کاربرد ترانس فریت

ترانسفورماتور هسته فریت یک دستگاه الکترومغناطیسی است که از نوع انتقال انرژی الکتریکی استفاده می‌کند. هسته فریت، یک ترکیب غیررسانا و فرومغناطیسی است که توسط سیم پیچ ترانسفورماتور محصور می‌شود. این ترانسفورماتورها به خاطر خواص منحصر به فرد فریت، برای کاربردهای فرکانس بالا مناسب هستند.

ترانسفورماتور هسته فریت از دو بخش اصلی تشکیل شده است: هسته فریت و سیم پیچ. هسته فریت معمولاً از ترکیبی از اکسید آهن و مواد دیگر تشکیل شده است. این مواد، به خاطر خواص فرومغناطیسی خود، مجال مغناطیسی را بسیار افزایش می‌دهند و اجازه می‌دهند که فرکانس بالایی از طریق آنها عبور کند.

در ترانسفورماتور هسته فریت، سیم پیچ داخلی (پرایمر) و سیم پیچ خارجی (ثانویه) به هسته فریت متصل می‌شوند. جریان برق متناوب از طریق سیم پیچ داخلی می‌گذرد و مغناطیسی می‌شود. این میدان مغناطیسی از طریق هسته فریت منتقل می‌شود و در نتیجه جریان مغناطیسی در سیم پیچ خارجی (ثانویه) ایجاد می‌شود. نسبت ولتاژ و جریان بین پیچ‌ها به نسبت عدد منوراژ تعیین می‌شود.

ترانسفورماتور هسته فریت برای کاربردهای فرکانس بالا ایده‌آل است. برخی از کاربردهای این ترانسفورماتورها عبارتند از:

1. سیستم‌های ارتباطی: ترانسفورماتور هسته فریت در سیستم‌های ارتباطی با فرکانس بالا مانند تلفن‌های همراه، تجهیزات شبکه‌های کامپیوتری و تلفن‌های هوشمند استفاده می‌شوند.

2. سیستم‌های نوری: ترانسفورماتورهای هسته فریت در رشته‌های نوری برای تغذیه LEDها و سیستم‌های نورپردازی استفاده می‌شوند.

3. تبدیل انرژی: ترانسفورماتورهای هسته فریت برای تبدیل و انتقال انرژی در دستگاه‌های الکترونیکی مانند نوارهای LED، لامپ‌های نورسانت، شارژرها و تجهیزات پزشکی استفاده می‌شوند.

ترانسفورماتور هسته فریت به علت داشتن وادارندگی کم و تلفات کم جریان گردابی از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند. آنها قدرت الکترومغناطیسی زیادی دارند و در ولتاژهای بالا پایداری خوبی از خود نشان می‌دهند. علاوه بر این، ترانسفورماتور هسته فریت اندازه کوچکی دارند و در طراحی و ساخت دستگاه‌های الکترونیکی و صنعتی نیاز به حجم کمتری دارند.

انواع ترانسفورماتورهای هسته فریت

ترانسفورماتورهای هسته فریت انواع مختلفی دارند که در برخی کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرند. در ادامه به توضیح این انواع می‌پردازیم:

1. روی منگنز (MnZn): ترانسفورماتورهای با هسته فریت روی منگنز مناسب برای برنامه‌هایی هستند که فرکانس کاری کمتر از 5 مگاهرتز دارند. این نوع فریت سطح اشباع و نفوذپذیری بالاتری نسبت به فریت های دیگر دارد و امپدانس آنها را برای سلف های تا فرکانس 70 مگاهرتز مناسب می‌کند.

2. نیکل روی (NiZn): ترانسفورماتورهای با هسته فریت نیکل روی در کاربردهای الکتریکی با فرکانس بین 2 مگاهرتز تا چند صد مگاهرتز استفاده می‌شوند. این نوع فریت مقاومت بیشتری نسبت به فریت های روی منگنز دارد و برای سلف های با فرکانس بالای 70 مگاهرتز مناسب است.

3. شن و ماسه: ترانسفورماتورهای با هسته فریت شن و ماسه عمدتاً برای سیم پیچ های با فرکانس بالا استفاده می‌شوند و به طور ایده‌آل فقط با فریت ها قابل استفاده هستند.

