ترانسفورماتور چیست؟

«ترانسفورماتور» یکی از اجزای اساسی سیستم‌های قدرت الکتریکی است. این تجهیزات، اغلب برای تغییر سطوح ولتاژ مختلف به کار می‌روند. با استفاده از ترانسفورماتور می‌توان ولتاژ تولیدی نیروگاه‌ها را به سطح بهینه ولتاژ سیستم انتقال رساند و در نهایت برای سیستم توزیع تغییر داد. از ترانسفورماتور ولتاژ و جریان نیز به ترتیب برای اندازه‌گیری ولتاژها یا جریان‌های بسیار بزرگ استفاده می‌شود. تطبیق امپدانس و ایزوله کردن مدارها، از دیگر کاربرد ترانسفورماتورها است.

ترانسفورماتورها بر اساس کاربرد، طراحی، ساخت و غیره انواع مختلفی دارند

انواع ترانسفورماتور بر اساس جنس هسته

به طور کلی، ترانسفورماتورها بر اساس جنس هسته به دو نوع با هسته هوایی و با هسته آهنی تقسیم می‌شوند.

ترانسفورماتور با هسته هوایی

در این نوع ترانسفورماتور از پلاستیک یا هوا به عنوان هسته اصلی استفاده می‌شود. سیم‌پیچ‌ها یا در اطراف هسته پلاستیکی پیچیده ‌شده‌اند یا هسته فیزیکی وجود ندارد و به عبارت دیگر هواست. هوا از نفوذپذیری مغناطیسی بسیار کمی برخوردار است. بنابراین، شار پیوندی بین سیم‌پیچ‌ها وجود ندارد، زیرا مسیر شار از طریق هوا برقرار است.

عدم وجود هسته مغناطیسی (مانند هسته آهنی) باعث کاهش تلفات هسته می‌شود، زیرا این تلفات با افزایش فرکانس زیاد می‌شود. ماده فرومغناطیس همچنین باعث ایجاد اعوجاج در سیگنال با فرکانس بالا می‌شود. بنابراین ترانسفورماتور با هسته هوایی برای جریان فرکانس رادیویی مناسب است. نکته مثبت دیگر ترانسفورماتور هسته هوایی این است که جرم سبکی داشته و برای دستگاه‌های الکترونیکی سیار مانند فرستنده رادیویی و غیره مناسب است.

ترانسفورماتور هسته هوایی و آهنی

ترانسفورماتور با هسته فرومغناطیس/آهنی

همان‌طور که از نام آن پیداست، این هسته ترانسفورماتور از مواد فرومغناطیسی ساخته شده است. یک هسته فرومغناطیسی در ترانسفورماتور برای افزایش میدان مغناطیسی آن استفاده می‌شود. شدت میدان مغناطیسی به نفوذپذیری مغناطیسی ماده مورد استفاده بستگی دارد. ماده فرومغناطیس رایج آهن است که در چنین ترانسفورماتورهایی استفاده می‌شود.

ترانسفورماتورهای هسته آهنی در کاربردهایی با بار سنگین و فرکانس پایین مانند منبع تغذیه استفاده می‌شوند. هسته آهنی شامل تلفات هسته وابسته به فرکانس از قبیل جریان گردابی و تلفات هیسترزیس است.

از ترانسفورماتورهای با هسته فرومغناطیس برای افزایش یا کاهش سطح ولتاژ AC استفاده می‌شود.

انواع ترانسفورماتور بر اساس تبدیل ولتاژ

ترانسفورماتورها بر اساس تبدیل سطح ولتاژ AC نیز به دو دسته افزاینده و کاهنده طبقه‌بندی می‌شوند.

ترانسفورماتور افزاینده

در چنین نوع ترانسفورماتورهایی، ولتاژ سیم‌پیچ ثانویه بزرگ‌تر از سطح ولتاژ‌ سیم‌پیچ اولیه است. این امر به این دلیل است که تعداد دور در سیم‌پیچ اولیه از تعداد دور در سیم‌پیچ ثانویه کمتر است.

شماتیک ترانسفورماتور افزاینده

شماتیک ترانسفورماتور افزاینده

ولتاژ خروجی ترانسفورماتور به نسبت تبدیل (نسبت تعداد دور سیم‌پیچ ثانویه به سیم‌پیچ اولیه) آن بستگی دارد. نسبت تبدیل ترانسفورماتور افزاینده بزرگ‌تر از یک است.

همان‌طور که می‌دانیم، توان ورودی و خروجی ترانسفورماتور یکسان است. این بدین معنی است که ترانسفورماتور افزاینده ولتاژ را افزایش می‌دهد، اما به همان اندازه جریان سیم‌پیچ ثانویه آن از جریان سیم‌پیچ اولیه‌اش کمتر است. بنابراین توان تغییر نمی‌کند.

ترانسفورماتور افزاینده عمدتاً در انتقال توان برای مسافت طولانی به منظور کاهش تلفات خط به کار می‌رود. تلفات خط به جریان آن بستگی دارد، بنابراین کاهش جریان (همزمان با افزایش ولتاژ) با استفاده از ترانسفورماتور افزاینده انجام می‌شود و تلفات را کاهش داده و سبب انتقال مؤثر توان خواهد شد.

در اجاق مایکروویو نیز از ترانسفورماتور افزاینده برای افزایش ولتاژ ضعیف (۱۱۰ یا ۲۲۰ ولت) به محدوده ۲۰۰۰ ولت استفاده می‌شود.

ترانسفورماتور کاهنده

ترانسفورماتور کاهنده ولتاژ AC را کاهش می‌دهد، یعنی ولتاژ خروجی آن پایین‌تر از ولتاژ ورودی است. تعداد دور در سیم‌پیچ اولیه این نوع ترانسفورماتور از تعداد دور سیم‌پیچ ثانویه آن بیشتر است.