ترانسفورماتور یک دستگاه پرکاربرد در حوزه برق و الکترونیک است. این یک دستگاه الکترومغناطیسی است که از اصل اساسی الکترومغناطیس کشف شده توسط مایکل فارادی پیروی می کند. در این جا انواع ترانسفورماتورهای مورد استفاده در انواع مختلف برنامه ها را پوشش می دهیم. با این حال، همه نوع ترانسفورماتور از اصول یکسانی پیروی می کنند اما روش ساخت آن ها متفاوت است. و با کمی تلاش می توانید ترانسفورماتور خود را بسازید، اما هنگام ساخت ترانسفورماتور همیشه باید از تکنیک های محافظت از ترانسفورماتور پیروی کنید.
انواع ترانسفورماتور بر اساس سطح ولتاژ
ترانسفورماتور می تواند چندین نوع ساخت داشته باشد. ترانسفورماتور هیچ اتصال الکتریکی از یک طرف به طرف دیگر ندارد. با این حال، دو سیم پیچ مستقل از نظر الکتریکی می توانند الکتریسیته را با شار الکترومغناطیسی هدایت کنند. ترانسفورماتور می تواند چندین سیم پیچ در طرف اصلی و هم چنین در طرف ثانویه داشته باشد. در چندین مورد، چندین ضلع اولیه، که در آن دو سیم پیچ به صورت متصل به هم هستند، اغلب به عنوان مرکز ضربه زده نامیده می شود. این حالت ضربه زده مرکزی را می توان در طرف ثانویه نیز مشاهده کرد.
ترانسفورماتورها می توانند به گونه ای ساخته شوند که بتوانند سطح ولتاژ سمت اولیه را به سمت ثانویه تبدیل کنند. بسته به سطح ولتاژ، ترانسفورماتور دارای سه دسته است.
ترانسفورماتور کاهنده
ترانسفورماتور کاهنده هم در حوزه الکترونیک و هم در حوزه برق مورد استفاده قرار می گیرد. ترانسفورماتور کاهنده سطح ولتاژ اولیه را به ولتاژ پایین تر در خروجی ثانویه تبدیل می کند. این با نسبت سیم پیچ های اولیه و ثانویه به دست می آید. برای ترانسفورماتورهای کاهنده تعداد سیم پیچ ها در طرف اصلی بیش تر از طرف ثانویه است. بنابراین، نسبت سیم پیچ کلی اولیه و ثانویه همیشه بیش از 1 باقی می ماند.
در لوازم الکترونیکی، بسیاری از برنامه های کاربردی در 5V ،6V ،9V ،12V ،24V یا در برخی موارد 48V اجرا می شوند. برای تبدیل ولتاژ خروجی برق تک فاز 230V AC به سطح ولتاژ پایین مطلوب، ترانسفورماتور کاهنده مورد نیاز است. در ابزار دقیق و هم چنین در بسیاری از انواع تجهیزات برقی، ترانسفورماتور کاهنده نیاز اصلی بخش قدرت است. آن ها هم چنین در آداپتورهای برق و مدارهای شارژر تلفن همراه استفاده می شوند.
در سیستم های الکتریکی، ترانسفورماتورهای کاهنده در سیستم توزیع الکتریکی استفاده می شود که با ولتاژ بسیار بالا کار می کند تا از تلفات کم و راه حل مقرون به صرفه برای نیازهای تحویل برق از راه دور اطمینان حاصل کند. برای تبدیل ولتاژ بالا به خط تغذیه ولتاژ پایین، از ترانسفورماتور کاهنده استفاده می شود.
ترانسفورماتور افزاینده
ترانسفورماتور افزاینده دقیقاً مقابل ترانسفورماتور کاهنده قرار دارد. ترانسفورماتور افزاینده ولتاژ اولیه پایین را به ولتاژ ثانویه بالا افزایش می دهد. دوباره با نسبت سیم پیچ اولیه و ثانویه به دست می آید. برای ترانسفورماتور افزاینده، نسبت سیم پیچ اولیه و سیم پیچ ثانویه کم تر از 1 باقی می ماند. این بدان معناست که تعداد پیچ در سیم پیچ ثانویه بیش تر از سیم پیچ اولیه است.
در لوازم الکترونیکی، ترانسفورماتورهای افزاینده اغلب در تثبیت کننده ها، اینورترها و غیره که ولتاژ پایین به ولتاژ بسیار بیش تری تبدیل می شود، استفاده می شود.
