تعریف و اصول کاری ترانسفورماتور
تعریف ترانسفورماتور
ترانسفورماتور انرژی الکتریکی دستگاهی غیر متحرک است که با کمک القای متقابل دو سیم پیچ و بدون هیچ ارتباط الکتریکی مستقیم انرژی الکتریکی را از یک مدار به مداری دیگر انتقال می دهد. این وسیله انرژی را بدون تغییر فرکانس از یک مدار به مداری دیگر انتقال می دهد ولی ممکن است با ولتاژ متفاوت این کار را انجام دهد. این تعریف خیلی کوتاه و مختصری از ترانسفورماتور می باشد، همانگونه که این بخش از آموزش مربوط به ترانسفورماتور انرژی الکتریکی را پیش می بریم ، درک روشن و عمیقی را از “ترانسفورماتور چیست” و نظریه ابتدایی ترانسفورماتور پیدا خواهیم کرد.
اصول کاری ترانسفورماتور
اصول کاری ترانسفورماتور بسیار ساده می باشد. این بستگی به قانون القای الکترو مغناطیسی فارادی دارد. در واقع، القای دوطرفه بین دو یا سه سیم پیج مسئول عمل تبدیل در یک ترانسفورماتور الکتریکی می باشد.
قانون القای الکترو مغناطیسی فارادی
بر اساس این قوانین فارادی،
“تغییر میزان شار پیوند نسبت به زمان، مستقیما بستگی نسبی به نیروی محرکه الکتریکی (ای ام اف) القا شده در یک رسانا یا سیم پیچ دارد”.
نظریه ابتدایی تراسفورماتور
فرض کنیم شما یک سیم پیچ در اختیار دارید که به وسیله یک منبع الکتریکی متناوب ارائه شده است. این جریان متناوب به طور مستمر از طریق سیم پیچ یک شار متغیر یا متناوب تولید می کند که سیم پیچ را احاطه کرده است. اگر یکی دیگر از سیم پیچ ها به نزدیکی این سیم پیچ آورده شود، به طور مشخص بخشی از این شار با سیم پیچ دوم ارتباط برقرار می کند. همینگونه که این شار به طور مستمر در دامنه نوسان و جهتش تغییر ایجاد می شود، تغییری هم باید بر شار پیوند در سیم پیچی یا سیم پیچ دوم ایجاد شود. بر اساس قانون القای الکترو مغناطیسی فارادی، آنجا در سیم پیچ دوم باید یک محرکه الکترونیکی (ای ام اف) القاء شده باشد. اگر مدار سیم پیچ دوم بسته شود، آنجا باید یک جریان از میانش گذر کند. این ساده ترین شکل ترانسفورماتور انرژی الکتریکی است و این اساسی ترین اصل کار ترانسفورماتور می باشد.
برای درک بیشتر، ما سعی می کنیم که اینجا توضیحات بالا را به روش ساده تر تکرار کنیم. هر زمان ما جریان متناوب را بر یک سیم پیچ الکترونیکی به کار بگیریم یک شار متناوب آنجا در انحطاط آن سیم پیچ ایجاد می شود. اکنون اگر یک سیم پیچ دیگر به نزدیکی سیم پیچ اولی بیاوریم، یک شار پیوند متناوب با سیم پیچ دوم ایجاد می شود. چون شار متناوب است، مشخصا یک میزان تغییر آنجا در شار پیوند در ارتباط با زمان در سیم پیچ دوم ایجاد خواهد شد. طبیعتا طبق قانون القای الکترو مغناطیسی فارادی محرکه الکترونیکی (ای ام اف) در درونش القاء می شود. این اصلی ترین مفهوم نظریه ترانسفورماتور می باشد.
این سیم پیچی که نیروی الکتریکی را از منبع می گیرد، به طور کلی به عنوان سیم پیچی اولیه ترانسفورماتور شناخته شده است. اینجا در مثال بالای ما سیم پیچی اول می باشد.
سیم پیچی که تولید ولتاژ دلخواه، که ناشی از القای متقابل در ترانسفورماتور می باشد، را می دهد، معمولا به عنوان سیم پیچی ثانی در ترانسفورماتور شناخته شده است. اینجا در مثال دوم ما سیم پیچی دوم می باشد
شکل ترانسفورماتور اشاره شده در بالا از لحاظ نظری امکان دارد ولی نه به طور عملی، زیرا در هوای آزاد بخشهای کوچک شاردر سیم پیچی اول با سیم پیچی دوم ارتباط برقرار می کند. بنابرین جریانی که از میان مدار بسته دومی می گذرد، مقدار آن آنقدر کم خواهد بود که به سختی می شود آن را اندازه گیری کرد.
میزان تغییر در شار پیوند بستگی به مقدار ارتباط شار با سیم پیچی دوم دارد. بنابرین، ترجیح داده می شود که تقریبا همه شارهای سیم پیچ اصلی با سیم پیچ ثانوی مرتبط باشند. این به وسیله قرار دادن یک مسیر با مقاومت مغناطیسی کم در هر دو سیم پیچی به طور موثر و مقرون به صرفه انجام داده می شود. این مسیر با مقاومت مغناطیسی کم هسته ترانسفورماتور می باشد، که در مسیرش حداکثر تعداد شار تولید شده به وسیله سیم پیچی اصلی گذرانده شده و با سیم پیچی ثانوی متصل می شود. این اصلی ترین نظریه ترانسفورماتور می باشد.
بخشهای اصلی ساختاری ترانسفورماتور
سه بخش اصلی یک ترانسفورماتور عبارتند از:
١) سیم پیچی اصلی ترانسفورماتور – که هنگامی که به منبع الکتریکی متصل می شود شار مغناطیسی تولید می کند.
٢) هسته مغناطیسی ترانسفورماتور – شار مغناطیسی به وسیله سیم پیچی اصلی تولید می شود، که در میان این مسیر با مقاوت مغناطیسی کم، مرتبط با سیم پیچی ثانوی می گذرد و یک مدار مغناطیسی بسته می آفریند.
٣) سیم پیچی ثانوی ترانسفورماتور – شار، که به وسیله سیم پیچی اصلی تولید شده، در میان هسته می گذرد، و با سیم پیچی ثانوی متصل می شود. این سیم پیچی همان هسته را در بر می گیرد و تولید دلخواه ترانسفورماتور را ارائه می دهد.