4. لمینیت/نانوکرستال و بی‌شکل: ترانسفورماتورهای با هسته لمینیت یا نانوکرستال عمدتاً در اینورترها، مجموعه‌های جوشکاری و UPS (سیستم‌های تامین برق بدون وقفه) استفاده می‌شوند. این نوع هسته‌ها به دلیل خواص مغناطیسی خوب، کاهش ضایعات قدرت و حفاظت از سیستم‌ها مناسب هستند.

با توجه به این توضیحات، ترانسفورماتورهای هسته فریت در انواع مختلف و برای کاربردهای متنوعی استفاده می‌شوند. انتخاب نوع مناسب بر اساس فرکانس کاری و نیازهای برقی هر کاربرد بسیار مهم است.

علت محبوبیت هسته فریت در ترانسفورماتور ها

محبوبیت هسته فریت در ترانسفورماتورها به علت مزایای زیر است:

1. مقاومت بالا در برابر جریان: فریت ها توانایی عمل به عنوان عایق در ترانسفورماتور را دارند و مقاومت بالایی در برابر جریان های بالا ارائه می دهند. این ویژگی بسیار مهم است زیرا جریان های بالا می توانند به داخل قطعات ترانسفورماتور نفوذ کنند و خسارت های جدی ایجاد کنند. با استفاده از هسته فریت، جریان های گردابی در محدوده فشاری هسته حبس می شوند و به قطعات دیگر ترانسفورماتور نفوذ نمی کنند.

2. تلفات جریان گردابی کم: فریت ها تلفات جریان گردابی را در فرکانس های مختلف به حداقل می رسانند. این ویژگی به ویژه برای ترانسفورماتور های فرکانس بالا و سلف های قابل تنظیم مهم است زیرا این ترانسفورماتورها با فرکانس های بالا کار می کنند و نیاز به کاهش تلفات جریان گردابی دارند که در غیر این صورت می توانند سبب خرابی و سوختگی قطعات شوند.

3. نفوذپذیری بالا: فریت ها دارای نفوذپذیری مغناطیسی بالا هستند، به این معنی که قادرند به خوبی میدان مغناطیسی را در خود جذب کنند و از پخش آن در محیط خارجی جلوگیری کنند. این ویژگی به کاهش اثرات الکترومغناطیسی از جریان های گردابی در ترانسفورماتورها کمک می کند.

4. عدم نیاز به لمینت کردن هسته: در ترانسفورماتورهای هسته فریت، لازم نیست هسته ها قبل از استفاده لمینت شوند. این موضوع باعث کاهش هزینه و زمان تولید ترانسفورماتور می شود.

5. قابلیت استفاده در فرکانس های بالا: هسته فریت به دلیل خواص مغناطیسی و الکتریکی خاص خود قابلیت استفاده در ترانسفورماتورها با فرکانس های بالا را دارد. در حالی که ترانسفورماتورهای هسته آهنی معمولاً برای فرکانس های پایین تر استفاده می شوند.

با توجه به این مزایا، ترانسفورماتورهای هسته فریت معمولاً تقاضای بیشتری نسبت به ترانسفورماتورهای هسته آهنی دارند و به عنوان یک گزینه محبوب برای بسیاری از نیازهای الکتریکی استفاده می شوند.

مزایای استفاده از ترانسفورماتورهای هسته فریت

ترانسفورماتورهای هسته فریت یک طیف گسترده از مزایا را برای کاربردهای الکتریکی ارائه می‌دهند. همانطور که در بالا ذکر شده است، برخی از مزایا عبارتند از:

1. نفوذپذیری مغناطیسی بالا: هسته فریت دارای نفوذپذیری مغناطیسی بالایی است که این امر توانایی آن را در ترانسفورماتورهای فرکانس بالا بهبود می‌بخشد. با این وجود، باید توجه داشت که هسته فریت مناسب برای فرکانس‌های بالا است و برای فرکانس‌های پایین مناسب نیست.

