ترانسفورماتور را بشناس!
ترانسفورماتور را می توان یکی از کلیدی ترین عناصر قدرت و شبکۀ انتقال دانست که امروزه به لطف آن می توانیم برق را از محل تولید به دور ترین نقاط کشور با کم ترین تلفات انتقال دهیم. حتی میتوان در مسیر این انتقال به روستا ها و مناطق کم جمعیت و پر جمعیت با ترانس دیگری برق رسانی نماییم.
در این مقاله تخصصی در الکتروپژواک، موضوع بحث ما بررسی انواع ترانسفورماتور ها و انواع کاربرد های ترانسفورماتور است. در ادامه مقاله همراه ما باشید تا هر آنچه را که باید در این خصوص بدانید برای شما شرح دهیم.
تولید انواع ترانسفورماتور در ایران
ترانسفورماتور در حال حاضر در داخل کشور تولید می گردد و یکی از برترین تولید کنندگان عمدۀ این محصول در ایران گروه صنعتی الکتروپژواک میباشد که بخش عمده ای از این تولیدات مهم را بر عهده دارد.
علاوه بر تولید محصول در داخل کشور آمار ادارۀ کل گمرکات کشور بیانگر این مهم است که طی سال های 63 تا 67 مقادیر زیادی ترانسفورمر تقویت وارد بازار ایران گردیده است.
این کالا عمدتاً توسط کشورهای شوروی، لهستان، تایوان، آلمان غربی، انگلستان، فنلاند، فرانسه، بلژیک، سوئیس، اسپانیا ساخته و وارد بازار ایران میشود.
ترانسفورماتور چیست و برای چه کاری از آن استفاده میشود؟
ترانسفورماتور یا همان ترانسفورمر مبدل هایی هستند، که انرژی الکتریکی را بدون تغییر نوع انرژی، با مقادیر مختلف در اختیار مصرف کننده قرار می دهند. در این انتقال، سطح ولتاژی که در سیم پیچ ها جریان دارد متناسب با تعداد دور آن ها می باشد.
این خصوصیت باعث شده مهندسین برق این امکان را داشته باشند که وسایل الکتریکی را در انواع مختلف با جریان ها و ولتاژهای گوناگون طراحی کنند. به این صورت در مواقعی که احتمال خطر برق گرفتگی وجود داشته باشد وسایلی را با ولتاژ کم طراحی کنند که خطر برق گرفتگی را کاهش دهند. همچنین این روش باعث میشود در مواقعی مانند «جوشکاری» که نیاز به جریان زیاد است، با تغییر در مقدار ولتاژ، جریان زیادی برای جوشکاری فراهم کرد.
هرچند استفاده از ترانسفورمرها برای نخستین مرتبه در شبکه های قدرت رواج یافت اما با ظهور و گسترش علم الکترونیک قدرت، امروزه در بسیاری از دستگاه ها شاهد حضور این عنصر حیاتی نیز هستیم.
جالب است بدانید در یک شارژر بسیار کوچک تلفن همراه گرفته تا محرک های موتورهای غول پیکر الکتریکی از انواع مختلف ترانسفورماتور استفاده شده است.
انواع دسته بندی ترانسفورماتور ها
ترانسفورماتورها بر اساس پارامترهای مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند که از جمله آنها میتوان به کاربرد، جنس، ساخت و… اشاره نمود. در ادامه انواع ترانسفورماتور را بررسی خواهیم کرد:
ترانسفورماتور از نظر جنس هسته
1- هسته هوایی
هوا یا پلاستیک در این ترانس‌ها هسته اصلی میباشد. یعنی در دو هسته پلاستیکی سیم پیچ‌ها پیچیده می‌شوند و عملا در این نوع ترانسفورمر هسته فیزیکی وجود ندارد.
2- هسته فرومغناطیس-آهنی
هسته این نوع ترانس از جنس مواد فرومغناطیس است. یعنی برای افزایش میدان مغناطیسی آن از یک هسته فرومغناطیسی در ترانس استفاده میگردد. شدت این میدان به نفوذپذیری ماده مغناطیسی آن بستگی دارد.
