دانلود مقاله ترانسفورماتور ولتاژ

تعریف ترانسفورماتور ترانسفورماتور یکی از وسائل بسیار مهم تبدیل کمیات جریان و ولتاژ الکتریکی متناوب است: که برخلاف ماشین های الکتریکی که انرژی الکتریکی و مکانیکی را بهم تبدیل میکند: ترانسفورماتور در نوع انرژی تغییری نمی دهد.

بلکه ولتاژ جریانی را با همان فرکانس ولی متناوب از نظر مقدار تبدیل مینماید یا با بیان دیگر ترانسفورماتور یک وسیله الکترومغناطیسی ساکن است که میتواند انرژی جریان متناوبی را از یک مداری به مداری دیگر فقط با حفظ اندازه فرکانس جریان متناوب انتقال دهد بطوریکه انرژی با ولتاژ پائین را تبدیل به همان انرژی با ولتاژ بالاتر نماید و هم چنین جریان را از مقدار داده شده در یک مدار به جریانی با اندازه ای 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: ترانسفورماتورها بطور بسیار وسیعی در مدارهای وسائل الکترونیکی و مدارهای دستگاههای خودکار یا اتوماتیک و راه اندازی موتورهای الکتریکی و تطبیق ولتاژ مورد نیاز جهت تغذیه مصرف کننده هائی از قبیل یکسوسازها و مبدلهای جریان دائم به متناوب شارژ کننده های باطری : و ایجاد دستگاههای چندین فازه از دستگاههای دو فازه و سه فازه و در ارتباطات بمنظور تطبیق امپدانس و هم چنین در سیستم های قدرت بمنظور بالا بردن ولتاژ برای انتقال اقتصادی قدرت یعنی پائین آوردن جریان جهت کاهش افت ولتاژ و گم کردن مقطع سیم انتقال و همچنین در انتهای خطوط انتقال بمنظور پائین آوردن ولتاژ به مقادیر موورد نیاز بکار میرود.

و همینطور ترانسفورماتور یک وسیله بسیار ضروری در مدارهای اندازه گیری الکتریکی و در مدارهای جوشکاری و کوره های الکتریکی است: هم چنین یک مجزا کننده مدارهای با ولتاژ زیاد از مدارهای با ولتاژ پائین است: ترانسفورماتور حذف کننده مؤلفه های مستقیم جریان در یک دستگاه انرژی میباشد: هم چنین از نقطه نظر تئوری تجزیه و تحلیل آن مطالعه و بررسی تمام ماشینهای الکتریکی را آسان میسازد : اساس کار ترانسفورماتور : اساس کار ترانسفورماتورها بر القاء متقابل بین دو بین (سیم پیچی) که بر روی یک مدار مغناطیسی (هسته آهنی) قرار دارند بنا نهاده شده است: بطور ساده میتوان گفت شکل (1-2) آنرا مشاهده نمود: دوبوبین که از لحاظ الکتریکی جدا از هم ولی از لحاظ مغناطیسی بوسیله مسیری که دارای رلوکتانس(مقاومت مغناطیسی) کوچکی است بهم مرتبط میباشند.

البته در اتوترانسفورماتورها دوبوبین از لحاظ الکتریکی هم بهم مرتبط هستند که در جای خود از آن صحبت خواهد شد.

اگر یکی از بوبین ها به منبع ولتاژ متناوب وصل شود.

یک فوران متناوب در هسته مورق برقرار میشود که بیشتر خطوط فوران از طریق هسته از درون حلقه های بوبین گذشته و خود را می بندند و با این همل مبتنی به قانون فاراده تولید نیروی الکتروموتوری القائی متقابل می کند.

اگر مدار بوبین دوم از طریق مثلاً مصرف کننده ای بسته شود جریانی در آن جاری شده و انرژی الکتریکی (کاملاً مغناطیسی) از بوبین اول به بوبین دوم انتقال می یابد بوبین یا سیم پیچی اولیه و بوبین یا سیم پیچی که انرژی از آن گرفته میشود یعنی دوسری از آن که بطرف مصرف کننده رفته است سیم بندی ثانویه مینامند.

