برق سرا - ترانسفورماتور
بنر بالای وب سایت برق سرا https://barghsara.ir

تأمین کننده و عرضه کننده انواع قطعات یدکی ماشین الات راه سازی ولوو
تأمین کننده و عرضه کننده انواع قطعات یدکی ماشین الات راه سازی ولوو
سوزن انژکتور
پمپ سوخت
سنسورها
انواع فیلتر
ECU
عرضه کننده انواع قطعات یدکی ماشین الات راه سازی ولوو
عرضه کننده انواع قطعات یدکی ماشین الات راه سازی ولوو
سوزن انژکتور لودر
fuel pump
سنسور
filter
ای سی یو
قطعات یدکی ماشین الات راه سازی ولوو
قطعات یدکی ماشین الات راه سازی ولوو
سوزن انژکتور راهسازی
پمپ سوخت دویتس
sensor
فیلتر
ایسیو



آشنایی با ترانسفورماتورها

اگر دو سیم پیچ را در کنار یکدیگر قرار داده و از یکی از آنها جریان متغیری عبور دهیم، در سیم پیچ دوم ولتاژی القا می‌شود. در واقع با عبور جریان متغیر از سیم پیچ اولیه یعنی سیم پیچی که ورودی به آن اعمال می‌شود، در اطراف آن یک میدان مغناطیسی متغیر ایجاد می‌شود. این میدان متغیر، سیم پیچ دوم را قطع می‌کند و سبب القای ولتاژ در آن می‌شود. این پدیده اساس کار ترانسفورماتور است. دقت داشته باشید که در یک ترانسفورماتور بین سیم پیچ‌های اولیه و ثانویه هیچ گونه تماس الکتریکی وجود ندارد و انرژی ورودی تماماً از طریق میدان مغناطیسی به ثانویه منتقل می‌شود. در شکل (1) تصویری از یک نمونه ترانسفورماتور و در شکل (2) سمبل مداری ترانسفورماتور نمایش داده شده است.

یک نمونه ترانسفورماتور
سمبل مداری ترانسفورماتور

اغلب، سیم پیچ‌های اولیه و ثانویه را بر اساس ولتاژ آنها نامگذاری می‌کنند. یعنی سیم پیچی که برای ولتاژ کم ساخته شده است، سیم پیچ فشار ضعیف و سیم پیچی که برای ولتاژ زیاد ساخته شده است، سیم پیچ فشار قوی نامیده می‌شود.
اما یک ترانسفورماتور ساده از هسته و دو سیم پیچ ساخته می‌شود که در ادامه به بررسی آنها می‌پردازیم.

هسته ترانسفورماتور: هسته ترانسفورماتورها از ورقه‌های مغناطیسی یا فریت ساخته می‌شوند. ورقه ورقه کردن هسته‌ها و یا استفاده از فریت به عنوان هسته، برای کاهش تلفات فوکو است. هسته ترانسفورماتورها باید تا حد امکان دارای قابلیت نفوذ مغناطیسی خوب و هدایت الکتریکی بد باشد. به همین دلیل هسته‌های فریتی فقط در صنعت مخابرات به کار می‌روند، زیرا در این صنعت به دلیل وجود فرکانس‌های بالا، تلفات فوکو در هسته زیاد می‌شود. در ترانسفورماتورهای قدرت از هسته‌های مغناطیسی ورقه ورقه استفاده می‌شود. برای جلوگیری از لرزش صفحات و ایجاد صدا، ورقه‌ها باید کاملاً به یکدیگر فشرده شوند. بستن ورقه‌ها به یکدیگر به وسیله پیچ یا خار و یا قابی که روی آنها پرس می‌شود، انجام می‌گیرد. این وسایل توسط مواد عایق الکتریکی و غیرمغناطیسی از ورقه‌ها جدا نگه داشته می‌شود. در شکل (3) چند نمونه هسته ترانسفورماتور نمایش داده شده است.

هسته ترانسفورماتور

سیم پیچ‌های ترانسفورماتور: سیم پیچ ترانسفورماتورها از جنس مس و یا آلومینیوم انتخاب می‌شود و در هر دو مورد سطح مقطع سیم‌ها به صورت گرد، چهار گوش و یا به شکل ورق است. سیم پیچ‌های ترانسفورماتورهای کوچک را معمولاً بر روی قرقره می‌پیچند. جنس قرقره‌ها اغلب از ترموپلاست است. همچنین از سیم‌های لاکی با سطح مقطع گرد، برای سیم پیچ‌ها استفاده می‌شود. این سیم پیچ‌ها دارای لایه‌های متعددی هستند که بر روی هم قرار می‌گیرند. تعداد لایه‌ها به ارتفاع و پهنای قرقره و قطر و تعداد دور سیم بستگی دارد. در موارد خاص نیز برای سیم پیچی ترانسفورماتورهای کوپک از سیم‌های نواری استفاده می‌شود. در ترانسفورماتورهای توان بالا، به خصوص برای قسمت فشار ضعیف از سیم‌های چهار گوش با عایق کاغذی استفاده می‌شود. در اثر عبور جریان از سیم پیچ‌ها، در آنها تلفات حرارتی ایجاد می‌شود. در عمل، خنک شدن سیم‌ها از طریق سطح خارجی آنها صورت می‌گیرد. در ترانسفورماتورهای توان بالا چون تلفات حرارتی زیاد است، باید چگالی جریان در سیم‌ها کم باشد تا امکان تبادل حرارتی میسر شده و از آسیب پذیری سیم پیچ‌ها جلوگیری شود. به همین دلیل هر چه قدرت ترانسفورماتور بیشتر باشد، چگالی جریان سیم پیچ‌ها کمتر انتخاب می‌شود. البته چگالی جریان مجاز سیم‌ها به نحوه عایق بندی و روش خنک کنندگی ترانسفورماتور نیز مربوط می‌شود. مقدار ولتاژ ایجاد شده در ثانویه ترانسفورماتور بستگی به مقدار ولتاژ ورودی و نسبت دور سیم پیچ‌های اولیه و ثانویه دارد و رابطه آن به صورت زیر است.
فرمول محاسبه ولتاژ ثانویه ترانسفورماتور با استفاده از مقدار ولتاژ اولیه و نسبت دور سیم پیچ‌های اولیه و ثانویه
که در این رابطه N1 تعداد دور سیم پیچ اولیه، N2 تعداد دور سیم پیچ ثانویه و V1 ولتاژ اولیه ترانسفورماتور است.