ترانسفورماتورها از نظر تبدیل ولتاژ
بر اساس سطح تبدیل ولتاژ AC، ترانسفورماتور به دو دسته افزاینده و کاهنده تقسیم میشود. هر کدام از این موارد ویژگی خود را دارند و برای کاربری‌های گوناگونی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
1- ترانسفورماتور افزاینده
در این نوع از ترانسفوماتورها، ولتاژی که در سیم پیچ ثانویه وجود دارد از ولتاژ سیم پیچ اولیه بیشتر است. که عامل این امر را هم میتوان به تعداد دور کمتر در سیم پیچ اولیه نسبت داد. این گونه میتوان گفت که ولتاژ خروجی دستگاه وابسته به نسبت تبدیل یا همان نسبت تعداد دور سیم پیچ ثانویه به اولیه است. در ترانسفورماتور افزاینده این نسبت تبدیل برابر با یک است.
2- ترانسفورماتور کاهنده
نوع کاهنده در واقع بر عکس ترانسفورماتور افزاینده میباشد، یعنی میزان ولتاژی که در سیم پیچ اولیه وجود دارد از سیم پیچ ثانویه بیشتر است. چرا که تعداد دورها در سیم پیچ اولیه بیشتر میباشند. این میزان ولتاژ ورودی بیشتر نسبت به خروجی کمتر، باعث میشود تا ترانسفورماتور میزان ولتاژ جریان برق مستقیم (AC) را کاهش دهد. نسبت تبدیل در این دستگاه کمتر از یک است.
ترانسفورماتور از نظر کاربرد
ترانس قدرت
معمولا از این ترانس برای کاهش یا افزایش ولتاژ در نیروگاه‌ها در جهت انتقال کارآمد برق استفاده میشود. ولتاژ عملیاتی این ترانس‌ها زیاد میباشد و بازدهی ۱۰۰٪ دارند.
ترانس توزیع
عموما برای توزیع برق تجاری و خانگی کاربرد دارند و به نسبت ترانس‌های قدرت اندازه کوچکتر و نصب آسان‌تری دارند.
ترانس ایزولاسیون
در واقع عمده کاربرد این ترانس برای جلوگیری از برق گرفتگی است که یک سر آن به زمین وصل شده است.
ترانس ابزار دقیق
جهت ولتاژها و جریان‌های بالا کاربرد دارد و آنها را کاهش می‌دهد تا به رنج ایمنی برسند.
البته باید بدانید دسته‌بندی ترانس‌ها محدود به موارد ذکر شده نیست بلکه از نظر عایق و سیم‌پیچ هم دسته‌بندی می‌شوند و برای کاربردهای خاص استفاده می‌گردند.
دو نوع ترانسفورماتور وجود دارند که ابزار دقیق در دسترس هستند.
1- ترانسفورماتور جریان
ترانسفورماتور جریان یا CT برای اندازه‌گیری جریان‌های بسیار بزرگ مورد استفاده واقع میشود.
برای خرید ترانسفورمر جریان کلیک کنید
2- ترانسفورماتور ولتاژ
ترانسفورماتور ولتاژ جهت اندازه‌گیری ولتاژهای بالا به کار می‌رود. به همین دلیل، سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور به خطوط ولتاژ بالا اتصال می‌یابند. در جهت ثانویه نیز، کلیه تجهیزات اندازه‌گیری مانند کنتور به منظور اندازه‌گیری و تحلیل سطح ولتاژ به آن وصل خواهند شد.
برای خرید ترانسفورمر ولتاژ کلیک کنید
انواع گوناگون ترانسفورماتورهای ولتاژ وجود دارد که عبارت‌اند از:
💠 الکترومغناطیسی: سیم‌پیچی شده است.
💠 ترانسفورماتور ولتاژ خازنی (CVT): مدار تقسیم ولتاژ خازن را به کار می‌گیرد.
💠 ترانسفورماتور نوری: بر مبنای ویژگی الکتریکی مواد اپتیکی فعالیت میکند.
ساختمان ترانسفورماتور چگونه عمل میکند؟
1– هستۀ آهنی:
با توجه به میزان توان انتقالی، فرکانس و ولتاژ مورد استفاده، هسته‌ها در انواع مختلفی از نظر جنس، شکل و ابعاد ساخته می‌شوند. به عنوان مثال در فرکانس برق شهر از هسته های آهنی استفاده میگردد و در فرکانس های چند ده کیلو هرتز از هسته هایی از جنس فریت استفاده می گردد. هرچه ابعاد هسته بزرگتر باشد، ترانسفورماتور قابلیت انتقال توان الکتریکی بیشتری را داراست. به همین علت است که ترانسفورماتور مورد استفاده در یک شارژر موبایل ابعاد بسیار کوچک و در شبکه انتقال قدرت ابعاد بسیار غول پیکری دارد. البته ابعاد یک ترانسفورماتور به فرکانس کاری آن نیز بستگی دارد.