و هم چنین سیم پیچی یا بوبینی که بمدار با ولتاژ زیاد وصل شده باشد آنرا سیم پیچ طرف فشار قوی (H.V) و سیم پیچ دیگر را که بمدار با ولتاژ پائین وصل شده باشد طرف فشار ضعیف (L.V یا B.T ) میگویند.

ترانسفورماتورهائی که ولتاژ سیم پیچی ثانویه آنها از ولتاژ سیم پیچی اولیه کمتر باشد آنرا کاهند و ترانسفورماتورهائی که ولتاژ ثانویه آنها از اولیه بیشتر باشد افزاینده نامیده میشوند.

مطالب فوق را در مورد ترانسفورماتور چنین خلاصه می کنیم که ترانسفورماتور دستگاهی است قدرت الکتریکی متناوب را از یک مدار به مدار دیگر انتقال میدهد.

انتقال قدرت بدون تغییر فرکانس صورت میپذیرد.

این عمل بوسیله القای مغناطیسی انجام میشود.

در حالیکه دو مدار دارای اثر القای متقابل روی یکدیگر میباشند.

مدارهای سیم پیچی اولیه و ثانویه ممکن است یکفازه یا چند فازه باشند در این صورت ترانسفورماتور را یک فازه یا چند فازه میگویند.

که از همه مهمتر ترانسفورماتورهای یکفازه و ترانسفورماتورهای سه فازه هستند.

انواع اصلی ترانسفورماتورها : ترانسفورماتورهای قدرت برای انتقال و توزیع انرژی الکتریکی ترانسفورماتورهائی که جهت تغذیه تأسیساتی مانند مبدلهای استاتیک (یکسوسازی های با بخار جیوه و ایگنیترون و یکسوسازهای مجهز به نیمه هادیها و غیره) برای تبدیل جریان متناوبه به دائم و دائم به متناوب بکار میروند.

اتوترانسفورماتورها : جهت داشتن ولتاژهای متناوب قابل تنظیم و تغییر بین صفر ولت تا V ولت و کاربرد آن در راه اندازی موتورهای الکتریکی جریان متناوب: ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ جهت انشعاب و اتصال وسائل اندازه گیری.

ترانسفورماتورهای آزمایش جهت لابراتورهای فشار قوی برای آزمایش عایقها و روغن های ترانسفورماتور و مقره ها و عمل یونیزاسیون گازهای مختلف هوا.

ترانسفورماتورهای مخصوص برای تغذیه کوره های الکتریکی – ترانسفورماتورهای جوشکاری.

تنظیم کننده های القائی برای تنظیم و رگلاژ ولتاژ در شبکه های توزیع.

ترانسفورماتورهای مورد استفاده در رادیوتکنیک.

ملاحظه میگردد که محدوده کاربرد ترانسفورماتور بسیار وسیع میباشد.

در حالیکه پدیده های اساسی در کار ترانسفورماتور و نحوه مطالعه آنها عملاً یک گونه و یکسو است.

بدین دلیل ما در این کتاب مطالعه خود را به ترانسفورماتور یکفازه قدرت و سه فازه قدرت اختصاص میدهیم و همواره فرض می کنیم که هر طرف یکفازه شامل یک سیم پیچ میباشد.

آنگاه بطور اختصار در مورد ترانسفورماتورهای مخصوص صحبت خواهیم کرد.

ضمناً اجزاء تشکیل دهنده و ساختمان انواع مختلف ترانسفورماتورها برحسب نوع کار و پارامترهای دستگاههائی که در مقصد از ترانسفورماتور استفاده خواهند کرد نسبت بهم متفاوت میباشد.

امروزه قدرت ظاهری ترانسفورماتورهای ساخته شده برای یک واحد آن بین چند ولت آمپر تا 600 میلیون ولت آمپر میباشد و اندازه ولتاژهای آنها بین کسری از ولت تا یک میلیون ولت بوده است البته باید مذکر شد که ترانسفورماتور یک میلیون ولتی نوع ترانسفورماتور آزمایشگاه فشار قوی میباشد.

ترانسفورماتور جریان : مشخصه های بررسی شده در مورد یک ترانسفورماتور خطی را میتوانیم در یک ترانسفورماتور جریان بیابیم : این ترانسفورماتور که عملاً در حین کار کردن مدار مغناطیسی آن بحالت اشباع نمیرسد میتواند بیانگر تمام خصوصیات یک ترانسفورماتور خطی باشد.

در جریان متناوب غالباً مدار آمپرمتری وسایل اندازه گیری کمیات الکتریکی را از طریق کاربرد یک ترانسفورماتور جریان به شبکه منشعب مینمایند.

مثلاً آمپرمترها و بوبین جریان واتمترها و یا کنتورها و یا رله ها که در ثانویه یک ترانسفورماتور جریان بطور سری قرار میگیرند و در اینحال اولیه ترانسفورماتور جریان بطور سری در خط یا مداریکه میخواهند جریان آنرا اندازه گیری نمایند قرار میگیرد.

و این عمل دو امتیاز زیر را ارائه میکند.

اولاً : وسائل اندازه گیری را از شبکه مجزا کرده و مضافاً از خطرات ناشی در مورد کسانیکه در آن مدار کار میکنند اجتناب حاصل میشود.

ثانیاً : جریان خط مورد نظر را با کالیبرآمپرمتر و یا بوبین جریان واتمتر تطبیق میدهد.

(مثلاً در مورد واتمترها که بوبین جریان برای 5 آمپر ساخته میشود).

در شکل زیر طرز قرار گرفتن یک ترانسفورماتور جریان و آمپر و بوبین جریان واتمتر در خط یک شبکه نشان داده شده، که در شکل (a) انشعاب واقعی و در شکل (b) بصورت سنبلی نمایش داده شده است.

شکل 2- مدار ثانویه ترانسفورمانور جریان دارای مقاومتی بسیار کوچک میباشد.

از این لحاظ وقتی از طریق یک آمپرمتر و یا بوبین جریان واتمتر که خود آنها نیز دارای مقاومتی ناچیزند مدارش بسته میشود حالت کار اتصال کوتاه را در ثانویه پیدا مینماید.

در اینصورت با در نظر گرفتن رابطه عمومی افت ولتاژها در ثانویه آن یعنی و با اعمال شرط 0= V2 خواهیم داشت : و از آنجا نسبت تبدیل جریانها : و از طرفی با چشم پوشی از جریان مغناطیس کننده که حدود 1% جریان نامی می تواند باشد و همچنین با صرف نظر کردن از در برابر () میتوانیم بنویسیم : و یا و با اتکاء به این رابطه مدلهای آزمایشگاهی این ترانسفورماتور را با مدار مغناطیسی بصورت ح حلقه یا چنبره مطابق شکل زیر میسازند که در روی ثانویه فقط یک بوبین سیم پیچی میکنند.

شکل مثلاً 100= N2 و یا N2I2=500 و برای اولیه که در خط سری قرار دارد مثلاً شکل زیر پنج بوبین پیچیده میشود.

باین ترتیب که 5 حلقه برای کالیبریا درجه 100 آمپری جهت اندازه گیری جریانها تا 100 آمپروده حلقه برای کالیبریا درجه 50 آمپری جهت اندازه گیری جریان تا 50 آمپر بیست پنج حلقه برای کالیبره 10 آمپری یعنی جهت اندازه گیری جریان 20 آمپر در خط و پنجاه حلقه برای کالیبر 10 آمپر یعنی برای اندازه گیری جریانهائی تا 10 آمپر در خط و 100 حلقه برای اندازه گیری جریاناتها تا 5 آمپر که فقط جهت مجزا بودن از شبکه بکار میرود.

و برای مواقعیکه میخواهند مثلاً تا 125 آمپر را اندازه گیری کنند و سرهائی (ترمینال هائی) در روی ترانسفورماتور جریان برای آن پیش بینی نشده باشد یک سیتم با مقطع مناسب برای آن جریان و با روپوش عایق چهار بار دور حلقه مغناطیسی ترانسفورماتور میپیچند و سرهای آنرا در خط سری میکنند و ثانویه را در مدار وسائل مورد نظر قرار میدهند.

و اگر بخواهند تا 500 آمپر در خط را اندازه گیری نمایند از داخل حلقه کابل حامل جریان را عبور میدهند.

و گاهی برای اندازه گیری مستقیم جریان در کابل بدون آنکه آنرا قطع نمایند از مدل بصورت انبریا پنس که بیک آمپر متر مطابق شکل (b – a ) مجهز است استفاده میشود.

که در آن کابل را در بین دو فک انبار قرار داده و سپس با فشار فنری دهانه انبر را میبندند و بدینوسیله مدار مغناطیسی بسته حاصل میشود و در روی این انبر بوبین ثانویه که با یک آمپرکتر بطور سری بسته شده قرار دارد.

شکل مدار مغناطیسی ترانسفورماتر جریان را برای حالت کار اتصال کوتاه در ثانویه محاسبه مینمایند از این لحاظ مقطع مدار مغناطیسی برای چگالی شار زیر 1/0 تسلا در نظر گرفته میشود که این اندوکسیون از یک جریان مغناطیس کننده بسیار کوچکی در حدود یکصدم جریان نامی حاصل میگردد.

و اگر ثانویه آن بعللی باز بماند آمپر دوریکه ایجاد فوران در مدارد مغناطیسی خواهد نمود برابر N1I1 میشود که خود میتواند صد برابر آمپر دور حالت کار معمولی آن باشد.

چون که آمپر دور ثانویه یعنی N2I2 که باید در مقابل آن قرار گیرد و آنرا خنثی نماید بعلت بازمانده طرف ثانویه برابر صفر میباشد.

و این امر موجبات حوادث زیر را فراهم میسازد.

الف – افزایش شدید و قابل ملاحظه تلفات آهنی در اثر افزایش فوران و بروز حرارت و گرم شدن شدید در مدار مغناطیسی که بلافاصله بتمام مدار منتقل و باعث سوختن مواد عایق و در کل سوختن خود ترانسفورماتور را موجب میگردد.

ب – بالا رفتن مقدار ولتاژ در دو سر ثانویه که در بعضی مواقع اندازه آن بمقداری میرسد که عایقهای ترانسفورماتور ضایع و خطر برای کسی که با آن کار میکند حاصل میشود.

ج – یک افت ولتاژ اندوکتیو چشم گیر در اثر ازدیاد در آکتانس فراری طرف اول ایجاد میگردد.

بدین جهت توصیه میشود که هرگز نباید ثانویه ترانسفورماتور جریان را باز گذاشت و اگر بخواهند بعنوان مثال وسائل اندازه گیری را از ثانویه باز کنند قبلاً بوسیله یک کلید کمکی مدار ثانویه را از اتصال کوتاه کرده و آنگاه وسائل را از مدار جدا سازند.

و اگر ترانسفورماتور جریان در یک تابلو یک تأسیسات ثابت و دائمی قرار دارد هرگز نباید در ثانویه آن فیوز قرار داده شود.

د – در جریان متناوب جهت تطبیق دادن جریان خط با کالیبربوبین جریان واتمتر و یا رله و یا کنتور و یا آمپر مترها فقط از ترانسفورماتوری جریان استفاده میشود و از بکار بردن شنت باید خودداری نمود.

زیرا پاسخ گوی خواسته های فوق نخواهد بود.

در زیر مشخه های یک ترانسفورماتور جریان از کلاس 5/0 داده شده ضمناً از مدارهای مغناطیس کننده در نسبت تبدیل جریان اولیه و ثانویه و همچنین زاویه بین جریان اولیه و ثانویه مقدارش باید در موقع طراحی بسیار کوچک یا در حداقل ممکن باشد و سعی گردد که فورانهای پراکندگی کم باشد در شکل زیر دیاگرام برداری یک ترانسفورماتور جریان ترسیم گردیده که در آن مقادیر x2 و r2 اندازه راکتانس ها و مقاومتهای وسائل اندازه گیری نیز بحساب آمده است.

وزن ترانسفورماتورهای جریان که در مدارهای فشار ضعیف بکار میرود بین 20 تا 25 کیلوگرم و برای مدارهای فشار قوی مثلاً 110 کیلوولت حدوداً 2000 کیلوگرم میتواند باشد.ارتفاع آن از 15 تا 20 سانتیمتر و تا 5/2 متر قطر آنها یا یکمتر نیز میرسد.

