ترانسفورماتور چیست

ترانسفورماتور یکی از اصلی ترین دستگاه‌های الکترومکانیکی است که به طور گسترده در صنعت، نیروگاه‌ها، شبکه‌های توزیع برق و تجهیزات الکتریکی استفاده می‌شود. این وسیله برای تبدیل جریان یک فاز به جریان دیگر فاز، تغییر سطح ولتاژ و توزیع انرژی الکتریکی به طریقی کاربرد دارد.

ساختار ترانسفورماتور از دو قسمت اصلی تشکیل شده است: هسته و آب‌رسان. هسته ترانسفورماتور به صورت معمول از فولاد سیلیس مورد استفاده قرار می‌گیرد و هدف آن جهت حداکثر کاهش دوباره‌گریزی میدان مغناطیسی است. هسته توسط تعدادی لوح فلزی تشکیل می‌شود که به صورت متناوب با لایه‌های جداکنندهٔ برق روی هم قرار می‌گیرد. این طرح، موجب کاهش هدررفت هسته و حفظ کیفیت انتقال برق می‌شود.

از طرف دیگر، آب‌رسان ترانسفورماتور برای اتصال به منابع تغذیه و بارهای الکتریکی استفاده می‌شود. این بخش شامل پیچ‌های نیم کله (بخش اولیه ترانسفورماتور) و پیچ‌های کله (بخش ثانویه ترانسفورماتور) است. در نتیجه، نوع و تناسب دستگاه توان با سرسرا و بار اندازه‌گیری شده است.

ترانسفورماتور‌ها به دو دسته سرسرا مشترک و سرسرا جداگانه تقسیم می‌شوند. در سرسرا مشترک، سرسرا بخش‌های اولیه و ثانویه ترانسفورماتور را در کنار‌هم دارد. این نوع ترانسفورماتور به عنوان تغییر دهنده سطح تغییر می‌کند و استفاده اصلی آن در کنترل ولتاژ است. در سرسرا جداگانه، بخش‌های اولیه و ثانویه جداگانه می‌باشد و استفاده اصلی آن در بوسترهای جداگانه و لودرهای بالا است.

کاربردهای مهم ترانسفورماتور

1. انتقال انرژی الکتریکی: ترانسفورماتور‌ها از ولتاژ بالا به ولتاژ پایین یا برعکس تغییر می‌دهند، که برای انتقال انرژی الکتریکی در خطوط برق مناسب هستند.

2. تقویت ولتاژ: در برخی مواقع، ولتاژ الکتریکی نیاز به تقویت دارد و ترانسفورماتور‌ها این کار را به خوبی انجام می‌دهند.

3. کاربردهای صنعتی: ترانسفورماتور‌ها در صنایع بزرگ مانند فولاد‌سازی، نفت و گاز و سیمان استفاده می‌شوند. آنها به منظور تأمین خروجی برق در ولتاژ و جریان مورد نیاز استفاده می‌شوند.

4. استفاده در نیروگاه‌ها: ترانسفورماتور‌ها بخش اصلی در تجهیزات نیروگاه‌ها به شمار می‌روند و بین اجزای مختلف نیروگاه برق را توزیع می‌کنند.

در کل، ترانسفورماتور‌ها نقش بسیار مهمی در انتقال و تبدیل انرژی الکتریکی دارند. این دستگاه‌ها به طور مداوم بهبود می‌یابند و باعث بهبود کیفیت توزیع برق و کاهش هدررفت انرژی می‌شوند.

انواع مختلف ترانسفرماتور

ترانسفورماتورها می‌توانند بر اساس ولتاژ و جریان و نوع نقشه سیم پیچ‌ها به انواع مختلفی تقسیم شوند. در زیر تعدادی از انواع ترانسفورماتورها را بررسی خواهیم کرد:

1. ترانسفورماتورهای جدا کننده: این نوع ترانسفورماتورها با جداکردن سیم پیچ‌ها به صورت الکتریکی برای جداسازی حفاظت از اتصال به مصرف‌کننده استفاده می‌شوند.

2. ترانسفورماتورهای عایق: این نوع ترانسفورماتورها برای انتقال انرژی بین سیستم‌هایی با پتانسیل‌های مختلف استفاده می‌شوند که ولتاژ عایق نسبت به ولتاژ اسمی ترانسفورماتور مشخص نیست.

3. ترانسفورماتورهای کنترل: این نوع ترانسفورماتورها برای انجام کارهای کنترلی استفاده می‌شوند. آنها از سیم پیچ‌های جدا شده‌ای تشکیل شده‌اند و می‌توانند به عنوان ترانس نمونه جریان یا ترانس نمونه ولتاژ استفاده شوند.

4. ترانسفورماتورهای منبع تغذیه: این نوع ترانسفورماتورها یک یا چند سیم پیچ ثانویه دارند که از سیم پیچ اولیه الکتریکی جدا هستند. این ترانسفورماتورها عمدتاً برای تغذیهٔ تجهیزات الکترونیکی استفاده می‌شوند.

5. اتو ترانسفورماتورها: در این نوع ترانسفورماتورها، سیم پیچ اولیه و ثانویه با هم مشترک هستند. این نوع ترانسفورماتورها برای کاربردهای خاصی مانند اتوترانسفورماتورها استفاده می‌شود.

6. ترانسفورماتورهای جرقه زن: این ترانسفورماتورها سیم پیچ‌هایی دارند که از نظر الکتریکی از یکدیگر جدا هستند و برای تولید جرقه یا قوس الکتریکی برای مخلوط کردن هوا و گاز یا هوا و روغن استفاده می‌شوند.

همانطور که مشاهده می‌کنید، هر نوع ترانسفورماتوری برای کاربردهای مشخص و منحصر به فردی طراحی و استفاده می‌شود. ترانسفورماتورها در صنعت برق و در سیستم‌های برقی ما غیرقابل جایگزین هستند و بدون آنها انتقال و تبدیل انرژی به صورت کاملاً ممکن نیست.

انواع اتصالات ترانس

در سیستم های توزیع قدرت واحدهای توزیعی سه فاز، اتصالات ترانس ها می تواند به دو نوع اتصال ستاره و مثلث تقسیم شود.

1. اتصال ستاره (Y):
در اتصال ستاره، سه سر سری پیچ های ترانس به هم متصل می شوند و سیم های نول مشترک را تشکیل می دهند. برق از نول تغذیه می شود و ولتاژ بین هر سیم پیچ با ولتاژ نول مساوی است. این نوع اتصال برای ترانس های با ولتاژ پایین استفاده می شود. اتصال ستاره عموماً از کیفیت عایقی بهتری برخوردار است زیرا هر سیم پیچ مستقل از ولتاژ بار دیگر همراه با سیم های پیچ دیگر در معرض ولتاژ قرار نمی گیرد. از مزایای اتصال ستاره عبور جریان بالاتر بر روی هر سیم پیچ است که باعث افزایش ظرفیت توان و کاهش افت ولتاژ می شود.

2. اتصال مثلث (Δ):
در اتصال مثلث، هر یک از سه سیم پیچ به یک سیم پیچ دیگر متصل می شود به طوری که شکل مانند یک مثلث بسته شود. نقطه مشترک سه سیم پیچ در این اتصال نقطه نول خواهد بود. این نوع اتصال برای ترانس های با ولتاژ بالا استفاده می شود. اتصال مثلث به دلیل تقسیم جریان بین هر سیم پیچ، استفاده از سیم های ساختاری کمتری نسبت به اتصال ستاره نیاز دارد. اما در این نوع اتصال، بار خارجی بایستی بین دو سیم همسایه قرار گیرد تا جریان از یک سیم پیچ به سیم پیچ دیگر بتواند عبور کند.

هر یک از اتصالات ستاره و مثلث به مزایا و معایب خود دارند و می توانند بر اساس نیازها و شرایط مختلف استفاده شوند. در عمل، اتصال ستاره برای ترانس های با ولتاژ کم و بارهای تک فاز استفاده می شود و اتصال مثلث برای ترانس های با ولتاژ بالا و بارهای سه فاز مورد استفاده قرار می گیرد.

قطعات و اجزاء تشکیل دهنده یک ترانسفورماتور

قطعات و اجزاء مختلفی برای ساخت یک ترانسفورمر استفاده می‌شود که به طور خلاصه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. بدنه: بدنه ترانسفورمر شامل کنه، درب، سینی و شاسی است. این بخش‌ها برای حمایت و حفاظت از سایر قطعات ترانسفورمر استفاده می‌شوند.

2. سیم پیچ‌ها: ترانسفورمر دارای دو سیم پیچ است که به صورت حلزونی و یا متمایل شده در صورتهای مختلف بر روی هسته‌ی ترانسفورمر پیچیده می‌شوند. یکی از این پیچ‌ها نامیده می‌شود پیچ اصلی و دیگری پیچ ثانویه است.

3. هسته: هسته‌ی ترانسفورمر معمولاً از مواد مغناطیسی مانند فولاد سیلیسیومی تشکیل شده است. هسته مسئول ایجاد میدان مغناطیسی در ترانسفورمر است.

4. صفحه پلیت: این قطعه بر روی هسته قرار می‌گیرد و عملکرد ایزولاسیون و مکانیکی را انجام می‌دهد.

5. پلاک راهنما: این قطعه در قسمت بالای ترانسفورمر و بر روی بدنه قرار می‌گیرد و اطلاعات مربوط به ولتاژ و جریان‌های مختلف را نمایش می‌دهد.

6. لامپ سینال: این لامپ برای نمایش وضعیت تغییرات ولتاژ و جریان در ترانسفورمر استفاده می‌شود.

