ترانس چیست؟ | آشنایی با ترانسفورماتور

ترانس چیست و چه کاربردی دارد؟ ترانسفورماتور دستگاهی است که انرژی الکتریکی را از طریق القای الکترومغناطیسی بین دو یا چند سیم پیچ متنقل می کند. ترانسفورماتور جهت افزایش یا کاهش ولتاژ متناوب در پروژه های برق مورد استفاده قرار می گیرد. این وسیله براساس قانون فارادی کار می کند و در خطوط و شبکه های برق به تأمین انرژی کمک می کند.

این وسیله برق را از مداری به مدار دیگر متنقل می کند، بدون اینکه فرکانس آن تغییر کند. اولین نمونه ترانسفورماتور در سال 1887 ساخته شد. در حال حاضر انواع ترانس ها وظیفه تأمین انرژی، انتقال انرژی و تبدیل ولتاژ را برعهده دارند.

امروزه ترانسفورماتورها در نیروگاه های برق، سیستم های برق رسانی شرکت ها و کمپانی های بزرگ، تأمین برق فرایندهای صنعتی در کارخانجات، کنترل منبع تغذیه سنگین و … به کار می روند. اگر می خواهید بدانید ترانس چیست و عملکرد ترانسفورماتور چگونه است، تا پایان این مقاله با ما همراه باشید.

آنچه در ادامه می خوانیم:

• ترانسفورماتور چیست؟
• ساختار ترانسفورماتور
• طرز کار ترانسفورماتور
• انواع ترانسفورماتور
• کاربرد ترانسفورماتور
• مزایا و معایب ترانسفورماتور

ترانسفورماتور چیست؟

اگر می خواهید بدانید ترانس چیست در ادامه این مقاله با ما همراه باشید. ترانسفورماتورها به عنوان تجهیزاتی شناخته می شوند که به وسیله دو یا چند سیم پیچ انرژی الکتریکی را از طریق القای الکترومغناطیسی از یک مدار به مدار دیگر انتقال می دهند.

عملکرد این دستگاه به شکل مدارهای بسته است. این مدارها در طرف اول و ثانویه هسته پیچیده می شوند. ترانسفورماتورها را معمولاً برای کاهش جریان در خطوط انتقال انرژی الکتریکی با ولتاژ بالا به کار می برند.

تراسفورماتور در واقع یکی از کلیدی ترین عناصر شبکه انتقال در حوزه برق قدرت است. به واسطه این تجهیزات می توان برق را از دورترین نقاط بدون تلفات به نقاط مورد نظر انتقال داد. در حال حاضر ترانسفورماتورهای بسیار زیادی در ایران تولید می شود که از برترین آن ها می توان به ایران ترانسفو، نیرو ترانسفو، فاراتل، خزر ترانسفورمر، راسیکو و … اشاره کرد.

ساختار ترانسفورماتور

در ادامه موضوع ترانس چیست به بررسی ساختار این تجهیزات می پردازیم. ترانسفورماتورها از قسمت های مختلفی تشکیل شده اند. اجزای مشترکی در انواع ترانسفورماتورها وجود دارد. ترانسفورماتور از اجزای اصلی هسته، سیم پیچ اولیه و ثانویه تشکیل شده است.

هسته وظیفه ایجاد مسیری برای شار جریان مغناطیسی را برعهده دارد. سیم پیچ اولیه جریان الکتریکی متناوب را از منبع دریافت می کند و سیم پیچ ثانویه می تواند انرژی و جریان را دریافت و به ولتاژهای دیگری تبدیل کند.

ترانسفورماتور به شکلی طراحی شده است که سیم هایی که برای یک سیم پیچ مورد استفاده قرار می گیرند، باید متناسب با کاربرد و توان عبوری باشند. این سیم ها می توانند یک سیم لاکی نازک مانند یک تار مو یا یک کابل برق باشند.

برای اینکه هسته بتواند به سادگی از سیم پیچ و مجموعه جدا شود، سیم ها را به صورت مستقیم بر روی هسته نمی پیچند. برای انجام این فرآیند از یک قطعه به نام بویین استفاده می کنند. سیم پیچ ها برروی بویین پیچیده می شوند و هسته در داخل آن ها قرار می گیرد. با توجه به اینکه هسته ها دارای شکل های متفاوتی هستند، برای هر هسته از بویین مناسب آن استفاده می شود.

بعضی از این دستگاه ها تعداد سیم پیچ بیشتری دارند. در مواقعی که چندین خروجی از یک ترانسفورماتور نیاز است، تعداد سیم پیچ ها افزایش پیدا می کند. ترانسفورماتورهایی که به شکل سه فاز هستند، حداقل به دو سیم پیچ اولیه و ثانویه برای هر فاز نیاز دارند.

طرز کار ترانسفورماتور

برای اینکه درک کنیم ترانس چیست و چگونه کار می کند، فرض اولیه را بر این می گیریم که ترانس مورد نظر تک فاز است. در ترانس ها یک رسانای الکتریکی وجود دارد. این رسانا به دور قسمت عمودی هسته پیچیده می شود. این موضوع باعث ایجاد میدان مغناطیسی می شود. هنگامی که یک ولتاژ وارد سیم پیچ اولیه می شود؛ یک ولتاژ از جریان الکتریکی متناوب به وسیله القای الکتریکی در سیم پیچ ثانویه ایجاد می شود.

طرز کار ترانس به این شکل است که رسانای الکتریکی موجود در هسته آن به شکل مغناطیسی به هسته اتصال پیدا کرده است. انرژی در این دستگاه به وسیله ی کوپلینگ الکترومغناطیسی انتقال پیدا می کند. نسبت چرخش رسانای الکتریکی یا به زبان ساده تر، سیم هایی که به دور هسته ها در سیم پیچ ها پیچیده شده اند، برابر با ولتاژی هستند که ترانس در سطح بار صفر دارد.

انواع ترانسفورماتور

حال که دانستیم ترانس چیست به معرفی انواع مختلف آن می پردازیم. ترانسفورماتورها براساس فاکتورهایی مانند نوع هسته، سیم پیچ، نوع کاربرد، مکان استفاده، سطح ولتاژ و … دسته بندی می شوند.

ترانسفورماتور تک فاز و سه فاز

یکی از رایج ترین دسته بندی های ترانسفورماتور، براساس سیگنال های ورودی است که به ترانسفورماتورهای تک و سه فاز معروف هستند. ترانس سه فاز کارایی بیشتری دارد. به همین دلیل از لحاظ هزینه به صرفه تر است. از طرفی حمل و نقل ترانس های تک فاز ساده تر است

ترانسفورماتور هسته ای و پوسته ای

ترانسفورماتورهای پوسته ای سیم پیچ هایی دارند که بر روی یک بازو قرار دارند. در این نوع ترانس ها هسته بر آن محاط است. ترانس های هسته ای دارای سیم پیچ هایی هستند که بر بازوهای جداگانه قرار می گیرند.

نوع دیگری از ترانسفورماتورها به عنوان هسته هوا معروف هستند. این نوع ترانس ها در دسته هسته ای قرار می گیرند. سیم پیچ هایی در این ترانسفورماتورها به دور یک بازوی ظریف پیچیده می شوند که هیچ خاصیت مغناطیسی ندارند. نوع دیگری از ترانس ها وجود دارند که به عنوان هسته آهن شناخته می شوند و به علت نشتی و نفوذ شار مغناطیسی از قوت و قدرت بالایی برخوردار هستند.

ترانسفورماتور افزاینده و ترانسفورماتور کاهنده

در این بخش از موضوع ترانس چیست به بررسی ترانس افزاینده و کاهنده می پردازیم. ترانسفورماتور فزاینده نوعی ترانس است که ولتاژ در آن به مقدار بیشتری افزایش پیدا می کند. در واقع ولتاژ ورودی در سیم پیچ اولیه مقدار کم و جریان زیادی دارد. هنگامی که القای فارادی صورت می گیرد و به سیم پیچ ثانویه منتقل می شود، میزان جریان کم می شود و ولتاژ بالا می رود.

در ترانسفورماتور کاهنده ولتاژی که وارد سیم پیچ اولیه می شود زیاد و جریان آن کم است. زمانیکه القای فارادی صورت می گیرد، در سیم پیچ ثانویه ولتاژ کم و جریان زیاد می شود.

ترانسفورماتور قدرت، ترانسفورماتور توزیع و ترانسفورماتور ابزاری

• ترانس قدرت برای ثابت کردن نوسانات ولتاژ برق و زمانیکه نیاز به طی شدن مسافت طولانی جهت انتقال وجود داشته باشد، مورد استفاده قرار می گیرد.
• ترانس توزیع بیشتر در مناطق مسکونی مورد استفاده قرار می گیرد. سطح کارایی این محصول 50 درصد ظرفیت است و می تواند به صورت شبانه روزی ولتاژ را تنظیم کند.
• ترانس ابزاری شامل ترانسفورماتور جریان و ترانسفورماتوی ولتاژ است که برای کاهش ولتاژ از آن استفاده می شود. این محصولات ایزولاسیون الکتریکی در مدار را فراهم می کنند.

