آموزش الکترونیکآموزش ها

انواع ترانسفورماتور و کاربرد آن ها (بررسی مدل های مختلف)

ترانسفورماتور دستگاهی است که به طور گسترده در حوزه برق و الکترونیک استفاده می شود. این وسیله ای الکترومغناطیسی است که از اصل اساسی الکترومغناطیس که توسط مایکل فارادی کشف شده، پیروی می کند. در اینجا ما انواع مختلفی از ترانسفورماتورها که در برنامه ها ی متفاوتی مورد استفاده قرار می گیرند را بررسی خواهیم داد. با این حال، انواع ترانسفورماتورها از اصول یکسانی پیروی می کنند اما روش ساخت آنها متفاوت است. اگر با ترانسفورماتور ها آشنا نیستید، ترانسفورمر چیست؟ نحوه کار Transformer و ترانس مبدل را بخوانید.

انواع ترانسفورماتور بر اساس سطح ولتاژ

یک ترانسفورماتور می تواند چندین نوع ساختار داشته باشد. ترانسفورماتور هیچ اتصال الکتریکی از یک طرف به طرف دیگری ندارد. با این حال، دو سیم پیچ مستقل الکتریکی می توانند برق را با شار الکترومغناطیسی هدایت کنند. یک ترانسفورماتور می تواند از طرف اولیه و همچنین از طرف ثانویه دارای سیم پیچ یا سیم های متعددی باشد. در چندین مورد، چندین ضلع اولیه، که در آن دو سیم پیچ به صورت سری به هم متصل شده اند، اغلب به عنوان یک مرکز انشعاب دار نامیده می شوند. این وضعیت مرکز انشعابی نیز در قسمت ثانویه دیده می شود.

ترانسفورماتورها را می توان به گونه ای ساخت که بتوانند سطح ولتاژ ضلع اصلی را به ضلع ثانویه تبدیل کند. ترانسفورماتور بسته به سطح ولتاژ به سه دسته تقسیم می شود. ترانسفورماتور کاهنده، افزاینده و جداکننده. برای ترانسفورماتور جداکننده سطح ولتاژ برای هر دو طرف یکسان است.

ترانسفورماتور کاهنده (Step Down)

ترانسفورماتور کاهنده هم در حوزه الکترونیک و هم در حوزه برق استفاده می شود. یک ترانسفورماتور کاهنده، سطح ولتاژ اولیه را به ولتاژ پایین تری در خروجی ثانویه تبدیل می کند. این کار با نسبت سیم پیچ های اولیه به ثانویه حاصل می شود. برای ترانسفورماتورهای کاهنده، تعداد سیم پیچ ها در سمت اولیه بیشتر از سمت ثانویه است. بنابراین، نسبت سیم پیچ اولیه به ثانویه همیشه بیشتر از 1 است.

ترانسفورماتور کاهنده (Step Down)

در الکترونیک، بسیاری از برنامه ها با ولتاژ 5 ولت، 6 ولت، 9 ولت، 12 ولت، 24 ولت یا در برخی موارد 48 ولت کار می کنند. برای تبدیل ولتاژ خروجی برق تک فاز 230 ولت AC به سطح ولتاژ پایین مورد نظر، ترانسفورماتور کاهنده لازم است. در ابزارآلات دقیق و همچنین در بسیاری از انواع تجهیزات الکتریکی، ترانسفورماتور کاهنده نیازی اصلی در بخش برق است.

در صنعت برق، از ترانسفورماتورهای کاهنده در سیستم توزیع الکتریکی استفاده می شود که با ولتاژ بسیار بالایی کار می کند تا از راه حلی کم مصرف و مقرون به صرفه برای نیازهای تحویل برق در فواصل زیاد اطمینان حاصل کند. برای تبدیل ولتاژ بالا به خط تغذیه ولتاژ پایین، از ترانسفورماتور کاهنده استفاده می شود.

ترانسفورماتور افزاینده (Step Up)

ترانسفورماتور افزاینده دقیقاً برعکس ترانسفورماتور کاهنده است. ترانسفورماتور افزاینده، ولتاژ اولیه کم را به ولتاژ ثانویه بالا افزایش می دهد. این نیز هم با نسبت سیم پیچ اولیه به ثانویه به دست می آید. برای ترانسفورماتور افزاینده، نسبت سیم پیچ اولیه به سیم پیچ ثانویه کمتر از 1 است. این بدان معنی است که تعداد چرخش در سیم پیچ ثانویه بیشتر از سیم پیچ اولیه است.

ترانسفورماتور افزاینده

در الکترونیک، ترانسفورماتورهای افزاینده که اغلب در تثبیت کننده ها، اینورترها و غیره استفاده می شوند، ولتاژ پایین را به ولتاژ بسیار بالاتری تبدیل می شوند.

اگر میخواهید آردوینو را به صورت اصولی و پروژه محور (برنامه نویسی حرفه ای، ارتباط آردوینو با اندروید، ساخت ربات با آردوینو) یاد بگیرید، روی دوره آموزش آردوینو کلیک کنید.

در توزیع برق از ترانسفورماتور افزاینده نیز استفاده می شود. ولتاژ بالا برای کاربردهایی مرتبط با توزیع برق مورد نیاز است. ترانسفورماتور افزاینده در شبکه قبل از توزیع برای افزایش سطح ولتاژ استفاده می شود.

ترانسفورماتور جدا کننده (Isolation)

ترانسفورماتور جداکننده هیچ گونه سطح ولتاژی را تبدیل نمی کند. ولتاژ اولیه و ولتاژ ثانویه یک ترانسفورماتور جداکننده، همیشه ثابت هستند. دلیل این امر این است که نسبت سیم پیچ اولیه به ثانویه همیشه برابر با 1 است. این بدان معناست که تعداد دورهای سیم پیچ اولیه و ثانویه در ترانسفورماتور جداکننده یکسان است.

ترانسفورماتور جدا کننده (Isolation)

ترانسفورماتور جداکننده برای جداسازی اولیه و ثانویه مورد استفاده قرار می گیرد. همانطور که قبلاً گفته شد، ترانسفورماتور هیچ ارتباط الکتریکی ای بین اولیه و ثانویه ندارد، همچنین از آن به عنوان یک سد جداکننده استفاده می شود که در آن رسانش فقط با شار مغناطیسی اتفاق می افتد. از آن به منظور ایمنی و لغو انتقال سر و صدا از اولیه به ثانویه یا بالعکس استفاده می شود.

انواع ترانسفورماتور بر اساس مواد اصلی

ترانسفورماتور با انتقال شار الکترومغناطیسی از طریق یک ماده هسته ای، انرژی را انتقال می دهد. مواد مختلف هسته چگالی شار متفاوتی را تولید می کنند. بسته به مواد اصلی، از چندین نوع ترانسفورماتور در حوزه برق و الکترونیک استفاده می شود.

همچنین اگر در مورد این مطلب سوالی داشتید در انتهای صفحه در قسمت نظرات بپرسید

ترانسفورماتور هسته آهنی (Iron Core)

ترانسفورماتور هسته آهنی از چندین صفحه آهن نرم به عنوان ماده اصلی استفاده می کند. به دلیل خاصیت مغناطیسی عالی آهن، پیوستگی شار ترانسفورماتور هسته آهن بسیار زیاد است. بنابراین، بازده ترانسفورماتور هسته آهن نیز بالا است.

ترانسفورماتور هسته آهنی (Iron Core)

صفحات هسته آهن نرم، می توانند در اشکال و اندازه های مختلف وجود داشته باشند. سیم پیچ دارهای اولیه و ثانویه یا پیچیده شده روی سیم پیچ قبلی. پس از آن، سیم پیچ قبلی در صفحات هسته آهن نرم نصب می شود. بسته به اندازه و شکل هسته، نوع دیگری از صفحات هسته در بازار وجود دارد. تعدادی از اشکال رایج E، I، U، L و غیره هستند. صفحات آهن نازک هستند، صفحات متعدد بهم چسبیده هسته واقعی را تشکیل می دهند. به عنوان مثال، هسته های نوع E، با صفحات نازکی با شکل حرف E ساخته می شوند.

ساختار تراسنفورماتور های هسته آهنی

ترانسفورماتورهای هسته آهنی بسیار مورد استفاده قرار می گیرند و از نظر وزن و شکل معمولاً سنگین ترند.

