ترانسفورماتورها تجهیزاتی فراتر از ربات­های فضایی

ترانسفورماتورها تجهیزاتی فراتر از ربات­های فضایی صرف هستند. این تجهیزات کاربردهای بسیار ارزشمندی در انتقال انرژی بین مدارهای الکتریکی دارند. ترانسفورماتورهای الکتریکی در انواع مختلفی ساخته می­شوند. در ساختار ترانسفورماتورها از هادی­ های الکتریکی دارای تزویج القایی با یکدیگر به عنوان عامل­های اصلی انتقال انرژی استفاده می­شود. با توجه به وجود تزویج القایی بین این هادی­ها، هرگونه تغییر در جریان مدار اول به مدار دوم نیز منتقل می­شود که در نتیجه می­توان این تغییر را به صورت ایجاد بار الکتریکی متحرک جدید در مدار دوم در نظر گرفت. هر کدام از مدارهای اولیه و ثانویه ترانسفورماتور از یک سیم ­پیچ حامل بار الکتریکی متحرک تشکیل شده ­اند. این سیم ­پیچ­ ها از سیم­های رسانای الکتریکی ساخته شده و روی دو ضلع مخالف هسته مغناطیسی ترانسفورماتور پیچیده می­شوند. هسته ترانسفورماتور از یک ماده مغناطیسی با ضریب نفوذپذیری مغناطیسی بزرگ ساخته می­شود تا در نتیجه قابلیت انتقال انرژی بین مدارهای اولیه و ثانویه آن فراهم شود.

در یک ترانسفورماتور ایده ­آل تغییر ولتاژ از سمت اولیه به ثانویه متناسب با تعداد دور سیم ­پیچ­ های آن صورت می­پذیرد. بنابراین برای تنظیم ولتاژ ترانسفورماتور می­توان تعداد دور سیم­ پیچ اولیه آن را متغیر انتخاب کرد، بدین صورت که با تغییر تعداد دور اولیه از مقداری کمتر از تعداد دور ثانویه تا بیشتر از آن می­توان ولتاژ دریافت ­شده در سمت ثانویه را نسبت به سمت اولیه افزایش یا کاهش داد.

استفاده از ترانسفورماتورها در شبکه­ های برق کشورها امری اجتناب­ناپذیر است، چرا که این تجهیزات در شبکه­ های برق وظیفه انتقال توان­های الکتریکی بسیار بزرگ با ولتاژ بالا را در فواصل طولانی بر عهده دارند. این­گونه نیست که همه ترانسفورماتورها بسیار حجیم باشند. در واقع ترانسفورماتورها در ابعاد بسیار متفاوتی ساخته می­شوند و برخی از آن­ها به طور خاص برای کاربردهای توان پایین به کار می­روند. جالب است بدانید ترانسفورماتورها بسته به کاربرد و مقدار توان مورد نیازشان در ابعاد بسیار متفاوتی از اندازه یک ناخن گرفته تا وزن­های چند صد تنی ساخته می­شوند.

انواع مختلف ترانسفورماتورها

اتوترانسفورماتور تک فاز دارای تپ متغیر که ولتاژ خروجی آن در محدوده 40% تا 115% ولتاژ ورودی متغیر است.

در ادامه برخی از انواع مرسوم ترانسفورماتورها معرفی می­گردند.

اتوترانسفورماتورها

اتوترانسفورماتورها ساختار متفاوتی از ترانسفورماتورهای مرسوم دارند، چرا که در این نوع خاص از ترانسفورماتورها از یک سیم ­پیچ مشترک بین مدارهای اولیه و ثانویه استفاده شده است. روی هر کدام از بازوهای هسته اتوترانسفورماتور پایانه ه­ایی برای سیم­ پیچ تعبیه شده است، اما در عین حال اتوترانسفورماتور سیم ­پیچ دومی نیز دارد که به یک نقطه مهم به نام نقطه واسطه وصل می­شود و در نتیجه پایانه سومی نیز برای اتوترانسفورماتور به وجود می­آید. پایانه ­های اول و دوم اتوترانسفورماتور به ولتاژ اولیه وصل می­شوند، در حالی که پایانه سوم به همراه پایانه اول یا دوم اتوترانسفورماتور ولتاژ ثانویه آن را تأمین می­کند. بسیاری از دورهای سیم ­پیچ ­های پایانه­ های اول و دوم بر یکدیگر منطبق هستند و ولتاژ هر دور از سیم ­پیچی­ های این دو پایانه مقدار یکسانی است. یک انتخاب دیگر برای اتوترانسفورماتورها طراحی آن­ها با ولتاژ قابل تنظیم است. در واقع با حذف عایق بخشی از سیم­پیچ دوم و استفاده از یک اتصال لغزنده روی این بخش از سیم­پیچ به عنوان پایانه دوم می­توان تعداد دورهای سیم­پیچ را تغییر داد و در نتیجه به یک ولتاژ متغیر دست یافت (بخش سمت راست شکل فوق را ملاحظه کنید).

