ترانسفورماتور چیست و چه کاربردی دارد؟
اگر شما هم در صنعت برق کار می کنید احتمالا نام ترانسفورماتور را شنیده باشید. این دستگاه که با نام های ترانس برق، ترانسفارمر و ترانسفورمر شناخته می شود، دستگاهی است که بر‌اساس قانون القای فارادی کار می‌کند و برای انتقال انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در برخی مواقع لازم است ولتاژ و شدت جریان بین دو مدار تغییر کند که این کار ترانسفورماتور است.
در ادامه ی این مقاله به شرح کامل ترانسفورماتور چیست و چه کاربردی دارد، تاریخچه، انواع و نحوه کار آن می پردازیم.
دنیای مدرن با برق کار می کند. با این حال، الکتریسیته به مدیریت توزیع نیاز دارد تا تمام نیازهایی را که ما به طور موثر بر آن می گذاریم، تامین کند. اینجاست که ترانسفورماتورهای الکتریکی وارد می شوند. ترانسفورماتور الکتریکی به برق کمک می کند تا با خیال راحت و کارآمد از منبع خود به جایی که نیاز است حرکت کند.
با این تفسیر حال سوالی که پیش می آید این است که ترانسفورماتور چیست؟ ترانسفورماتور، وسیله ای است که انرژی الکتریکی را از یک مدار جریان متناوب به یک یا چند مدار دیگر منتقل می کند، از اصل القای الکترومغناطیسی برای انتقال انرژی از یک مدار الکتریکی به مدار دیگر استفاده می کند. در ولقع ترانسفورماتور برای افزایش یا کاهش ولتاژ AC بین مدارها و در عین حال حفظ فرکانس جریان طراحی شده است. ترانسفورماتورها این کار را بدون اتصال رسانا بین دو مدار انجام می دهند.
برای اینکه واضح تر نحوه کار ترانسفورماتور را متوجه شویم باید گفت که به نوعی ترانسفورماتور به عنوان یک وسیله الکتریکی غیرفعال تعریف می شود که انرژی الکتریکی را از طریق فرآیند القای الکترومغناطیسی از یک مدار به مدار دیگر منتقل می کند. معمولاً برای افزایش (“گام به بالا”) یا کاهش (“گام به پایین”) سطوح ولتاژ بین مدارها استفاده می شود.
ترانسفورماتورها برای اهداف بسیار متفاوتی استفاده می شوند. به عنوان مثال، کاهش ولتاژ مدارهای برق معمولی برای به کار انداختن دستگاه های ولتاژ پایین، مانند زنگ درها و قطارهای الکتریکی اسباب بازی، و افزایش ولتاژ از ژنراتورهای الکتریکی به طوری که توان الکتریکی در فواصل طولانی منتقل شود.
بررسی عمیق تر در مورد نحوه کار ترانسفورماتورها، انواع مختلف آنها و کاربردهای رایج آنها به درک بیشتر عملکرد حیاتی آنها در ارائه توان قابل استفاده برای کار با رایانه ها، لوازم خانگی، وسایل روشنایی و طیف گسترده ای از دیگر وسایل الکتریکی کمک می کند.
در بخش اول فهمیدیم که ترانسفورماتور چیست و در ادامه این مقاله قرار است که به تاریخچه ی این وسیله بپردازیم و اولین ترانسفورماتور و طرح اولیه آن را مورد بررسی قرار دهیم.
اولین ترانسفورماتور در سال 1884 در انگلستان اختراع شد و روش استفاده از برق متناوب را متحول کرد. این ترانسفورماتور برای اولین بار در سال 1886 در اولین نیروگاه برق متناوب، نیروگاه بخار رم-سرچی، مورد استفاده قرار گرفت. به ولتاژ ایمن تر و قابل استفاده برای استفاده در خانه ها و مشاغل.
در حالی که این طرح اولیه اصلی هنوز هم امروزه مورد استفاده قرار می گیرد، ترانسفورماتورهای مدرن برای طیف گسترده ای از کاربردها استفاده می شوند.