ترانسفورماتور هسته فریت (Ferrite)

ترانسفورماتور هسته فریت به دلیل نفوذ پذیری مغناطیسی زیاد، از هسته فریت استفاده می کند. این نوع ترانسفورماتور ضررهای بسیار کمی را در کاربرد فرکانس بالا ایجاد می کند. به همین دلیل، ترانسفورماتورهای هسته فریت، در برنامه هایی با فرکانس بالا مانند منبع تغذیه حالت سوئیچ (SMPS)، برنامه های مرتبط با RF و غیره استفاده می شوند.

ترانسفورماتور هسته فریت (Ferrite)

ترانسفورماتورهای هسته فریت نیز بسته به نیاز برنامه، انواع مختلفی از شکل ها را ارائه می دهند. این وسیله بیشتر در کاربردهای الکترونیکی استفاده می شود تا کاربردهای الکتریکی. رایج ترین شکل در ترانسفورماتور هسته فریت، هسته E است.

ترانسفورماتور هسته چنبره ای (Toroidal)

ترانسفورماتور هسته چنبره ای از هسته ای که به شکل مارپیچی پیچیده شده است استفاده می کند مثل هسته آهن یا هسته فریت. چنبره ای ها از مواد هسته ای حلقه ای یا دوناتی هستند و به طور گسترده ای برای عملکرد الکتریکی موثرتر استفاده می شوند. به دلیل شکل حلقه ای، القا  نشت بسیار کم است و ضریب القایی و Q بسیار بالایی را ایجاد می کند. سیم پیچ ها نسبتاً کوتاه هستند و وزن آنها بسیار کمتر از ترانسفورماتورهای درجه یک قدیمی است.

ترانسفورماتور هسته چنبره ای (Toroidal)

ترانسفورماتور هسته هوا

ترانسفورماتور هسته هوا از هیچ هسته مغناطیسی فیزیکی به عنوان ماده اصلی استفاده نمی کند. اتصال شار ترانسفورماتور هسته هوا کاملاً با استفاده از هوا انجام می شود.

ترانسفورماتور هسته هوا

در ترانسفورماتور هسته هوا، سیم پیچ اولیه با جریان متناوب تامین می شود که یک میدان الکترومغناطیسی در اطراف آن ایجاد می کند. هنگامی که یک سیم پیچ ثانویه در داخل میدان مغناطیسی قرار می گیرد، طبق قانون القای فارادی، سیم پیچ ثانویه با یک میدان مغناطیسی القا می شود که بیشتر برای تأمین انرژی بار مورد استفاده قرار می گیرد.

با این حال، ترانسفورماتور هسته هوا در مقایسه با مواد هسته فیزیکی مانند هسته آهن یا فریت، القا متقابل کمی ایجاد می کند.

این در الکترونیک های قابل حمل و همچنین برنامه های مرتبط با فرکانس رادیویی استفاده می شود. به دلیل عدم وجود ماده هسته فیزیکی، از نظر وزنی بسیار سبک است. تنظیم صحیح ترانسفورماتور هسته هوا همچنین در محلول های شارژ بی سیم مورد استفاده قرار می گیرد، جایی که سیم پیچ های اولیه در داخل شارژر ساخته می شوند و سیم پیچ های ثانویه در داخل دستگاه هدف قرار می گیرند.

انواع ترانسفورماتور بر اساس ترتیب سیم پیچ

ترانسفورماتور را می توان با استفاده از سفارشات سیم پیچ طبقه بندی کرد. یکی از انواع محبوب آن ها، ترانسفورماتور سیم پیچ اتوماتیک است.

ترانسفورماتور سیم پیچ خودکار

تا کنون، سیم پیچ اولیه و ثانویه ثابت است اما در مورد ترانسفورماتور سیم پیچ خودکار، سیم پیچ اولیه و ثانویه را می توان به صورت سری متصل و گره مرکزی را متحرک کرد. بسته به موقعیت انشعاب دار مرکز، ولتاژ ثانویه را می توان تغییر داد.

ترانسفورماتور سیم پیچ خودکار

auto فرم کوتاه شده اتوماتیک نیست، بلکه اطلاع رسانی به خود یا سیم پیچ منفرد است. این یک سیم پیچ نسبی را تشکیل می دهد که از دو قسمت اولیه و ثانویه تشکیل شده است. موقعیت گره انشعابی مرکزی، نسبت اولیه و ثانویه را تعیین می کند بنابراین ولتاژ خروجی تغییر می کند.