ترانسفورماتور چند فاز

این نوع ترانسفورماتور معمولاً در شبکه ­های قدرت الکتریکی سه فاز مورد بهره ­برداری قرار می­گیرد و روش مرسوم انتقال توان­_­های الکتریکی بسیار بزرگ در ولتاژهای بالا در شبکه­ های برق ملی به حساب می ­آید. در ترانسفورماتور سه فاز سه سیم ­پیچ مجزا از یکدیگر دارای جریان­ های متناوب با فرکانس یکسان هستند. البته این جریان ­ها در زمان­های متفاوتی به مقدار اوج (پیک) خود می­رسند و در نتیجه توان الکتریکی به صورت پیوسته از ترانسفورماتور عبور می­کند. این ترانسفورماتورهای «سه فاز» بسته به کاربردشان در پاره ­ایی از موارد دارای یک سیم خنثی نیز هستند. در موارد دیگر می­توان هر سه فاز این ترانسفورماتورها را در یک ترانسفورماتور چند فاز واحد تلفیق کرد. برای این منظور لازم است مدارهای مغناطیسی سه فاز به یکدیگر متصل شده و به صورت یکپارچه درآیند تا بدین ترتیب امکان انتقال توان به صورت سه فاز فراهم شود. در ترانسفورماتورها از الگوهای سیم ­پیچی متفاوتی می­توان استفاده کرد که این موضوع در مورد فازهای یک ترانسفورماتور چندفاز نیز صادق است.

ترانسفورماتور نشتی

در این نوع از ترانسفورماتورها یک نشتی اجباری بین سیم ­پیچ ­های اولیه و ثانویه تعبیه شده است که منجر به افزایش بسیار زیاد اندوکتانس نشتی آن­ها می­شود. ترانسفورماتورهای نشتی به گونه ­ایی طراحی می­شوند که مقدار جریان­های الکتریکی در آن­ها کم باشد که این موضوع به جلوگیری از اضافه ­بار­شدن آن­ها کمک می­کند. این ترانسفورماتورها در مواردی نظیر جوشکاری با قوس الکتریکی، برخی لامپ­های ولتاژ بالای خاص و برخی مدارهای دارای ولتاژ فوق ­العاده پایین که در بعضی از اسباب ­بازی­های کودکان به کار می­روند، کاربرد دارند.

ترانسفورماتور تشدیدی

ترانسفورماتورهای تشدیدی نوع خاصی از ترانسفورماتورهای نشتی هستند که عملکرد آن­ها وابسته به شار نشتی تزویج ­شده میان سیم ­پیچ­ های اولیه و ثانویه و همچنین وابسته به خازن­های بیرونی ترانسفورماتور است که در ترکیب با سیم ­پیچ ثانویه ترانسفورماتور کار می­کنند. این ترانسفورماتورها می­توانند ولتاژهای بزرگ را به شکل مؤثری از خود عبور دهند و در بازیابی داده از سطوح فرکانسی موج رادیویی مفید هستند.

ترانسفورماتور صوتی

این نوع از ترانسفورماتور ها که در اصل در سیستم­های تلفنی نسل نخست به کار می­رفتند، اختلالات احتمالی را از سیگنال صوتی اصلی جدا می­کنند و یک سیگنال واحد را از طریق چند مدار الکتریکی ارسال می­نمایند. اگرچه در سیستم­های تلفنی جدید نیز هنوز از ترانسفورماتورهای صوتی استفاده می­شود، اما این ترانسفورماتورها در آن دسته از سیستم­های صوتی که در آن­ها سیگنال­های آنالوگ بین سیستم­ها انتقال می­یابند نیز کاربرد دارند. از آنجا که ترانسفورماتورهای صوتی می­توانند کارایی­ های مختلفی مانند جلوگیری از سیگنال­های اختلال، تجزیه یک سیگنال یا ترکیب سیگنال­ها داشته باشند، در کاربردهای متعددی از آن­ها استفاده می­شود. تقویت­ کننده­ ها، بلندگوها و میکروفن­ها همگی برای عملکرد صحیح نیاز به استفاده از ترانسفورماتورهای صوتی دارند.