پیشگفتار :
پیدایش ترانسفورماتور در صنعت برق دو تحول عمده در این صنعت بوجود آورده است :
1- ارتباط سراسری میان شبکه های مصرف و تولید در سطح یک یا چند کشور
2- امکان طراحی وسایل الکتریکی با منابع تغذیه دلخواه.
گستردگی منابع انرژی در سطح هر کشور و مقرون به صرف بودن تاسیس نیروگاههای برق در نزدیکی منابع انرژی ، همچنین ضرورت تعیین محلی خاص برای احداث سدها سبب می شود که هنگام انتقال انرژی الکتریکی با ولتاژ پایین ، تلفات زیادی در انرژی تولید شده به وجود آید. بنابراین ، یا باید نیروگاههای برق ، محلی طراحی شوند یا به دلیل پایین بودن بازده اقتصادی از احداث آنها صرفنظر شود. بهره گیری از ترانسفورهای قدرت موجب افزایش ولتاژ جریان انتقال و کاهش تلفات انرژی به مقدار زیاد می شود، در نتیجه :
1- مشکل انتخاب محل نیروگاه را بر طرف می کند.
2- ایجاد شبکه سراسری را میسر می سازد.
3- مدیریت بر شبکه مصرف و تولید را به مراتب گسترش می دهد
از سوی دیگر کاهش ولتاژ جریان متناوب شبکه با استفاده از ترانسفورماتور امکان طراحی وسایل الکتریکی ، الکترونیکی ، صوتی ، تصویری و سیستم های کنترل را با هر ولتاژ لازم فراهم می آورد . همچنین به علت طراحی مدارهای فرمان الکتریکی با ولتاژ کمتر، ایمنی تکنیسینها و کارگران فنی مربوطه در هنگام کار افزایش می یابد.
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 می دهد . 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 القائی است که از نظر الکتریکی از یکدیگر جدا شده هستند ولی از نظر مدار مغناطیس دارای یک مسیر با مقاومت مغناطیس کم می باشد .
هر دو سیم پیچ اولیه و ثانویه دارای اثر القایی 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 نیتجه بیشتر فلوی مغناطیسی مدار ثانویه را قطع نموده و تولید نیروی محرکه التریکی می نماید. ( طبق قانون فاراده نیروی محرکه القاء شده ) . اگر مدار ثانویه ترانسفورماتور بسته باشد یک جریان در آن برقرار می گردد و میتوان 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 ترانسفورماتور.
بطور کلی سیم پیچ که به منبع ولتاژ متناوب 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 :
1- قدرت الکتریکی را از یک مدار به مدار دیگر انتقال می دهد. بدون آنکه بین دو مدار ارتباط الکتریکی وجود داشته باشد.
2- در فرکانس مدار هیچگونه تغییری ایجاد نمی نماید.
3- این تبدیل بوسیله القاء الکترومغناطیسی صورت می گیرد.
4- 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 :
1- دو سیم پیچ که دارای مقاومت اهمی و سلفی می باشند.
2- یک هسته مغناطیسی .
3- قسمتهای دیگری که اصولاً مورد لزوم می باشند عبارتند از :
الف : یک جعبه برای قرار دادن سیم پیچ ها و هسته در داخل آن
ب : سیستم تهویه – که معمولاً در ترانسفورماتورهای با قدرت زیاد، علاوه بر سیستم تهویه می یابد مخزن روغن نیز برای خنک کردن بهتر کار گرفته شود.
ج : ترمینالهایی که باید سرهای اولیه و ثانویه روی آنها نصب شود.
خصوصیات هسته مغناطیسی :
در تمام انواع ترانسفورماتورها هسته از ورقه های ترانسفورماتور ( ورقه های دینامو ) ساخته می شود که مسیر عبور فوران مغاطیسی را با حداقل فاصله هوایی ایجاد نماید و جنس آن از آلیاژ فولاد می باشد که مقداری سیلیس به آن اضافه گردیده است.