ترانسفورماتور چیست ؟

ترانسفرماتور را می توان یکی از کلیدی ترین عناصر قدرت و شبکه انتقال دانست، امروزه به لطف ترانسفورمر می توانیم برق را از محل تولید به دورترین نقاط کشور با کمترین تلفات انتقال دهیم و حتی در مسیر این انتقال به روستا ها و مناطق کم جمعیت و پرجمعیت با ترانس دیگری برق رسانی نماییم.

امروز در این پست می خواهیم به بررسی ترانسفرماتور بپردازیم، بررسی که با زبان ساده نوشته شده و تنها موارد کلیدی و البته مهم را برخواهیم شمرد تا اگر در هر شرایطی و هر سطح دانشی هستید با خیالی آسوده ما را همراهی نمایید.

قبل از هر چیزی بیایید کار رو با دیدن این ویدیو کوتاه که ترجمه و زیرنویس فارسی شده شروع کنیم تا با اجزای داخلی یک ترانسفورماتور آشنا شوید و بعد از اون بریم سراغ بررسی ترانسفرماتور

ترانسفرماتور در حال حاضر در داخل کشور تولید می گردد و تولید کنندگان عمده این محصول ایران ترانسفو، کارخانجات فاراتل، خزر ترانسفورمر، راسیکو و کالای گنجینه ایران فرد می باشد که مجموعا بیش از ۶۰% تولیدات کشور را در دست دارند.

علاوه بر تولید محصول فوق در داخل کشور آمار اداره کل گمرکات کشور حاکی از آن است که طی سالها ی ۶۳ ، ۶۷ مقادیر زیادی ترانسفورمر تقویت وارد بازار ایران گردیده است.

پیشنهاد ویژه

به شما پیشنهاد می کنیم حتما از آموزش نرم افزارهای رله SEPAM( جامع ترین آموزش برنامه نویسی رله) دیدن نمایید.

آموزش نرم افزارهای رله SEPAM

 

این کالا عمدتا توسط کشورهای شوروی ، لهستان ، تایوان ، آلمان غربی ، انگلستان ، فنلاند ، فرانسه ، بلژیک ، سوئیس ، اسپانیا ساخته و وارد بازار ایران گردیده است.

ترانسفورمر قدرت در صنایع متوسط و سنگین مانند کارخانجات و نیروگاه استفاده می شود که مسلما از همان ساختار ترانسفورماتور ها مصرف کننده(فشار ضعیف) استفاده می کنند تنها از نظر ابعاد بزرگ تر بوده و در برخی موارد مانند حفاظت، تهویه و انعطاف کاری پیشرفته تر می باشند.

در کنار ترانس های قدرت ترانسفورمر های تقویت خانگی و خدماتی در رنج ۵۰۰ الی ۷۰۰۰ وات تولید می شود که همگی دارای پروسه تولید یکسانی می باشد، اما بر طبق بررسی های انجام شده، عمده مصرف بازار ترانسفورمر فشار ضعیف ۲ کیلو وات می باشد.

ترانسفورماتور هایی که عمدتا در بازار مورد مصرف(عموم مردم) قرار می گیرد ترانسفورماتور های اتوماتیک می باشد. و ترانسفورمر های دستی ( سلکتوری ) بازار مصرف کمی دارد و قیمت تمام شده آنها نیز بیشتر می باشد؛ در حال حاضر عمدتا واحدهای تولیدی به تولید ترانسفورمر اتوماتیک می پردازند و ترانسفورمر های سلکتوری در واحدهای بدون پروانه تولید می گردد.

اساس کار ترانسفورماتور

در سه کلمه ساده می توان تمام اساس کاری یک ترانسفورماتور را شرح داد و آن ” القا الکترو مغناطیسی متقابل ” می باشد

اما چگونه؟

تصور کنید یک سیم برق حامل جریان الکتریکی در دست دارید، در حالت عادی در اطراف این سیم یک میدان مغناطیسی به وجود می آید که دقیقا مانند یک حلقه به دور سیم قرار گرفته است

هرچه شما به این سیم نزدیک تر شوید این میدان مغناطیسی قوی تر می شود از علل دیگر تقویت میدان مغناطیسی آن میتوان به میزان جریان عبوری از سیم اشاره کرد.

