ترانسفورماتور (Transformer)

ترانسفورماتور ماشینی است که انرژی الکتریکی را از یک سطحی به سطح دیگر تبدیل می کند. ترانسفورماتور به منظور کاهش و ﻳﺎ اﻓﺰاﻳﺶ وﻟﺘﺎژ و ﻳﺎ ﺟﺮﻳﺎن ﺑﻜﺎر ﻣﻲ رود ﺑﻨﺎﺑﺮاﻳﻦ ﻣﻲ ﺗﻮان ﮔﻔﺖ ﺗﺮاﻧﺴﻔﻮرﻣﺎﺗﻮر ﻣﺎﺷﻴﻨﻲ اﺳﺖ ﻛﻪ ﺑﺎﻋﺚ اﻓﺰاﻳﺶ و ﻳﺎ ﻛﺎﻫﺶ ﺟﺮﻳﺎن و ﻳﺎ وﻟﺘﺎژ ﺷﺪه و ﺗﻮان و ﻓﺮﻛﺎﻧﺲ را ﺗﻐﻴﻴﺮ ﻧﻤﻲ دﻫﺪ.

ساختمان ترانس
ﺗﺮاﻧﺲ از ﻳﻚ ﻫﺴﺘﻪ آﻫﻨﻲ و دو ﻋﺪد ﺳﻴﻢ ﭘﻴﭻ ﺗﺸﻜﻴﻞ ﻳﺎﻓﺘﻪ اﺳﺖ ﻛﻪ ﻳﻜﻲ ﺳﻴﻢ ﭘﻴﭻ اوﻟﻴﻪ و دﻳﮕﺮي ﺳﻴﻢ ﭘﻴﭻ ﺛﺎﻧﻮﻳﻪ ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ. ﺳﻴﻢ ﭘﻴﭻ اوﻟﻴﻪ ﺑﻪ ﺳﻴﻢ ﭘﻴچی اﻃﻼق ﻣﻲ ﺷﻮد ﻛﻪ ﺑﻪ ﻣﻨﺒﻊ ﻣﺘﺼﻞ ﺑﺎﺷﺪ و ﺳﻴﻢ ﭘﻴﭻ ﺛﺎﻧﻮﻳﻪ ﻧﻴﺰ ﺑﻪ ﺳﻴﻢ ﭘﻴﭽﻲ اﻃﻼق می ﺷﻮد ﻛﻪ ﺑﻪ ﺑﺎر ﻣﺘﺼﻞ ﺑﺎﺷﺪ.

ﺗﺮاﻧﺲ ﻫﺎ را در دو ﮔﺮوه اﻓﺰاﻳﻨﺪه و ﻛﺎﻫﻨﺪه ﻧﻴﺰ ﺗﻘﺴﻴﻢ ﺑﻨﺪي می نمایند. اﮔﺮ ﭼﻨﺎﻧﭽﻪ وﻟﺘﺎژ ﺛﺎﻧﻮﻳﻪ ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ اوﻟﻴﻪ ﺑﻴشتر باشد اصطلاحاً ترانس را افزاینده گویند و اگر ولتاژ ﺛﺎﻧﻮﻳﻪ ﻛﻢ ﺗﺮ از وﻟﺘﺎژ اوﻟﻴﻪ ﺑﺎﺷﺪ ﺗﺮاﻧﺲ را ﻛﺎﻫﻨﺪه ﻣﻲ ﻧﺎﻣﻨﺪ.

 

 

                                                                                     

                                                                                                                   مدار معادل ترانس

 

 

نحوۀ کار ترانسفورماتور

                                                                                               

 

                                                                                                        اجزای تشکیل دهندۀ یک ترانس

 

 

ﺗﺮاﻧﺴﻔﻮرﻣﺎﺗﻮر وﺳﻴﻠﻪ اي اﺳﺖ ﻛﻪ اﻧﺮژي اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ را ﺑﻪ وﺳﻴﻠﻪ دو ﻳﺎ ﭼﻨﺪ ﺳﻴﻢ ﭘﻴﭻ و از ﻃﺮﻳﻖ اﻟﻘﺎي اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ از ﻳﻚ ﻣﺪار ﺑﻪ ﻣﺪاري دﻳﮕﺮ ﻣﻨﺘﻘﻞ ﻣﻲ ﻛﻨﺪ.