ترانسفورماتور افزاینده در توزیع برق نیز استفاده می شود. ولتاژ بالا برای کاربردهای مربوط به توزیع برق مورد نیاز است. ترانسفورماتور افزاینده در شبکه برای افزایش سطح ولتاژ قبل از توزیع استفاده می شود.
ترانسفورماتور جداکننده یا ایزوله
ترانسفورماتور جداکننده هیچ سطح ولتاژی را تبدیل نمی کند. ولتاژ اولیه و ولتاژ ثانویه یک ترانسفورماتور ایزوله همیشه ثابت می ماند. این به این دلیل است که نسبت سیم پیچ اولیه و ثانویه همیشه برابر 1 است. این بدان معناست که تعداد دور در سیم پیچ اولیه و ثانویه در ترانسفورماتور ایزوله یکسان است.
ترانسفورماتور جداکننده برای جداسازی اولیه و ثانویه استفاده می شود. همان طور که قبلاً بحث شد، ترانسفورماتور هیچ اتصال الکتریکی بین اولیه و ثانویه ندارد، هم چنین از آن به عنوان یک مانع جداسازی استفاده می شود که در آن هدایت فقط با شار مغناطیسی اتفاق می افتد. برای ایمنی و لغو انتقال نویز از اولیه به ثانویه یا برعکس استفاده می شود.
انواع ترانسفورماتور بر اساس سیم پیچ
ترانسفورماتورهای مبتنی بر سیم پیچ در زیر مورد بحث قرار گرفته است.
ترانسفورماتور دو سیم پیچ
ترانسفورماتورهای مبتنی بر سیم پیچ شامل دو سیم پیچ جداگانه برای هر فاز مانند اولیه و ثانویه است. در این جا سیم پیچ اولیه را می توان از طریق ورودی AC تأمین کرد در حالی که ثانویه را می توان از طریق بار متصل کرد. این دو سیم پیچ از نظر الکتریکی جدا شده اما از نظر مغناطیسی به هم متصل می شوند.
EMF ناشی از سیم پیچ ثانویه به دلیل شار مغناطیسی متغیر است که می تواند ناشی از تغییر جریان در سیم پیچ اولیه باشد، که به آن القایی متقابل نیز گفته می شود. بنابراین ولتاژ o/p صرفاً به دلیل القایی است. این ولتاژ عمدتا به نسبت سیم پیچ ها بستگی دارد و می تواند ولتاژ ورودی را افزایش یا کاهش دهد.
اتوترانسفورماتور
ترانسفورماتور خودکار شبیه ترانسفورماتور دو سیم پیچ است اما از نظر ارتباط سیم پیچ اولیه و ثانویه ترانسفورماتور متفاوت است.
ترانسفورماتورهای استاندارد دارای سیم پیچ های اولیه و ثانویه هستند که در دو جهت مختلف قرار گرفته اند، اما در سیم پیچ های اتوترانسفورماتور، سیم پیچ های اولیه و ثانویه به صورت فیزیکی و مغناطیسی به صورت سری به یکدیگر متصل می شوند.
انواع ترانسفورماتور بر اساس فاز
ترانسفورماتورهای بر اساس فاز در زیر مورد بحث قرار گرفته است.
ترانسفورماتور تک فاز
این یک دستگاه ثابت است و اصل کار ترانسفورماتور تک فاز عمدتا به قانون القایی متقابل فارادی بستگی دارد. در سطح پایدار فرکانس و سطح اختلاف ولتاژ، این نوع ترانسفورماتور قدرت AC را با استفاده از یک مدار به مدار دیگر منتقل می کند. این ترانسفورماتور شامل دو نوع سیم پیچ اولیه و ثانویه است. منبع تغذیه AC به سیم پیچ اولیه ارائه می شود در حالی که بار به سیم پیچ ثانویه متصل می شود.
ترانسفورماتور سه فاز
ترانسفورماتور سه فاز شامل شش سیم پیچ، سه مورد برای اولیه و سه مورد برای ثانویه است. سیم پیچ های هر طرف (ضلع اولیه و ثانویه) را می توان در پیکربندی دلتا یا ستاره متصل کرد. از لحاظ تئوری، سه ترانسفورماتور تک فاز را می توان به هم متصل کرد و یک ترانسفورماتور سه فاز ایجاد کرد.
