ترانسفورماتور و انواع آن

ترانسفورماتور چیست؟

ترانسفورماتور دارای یک سلف اولیه است که ورودی به آن داده می شود و یک سلف ثانویه که خروجی در آن جمع می شود. هر دو این سلف ها دور یک هسته قرار دارند و معمولاً هسته ترانسفورماتور با عایق پوشیده شده است.

شکل زیر یک ترانسفورماتور را نشان می دهد.

با توجه با تصویر بالا ویژگی های مشترک ترانسفورماتورها را به صورت زیر تعریف می کنیم:

N_p_:تعداد چرخش در سیم پیچ اولیه
N_s: تعداد چرخش در سیم پیچ ثانویه
I_p: جریان در سلف اولیه ترانسفورماتور
I_s: جریان در سلف ثانویه
V_p : ولتاژ در سلف اولیه
V_s: ولتاژ در سلف ثانویه
Φ : شار مغناطیسی در اطراف هسته ترانسفورماتور

انواع ترانسفورماتور

ترانسفورماتورها ، بسته به هسته آنها، سیم پیچ ها، مکان و نوع استفاده، میزان ولتاژ و غیره انواع زیادی دارند.

ترانسفورماتورهای تک فاز و سه فاز

ترانسفورماتورها به طور کلی به دو دسته تک فاز و سه فاز تقسیم می شوند.

ترانسفورماتور معمولی یا تک فاز از یک سلف اولیه و ثانویه تشکیل شده و ولتاژ ثانویه را کاهش یا افزایش می دهد.

در یک ترانسفورماتور سه فاز ، سه سلف اولیه بهم متصل شده و سه سلف ثانویه نیز به یکدیگر وصل شده اند.

یک ترانسفورماتور سه فاز به سه عدد ترانسفورماتور تک فاز ترجیح داده می شود زیرا کارایی بهتری دارد، فضای کمتری را اشغال می کند و هزینه پایین تری دارد. اما به دلیل مشکل بودن حمل و نقل تجهیزات سنگین، در بیشتر موارد از ترانسفورماتورهای تک فاز استفاده می شود.

ترانسفورماتورها از نظر نوع هسته و ساختار بدنه نیز به دو دسته طبقه بندی می شوند.

با توجه به ساختار بدنه، سلف ها روی یك پایه قرار دارند كه توسط هسته احاطه شده است.
با توجه به نوع هسته، سلف ها بر روی پایه های مختلف پیچیده می شوند.

طبقه بندی ترانسفورماتورها با توجه به جنس هسته نیز انجام می شود که به آنها ترانسفورماتورهای RF می گویند و انواع مختلفی از جمله ترانسفورماتورهای هسته هوا، ترانسفورماتورهای هسته آهن، ترانسفورماتورهای خط انتقال (Transmission line) و ترانسفورماتورهای بالون را شامل می شود. ترانسفورماتورهای بالون در سیستم های گیرنده RF استفاده می شوند. انواع اصلی آنها، ترانسفورماتورهای هسته هوا و هسته آهن هستند.

ترانسفورماتور هسته هوا

یک نوع ترانسفورماتور هسته ای است که سلف ها دور یک نوار غیر مغناطیسی پیچیده می شوند. پیوندهای شار مغناطیسی از طریق هوا به عنوان هسته بین سلف اولیه و ثانویه ساخته می شوند. تصویر زیر ترانسفورماتوری با هسته هوا را نشان می دهد.

مزایا

اتلاف هیسترزیس و جریان گردابی در این نوع ترانسفورماتورها کم است.
تولید نویز بسیار کم است.

معایب

مقاومت مغناطیسی در این نوع ترانسفورماتورها بالا می باشد.
اندوکتانس متقابل در ترانسفورماتورهای هسته هوا در مقایسه با هسته آهن کمتر است.

کاربردها

ترانسفورماتورهای فرکانس صوتی
انتقال رادیویی فرکانس بالا

ترانسفورماتور هسته آهن

این ترانسفورماتور از نوع هسته ای است که سلف ها دور یک هسته آهنی پیچیده می شوند. پیوندهای شار مغناطیسی با هسته آهنی قوی و کامل می شوند.

مزایا

آنها از نفوذ پذیری مغناطیسی بسیار بالایی برخوردار هستند.
مقاومت مغناطیسی در این نوع ترانسفورماتورها پایین می باشد.
اندوکتانس متقابل در آنها بالا است.
کارایی بالایی دارند.

معایب

در مقایسه با ترانسفورماتورهای هسته هوا نویزی تر هستند.
اتلاف هیسترزیس و جریان گردابی در این ترانسفورماتورها نسبت به ترانسفورماتورهای هسته هوا بیشتر است.

کاربردها

به عنوان ترانسفورماتورهای ایزوله به کار می روند.
انتقال رادیویی با فرکانس بالا

ترانسفورماتورها همچنین با توجه به نوع هسته مورد استفاده طبقه بندی می شوند. برخی ترانسفورماتورها از هسته غوطه ور در روغن استفاده می کنند. این روغن با روش های مختلفی سرد می شود. اینگونه ترانسفورماتورها به عنوان ترانسفورماتورهای هسته مرطوب یا خیس نامگذاری شده اند، در حالیکه بقیه ترانسفورماتورها مثل هسته آهن، ترانسفورماتورهای هسته چند لایه، ترانسفورماتورهای هسته توروئیدی و ترانسفورماتورهای خشک رزینی ترانسفورماتورهایی با هسته ی خشک هستند.

بر اساس نوع تکنیک پیچاندن سیم پیچ، ترانسفورماتور دیگری به عنوان ترانسفورماتور خودکار وجود دارد.

ترانسفورماتور خودکار

این نوع ترانسفورماتور بیشتر در آزمایشگاههای برق دیده می شود. ترانسفورماتور خودکار نسخه بهبود یافته ترانسفورماتور اصلی است. سیم پیچ به هر دو طرف یعنی برق و زمین وصل می شود. متغیر دیگر توسط بخش ثانویه (secondary side) ساخته می شود.

شکل زیر تصویر یک ترانسفورماتور خودکار را نشان می دهد:

همانطور که در شکل بالا نشان داده شده، یک سیم پیچ واحد، سلف اولیه و ثانویه را در ترانسفورماتور ایجاد می کند. در بخش ثانویه (secondary side)، سلف ثانویه سطوح ولتاژ مختلفی را انتخاب می کند.

سیم پیچ اولیه همانطور که در تصویر بالا نشان داده شده از A تا C است و سیم پیچ ثانویه از B به C است در حالیکه بازوی متغیر B برای بدست آوردن سطح ولتاژ مورد نیاز تغییر می کند. ترانسفورماتور خودکار، در عمل به شکل زیر است.

با چرخش شافت در تصویر بالا، ولتاژ ثانویه تغییر می کند و بر روی ولتاژ دیگری تنظیم می شود. اگر ولتاژ اعمال شده در نقاط A و C برابر V1 باشد، آنگاه ولتاژ در هر پیچش سلف برابر است با: