راهنمای جامع انواع ترانسفورماتورها + کاربرد و اجزای آن‌ها

ترانسفورماتور چیست؟

ترانسفورماتور یکی از اساسی‌ترین عناصر سیستم‌های قدرت و شبکه انتقال می‌باشد. امروزه با پیدایش و گسترش علم الکترونیک قدرت در بسیاری از دستگاه‌ها از این عنصر حیاتی استفاده می‌شود. از یک شارژر تلفن همراه بسیار کوچک گرفته تا محرک‌های موتورهای بسیار بزرگ الکتریکی از انواع مختلف ترانسفورماتور استفاده می‌کنند.

مهم نیست ترانس‌ها به چه شکلی یا در چه اندازه‌ای باشند، هدف کلی این تجهیزات : تبدیل توان الکتریکی از یک نوع به نوع دیگر است. ترانسفورماتور اغلب برای تغییر سطوح ولتاژ مختلف هم به کار می‌روند. امروزه به کمک ترانسفورماتور می‌توانیم برق را از محل تولید آن به دورترین نقاط کشور و با حداقل تلفات هدایت کنیم.

در مسیر این انتقال روستاها و مناطق کم‌جمعیت هم به‌وسیله‌ی ترانس‌ها برق‌رسانی می‌شوند.

ساختمان یا پیکربندی یک ترانسفورماتور چگونه است؟

ترانسفورماتور به‌طورکلی از چهار بخش اصلی تشکیل‌شده است: هسته آهنی- سیم‌پیچ- اتصالات ورودی- اتصالات خروجی

هسته آهنی:

هسته ترانسفورماتور یک مسیر کنترل‌شده برای شار مغناطیسی تولیدشده در ترانس را فراهم می‌کند. هسته تنها یک میله فولادی جامد نیست بلکه از صفحات یا لایه‌های فولادی باریک تشکیل‌شده است. هسته برای کاهش و یا حتی جلوگیری از تولید گرما در سیستم ترانس استفاده می‌شود. هرچه ابعاد هسته بزرگ‌تر باشد، قابلیت انتقال توان الکتریکی ترانسفورماتور افزایش می‌یابد.

سیم‌پیچ:

به‌طورکلی دو نوع سیم‌پیچ وجود دارد: سیم‌پیچ اصلی و سیم‌پیچ ثانویه. سیم‌پیچ اصلی، توان را از منبع به دست می‌آورد و به ولتاژ ورودی متصل است.سیم‌پیچ ثانویه، انرژی را در ولتاژ تبدیل‌شده یا تغییریافته به بار منتقل می‌کند. به‌طورمعمول این دو سیم‌پیچ به چندین سیم‌پیچ تقسیم می‌شوند تا باعث کاهش فرایند ایجاد شار شوند.

اتصالات ورودی:

این بخش جدای از اینکه بخش ورودی ترانس است، بخش اصلی ترانس نیز محسوب می‌شود، زیرا توان الکتریکی اصلی که باید تغییر کند به این نقطه متصل می‌شود.

اتصالات خروجی:

بخش خروجی ترانسفورماتوراست که در آن توان الکتریکی به بار فرستاده می‌شود. در این قسمت توان الکتریکی افزایش یا کاهش می‌یابد، که بستگی به نیاز بار دارد.

انواع ترانسفورماتور چیست؟

ترانسفورماتورها را بر اساس مولفه های گوناگون نظیر کاربرد، طراحی، ساخت، فرکانس، توان، تعداد فاز و… می‌توان دسته‌بندی کرد. در این مقاله به شرح مهم‌ترین انواع ترانسفورماتور می‌پردازیم.

انواع ترانسفورماتور بر اساس جنس و ساختار هسته

ساختار هسته وسیم پیچ‌ها انواع متفاوتی دارد که با توجه به نوع کاربرد از ساختارهای متفاوتی استفاده می‌شود.

ترانسفورماتور با هسته‌ی هوایی

هسته اصلی این نوع ترانسفورماتور پلاستیک یا هوا می‌باشد. نفوذپذیری مغناطیسی هوا بسیار کم می‌باشد، به همین دلیل شار پیوندی بین سیم‌پیچ‌ها وجود ندارد زیرا مسیر شار از طریق هوا برقرار است.

تلفات هسته با افزایش فرکانس زیاد می‌شود. عدم وجود هسته مغناطیسی باعث کاهش تلفات هسته نیز می‌شود.

ترانسفورماتور با هسته هوایی برای جریان فرکانس رادیویی مناسب است و همچنین به خاطر جرم کم آن برای دستگاه‌های الکترونیکی سیار مانند فرستنده‌ی رادیویی و… نیز مناسب است.

ترانسفورماتور با هسته فرو مغناطیسی/آهنی

در این نوع ترانسفورماتور یک هسته‌ی فرو مغناطیسی برای افزایش میدان مغناطیسی آن استفاده می‌شود. نفوذپذیری مغناطیسی ماده مورداستفاده شدت میدان مغناطیسی را تحت تأثیر قرار می‌دهد. ماده فرو مغناطیسی رایج آهن می‌باشد که در این ترانسفورماتورها استفاده می‌شود.

ترانسفورماتور با هسته آهنی برای کاربردهایی با بار سنگین و فرکانس پایین مانند منبع تغذیه مناسب هستند.

انواع ترانسفورماتور بر اساس تبدیل ولتاژ افزاینده یا کاهنده

ترانسفورماتورها یا از نوع افزاینده ولتاژ یا از نوع کاهنده ولتاژ هستند. البته می‌توانند هر دو خاصیت را به‌طور هم‌زمان و در تنظیمات مختلف داشته باشند. یک نوع از ترانسفورماتورها هم وجود دارد که نه افزاینده هستند و نه کاهنده این نوع ترانسفورماتورها به‌طورمعمول تغییری در سطح ولتاژ ایجاد نمی‌کنند.