منبع تغذیه سه فاز بیش تر برای تولید، انتقال و توزیع نیروی الکتریکی در صنایع استفاده می شود.
انواع ترانسفورماتور بر اساس عایق استفاده شده
ترانسفورماتورهای بر اساس عایق استفاده شده در زیر مورد بحث قرار گرفته است.
ترانسفورماتور نوع خشک
این نوع ترانسفورماتور هیچ گونه سیستم خنک کننده مایع ندارد. سیم پیچ ها با رزین اپوکسی پوشانده شده اند تا از رطوبت محافظت شود. بنابراین تنها وسیله خنک کننده هوا است.
از آن جا که هوا عایق خوبی نیست، ترانسفورماتور خشک از کویل های بزرگ و مواد سیم پیچ برای جبران درجه حرارت بالا و درجه بندی استفاده می کند. به همین دلیل ترانسفورماتورهای نوع خشک در درجه بالای 33 کیلو ولت موجود نیستند.
به دلیل سیستم خنک کننده ضعیف، آن ها داغ می شوند که طول عمر آن ها را کوتاه می کند.
علاوه بر این، برای اطمینان از گردش هوا، بازرسی منظم برای حفظ وضعیت کار مورد نیاز است.
آن ها در محیط داخلی استفاده می شوند زیرا برای آتش گرفتن خطر کم تری دارند. نصب آن ها راحت است.
ترانسفورماتور غوطه ور در روغن
چنین نوع ترانسفورماتورها از روغن قابل احتراق برای اهداف خنک کننده استفاده می کند. روغن، خنک کننده بهتری نسبت به ترانسفورماتور نوع خشک ارائه می دهد، به همین دلیل از آن ها برای ترانسفورماتورهای درجه بالا در محیط های خشن بیرونی استفاده می شود.
معایب این نوع ترانسفورماتورها این است که اندازه آن ها به دلیل مخزن روغن و سنسورهای مورد نیاز برای بررسی رطوبت و غیره بزرگ است و حاوی روغن قابل اشتعال است بنابراین برای محیط های داخلی مناسب نیستند.
انواع ترانسفورماتور بر اساس مواد هسته
ترانسفورماتور با هدایت شار الکترومغناطیسی از طریق یک ماده هسته ای، انرژی را منتقل می کند. مواد مختلف هسته چگالی شار متفاوتی تولید می کنند. بسته به مواد اصلی، چندین نوع ترانسفورماتور در حوزه قدرت و الکترونیک استفاده می شود.
ترانسفورماتور هسته آهنی
ترانسفورماتور هسته آهنی از چندین صفحه نرم به عنوان ماده اصلی استفاده می کند. به دلیل خواص مغناطیسی عالی آهن، اتصال شار ترانسفورماتور هسته آهن بسیار زیاد است. بنابراین، کارایی ترانسفورماتور هسته آهنی نیز زیاد است.
صفحات هسته نرم آهنی را می توان در اشکال و اندازه های مختلف در دسترس داشت. بسته به اندازه و شکل هسته، انواع مختلفی از صفحات هسته ای در بازار موجود است. چند شکل رایج E ، I ، U ، L و غیره است. صفحات آهنی نازک هستند و صفحات متعددی در کنار هم قرار گرفته و هسته اصلی را تشکیل می دهند. به عنوان مثال، هسته های نوع E با صفحات نازک با ظاهری از حرف E ساخته می شوند.
ترانسفورماتور هسته فریت
ترانسفورماتور هسته فریت به دلیل نفوذپذیری مغناطیسی بالا از هسته فریت استفاده می کند. این نوع ترانسفورماتور در کاربردهای فرکانس بالا تلفات بسیار کمی را ارائه می دهد. به همین دلیل، ترانسفورماتورهای هسته فریت در برنامه های فرکانس بالا مانند منبع تغذیه حالت سوئیچ (SMPS)، برنامه های مرتبط با RF و غیره استفاده می شود.
ترانسفورماتور هسته تروئید
ترانسفورماتور هسته تروئید از مواد هسته ای مانند هسته آهن یا هسته فریت استفاده می کند. تروئیدها مواد هسته ای شکل حلقه یا دونات هستند و به طور گسترده ای برای عملکرد الکتریکی برتر استفاده می شوند. با توجه به شکل حلقه، سلف نشتی بسیار کم است و القاء و عوامل Q بسیار بالایی را ارائه می دهد. سیم پیچ ها نسبتاً کوتاه هستند و وزن آن ها بسیار کم تر از ترانسفورماتورهای معمولی و یکسان است.