ترانسفورماتور دو ولتاژه و اتو ترانسفورماتورها

در ادامه موضوع ترانس چیست خوب است بدانید که ترانسفورماتورها برپایه ولتاژ کار می کنند. از ترانس دو ولتاژی هنگامی که سهم ولتاژ بزرگ تر از حالت عادی باشد، استفاده می شود.

ترانسفورماتور درونی و بیرونی

ترانسفورماتور بیرونی هنگامی که نیاز است وسایل بیرون ساختمان به برق متصل شوند، استفاده می شود. به عنوان مثال، ترانس های روی تیر برق، دکل ها، پشت بام مجموعه ها و … از نوع بیرونی هستند. ترانس داخلی در داخل مجموعه ها و محیط های مسقف استفاده می شود.

ترانسفورماتور خشک و ترانسفورماتور روغنی

یکی از مهم ترین دسته بندی ها، مربوط به ترانس های روغنی و خشک است. این ترانس ها در سیستم های خنک کنندگی باهم تفاوت دارند. ترانسفورماتورهای روغنی از روغن مخصوص استفاده می کنند که یک ماده معدنی به شمار می آید. در سیستم های خشک از هوا برای خنک سازی تجهیزات استفاده می شود.

این دستگاه ها نیاز به سیستم خنک کننده دارند. علت این موضوع کار مداوم و ایجاد گرمای زیاد است. برای بالا بردن کارایی لازم است این دستگاه ها به صورت دائمی به خنک کننده ها متصل باشند.

به عنوان مثال، ترانسفورماتور کم تلفات روغنی نوعی ترانسفورماتور است که از روغن جهت خنک شدن استفاده می کند و تلفات انرژی آن بسیار کم است.

کاربرد ترانسفورماتور

در ادامه موضوع ترانس چیست به بررسی کاربرد این محصول می پردازیم. در حال حاضر بسیار از صنایع به ترانسفورماتور نیازمند هستند. اما مهم ترین کاربرد این تجهیزات مربوط به شبکه برق است. این تجهیزات وظیفه دارند که از سمت تولیدکننده ولتاژ را افزایش دهند و از سمت مصرف کننده آن را کاهش دهند. برای این فرایند معمولاً از ترانسفورماتورهای سه فاز استفاده می شود.

کاربرد ترانسفورماتور در صنعت به این شکل است که انرژی الکتریکی بعد از تولید در نیروگاه و انتقال آن به مصرف کننده به اشکال مختلف انجام می گیرد. طراحی دستگاه های مصرف کننده به شکلی است که از برق تولیدشده به همان شکل و با همان ولتاژ استفاده کنند. اما در برخی از کاربردهایی که لازم است سطح ولتاژ شبکه تغییر پیدا کند، از ترانسفورماتور استفاده می شود. یکی دیگر از کاربردهای بسیار مهم ترانسفورماتور، استفاده از آن در حوزه برق قدرت است.

مزایا و معایب ترانسفورماتور

در این مقاله به سوال ترانس چیست پاسخ خواهیم داد. استفاده از ترانسفورماتور مانند هر دستگاه دیگری مزایا و معایبی دارد که در ادامه آن ها را بررسی خواهیم کرد.

یکی از مهم ترین مزیت های این دستگاه این است که امکان انتقال قدرت و سیگنال های الکتریکی را در فاصله های طولانی ایجاد می کند. این تجهیزات می توانند به صورت مداوم و طولانی مدت فعالیت کنند. از دیگر مزایای آن می توانیم به نیاز کم به تعمیر و نگهداری و همچنین عدم تأخیر در راه اندازی اشاره کنیم. این محصولات در کنترل و تثبیت ولتاژ انتقالی بسیار خوب عمل می کنند.

ترانسفورماتورها معایب کمی دارند. یکی از این عیب ها سایز بزرگ آن ها است. درست است که ترانس هایی در اندازه های کوچک تر وجود دارند اما با افزایش ولتاژ مسلماً اندازه و سایز دستگاه نیز افزایش پیدا می کند.

نه تنها ساختار اصلی این دستگاه بلکه حجم سیستم خنک کننده نیز افزایش پیدا می کند. این دستگاه تنها با جریان AC کار می کند و کارکرد آن تنها برای جریان های متناوب است. در صورتی که ترانسفورماتور با ولتاژ دی سی اتصال پیدا کند، دچار سوختگی می شود.