ترانسفورماتور افزاینده

در این نوع ترانسفورماتورها ولتاژ ثانویه‌ی آن بیشتر از ولتاژ اولیه‌ی آن است. ترانسفورماتور افزاینده به دلیل توانایی افزایش ولتاژ دریافتی برای پاسخگویی به‌کاربرده‌ای خاص شناخته‌شده است. برای مثال در کشوری که منبع برق آن 110 ولت است، برای تولید برق 220 ولت از ترانسفورماتور افزاینده استفاده می‌شود. زیرا می‌توانند ولتاژ برق را افزایش دهند.

با گسترش روزافزون و پیشرفت ترانسفورماتور افزاینده از آن برای انتقال برق به شهرها و روستاهای دورافتاده استفاده‌شده است. استفاده از ترانسفورماتور افزاینده دو هدف مهم یعنی کاهش قیمت برق و انتقال برق به مناطق دورافتاده را محقق ساخته است.

ترانسفورماتور کاهنده

این نوع ترانسفورماتورها خروجی ولتاژ بالا را به جریان کم تبدیل می‌کنند. در ترانسفورماتور کاهنده سیم‌پیچ ثانویه تعداد دور کمتری نسبت به نوع اولیه دارد. ترانسفورماتورهای کاهنده برای ارائه‌ی مقدار ولتاژ پایین طراحی‌شده‌اند و برای تجهیزات الکترونیکی مختلف مورداستفاده قرار می‌گیرند. از ترانس کاهنده ولتاژ به‌عنوان ترانسفورماتور توزیع، انتقال انرژی با کمترین تلفات و ارزان، ولتاژهای خروجی مختلف، هزینه کم، اطمینان و دوام بالا استفاده می‌شود.

کاربرد ترانسفورماتور کاهنده

کاربردهای مختلفی برای ترانس کاهنده وجود دارد ازجمله:

در لوازم‌خانگی در بسیاری از آداپتورها و شارژرها برای گوشی‌های همراه، وسایل تصویری و صوتی

در تلویزیون‌ها، تعدیل‌کننده ولتاژ، اینورترهاو…

کاهش ولتاژ وافزایش جریان در ماشین جوش کاری

کاهش ولتاژ هنگام انتقال انرژی الکتریکی در خطوط برق

انواع ترانسفورماتور کاهنده

ترانسفورماتور کاهنده به سه دسته اصلی تقسیم می شوند:

ترانسفورماتورکاهنده ی تک فاز، ترانسفورماتورکاهنده با تپ مرکزی، ترانسفورماتورکاهنده ی مولتی تپ

انواع ترانسفورماتور براساس کاربرد

براساس کاربرد چهار نوع ترانسفورماتور وجود دارد.

ترانسفورماتور قدرت

این نوع ترانسفورماتورها برای افزایش ویا کاهش ولتاژ های موجود در نیروگاه برای انتقال کارامد برق به کار می روند.

انواع ترانسفورماتور قدرت: تراسفورماتورقدرت کوچک، ترانسفورماتورقدرت متوسط و بزرگ تقسیم می شوند.

ترانسفورماتور توزیع

این نوع ترانسفورماتور تبدیل نهایی ولتاژ را در شبکه توزیع برق انجام می دهد و برای توزیع برق به مصارف خانگی یا تجاری استفاده می شوند و دارای توان های مختلفی هستند. این نوع ترانسفورماتور از ترانسفورماتورقدرت کوچک تر و نصب آن آسان تر است.

ترانسفورماتور ایزولاسیون

این نوع ترانسفورماتور برای ایزوله سازی الکتریکی وسایل استفاده می شود. وهدف آن جلوگیری از برق گرفتگی است و مورد استفاده برای انتقال انرژی الکتریکی از یک منبع جریان متناوب به برخی از تجهیزات و یا دستگاه ها است.

ترانسفورماتور ابزار دقیق

این نوع ترانسفورماتور برای اندازه گیری جریان و ولتاژ بالا مورد استفاده قرار می گیرد. ترانسفورماتورهای ابزاری دو نوع هستند: ترانسفورماتور جریان و ترانسفورماتور ولتاژ که هر یک عملکرد خاص خود را به عهده دارند.

انواع ترانسفورماتور براساس تعداد فاز

درشبکه برق قدرت و در مصرف کننده های سه فاز از ترانسفورماتور سه فاز ودر مصرف کننده های تک فاز از ترانسفورماتور تک فاز استفاده می شود.

ترانسفورماتور تک فاز

این نوع ترانسفورماتورها از برق AC تک فاز استفاده می کنند و خروجی آنها معمولا در سطح ولتاژ بالاتر یا پایین تر می باشد. در ترانس تک فاز انرژی از طریق القاء مغناطیسی از یک مدار به یک یا چند مدار منتقل می شود؛ بنابراین این ترانسفورماتور ها مبتنی بریک چرخه ولتاژ هستند که در یک بازه زمانی واحد عمل می کند.

ترانسفورماتور سه فاز

این نوع ترانسفورماتورها در سیستم های قدرت برای تبدیل مجموعه متعادل ولتاژهای سه فاز از سطحی به سطح دیگر به کار می روند. ترانسفورماتورهای سه فاز معمولا چهار اتصال پایه دارند وبرای انتقال و توزیع برق به کار می روند. به جای یک تراسفورماتور سه فاز میتوانید از سه تراسفورماتور تک فاز استفاده کنید.

ودرپایان

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