در حالت کلی برای ترانسفورماتورها نسبتی به نام نسبت دور ترانس تعریف می‌کنند که این نسبت به صورت زیر تعریف می‌شود.
نسبت دور ترانس
که در این رابطه n نسبت دور ترانس است.
همانطور که از رابطه بالا مشاهده می‌شود نسبت دور ترانس بیان کننده این است که تعداد دور حلقه اولیه چند برابر تعداد دور حلقه ثانویه است و یا اینکه ولتاژ اولیه چند برابر ولتاژ ثانویه است و همچنین جریان ثانویه چند برابر جریان اولیه است. چنانچه تعداد دور ثانویه بیشتر از اولیه باشد ترانس افزاینده می‌باشد. یعنی اینکه ولتاژ خروجی از ولتاژ ورودی بیشتر است و بر عکس اگر تعداد دور ثانویه کمتر از تعداد دور اولیه باشد ترانس کاهنده می‌باشد. به این معنی که ولتاژ خروجی از ولتاژ ورودی کمتر است و بالاخره چنانچه تعداد دور اولیه با تعداد دور ثانویه مساوی باشد، ولتاژ ورودی و ولتاژ خروجی با هم مساوی بوده و ترانس را یک ‌به‌ یک می‌نامند. به عنوان مثال اگر یک ترانس دارای 200 دور در اولیه و 400 دور در ثانویه باشد نسبت دور ترانس چقدر است؟
مثال برای نسبت دور ترانس
بنابراین نسبت دور این ترانس 0.5 دور است که اصطلاحاً آن را یک ترانس یک به دو (1:2) می‌نامند.
همانطور که از رابطه بالا مشخص است در یک ترانس نسبت ولتاژهای اولیه به ثانویه با نسبت جریان‌ها رابطه عکس دارد. به عبارت دیگر چنانچه ترانس افزاینده باشد، کاهنده جریان است و اگر کاهنده باشد، افزاینده جریان است. به عنوان مثال فرض کنید ترانسفورماتوری داریم که در آن N1=20 و N2=400 و V1=30v است و باری با مقاومت 1000Ω به ثانویه متصل می‌باشد. جریان‌های I1 و I2 را بدست آورید.
نسبت دورهای ترانس متناسب است با نسبت ولتاژهای دو سر ترانس
مثال برای بدست آوردن ولتاژ ثانویه ترانس
مثال برای بدست آوردن ولتاژ ثانویه ترانس
چون ولتاژ ثانویه ترانسفورماتور از ولتاژ اولیه آن بیشتر است ترانس افزاینده است.
جریان ثانویه ترانس
در یک ترانس نسبت ولتاژهای اولیه به ثانویه با نسبت جریان‌ها رابطه عکس دارد
مثال برای محاسبه جریان اولیه ترانس
مثال برای محاسبه جریان اولیه ترانس

بنابراین در یک ترانسفورماتور افزاینده، جریان اولیه بیشتر از جریان ثانویه است.
توجه داشته باشید که جریان در ثانویه موقعی وجود دارد که ثانویه به بار متصل باشد. چنانچه ثانویه به بار متصل نباشد جریان ثانویه صفر بوده و ترانس در حالت بی‌باری است. در این حالت جریان بسیار ناچیزی در اولیه برقرار می‌شود که به علت تلفات ترانس است. به همین علت به آن جریان بی‌باری می‌گویند.
یک ترانس چه افزاینده باشد و چه کاهنده، انرژی اضافی تولید نمی‌کند. به عبارت دیگر توان داده شده به اولیه در ثانویه ظاهر می‌گردد و یا توان ورودی برابر توان خروجی است. به عنوان مثال، در مثال فوق مقدار توان اولیه و ثانویه را حساب کرده و با هم مقایسه کنید.
توان داده شده به سیم پیچ ثانویه
بنابراین توان تحویلی به بار 360 وات است

توان داده شده به سیم پیچ اولیه
بنابراین توان گرفته شده از منبع 360 وات است

همانطور که مشاهده می‌کنید توان اولیه و ثانویه با هم برابرند. البته تساوی توان‌های اولیه و ثانویه به شرط صفر بودن تلفات ترانس صادق است. در ادامه در رابطه با تلفات ترانس صحبت می‌کنیم.

تلفات ترانس: وقتی یک ترانس در حال کار است گرم می‌شود و یا حتی گاهی اوقات داغ می‌شود و این مسئله گواه این است که ترانس دارای تلفات است. در واقع ترانس کل انرژی دریافت نموده را در ثانویه تحویل نمی‌دهد و مقداری از انرژی را به صورت حرارت تلف می‌کند. راندمان یک ترانس یعنی نسبت توان خروجی به توان ورودی یک ترانس از رابطه زیر بدست می‌آید.
فرمول محاسبه راندمان ترانس
که در این رابطه، η راندمان بر حسب درصد، Pin توان اولیه ترانس و Pout توان ثانویه ترانس است. به عنوان مثال اگر یک ترانس 200 وات در اولیه خود دریافت کند و 180 وات به ثانویه بدهد دارای راندمانی برابر با 90 درصد است.
مثال برای راندمان ترانس
راندمان ترانس‌های قدرت معمولی حدود 80 تا 90 درصد است.

تلفات یک ترانس را می‌توان به دو دسته تلفات مسی و تلفات هسته تقسیم نمود. تلفات مسی تلفاتی است که در سیم پیچ‌های اولیه و ثانویه ترانس ایجاد می‌شود اما تلفات هسته خود به دو دسته تقسیم می‌شود که این دو دسته عبارتند از:

1- تلفات گردابی

2- تلفات هیسترزیس


تلفات گردابی (Eddy Losses): در یک سیم پیچ با هسته آهنی، جریان متناوب در سیم پیچ، ولتاژی در هسته ایجاد می‌کند و به علت هادی بودن هسته آهنی، جریانی در هسته ایجاد می‌شود که به جریان گردابی مرسوم است. عبور جریان گردابی از هسته، باعث ایجاد حرارت می‌شود و در نتیجه انرژی از بین می‌رود. همچنین جریان گردابی در خود فلویی ایجاد می‌کند که در خلاف جهت فلوی اصلی است و بنابراین جریان سیم پیچ بیشتر می‌شود تا فلوی لازم را ایجاد نماید. تلفات گردابی منحصر به تلفات در خود هسته نمی‌شود بلکه هر نوع هادی دیگری نیز که در نزدیکی سیم پیچ قرار گیرد، در آن تولید جریان گردابی و در نتیجه حرارت می‌کند. در ترانس‌های تغذیه برای کاهش تلفات گردابی، هسته ترانس را به صورت یکپارچه نمی‌سازند بلکه آن را به صورت ورقه‌هایی از جنس آهن سیلیس‌دار می‌سازند. ورقه‌های مزبور با رنگ عایقی پوشیده شده و بنابراین جریان‌های گردابی نمی‌توانند از یک ورقه به ورقه دیگر روند و در نتیجه تلفات گردابی به مقدار قابل توجهی کاهش می‌یابد. سیم پیچ‌های اولیه و ثانویه بر روی یک قرقره از جنس مقوای نسوز، پلاستیک و یا فیبر استخوانی پیچیده می‌شوند و سیم پیچ‌های ثانویه بر روی سیم پیچ‌های اولیه پیچیده می‌شوند. قرقره مزبور بر روی ضلع وسط ورقه‌های E شکل قرار می‌گیرد. همچنین ورقه‌های E و I شکل به صورت یک در میان، لابه‌لای هم قرار می‌گیرند. در شکل (4) تصویری از ورقه‌های هسته یک ترانس تغذیه نمایش داده شده است.

ورقه‌های هسته ترانس تغذیه

تلفات هیسترزیس (Hysteresis Losses): تلفات هیسترزیس در اثر خاصیت پس ماند مغناطیسی در هسته ایجاد می‌شود. به این معنی که عبور فلوی مغناطیسی از هسته آهنی در یک جهت، باعث می‌شود هسته به مقدار کمی آهن ربا شده و در نتیجه در نیم سیکل بعدی مقداری انرژی برای از بین بردن خاصیت آهن ربایی نیم سیکل قبل تلف شود و این عمل دائماً تکرار می‌شود. البته مقدار تلفات هیسترزیس نسبت به تلفات گردابی در یک ترانس تغذیه کمتر است چرا که مقدار تلفات هیسترزیس بستگی به فرکانس داشته و در فرکانس‌های پایین مقدار آن کم است. اما مقدار آن با افزایش فرکانس به شدت افزایش می‌یابد. به علت تلفات گردابی و هیسترزیس، در فرکانس‌های بالا معمولاً از هسته با پودر آهن، فریت و یا هسته هوایی استفاده می‌شود. از این نظر هسته هوایی بهترین است چرا که تلفات مزبور در آن تقریباً صفر است.

جریان اتصال کوتاه در ترانسفورماتور: حالتی را که در آن سیم پیچ‌های ثانویه ترانسفورماتور در حال کار به هم متصل شوند یعنی مقاومت بار تقریباً به صفر برسد، اتصال کوتاه ترانسفورماتور می‌نامند و جریانی را که در چنین حالتی از سیم پیچ‌ها می‌گذرد، جریان اتصال کوتاه ترانسفورماتور می‌نامند. این جریان در ترانسفورماتورهایی که ولتاژ اتصال کوتاه کمی دارند، بزرگ و در ترانسفورماتورهایی که ولتاژ اتصال کوتاه آنها بزرگ است، کوچک خواهد بود. جریان اتصال کوتاه بزرگ می‌تواند به کلیدها، محل انشعابات، سیم‌ها و سایر وسایل الکتریکی موجود در مدار صدمه جدی وارد کند. بنابراین باید همواره دقت نمود که سیم پیچ‌های ثانویه ترانسفورماتورها با یکدیگر برخورد نکنند.

انواع ترانسفورماتور: ترانسفورماتورها انواع مختلفی دارند که در ادامه چند نوع از آنها را بررسی می‌کنیم.
ترانسفورماتور قدرت یا مبدل ولتاژ و یا ترانس تغذیه: ترانس تغذیه به ترانسی گفته می‌شود که اولیه آن باید به برق شهر متصل شود. همه دستگاه‌های الکترونیکی برای کار احتیاج به یک ولتاژ DC دارند. مقدار ولتاژ DC مزبور بر حسب نوع مدار دستگاه، متفاوت بوده و به همین دلیل برای کاهش و یا افزایش برق شهر عموماً احتیاج به ترانسی است که ولتاژ متناوب برق شهر را به ولتاژ متناوبی با مقدار معین تبدیل نماید. دستگاه‌های الکترونیکی قدیمی که از مدارهای لامپی استفاده می‌کردند عموماً دارای ترانس تغذیه افزاینده بوده‌اند. در این ترانس‌ها، ثانویه معمولاً چند سر بوده و یک یا چند سیم پیچ اضافی هم برای تهیه ولتاژ فیلامان لامپ‌ها وجود داشته است. در شکل (5) تصویر یک نوع ترانس تغذیه قدیمی و در شکل (6) سمبل مداری آن که وضعیت سیم پیچ‌های آن را مشخص می‌نماید مشاهده می‌شود.

ترانس تغذیه قدیمی
سمبل مداری ترانس تغذیه قدیمی

در دستگاه‌های الکترونیکی جدید چون از ترانزیستور و قطعات نیمه هادی استفاده می‌شود و اینگونه مدارها به ولتاژهای کم نیاز دارند، ترانس تغذیه عموماً کاهنده است. در اینگونه ترانس‌ها هم بر حسب نیاز، ثانویه ممکن است چند سر با ولتاژهای مختلف داشته باشد. یک مزیت استفاده از ترانس در قسمت تغذیه دستگاه‌ها، ایزوله شدن مدار از برق شهر است. به این معنی که چون فاز برق شهر نسبت به زمین ولتاژ دارد تماس بدن با سیم فاز خطر برق گرفتگی را ممکن می‌سازد ولی استفاده از ترانس خطر برق گرفتگی را از بین می‌برد، چرا که سیم پیچ اولیه با سیم پیچ ثانویه هیچ گونه تماس الکتریکی نداشته و بنابراین سیم‌های ثانویه ترانس نسبت به زمین ولتاژ ندارند و مستقل از مقدار ولتاژ، تماس بدن با هر یک از سرهای ثانویه، خطر برق گرفتگی ایجاد نمی‌کند. به همین علت در بعضی از موارد از ترانس یک به یک استفاده می‌شود. به این معنی که ترانس اگر چه 220 ولت به 220 ولت است ولی هیچ یک از سرهای ثانویه نسبت به زمین ولتاژ ندارند. به همین علت به ترانس یک به یک، ترانس ایزولاسیون می‌گویند. در شکل‌های (7) و (8) سمبل‌های مداری دو نمونه ترانس تغذیه معمولی نمایش داده شده است.

سمبل مداری ترانس تغذیه معمولی
سمبل مداری ترانس تغذیه معمولی
در یک ترانس تغذیه علاوه بر معین بودن مشخصه نسبت ولتاژ، می‌بایست معین شود که جریان نامی ترانس چقدر است؟ معمولاً میزان جریان نامی ثانویه را برای ترانس تغذیه معین می‌کنند. مثلاً اگر گفته شود ترانس 220v به 12v و یک آمپر، به این معنی است که این ترانس برای جریان یک آمپر در ثانویه طراحی شده است و بنابراین نباید بیشتر از یک آمپر از آن کشیده شود. گاهی اوقات به جای مشخص کردن جریان، توان ترانس و به عبارتی ولت آمپر آن قید می‌شود. مثلاً اگر گفته شود ترانس 220v به 18v و 90 وات، به این معناست که ترانس برای حداکثر بار 90 وات طراحی شده است. بنابراین با داشتن مقدار ولتاژ ثانویه و رابطه توان، جریان ثانویه به صورت زیر محاسبه می‌شود.
توان ثانویه ترانس
مثال برای توان ثانویه ترانس
در نتیجه حداکثر جریان مجاز ثانویه این ترانسفورماتور 5A است.
البته در عمل می‌توان برای زمان کوتاهی، از ترانس جریانی بیش از جریان نامی کشید ولی باید توجه نمود که کشیدن جریان بیش از مقدار نامی از یک ترانس باعث می‌شود که ترانس بیشتر از حالت عادی گرم شود و این باعث کاهش طول عمر آن می‌گردد. در نهایت اگر ثانویه ترانس را اتصال کوتاه کنیم جریانی به مقدار چندین برابر جریان نامی از ثانویه عبور می‌کند که به آن جریان اتصال کوتاه می‌گویند. اگر این اتصال کوتاه ادامه داشته باشد ترانس پس از مدت زمان کوتاهی خراب می‌شود. در این حالت به علت بیش از حد گرم شدن ترانس بوی شالاک (رنگ عایق سیم‌های مسی) به مشام می‌رسد و ترانس به شدت داغ می‌کند. نکته دیگر در مورد ترانس تغذیه این است که ولتاژ مشخص شده برای ثانویه ترانس، به ازای جریان نامی ترانس است. در حالت بی‌باری، ولتاژ ثانویه مقداری (حدود 10%) از ولتاژ مشخص شده بیشتر می‌باشد. به عنوان مثال یک ترانس 12 ولت، در حالت بی‌باری در ثانویه دارای ولتاژی حدود 13 تا 14 ولت است و پس از کشیدن جریان نامی از آن باید ولتاژ ثانویه به حدود 12 ولت برسد.

خرابی‌های ترانس تغذیه: خرابی‌های ترانس تغذیه معمولاً یکی از موارد زیر می‌باشد.

1- قطع شدن سیم پیچ‌های اولیه و ثانویه

2- نیم سوز شدن (اتصال کوتاه ناقص در سیم پیچ‌ها)

3- اتصال کوتاه کامل

همه معایب ترانس معمولاً در اثر اضافه بار به وجود می‌آیند. اضافه بار یعنی اینکه جریان کشیده شده از ترانس از جریان نامی ترانس بیشتر باشد و بر حسب مقدار و مدت زمان اضافه بار ممکن است یکی از اشکالات فوق ایجاد شود. قطع شدن سیم پیچ اولیه و یا ثانویه باعث می‌شود وقتی اولیه را به برق متصل می‌کنیم در ثانویه هیچ ولتاژی ظاهر نشود. برای تحقیق خرابی مزبور می‌توان اولیه را از برق قطع کرده، سیم پیچ‌های اولیه و ثانویه را به کمک اهم متر آزمایش نمود. در صورت قطع بودن سیم پیچ، مقاومت بی‌نهایت قرائت می‌شود. مقاومت اهمی سیم پیچ های ترانس‌های تغذیه، بر حسب توان نامی‌شان متفاوت است. هر چه توان ترانس بیشتر باشد مقاومت اهمی سیم پیچ‌هایش کمتر است چرا که سیم‌های ضخیم‌تری برای سیم پیچ‌ها استفاده می‌نمایند. ترانس‌های تغذیه کاهنده معمولی دارای مقاومت چند ده تا چند صد اهم در اولیه و چند اهم در ثانویه می‌باشند. توجه نمایید که مقاومت سیم پیچ‌های اولیه ترانس‌های تغذیه کاهنده از مقاومت سیم پیچ‌های ثانویه بیشتر است. چرا که هم تعداد دور اولیه بیشتر بوده و هم قطر سیم پیچ آن کمتر است زیرا همانطور که می‌دانید این نوع ترانس‌ها به علت کاهنده بودن ولتاژ، افزاینده جریان هستند و بنابراین سیم پیچ ثانویه آنها از سیم پیچ اولیه ضخیم‌تر است. عیب معمول دیگر در ترانس‌های تغذیه، نیم سوز شدن سیم پیچ‌ها است. در این حالت ترانس در خروجی ولتاژی کمتر از مقدار نامی داشته و در ضمن در حین کار بیش از حد داغ می‌شود و حتی بوی سوختگی به مشام می‌رسد. ادامه کار چنین ترانسی باعث اتصال کوتاه کامل و یا قطع کامل سیم پیچ مربوطه می‌گردد. همچنین از دیگر عیوب ترانس، اتصال کوتاه شدن یکی از سیم پیچ‌ها با بدنه و یا اتصال بین سیم پیچ اولیه و سیم پیچ ثانویه است که با اهم متر باید تحقیق شود.

ترانسفورماتور کلیدی (Switching Transformer): طراحان الکترونیک همیشه در فکر این بوده‌اند که به طریقی احتیاج به ترانس تغذیه را در دستگاه‌های الکترونیکی از بین ببرند. زیرا ترانس تغذیه به علت حجم و وزن زیاد باعث بزرگ شدن ابعاد وسیله الکترونیکی شده و مهمتر از همه اینکه روز به روز بر قیمت سیم و آهن افزوده می‌شود و این با روند کاهشی قیمت قطعات نیمه هادی مثل ترانزیستور و مدارات مجتمع در تضاد است. به همین علت در یکی دو دهه اخیر روشهای مختلفی برای حذف ترانس تغذیه از مدارهای الکترونیکی ابداع شد. یک عیب همه این روشها این است که مدار دستگاه از برق شهر ایزوله نبوده و مسئله برق گرفتگی در حین تعمیر دستگاه وجود دارد. امروزه برای تعمیرکاران استفاده از یک ترانس یک به یک به هنگام تعمیر این گونه دستگاه‌ها ضروری است. در دستگاه‌های تلویزیون و سیستم‌های صوتی و تصویری عملاً استفاده از ترانس تغذیه منسوخ شده است و این مرهون طراحی نوعی منابع تغذیه است که به سوئیچینگ معروف می‌باشد. در بعضی از این گونه منابع تغذیه، حتی مسئله ایزولاسیون برق شهر نیز تا حد زیادی حل شده است. در مدار منابع تغذیه سوئیچینگ از ترانس‌های جدیدی استفاده می‌شود که اصطلاحاً ترانس سوئیچینگ (کلیدی) نامیده می‌شوند. فرق اصلی این ترانس‌ها با ترانس تغذیه در این است که هسته ترانس سوئیچینگ به جای آهن سیلیس‌دار از جنس فریت (اکسید آهن) است. زیرا فرکانس این ترانس‌ها بالا بوده و در این فرکانس‌ها هسته آهن دارای تلفات زیادی است. ترانس‌های کلیدی در مقایسه با ترانس‌های تغذیه معمولی در توان مساوی ابعاد بسیار کمتری داشته و به مقدار زیادی از وزن و حجم دستگاه می‌کاهند. در شکل (9) تصویر یک نمونه ترانسفورماتور کلیدی از زوایای مختلف نمایش داده شده است.

ترانسفورماتور کلیدی


ترانسفورماتور صوتی: ترانس‌های صوتی که معمولاً به دو دسته ترانس بلندگو و ترانس رابط تقسیم می‌شوند دارای هسته آهنی بوده و از نوع ترانس‌های کاهنده می‌باشند. ترانس بلندگو دارای امپدانس ورودی چند کیلو اهم و امپدانس خروجی چند اهم است و به غلط به چوک بلندگو هم مشهور است. معمولاً اولیه دارای سه و ثانویه دارای دو سر است و سیم‌های ثانویه دارای قطر بیشتری هستند چرا که ترانس بلندگو کاهنده ولتاژ و افزاینده جریان است و بنابراین جریان ثانویه بیشتر از جریان اولیه است. در شکل (10) تصویری از یک ترانس بلندگو و در شکل (11) سمبل مداری آن نمایش داده شده است.

ترانس بلندگو
سمبل مداری ترانس بلندگو


ترانس رابط برعکس ترانس بلندگو، دارای دو سر اولیه و سه سر ثانویه است و برای ارتباط کوپلاژ طبقات مختلف یک تقویت کننده صوتی به کار می‌رود. در شکل (12) سمبل مداری ترانس رابط نمایش داده شده است.

سمبل مداری ترانس رابط

ترانس‌های صوتی در واقع مبدل امپدانس هستند و به عبارت دیگر به عنوان تطبیق دهنده امپدانس استفاده می‌شوند. در اینجا می‌خواهیم این خاصیت ترانس را مورد بررسی قرار دهیم. اصولاً در یک ترانس مفهوم امپدانس ورودی و خروجی به صورت زیر است.
امپدانس ورودی و خروجی ترانس
که در این روابط Z1 امپدانس ورودی و Z2 امپدانس خروجی است.
بنابراین نسبت ولتاژ اولیه به جریان اولیه را امپدانس ورودی و نسبت ولتاژ ثانویه به جریان ثانویه را امپداس خروجی می‌گویند که امپدانس خروجی در واقع برابر با امپدانس بار است. خیلی مواقع مقدار امپدانس بار خیلی کم و مقدار امپدانس منبع خیلی زیاد است. برای مثال یک بلندگوی 8 اهمی دارای امپدانس 8 اهم است و اگر این بلندگو را به یک سیگنال ژنراتور صوتی که عموماً دارای امپدانس 600 اهم است متصل کنیم مشاهده می‌شود که صدایی از بلندگو شنیده نمی‌شود. در صورتی که اگر سیگنال ژنراتور صوتی از طریق یک ترانس به بلندگو متصل شود صدای بلندگو قابل شنیدن می‌شود. علت چیست؟ در جواب باید گفت که علت این امر تطبیق امپدانس است. اصولاً برای اینکه یک منبع حداکثر توان را به یک بار تحویل دهد باید امپدانس منبع و امپدانس بار با هم مساوی باشند. هر چه این دو امپدانس با هم اختلاف بیشتری داشته باشند توان تحویلی به بار کمتر خواهد بود. رابطه بین امپدانس ورودی و خروجی یک ترانس به شکل زیر است.
 رابطه بین امپدانس ورودی و خروجی یک ترانس
که در این رابطه Z1 امپدانس ورودی و برابر با حاصل تقسیم ولتاژ اولیه به جریان اولیه است و Z2 امپدانس خروجی و برابر با حاصل تقسیم ولتاژ ثانویه به جریان ثانویه است و n نسبت دور ترانس است. به عنوان مثال یک ترانس بلندگو دارای نسبت دور 10 است. چنانچه این ترانس را به یک بلندگوی 8 اهمی متصل کنیم امپدانس ورودی چقدر می‌شود؟
فرمول محاسبه امپدانس ورودی
مثال برای محاسبه امپدانس ورودی
بنابراین ترانس مزبور امپدانس 800 اهم در اولیه را به مقدار 8 اهم در ثانویه تبدیل کرده است و به همین علت است که به آن مبدل امپدانس می‌گویند.
توجه نمایید که اگر ترانس کاهنده باشد، کاهنده امپدانس و چنانچه افزاینده باشد، افزاینده امپدانس است.

ترانسفورماتور رادیویی: ترانس‌های رادیویی به دو دسته IF و RF تقسیم می‌شوند. ترانس‌های IF در طبقات IF گیرنده‌های رادیو و تلویزیون برای کوپلاژ طبقات تقویت کننده IF استفاده می‌شود. معمولاً در اولیه ترانس‌های IF، خازنی قرار گرفته که با سیم پیچ اولیه، مدار هماهنگ را تشکیل می‌دهد که در فرکانس خاصی به حالت تشدید در می‌آید. در شکل‌های (13) و (14) نمونه‌هایی از ترانس IF نمایش داده شده است.

ترانس IF
ترانس IF


سیم پیچ IF معمولاً بر روی یک استوانه پلاستیکی پیچیده می‌شود به نحوی که یک هسته فریت رزوه شده داخل استوانه به سمت بالا و پایین قابل حرکت است و مجموعه مزبور جهت جلوگیری از تشعشع و یا تداخل امواج، درون یک قوطی فلزی قرار می‌گیرد. خازن مربوطه هم معمولاً در زیر قوطی جاسازی می‌شود. به کمک پیچ گوشتی می‌توان هسته فریت را درون استوانه بالا و پایین برد. با این کار اندوکتانس اولیه سیم پیچ و در نتیجه فرکانس تشدید مدار هماهنگ را می‌توان تنظیم نمود. در بعضی از ترانس‌های IF، در ثانویه هم خازنی قرار دارد و بنابراین دو مدار هماهنگ ایجاد می‌شود. اینگونه ترانس‌ها دارای دو هسته فریت قابل تنظیم هستند. فرکانس تشدید مدارهای هماهنگ مزبور معمولاً نزدیک به هم تنظیم می‌شوند که به این کار استگرتیون (Stagger Tuned) می‌گویند. با این کار پهنای باند کلی ترانس IF افزایش می‌یابد.
ترانس‌های RF هم در اساس کار، شبیه ترانس‌های IF هستند. یک مثال خوب برای ترانس RF، سیم پیچ‌های مدار کادر آنتن رادیوهای AM است که در آن، سیم پیچ‌های اولیه و ثانویه بر روی یک هسته فریت پیچیده شده است. در شکل (15) تصویری از یک ترانس RF نمایش داده شده است.

ترانس RF

اتوترانسفورماتور: یکی از انواع ترانسفورماتورهای قدرت، اتوترانسفورماتور است که معمولاً به اختصار اتوترانس نامیده می‌شود. برخلاف ترانس‌های معمولی، اتوترانس دارای تنها یک سیم پیچ ولی با سرهای مختلف است. به این صورت که ولتاژ ورودی به یک سیم پیچ اعمال شده و ولتاژ خروجی هم از سرهای دیگر همان سیم پیچ گرفته می‌شود. در شکل (16) تصویری از چند اتوترانسفورماتور نمایش داده شده است.

اتوترانسفورماتور
اتوترانسفورماتورها نیز همانند ترانسفورماتورهای معمولی می‌توانند افزاینده و یا کاهنده ولتاژ باشند. در شکل (17) سمبل مداری یک اتوترانسفورماتور افزاینده و در شکل (18) سمبل مداری یک اتوترانسفورماتور کاهنده نمایش داده شده است.

سمبل مداری اتوترانسفورماتور افزاینده
سمبل مداری اتوترانسفورماتور کاهنده
مزیت اتوترانس بر ترانس معمولی این است که به علت داشتن تنها یک سیم پیچ، ابعاد کمتری داشته و همپنین ارزانتر است. اما در مقابل مزیت ایزوله بودن ثانویه از اولیه را ندارد. یک نوع اتوترانس متغیر وجود دارد که معمولاً در کارهای آزمایشگاهی مورد استفاده قرار می‌گیرد و به آن واریاک (Variac) گفته می‌شود. در شکل (19) تصویری از یک واریاک و در شکل (20) سمبل مداری آن نمایش داده شده است.

واریاک
سمبل مداری واریاک
ولتاژ ورودی به دو سر اولیه اعمال و ولتاژ خروجی بین یک سر ثابت و یک سر متغیر قابل دریافت است. بنابراین ولتاژ خروجی بین صفر تا یک مقدار حداکثر که می‌تواند از ولتاژ ورودی نیز بیشتر باشد قابل تنظیم است. در ترانسفورماتورها اندازه هسته آهنی بر مبنای قدرت انتقالی توسط هسته، محاسبه می‌شود. از آنجا که در اتوترانسفورماتورها قدرت انتقالی توسط هسته کم است در نتیجه اندازه هسته آهنی نیز کوچک شده و در مقدار آهن مصرفی صرفه جویی می‌شود. هر چه ولتاژهای ورودی و خروجی از نظر مقدار به هم نزدیکتر باشند توان انتقالی توسط هسته کمتر می‌شود. به همین ترتیب مصرف آهن نیز پایین می‌آید. از طرف دیگر جریانی که از قسمت مشترک سیم پیچ عبور می‌کند تفاضل دو جریان ورودی و خروجی است. زیرا اگر جریان اولیه در قسمت مشترک سیم پیچ مثلاً به سمت پایین باشد، جریان ناشی از بار، در همین سیم پیچ به سمت بالا خواهد بود. پس، از سیم پیچ مشترک، جریان کمی عبور می‌کند و می‌توان قطر این قسمت از سیم پیچ را کم انتخاب کرد. در این صورت در مصرف مس نیز صرفه جویی می‌شود و همچنین تلفات مسی نیز کاهش می‌یابد. ملاحظه می‌شود که در این ترانسفورماتورها در مصرف آهن و مس صرفه جویی زیادی می‌شود. به همین علت این ترانسفورماتورها را ترانسفورماتورهای صرفه‌ای نیز می‌نامند. از آنجا که تلفات آهن و مس در اتوترانسفورماتورها پایین است راندمان آنها بسیار بالاست به طوری که اتوترانسفورماتورهای با اختلاف ولتاژ ورودی و خروجی حدود 10%، با راندمانی حدود 99.8% ساخته شده‌اند. به این ترتیب با تقریب مناسبی می‌توان راندمان این ترانسفورماتورها را صد در صد فرض کرده و توان‌های ورودی و خروجی را برابر دانست.

ترانسفورماتورهای سه فاز: در شبکه‌های قدرت، انرژی الکتریکی بسیار بزرگی جا‌به‌جا می‌شود. اگر بخواهیم این انرژی را به صورت مستقیم و بدون استفاده از ترانسفورماتور جا‌به‌جا کنیم با مشکلاتی مواجه می‌شویم. یکی از این مشکلات این است که در این روش جریان زیادی در سیم‌های خطوط انتقال جاری می‌شود که این امر اولاً سطح مقطع بزرگی را برای هادی طلب می‌کند که تأمین آن مشکل است. ثانیاً سبب ایجاد تلفات انرژی زیاد در هادی‌ها می‌شود زیرا همانطور که می‌دانید توان تلف شده در هادی‌ها با مجذور جریان رابطه مستقیم دارد. پس هر چه جریان کمتر باشد تلفات در خط انتقال کمتر خواهد بود و همچنین سطح مقطع هادی‌ها نیز کوچکتر می‌شود که این امر سبب کاهش هزینه‌ها می‌شود. استفاده از ترانسفورماتور این مشکلات را برطرف می‌کند. برای انتقال انرژی به کمک ترانسفورماتورها ابتدا در نیروگاه‌های تولید برق، توسط ترانسفورماتورهای افزاینده، ولتاژ را افزایش و جریان را کاهش می‌دهند. نمونه‌ای از این نوع ترانس‌ها در شکل (21) نمایش داده شده است.

ترانسفورماتور افزاینده در نیروگاه برق

کاهش جریان سبب کاهش قطر سیم‌های خطوط انتقال و در نتیجه کاهش هزینه‌ها می‌شود و همچنین میزان تلفات انرژی در هادی‌ها کاهش می‌یابد. سپس در نزدیکی مصرف کننده طی چند مرحله توسط ترانس‌های کاهنده، ولتاژ را کاهش و جریان را افزایش می‌دهند و در نهایت در محل مصرف، ولتاژ و جریان مجاز را در اختیار مصرف کننده قرار می‌دهند. از آن جا که در شبکه‌های توزیع و انتقال، قدرت زیادی با سیستم سه فازه منتقل می‌شود پس ترانس‌های مورد نیاز نیز باید دارای قدرت زیاد بوده و سه فاز باشند. البته در بعضی از کشورها مثل آمریکا برای تبدیل ولتاژ در شبکه‌های سه فاز از سه ترانس یکفاز استفاده می‌کنند که در شکل (22) تصویری از این نوع تبدیل ولتاژ نمایش داده شده است.

ایجاد ترانس سه فاز بااستفاده از سه ترانس یکفاز
مزیت این روش این است که اگر یکی از ترانس‌ها آسیب ببیند اولاً دو ترانس دیگر سالم بوده و می‌توانند قسمتی از مصرف کننده را تغذیه کنند. ثانیاً فقط احتیاج به تعمیر و یا تعویض یک ترانس یکفاز وجود دارد. در حالی که اگر از ترانسفورماتور سه فاز استفاده شود در صورت آسیب دیدن سیم پیچ‌های یک فاز، کل ترانس از شبکه خارج می‌شود. در این حالت، هم مصرف کننده‌ها کلاً بدون برق خواهند بود و هم تعمیر ترانسفورماتور هزینه بیشتری دارد زیرا در ترانسفورماتورهای سه فاز وقتی یک سیم پیچ آسیب ببیند اولاً احتمال آسیب رسیدن به سیم پیچ‌های دیگر نیز وجود دارد و ثانیاً در هنگام تعمیر لازم است تا کل ترانسفورماتور باز شود. از این رو هزینه تعمیر بیشتر خواهد شد. در محل‌هایی که ترانس یکفاز برای تبدیل ولتاژ شبکه سه فاز به کار می‌رود معمولاً از چهار ترانس که یکی از آنها به صورت رزرو است استفاده می‌شود. در این صورت وقتی یکی از ترانس‌ها در اثر آسیب دیدگی از شبکه خارج شود بلافاصله ترانس چهارم جای آن را پر می‌کند. ترانسفورماتورهای سه فاز معمولاً از قدرت‌های 10KVA تا بیش از 1000KVA ساخته می‌شوند. در شکل (23) تصویر یک نمونه ترانسفورماتور سه فاز و در شکل (24) تصویر یک نمونه ترانس یکفاز نمایش داده شده است.

ترانس سه فاز
ترانس یکفاز

در ترانس‌های قدرت بالا تمام قسمت‌های اصلی در یک مخزن روغن قرار می‌گیرند. روغن ضمن اینکه عمل عایقی بین قسمت‌های مختلف ترانس را انجام می‌دهد، حرارت تولید شده در سیم پیچ‌ها را به محفظه ترانسفورماتور منتقل می‌کند تا ترانسفورماتور راحت‌تر خنک شود. ترانسفورماتورهای روغنی اگر با روغن‌های قابل اشتعال پر شوند خطرناک خواهند بود. به همین خاطر باید در محل‌هایی نصب شوند که در صورت آتش سوزی به تأسیسات دیگر و همچنین افرادی که در آنجا حضور دارند آسیب نرسانند. از این رو قرار دادن ترانسفورماتورهای روغنی در فضاهای داخل ساختمان ممنوع است. در شکل (25) تصویری از یک ترانسفورماتور روغنی که دچار آتش سوزی شده است نمایش داده شده است. همانطور که در این شکل مشاهده می‌کنید در اطراف ترانسفورماتور شعله ور شده هیچ گونه تأسیساتی وجود ندارد و لذا خسارات وارده فقط متوجه خود ترانسفورماتور می‌شود.

ترانسفورماتور روغنی شعله‌ور شده

برای کاهش خطرات ناشی از آتش سوزی، امروزه روغن‌های غیر قابل اشتعال برای پر کردن محفظه این ترانسفورماتورها به کار می‌روند. در قدرت‌های پایین‌تر می‌توان از ترانسفورماتورهای خشک استفاده کرد. ماده پرکننده محفظه این ترانسفورماتورها صمغ ریختگی است. در این نوع ترانسفورماتورها سیم پیچ‌ها محکم در صمغ ریختگی خوابانده می‌شوند. ترانس‌های با صمغ ریختگی در مقایسه با ترانس‌های روغنی نیازمند حفاظت‌های خاص نیستند زیرا در آنها خطر آتش سوزی وجود ندارد. از آنجا که عمل خنک کردن در ترانس‌های با صمغ ریختگی خوب انجام نمی‌شود ابعاد آنها در مقایسه با ترانس‌های روغنی بزرگتر است و در توان‌های نامی از حدود 10KVA تا 2500KVA ساخته می‌شوند. در شکل (26) یک نمونه ترانس خشک نمایش داده شده است.

ترانسفورماتور خشک