ترانسفورماتور دستگاهی الکتریکی است که با استفاده از اصل القای الکترومغناطیسی، ولتاژ و جریان متناوب را بدون تغییر در فرکانس، افزایش یا کاهش می‌دهد. به زبان ساده‌تر، ترانسفورماتور می‌تواند برق را از ولتاژ بالا به ولتاژ پایین یا برعکس تبدیل کند.
چگونه ترانسفورماتور کار می‌کند؟
ترانسفورماتور از دو یا چند سیم‌پیچ تشکیل شده است که دور یک هسته مغناطیسی پیچیده شده‌اند. زمانی که جریان متناوب از سیم‌پیچ اولیه عبور می‌کند، یک میدان مغناطیسی متناوب در هسته ایجاد می‌شود. این میدان مغناطیسی در سیم‌پیچ ثانویه ولتاژی القا می‌کند. نسبت تعداد دور سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه، تعیین‌کننده‌ی نسبت ولتاژهای اولیه و ثانویه است.
اجزای اصلی ترانسفورماتور:
- هسته: معمولاً از جنس آهن یا آلیاژهای خاص ساخته شده و وظیفه هدایت میدان مغناطیسی را بر عهده دارد.
- سیم‌پیچ اولیه: سیم‌پیچی است که به منبع تغذیه متصل می‌شود.
- سیم‌پیچ ثانویه: سیم‌پیچی است که ولتاژ خروجی را تولید می‌کند.
- عایق: برای جلوگیری از اتصال کوتاه بین سیم‌پیچ‌ها و هسته استفاده می‌شود.
انواع ترانسفورماتور:
- ترانسفورماتور افزاینده: ولتاژ خروجی آن بیشتر از ولتاژ ورودی است.
- ترانسفورماتور کاهنده: ولتاژ خروجی آن کمتر از ولتاژ ورودی است.
- اتوترانسفورماتور: نوعی ترانسفورماتور است که تنها یک سیم‌پیچ دارد و بخشی از سیم‌پیچ به عنوان هم سیم‌پیچ اولیه و هم ثانویه عمل می‌کند.
- ترانسفورماتور قدرت: برای انتقال برق در شبکه‌های برق استفاده می‌شود.
- ترانسفورماتور توزیع: برای کاهش ولتاژ برای مصارف خانگی و صنعتی استفاده می‌شود.
- ترانسفورماتور اندازه‌گیری: برای اندازه‌گیری جریان و ولتاژ در مدارهای الکتریکی استفاده می‌شود.
کاربردهای ترانسفورماتور:
- انتقال برق: ترانسفورماتورهای قدرت برای افزایش ولتاژ در نیروگاه‌ها و کاهش آن در پست‌های توزیع استفاده می‌شوند.
- تجهیزات الکترونیکی: در بسیاری از تجهیزات الکترونیکی مانند تلویزیون‌ها، کامپیوترها و شارژرهای تلفن همراه از ترانسفورماتور استفاده می‌شود.
- صنایع: در صنایع مختلف مانند فولاد، خودروسازی و پتروشیمی برای تأمین برق مورد نیاز تجهیزات استفاده می‌شود.
مزایای استفاده از ترانسفورماتور:
- تغییر ولتاژ: امکان افزایش یا کاهش ولتاژ را فراهم می‌کند.
- جداسازی گالوانیکی: بین مدار اولیه و ثانویه جداسازی الکتریکی ایجاد می‌کند.
- افزایش راندمان: با کاهش تلفات انرژی در خطوط انتقال، راندمان سیستم را افزایش می‌دهد.
انواع مختلف ترانسفورماتور و کاربردهای آن‌ها
ترانسفورماتورها دستگاه‌های الکتریکی هستند که با استفاده از اصل القای الکترومغناطیسی، ولتاژ و جریان متناوب را بدون تغییر در فرکانس، افزایش یا کاهش می‌دهند. این دستگاه‌ها در صنایع مختلف و زندگی روزمره کاربردهای گسترده‌ای دارند.
طبقه‌بندی ترانسفورماتورها
ترانسفورماتورها بر اساس ویژگی‌های مختلفی مانند تعداد فاز، نوع هسته، کاربرد و… طبقه‌بندی می‌شوند. در ادامه به برخی از مهم‌ترین انواع ترانسفورماتور و کاربردهای آن‌ها اشاره می‌شود:
بر اساس تعداد فاز:
- تک فاز: در مدارهای تک فاز مانند مدارهای خانگی استفاده می‌شود.
- سه فاز: در شبکه‌های برق سه فاز برای انتقال و توزیع انرژی الکتریکی به کار می‌روند.
بر اساس نوع هسته:
- هسته آهنی: از ورق‌های آهن سیلیکون ساخته شده و در ترانسفورماتورهای قدرت و توزیع استفاده می‌شود.
- هسته فریتی: از جنس فریت ساخته شده و در ترانسفورماتورهای فرکانس بالا مانند ترانسفورماتورهای سوئیچینگ استفاده می‌شود.
بر اساس کاربرد:
- ترانسفورماتور قدرت: برای انتقال و توزیع برق در شبکه‌های برق استفاده می‌شود.
- ترانسفورماتور توزیع: برای کاهش ولتاژ برق به منظور استفاده در مصارف خانگی و صنعتی استفاده می‌شود.
- ترانسفورماتور اندازه‌گیری: برای اندازه‌گیری جریان و ولتاژ در مدارهای الکتریکی استفاده می‌شود.
- ترانسفورماتور ایمنی: برای جداسازی گالوانیکی بین مدارهای مختلف و افزایش ایمنی استفاده می‌شود.
- ترانسفورماتور اتو: نوعی ترانسفورماتور است که تنها یک سیم‌پیچ دارد و بخشی از سیم‌پیچ به عنوان هم سیم‌پیچ اولیه و هم ثانویه عمل می‌کند.
- ترانسفورماتور ایمپالس: برای تولید ولتاژهای بسیار بالا در مدت زمان کوتاه استفاده می‌شود.
- ترانسفورماتور فرکانس بالا: در مدارهای الکترونیکی با فرکانس بالا مانند مدارهای سوئیچینگ استفاده می‌شود.
کاربردهای دیگر ترانسفورماتورها
- تجهیزات الکترونیکی: در بسیاری از تجهیزات الکترونیکی مانند تلویزیون‌ها، کامپیوترها و شارژرهای تلفن همراه از ترانسفورماتور استفاده می‌شود.
- صنایع: در صنایع مختلف مانند فولاد، خودروسازی و پتروشیمی برای تأمین برق مورد نیاز تجهیزات استفاده می‌شود.
- سیستم‌های کنترل: در سیستم‌های کنترل صنعتی برای جداسازی مدارهای کنترل از مدارهای قدرت استفاده می‌شود.
عوامل موثر در انتخاب ترانسفورماتور
- ولتاژ ورودی و خروجی: نسبت تعداد دور سیم‌پیچ‌ها تعیین‌کننده‌ی نسبت ولتاژهای اولیه و ثانویه است.
- جریان نامی: حداکثر جریان قابل عبور از ترانسفورماتور.
- فرکانس: فرکانس ولتاژ تغذیه.
- نوع بار: نوع باری که به ترانسفورماتور متصل می‌شود.
- شرایط محیطی: دمای محیط، رطوبت و سایر عوامل محیطی.