اگر بخواهیم بدون تغییر جریان این میدان را تقویت کنیم چه باید کرد؟

کافیست به جای هوا که اطراف سیم را در برگرفته است از ماده ای استفاده کنیم که نفوذپذیری مغناطیسی بالاتری داشته باشد مثل آهن که نسبت به میدان مغناطیسی آهن ربا به سرعت واکنش نشان می دهد.(جایگزینی هوا با آهن)

حال ترانس چگونه کار میکند؟

دقیقا همانند مدارهای الکتریکی ما مدار مغناطیسی هم داریم و صرفا تفاوت های ذاتی دارند ولی اصول کار دقیقا مشابه است، تصور کنید سیم ما که میدان دارد اگر در مجاورت یک سیم دیگر قرار بگیرد روی آن سیم اثرگذار خواهد بود به این اثر همان “القا الکترو مغناطیسی متقابل” می گویند که باعث می شود ولتاژ در سیم دوم بدون هیچ گونه ارتباط الکتریکی القا شود و این ارتباط مزایای ویژه ای نیز دارد؛

با توجه به میزان تعداد دور شما تعیین خواهید کرد چه میزان ولتاژ یا جریان بروی سیم دوم القا شود(اما همواره حاصل ضرب ولتاژ در جریان سیم اول که توان نامیده می شود، با حاصل ضرب ولتاژ در جریان سیم دوم برابر است – قانون پایستگی انرژی).

با توجه به پیشرفت تکنولوژی ساخت ترانسفورمر این مسئله پیچیده تر شده و در نهایت بازده بیشتر را نیز با خود به همراه داشته است به گونه ای که ترانس شما تلفات کمتری از خود نشان می دهد و سعی در انتقال ۹۹% توان ورودی به خروجی را دارد.

شکل القای متقابل به صورت عمده در ترانس چگونه است؟

شاید ساده ترین حالت به این گونه است که سیم پیچ اولیه(ورودی) به دور یک هسته آهنی پیچیده می شود و سپس سیم پیچ ثانوایه(خروجی) بروی اولیه مجددا پیچیده می شود، در نظر داشته باشید که منظور از سیم، سیم با لاک و عایق می باشد.

 

 

تراسفورماتور سه فاز پس چیست؟

اگر شما دقیقا ۳ عدد از تراسفورماتور های بالا را در کنار هم قرار دهید یک ترانس سه فاز را تهیه نموده اید، البته در کارخانجات ترانس های سه فاز به دلیل اهمیت ابعاد به صورت یکپارچه ساخته می شود تا هزینه و فضای کمتری نیاز باشد هرچند مدل ابتدایی نیز برای حالات خاص بخصوص اتصال “V” همچنان کاربرد دارد.

 

انواع مختلف ترانسفرماتور

ترانسفورماتورهای جدا کننده

ترانسفورماتور هایی هستند که سیم پیچ های آنها از نظر الکتریکی از هم جدا می باشند و برای تحقق تدابیر حفاظتی «جداسازی حفاظتی» برای اتصال به مصرف کننده جریان بکار می رود .

ترانسفورماتورهای عایق

ترانسفورماتورهایی هستند که سیم پیچ های آنها از نظر الکتریکی از هم جدا می باشند و برای انتقال انرژی ها بین سیستم های با پتانسیل های بسیار مختلف که در آنها ولتاژ عایق نسبت به ولتاژ اسمی ترانسفورماتور معین نشده است. به کار میروند.

ترانسفورماتور های کنترل

ترانسفورماتورهایی هستند که سیم پیچ های آنها از نظر الکتریکی از یکدیگر جدا می باشند. و برای انجام امور کنترلی مورد استفاده قرار می گیرند، مانند ترانس نمونه جریان یا ترانس نمونه ولتاژ.

ترانسفورماتورهای منبع تغذیه

ترانسفورماتورهایی هستند با یک یا چند سیم پیچ ثانویه که از سیم پیچ اولیه از نظر الکتریکی جدا می باشد.

اتو ترانسفورماتورها

ترانسفورماتورهایی هستند که سیم پیچ اولیه و ثانویه آنها با هم مشترک می باشند.

ترانسفورماتورهای جرقه زن

ترانسفورماتورهایی هستند که سیم پیچ های آنها از نظر الکتریکی از یکدیگر جدا می باشند و برای مشتمل کردن مخلوط هوا و گاز یا هوا و روغن به وسیله جرقه یا قوس الکتریکی به کار می روند.

تعریف علمی ترانسفورماتور چیست؟

ترانسفورماتور یکی از وسایل بسیار مهم تبدیل کمیاب جریان و ولتاژ الکتریکی متناوب است، که بر خلاف ماشین های الکتریکی که انرژی الکتریکی و مکانیکی را بهم تبدیل می کند، ترانسفورماتور در نوع انرژی تغییری نمی دهد بلکه ولتاژ و جریان را با همان فرکانس جریان متناوب انتقال دهد، بطوریکه انرژی ولتاژ پائین را تبدیل به همان انرژی با ولتاژ بالاتر می نماید و همچنین جریان را از مقدار داده شده در یک مدار به جریانی با اندازه های 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.

توضیحات محاسبه ای و فرمول های ترانسفورمر

شاید برایتان سوال باشد دقیقا چگونه سطح ولتاژ تغییر کرده و به تبع آن میزان جریان در دو سوی ترانس نیز تغییر می کند؟، پاسخ آن سادس صرفا باید دو نسبت تبدیل را بلد باشید اما مسلما ترانس از نظر محاسبات به همین سادگی نیست و ما صرفا قسمت کاربردی آن را در حال توضیح هستیم؛

دو نسبت بالا نسبت طلایی در ترانس هستند و البته در حالت کاملا ایده آل که در اینجا

N؛ تعداد دور سیم

V؛ ولتاژ دو سر پایانه ها

I؛ جریان جاری در هر سمت ترانس

مثال کاربردی

تصور کنید ما یک شبکه برق در اختیار داریم که ولتاژ آن ۷۰۰ ولت می باشد و قرار است با این شبکه یک موتور برقی ۲۲۰ را روشن نماییم، مسلما امکان این کار نیست زیرا در صورت اتصال مستقیم این دو به یکدیگر موتور الکتریکی به شدت آسیب خواهد دید پس راه حل استفاده از یک ترانس جهت کاهش سطح ولتاژ می باشد

تا اینجا v₁ برابر ۷۰۰ بوده و V₂ برابر ۲۲۰ می باشد حال کافیست ما یک N₁ با توجه به سطح جریان و توان شبکه در نظر بگیریم مثلا من ۱۰۰۰ دور را برای N₁ در نظر می گیرم

پس به سراغ معادله رفته و با جایگذاری ساده N₂ برابر تقریبا ۳۱۴ دور خواهد بود(توجه همیشه سمتی که سطح ولتاژ بیشتری دارد تعداد دور بالاتر را به خود اختصاص می دهد)

مدار معادل ترانس

ترانس نیز مانند هر دستگاه الکتریکی دارای یک مدار معادل می باشد که بصورت دقیق نحوه عملکرد آن را به ما نشان می دهد چیزی که شاید دانشجویان را کمی اذیت می کند مدار معادل های متنوع برای این دستگاه می باشد اما جای نگرانی نیست در واقع هدف از طرح این مدار معادل ها تنها ساده تر شدن کار برای شماست!

ما برای شما دو مدار معادل را که شاید مهم ترین هستند را توضیح می دهیم؛ مدا معادل واقعی و مدار معادل آیده آل

مدار معادل واقعی

 

همانگونه که از اسم آن مشخص است این مدار کامل ترین مدار معادل ترانسفورماتور می باشد که برای شما به توضیح و تفسیر ان می پردازیم؛

قسمت ۱ بیانگر ولتاژ ورودی می باشد که با حرف انگلیسی p اندیس V نمایش داده شده است؛ p به معنای اصلی(primary) یا همان اولیه می باشد

در ادامه در قسمت ۲ شاهد یک مقاومت و سلف هستیم؛ مقاومت نمایش داده شده مقاوت سیم پیچ اولیه می باشد و چون به دور هسته پیچیده شده مسلما یک اندوکتانس سلفی نیز دارد که با X نشان داده شده است

قسمت ۳ نیز مربوط به هسته می باشد که در واقع در هنگام اتصال ولتاژ در ابتدای کار مقداری جریان کشیده می شود تا بتواند میدان مغناطیسی لازم را در هسته ایجاد کند و ترانس به معنای واقعی آماده کار شود این قسمت نیز داراری یک مقاومت زیاد و یک خاصیت سلفی بالا می باشد تا جریان کمتری را نیز به خود اختصاص دهد

