ترانس (Transformer) چیست؟ 8 نکته در مورد ترانسفورماتور

 در این مقاله می خواهیم به پرسش ترانسفورماتور چیست و چگونه کار میکند ؟ و همچنین کار ترانس برق چیست پاسخ بدهیم اما پیش از آن بهتر است بدانید در سال 1831 ترانسفورماتور بر اساس قانون القای الکترومغناطیسی فاراده، اختراع شد. پاسخ به این سؤال مهم که ترانس چیست؟ مستلزم دانستن اطلاعاتی راجع به قانون الکترومغناطیسی فاراده، ساختمان ترانسفورماتور و کاربردهای مهم آن است.

قانون القای الکترومغناطیسی فاراده چیست؟

هرگاه در اتصال یک سیم برق یک سیم جریان الکتریسیته عبور کند، حول آن سیم میدان مغناطیسی ایجاد می شود، عکس قضیه نیز درست است، یعنی هرگاه یک سیم را در یک میدان مغناطیسی حرکت دهیم، در آن سیم جریان الکتریسیته تولید می شود.

 هر چه حرکت سیم در میدان مغناطیسی سریع تر باشد ولتاژ بیشتری تولید می شود. هرچه بیشتر سیم را حلقه حلقه کنیم و آنگاه آن را حرکت دهیم، ولتاژ بیشتری تولید می شود. پس به این ترتیب ترانسفورماتور متولد شده است. در ترانسفورماتور نیز همین است، به این شکل که در سیم پیچ اولیه جریان برق وجود دارد، جریان برق متناوبی که در ثانیه 50 بار جهت آن تغییر می کند.

هرگاه این جریان از ولتاژ 0 به حداکثر ولتاژ برسد، یک میدان مغناطیسی در سیم پیچ ثانویه ایجاد شده و به دنبال آن در سیم پیچ ثانویه نیز یک  واحد ولتاژ القا می شود. وقتی هم جهت جریان در سیم پیچ ثانویه معکوس می شود، جریانی با ولتاژ معکوس به سیم پیچ ثانویه القا می‌شود؛ این عمل در ثانیه 50 مرتبه تکرار می شود.

به بخشی از پاسخ سؤال ترانس برق چیست؟ رسیدیم. ترانس محلی برای ایجاد جریان الکتریسیته در سیم پیچ است.

پاسخ به سؤال ترانس چیست؟ در کنار نیروگاه ها!

اگر در کنار نیروگاه های برق بپرسید: ترانس چیست؟ پاسخی که دریافت خواهید کرد، این است که ترانس وسیله‌ایست که با خدمتی که انجام می دهد، مانع تلفات انرژی الکتریکی در مسیر می شود. چگونه؟

اجازه دهید از رابطه ای که بین توان اتلافی جریان و میزان شدت جریان وجود دارد، بیشتر توضیح دهیم. از رابطه‌ی زیر استفاده می شود که میزان توان اتلافی با مجذور شدت جریان رابطه ی مستقیم دارد، در نتیجه هرگاه بخواهیم توان اتلافی را کم کنیم، ساده‌ترین، مؤثرترین و کوتاه ترین راه، کاهش شدت جریان الکتریسیته است.

برای این که شدت جریان را کاهش دهیم، می توانیم ولتاژ را افزایش دهیم و این کار را ترانسفورماتور برای ما انجام می دهد. بخش دیگری از پاسخ به سؤال مهم ترانس چیست؟ در اینجا پاسخ داده شد.

ترانس چیست؟

اصول کار ترانسفورماتور بر دو اصل بنا شده است:

• جریان برق متناوب، میدان مغناطیسی متناوب پدید می آورد.
• میدان مغناطیسی متناوب می تواند جریان برق متناوب در یک سیم پیچ تولید کند.

