در این مقاله می خواهیم به پرسش ترانسفورماتور چیست و چگونه کار میکند ؟ 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 دست دوم چیست؟ مستلزم دانستن اطلاعاتی راجع به قانون الکترومغناطیسی فاراده، ساختمان ترانسفورماتور و کاربردهای مهم آن است.
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.
کاربرد ترانسفورماتور
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 می شود؛ 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.
ترانس وسیله ایست 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 رابطه ی 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، ساده ترین، 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.
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 می گردد.
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 می شود 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 می شود. 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 می شود. برای آگاهی بیشتر با کار ترانس چیست در ادامه با ما همراه باشید.
یکی دیگر از پاسخ هایی که می توان به سؤال کاربرد ترانس دست دوم 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 می گیرد. دستگاه هایی که مصرف کننده انرژی الکتریکی تولید شده هستند، به نحوی طراحی شده اند 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 می توان 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 می شود.
کاربرد ترانسفورماتور در الکترونیک قدرت
تا این قسمت از مقاله به طور کلی با ترانسفور چیست و چگونه کار می کند 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 می شود. اما امروزه با پیشرفت الکترونیک قدرت استفاده از ترانسفورماتورهایی که فرکانس بالا دارند، رایج شده است.
در مبدل هایی که قدرت ولتاژ خروجی آنها ایزوله شده است از ترانسفورماتور استفاده می شود. در این نوع مبدل ابتدا برق AC شهر به DC تبدیل می شود. 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 می شود. ترانسفورماتور فرکانس بالا در مقایسه با ترانسفورماتور برق شهر ابعاد کوچک تری دارد و در هسته آن به جای آهن از فریت استفاده شده است.
تاکنون دانستید که ترانسفورماتور چیست و چگونه کار می کند؟ اکنون به معرفی مشخصات ترانسفورماتورها می پردازیم.
مشخصات و جنس هسته ی ترانس چیست؟
جنس هسته را معمولاً از آهن فرّومغناطیس 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.
به علت وجود شار مغناطیسی، در ماده ی فرّومغناطیس هسته، ورقه های تشکیل دهنده ی 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 دست دوم 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.