ترانسفورماتور هسته هوا
ترانسفورماتور هسته هوا از هیچ هسته مغناطیسی فیزیکی به عنوان ماده اصلی استفاده نمی کند. اتصال شار ترانسفورماتور هسته هوا به طور کامل با استفاده از هوا انجام می شود.
در ترانسفورماتور هسته هوا، سیم پیچ اولیه با جریان متناوب تغذیه می شود که یک میدان الکترومغناطیسی در اطراف آن ایجاد می کند. هنگامی که یک سیم پیچ ثانویه در داخل میدان مغناطیسی قرار می گیرد، طبق قانون القایی فارادی، سیم پیچ ثانویه با یک میدان مغناطیسی القا می شود که بیش تر برای ایجاد بار استفاده می شود.
با این حال، ترانسفورماتور هسته هوا در مقایسه با مواد هسته فیزیکی مانند هسته آهن یا فریت، اندوکتانس متقابل پایینی تولید می کند
از این دستگاه در لوازم الکترونیکی قابل حمل و هم چنین برنامه های مربوط به فرکانس رادیویی استفاده می شود. به دلیل عدم وجود مواد هسته ای فیزیکی، از نظر وزن بسیار سبک است. ترانسفورماتور هسته مناسب تنظیم شده هم چنین در راه حل های شارژ بی سیم استفاده می شود، جایی که سیم پیچ های اولیه در داخل شارژر ساخته شده و سیم پیچ های ثانویه در داخل دستگاه مورد نظر قرار می گیرند.
انواع ترانسفورماتورها بر اساس کاربرد
چندین نوع ترانسفورماتور نیز موجود است که در یک حوزه خاص کار می کند. هر دو بخش الکترونیک و برق، چندین ترانسفورماتور اختصاصی به عنوان ترانسفورماتور کاهنده یا افزاینده بر اساس کاربرد دارند. بنابراین، ترانسفورماتورها را می توان بر اساس کاربرد به شرح زیر طبقه بندی کرد:
حوزه قدرت
- ترانسفورماتور قدرت
- ترانسفورماتور اندازه گیری
- ترانسفورماتور توزیع
حوزه الکترونیک
- ترانسفورماتور پالس
- ترانسفورماتور خروجی صدا
ترانسفورماتورهای مورد استفاده در حوزه قدرت
در بخش برق، حوزه قدرت به تولید، اندازه گیری و توزیع برق می پردازد. با این حال، این میدان بسیار وسیعی است که ترانسفورماتورها بخش مهمی از انتقال ایمن برق و تحویل موفق برق به پست و به کاربران نهایی هستند.
ترانسفورماتورهایی که در حوزه قدرت استفاده می شوند می توانند هم در فضای باز و هم در داخل اما بیش تر در فضای باز باشند.
ترانسفورماتور قدرت
ترانسفورماتورهای قدرت از نظر اندازه بزرگ تر هستند و برای انتقال انرژی به پست یا منبع برق عمومی استفاده می شوند. این ترانسفورماتور به عنوان پلی بین مولد برق و شبکه توزیع اولیه عمل می کند. بسته به قدرت و مشخصات توان، ترانسفورماتورهای قدرت را می توان به سه دسته تقسیم کرد: ترانسفورماتور قدرت کوچک، ترانسفورماتور قدرت متوسط و ترانسفورماتور قدرت بزرگ. امتیاز می تواند بیش از 30KVA تا 500-700KVA یا در برخی موارد برای ترانسفورماتور قدرت نامی کوچک معادل یا بیش تر از 7000KVA باشد. ترانسفورماتور قدرت متوسط می تواند تا 50-100 MVA باشد در حالی که ترانسفورماتورهای قدرت نامی بزرگ قادر به تحمل بیش از 100MVA هستند.
به دلیل تولید برق بسیار بالا، ساخت ترانسفورماتور قدرت نیز بسیار مهم است. ساختار شامل لوازم جانبی جامد عایق و سیستم خنک کننده متعادل است. رایج ترین ترانسفورماتورهای قدرت با روغن پر می شوند.
اصل اصلی ترانسفورماتور قدرت تبدیل جریان بالا ولتاژ پایین به جریان کم ولتاژ بالا است. این امر برای به حداقل رساندن اتلاف توان در سیستم توزیع برق مورد نیاز است.
پارامتر مهم دیگر برای ترانسفورماتور قدرت در دسترس بودن فاز است. به طور معمول ترانسفورماتورهای قدرت در سیستم سه فاز کار می کنند، اما در برخی موارد از ترانسفورماتورهای قدرت کوچک تک فاز نیز استفاده می شود. ترانسفورماتورهای قدرت سه فاز پرهزینه ترین و کارآمدتر از ترانسفورماتورهای قدرت تک فاز هستند.
ترانسفورماتور اندازه گیری
ترانسفورماتور اندازه گیری اغلب به عنوان ترانسفورماتور ابزار شناخته می شود. این یکی دیگر از ابزارهای اندازه گیری متداول در حوزه قدرت است. ترانسفورماتور اندازه گیری برای جداسازی توان اصلی و تبدیل جریان و ولتاژ در نسبت کوچک تر به خروجی ثانویه استفاده می شود. با اندازه گیری خروجی، می توان فاز، جریان و ولتاژ خط برق واقعی را اندازه گیری کرد.
ترانسفورماتور توزیع
این در آخرین فاز سیستم توزیع قدرت استفاده می شود. ترانسفورماتورهای توزیع یک ترانسفورماتور کاهنده هستند که ولتاژ بالای شبکه را به ولتاژ مورد نیاز مشتری نهایی، 110 ولت یا 230 ولت تبدیل می کنند. هم چنین می توانند تک فاز یا سه فاز باشند.
بسته به ظرفیت تبدیل یا رتبه بندی، ترانسفورماتورهای توزیع می توانند از نظر شکل کوچک تر و بزرگ تر باشند.
ترانسفورماتورهای توزیع را می توان بر اساس نوع عایق مورد استفاده طبقه بندی کرد. این می تواند یک نوع خشک باشد یا می تواند در مایع غوطه ور شود. این با استفاده از صفحات فولادی چند لایه ساخته شده است که بیش تر به شکل C به عنوان یک ماده اصلی ساخته شده اند.
ترانسفورماتور توزیع هم چنین دارای طبقه بندی متفاوتی بر اساس محل استفاده است. ترانسفورماتور را می توان بر روی یک قطب برق نصب کرد، در این صورت، آن را ترانسفورماتورهای توزیع قطبی می نامند. می توان آن را در داخل یک محفظه زیرزمینی قرار داد، روی یک پد بتنی (ترانسفورماتور توزیع نصب شده روی پد) یا داخل یک جعبه فولادی محصور نصب کرد.
به طور کلی، ترانسفورماتورهای توزیع دارای امتیاز کم تر از 200 کیلو ولت آمپر هستند.
ترانسفورماتور مورد استفاده در حوزه الکترونیک
در وسایل الکترونیکی، ترانسفورماتورهای کوچک مینیاتوری مورد استفاده قرار می گیرند که می توانند بر روی مدار چاپی نصب شده یا در داخل محفظه محصول کوچک ثابت شوند.
ترانسفورماتور پالس
ترانسفورماتورهای پالس یکی از پرکاربردترین ترانسفورماتورهای نصب شده بر روی مدار چاپی هستند که پالس های الکتریکی را در دامنه ثابت تولید می کنند. در مدارهای دیجیتالی مختلف که تولید پالس در یک محیط جداگانه مورد نیاز است، مورد استفاده قرار می گیرد. بنابراین، ترانسفورماتورهای پالس اولیه و ثانویه را جدا کرده و پالس های اولیه را به مدار ثانویه، اغلب دروازه ها یا محرک های منطقی دیجیتال، توزیع می کنند.
ترانسفورماتورهای پالس که به درستی ساخته شده اند باید به جداسازی گالوانیک مناسب و هم چنین نشتی کوچک و ظرفیت سرگردان نیاز داشته باشند.
ترانسفورماتور خروجی صدا
ترانسفورماتور صوتی یکی دیگر از ترانسفورماتورهای رایج در حوزه الکترونیک است. این برنامه به ویژه در برنامه های مربوط به صدا استفاده می شود که در آن تطبیق امپدانس مورد نیاز است. ترانسفورماتور صوتی مدار تقویت کننده و بارها را متعادل می کند، معمولاً یک بلندگو. ترانسفورماتور صوتی می تواند دارای چندین سیم پیچ اولیه و ثانویه، جدا یا مرکزی باشد.
ما را در فیسبوک دنبال کنید.