برای مدلهای آزمایشگاهی اندازه های وزن دو کیلو و ارتفاع 5/2 سانتیمتر و قطر 15 سانتیمتر را میتوان مشاهده کرد.

شکل زیر یک ترانسفورماتور جریان با تحمیل عایقی kv 66 را دارد نشان میدهد.

ایزولاسیون یا عایق کاری ترانسفورماتور جریان باید متناسب با ولتاژ خطی باشد که در آن بکار برده میشود و مثل عایق بندی ترانسفورماتورهای قدرت انجام گیرد و ثانویه آن نیز همواره باید زمین گردد.

ترانسفورماتور جریان بغیر از مورد استفاده داشتن در مدارهای اندازه گیری در مدارهای دستگاههای حفاظتی و کنترل کلیدهای خودکار یا اتوماتیک در مراکز فشار قوی نیز مورد استعمال دارد.

شکل ترانسفورماتور ولتاژ ترانسفورماتور ولتاژ بمنظور افزایش درجه بندی اندازه گیری ولتمترهای جریان متناوب و واتمترها و همچنین بمنظور ایزولاسیون یا مجزا کردن این وسایل از ولتاژ خط بکار برده میشود.

این ترانسفورماتورها با ترانسفورماتورهای معمولی چندان تفاوتی ندارند بجز در چند مورد که ذکر میشود.

نسبت تبدیل این ترانسفورماتور های مانند ترانسفورماتورهای معمولی در حالت بار کامل و بدون بار فقط چند درصد با یکدیگر تفاوت دارند و در صورتیکه از افت در اثر امپدانس صرف نظر کنیم ولتاژ اولیه و ثانویه می توانند هم فاز باشند.

در یک ترانسفورماتور ولتاژ اندازه مقاومت ورآکتانس کم بوده و در نتیجه اختلاف فاز و تغییر در ولتاژهای اولیه و ثانویه بسیار جزئی می باشد.

زاویه اختلاف فاز در موردیکه ثانویه برای تغذیه بوبین واتمتر بکار برده میشود بسیار مهم است.

و چون این زاویه اختلاف فاز در نتیجه جریان مغناطیس کننده و جریان جبران کننده تلفات هسته بوجود می آید بنابراین در ترانسفورماتور ولتاژ باید این دو مولفه جریان تا حد ممکن کوچک باشند.

اثر راکتانس و مقاومت و فوران فراری در یک ترانسفورماتور ولتاژ از ترانسفورماتور جریان مهمتر میباشد و از آنجائیکه این پارامترها مستقیماً روی نسبت تبدیل و رابطه فازی ولتاژهای اولیه و ثانویه اثر میگذارد باید در طرح این ترانسفورماتور بدقت بررسی و مورد نظر باشد.

جریان بی باری ترانسفورماتور ولتاژ که بطور صحیح طرح شده باشد اثری جزئی بر روی نسبت تبدیل و رابطه فازی ولتاژی اولیه و ثانویه دارد بدین جهت ورقه های هسته آنرا از جنس مرغوب انتخاب مینمایند بطوریکه دامنه اندوکسیون از 8/0 تسلا کوچکتر باشد موقعیکه ترانسفورماتور ولتاژ بمنظور اندازه گیری دقیق توان برای تغذیه بوبین ولتاژ واتمتر بکار میرود زاویه اختلاف فاز بین ولتاژهای اولیه و ثانویه آن در قرائته واتمتر بسیار مهم میباشد.

البته باید در نظر داشت که زاویه اختلاف فاز بین اولیه و ثانویه در ترانسفورماتورهای ولتاژ و جریان موقعیکه ضریب قدرت در بار تغییر کند در تغییر دقت دستگاه اندازه گیری موثر واقع میشود و چون کسینوس یک زاویه با خود زاویه تغییر میکند اثر زاویه اختلاف فاز موقعیکه ضریب قدرت کم باشد محسوستر میباشد.

در شکل زیر یک ترانسفورماتور ولتاژ V34 نشان داده شده است و برای کاهش دادن خطا و اختلاف فاز در ترانسفورماتورهای ولتاژ و جریان یک خازن بعنوان وسیله تدیل بکار میبرد.