قسمت ۴ نیز همان سلف و مقاومت سیم پیچ دوم می باشد که با نسبت تبدیل به سمت اولیه آمده اند و می توان آنها را در سمت دوم نیز نمایش داد

قسمت ۵ نیز که نمایش کوپل مغناطیسی در ترانسفرماتور می باشد

قسمت ۶ هم که ترمینال ثانویه بوده و با حرف انگلیسی s اندیس V نمایش داده شده است؛ س به معنای اصلی(secondary) یا همان ثانویه می باشد

مدار معادل ایده آل

 

همانگونه که می بینید تمام المان ها حذف شده اند و فقط کوپل مغناطیسی نمایش داده می شود و معنای آن صفر بودن تمام تلفات می باشد، این مدار معادل در بسیاری از محاسبات استفاده می شود و دلیل آن نیز ساده بودن این مدار معادل می باشد که باعث می شود مهندسان تمرکز اصلیشان را در جاهای دیگر مدار قرار دهند.

انواع اتصالات ترانس

در ترانس های تک فاز دو اتصال بیشتر نداریم، در واقع واژه “اتصال” بیشتر برای ترانس های سه فاز معنا پیدا می کند و هر اتصال نیز از مزایا و معایبی نیز برخوردار است اما بصورت کلی موارد زیر را مد نظر داشته باشید؛

اتصل ستاره در ترانس سه فاز در سمتی قرار می گیرد که ولتاژ بالاتری داریم علت آن هم قرار گرفتن دو سیم پیچ در معرض ولتاژ می باشد که نسبت به حالتی که یک سیم پیچ تنها در مقابل ولتاژ قرار بگیرید حالت عایقی مناسب تری خواهیم داشت و فشار کمتری به سیم پیچ ها وارد می شود.

اتصال مثلث نیز در سمت فشار ضعیف(ولتاژ کمتر) قرار می گیرد چون در سمتی که ولتاژ کمتر است حتما جریان از سمت دیگر بیشتر است و به دلیل ذات این اتصال شاهد تقسیم جریان خواهیم بود و جریان کمتری بروی هر سیم پیچ سوار خواهد شد.

تپ چنجر چیست

تصور کنید ترانس ما ساخته شده است برای تبدیل ولتاژ ۷۰۰ به ۲۲۰ اما بنابر دلایلی می خواهیم ۷۰۰ را به ۲۵۰ تبدیل کنیم مسلما برای این کار باید ترانس کامل باز شود و نسبت تعداد دورهای اولیه و ثانویه تغییر نماید که کار اقتصادی و عملی نیست به همین دلیل دستگاهی در ترانس قرار می دهد که بتواند به اندازه ای مجاز سیم پیچ از یک سمت ترانس کم یا زیاد نمایید، این عملیات توسط تپ چنجر صورت می گیرد

تپ چنجر دقیقا در کدام سمت ترانس قرار می گیرد؟

در ترانس تک فاز که دو طرف ترانس یک نوع سیم پیچی دارند و تفاوتی ندارد، ولی در مدل سه فاز بدلیل اینکه عملیات “تپ” زدن یک نوع عملیات کلید زدنی هست به دلیل تلفات بالا حین تپ زدن-کلید زنی سعی می شود در سمتی باشد که جریان پایین تری داشته باشیم یعنی سمتی که اتصال ستاره می باشد.

ترانسفورماتور چیست

کاربرد ترانس

ترانسفورماتور ها بطور بسیار وسیعی در مدارهای وسایل الکترونیکی و مدارهاو دستگاههای خودکار یا اتوماتیک و راه اندازی موتورهای الکتریکی و تطبیق ولتاژ مورد نیاز جهت تغذیه مصرف کننده هایی از قبیل یکسو سازها و مبدل های جریان دائم به جریان متناوب، شارژ کننده های باطری و ایجاد دستگاههای چندین فازه از دستگاههای دو فازه و سه فازه و در ارتباطات به منظور تطبیق امپدانس و همچنین در سیستم های قدرت به منظور بالا بردن ولتاژ برای انتقال اقتصادی قدرت یعنی پایین آوردن ولتاژ به مقادیر مورد نیاز بکار می رود.