 به شکل فوق دقت کنید، جریان در سیم پیچ اولیه موجب ایجاد میدان مغناطیسی می شود. چون هردوسیم پیچ بر روی یک هسته ی آهنی یا هسته ای که دارای نفوذپذیری مغناطیسی زیادی است، پیچیده شده است، میدان مغناطیسی به سرعت به سیم پیچ ثانویه رسیده و موجب القای جریان در سیم پیچ ثانویه می‌گردد.

 اجزاء ترانس چیست؟

یک ترانسفورماتور تشکیل شده است از:

•  بدنه ترانسفورماتور که شامل درب، سینی و شاسی می شود.
• سیم پیچ های اولیه و ثانویه
• هسته ی ترانس 
• پلیت یا صفحه پلیت
• پلاک راهنما یا اتیکت مشخصات
• چراغ سینال
• فیوز فشارضعیف
• سیم لاکی
• مقاومت ها
• دیود، خازن، ترانزیستور، آی سی
• رله (برای آشنایی بیشتر با رله مقاله رله چیست را مطالعه نمایید.)
• کیت الکترونیکی فشارضعیف
• پتانسیومتر
• روغن
• سیستم تهویه هوای داخل
• برق گیر

کاربرد های مختلف ترانسفورماتور

در ادامه پاسخ به سوال ترانسفورماتور چیست و چگونه کار میکند و همچنین ترانسفورمر چیست و به بیان کاربردهای مختلف ترانسفور (وظیفه ترانس برق) میپردازیم. با ما همراه باشید تا پاسخ سوال ترانسفور چیست و چگونه کار میکند را بیابید!

کاربرد ترانسفورماتور در شبکه قدرت

امروزه شاهد استفاده از ترانسفورماتور در بسیاری از صنایعی هستیم که به برق مربوط میشوند. مهمترین کاربرد ترانسفورماتور در شبکه برق کاهش ولتاژ در سمت مصرف کننده جریان و از طرفی افزایش ولتاژ در سمت تولید کننده است. این کاهش و افزایش ولتاژ در شبکه باعث می‌شود تا اتلاف بر اثر انتقال انرژی از تولید کننده به مصرف کننده به حداقل برسد. در تمامی دستگاه هایی که مصرف کننده انرژی الکتریکی هستند و در آنها کاهش و یا افزایش ولتاژ باید رخ دهد، استفاده از ترانسفورماتور لازم و ضروری است‌.

به منظور این هدف از ترانسفورماتور سه فاز استفاده می‌شود. ناگفته نماند که کاربرد ترانسفورماتور فقط به شبکه قدرت محدود نمیشود، به منظور ایزولاسیون الکتریکی در تجهیزات الکتریکی برای نقش حفاظتی از ترانسفور ایزولاسیون استفاده می‌شود. برای آگاهی بیشتر با کار ترانس چیست در ادامه با ما همراه باشید.

کاربرد ترانسفورماتور در صنعت

یکی دیگر از پاسخ‌هایی که می‌توان به سؤال کار ترانس چیست، داد کاربرد آن در صنعت است. انرژی الکتریکی تولید شده در نیروگاه پس از انتقال به مصرف کننده به اشکال مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد. دستگاه‌هایی که مصرف کننده انرژی الکتریکی تولید شده هستند، به نحوی طراحی شده‌اند که برق تولیدی نیروگاه را به همان شکل و سطح ولتاژی که هست و هنگام دریافت داشته، آن را مصرف کنند. اما در برخی موارد و بعضی از کاربردها لازم است تا برای مصرف سطح ولتاژ تغییر پیدا کند.

برای این منظور می‌توان ترانسفورماتور معمولی جوشکاری را مثال زد که به منظور ایجاد جریان بالا در خروجی، باید سطح ولتاژ را کاهش دهد. لازم به ذکر است که در برخی موارد هدف از استفاده فقط جنبه ایزولاسیون الکتریکی به منظور حفاظت را دارد که در این موارد از ترانسفورماتور یک به یک استفاده می‌شود.