آنهایی که در نیروگاه های برق استفاده می شوند می توانند چندین طبقه ارتفاع داشته باشند و برای انتقال نیرو در ولتاژهای بالا استفاده می شوند که کارآمدتر از انجام این کار در ولتاژ پایین است زیرا تلفات برق در اثر گرما را کاهش می دهد.
ترانسفورماتورهای سیگنال و صدا بسیار کوچکتر هستند و برای تطبیق خروجی میکروفون ها و سایر دستگاه های صوتی با ورودی تقویت کننده ها استفاده می شوند.
ترانسفورماتورهای اندازه گیری، توان یک خط اصلی برق را به ولتاژ کمتری تبدیل می کنند که سپس می توان برای تعیین توان خروجی آن بدون آسیب رساندن به تجهیزات حساس، اندازه گیری کرد.
ترانسفورماتورهای پالس، پالس ها را از مدار اولیه به مدار ثانویه برای انتقال اطلاعات دیجیتال به گیت های منطقی یا درایورهای دستگاه های الکترونیکی تحویل می دهند.
سوالی که اکنون پیش می آید این است که کار ترانسفورماتور چیست؟ اصل کار ترانسفورماتور بسیار ساده است. القای متقابل بین دو یا چند سیم پیچ (همچنین به عنوان سیم پیچ شناخته می شود) اجازه می دهد تا انرژی الکتریکی بین مدارها منتقل شود. این اصل در ادامه با جزئیات بیشتر توضیح داده شده است.
ترانسفورماتورها نیروی الکتریکی تولید نمی کنند. در عوض، آنها آن را از یک مدار AC به مدار دیگر منتقل می کنند. این فرآیند انتقال زمانی آغاز می شود که جریان الکتریکی وارد ترانسفورماتور می شود. جریان از طریق اتصال به سیم پیچ اولیه (همچنین سیم پیچی نامیده می شود زیرا به اطراف قسمتی از هسته می پیچد) وارد می شود. این سیم پیچی در اطراف هسته، نیروی الکتریکی را به یک میدان مغناطیسی تبدیل می کند، که سپس از طریق هسته و به سیم پیچ های سیم پیچ ثانویه جریان می یابد. سیم پیچ ثانویه جریان الکترومغناطیسی را با ولتاژ خروجی لازم به برق برمی گرداند.
ترانسفورماتورها ولتاژ را از طریق القای الکترومغناطیسی تغییر می دهند. به عنوان مثال، همانطور که خطوط مغناطیسی نیرو (خطوط شار) با تغییرات جریان عبوری از سیم پیچ اولیه ایجاد می شوند و فرو می ریزند، جریان در سیم پیچ دیگری به نام سیم پیچ ثانویه القا می شود. ولتاژ ثانویه با ضرب ولتاژ اولیه در نسبت تعداد دور سیم پیچ ثانویه به تعداد دور سیم پیچ اولیه محاسبه می شود، کمیتی که به آن نسبت چرخش می گویند.
ترانسفورماتورهای هسته هوا برای انتقال جریان های فرکانس_رادیویی یعنی جریان های مورد استفاده برای انتقال رادیویی طراحی شده اند. آنها از دو یا چند سیم پیچ تشکیل شده اند که به دور یک ماده عایق جامد یا روی یک سیم پیچ عایق پیچیده شده اند. ترانسفورماتورهای هسته آهنی عملکردهای مشابهی را در محدوده فرکانس صوتی انجام می دهند.
ترانسفورماتورهای تطبیق امپدانس برای تطبیق امپدانس یک منبع و بار آن، برای انتقال کارآمد انرژی استفاده می شوند. ترانسفورماتورهای ایزوله معمولاً به دلایل ایمنی برای جداسازی یک قطعه از تجهیزات از منبع برق استفاده می شوند.
