ترانسفورماتور چیست؟

ترانسفورماتور چیست؟

ترانسفورماتورها که معمول باختصار ترانس نیز نامیده میشود ، ابزارهای اساسی در زمینه مهندسی برق هستند که نقش مهمی در انتقال و توزیع انرژی الکتریکی به طور کارآمد و ایمن دارند. در این مقاله،  اصول اولیه کارکرد  انواع مختلف ترانسفورماتور را به زبانی ساده بررسی خواهیم کرد.

ترانسفورماتور چیست؟

ترانسفورماتور وسیله ای الکتریکی است که انرژی الکتریکی را از طریق القای الکترومغناطیسی از مداری به مدار دیگر منتقل می کند. این شامل دو یا چند سیم پیچ سیم است که به عنوان سیم پیچی شناخته می شود و دور هسته ای از مواد فرومغناطیسی مانند آهن یا فولاد پیچیده شده است. سیم پیچ اولیه انرژی الکتریکی را از یک منبع نیرو دریافت می کند، در حالی که سیم پیچ ثانویه انرژی تبدیل شده را به بار یا مدار دیگر تحویل می دهد.به عبارتی دیگر ترانسفورماتور یک دستگاه الکتریکی است که بر اساس قانون القای فارادی کار می کند و به طور عمده برای تامین انرژی الکتریکی استفاده شده و کاربری آن شامل انتقال انرژی الکتریکی و تبدیل ولتاژ به دیگری می شود.

پس اگر دو سیم پیچ را در کنار یکدیگر قرار داده و از یکی از آنها جریان  متناوبی عبور دهیم ، در سیم پیچ دوم ولتاژی القا می شود . در واقع با عبور جریان متغیر از سیم پیچ اولیه یعنی سیم پیچی که ورودی متناوب به آن اعمال می شود ، در اطراف آن یک میدان مغناطیسی متغیر ایجاد می شود . این میدان متغیر، سیم پیچ دوم را قطع می کند و سبب القای ولتاژ در آن می شود .

اصول اساسی:

عملکرد ترانسفورماتور بر دو اصل اساسی استوار است:

قانون القای الکترومغناطیسی فارادی:

وقتی جریانی که از سیم پیچ اولیه می گذرد تغییر می کند، یک میدان مغناطیسی متغیر در هسته ایجاد می کند. این میدان مغناطیسی در حال تغییر، به نوبه خود، از طریق القای الکترومغناطیسی، ولتاژی را در سیم پیچ ثانویه القا می کند.

اصل بقای انرژی:

توان ورودی به سیم پیچ اولیه برابر با توان خروجی سیم پیچ ثانویه است ( تلفات انرژی  را نادیده می گیریم). این تضمین می کند که انرژی در فرآیند تبدیل حفظ می شود.

انواع ترانسفورماتور:

ترانسفورماتورها را می توان بر اساس ساختار، کاربرد و قابلیت تنظیم ولتاژ به انواع مختلفی طبقه بندی کرد:

ترانسفورماتور افزاینده:

ترانسفورماتور پله‌آپ ولتاژ را از سیم‌پیچ اولیه به سیم‌پیچ ثانویه افزایش می‌دهد. معمولاً در انتقال نیرو برای افزایش ولتاژ برای انتقال از راه دور و کاهش تلفات برق استفاده می شود.

ترانسفورماتور کاهنده:

برعکس، ترانسفورماتور کاهنده ولتاژ را از سیم پیچ اولیه به سیم پیچ ثانویه کاهش می دهد. در توزیع برق برای پایین آوردن ولتاژ به سطوح ایمن برای مصارف مسکونی و صنعتی استفاده می شود. و یا به عنوان مثال در مدارات الکترونیک برای کاهش ولتاژ 220 ولت به 12 و یا 6 و یا هر ولتاژ دیگری استفاده میشود  .

ترانسفورماتور ایزوله:

ترانسفورماتور ایزوله ایزولاسیون الکتریکی بین سیم پیچ های اولیه و ثانویه را فراهم می کند و از انتقال نویز الکتریکی جلوگیری می کند و از تجهیزات حساس در برابر خطاها محافظت می کند.به نوعی میتوان گفت که یک بخش مدار را از بخش دیگر ایزوله مینماید

ترانسفورماتور خودکار:

یک ترانسفورماتور خودکار دارای یک سیم پیچ است که هم به عنوان سیم پیچ اولیه و هم سیم پیچ ثانویه عمل می کند. برای تنظیم ولتاژ، تطبیق امپدانس و برنامه های کاربردی تغییر فاز استفاده می شود.

ترانسفورماتور توزیع:

ترانسفورماتورهای توزیع معمولاً در شبکه های توزیع برق برای کاهش برق فشار قوی از خطوط انتقال به ولتاژهای پایین مناسب جهت امکان استفاده توسط  واحدهای تجاریی و مسکونی استفاده می شوند.

** البته انواع دیگری از ترانسفورمرها نیز با عناوین دیگر وجود دارند که به نوعی عملکردی مشابه و یا تلفیقی از موارد گفته شده در متن بالا میباشند که ما به آنها اشاره ای نمی کنیم. (در برق فشار ضعیف که ما اصطلاحا آنرا الکترونیک مینامیم معمولا از ترانسفورماتورهای کوچک استفاده میشود ولی معمولا در صنعت برق فشار قوی ترانسها از نظر ظاهر و حجم هیچگونه شباهتی با انواعی که در الکترونیک استفاده میشود ندارند .)

در مطلب ترانسفورماتور چیست؟  متوجه شدیم ، ترانسفورماتورها دستگاه های ضروری در زمینه مهندسی برق هستند که انتقال، توزیع و استفاده کارآمد از انرژی الکتریکی را ساده و امکانپذیر می کنند. با استفاده از اصول القای الکترومغناطیسی، ترانسفورماتورها نقشی حیاتی در سیستم های قدرت مدرن و همچنیم مدارات الکتریکی و الکترونیکی کوچک  ایفا می کنند و امکان ارسال برق را برای استفاده در منازل و ادارات و … مهیا میسازند . درک اصول اولیه و انواع ترانسفورماتورها، مهندسان، تکنسین ها و علاقه مندان را قادر می سازد تا سیستم های الکتریکی را به طور موثر و ایمن طراحی، نصب  و نگهداری کنند.