ترانسفورماتور چیست؟

امروز در این مطلب می خواهیم به بررسی ترانسفرماتور بپردازیم، بررسی که با زبان ساده نوشته شده و تنها موارد کلیدی و البته مهم را برخواهیم شمرد تا اگر در هر شرایطی و هر سطح دانشی هستید با خیالی آسوده ما را همراهی نمایید.

ترانسفورماتور در حال حاضر در داخل کشور تولید می گردد و تولید کنندگان عمده این محصول ایران ترانسفو، آریا ترانسفو ، کارخانجات فاراتل، خزر ترانسفورمر، راسیکو و کا ی گنجینه ایران فرد می باشد که مجموعا بیش از ۸۰% تولیدات کشور را در دست دارند.

علاوه بر تولید محصول فوق در داخل کشور آمار اداره کل گمرکات کشور حاکی از آن است که طی سالها ی ۶۳ ، ۶۷ مقادیر زیادی ترانسفورمر تقویت وارد بازار ایران گردیده است.

این کا عمدتا توسط کشورهای شوروی ، لهستان ، تایوان ، آلمان غربی ، انگلستان ، فن ند ، فرانسه ، بلژیک ، سوئیس ، اسپانیا ساخته و وارد بازار ایران گردیده است.

در کنار ترانس های قدرت ترانسفورمر های تقویت خانگی و خدماتی در رنج ۵۰۰ الی ۷۰۰۰ وات تولید می شود که همگی دارای پروسه تولید یکسانی می باشد، اما بر طبق بررسی های انجام شده، عمده مصرف بازار ترانسفورمر فشار ضعیف 2 کیلو وات می باشد.

ترانسفورماتور هایی که عمدتا در بازار مورد مصرف(عموم مردم) قرار می گیرد ترانسفورماتور های اتوماتیک می باشد. و ترانسفورمر های دستی ( سلکتوری ) بازار مصرف کمی دارد و قیمت تمام شده آنها نیز بیشتر می باشد؛ در حال حاضر عمدتا واحدهای تولیدی به تولید ترانسفورمر اتوماتیک می پردازند و

ترانسفورمر های سلکتوری در واحدهای بدون پروانه تولید می گردد.

اساس کار ترانسفورماتور

در سه کلمه ساده می توان تمام اساس کاری یک ترانسفورماتور را شرح داد و آن ” القا الکترو مغناطیسی متقابل ” می باشد

اما چگونه؟

تصور کنید یک سیم برق حامل جریان الکتریکی در دست دارید، در حالت عادی در اطراف این سیم یک میدان مغناطیسی به وجود می آید که دقیقا مانند یک حلقه به دور سیم قرار گرفته است

هرچه شما به این سیم نزدیک تر شوید این میدان مغناطیسی قوی تر می شود از علل دیگر تقویت میدان مغناطیسی آن میتوان به میزان جریان عبوری از سیم اشاره کرد.

اگر بخواهیم بدون تغییر جریان این میدان را تقویت کنیم چه باید کرد؟

کافیست به جای هوا که اطراف سیم را در برگرفته است از ماده ای استفاده کنیم که نفوذپذیری مغناطیسی

با تری داشته باشد مثل آهن که نسبت به میدان مغناطیسی آهن ربا به سرعت واکنش نشان می دهد.(جایگزینی هوا با آهن)

حال ترانس چگونه کار میکند؟

دقیقا همانند مدارهای الکتریکی ما مدار مغناطیسی هم داریم و صرفا تفاوت های ذاتی دارند ولی اصول کار دقیقا مشابه است، تصور کنید سیم ما که میدان دارد اگر در مجاورت یک سیم دیگر قرار بگیرد روی آن سیم اثرگذار خواهد بود به این اثر همان “القا الکترو مغناطیسی متقابل” می گویند که باعث می شود ولتاژ در سیم

دوم بدون هیچ گونه ارتباط الکتریکی القا شود و این ارتباط مزایای ویژه ای نیز دارد؛

با توجه به میزان تعداد دور شما تعیین خواهید کرد چه میزان ولتاژ یا جریان بروی سیم دوم القا شود(اما همواره حاصل ضرب ولتاژ در جریان سیم اول که توان نامیده می شود، با حاصل ضرب ولتاژ در جریان سیم دوم برابر است – قانون پایستگی انرژی.)