شکل اصول و طرز کار ترانسفورماتور ترانسفورماتور دستگاه استاتیکی (ساکن) است که قدرت الکتریکی ثابتی را از یک مدار به مدار دیگر با همان فرکانس انتقال میدهد.

ولتاژ در مدار دوم می تواند بیشتر یا کمتر از مدار اول بشود، در صورتیکه جریان مدار دوم کاهش یا افزایش می یابد.

بنابراین اصول فیزیکی ترانسفورماتورها بر مبنای القاء متقابل می باشد که بوسیله فوران مغناطیسی که خطوط قوای آن اولیه و ثانویه را قطع می کند، ایجاد می گردد.

ساده ترین فرم ترانسفورماتورها بصورت دو سیم پیچ القائی است که از نظر الکتریکی از یکدیگر جدا شده هستند ولی از نظر مدار مغناطیسی دارای یک مسیر با مقاومت مغناطیسی کم می باشند.

شکل (2) شکل (1) هر دو سیم پیچ اولیه و ثانویه دارای اثر القائی متقابل زیاد می باشند.

بنابراین اگر یک سیم پیچ به منبع ولتاژ متناوب متصل شود، فلوی مغناطیسی متغیر بوجود خواهد آمد که بوسیله مدار مغناطیسی (هسته ترانسفورماتور که از یکدیگر عایق شده اند) مدارش بسته شده و در نتیجه بیشتر فلوی مغناطیس مدار ثانویه را قطع نموده و تولید نیروی محرکه الکتریکی می نمایند.

(طبق قانون فاراده نیروی محرکه القاء شده).

اگر مدار ثانویه ترانسفورماتور بسته باشد یک جریان در آن برقرار می گردد و می توان گفت که انرژی الکتریکی سیم پیچ اولیه (بوسیله واسطه مغناطیس) تبدیل به انرژی الکتریکی در مدار ثانویه شده است.

تعریف مدار اولیه و ثانویه در ترانسفورماتورها بطور کلی سیم پیچی که به منبع ولتاژ متصل می گردد را سیم پیچ اولیه یا اصطلاحاً طرف اول و سیم پیچی که این انرژی را به مصرف کننده منتقل می کند، سیم پیچ ثانویه «طرف دوم» می نامند.

حال می توان بطور کلی مطالب فوق را بصورت زیر جمع بندی نمود : بنا به تعریف ترانسفورماتور وسیله ایست که : قدرت الکتریکی را از یک مدار به مدار دیگر انتقال می دهد.

بدون آنکه بین دو مدار ارتباط الکتریکی وجود داشته باشد.

در فرکانس مدار هیچگونه تغییری ایجاد نمی نماید.

این تبدیل بوسیله القاء الکترومغناطیس صورت می گیرد.

در صورتیکه مدار اولیه و مدار ثانویه بسته باشند، این عمل بصورت القای متقابل و نفوذ در یکدیگر صورت می گیرد.

ساختمان ترانسفورماتور اجزای یک ترانسفورماتور ساده عبارتند از : دو سیم پیچ که دارای مقاومت اهمی و سلفی می باشند.

یک هسته مغناطیس.

قسمتهای دیگری که اصولاً مرود لزوم می باشند عبارتند از : الف) یک جبهه برای قرار دادن سیم پیچها و هسته در داخل آن.

ب) سیستم تهویه – که معمولاً در ترانسفورماتورهای با قدرت زیاد، علاوه بر سیستم تهویه می باید مخزن روغن نیز برای خنک کردن بهتر بکار گرفته شود.

ج) ترمینالهائی که باید سرهای اولیه و ثانویه روی آن نصب شود.

خصوصیات هسته مغناطیسی در تمام انواع ترانسفورماتورها هسته از ورقه های ترانسفورماتور (ورقه های دینامو) ساخته میشود که مسیر عبور فوران مغناطیسی را با حداقل فاصله هوائی ایجاد نماید و جنس آن از آلیاژ فولاد می باشد که مقداری سیلیس به آن اضافه گردیده است.