هسته‌های از جنس ورقۀ آهن معمولاً به شکل UI، EI و EE موجود هستند. هسته‌های پودر فلزات به شکل ترویید (حلقوی) یافت می‌شوند. هسته‌های فریت اشکال متفاوت تری دارند که شامل EE، UU، RM، ETD، EFD، پلانار و … میباشند.
2- سیم پیچ ترانسفورماتور:
سیم پیچی ترانسفورماتورها در ساده ترین حالت به دو دسته تقسیم می شوند. به سیم پیچی که به ولتاژ ورودی متصل می شود اصطلاحاً «سیم پیچی اولیه» و به سیم پیچی که از آن ولتاژ مورد نظر (پس از عمل تبدیل ترانسفورماتور) به دست می آید «سیم پیچی ثانویه» گفته می شود.
سیم پیچ ها بسته به کاربرد ترانسفورماتور با توپولوژی های مختلفی بر روی هسته پیچیده می شوند. به عنوان مثال سیم پیچ ها می توانند بر روی ساق های جداگانه پیچیده شوند یا بر روی همدیگر و بر روی یک ساق باشند. سیم استفاده شده در سیم پیچ از سیم های لاکی با ضخامت بسیار کم گرفته تا کابل های ضخیم ولتاژ بالا می تواند باشد.
3- قرقره (بوبین) ترانسفورماتور:
قرقرۀ ترانس یا بوبین ترانس یکی از لوازم ساخت ترانسفورماتور است. قرقرۀ ترانس یک سازه از جنس پلاستیک، چوب، کائوچو یا هر مادۀ دیگری که بر اثر سیم‌پیچی تغییر شکل ندهد می‌تواند باشد. سیم‌پیچ بر روی بوبین پیچیده میشود و پس از آن هسته در داخل بوبین جاسازی میشود.
اکثر هسته‌ها همراه با بوبین در بازار موجود هستند. مانند هسته‌های ورق آهن، هسته‌های فریت EE, ETD, ER و … . برخی از هسته‌های کوچکتر که قابلیت قرارگیری روی برد الکتریکی را دارند، دارای پین‌هایی در قسمت پایین خود هستند که اتصال آنها به برد الکتریکی را آسان میکند.
بوبین هسته‌های بزرگتر از آن جهت که استحکام لازم برای قرارگیری بر روی برد الکتریکی را ندارند بدون پین هستند. بوبین هسته‌های ورق آهن عموماً از این دست هستند. البته در توان‌های پایین ترانس‌های روبردی با بوبین پین دار وجود دارند. برای این بوبین‌ها باید سازه‌ای مکانیکی برای نصب در کیس مبدل طراحی شود.
برخی هسته‌ها مانند هسته‌های U شکل به‌دلیل تنوع آرایش سیم‌پیچی برای آنها، بدون بوبین در بازار عرضه می‌شوند. متناسب با کاربرد این هسته‌ها باید بوبین متناسب طراحی و ساخته شود. باید توجه داشت که طراحی انجام شده از طرفی موقع جایگذاری هسته به مشکل بر نخورد و از طرفی پنجره هسته را برای قرارگیری سیم‌پیچ محدود نکند. هم چنین استحکام کافی برای پیچیدن سیم‌پیچ را دارا باشد.
هسته‌هایی مانند تروییدها که نمیتوان در آنها هسته ها را باز کرد و قرار دادن بوبین در آنها وجود ندارد فاقد بوبین هستند و نمیتوان برای آنها بوبین طراحی کرد و سیم‌پیچ مستقیماً روی هسته پیچیده میشود.
در بسیاری از ترانسفورماتورهای خاص مانند ترانسفورماتورهای ولتاژ بالا از آن‌جایی که باید عایقی بین تمام نقاط هسته و سیم‌پیچ‌ها رعایت شود، طراحی بوبین از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. تمامی فواصل باید به صورت دقیق با توجه به جنس عایق و ولتاژ شکست آن محاسبه و طراحی گردد.
کاربرد ترانسفورماتور چیست و کجا استفاده میگردد؟
1- ترانسفورماتور در شبکۀ قدرت:
امروزه در بسیاری از صنایع مربوط به برق از ترانسفورماتور استفاده می گردد. مهم ترین کاربرد ترانسفورماتور در شبکۀ برق میباشد که وظیفۀ افزایش ولتاژ در سمت تولیدکننده و کاهش ولتاژ در سمت مصرف کننده است. این افزایش و کاهش ولتاژ، باعث کاهش تلفات انتقال انرژی الکتریکی از تولیدکننده به مصرف کننده می گردد. در این امر از ترانسفورماتورهای نوع سه فاز استفاده می شود.