دسته بندی های مختلفی برای ترانسفورماتورها وجود دارد. یکی از آنها موقعیت سیم پیچ و هسته آهنی را در نظر می گیرد. بر این اساس ترانسفورماتورها به شکل هسته (نوع هسته) و پوسته (نوع پوسته) تقسیم می شوند. در ترانسفورماتورهای هسته ای، سیم پیچ هسته آهنی را می پوشاند. در ترانسفورماتورهای پوسته ای، هسته آهنی سیم پیچ را می پوشاند.
ترانسفورماتورها بر اساس ولتاژ خط برق نیز طبقه بندی می شوند. در این میان ترانسفورماتورهایی که به طور خاص برای ولتاژ بالا طراحی شده اند را می توان با توجه به ولتاژها و مکان هایی که در آنها استفاده می شود به شرح زیر طبقه بندی کرد.
ترانسفورماتورهای فشار قوی فوق العاده و ترانسفورماتورهای فشار قوی ویژه واقع در تاسیسات حصاردار در فضای باز. آنها معمولاً در مکان‌هایی ساخته می‌شوند که فعالیت انسانی کمتری دارند، زیرا تجهیزات خطر برق گرفتگی را حتی زمانی که شخصی در نزدیکی قرار دارد، ایجاد می‌کند.
از ترانسفورماتورهای فشار قوی برای تامین برق تاسیسات بزرگ با مصرف برق بالا استفاده می شود. یک ترانسفورماتور ولتاژ بالا اغلب بر روی سقف تأسیسات یا در امتداد دیوار بیرونی نصب می شود و در یک تأسیسات دریافت برق فشار قوی به نام اتاقک گنجانده می شود.
بیشتر کاربردهای فوق ترانسفورماتورهای تک فاز را توصیف می کنند. این نوع ترانسفورماتور دارای یک سیم پیچ اولیه و یک سیم پیچ ثانویه می باشد. با این حال، ترانسفورماتورها نیز در انواع سه فاز هستند. ترانسفورماتورهای سه فاز دارای سه مجموعه سیم پیچ هستند. از این ترانسفورماتورها برای تغذیه بارهای صنعتی و تولید برق سه فاز استفاده می شود.
برای بررسی، در اینجا اصول اولیه ترانسفورماتور آمده است:
یک ترانسفورماتور از القای الکترومغناطیسی برای انتقال جریان AC از یک مدار به مدار دیگر و در عین حال افزایش یا کاهش ولتاژ استفاده می کند.
ترانسفورماتور اصلی دارای سه قسمت است: سیم پیچ اولیه، سیم پیچ ثانویه و هسته مغناطیسی.
ترانسفورماتور همه نوع اندازه و کاربرد دارد، از ترانسفورماتورهای عظیم که توسط نیروگاه ها استفاده می شود تا ترانسفورماتورهای کوچک مورد استفاده در الکترونیک.
بعد از بررسی طبقه بندی ترانسفورماتور بر اساس ساختار، قرار است به کاربردهای این وسیله بپردازیم.
موارد زیر برخی از رایج ترین کاربردهای ترانسفورماتور هستند:
ترانسفورماتورها می توانند به دلیل بارگذاری بیش از حد، نوسانات الکتریکی، اتصال کوتاه، کهنه شدن، تعمیر و نگهداری ضعیف، نقص در ساخت و یا عوامل محیطی منفجر شوند. بارگذاری بیش از حد باعث گرم شدن بیش از حد می شود، در حالی که امواج ناشی از رعد و برق یا شبکه می تواند به قطعات آسیب برساند. اتصال کوتاه جریان جریان را افزایش می دهد و منجر به آسیب می شود.
کهنه شدن، عدم نگهداری و قرار گرفتن در معرض محیط های خشن ترانسفورماتور را در طول زمان تخریب می کند. عیوب ساخت نیز ممکن است منجر به خرابی شود که منجر به قطع برق و نیاز به تعمیر یا تعویض شود.
امیدواریم مقاله ی ترانسفورماتور چیست ؟ برای شما مفید بوده باشه و از خواندن این مقاله لذت برده باشید 🙂