با توجه به پیشرفت تکنولوژی ساخت ترانسفورمر این مسئله پیچیده تر شده و در نهایت بازده بیشتر را نیز با خود به همراه داشته است به گونه ای که ترانس شما تلفات کمتری از خود نشان می دهد و سعی در انتقال %99 توان ورودی به خروجی را دارد.

شکل القای متقابل به صورت عمده در ترانس چگونه است؟

شاید ساده ترین حالت به این گونه است که سیم پیچ اولیه(ورودی) به دور یک هسته آهنی پیچیده می شود و سپس سیم پیچ ثانوایه(خروجی) بروی اولیه مجددا پیچیده می شود، در نظر داشته باشید که منظور از سیم، سیم با ک و عایق می باشد.

تراسفورماتور سه فاز پس چیست؟

اگر شما دقیقا 6 عدد از تراسفورماتور های با را در کنار هم قرار دهید یک ترانس سه فاز را تهیه نموده اید، البته در کارخانجات ترانس های سه فاز به دلیل اهمیت ابعاد به صورت یکپارچه ساخته می شود تا هزینه

و فضای کمتری نیاز باشد هرچند مدل ابتدایی نیز برای حا ت خاص بخصوص اتصال ”V“ همچنان کاربرد دارد.

انواع مختلف ترانسفرماتور ترانسفورماتورهای جدا کننده؛

ترانسفورماتور هایی هستند که سیم پیچ های آنها از نظر الکتریکی از هم جدا می باشند و برای تحقق تدابیر

حفاظتی «جداسازی حفاظتی» برای اتصال به مصرف کننده جریان بکار می رود.

ترانسفورماتورهای عایق؛

ترانسفورماتورهایی هستند که سیم پیچ های آنها از نظر الکتریکی از هم جدا می باشند و برای انتقال انرژی ها بین سیستم های با پتانسیل های بسیار مختلف که در آنها ولتاژ عایق نسبت به ولتاژ اسمی ترانسفورماتور معین نشده است. به کار میروند.

ترانسفورماتور های کنترل؛

ترانسفورماتورهایی هستند که سیم پیچ های آنها از نظر الکتریکی از یکدیگر جدا می باشند. و برای انجام امور کنترلی مورد استفاده قرار می گیرند، مانند ترانس نمونه جریان یا ترانس نمونه ولتاژ.

ترانسفورماتورهای منبع تغذیه؛

ترانسفورماتورهایی هستند با یک یا چند سیم پیچ ثانویه که از سیم پیچ اولیه از نظر الکتریکی جدا می باشد.

اتو ترانسفورماتورها؛

ترانسفورماتورهایی هستند که سیم پیچ اولیه و ثانویه آنها با هم مشترک می باشند.

ترانسفورماتورهای جرقه زن؛

ترانسفورماتورهایی هستند که سیم پیچ های آنها از نظر الکتریکی از یکدیگر جدا می باشند و برای مشتمل کردن مخلوط هوا و گاز یا هوا و روغن به وسیله جرقه یا قوس الکتریکی به کار می روند.

تعریف علمی ترانسفورماتور چیست؟

ترانسفورماتور یکی از وسایل بسیار مهم تبدیل کمیاب جریان و ولتاژ الکتریکی متناوب است، که بر خ ف ماشین های الکتریکی که انرژی الکتریکی و مکانیکی را بهم تبدیل می کند، ترانسفورماتور در نوع انرژی تغییری نمی دهد بلکه ولتاژ و جریان را با همان فرکانس جریان متناوب انتقال دهد، بطوریکه انرژی ولتاژ پائین را تبدیل به همان انرژی با ولتاژ با تر می نماید و همچنین جریان را از مقدار داده شده در یک مدار به

جریانی با اندازه های متفاوت در مدار دیگر تبدیل کند.