در تمامی دستگاه های مصرف کننده انرژی الکتریکی که در آن ها نیاز به کاهش یا افزایش ولتاژ است، از ترانسفورماتور استفاده می گردد. برای اندازه گیری ولتاژ و جریان شبکه برق در پست های الکتریکی از ترانسفورماتورهایی به ترتیب به صورت موازی و سری در مدار استفاده می شود. در کاربردهای حفاظتی نیز ترانسفورماتور جهت ایزولاسیون الکتریکی در تجهیزات الکتریکی از ترانسفورماتورهای ایزولاسیون کاربرد دارد و کاربرد آن به شبکۀ قدرت محدود نمی شود.
2- ترانسفورماتور در صنعت:
انرژی الکتریکی پس از تولید در نیروگاه و انتقال به مصرف کننده، به شکل‌های مختلف مورد استفاده قرار خواهد گرفت. دستگاه‌های مصرف کننده انرژی الکتریکی به نحوی طراحی شده‌اند که از برق تولیدی شبکه قدرت به همان شکل و همان سطح ولتاژ استفاده کنند. ولی در برخی از کاربردها نیاز است تا سطح ولتاژ شبکه تغییر کند و بعد از آن مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال یک ترانسفورماتور جوشکاری را در نظر داشته باشید که برای ایجاد جریان بالا در خروجی، سطح ولتاژ را کاهش می‌دهد یا یک منبع تغذیه آزمایشگاهی یا صنعتی همین عمل را در سطح ولتاژ دلخواه انجام می‌دهد. در برخی موارد نیز هدف فقط ایزولاسیون الکتریکی به منظور مسائل ایمنی است که از ترانسفورماتور یک به یک استفاده میشود.
3- ترانسفورماتور در الکترونیک قدرت:
تمام کاربردهایی که در بالا عنوان شد کاربردهایی هستند که در آن ها از ترانسفورماتورهایی که در فرکانس برق شهر کار می کنند، استفاده میگردد ولی با پیشرفت علم الکترونیک قدرت، استفاده از ترانسفورماتورهای فرکانس بالا نیز رایج شده است. در تمامی مبدل های الکترونیک قدرت که ولتاژ خروجی آن ها ایزوله است از ترانسفورماتور استفاده میگردد.
در این مبدل ها ابتدا برق AC شهر DC می شود و سپس با سوئیچینگ در فرکانس بالا، برق AC با فرکانس قوی تولید می گردد و سپس از یک ترانسفورماتور فرکانس بالا برای کاهش یا افزایش ولتاژ و همچنین ایجاد ایزولاسیون استفاده می شود. ترانسفورماتور فرکانس بالا از نظر ابعادی بسیار کوچکتر از ترانسفورماتور با فرکانس برق شهر میباشد و جنس هستۀ آن نیز به جای آهن از فریت است. در اکثر مدارات الکترونیک قدرت می توان ترانسفورماتورهایی با ابعاد و توان های مختلف پیدا کرد.
دسته بندی تخصصی انواع ترانسفورماتور
ترانسفورماتورها را بر اساس پارامترهای گوناگون می توان دسته بندی کرد. این مولفه ها شامل فرکانس، توان، جنس هسته، ساختار هسته و سیم پیچی، جنس عایق، کاربرد، تک فاز یا سه فاز، افزاینده یا کاهنده، سطح ولتاژ و نوع خنک کنندگی می باشند. انواع ترانسفورماتور بر اساس این مولفه ها شامل:
1- ترانسفورماتور بر اساس فرکانس:
فرکانس یکی از مهم ترین عوامل در تعیین جنس و ابعاد هسته است. از فرکانس برق شهر که 50 یا 60 هرتز است تا فرکانس های کلیدزنی که تا چندصد کیلو هرتز قدرت دارند از ترانسفورماتورها با هسته های متفاوتی استفاده می شود. در فرکانس برق شهر از هسته های آهنی و ورقۀ آهن استفاده می گردد. به این ترانسفورماتورها ترانسفورماتور فرکانس پایین (یا برق شهر یا شبکۀ قدرت) میگویند. در فرکانس های بالاتر از پودر آهن و در فرکانس های سوئیچینگ از فریت استفاده میگردد که به آنها ترانسفورماتور فرکانس بالا یا ترانسفورماتور سوئیچینگ گفته میشود.
