ترانسفورماتور و آنچه باید در مورد ترانس بدانید

 

---

تعریف ترانس

ترانسفورماتور – اگر دو سیم پیچ را در کنار یکدیگر قرار داده و از یکی از آنها جریان متغیری عبور دهیم ، در سیم پیچ دوم ولتاژی القا می شود . در واقع با عبور جریان متغیر از سیم پیچ اولیه یعنی سیم پیچی که ورودی به آن اعمال می شود ، در اطراف آن یک میدان مغناطیسی متغیر ایجاد می شود .

این میدان متغیر، سیم پیچ دوم را قطع می کند و سبب القای ولتاژ در آن می شود . این پدیده اساس کار ترانسفورماتور است . دقت داشته باشید که در یک ترانسفورماتور بین سیم پیچ های اولیه و ثانویه هیچ گونه تماس الکتریکی وجود ندارد و انرژی ورودی تماماً از طریق میدان مغناطیسی به ثانویه منتقل می شود .

 

 

سمبل مداری ترانسفورماتور

 

 

مدار معادل ترانس

 

 

محدودیت‌های فیزیکی یک ترانسفورماتور واقعی به صورت یک مدار نمایش داده می‌شوند. این مدار معادل از تعدادی از عوامل به وجود آورنده تلفات یا محدودیت‌ها و یک ترانسفورماتور ایده‌آل تشکیل شده‌است.

اغلب ، سیم پیچ های اولیه و ثانویه را بر اساس ولتاژ آنها نامگذاری می کنند . یعنی سیم پیچی که برای ولتاژ کم ساخته شده است ، سیم پیچ فشار ضعیف و سیم پیچی که برای ولتاژ زیاد ساخته شده است ، سیم پیچ فشار قوی نامیده می شود .

لایه لایه کردن هسته ترانس جریان گردابی را به شدت کاهش می‌دهد.

 

هسته‌های حلقوی

 

ترانسفورماتور هسته حلقوی کوچک

ترانسفورماتورهای حلقوی دور حلقه‌ای ساخته می‌شوند. و برای افزایش یا کاهش جریان یا ولتاژ استفاده می شوند.

سیم پیچ های ترانسفورماتور :

سیم پیچ ترانسفورماتورها از جنس مس و یا آلومینیوم انتخاب می شود و در هر دو مورد سطح مقطع سیم ها به صورت گرد ، چهار گوش و یا به شکل ورق است . سیم پیچ های ترانسفورماتورهای کوچک را معمولاً بر روی قرقره می پیچند .

کاربرد ترانس

افزایش و کاهش ولتاژ و جریان یا بعبارت علمی تر انتقال  توان  ! شما بطور تئوری اگر یک سر سیم پیچ ۱۰۰ وات توان داشته باشید اگر تلفات را حساب نکنیم در سیم پیچ دوم هم ۱۰۰ وات توان خواهیم داشت . پس ترانس از خودش توان تولید نمیکنه فقط منتقل میکنه .

تلفات ترانس :

وقتی یک ترانس در حال کار است گرم می شود و یا حتی گاهی اوقات داغ می شود و این مسئله گواه این است که ترانس دارای تلفات است . در واقع ترانس کل انرژی دریافت نموده را در ثانویه تحویل نمی دهد و مقداری از انرژی را به صورت حرارت تلف می کند .

تلفات یک ترانس را می توان به دو دسته اصلی؛ تلفات مسی و تلفات هسته تقسیم نمود . تلفات مسی تلفاتی است که در سیم پیچ های اولیه و ثانویه ترانس ایجاد می شود اما تلفات هسته خود به دو دسته تقسیم می شود که این دو دسته عبارتند از : ۱- تلفات گردابی ۲- تلفات هیسترزیس

تلفات گردابی ( Eddy Losses) :

در یک سیم پیچ با هسته آهنی ، جریان متناوب در سیم پیچ ، ولتاژی در هسته ایجاد می کند و به علت هادی بودن هسته آهنی ، جریانی در هسته ایجاد می شود که به جریان گردابی مرسوم است .

