ترانسفورماتور به زبان ساده

یکی از دلایل اصلی که ما از ولتاژ و جریان متناوب در منازل و محل کار خود استفاده می نماییم این می باشد که تامین جریان برق با جریان متناوب به آسانی در ولتاژ مورد نظر ایجاد و توسط مبدل به ولتاژ بالاتر تبدیل گردد و سپس در تمام سطح کشور توسط خطوط ویژه ای که برای اینکار در نظر گرفته شده است منتقل و توزیع گردد. شاید با خود بپرسید چرا ولتاژ را در سطح بالا منتقل می نمایند، دلیل آن این است که توزیع ولتاژ بالا به معنی سطح جریان پایین تر در همان سطح قدرت است و به این معنی است که اندازه تلفات در خطوط توزیع برق پایین خواهد بود. پس از انتقال این جریان و ولتاژ متناوب در سطوح بالا می توان ولتاژ و جریان را به سطوح پایین تر، ایمن و البته قابل استفاده تغییر و کاهش داد که برای استفاده از وسایل الکترونیکی در منازل و ساختمان های مسکونی مناسب است، البته همه آنچه گفته شده توسط ترانسفورماتور ولتاژ امکان پذیر است. ترانسفورماتور به زبان ساده را در ادامه برایتان شرح خواهیم داد و انواع ترانسفورماتور که به آن روبرو خواهید شد را معرفی خواهیم کرد.

ترانسفورماتور ولتاژ چیست؟

ترانسفورماتور ولتاژ یک وسیله الکتریکی به حساب می آید نه یک وسیله الکترونیکی. اگر بخواهیم بیشتر توضیح دهیم می بایست بیان نماییم که ترانسفورماتور به زبان ساده یک دستگاه منفعل الکترومغناطیسی ثابت است که بر اساس قانون القای فارادی عمل می کند و می تواند انرژی الکتریکی را از یک مقدار به مقدار دیگر تبدیل نماید. ترانسفورماتور در واقع این کار را توسط ارتباطی که بین دو یا چند مدار الکتریکی به وسیله مدار مغناطیسی نوسانی انجام می دهد که توسط خود ترانسفورماتور تولید می گردند. یک ترانسفورماتور ایران ترانسفو بر اساس القای الکترومغناطیس عمل می کند و به عبارت دقیق تر این القا از نوع القای متقابل است.
القای متقابل فرایندی را شامل می شود که یک سیم پیچ به صورت مغناطیسی یک ولتاژ را در سیم پیچ دیگری که در فاصله کمی از سیم پیچ اول قرار دارد القا می نماید. به همین خاطر است که می توان به جد گفت که ترانسفورماتورها در دامنه مغناطیسی کار می کنند و اینکه می توانند ولتاژ یا جریان را منتقل کنند روی نام گذاری ترانسفورماتورها اثر می گذارد. ترانسفورماتورها همچنین قادرند ولتاژ و جریان منبع برق را افزایش یا کاهش دهند بدون انکه روی فرکانس و یا مقدار قدرت الکتریکی را که از یک سیم پیچ به دیگری توسط مدار مغناطیسی انتقال می یابد تصحیح نمایند.