2- ترانسفورماتور بر اساس توان:
توان عبوری از یک ترانسفورماتور ممکن است از چند میلی وات تا چند مگاوات باشد. به همین علت ترانسفورماتور را براساس حداکثر توان عبوری از آن به ترانسفورماتورهای توان پایین، توان متوسط و توان بالا دسته‌بندی می‌کنند.
3- ترانسفورماتور بر اساس ساختار هسته و سیم پیچی:
ساختار هسته و سیم پیچ ها انواع متفاوتی دارد. که بسته به نوع کاربرد از ساختارهای مختلف استفاده می گردد. هستۀ ترانسفورماتور می تواند شامل یک یا چند ساق، حلقوی، پلانار و … شود. سیم پیچ ها ممکن است بر روی یک ساق و در کنار هم یا روی هم، بر روی ساق های جداگانه، در لابه لای یکدیگر (interleaved) در بوبین های دارای چند شیار (slot)، به صورت صفحات PCB و … وجود داشته باشند.
4- ترانسفورماتور بر اساس جنس عایق:
در ترانسفورماتورهای ولتاژ بالا، سیم پیچی که ولتاژ بالایی دارد باید از نقاط دیگر ترانسفورماتور و نیز از نقاط دیگر خود آن سیم پیچ عایق شود. در ترانسفورماتورهای ولتاژ بالا از عایق هایی با جنس های مختلف استفاده می شود. هوا، گاز SF6، روغن و انواع عایق های جامد نمونه هایی از این عایق ها میباشند.
5- ترانسفورماتور بر اساس کاربرد:
کاربرد یک ترانسفورماتور مهم ترین شاخصه ی آن است. یک ترانسفورماتور را می توان به منظور انتقال انرژی الکتریکی در شبکۀ قدرت، اندازه گیری ولتاژ، اندازه گیری جریان، ایزولاسیون، تطبیق امپدانس، تنظیم ولتاژ (اتوترانسفورماتور)، منابع تغذیه و … استفاده نمود.
6- ترانسفورماتور بر اساس تعداد فاز:
در شبکۀ برق قدرت و در مصرف کننده های سه فاز از ترانسفورماتورهای سه فاز و در مصرف کننده های تک فاز از ترانسفورماتور تک فاز استفاده میگردد.
7- بر اساس افزاینده یا کاهنده:
ترانسفورماتورها یا از نوع افزاینده ولتاژ و یا از نوع کاهنده ولتاژ میباشند. البته می تواند هر دو مولفه را همزمان و در تنظیمات مختلف داشته باشد. ترانسفورماتورهایی که فقط کاربرد ایزولاسیون دارند، عموماً تغییری در سطح ولتاژ ایجاد نمی کنند و نه کاهنده هستند و نه افزاینده.
8- بر اساس سطح ولتاژ:
در شبکۀ قدرت بر اساس سطح ولتاژ به ترانسفورماتورهای فشار ضعیف کمتر از 1kv)، فشار متوسط (1kv تا 33kv) و فشار قوی (بالاتر از 33 kv تقسیم می شوند. ترانسفورماتورهای استفاده شده در الکترونیک قدرت اکثرا در دسته فشار ضعیف قرار می گیرند. البته امروزه استفاده از منابع تغذیه سوئیچینگ در ولتاژ های بالا در حال رایج شدن میباشد.
9- بر اساس نوع خنک کنندگی:
بر اساس این که تلفات چگونه از آن دفع می شود نیز ترانسفورماتورها را می توان دسته بندی کرد. ترانسفورماتورها می توانند با هوا، روغن، فن و یا آب خنک گردند.
خرید آنلاین انواع ترانسفورمر از الکتروپژواک
گروه صنعتی الکتروپژواک پیشگام در تولید ملی و حامی کارگران ایرانی میکوشد تا در جهت ارتقا جنبه ی صنعتی و اقتصادی میهن عزیزمان تلاش های مثمر ثمر داشته باشد.
از این رو تولید انواع ترانسفورماتور های جریان، ولتاژ، بوشینگ و مقره را با بالاترین کیفیت جهانی در دست گرفتیم.
افتخار ما کیفیت جهانی ایرانی است که سالهاست مورد اعتماد صنعتگران گرامی واقع شده است.
«الکتروپژواک پیشگام در گسترش صنعت ملی و پیشرفت ایران و ایرانی»
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.