امروزه ترانسفورماتور وسیله ای زم و ضروری در دستگاههای انتقال انرژی الکتریکی و پخش و توزیع انرژی الکتریکی متناوب است.

توضیحات محاسبه ای و فرمول های ترانسفورمر

شاید برایتان سوال باشد دقیقا چگونه سطح ولتاژ تغییر کرده و به تبع آن میزان جریان در دو سوی ترانس نیز تغییر می کند؟، پاسخ آن سادس صرفا باید دو نسبت تبدیل را بلد باشید اما مسلما ترانس از نظر محاسبات به همین سادگی نیست و ما صرفا قسمت کاربردی آن را در حال توضیح هستیم؛

دو نسبت با نسبت ط یی در ترانس هستند و البته در حالت کام ایده آل که در اینجا

N؛ تعداد دور سیم V؛ ولتاژ دو سر پایانه ها I؛ جریان جاری در هر سمت ترانس مثال کاربردی؛

تصور کنید ما یک شبکه برق در اختیار داریم که ولتاژ آن 666 ولت می باشد و قرار است با این شبکه یک موتور برقی 226 را روشن نماییم، مسلما امکان این کار نیست زیرا در صورت اتصال مستقیم این دو به یکدیگر موتور الکتریکی به شدت آسیب خواهد دید پس راه حل استفاده از یک ترانس جهت کاهش سطح ولتاژ

می باشد

تا اینجا v1 برابر 666 بوده و V2 برابر 226 می باشد حال کافیست ما یک N1 با توجه به سطح جریان و توان شبکه در نظر بگیریم مث من 0666 دور را برای N1 در نظر می گیرم پس به سراغ معادله رفته و با جایگذاری ساده N2 برابر تقریبا 603 دور خواهد بود(توجه همیشه سمتی که سطح ولتاژ بیشتری دارد تعداد دور با تر را به خود اختصاص می دهد) مدار معادل ترانس چیست؟

ترانس نیز مانند هر دستگاه الکتریکی دارای یک مدار معادل می باشد که بصورت دقیق نحوه عملکرد آن را

به ما نشان می دهد چیزی که شاید دانشجویان را کمی اذیت می کند مدار معادل های متنوع برای این دستگاه می باشد اما جای نگرانی نیست در واقع هدف از طرح این مدار معادل ها تنها ساده تر شدن کار برای شماست!

ما برای شما دو مدار معادل را که شاید مهم ترین هستند را توضیح می دهیم؛ مدا معادل واقعی و مدار معادل آیده آل

مدار معادل واقعی؛

همانگونه که از اسم آن مشخص است این مدار کامل ترین مدار معادل ترانسفورماتور می باشد که برای شما به توضیح و تفسیر ان می پردازیم؛

قسمت 1 بیانگر ولتاژ ورودی می باشد که با حرف انگلیسی p اندیس V نمایش داده شده است؛ p به معنای اصلی )primary(یا همان اولیه می باشد در ادامه در قسمت 2 شاهد یک مقاومت و سلف هستیم؛ مقاومت نمایش داده شده مقاوت سیم پیچ اولیه می باشد و چون به دور هسته پیچیده شده مسلما یک اندوکتانس سلفی نیز دارد که با X نشان داده شده است قسمت 3 نیز مربوط به هسته می باشد که در واقع در هنگام اتصال ولتاژ در ابتدای کار مقداری جریان کشیده می شود تا بتواند میدان مغناطیسی زم را در هسته ایجاد کند و ترانس به معنای واقعی آماده کار شود این قسمت نیز داراری یک مقاومت زیاد و یک خاصیت سلفی با می باشد تا جریان کمتری را نیز به خود اختصاص دهد قسمت 4 نیز همان سلف و مقاومت سیم پیچ دوم می باشد که با نسبت تبدیل به سمت اولیه آمده اند و می توان آنها را در سمت دوم نیز نمایش داد قسمت 5 نیز که نمایش کوپل مغناطیسی در ترانسفرماتور می باشد