تلفات هیسترزیس ( Hysteresis Losses ) :

تلفات هیسترزیس در اثر خاصیت پس ماند مغناطیسی در هسته ایجاد می شود . به این معنی که عبور فلوی مغناطیسی از هسته آهنی در یک جهت ، باعث می شود هسته به مقدار کمی آهن ربا شده و در نتیجه در نیم سیکل بعدی مقداری انرژی برای از بین بردن خاصیت آهن ربایی نیم سیکل قبل تلف شود و این عمل دائماً تکرار می شود .

دیگر تلفات :

تلفات مکانیکی

به دلیل وجود تغییر شکل بر اثر مغناطیس در یک ترانسفورماتور بین قطعات ترانسفورماتور نوعی حرکت به وجود می‌آید این تحرک نیز به نوبه خود موجب به وجود آمدن تلفات مکانیکی در ترانسفورماتور خواهد شد. در صورتی که قطعات موجود در ترانسفورماتور به خوبی در جای خود محکم نشده باشند، تحرکات مکانیکی آنها نیز افزایش یافته و در نتیجه تلفات مکانیکی نیز افزایش خواهد یافت.

تلفات تغییر شکل بر اثر میدان مغناطیسی

شار مغناطیسی در یک ماده فرومغناطیس موجب حرکت نسبی ورقه‌های هادی نسبت به یکدیگر می‌شود. در صورت محکم نبودن این ورقه‌ها این اثر می‌تواند موجب ایجاد صدایی شبیه وز وز در هنگام کار کردن ترانسفورماتور شود به این اثر تغییر شکل بر اثر میدان مغناطیسی یا Magnetostriction می‌گویند. این اثر می‌تواند موجب به وجود آمدن گرما در اثر اصطکاک بین صفحات نیز شود.

---

انواع ترانسفورماتور :

ترانسفورماتور کلیدی ( Switching Transformer ) :

در مدار منابع تغذیه سوئیچینگ از ترانس های جدیدی استفاده می شود که اصطلاحاً ترانس سوئیچینگ ( کلیدی ) نامیده می شوند . ترانس های کلیدی در مقایسه با ترانس های تغذیه معمولی در توان مساوی ابعاد بسیار کمتری داشته و به مقدار زیادی از وزن و حجم دستگاه می کاهند .

 

 

ترانسفورماتور رادیویی :

ترانس های رادیویی به دو دسته IF وRF تقسیم می شوند . ترانس های IF در طبقات IF گیرنده های رادیو و تلویزیون برای کوپلاژ طبقات تقویت کننده IF استفاده می شود .

معمولاً در اولیه ترانس های IF خازنی قرار گرفته که با سیم پیچ اولیه ، مدار هماهنگ را تشکیل می دهد که در فرکانس خاصی به حالت تشدید در می آید .

ترانس های RF هم در اساس کار ، شبیه ترانس های IF هستند . یک مثال خوب برای ترانس RF ، سیم پیچ های مدار کادر آنتن رادیوهای AM است که در آن ، سیم پیچ های اولیه و ثانویه بر روی یک هسته فریت پیچیده شده است .

 

ترانس ولتاژ

ترانسفورماتور ولتاژ یا اصطلاحاً (VT( PTترانسفورماتور خاصی است که اولیهﺍی با ولتاژ زیاد و ثانویهﺍی با ولتاژ کم دارد. توان نامی این ترانسفورماتور بسیار کم است، و تنها هدف آن فراهم کردن نمونهﺍی از ولتاژ سیستم قدرت برای دستگاﻩهای اندازﻩگیری و کنترل است.

چون ترانسفورماتور ولتاژ به منظور نموﻧﻪگیری ولتاژ به کار می‌رود، باید بسیار دقیق باشد تاموجب اعوجاج ولتاژهای واقعی نشود.

ترانسفورماتورهای ولتاژ از لحاظ دقت در کلاسهای مختلفی ساخته می‌شوند و هنگام خرید باید با توجه به دقت مورد نیاز در اندازﻩگیری به این کلاسها توجه کرد. دو سر خروجی ترانس ولتاژ برخلاف ترانس جریان هیچ گاه نباید اتصال کوتاه شود.

 

ترانسفورماتور جریان CT

به دلیل بالا بودن جریان در شبکه های انتقال برق برای اندازه گیری جریان استفاده می شود. ترانسفورماتور جریان به صورت سری در مدار قرار می گیرد.