با فعل و انفعالاتی که در متالوژی بر روی این نوع فولاد انجام می شود و عملیات حرارتی که صورت می گیرد سبب می شود که پرس ابلیته (قابلیت هدایت مغناطیسی) هسته بالا رفته و به عبارت دیگر تلفات هیسترزیس کاهش می یابد و بطور کلی مقاومت مغناطیس کوچک می گردد.

از طرف دیگر برای کاهش تلفات ناشی از جریان گردابی فوکو هسته ترانسفورماتورها را به صورت ورقه می سازند و اصولاً یک طرف این ورقه ها را با ماده ای که بتواند فوران مغناطیسی را عبور دهد ولی عایق جریان الکتریکی باشد، می پوشانند و بنابراین این ورقه ها باید به ترتیبی چیده شوند که از یکدیگر عایق الکتریکی باشند.

معمولاً ضخامت ورقه های هسته ترانسفورماتورها در فرکانس 50 تا فرکانس 25 بین 35/0 تا 50/0 میلیمتر باشد.

این ورقه ها مطابق شکل (3) پهلوی هم قرار می گیرند.

و اصولاً مقدار آن محاسبه می گردد.

همانطوریکه در این شکل مشاهده میشود با قرار گرفتن ورقه ها بر روی یکدیگر بین آنها فاصله هوائی بوجود می آید و در نتیجه سطح مقطع هسته همیشه یک شکاف وجود دارد که اجتناب ناپذیر است.

شکل (3) انواع هسته های ترانسفورماتور ساختمان هسته ترانسفورماتور معمولی بدو صورت کلی ساخته میشوند : الف) هسته نوع معمولی ب) هسته نوع زرهی البته ترانسفورماتور با هسته های حلزونی یا مارپیچی هم ساخته میشود، ولی قسمت عمده را در صنعت تشکیل نمی دهد.

از نظر فیزیکی در ترانسفورماتور با هسته معمولی سیم پیچی اولیه و ثانویه در دو طرف بازوهای هسته و بصورت مجزا پیچیده می شوند.

در حالیکه در نوع زرهی که کاربرد بیشتری هم دارد، این سیم بندی بر روی قسمت وسط (اولیه و ثانویه) روی هم پیچیده میشوند.و از نظر اقتصادی راندمان کاری بیشتر دارد و ارزان تر تمام میشود.

به شکل (4) توجه کنید.

در قسمت (الف) و (ب) دیاگرام فوران در هر دو نوع هسته مشخص شده است.

در قسمت (الف) دیاگرام بسیار ساده ترانسفورماتور با هسته نوع معمولی و وضعیت سیم بندی اولیه و ثانویه و جهت مخالف فوران در دو بازوی هسته کاملاً مشخص شده است.

ولی باید توجه داشت که مقداری فوران بصورت فوران پراکندگی نیز وجود دارد که سبب کاهش فوران از مقدار اصلی شده و به ان نشد مغناطیسی می گویند.

(الف) اما در مورد شکل (4) (ب) اگر دقت کنید، در می یابید که اینبار فوران مغناطیسی در دو مسیر دور می زند و اگر بخواهیم این شکل را مانند قسمت (الف) بررسی نمائیم، مدار معادل آن بصورت شکل (5) در می آید که هریک از سیم پیچی های اولیه و ثانویه بر روی بازوی اول و دوم نوع معمول پیچیده شده اند.

(یعنی برخلاف نوع معمولی که می باید اولیه بر روی یک بازو ثانویه بر روی بازوی دیگر باشند).

شکل 5 باید توجه داشت که چه نوع هسته معمولی باشد و چه نوع زرعی هر دو نوع هسته از ورقه های ترانسفورماتور ساخته شده است که در نوع معمولی این ورقه ها را بفرم L در می آورند و بصورت شکل (6) (الف) پهلوی هم قرار میدهند.

و در نوع زرهی این ورقه ها را بصورت E و I در می آورند و مانند شکل (6) (ب) پهلوی هم قرار میدهند.

(ب) (الف) (شکل 6) نحوه سوار کردن هسته و بستن سیم پیچ یک ترانسفورماتور با هسته نوع معمولی بصورت شکل (7) (الف) و (ب) می باشد.

