تعریف ترانسفورماتور به زبان ساده

می دانیم که براساس اصل القای الکترومغناطیسی، یک شار متغیر می‌تواند عامل تولید نیروی محرکه الکتریکی (EMF) در یک سیم‌پیچ باشد؛ و براساس اصل القای متقابل، دانستیم که وقتی سیم‌پیچ دیگری در کنار این سیم‌پیچ مولد قرار گیرد، شاهد ایجاد EMF در آن سیم‌پیچ خواهیم بود.

اگر سیم‌پیچ اولیه را که شار متغیر در آن وجود دارد، سیم‌پیچ اولیه و سیم‌پیچ دومی را که EMF در آن ایجاد شده است، سیم‌پیچ ثانویه بنامیم، مجموعه‌ی این دو سیم‌پیچ با هم، واحدی تشکیل می‌دهند که آن را ترانسفورماتور می‌نامیم.

یک ترانسفورماتور، دارای دو سیم‌پیچ است که به یکی ورودی می‌دهیم و از دیگری خروجی می‌گیریم. هر دوی این سیم‌پیچ‌ها به دور یک هسته جامد پیچیده شده‌اند. معمولا ماده‌ای که به عنوان هسته استفاده می‎شود یک ماده عایق الکتریکی است.

ساختار یک ترانسفورماتور

ساختار یک ترانسفورماتور را در تصویر زیر می‌بینید.

همان‌طور که در شکل بالا واضح است، برای توصیف یک ترانسفورماتور، به تعدادی نماد و مشخصه نیازمندیم. این مشخصه‌ها را به شکل زیر تعریف می‌کنیم:

NP = تعداد دور‌های سیم‌پیچ اولیه
NS = تعداد دور‌های سیم‌پیچ ثانویه
IP = جریان عبوری از سیم‌پیچ اولیه
IS = جریان عبوری از سیم‌پیچ ثانویه
VP = ولتاژ دو سر سیم‌پیچ اولیه
VS = ولتاژ دو سر سیم‌پیچ ثانویه
ϕ. = شار مغناطیسی ایجاد شده در هسته ترانسفورماتور

در نمودار مداری زیر می‌بینیم که یک ترانسفورماتور چگونه در ترسیمات مداری نمایش داده می‌شود. سیم‌پیچ اولیه، سیم‌پیچ ثانویه و هسته ترانسفورماتور به خوبی در این ترسیم مشخص هستند.

زمانی که یک ترانسفورماتور به مدار متصل می‌شود، منبع ورودی به سیم‌پیچ اولیه متصل می‌شود و این سیم‌پیچ از این ورودی یک شار متغیر مغناطیسی تولید می‌کند. شار تولید شده، در سیم‌پیچ دوم القا می‌شود و این سیم‌پیچ از آن یک نیروی محرکه الکتریکی یا همان EMF تولید می‌کند. از آن‌جا که برای تولید شار از جریان و EMF از شار، شار باید متغیر باشد، لذا جریان نیز باید متغیر باشد و به همین دلیل یک ترانسفورماتور همواره با جریان AC کار می‌کند.

ترانسفورماتور افزاینده و کاهندهبسته به تعداد دوری که سیم‌پیچ ثانویه دارد، یک ترانسفورماتور می‌تواند افزاینده باشد یا کاهنده.

نکته‌ی مهمی که باید ابتدا در این‌جا خاطر نشان کنیم این است که توان سیم‌پیچ اولیه و ثانویه را یکسان فرض می‌کنیم (در حالت ایده‌آل). بر اساس همین فرض، اگر ولتاژ سیم‌پیچ ثانویه بالا باشد، برای ایجاد تعادل توان، جریان کشیده شده از منبع پایین خواهد بود؛ و به همین ترتیب اگر ولتاژ ثانویه پایین باشد، جریان کشیده شده بیشتر خواهد بود.

حالت افزایندهزمانی که تعداد دور‌های سیم‌پیچ ثانویه بیشتر از تعداد دور‌های سیم‌پیچ اولیه باشد، ترانسفورماتور را افزاینده می‌گوییم. در این حالت، EMF القایی بزرگتر از سیگنال اعمال شده در منبع خواهد بود.

حالت کاهنده

زمانی که تعداد دور‌های سیم‌پیچ ثانویه کمتر از تعداد دور‌های سیم‌پیچ اولیه باشد، ترانسفورماتور را کاهنده می‌گوییم؛ و در این حالت EMF القایی کوچک‌تر از سیگنال اعمال شده در منبع خواهد بود.

نسبت تعداد دور‌ها

از آن‌جا که تعداد دور‌های سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه در تعیین میزان ولتاژ القایی موثر هستند، مهم است که در مورد یک ترانسفورماتور نسبت تعداد دور‌ها را بدانیم تا معلومات اولیه‌ای در مورد میزان ولتاژی که القا خواهد شد داشته باشیم؛ بنابراین اصطلاح نسبت تعداد دور‌ها یا نسبت ترانسفورماتور را تعریف می‌کنیم که برابر است با تعداد دور‌های سیم‌پیچ اولیه به تعداد دور‌های سیم‌پیچ ثانویه. این نسبت معمولا با نماد N. نشان داده می‌شود.

برای یک ترانسفورماتور، نسبت‌های ورودی به خروجی، اولیه به ثانویه و نسبت تعداد دور‌ها (N) یکسان خواهد بود؛ لذا برای نسبت ولتاژ‌ها می‌توان نوشت:

هم‌چنین نسبت تعداد دورها، مشخص می‌کند که یک ترانسفورماتور افزاینده است یا کاهنده. به عنوان مثال اگر نسبت ترانسفورماتوری ۱:۳ باشد، خواهیم دانست که ترانسفورماتور افزاینده و اگر ۳:۱ باشد، ترانسفورماتور کاهنده است.

منبع: mele