کاربرد ترانسفورماتور در الکترونیک قدرت

تا این قسمت از مقاله به طور کلی با ترانسفور چیست و چگونه کار می‌کند آشنا شدید، یکی دیگر از کاربردهای ترانسفور در الکترونیک قدرت است. مواردی که در بالا اشاره کردیم کاربردهایی هستند که در آنها از ترانسفورماتور با فرکانس برق شهر استفاده می‌شود. اما امروزه با پیشرفت الکترونیک قدرت استفاده از ترانسفورماتورهایی که فرکانس بالا دارند، رایج شده است.

در مبدل‌هایی که قدرت ولتاژ خروجی آنها ایزوله شده است از ترانسفورماتور استفاده می‌شود. در این نوع مبدل ابتدا برق AC شهر به DC تبدیل می‌شود. بعد از آن در فرکانس بالا با استفاده از سوئیچینگ برق AC با فرکانس بالا تولید شده. بعد از آن از یک ترانسفورماتوری که فرکانس بالایی دارد به منظور کاهش و یا افزایش ولتاژ و همچنین به منظور ایجاد ایزولاسیون استفاده می‌شود. ترانسفورماتور فرکانس بالا در مقایسه با ترانسفورماتور برق شهر ابعاد کوچک‌تری دارد و در هسته آن به‌جای آهن از فریت استفاده شده است.

تاکنون دانستید که ترانسفورماتور چیست و چگونه کار می‌ کند؟ اکنون به معرفی مشخصات ترانسفورماتورها می‌پردازیم.

 مشخصات و جنس هسته ی ترانس چیست؟

جنس هسته را معمولاً از آهن فرومغناطیس می سازند، این جنس هدایت خوبی برای خطوط قوای مغناطیسی دارد. در عین حال چون هدایت الکتریکی خوبی نیز دارد، مقداری جریان در آن القا شده که سبب بالا رفتن حرارت و همچنین موجب بالا رفتن تلفات الکتریکی به دلیل تشکیل جریان های گردابی می شود؛ برای جلوگیری از این پیشامد، هسته را ورقه ورقه می سازند.

علت صدای ترانس چیست؟

به علت وجود شار مغناطیسی، در ماده‌ی فرّومغناطیس هسته، ورقه های تشکیل دهنده‌ی هسته مرتباً حرکات ضعیفی دارند، اگر ورقه ها محکم نباشند، این حرکات پیاپی می تواند موجب صدایی شبیه وز وز در زمان برق دار بودن ترانس شود. این حرکات در عین حال موجب ایجاد گرما و افزایش تلفات حرارتی نیز می شود.

تلفات پسماند یا هیسترزیس ترانس چیست؟

در جریان متناوب در هر ثانیه 50 تا 60 مرتبه جهت جریان تغییر می کند، این تغییر جریان موجب باقی ماندن مقداری انرژی در هسته می شود، این پسماند انرژی مانع شار کامل مغناطیسی در مراحل بعد می شود.

جریان فوکو یا گردابی ترانس چیست؟

جنس هسته از آهن فرومغناطیس است، این ماده رسانای الکتریکی خوبی است و در هنگام تغییر شار مغناطیسی، هسته اتصال کوتاه شده و جریان الکتریکی موسوم به جریان گردابی در آن به وجود می آید. همان گونه که گفته شد، برای رفع این مشکل، هسته ی ترانسفورماتور را ورقه ورقه می سازند.

انواع و اقسام ترانس چیست؟

ترانس چیست و انواع آن کدام است؟ به منظور اهداف معین و مشخصی ترانسفورماتورها ساخته می شود، که کاربرد هر یک را مشخص می کند. ترانسفورماتورهایی که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند، عبارتند از:

• ترانس تطبیق امپدانس

این نوع ترانس به دو منظور کاربرد دارد:

1. انتقال بیشترین توان برای امپدانس مقاومتی.
2. پیشگیری از انعکاس امواج ولتاژ و جریان در فضاهای موج بَر.

• ترانس جریان

این نوع ترانس، به منظور تست و نسبت گیری جریان و مقایسه ی گذر جریان از سیم پیچ اولیه خود و همچنین القای جریان در سیم پیچ ثانویه به کار می رود. به عبارتی در نقاطی که نیاز است جریان به دقت تحت نظر باشد از ترانسفورماتور جریان استفاده می شود. مطالعه مقاله مقاومت الکتریکی به زبان ساده را توصیه می کنیم.

• ترانس ولتاژ

ترانسفورماتوری که دارای ولتاژ اولیه ی زیاد و ولتاژ ثانویه ی کم است و هدف آن، فراهم آوردن نمونه ی ولتاژ قدرت برای دستگاه های کنترل و اندازه گیری می باشد. این ترانسفورماتور باید بسیار دقیق عمل کرده و در ولتاژهای اصلی مدار، اعوجاج ایجاد نکند.

• راکتور اشباع

جهت کم کردن تلفات سوئیچینگ ترانزیستورهای قدرت موسوم به ZCS از رآکتور اشباع استفاده می شود. این دستگاه نوع خاصی است که هسته ی آن را با جریان DC عمداً اشباع می کنند تا خاصیت القایی آن به شدت کم شود.

• ترانس هسته ی هوایی

برای از بین بردن مشکلاتی که ترانسفورماتور با هسته‌ی فرومغناطیس دارد، از قبیل پسماند شار مغناطیسی، تلفات جریان گردابی و تلفات هیسترزیس، می توان از ترانسفورماتور با هسته‌ی هوا استفاده کرد.

در این صورت برای مبدل های فرکانس بالا مانند کاربردهای رادیویی که نبودن نویز و اعوجاج از اهمیت بسیاری برخوردار است از این نوع ترانسفورماتور استفاده می شود.

• ترانس تفاضلی متغیر خطی

ترانس تفاضلی متغیر خطی به منظور اندازه گیری جابه جایی خطی استفاده می شود. این ترانس به صورت استوانه و دارای سه عدد سیم پیچ است.

• ترانس با اتصال مثلث باز (V-V) و ترانس Scott -T (اتصال اسکات)

در واقع این تقسیم بندی به انواع متداول ترانس با دوگونه اتصال سیم پیچ ها اشاره می کند.

اتوترانسفورماتور: این ترانسفورماتور تنها از یک سیم پیچ تشکیل شده است، دارای دوسر ورودی و خروجی و یک سر درمیان است.

مزیت های اتوترانسفورماتور به این صورت است که با نسبت دور بالای یک ترانسفورماتور، توان اتوترانسفورماتور بسیار بیشتر از یک ترانسفورماتور عادی است. در واقع از نظر توان می توان گفت که یک اتوترانسفورماتور، بسیار کوچک تر از ترانسفورماتوری با توان مشابه است. مطالعه مقاله اصطلاحات برق قدرت را پیشنهاد می کنیم.

منظور از سه فاز بودن ترانس چیست؟

ترانسفورماتور سه فاز به دو نوع تقسیم می شوند:

• سه پارچه: این نوع ترانسفورماتور از سه ترانسفورماتور تک فاز تشکیل می شود.
• سه فاز سه پارچه: این ترانسفورماتور از یک هسته مشترک تشکیل شده است.

جایگاه روغن در ترانس چیست؟

• روغن در ترانسفورماتور نقش حیاتی دارد.
• روغن بایستی عایق باشد.
• روغن موجب تبادل حرارت می شود.

برخی از سوالات متداول

1. ترانس چیست؟

ترانس وسیله‌ایست که با خدمتی که انجام می دهد، مانع تلفات انرژی الکتریکی در مسیر می شود. 

2. کار ترانس چیست؟

اصول کار ترانسفورماتور بر دو اصل بنا شده است: 1. جریان برق متناوب، میدان مغناطیسی متناوب پدید می آورد 2. میدان مغناطیسی متناوب می تواند جریان برق متناوب در یک سیم پیچ تولید کند.