(ب) (الف) (شکل 7) همچنانکه در شکل مشاهده می گردد.

اگر قسمت (الف) نمایش یک طبقه هسته باشد، قسمت (ب) نمایش طبقه دوم هسته است و به همین ترتیب این عمل تکرار میشود تا سطح مقطع خواسته شده بدست آید.

و این عمل برای جلوگیری از افزایش (مقاومت مغناطیسی) در نقاط اتصال هسته و کاهش فوران پراکندگی صورت می گیرد.

نتیجه می گیریم که در ترانسفورماتور با هسته نوع معمولی همیشه باید هر طبقه ورقه ترانسفورماتور نسبت به طبقه بعدی در خلاف جهت هم چیده شوند.

نحوه سوار کردن هسته و بستن سیم پیچ ترانسفورماتور با هسته نوع زرهی هم مانند نوع معمولی است و مطابق شکل (8) (الف) و (ب) صورت می گیرد.

فاصله هوائی سیم پیچی اولیه و ثانویه (ب) (الف) شکل (8) تئوری مقدماتی ترانسفورماتور ایده آل ترانسفورماتور ایده آل، ترانسفورماتوری است که افت ندارد.

برای مثال سیم پیچ های آن مقاومت اهمی ندارد و پراکندگی فوران مغناطیسی در آن وجود ندارد.

تلفات مسی (RI2) و تلفات آهنی (Rfe) در آن موجود نمی باشد.

پس بطور کلی یک ترانسفورماتور ایده آل شامل دو سیم پیچ با اندوکیتویته خالص (مقاومت سلفی) که روی هسته بدون افت فوران مغناطیسی پیچیده شده می باشد.

باید خاطر نشان شود که چنین ترانسفورماتوری عملاً غیر ممکن است و وجود خارجی ندارد و به همین دلیل به آن ایده آل می گوئیم.

ولی برای راحتی کار بحث در مورد ترانسفورماتورها را از حالت ایده آل شروع کرده و مرحله به مرحله جلو می رویم تا به حالت واقعی آن نزدیک شویم.

ترانسفورماتور ایده آلی که مدار ثانویه آن باز است و مدار اولیه آن به منبع ولتاژ متناوب سینوس V1 متصل است را در نظر می گیریم.

این ولتاژ باعث یک جریان متناوب در مدار اولیه میشود.

از آنجائیکه سیم پیچی اولیه سلف خالص است و مدار خروجی هم باز است، پس جریانی که از مدار اولیه عبور می کند فقط جریان مغناطیس کننده I است.

اثر این جریان فقط مغناطیس کردن هسته می باشد و از لحاظ دامنه مقدار آن خیلی کوچک است و نسبت به V1 مقدار 90 درجه اختلاف فاز دارد، که چون مدار سلفی است این اختلاف فاز بصورت «پس فاز» می باشد.

جریان متناوب I یک فوران مغناطیسی متغیر که در تمام مدت متناسب با جریان است را تولید می کند (فرض می کنیم قابلیت هدایت مغناطیس هسته ثابت است) و بنابراین با آن هم فاز است.

این فوران متغیر هم سیم بندی اولیه و هم ثانویه را قطع می کند.

و طبق قانون لنز نیروی الکتروموتوری E1 را در اولیه تولید می کند و این نیروی الکتروموتوری که در این حالت به آن خود القاء هم می توان گفت از نظر مقدار در هر لحظه معادل V1 ولی در جهت مخالف آن می باشد.

به همین ترتیب در ثانویه نیز نیروی الکتروموتوری E2 تولید میشود که به آن نیروی القای متقابل نیز گفت، که جهت آن در خلاف جهت فاز V1 و دامنه آن متناسب با مقدار تغییر فوران مغناطیسی و تعداد دور سیم بندی ثانویه می باشد.

مقادیر لحظه ای ولتاژ بکار رفته و نیروی الکتروموتوری القاء شده و جریان مغناطیس کننده بوسیله منحنی های سینوس در شکل (9) (ب) مشخص گردیده اند.

و در شکل (9) (ج) نمودار برداری مقادیر موثر کمیتهای فوق الذکر نیز نشان داده شده است.

(ج) (ب) (الف) شکل (9)