ترانسفورماتور Transformer (تک فاز) عملکرد ، ساختار ، کاربرد ها (برق _ الکترونیک)
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید )
نکته:ترانسفورماتور Transformer، یک مبدل (تبدیل کننده) ولتاژ است، که بر اساس میدان مغناطیسی کار می کند و از آن در شبکه ها و وسایل الکتریکی و الکترونیکی استفاده می شود. ترانسفورماتور در نوع انرژی الکتریکی تغییری ایجاد نمی کند، ولی مقادیر ولتاژ و جریانی آن را تغییر می دهد.
ترانسفورماتور از یک هسته قرار دارد. این دو سیم پیچ نسبت به یکدیگر و نسبت به هسته آهنی عایق هستند، یعنی هیچ ارتباط الکتریکی بین آنها برقرار نمی شود. سیم پیچ متصل به منبع ولتاژ » سیم پیچ اولیه « نام دارد. این سیم پیچ، انرژی الکتریکی را تحت I1 دریافت می کند. سیم پیچی که به مصرف کننده متصل V1 و جریان ولتاژ می شود »سیم پیچ ثانویه « نامیده می شود. این سیم پیچ، انرژی الکتریکی را به مصرف کننده می دهد.
در سیم پیچ ترانسفورماتور از سیم مسی روکش دار استفاده می شود. سطح مقطع سیم های ترانس متناسب با جریان برای سیم پیچی ترانسفورماتور، معمولاً روی قرقره های پالستیکی (ترمو پلاست) مورد نیاز مصرف کننده محاسبه می شود. سیم پیچ ترانسفورماتور های کوچک را معمولا می پیچند و از سیم های الکی با مقطع گرد استفاده می کنند. تعداد دور سیم پیچ ها را با حرف N نشان می دهند.هستۀ ترانسفورماتور از آهن است و به شکل های مختلف ساخته می شود. برای کاهش تلفات در ترانسفورماتور ها، و کاهش حرارت جنس هسته ترانسفورماتور ها Transformer را ورق ورق می سازند. ورقه هایی که شکل »EI » دارند، از جمله ورق های پر کاربرد برای هسته ترانسفورماتور هستند.
ترانسفورماتور وسیله‌ای است که انرژی الکتریکی را به وسیلهٔ دو یا چند سیم پیچ و از طریق القای الکتریکی از یک مدار به مداری دیگر منتقل می‌کند. به این صورت که جریان جاری در مدار اول (اولیهٔ ترانسفورماتور) موجب به وجود آمدن یک میدان مغناطیسی در اطراف سیم پیچ اول می‌شود، این میدان مغناطیسی به نوبهٔ خود موجب به وجود آمدن یک ولتاژ در مدار دوم می شود که با اضافه کردن یک بار به مدار دوم این ولتاژ می‌تواند به ایجاد یک جریان ثانویه بینجامد.ولتاژ القا شده در ثانویه VS و ولتاژ دو سر سیم پیچ اولیه VP دارای یک نسبت با یکدیگرند که به طور آرمانی برابر نسبت تعداد دور سیم پیچ ثانویه به سیم پیچ اولیه است. به این ترتیب با اختصاص دادن امکان تنظیم تعداد دور سیم پیچ های ترانسفورماتور ، می‌توان امکان تغییر ولتاژ در سیم پیچ ثانویهٔ ترانس را فراهم کرد.
یکی از کاربرد های بسیار مهم ترانسفورماتور ها کاهش جریان پیش از خطوط انتقال انرژی الکتریکی است. دلیل استفاده از ترانسفورماتور در ابتدای خطوط این است که همه هادی‌های الکتریکی دارای میزان مشخصی مقاومت الکتریکی هستند، این مقاومت می‌تواند موجب اتلاف انرژی در طول مسیر انتقال انرژی الکتریکی شود. میزان تلفات در یک هادی با مجذور جریان عبوری از هادی رابطهٔ مستقیم دارد و بنابر این با کاهش جریان می‌توان تلفات را به شدت کاهش داد. با افزایش ولتاژ در خطوط انتقال به همان نسبت جریان خطوط کاهش می یابد و به این ترتیب هزینه های انتقال انرژی نیز کاهش می یابد، البته با نزدیک شدن خطوط انتقال به مراکز مصرف برای بالا بردن ایمنی ولتاژ خطوط در چند مرحله و باز به وسیله ترانسفورماتور ها Transformer کاهش می یابد تا به میزان استاندارد مصرف برسد. به این ترتیب بدون استفاده از ترانسفورماتور ها امکان استفاده از منابع دور دست انرژی فراهم نمی آمد.
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید )