آشنایی با ترانسفورماتور و انواع آن
ترانسفورماتور که به آن ترانس و مبدل نیز گفته میشود دستگاهی پر کاربرد در صنایع است که وظیفه اصلی آن تغییر دادن جریان پایین و ولتاژ زیاد به جریان بالا و ولتاژ پایین است. در حقیقی این مبدل‌ها قادر هستند تا با کمترین میزان ورودی بیشترین بازدهی را ایجاد نمایند. از نظر ساختاری و عملکرد ترانس‌ها به انواع مختلفی تقسیم بندی می‌شوند. همچنین در موارد متفاوتی نیز به‌کار گرفته می‌شوند. یکی از مهم‌ترین کارهایی که امروزه و به‌وسیله این تجهیزات انجام می‌گیرد انتقال دادن برق به‌دورترین مناطق از منبع تولید و با کمترین میزان تلفات انرژی است. برای آشنایی بیشتر با این تجهیز و انواع و کاربردهایی که دارد با ما تا انتهای این مقاله همراه باشید.
مطلب مرتبط: انواع تست ترانسفورماتورهای قدرت
ترانسفورماتور چیست؟
این تجهیز یکی از اصلی‌ترین بخش‌های تشکیل دهنده یک سیستم قدرت الکتریکی بحساب می‌آید. از جمله قابلیت‌های آن نیز تغییر دادن سطوح مختلفی از ولتاژ است. به بیان ساده به‌وسیله ترانسفورماتور این امکان وجود دارد تا سطح ولتاژ تولید شده در نیروگاه به سطح بهینه و مورد استفاده در سیستم انتقال تغییر پیدا کند و مجددا برای سیستم توزیع نیز بهینه گردد. ایزوله کردن و تطبیق امپدانس نیز از دیگر وظایف تعریف شده‌برای این تجهیزات است. برخی از ترانسفورماتورها جریان‌های بزرگ را تغییر می‌دهند و برخی دیگر نیز ولتاژهای بزرگ را تغییر می‌دهند. بنابراین نیاز به‌انواع مختلفی از این تجهیزات وجود دارد.
انواع ترانسفورماتور بر اساس جنس هسته:
تقسیم بندی‌های مختلفی برای شناسایی ترانس‌ها از یکدیگر وجود دارد که جنس هسته‌یکی از آنها است. بر این مبنا دو نوع اصلی از این تجهیز شناسایی می‌گردد:
1- ترانس با هسته هوایی:
هسته اصلی در این نوع از جنس هوا و پلاستیک است. اگر هسته از جنس پلاستیک باشد سیم پیچ‌ها اطراف آن را احاطه‌خواهند کرد و اگر هسته از جنس هوا باشد. در واقع شاهد هسته‌بصورت فیزیکی نخواهیم بود. در این حالت شار پیوندی بین سیم پیچ ایجاد نخواهد شد چرا که مسیر شار به وسیله هوا وصل میباشد و همچنین هوا میزان نفوذ پذیری مغناطیسی بسیار اندکی دارد. اینکه هسته‌ای از جنس فلز در ساختار ترانسفورماتور به کار گرفته نشود کم می‌کند تا تلفات ناشی از هسته نیز به‌میزان قابل توجهی کاهش یابد.
میزان تلفات در هسته ارتباط مستقیمی با فرکانس دارد. به این معنا که با افزایش یافتن میزان فرکانس تلفات در هسته نیز افزایش خواهد یافت. بنابراین نبود هسته و یا استفاده از جنس پلاستیک بعنوان جایگزین هسته فلزی در این مورد کمک کننده خواهد بود. از طرفی مواد فرو مغناطیسی اعوجاج را در سیگنال‌های بالا افزایش می‌دهند. به‌همین دلیل برای فرکانس‌های رادیویی که وضوح از اهمیت بالایی برخوردار است استفاده از هسته هوایی بسیار مفید خواهد بود. نکته آخر در خصوص هسته هوایی جرم بسیار سبکی است که این هسته‌ها دارند و برای استفاده در دستگاه‌های الکترونیکی کارآمد خواهند بود.