7. فیوز: فیوز برای حفاظت از ترانسفورمر در برابر جریان‌های اضافه به کار می‌رود.

8. کیت الکترونیکی: این کیت شامل اجزاء الکترونیکی نظیر مقاومت، دیود، آی سی، خازن و ترانزیستور است که برای عملکرد الکترونیکی ترانسفورمر استفاده می‌شوند.

9. پیچ، مهره و پرچ: این اجزاء برای اتصال قطعات ترانسفورمر به هم استفاده می‌شوند.

10. سیم لاکی: سیم لاکی یا حلقه‌ی زمین شده برای ایمنی و جریان زمین در مواقع خطرناک استفاده می‌شود.

11. رله: رله برای کنترل و محافظت در ترانسفورمر استفاده می‌شود.

12. پتانسیومتر: این قطعه برای تنظیم ولتاژ در ترانسفورمر استفاده می‌شود.

هسته ترانسفورماتور

این قسمت، بخشی اساسی از ساختار ترانسفورماتورها هستند و وظیفه اصلی آن‌ها تامین نیرو و انتقال برق از یک نقطه به نقطه دیگر است. هسته ترانسفورماتور عموماً از مواد فلزی ساخته شده است، به‌طور معمول از فلزات مغناطیسی مانند فولاد سیلیکونه و آهن خالص تشکیل شده است.

حضور هسته در ترانسفورماتور، انتقال انرژی برقی را بهینه می‌کند. هسته با تغییر جریان الکتریکی در مارپیچ‌های اولیه، میدان مغناطیسی را ایجاد می‌کند. این میدان مغناطیسی سپس به تراوشگرهای موجود در هسته منتقل می‌شود و آنها نیز جریان الکتریکی تولید می‌کنند. جریان الکتریکی تولید شده در مارپیچ‌های ثانویه به وسیله میدان مغناطیسی، به نیروی الکترومغناطیسی تبدیل می‌شود که بر روی تراوشگرها اثر می‌گذارد و باعث تولید جریان الکتریکی در مارپیچ‌های ثانویه می‌شود.

از مزایای استفاده از هسته ترانسفورماتور، می‌توان به بهبود کارایی ترانسفورماتور، کاهش اندازه و وزن ترانسفورماتور و کاهش ضریب انتقال هسته ترانسفورماتوراشاره کرد. هسته‌های ترانسفورماتورهای عایق‌دهی به لایه‌های روی صفحه ساخته شده‌اند که معمولاً به صورت مربعی و یا دایره‌ای هستند. هسته خارجی ترانسفورماتور به صورت لوله مجازی هسته‌ای شده و می‌توان به صورت سیلندر درآمدهای آن را وارد نمود.

نهایتاً، هسته ترانسفورماتورها در انواعی از دسته‌های ترانسفورماتورها مورد استفاده قرار می‌گیرند، از جمله ترانسفورماتورهای قدرت، ترانسفورماتورهای انتقال، ترانسفورماتورهای توزیع و ترانسفورماتورهای اینورتر.

سیم پیچ ترانسفورماتور

سیم پیچ ترانسفورماتور یکی از اجزای اصلی ترانسفورماتورها است که در فرایند تبدیل جریان برق استفاده می شود. این سیم پیچ ها از جنس مواد هادی مانند مس یا آلومینیوم ساخته می شوند و به صورت پیچ در داخل ترانسفورماتور قرار می گیرند.

سیم پیچ ترانسفورماتور به دو نوع تقسیم می شود: پیچ اولیه و پیچ ثانویه. پیچ اولیه به منبع برق متصل می شود و جریان برق ولتاژ بالا را دریافت می کند. پیچ ثانویه نیز وظیفه انتقال جریان برق با ولتاژ کمتر را به بار مورد نظر بر عهده دارد.

ساختار سیم پیچ ترانسفورماتور براساس نوع استفاده و نیازهای مختلف متفاوت است. در برخی از ترانسفورماتورها سیم پیچ ها به صورت صاف و مستقیم قرار داده می شوند، در حالی که در برخی دیگر از سیم های متعددی تشکیل شده اند که به صورت لایه ای در داخل ترانسفورماتور قرار دارند. این سیم پیچ ها عموماً توسط عایق هایی مثل لاستیک یا میکا جدا می شوند تا از تداخل و قطعات الکتریکی دیگر در داخل ترانسفورماتور جلوگیری شود.

کاربرد سیم پیچ ترانسفورماتور در صنعت بسیار گسترده است. آنها در انتقال برق در شبکه های بزرگ استفاده می شوند و همچنین در تجهیزات الکتریکی کوچکتر نظیر تلویزیون، رادیو و کامپیوتر نیز قرار می گیرند. همچنین در صنعت تولید برق از منابع تجدیدپذیر مانند باد و خورشید نیز از ترانسفورماتورها و سیم پیچ های متنوع استفاده می شود تا جریان برق تولید شده تا شبکه انتقال برق منتقل شود.