2. رسانایی الکتریکی پایین: هسته های فریت، با توجه به نفوذپذیری بالا و هدایت الکتریکی کم، امکان راه‌اندازی تلفات جریان گردابی را کاهش می‌دهند. به این ترتیب، در فرکانس‌های بالا، هسته فریت عملکرد بهبود یافته‌ای دارد.

3. وادارندگی بالاتر: هسته‌های نرم فریت از لحاظ وادارندگی نسبت به هسته‌های فریت سخت عملکرد بهتری دارند. آنها قادر به تغییر جهت مغناطیسی خود هستند و در عین حال از تلفات پسماند کمتری رنج می‌برند.

4. مقادیر Q بالا، حساسیت DC کم، ضریب پسماند پایین و اعوجاج سیگنال کم: هسته های فریت همچنین امکانات دیگری را در اختیار صنعت برق قرار می‌دهند. مقادیر Q بالا به معنی افزایش کارایی ترانسفورماتور است، حساسیت DC کم کاهش تلفات DC را نشان می‌دهد، ضریب پسماند پایین به معنی کاهش اندازه تلفات انرژی است و اعوجاج سیگنال کمتر به معنی کاهش تداخل الکترومغناطیسی است.

به طور کلی، ترانسفورماتورهای هسته فریت برخی از ویژگی‌های مهم را از جمله نفوذپذیری مغناطیسی بالا، رسانایی الکتریکی پایین، وادارندگی بالا و مقادیر Q بالا فراهم می‌کنند. این ویژگی‌ها آن را برای کاربردهای مختلف الکتریکی ایده آل می‌کنند.

نقطه ضعف ترانسفورماتور هسته فریت

ترانسفورماتورهای هسته فریت به عنوان یکی از انواع ترانسفورماتورها استفاده می‌شوند و دارای ویژگی‌ها و کاربردهای خاصی است. اما یکی از نقاط ضعف این نوع ترانسفورماتورها این است که به راحتی اشباع می‌شوند.

اشباع در یک ترانسفورماتور به وقوع می‌پیوندد وقتی که چگالی شار مغناطیسی در هسته ترانسفورماتور به حداکثر مقدار خود، معروف به چگالی شار اشباع، برسد. هنگامی که اشباع رخ می‌دهد، افزایش جریان در مسیر جریان خروجی (نوسانگرها، سنسورها و …) از بین می‌رود، چراغ‌ها ممکن است خاموش شوند و به طور کلی عملکرد ترانسفورماتور وابسته به شار دریافتی را از دست می‌دهد.

چگالی شار اشباع هسته فریت معمولاً کمتر از 0.5 تسلا است. این به این معناست که هسته فریت دچار اشباع شده و سیستم دیگر قادر به دریافت شار مغناطیسی بیشتر نمی‌باشد، در نتیجه برخی از کاربردهایی که نیاز به شار مغناطیسی بالا دارند، با استفاده از ترانسفورماتورهای هسته فریت محدود می‌شوند.

با توجه به این نقطه ضعف، ترانسفورماتورهای هسته‌های دیگری مثل هسته لامله و هسته آهنی نرم نیز استفاده می‌شوند. هسته لامله ترکیبی از ورقهای نازک فلزی است که به صورت یکپارچه در هم قرار گرفته‌اند و باعث می‌شود چگالی شار اشباع بالاتری داشته باشند. هسته آهنی نرم هم از نوعی فلز نرم تشکیل شده است که چگالی شار اشباع آن نیز بالاتر از هسته فریت است.

از طرفی، ترانسفورماتورهای هسته فریت را می‌توان در برخی کاربردهای خاص مورد استفاده قرار داد. این ترانسفورماتورها معمولاً در ارتباطات و فیلترها استفاده می‌شوند. به عنوان مثال، در سیستم‌های ارتباطی که نیاز به فیلترها و سیگنال‌های سنتزی دارند، ترانسفورماتورهای هسته فریت برای ارسال و دریافت اطلاعات از فرکانس‌های بالا استفاده می‌شوند.

با توجه به این نکات، می‌توان گفت که ترانسفورماتورهای هسته فریت با ترکیبات مختلف مواد و ساختارها قادر به دست‌یابی به خواص مطلوبی هستند و با در نظر گرفتن نقاط ضعفشان، برای کاربردهای مشخص قابل استفاده هستند.