2- ترانس با هسته فرومغناطیس:
هسته در این نوع از ترانسفورماتور از نوع موادفرومغناطیسی مانند آهن ساخته شده است. میدان مغناطیسی به کمک هسته افزایش یافته و قدرت می‌گیرد. میزان نفوذ پذیری ماده بکار رفته در هسته شدت میدان مغناطیسی ناشی از آن را ایجاد می‌کند. آهن از رایج‌ترین انواع هسته در این نوع ترانس به‌شمار می‌رود. از هسته‌های آهنی در مواردی که بار سنگین و فرکانس پایین وجود داشته باشد استفاده میشود. البته تلفات هسته در این نوع به عواملی مانند جریان گردابی و تلفات هیسترزیس بستگی دارد. در سطح ولتاژ AC برای کاهش و افزایش دادن میزان آن از این نوع ترانس استفاده میشود.
انواع ترانسفورماتور بر اساس تبدیل ولتاژ:
در این طبقه‌بندی دو نوع اصلی را می‌توان شناسایی نمود. یکی ترانس کاهنده و دیگری افزاینده که در ادامه به معرفی هر دو نوع از این مبدل‌های پر استفاده می‌پردازیم.
1- ترانسفورماتور افزاینده:
با کاهش میزان دور در سیم پیچ اولیه نسبت به‌سیم پیچ ثانویه سطح ولتاژ ثانویه را بزرگ‌تر از سطح ولتاژ اولیه می‌کنند. ولتاژ خروجی در این نوع از ترانس‌ها بستگی به نسبت تبدیل در آن دارد. منظور از نسبت تبدیل تعداد دور سیم پیچ ثانویه به تعداد دور سیم پیچ اولیه است. در نوع افزایند نسبت تبدیل از عدد یک بزرگ‌تر است. یکی از ویژگی‌های اصلی در ترانسفورماتور برابری توان ورودی و توان خروجی است. که در ترانس‌های افزاینده‌به‌معنای افزایش ولتاژ و همزمان کاهش میزان جریان است.
از این رو برای انتقال دادن توان در مسافت‌های طولانی از این نوع استفاده‌می‌شود تا تلفات کمتری را در طول خط شاهد باشیم. لازم بذکر است که تلفات در خط به‌میزان جریان بستگی دارد. به‌همین دلیل با کاهش جریان و افزایش ولتاژ در این نوع کمترین میزان تلفات به‌وجود خواهد آمد. البته خطوط انتقال تنها کاربرد نوع افزاینده‌نبوده و بعنوان مثال در مایکروفر نیز از این نوع استفاده‌شده‌است.
2- ترانسفورماتور کاهنده:
در این نوع ولتاژ AC کاهش یافته و این به‌معنای کم شدن ولتاژ خروجی نسبت به‌میزان ورودی است. بنابراین می‌توان دریافت که تعداد دور سیم پیچ اولیه نسبت به‌دور سیم پیچ ثانویه بیشتر است. بر همین اساس نسبت تبدیل در نوع کاهنده از ترانس‌ها از عدد یک کمتر خواهد بود. از این نوع بیشتر برای تبدیل ولتاژ دریافتی از خطوط انتقال و بهینه کردن آن برای مصرف در دستگاه‌های مصرف کننده خانگی استفاده می‌کنند. یکی دیگر از انواع کاربردهای ترانس کاهنده را در شارژر تلفن‌های همراه می‌توان یافت.
انواع ترانسفورماتور بر اساس کاربرد آنها:
طبقه‌بندی بعدی برای این مبدل‌ها کاربردی است که در صنعت دارند. بر این اساس به 4 گروه مختلف تقسیم‌بندی می‌شوند:
1- ترانسفورماتور قدرت:
از این نوع در نیروگاه‌ها و برای کاهش و افزایش دادن ولتاژ استفاده میشود. پیشتر اشاره کردیم که میزان تلفات خط به‌میزان جریان وابسته است. به همین خاطر به‌کمک ترانس‌های قدرت افزاینده‌با بالا بردن سطح ولتاژ میزان جریان را تا سر حد ممکن کاهش داده و به این روش ار تلفات انرژی جلوگیری می‌گردد. بازدهی در این نوع تقریبا 100 درصد میباشد.
2- ترانسفورماتور توزیع:
همانطور که از نام آنها نیز پیدا است برای توزیع برق به‌منظور مصارف خانگی و تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرند. این نوع مبدل‌ها قادر هستند تا ولتاژهای دریافتی را تا میزان مورد نیاز برای مصارف مذکور پایین آورده و به تبع آن جریان نیز تا مقادیر مناسبی بالا خواهد رفت. این ترانس‌ها از لحاظ ابعاد و اندازه نسبت به‌نوع قدرت کوچکتر و کم حجم‌تر بوده و به‌آسانی نیز نصب می‌شوند. راندمان کاری در این نوع در حدود 70 درصد برآورد میشود.
گروه صنعتی سپیانی از معتبرترین شرکت‌های فعال در خصوص تجهیزات صنعتی و برق صنعتی در کشور است که سابقه زیادی در این زمینه دارد. برای تهیه و نصب و نگهداری از تجهیزات و ماشین آلات مورد استفاده در صنعت میتوانید از خدمات گروه صنعتی سپیانی استفاده نمایید. مشاوره و راه اندازی خط تولید لبنیات و اتوماسیون صنعتی و اتوماسیون های PLC از دیگر خدمات این گروه نام آشنا میباشد.
3- ترانسفورماتور ایزولاسیون:
از این نوع برای جلوگیری از برق گرفتگی به کمک ایزوله کردن استفاده می‌کنند. یک سر این ترانس‌ها به زمین متصل میشود و سر دیگر آن بدلیل ناقص شدن مدار فاقد جریان خواهد بود. به‌همین خاطر چنانچه کسی به‌سر دیگر یک هادی متصل نماید و یا سیم لختی در آن سمت را لمس کند دچار برق گرفتگی نخواهد شد. در ساخت این نوع ترانس از ماده‌ای مخصوص به عنوان عایق در بین سیم پیچ‌ها کمک می‌گیرند که از این طریق قابلیت پشتیبانی ولتاژهای بالا را در ولتاژ AC خواهد داشت. از موارد کاربرد این نوع ترانس می‌توان به‌اندازه‌گیری‌های ایمن و ایجاد کردن شوک الکتریکی اشاره نمود.
4- ترانسفورماتور ابزار دقیق:
برای اندازه‌گیری کردن ولتاژ و جریان در سطوح بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این نوع مبدل با کاهش ولتاژ و جریان محدوده‌ای ایمن به‌وجود می‌آید. سپس به آسانی و به‌وسیله ابزارهای اندازه‌گیری رایج می‌توان سنجش را به‌عمل آورد. این گروه از ترانس‌ها خود به از دو زیر شاخه دیگر تشکیل می‌شوند:
- ترانس جریان
- ترانس ولتاژ
و هر یک به فراخور نیاز و نوع پارامتر مورد اندازه‌گیری بکار گرفته‌می‌شوند.
حتما بخوانید:
آشنایی با انواع ماژول تریستور و دیود
انواع ترانسفورماتور بر اساس سیم پیچ آنها:
طرح مورد استفاده برای سیم پیچ در ترانس‌ها نیز یکی دیگر از شیوه‌های دسته‌بندی آنها است.
1- ترانسفورماتور دو سیم پیچه:
در این نوع برای هر فاز یک سیم پیچ جداگانه به‌کار گرفته‌خواهد شد. به نام‌های سیم پیچ اولیه که‌به منبع وصل شده‌و سیم پیچ ثانویه که بار را تغذیه‌خواهد کرد. از لحاظ الکتریکی این دو از هم جدا هستند با این وجود زوجیتی مغناطیسی دارند. تغییرات جریان در سیم پیچ اولیه‌موجی ایجاد نیروی محرکه از نوع الکتریکی القا شده در سیم پیچ ثانویه‌می‌گردد. به این فرآیند القای متقابل گفته‌می‌شود. ولتاژ خروجی در این ترانس بستگی به نسبت دور دو سیم پیچ اولیه و ثانویه دارد.
2- اتوترانسفورماتور:
این نوع دارای سیم پیچی سه سر است که دو تا از آنها نیز ثابت بوده و تنها یکی متغیر میباشد. در این نوع به‌منظور کاهش و یا افزایش دادن دورهای به‌کار رفته‌در سیم پیچ تنها می‌توان سر متغیر را تغییر داده‌و جابه‌جا نمود. برای کاهش و افزایش ولتاژ از این شیوه کمک گرفته‌می‌شود. اگر منبع تغذیه در این نوع ترانس به پایانه‌های ثابت وصل شود تبدیل به‌ترانس کاهنده‌شده‌و اگر نقطه انشعاب به‌منبع تغذیه‌وصل شود ترانس افزاینده خواهیم داشت. از طریق ویژگی خود القایی نیرو محرکه الکتریکی در سیم پیچ القا می‌گردد.
انواع ترانسفورماتور بر اساس عایق مورد استفاده:
عایق مورد استفاده در ترانس‌ها از دو نوع خشک و روغنی است که همین موضوع نیز یکی دیگر از انواع طبقه‌بندی در این مبدل‌ها را ایجاد می‌کند.
1- ترانسفورماتور خشک:
در این نوع ترانس از سیستم خنک کننده مایع استفاده نمی‌شود. سیم پیچ‌ها را از زرین اپوکسی می‌پوشانند و این روش از ورود و نفوذ رطوبت و نم به‌درون آن جلوگیری می‌گردد. چون هوا عایق ایده‌آلی نیست از سیم پیچ‌های بزرگ در این استفاده می‌کنند تا جبران بالا رفتن دما باشد. به همین دلیل است که در ترانس‌های خشک ولتاژ بالاتر از 33 کیلوولت مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.
2- ترانسفورماتور روغنی:
در این نوع ترانس از روغن‌های قابل اشتعال برای خنک کردن سیستم استفاده میشود. روغن از سرمایش قابل قبولی برخوردار بوده و همین موضوع باعث میشود تا ترانس‌ها روغنی نسبت به نوع خشک از توان کاری بالاتری نیز برخوردار باشند. همچنین بیشتر در محیط‌های کاری خشن و در فضای باز کاربرد دارند. اندازه‌بزرگ در این ترانس‌ها و قابل اشتعال بودن روغن مورد استفاده از ایرادات این نوع از ترانس‌ها است.
انواع ترانسفورماتور بر اساس فاز:
این تجهیزات بر اساس تعداد فاز در آنها به دو گروه تک فاز و سه‌فاز گروه‌بندی می‌شوند.
1- ترانسفورماتور تک فاز:
این نوع دارای دو ترمینال ورودی در سیم پیچ اولیه هستند و نیز دو ترمینال هم در سیم پیچ ثانویه برای خروجی دارند. در مایکروفر و شارژر موبایل و مواردی از این دست مورد استفاده قرار می‌گیرند.
2- ترانسفورماتور سه فاز:
در این نوع از 6 سیم پیچ که سه تا اولیه و سه تا ثانویه محسوب می‌شوند استفاده می‌کنند. همچنین تعداد ترمینال‌ها نیز در این وع 12 تا است. البته از ترانس‌های تک فاز نیز می‌توان بعنوان جایگزین سه فاز استفاده کرد. اما در انتقال و توزیع برق نوع سه فاز کاربرد بیشتری دارد.
حتما بخوانید: انواع اینورتر های NE و کاربردشان
ترانسفورماتورها چه کاربردی دارند؟
در بخش‌های پیشین بطور اجمالی به کاربردهایی که ترانس‌ها دارند اشاره شد. اما در حالت کلی می‌توان مواردی از قبیل:
- کاربرد در الکترونیک قدرت
- کاربرد در شبکه‌های قدرت
- کاربرد در صنعت
اشاره نمود.
گروه صنعتی سپیانی متخصص و سرآمد در حوزه‌اتوماسیون‌های صنعتی و راه‌اندازی انواع خطوط تولید آماده‌ارائه‌خدمات و تجهیزات مورد نیاز صنعتگران محترم است. برای دریافت مشاوره و استعلام قیمت و موجودی با کارشناسان ما در گروه صنعتی سپیانی تماس بگیرید.
کلام آخر:
ترانسفورماتور نوعی از مبدل است که در نیروگاه‌ها و شبکه توزیع برق در سطح وسیعی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این مبدل‌ها از طریق کم و زیاد کردن سطح ولتاژ و جریان توان دریافتی را در سطح اولیه خود نگه‌داشته و انتقال می‌دهند. به‌همین دلیل برای انتقال انرژی بسیار کاربردی و مفید هستند. شما عزیزان میتوانید جهت خرید هر یک از تجهیزات مذکور و نیز دیگر تجهیزات صنعتی به بخش فروشگاه ما که سایت مجزایی میباشد مراجعه فرمایید. جهت دریافت اطلاعات بیشتر میتوانید از طریق فرم درخواست مشاوره و نیز واتس اپ با ما در تماس باشید.