ﺑﻪ اﻳﻦ ﺻﻮرت ﻛﻪ ﺟﺮﻳﺎن ﺟﺎري در ﻣﺪار اول (اوﻟﻴﻪ ﺗﺮاﻧﺴﻔﻮرﻣﺎﺗﻮر) ﻣﻮﺟﺐ ﺑﻪ وﺟﻮد آﻣﺪن ﻳﻚ ﻣﻴﺪان ﻣﻐﻨﺎﻃﻴﺴﻲ در اﻃﺮاف ﺳﻴﻢ ﭘﻴﭻ اول ﻣﻲ ﺷﻮد، اﻳﻦ ﻣﻴﺪان ﻣﻐﻨﺎﻃﻴﺴﻲ ﺑﻪ ﻧﻮﺑﻪ ﺧﻮد ﻣﻮﺟﺐ ﺑﻪ وﺟﻮد آﻣﺪن ﻳﻚ وﻟﺘﺎژ در ﻣﺪار دوم ﻣﻲ ﺷﻮد ﻛﻪ ﺑﺎ اﺿﺎﻓﻪ ﻛﺮدن ﻳﻚ ﺑﺎر ﺑﻪ ﻣﺪار دوم این ولتاژ می تواند به ایجاد یک جریان در ثانویه بینجامد. ولتاژ القا شده در ثانویه VS و ولتاژ دو سر سیم پیچ اولیه VP دارای یک نسبت با یکدیگرند که به طور ایده آل برابر نسبت تعداد دور سیم پیچ ثانویه به سیم پیچ اولیه است:

                                                                           

 

ﺑﻪ اﻳﻦ ﺗﺮﺗﻴﺐ ﺑﺎ اﺧﺘﺼﺎص دادن اﻣﻜﺎن ﺗﻨﻈﻴﻢ ﺗﻌﺪاد ﺳﻴﻢ ﭘﻴﭻ ﻫﺎي ﺗﺮاﻧﺴﻔﻮرﻣﺎﺗﻮر، می ﺗﻮان اﻣﻜﺎن ﺗﻐﻴﻴﺮ وﻟﺘﺎژ در ﺛﺎﻧﻮﻳﻪ ﺗﺮاﻧﺲ را ﻓﺮاﻫﻢ ﻛﺮد. ﻳﻜﻲ از ﻛﺎرﺑﺮد ﻫﺎي ﺑﺴﻴﺎر ﻣﻬﻢ ﺗﺮاﻧﺴﻔﻮرﻣﺎﺗﻮرﻫﺎي ﻛﺎﻫﺶ ﺟﺮﻳﺎن ﭘﻴﺶ از ﺧﻄﻮط اﻧﺘﻘﺎل اﻧﺮژي اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ اﺳﺖ.

دلیل استفاده از ترانسفورماتور در ابتدای خطوز این است که همه هادی های الکتریکی دارای میزان مشخصی مقاومت الکتریکی هستند، این مقاومت می تواند موجب اتلاف انرژی در طول مسیر انتقال انرژی الکتریکی شود. میزان تلفات در یک هادی یا مجذور جریان عبوری از هادی رابطه مستقیم دارد (P= I2 × R).

بنابراین با کاهش جریان می توان تلفات را به شدت کاهش داد. ﺑﺎ اﻓﺰاﻳﺶ وﻟﺘﺎژ در ﺧﻄﻮط اﻧﺘﻘﺎل ﺑﻪ ﻫﻤﺎن ﻧﺴﺒﺖ ﺟﺮﻳﺎن ﺧﻄﻮط ﻛﺎﻫﺶ ﻣﻲ ﻳﺎﺑﺪ و ﺑﻪ اﻳﻦ ﺗﺮﺗﻴﺐ ﻫﺰﻳﻨﻪ ﻫﺎي اﻧﺘﻘﺎل اﻧﺮژي ﻧﻴﺰ ﻛﺎﻫﺶ می ﻳﺎﺑﺪ، اﻟﺒﺘﻪ ﺑﺎ ﻧﺰدﻳﻚ ﺷﺪن ﺧﻄﻮط اﻧﺘﻘﺎل به مراکز مصرف برای بالا بردن ایمنی ولتاژ خطوط در چند مرحله و باز بوسیله ترانسفورماتورها کاهش می یابد تا به میزان استاندارد مصرف برسد. به این ترتیب بدون استفاده از ترانسفورماتورها امکان استفاده از منابع دور دست انرژی فراهم نمی آمد.