ترانسفورماتور تک فاز چیست؟

توجه داشته باشید که ترانسفورماتورها به دو دسته ترانسفورماتور تک فاز و ترانسفورماتور سه فاز نیز تقسیم می شوند. ترانسفورماتور تک فاز در حالت کلی بیانگر این نکته است که ترانسفورماتور مورد نظر دارای دو سیم پیچ است که با نام های سیم پیچ اولیه و ثانویه شناخته می شوند و ذکر این نکته ضروری است که در این مقاله سیم پیچ اولیه طرفی از ترانسفورماتور است که قدرت به آن وارد می شود به عبارت سیم پیچ ورودی به حساب می آید و سیم پیچ ثانویه نیز جایی است که برق خارج می گردد و از آن با سیم پیچ خروجی یاد می شود. به طور معمول در یک ترانسفورماتور ولتاژ تک فاز، سیم پیچ اولیه دارای ولتاژ بالا می باشد. به خاطر داشته باشید که دو سیم پیچ از لحاظ الکتریکی به هم متصل نیستند ولی هر دو دارای یک هسته آهنی مشترکی هستند که تحت میدان الکترومغناطیسی قرار دارد. هسته آهنی به کار رفته در این ترانسفورماتورها سخت و محکم نیست بلکه به صورت ورقه هایی روی هم قرار گرفته اند که با لایه ای عایق پوشانده شده اند که منجر به کاهش تلفات هسته می شود. هر دو سیم پیچ از نظر الکتریکی نسبت به همدیگر ایزوله شده اند ولی از نظر مغناطیسی با هم در ارتباط هستند که توسط هسته مشترک انرژی الکتریکی بین دو سیم پیچ منتقل می گردد. زمانی که یک جریان الکتریکی به سیم پیچ اولیه وارد می شود، میدان مغناطیسی منجر به ایجاد ولتاژ و جریان در سیم پیچ ثانویه می شود. به عبارت دیگر برای یک ترانسفورماتور هیچ ارتباط مستقیم الکتریکی بین دو سیم پیچ وجود ندارد، در نتیجه به این دستگاه ها، ترانسفورماتور ایزوله نیز گفته می شود. به طور کلی سیم پیچ اولیه در یک ترانسفورماتور به منبع تامین کننده ولتاژ ورودی وصل می شود و سپس انرژی الکتریکی به یک میدان مغناطیسی تبدیل می گردد. این در حالی است که سیم پیچ ثانویه برای تبدیل میدان الکتریکی متناوب به انرژی الکتریکی به صورت ولتاژ خروجی به کار می رود.

ساختار ترانسفورماتور تک فاز

همانطور که پیشتر گفته شد، سیم پیچ ها در ترانسفورماتورها از نظر الکتریکی به هم متصل نیستند. یک ترانسفورماتور تک فاز می تواند ولتاژ را در سیم پیچ ثانویه کاهش یا افزایش دهد. زمانی که ترانسفورماتور برای افزایش ولتاژ در سیم پیچ ثانویه به کار می رود به آن ترانسفورماتور افزاینده گفته می شود و از طرفی زمانی که از ترانسفورماتور برای کاهش ولتاژ در سیم پیچ ثانویه به کار می روند به عنوان ترانسفورماتور کاهنده شناخته می شوند. با این حال حالت سومی نیز وجود دارد که ترانسفورماتور مقدار ولتاژ یکسانی را در سیم پیچ ثانویه ایجاد می کند. در تعریف دیگر ولتاژ، جریان و قدرت خروجی با ورودی یکسان است. این نوع از ترانسفورماتورها به عنوان ترانسفورماتور امپدانس شناخته می شود و به طور کلی برای سازگاری امپدانس یا مقاومت در مدار الکتریکی یا ایزوله کردن مدار الکتریکی به کار می رود.

تفاوتی که بین ولتاژ در سیم پیچ اولیه و ثانویه وجود دارد توسط تغییر در دورهایی که سیم به دور هسته پیچیده شده است اعمال می شود. در واقع در سیم پیچ اولیه که تعداد این دورها Np بوده و در سیم پیچ ثانویه Ns نامیده می شود. نرخ تبدیل که بین این دو سیم پیچ وجود دارد به تعداد دورها در سیم پیچ ورودی و خروجی بستگی دارد و با TR مشخص می گردد. توجه داشته باشید که در ترانسفورماتور افزاینده تعداد دورها در سیم پیچ ثانویه بیشتر از سیم پیچ اولیه خواهد بود.