متداول ترین کاربرد VARIAC است، ابزاری برای تولید AC متغیر از ورودی ثابت AC. این مورد همچنین در برنامه های مربوط به انتقال و توزیع نیرو مورد استفاده قرار می گیرد که خطوط ولتاژ بالایی را برای تغییر مکرر احتیاج دارند.

انواع ترانسفورماتور بر اساس کاربرد

انواع مختلفی از ترانسفورماتورها نیز وجود دارند که در یک دامنه خاصی کار می کنند. در هر دو بخش الکترونیکی و بخش های الکتریکی، چندین ترانسفورماتور اختصاصی به عنوان یک ترانسفورماتور کاهنده یا افزاینده بر اساس کاربرد استفاده می شود. بنابراین، ترانسفورماتورها را می توان بر اساس کاربرد به صورت زیر طبقه بندی کرد:

  1. دامنه قدرت
  • ترانسفورماتور قدرت
  • ترانسفورماتور اندازه گیری
  • ترانسفورماتور توزیع
  1. دامنه الکترونیک
  • ترانسفورماتور پالس
  • ترانسفورماتور خروجی صدا

ترانسفورماتور دامنه قدرت

در بخش برق، دامنه قدرت با تولید، اندازه گیری و توزیع برق سروکار دارد. با این حال، این یک میدان بسیار بزرگ است که در آن ترانسفورماتورها، یک بخش ضروری برای جابجایی ایمن برق و تحویل موفقیت آمیز نیرو به پست برق و به کاربران نهایی هستند.

ترانسفورماتورهایی که در حوزه قدرت استفاده می شوند می توانند هم در فضای باز و هم در داخل باشند، اما بیشتر در فضای باز.

ترانسفورماتور قدرت

ترانسفورماتورهای قدرت از ابعاد بزرگتری برخوردارند و برای انتقال انرژی به پست برق یا منبع برق عمومی استفاده می شوند. این ترانسفورماتور به عنوان پلی بین ژنراتور برق و شبکه توزیع اولیه عمل می کند. بسته به میزان قدرت و مشخصات، ترانسفورماتورهای قدرت را می توان در سه دسته طبقه بندی کرد: ترانسفورماتورهای قدرت کوچک، ترانسفورماتورهای قدرت متوسط و ترانسفورماتورهای قدرت بزرگ. رتبه بندی  برای ترانسفورماتور قدرت کوچک می تواند بیش از 30KVA تا 500 700KVA باشد یا در بعضی موارد می تواند برابر یا بیشتر از 7000KVA باشد. ترانسفورماتور قدرت مجاز متوسط   می تواند تا 50-100 MVA باشد در حالی که ترانسفورماتورهای قدرت مجاز بزرگ قادر به کنترل بیش از 100MVA هستند.

ترانسفورماتور قدرت

به دلیل تولید برق بسیار بالا، ساخت ترانسفورماتور قدرت نیز بسیار ضروری است. ساختار آن شامل لوازم جانبی عایق جامد و سیستم خنک کننده کاملا متعادل است. رایج ترین ترانسفورماتورهای قدرت با روغن پر می شوند.

اصل اساسی ترانسفورماتور قدرت، تبدیل جریان زیاد ولتاژ کم به جریان کم ولتاژ بالا است. این مورد برای به حداقل رساندن اتلاف نیرو در سیستم توزیع برق لازم است.

پارامتر مهم دیگر برای ترانسفورماتور قدرت، در دسترس بودن فاز است. به طور معمول ترانسفورماتورهای قدرت در سیستم سه فازی کار می کنند، اما در برخی موارد، از ترانسفورماتورهای قدرت تک فاز نیز استفاده می شود. ترانسفورماتورهای سه فاز، هزینه و کارآیی بیشتری نسبت به ترانسفورماتورهای قدرت تک فاز دارند.

ترانسفورماتور اندازه گیری

ترانسفورماتور اندازه گیری اغلب به عنوان ترانسفورماتور ابزار شناخته می شود. این یکی دیگر از ابزارهای اندازه گیری رایج در حوزه قدرت است. از ترانسفورماتور اندازه گیری برای جداسازی توان اصلی و تبدیل جریان و ولتاژ با نسبت کوچکتر به خروجی ثانویه آن استفاده می شود. با اندازه گیری خروجی می توان فاز، جریان و ولتاژ خط برق واقعی را اندازه گیری کرد.