همچنین ترانسفورماتور یک وسیله بسیار ضروری در مدارهای اندازه گیری الکتریکی و در مدار های جوشکاری و کوره های الکتریکی است. بعنوان یک مجزا کننده مدار با ولتاژ زیاد از مدارهای با ولتاژ پایین و حذف کننده مولدهای مستقیم جریان در یک مدار دستگاه انرژی نیز بکار می رود .

ترانسفورماتور چیست

قطعات و اجزاء تشکیل دهنده یک ترانسفورمر

هر دستگاه ترانسفورمر از قسمتهای زیر تشکیل گردیده است.

• بدنه شامل کنه – درب – سینی – شاسی
• سیم پیچ ها
• هسته
• صفحه پلیت
• پلاک راهنما
• لامپ سینال
• فیوز(فشار ضعیف)
• کیت الکترونیکی(فشار ضعیف)
• پیچ و مهره و پرچ
• سیم لاکی
• رله
• مقاومت – دیود – آی سی – خازن – ترانزیستور
• پتانسیوتر
• روغن ترانس
• بوشینگ
• مخزن روغن
• سیستم تهویه(فشار قوی)
• برق گیر
• و …

هسته ترانسفورماتور

ترانسفورماتور چیست

هسته ها را از ورق هایی که به صورت لایه لایه روی هم قرار داده می شوند، می سازند، به علت افت جریان فوکه، هسته را ورقه ورقه ساخته و بین آنها به وسیله اکسیداسیون یا کاغذ می پوشانند و یا اینکه از ورق های عایق شده استفاده می کنند.

 

با توجه به پیشرفت در ساخت مواد برای ورق های هسته و هسته های نواری برش دار اکنون انواع مختلف این ورق ها و نوارها بسیار زیاد شده است. مهمترین آنها اکنون ورق ها و نوارهای دینامو که سرد نورد شده اند می باشند که با کرمتالهای نا منظم بر طبق DIN 45400 و با کریستالهای منظم بر طبق DIN 45400 در حال حاضر هنوز وجود دارند.

از میان انواع گوناگون ورق ها، ورق M(در فشار ضعیف) بیشتر به کار برده می شود زیرا دارای کمترین پراکندگی شار می باشند. در هسته های M، فاصله هوایی عملا وجود ندارد. با قرار دادن ورق ها به صورت متناوب در خلاف یکدیگر، زمان ساخت ترانسفورماتور بیشتر خواهد شد، ولی فاصله هوایی عملا از بین خواهد رفت. امروزه از سایر انواع هسته ها، از قبیل هسته های نواری برش دار نیز بسیار استفاده می شود ولی در این موارد قیمت مواد افزایش پیدا می کند.

ضخامت ورق در ترانسفورماتورهای کوچک اغلب ۳۵/۰ میلی متر می باشد.

سیم پیچ ترانسفورمر

همانطور که اطلاع دارید در ترانسفورماتور شاهد دو نوع سیم پیچ به صورت عمده می باشیم؛ سیم پیچ اولیه؛ که به ورودی نیز مشهور است و سیم پیچ ثانویه؛ که در واقع بار یا مصرف کننده به آن متصل می شود

 

اغلب تمام سیم پیچ ها با ولتاژ کم در آخر پیچیده می شوند. معمولا لازم است که ما بین سیم پیچ اولیه و ثانویه یا حتی برای هر لایه از سیم پیچ ثانویه حفاظ قرار داده شود . این حفاظ می تواند از جنس ورقه نازک مسی یا از سیم می باشد.

برای سیم پیچ ها از سیم لاک دار مسی (CVL) استفاده می شود.

استانداردهای جهانی ترانس فشار ضعیف

این قسمت را نیز صرفا جهت آشنایی شما با استانداردهای جهانی اضافه کرده ایم تا صرفا اطلاعتی مختصر در این مورد داشته باشید، جهت ترانسفورماتورهای کوچک استانداردهای VDE 0550 قسمتهای ۱و۲ تا ۶ و VDE 0551 در نظر گرفته شده است.

جهت قطعات اساسی تشکیل دهنده آن نیز استاندارد ها ی ذیل مشخص شده است.

ورق هسته DIN 48400

مواد فرو مغناطیسی DIN 4130

انواع فوم هسته DIN 41302

قرقره بوبین DIN 41303-41304-41305

جنس سیم پیچ DIN 46435

ترانسفورماتور چیست