرژی با استفاده از ترانسفورماتور قدرت بزرگتر به پست یا منبع برق عمومی منتقل می شود. بین شبکه توزیع اصلی و ژنراتور برق، این ترانسفورماتور به عنوان یک پیوند عمل می کند. ترانسفورماتورهای قدرت را می توان بر اساس درجه توان و مشخصات آنها به سه گروه تقسیم کرد.

ترانسفورماتور کم قدرت

ترانسفورماتور قدرت متوسط

جهت اطلاع از قیمت ورق سیاه کلیک نمایید.

ترانسفورماتور پر قدرت

• ترانسفورماتور اندازه گیری

ترانسفورماتور ابزاری نام دیگر ترانسفورماتور اندازه گیری است. این ابزار اندازه گیری دیگری است که معمولاً در حوزه قدرت استفاده می شود. برای جداسازی برق اولیه و تبدیل جریان و ولتاژ به نسبت کوچکتر به خروجی ثانویه آن، از ترانسفورماتور اندازه گیری استفاده می شود.

• ترانسفورماتور توزیع

ترانسفورماتور توزیع به عنوان یک ترانسفورماتور کاهنده عمل می کند و ولتاژ شبکه بالا را به ولتاژ مناسب برای کاربر نهایی، معمولاً 110 ولت یا 230 ولت تبدیل می کند. بسته به ظرفیت تبدیل یا درجه بندی، ترانسفورماتور توزیع ممکن است اندازه کمتر یا بزرگتر داشته باشد.

• ترانسفورماتور پالس

یکی از محبوب ترین ترانسفورماتورهای نصب شده روی PCB که پالس های الکتریکی با دامنه ثابت تولید می کند، ترانسفورماتورهای پالسی هستند. در تعدادی از مدارهای دیجیتالی که تقاضا برای ایجاد پالس ایزوله وجود دارد، استفاده می شود.

• ترانسفورماتور خروجی صدا

یکی دیگر از ترانسفورماتورهای رایج در صنعت الکترونیک، ترانسفورماتور صوتی است. این به طور خاص در برنامه های کاربردی شامل صدا که تطبیق امپدانس ضروری است استفاده می شود.

• اصل کار یک ترانسفورماتور

اصل اساسی نحوه عملکرد ترانسفورماتور، القای متقابل بین دو سیم پیچ یا قانون القای الکترومغناطیسی فارادی است. در زیر نحوه عملکرد ترانسفورماتور توضیح داده شده است. هسته فولادی سیلیکونی چند لایه ترانسفورماتور توسط دو سیم پیچ مجزا پوشیده شده است. طبق نمودار زیر سیم پیچ اولیه سیم پیچی است که منبع AC به آن وصل است و سیم پیچ ثانویه سیم پیچی است که بار به آن وصل شده است. فقط می توان از جریان متناوب استفاده کرد زیرا القای متقابل بین دو سیم پیچ به یک شار متناوب نیاز دارد.

جهت اطلاع از قیمت ورق روغنی اصفهان کلیک نمایید.

سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور هنگام اعمال ولتاژ متناوب مطابق با اصل اندوکتانس متقابل، یک شار متناوب به نام شار متقابل ایجاد می کند.

برای اطلاعات بیشتر درباره لوله ها می توانید به مقاله لوله مانیسمان چیست مراجعه نمایید.

قطعات ترانسفورماتور

• هسته

هسته ترانسفورماتور به عنوان تکیه گاه برای سیم پیچ عمل می کند. علاوه بر این، یک کانال جریان شار مغناطیسی با حداقل مقاومت ارائه می دهد. همانطور که در تصویر مشاهده می شود، سیم پیچ به دور هسته حلقه شده است. برای کاهش تلفات در ترانسفورماتور، دارای یک هسته آهنی نرم چند لایه است. ترکیب هسته توسط متغیرهایی از جمله ولتاژ عملیاتی، جریان و توان و سایر موارد تعیین می شود. قطر هسته با تلفات آهن همبستگی منفی و با تلفات مس همبستگی مستقیم دارد.

• سیم پیچ

سیم های مسی که بر روی هسته ترانسفورماتور پیچیده می شوند به عنوان سیم پیچی شناخته می شوند. کابل‌های مسی به این دلیل استفاده می‌شوند که رسانایی بالای مس باعث کاهش تلفات ترانسفورماتور می‌شود، زیرا مقاومت در برابر جریان با افزایش رسانایی کاهش می‌یابد. و درجه بالای شکل پذیری مس باعث می شود تا سیم های بسیار نازکی از آن تولید شود.

جهت اطلاع از ورق آجدار آلومینیوم کلیک نمایید.

دو نوع اصلی سیم پیچ هستند. سیم پیچی برای سیم پیچ های اولیه و ثانویه سیم پیچ اولیه گروهی از پیچ های سیم پیچی است که جریان تغذیه را دریافت می کنند. تعداد دورهای سیم پیچی که خروجی از آنها حاصل می شود به عنوان سیم پیچ ثانویه شناخته می شود. از عوامل پوشش عایق برای عایق کاری سیم پیچ های اولیه و ثانویه از یکدیگر استفاده می شود.

• عایق

ترانسفورماتور برای جدا نگه داشتن سیم پیچ ها و جلوگیری از اتصال کوتاه به عایق نیاز دارد. این امر القای متقابل را آسان تر می کند. پایداری و دوام ترانسفورماتور تحت تأثیر عوامل عایق است. در ترانسفورماتور موارد زیر به عنوان عایق استفاده می شود: سیال عایق، نوار، کاغذ و لمینیت ساخته شده از چوب.

• روغن ترانسفورماتور

اکثر ترانسفورماتورهای عظیم در روغن غوطه ور هستند. روغن ترانسفورماتور بین هادی ها عایق می افزاید، اتلاف حرارت از سیم پیچ ها را بهبود می بخشد و قابلیت تشخیص عیب دارد. روغن ترانسفورماتور معمولاً از روغن معدنی هیدروکربنی ساخته می شود.

• رادیاتور و فن

بیشتر توان از دست رفته در ترانسفورماتور به صورت گرما تلف می شود. رادیاتورها و فن ها به دفع گرمای تولید شده توسط ترانسفورماتور کمک می کنند و در برابر خرابی محافظت می کنند. اکثر ترانسفورماتورهای خشک توسط هوای طبیعی خنک می شوند.

ترانسفورماتور ایده آل

ترانسفورماتور ایده آل یک ترانسفورماتور کاملاً نظری است که هیچ تلفاتی از جمله تلفات هسته، تلفات مس یا سایر تلفات ترانسفورماتور ندارد. این ترانسفورماتور 100% کارایی دارد.

جهت اطلاع از قیمت ورق استیل 304 نگیر کلیک نمایید.

سیم پیچ های ترانسفورماتور کاملاً القایی فرض می شود و هسته ترانسفورماتور هنگام ایجاد مدل ترانسفورماتور ایده آل بدون تلفات فرض می شود. علاوه بر این، ترانسفورماتور هیچ راکتانس نشتی ندارد (راکتانس مخالف جریان جریان از عنصر مدار به دلیل اندوکتانس و ظرفیت آن است). این نشان می دهد که سیم پیچ های اولیه و ثانویه ترانسفورماتور با شار 100٪ به هسته ترانسفورماتور متصل می شوند.

با این حال، هر سیم پیچی باید مقداری مقاومت القایی داشته باشد که منجر به افت ولتاژ و از دست دادن I2R می شود. در مدل یک ترانسفورماتور ایده آل، سیم پیچ ها کامل (کاملاً القایی) فرض می شود، به این معنی که مقاومت آنها صفر است.