قسمت 6 هم که ترمینال ثانویه بوده و با حرف انگلیسی s اندیس V نمایش داده شده است؛ س به معنای اصلی )secondary(یا همان ثانویه می باشد مدار معادل ایده آل؛

همانگونه که می بینید تمام المان ها حذف شده اند و فقط کوپل مغناطیسی نمایش داده می شود و معنای آن صفر بودن تمام تلفات می باشد، این مدار معادل در بسیاری از محاسبات استفاده می شود و دلیل آن نیز ساده بودن این مدار معادل می باشد که باعث می شود مهندسان تمرکز اصلیشان را در جاهای دیگر مدار قرار دهند.

انواع اتصا ت ترانس

در ترانس های تک فاز دو اتصال بیشتر نداریم، در واقع واژه “اتصال” بیشتر برای ترانس های سه فاز معنا پیدا می کند و هر اتصال نیز از مزایا و معایبی نیز برخوردار است اما بصورت کلی موارد زیر را مد نظر داشته باشید؛

اتصل ستاره در ترانس سه فاز در سمتی قرار می گیرد که ولتاژ با تری داریم علت آن هم قرار گرفتن دو سیم پیچ در معرض ولتاژ می باشد که نسبت به حالتی که یک سیم پیچ تنها در مقابل ولتاژ قرار بگیرید حالت عایقی مناسب تری خواهیم داشت و فشار کمتری به سیم پیچ ها وارد می شود.

اتصال مثلث نیز در سمت فشار ضعیف(ولتاژ کمتر) قرار می گیرد چون در سمتی که ولتاژ کمتر است حتما جریان از سمت دیگر بیشتر است و به دلیل ذات این اتصال شاهد تقسیم جریان خواهیم بود و جریان کمتری بروی هر سیم پیچ سوار خواهد شد.

تپ چنجر چیست؟

تصور کنید ترانس ما ساخته شده است برای تبدیل ولتاژ 666 به 226 اما بنابر د یلی می خواهیم 666 را به 206 تبدیل کنیم مسلما برای این کار باید ترانس کامل باز شود و نسبت تعداد دورهای اولیه و ثانویه تغییر نماید که کار اقتصادی و عملی نیست به همین دلیل دستگاهی در ترانس قرار می دهد که بتواند به اندازه ای

مجاز سیم پیچ از یک سمت ترانس کم یا زیاد نمایید، این عملیات توسط تپ چنجر صورت می گیرد

تپ چنجر دقیقا در کدام سمت ترانس قرار می گیرد؟

در ترانس تک فاز که دو طرف ترانس یک نوع سیم پیچی دارند و تفاوتی ندارد، ولی در مدل سه فاز بدلیل اینکه عملیات “تپ” زدن یک نوع عملیات کلید زدنی هست به دلیل تلفات با حین تپ زدن-کلید زنی سعی می شود در سمتی باشد که جریان پایین تری داشته باشیم یعنی سمتی که اتصال ستاره می باشد.

کاربرد ترانس چیست؟

ترانسفورماتور ها بطور بسیار وسیعی در مدارهای وسایل الکترونیکی و مدارهاو دستگاههای خودکار یا

اتوماتیک و راه اندازی موتورهای الکتریکی و تطبیق ولتاژ مورد نیاز جهت تغذیه مصرف کننده هایی از قبیل یکسو سازها و مبدل های جریان دائم به جریان متناوب، شارژ کننده های باطری و ایجاد دستگاههای چندین فازه از دستگاههای دو فازه و سه فازه و در ارتباطات به منظور تطبیق امپدانس و همچنین در سیستم های قدرت به منظور با بردن ولتاژ برای انتقال اقتصادی قدرت یعنی پایین آوردن ولتاژ به مقادیر مورد نیاز بکار

می رود.

