تعریف ترانسفورماتور
ترانسفورماتور یکی از وسائل بسیار مهم تبدیل کمیات جریان و ولتاژ الکتریکی متناوب است: که برخلاف ماشین های الکتریکی که انرژی الکتریکی و مکانیکی را بهم تبدیل میکند: ترانسفورماتور در نوع انرژی تغییری نمی دهد.
بلکه ولتاژ جریانی را با همان فرکانس ولی متناوب از نظر مقدار تبدیل مینماید یا با بیان دیگر ترانسفورماتور یک وسیله الکترومغناطیسی ساکن است که میتواند انرژی جریان متناوبی را از یک مداری به مداری دیگر فقط با حفظ اندازه فرکانس جریان متناوب انتقال دهد بطوریکه انرژی با ولتاژ پائین را تبدیل به همان انرژی با ولتاژ بالاتر نماید و هم چنین جریان را از مقدار داده شده در یک مدار به جریانی با اندازه ای متفاوت در مدار دیگر تبدیل کند.
امروزه ترانسفورماتور وسیله ای لازم و ضروری در دستگاههای انتقال انرژی الکتریکی و پخش و توزیع انرژی الکتریکی متناوب است: ترانسفورماتورها بطور بسیار وسیعی در مدارهای وسائل الکترونیکی و مدارهای دستگاههای خودکار یا اتوماتیک و راه اندازی موتورهای الکتریکی و تطبیق ولتاژ مورد نیاز جهت تغذیه مصرف کننده هائی از قبیل یکسوسازها و مبدلهای جریان دائم به متناوب شارژ کننده های باطری : و ایجاد دستگاههای چندین فازه از دستگاههای دو فازه و سه فازه و در ارتباطات بمنظور تطبیق امپدانس و هم چنین در سیستم های قدرت بمنظور بالا بردن ولتاژ برای انتقال اقتصادی قدرت یعنی پائین آوردن جریان جهت کاهش افت ولتاژ و گم کردن مقطع سیم انتقال و همچنین در انتهای خطوط انتقال بمنظور پائین آوردن ولتاژ به مقادیر موورد نیاز بکار میرود.
و همینطور ترانسفورماتور یک وسیله بسیار ضروری در مدارهای اندازه گیری الکتریکی و در مدارهای جوشکاری و کوره های الکتریکی است: هم چنین یک مجزا کننده مدارهای با ولتاژ زیاد از مدارهای با ولتاژ پائین است: ترانسفورماتور حذف کننده مؤلفه های مستقیم جریان در یک دستگاه انرژی میباشد:
هم چنین از نقطه نظر تئوری تجزیه و تحلیل آن مطالعه و بررسی تمام ماشینهای الکتریکی را آسان میسازد :
اساس کار ترانسفورماتور :
اساس کار ترانسفورماتورها بر القاء متقابل بین دو بین (سیم پیچی) که بر روی یک مدار مغناطیسی (هسته آهنی) قرار دارند بنا نهاده شده است:
بطور ساده میتوان گفت شکل (1-2) آنرا مشاهده نمود:
دوبوبین که از لحاظ الکتریکی جدا از هم ولی از لحاظ مغناطیسی بوسیله مسیری که دارای رلوکتانس(مقاومت مغناطیسی) کوچکی است بهم مرتبط میباشند.
البته در اتوترانسفورماتورها دوبوبین از لحاظ الکتریکی هم بهم مرتبط هستند که در جای خود از آن صحبت خواهد شد.
اگر یکی از بوبین ها به منبع ولتاژ متناوب وصل شود. یک فوران متناوب در هسته مورق برقرار میشود که بیشتر خطوط فوران از طریق هسته از درون حلقه های بوبین گذشته و خود را می بندند و با این همل مبتنی به قانون فاراده تولید نیروی الکتروموتوری القائی متقابل می کند. اگر مدار بوبین دوم از طریق مثلاً مصرف کننده ای بسته شود جریانی در آن جاری شده و انرژی الکتریکی (کاملاً مغناطیسی) از بوبین اول به بوبین دوم انتقال می یابد بوبین یا سیم پیچی اولیه و بوبین یا سیم پیچی که انرژی از آن گرفته میشود یعنی دوسری از آن که بطرف مصرف کننده رفته است سیم بندی ثانویه مینامند. و هم چنین سیم پیچی یا بوبینی که بمدار با ولتاژ زیاد وصل شده باشد آنرا سیم پیچ طرف فشار قوی (H.V) و سیم پیچ دیگر را که بمدار با ولتاژ پائین وصل شده باشد طرف فشار ضعیف (L.V یا B.T ) میگویند. ترانسفورماتورهائی که ولتاژ سیم پیچی ثانویه آنها از ولتاژ سیم پیچی اولیه کمتر باشد آنرا کاهند و ترانسفورماتورهائی که ولتاژ ثانویه آنها از اولیه بیشتر باشد افزاینده نامیده میشوند.
مطالب فوق را در مورد ترانسفورماتور چنین خلاصه می کنیم که ترانسفورماتور دستگاهی است
قدرت الکتریکی متناوب را از یک مدار به مدار دیگر انتقال میدهد.
انتقال قدرت بدون تغییر فرکانس صورت میپذیرد.
این عمل بوسیله القای مغناطیسی انجام میشود.
در حالیکه دو مدار دارای اثر القای متقابل روی یکدیگر میباشند.
مدارهای سیم پیچی اولیه و ثانویه ممکن است یکفازه یا چند فازه باشند در این صورت ترانسفورماتور را یک فازه یا چند فازه میگویند. که از همه مهمتر ترانسفورماتورهای یکفازه و ترانسفورماتورهای سه فازه هستند.
انواع اصلی ترانسفورماتورها :
ترانسفورماتورهای قدرت برای انتقال و توزیع انرژی الکتریکی
ترانسفورماتورهائی که جهت تغذیه تأسیساتی مانند مبدلهای استاتیک (یکسوسازی های با بخار جیوه و ایگنیترون و یکسوسازهای مجهز به نیمه هادیها و غیره) برای تبدیل جریان متناوبه به دائم و دائم به متناوب بکار میروند.
اتوترانسفورماتورها : جهت داشتن ولتاژهای متناوب قابل تنظیم و تغییر بین صفر ولت تا V ولت و کاربرد آن در راه اندازی موتورهای الکتریکی جریان متناوب:
ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ جهت انشعاب و اتصال وسائل اندازه گیری.
ترانسفورماتورهای آزمایش جهت لابراتورهای فشار قوی برای آزمایش عایقها و روغن های ترانسفورماتور و مقره ها و عمل یونیزاسیون گازهای مختلف هوا.
ترانسفورماتورهای مخصوص برای تغذیه کوره های الکتریکی – ترانسفورماتورهای جوشکاری.
تنظیم کننده های القائی برای تنظیم و رگلاژ ولتاژ در شبکه های توزیع.
ترانسفورماتورهای مورد استفاده در رادیوتکنیک.
ملاحظه میگردد که محدوده کاربرد ترانسفورماتور بسیار وسیع میباشد. در حالیکه پدیده های اساسی در کار ترانسفورماتور و نحوه مطالعه آنها عملاً یک گونه و یکسو است. بدین دلیل ما در این کتاب مطالعه خود را به ترانسفورماتور یکفازه قدرت و سه فازه قدرت اختصاص میدهیم و همواره فرض می کنیم که هر طرف یکفازه شامل یک سیم پیچ میباشد. آنگاه بطور اختصار در مورد ترانسفورماتورهای مخصوص صحبت خواهیم کرد. ضمناً اجزاء تشکیل دهنده و ساختمان انواع مختلف ترانسفورماتورها برحسب نوع کار و پارامترهای دستگاههائی که در مقصد از ترانسفورماتور استفاده خواهند کرد نسبت بهم متفاوت میباشد. امروزه قدرت ظاهری ترانسفورماتورهای ساخته شده برای یک واحد آن بین چند ولت آمپر تا 600 میلیون ولت آمپر میباشد و اندازه ولتاژهای آنها بین کسری از ولت تا یک میلیون ولت بوده است البته باید مذکر شد که ترانسفورماتور یک میلیون ولتی نوع ترانسفورماتور آزمایشگاه فشار قوی میباشد.
ترانسفورماتور جریان :
مشخصه های بررسی شده در مورد یک ترانسفورماتور خطی را میتوانیم در یک ترانسفورماتور جریان بیابیم : این ترانسفورماتور که عملاً در حین کار کردن مدار مغناطیسی آن بحالت اشباع نمیرسد میتواند بیانگر تمام خصوصیات یک ترانسفورماتور خطی باشد.
در جریان متناوب غالباً مدار آمپرمتری وسایل اندازه گیری کمیات الکتریکی را از طریق کاربرد یک ترانسفورماتور جریان به شبکه منشعب مینمایند. مثلاً آمپرمترها و بوبین جریان واتمترها و یا کنتورها و یا رله ها که در ثانویه یک ترانسفورماتور جریان بطور سری قرار میگیرند و در اینحال اولیه ترانسفورماتور جریان بطور سری در خط یا مداریکه میخواهند جریان آنرا اندازه گیری نمایند قرار میگیرد. و این عمل دو امتیاز زیر را ارائه میکند.
اولاً : وسائل اندازه گیری را از شبکه مجزا کرده و مضافاً از خطرات ناشی در مورد کسانیکه در آن مدار کار میکنند اجتناب حاصل میشود.
ثانیاً : جریان خط مورد نظر را با کالیبرآمپرمتر و یا بوبین جریان واتمتر تطبیق میدهد. (مثلاً در مورد واتمترها که بوبین جریان برای 5 آمپر ساخته میشود).