این ترانس ها، جریان های بالا را به جریان قابل اندازه گیری برای دستگاه های اندازه گیری تبدیل می کنند.

جریان ثانویه ترانسفورماتور جریان ۱ یا ۵ آمپر است و همچنین دستگاه های اندازه گیری را در مقابل جریان زیاد ایزوله می کند. ترانسفورماتورهای جریان از نظر ساختمان به دو نوع هسته بالا و هسته پایین تقسیم بندی می شود.

 

 

اتوترانسفورماتور :

یکی از انواع ترانسفورماتورهای قدرت ، اتوترانسفورماتور است که معمولاً به اختصار اتوترانس نامیده می شود . برخلاف ترانس های معمولی ، اتوترانس دارای تنها یک سیم پیچ ولی با سرهای مختلف است .

 

به این صورت که ولتاژ ورودی به یک سیم پیچ اعمال شده و ولتاژ خروجی هم از سرهای دیگر همان سیم پیچ گرفته می شود .

مزیت اتوترانس بر ترانس معمولی این است که به علت داشتن تنها یک سیم پیچ ، ابعاد کمتری داشته و همپنین ارزانتر است .اما در مقابل مزیت ایزوله بودن ثانویه از اولیه را ندارد .

 

 

ترانسفورماتورهای سه فاز :

برای انتقال انرژی به کمک ترانسفورماتورها ابتدا در نیروگاه های تولید برق ، توسط ترانس های افزاینده ، ولتاژ را افزایش و جریان را کاهش می دهند .

 کاهش جریان سبب کاهش قطر سیم های خطوط انتقال و در نتیجه کاهش هزینه ها می شود و همچنین میزان تلفات انرژی در هادی ها کاهش می یابد .

سپس در نزدیکی مصرف کننده طی چند مرحله توسط ترانس های کاهنده ، ولتاژ را کاهش و جریان را افزایش می دهند و در نهایت در محل مصرف ، ولتاژ و جریان مجاز را در اختیار مصرف کننده قرار می دهند .

 

 

دیگر موارد :

ترانس تطبیق امپدانس در آمپلی فایر ها ، ترانس ایزوله در تعمیرات ، ترانس های کاهنده ولتاژ بعنوان

منبع تغذیه برای مدارات الکترونیکی ،ترانسفورماتور های استفاده شده در منابع سوئیچینگ و…

 

طبقه‌بندی کلی ترانس ها :

به دلیل وجود کاربردهای متفاوت برای ترانسفورماتورها، آنها را بر حسب پارامترهای متفاوتی طبقه‌بندی می‌کنند:

• بر حسب رده توان: از کسری از ولت-آمپر تا بیش از هزار مگا ولت-آمپر.

• بر حسب محدوده بسامد: بسامد قدرت، بسامد صوتی، بسامد رادئویی

• بر حسب رده ولتاژ: از چند ولت تا چند صد کیلوولت

• بر حسب نوع خنک‌کنندگی: خنک‌کننده هوا، روغنی، خنک‌کنندگی با فن، خنک‌کنندگی آب.

• بر حسب نوع کاربرد: منبع تغذیه، تطبیق امپدانس، تثبیت کننده ولتاز و جریان خروجی یا ایزوله کردن مدار.

• برحسب هدف نهایی کاربرد: توزیع، یکسوسازی، ایجاد قوس الکتریکی، ایجاد تقویت کننده.

• بر حسب نسبت سیم‌پیچ‌ها: افزاینده، کاهنده، ایزوله کننده (با نسبت تقریباً یکسان در دوسیم‌پیچ)، متغیر.

• برحسب نوع سیم پیچ و جریان

علل خرابی ترانس تغذیه :

۱ – قطع شدن سیم پیچ های اولیه و ثانویه
۲ – نیم سوز شدن ( اتصال کوتاه ناقص در سیم پیچ ها )
۳ – اتصال کوتاه کامل

همه معایب ترانس معمولاً در اثر اضافه بار به وجود می آیند .

اضافه بار یعنی اینکه جریان کشیده شده از ترانس از جریان نامی ترانس بیشتر باشد و بر حسب مقدار

و مدت زمان اضافه بار ممکن است یکی از اشکالات فوق ایجاد شود .

منبع : ictnic.com