همچنین ترانسفورماتور یک وسیله بسیار ضروری در مدارهای اندازه گیری الکتریکی و در مدار های جوشکاری و کوره های الکتریکی است. بعنوان یک مجزا کننده مدار با ولتاژ زیاد از مدارهای با ولتاژ پایین و حذف کننده مولدهای مستقیم جریان در یک مدار دستگاه انرژی نیز بکار می رود.

قطعات و اجزاء تشکیل دهنده یک ترانسفورمر چیست؟

هر دستگاه ترانسفورمر از قسمتهای زیر تشکیل گردیده است.

 بدنهشاملکنه–درب–سینی–شاسی  سیم پیچ ها

 هسته  صفحه پلیت  پ ک راهنما  مپ سینال

 فیوز(فشار ضعیف)  کیت الکترونیکی(فشار ضعیف)  پیچ و مهره و پرچ  سیم کی  رله

 مقاومت – دیود – آی سی – خازن – ترانزیستور  پتانسیوتر  روغن ترانس  بوشینگ  مخزن روغن  سیستم تهویه(فشار قوی)  برق گیر  و...

هسته ترانسفورماتور

هسته ها را از ورق هایی که به صورت یه یه روی هم قرار داده می شوند، می سازند، به علت افت جریان فوکه، هسته را ورقه ورقه ساخته و بین آنها به وسیله اکسیداسیون یا کاغذ می پوشانند و یا اینکه از ورق های عایق شده استفاده می کنند.

با توجه به پیشرفت در ساخت مواد برای ورق های هسته و هسته های نواری برش دار اکنون انواع مختلف این ورق ها و نوارها بسیار زیاد شده است. مهمترین آنها اکنون ورق ها و نوارهای دینامو که سرد نورد شده اند می باشند که با کرمتالهای نا منظم بر طبق 45400 DIN و با کریستالهای منظم بر طبق 45400 DIN

در حال حاضر هنوز وجود دارند.

از میان انواع گوناگون ورق ها، ورق(M در فشار ضعیف) بیشتر به کار برده می شود زیرا دارای کمترین پراکندگی شار می باشند. در هسته هایM ، فاصله هوایی عم وجود ندارد. با قرار دادن ورق ها به صورت متناوب در خ ف یکدیگر، زمان ساخت ترانسفورماتور بیشتر خواهد شد، ولی فاصله هوایی عم از بین خواهد رفت. امروزه از سایر انواع هسته ها، از قبیل هسته های نواری برش دار نیز بسیار استفاده می شود

ولی در این موارد قیمت مواد افزایش پیدا می کند.

ضخامت ورق در ترانسفورماتورهای کوچک اغلب 6/60 میلی متر می باشد.

سیم پیچ ترانسفورمر

همانطور که اط ع دارید در ترانسفورماتور شاهد دو نوع سیم پیچ به صورت عمده می باشیم؛ سیم پیچ اولیه؛ که به ورودی نیز مشهور است و سیم پیچ ثانویه؛ که در واقع بار یا مصرف کننده به آن متصل می شود

اغلب تمام سیم پیچ ها با ولتاژ کم در آخر پیچیده می شوند. معمو زم است که ما بین سیم پیچ اولیه و ثانویه یا حتی برای هر یه از سیم پیچ ثانویه حفاظ قرار داده شود . این حفاظ می تواند از جنس ورقه نازک مسی یا از سیم می باشد.

برای سیم پیچ ها از سیم ک دار مسی )CVL( استفاده می شود.

استانداردهای جهانی ترانس فشار ضعیف

این قسمت را نیز صرفا جهت آشنایی شما با استانداردهای جهانی اضافه کرده ایم تا صرفا اط عتی مختصر

در این مورد داشته باشید، جهت ترانسفورماتورهای کوچک استانداردهای 0550 VDE قسمتهای 0و2 تا 0 و 0551 VDE در نظر گرفته شده است.

جهت قطعات اساسی تشکیل دهنده آن نیز استاندارد ها ی ذیل مشخص شده است. ورق هسته48400 DIN مواد فرو مغناطیسی4130 DIN انواع فوم هسته41302 DIN قرقره بوبین41305-41304-41303 DIN جنس سیم پیچ46435 DIN