ترانسفورماتورها یکی از پربازده ترین تجهیزات الکتریکی هستند به طوری که در برخی ترانسفورماتورهای بزرگ راندمان به ۹۹٫۷۵ %  نیز می رسد.

امروزه از ترانسفورماتورها در اندازه ها و توان های مختلفی استفاده می شود. از یک ترانسفورماتور بند انگشتی که در یک میکروفن قرار دارد تا ترانسفورماتورهای غول پیکر چند گیگا ولت- آمپری، همه این ترانسفورماتورها اصول کار یکسانی دارند اما در طراحی و ساخت متفاوت هستند.

 

 

اصول پایه ترانسفورماتور

به طورکلی یک ترانسفورماتور بر دو اصل استوار است:

  • جریان الکتریکی متناوب می تواند یک میدان مغناطیسی متغیر پدید آورد (الکترومغناطیس)
  • یک میدان مغناطیسی متغیر در داخل یک حلقه سیم پیچ می تواند موجب بوجود آمدن یک جریان الکتریکی متناوب در یک سیم پیچ شود.

ﺟﺮﻳﺎن ﺟﺎري در ﺳﻴﻢ ﭘﻴﭻ اوﻟﻴﻪ ﻣﻮﺟﺐ ﺑﻪ وﺟﻮد آﻣﺪن ﻳﻚ ﻣﻴﺪان ﻣﻐﻨﺎﻃﻴﺴﻲ ﻣﻲ ﮔﺮدد .ﻫﺮ دو ﺳﻴﻢ ﭘﻴﭻ اوﻟﻴﻪ و ﺛﺎﻧﻮﻳﻪ ﺑﺮ روي ﻳﻚ ﻫﺴﺘﻪ ﻛﻪ داراي ﺧﺎﺻﻴﺖ ﻧﻔﻮذﭘﺬﻳﺮي ﻣﻐﻨﺎﻃﻴﺴﻲ ﺑﺎﻻﻳﻲ اﺳﺖ (ﻣﺎﻧﻨﺪ آﻫﻦ) ﭘﻴﭽﻴﺪه ﺷﺪه اﻧﺪ .ﺑﺎﻻ ﺑﻮدن ﻧﻔﻮذﭘﺬﻳﺮي ﻫﺴﺘﻪ ﻣﻮﺟﺐ ﻣﻲ ﺷﻮد ﺗﺎ ﺑﻴﺸﺘﺮ ﻣﻴﺪان ﺗﻮﻟﻴﺪ ﺷﺪه ﺗﻮﺳﻂ ﺳﻴﻢ ﭘﻴﭻ اوﻟﻴﻪ از داﺧﻞ ﻫﺴﺘﻪ ﻋﺒﻮر ﻛﺮده و ﺑﻪ ﺳﻴﻢ ﭘﻴﭻ ﺛﺎﻧﻮﻳﻪ ﺑﺮﺳﺪ.

 

۱٫ قانون القاء

ﻣﻴﺰان وﻟﺘﺎژ اﻟﻘﺎ ﺷﺪه در ﺳﻴﻢ ﭘﻴﭻ ﺛﺎﻧﻮﻳﻪ را ﻣﻲ ﺗﻮان ﺑﻪ وﺳﻴﻠﻪ ﻗﺎﻧﻮن ﻓﺎراده ﺑﻪ دﺳﺖ آورد  :

                                                                                     

 

در فرمول بالا VS ولتاژ لحظه ای، NS تعداد دورهای سیم پیچ در ثانویه و Φ برابر مجموع شار مغناطیسی است که از یک دور از سیم پیچ می گذرد. با توجه به این فرمول تا زمانی که شار در حال تغییر از دو سیم پیچ اولیه و ثانویه عبور کند ولتاژ لحظه ای در اولیه یک ترانسفورماتور ایده آل از فرمول زیر بدست می آید:

 

                                                                             

و با توجه به تعداد دور سیم پیچ های اولیه و ثانویه و این معادل ساده می توان میزان ولتاژ القایی در ثانویه را بدست آورد:

 

 

 

                                                                             

مقالات مرتبط