ترانسفورماتور سه فاز چیست؟

تا به اکنون درباره ترانسفورماتور تک فاز صحبت کرده ایم که می تواند برای افزایش یا کاهش ولتاژ در سیم پیچ ثانویه با توجه به ولتاژ ورودی سیم پیچ اولیه به کار رود. ولی ولتاژ ترانسفورماتور قادر است نه تنها در یک ترانسفورماتور دو سیم پیچ تک فاز بلکه ترانسفورماتور دو سیم پیچ دو فاز، سه فاز، شش فاز و حتی ترکیبی از این فازها تا 24 فاز برای ترانسفورماتور یکسو ساز جریان مستقیم به کار رود. اگر سه ترانسفورماتور سه فاز را از محل سیم پیچ اولیه و متعاقبا سیم پیچ ثانویه به هم وصل نماییم می توان از آن به عنوان یک ترانسفورماتور سه فاز استفاده نمود. یک ترانسفورماتور سه فاز از منبع برق سه فاز برای توزیع و انتقال برق استفاده می نماید و نسبت به برق تک فاز اهمیت و کاربرد فراوانی دارد و زمانی که از ترانسفورماتور سه فاز استفاده می نماییم با سه ولتاژ و جریان متغیر سرو کار داریم که دارای وقفه 120 درجه در فاز هستند. که به صورت زیر نشان داده شده است. اتصالات مربوط به ترانسفورماتور سه فاز بر اساس گروه برداری ترانسفورماتور مشخص می گردد.

پرسشهای متداول پیرامون ترانسفورماتور به زبان ساده

1. جزییات اساسی ترانسفورماتور چیست؟ ترانسفورماتورها دارای سه بخش اصلی سیم پیچ اولیه و ثانویه و یک هسته آهنی هستند که به عنوان رسانای الکترومغناطیسی عمل می نماید.
2. انواع ترانسفورماتور در چند دسته قرار می گیرند؟ ترانسفورماتورها بستگی به کاربرد و نوع ساختشان در دسته های و انواع مختلف ساخته می شوند برای مثال ترانسفورماتور ژنراتور، ترانسفورماتور توزیع و ترانسفورماتور قدرت که از انواع مهم دسته بندی ترانسفورماتور به حساب می آیند. از طرفی بستگی به کاربردی که دارند شامل ترانسفورماتور جریان یا ترانسفورماتور ولتاژ می شوند و همچنین بستگی به قابلیتی که در خطوط توزیع دارند به ترانسفورماتور افزاینده و ترانسفورماتور کاهنده تقسیم می گردند. توجه داشته باشید که یک ترانسفورماتور می تواند از برق تک فاز یا سه فاز برای عملکرد خود استفاده نماید و به همین خاطر از آن با نام ترانسفورماتور تک فاز و ترانسفورماتور سه فاز نیز یاد می گردد.
3. هدف از استفاده از ترانسفورماتور به زبان ساده چیست؟ در واقع هدف اصلی در به کارگیری ترانسفورماتور تامین ولتاژ و جریان مورد نیاز برای استفاده از وسایل الکترونیکی است که در منازل مسکونی و یا ساختمان ها و مجتمع های صنعتی به کار برده می شوند.
4. قدرت ترانسفورماتور بر اساس چه معیاری اندازه گرفته می شود؟ لازم به ذکر است که برای اینکه بتوان قدرت ترانسفورماتور را اندازه گرفت از واحد کیلو ولت آمپر استفاده می گردد که بسته به اندازه ترانسفورماتور می تواند کم یا زیاد است.
5. آیا ترانسفورماتورها قابلیت تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم را دارند؟ به طور کلی ترانسفورماتورها تنها یک وظیفه دارند اینکه بتوانند ولتاژ و یا جریان را از مقدار زیاد به کم و برعکس تبدیل نمایند و برای انتقال انرژی بین دو مدار از طریق میدان مغناطیسی به کار می روند ولی با همه این تفاسیر قادر به تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم نیستند.