ترانسفورماتور اندازه گیری

ترانسفورماتور توزیع

ترانسفورماتور توزیع در آخرین مرحله از سیستم توزیع برق استفاده می شود. ترانسفورماتورهای توزیع، ترانسفورماتورهایی مرحله ای هستند که ولتاژ شبکه بالا را به ولتاژ مورد نیاز مشتری، 110 ولت یا 230 ولت، تبدیل می کنند. همچنین آن می تواند تک فاز یا سه فاز باشد.

ترانسفورماتور توزیع

ترانسفورماتورهای توزیع، بسته به ظرفیت تبدیل یا رتبه بندی می توانند از لحاظ شکل کوچکتر و همچنین بزرگتر باشند.

ترانسفورماتورهای توزیع را می توان بر اساس نوع عایق مورد استفاده در دسته بندی بیشتر قرار داد. آن ها می تواند از نوع خشک و یا در مایع غوطه ور باشند. با استفاده از صفحات ورقه ای فولادی که به شکل C به عنوان ماده اصلی ساخته می شوند، ساخته می شوند.

ترانسفورماتور توزیع بر اساس مکانی که در آن استفاده می شوند، جور دیگری طبقه بندی می شوند. ترانسفورماتور را می توان بر روی یک قطب ابزار نصب کرد، در این صورت، آن یک قطب ترانسفورماتور توزیع نامیده می شود. می توان آن را در داخل یک محفظه زیرزمینی قرار داد، بر روی یک پد بتونی (ترانس توزیع نصب شده روی پد) یا داخل یک جعبه فولادی محصور نصب کرد.

به طور کلی، ترانسفورماتورهای توزیع، مقدار مجازی کمتر از 200kVA دارند.

ترانسفورماتور حوزه الکترونیک

در الکترونیک، از ترانسفورماتورهای کوچک مختلفی استفاده می شود که می توانند روی PCB نصب شوند و یا می توانند درون محفظه محصول کوچکی ثابت شوند.

ترانسفورماتور پالس

ترانسفورماتورهای پالس، یکی از پرکاربردترین ترانسفورماتورهای نصب بر روی PCB است که پالس های الکتریکی را در دامنه ثابت تولید می کند. از آن در مدارهای دیجیتالی مختلفی که در یک محیط مجزا به تولید پالس احتیاج دارند، استفاده می شود. بنابراین، ترانسفورماتورهای پالس، اولیه و ثانویه را جدا کرده و پالس های اولیه را در مدار ثانویه، اغلب گیت های منطقی دیجیتال یا درایورها توزیع می کنند.

ترانسفورماتور پالس

ترانسفورماتورهای پالس ساخته شده مناسب باید به ایزوله گالوانیک مناسب و همچنین نشتی کوچک و ظرفیت پراکنده احتیاج داشته باشند.

ترانسفورماتور خروجی صدا

ترانسفورماتور صدا یکی دیگر از ترانسفورماتورهای رایج در حوزه الکترونیک است. این مورد به ویژه در برنامه های مربوط به صوتی که در آن تطبیق امپدانس مورد نیاز است استفاده می شود. ترانسفورماتور صوتی، مدار آمپلی فایر و بارها را متعادل می کند، به طور نمونه یک بلندگو. ترانسفورماتور صوتی می تواند دارای چندین سیم پیچ اولیه و ثانویه به صورت از هم جدا شده یا مرکز انشعاب دار باشد.

ترانسفورماتور خروجی صدا

بنابراین ما انواع ترانسفورماتورها را بررسی کردیم، به جز اینکه ترانسفورماتورهای خاص دیگری نیز وجود دارد اما از محدوده بحث این مقاله خارج هستند.

نظرتان را در مورد این مطلب با ستاره دادن اعلام کنید
امیدوارم این مطلب برای شما مفید بوده باشد. نظرات ، مشکلات و پیشنهادات خود را در پایین صفحه اعلام کنید
محمد رحیمی

محمد رحیمی

محمد رحیمی هستم. سعی میکنم در آیرنکس مطالب مفید را قرار دهم. مالکیتی بر مطالب ارائه شده ندارم. اکثر فعالیت بنده در زمینه ترجمه است. (در خصوص سوال در مورد این مطلب از قسمت نظرات همین مطلب اقدام کنید)

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *