ترانسفورماتورها توضیح داده شده: هدف، انواع و عملکرد

ترانسفورماتورها وسایل الکتریکی هستند که انرژی را با استفاده از میدان های مغناطیسی بین مدارها منتقل می کنند، معمولاً برای افزایش یا کاهش ولتاژ AC. هدف اصلی ترانسفورماتور ساده اما قدرتمند است: انتقال، توزیع، اندازه گیری، جداسازی یا استفاده ایمن الکتریسیته را آسان تر می کند. این راهنما اصول ترانسفورماتور را به زبان ساده توضیح می دهد، از جمله اینکه ترانسفورماتورها چگونه کار می کنند، چرا ولتاژ و جریان با هم تغییر می کنند، انواع ترانسفورماتور اصلی، و محل قرارگیری ترانسفورماتورهای جریان در سیستم های الکتریکی.

ترانسفورماتور برق چیست و چه کاربردی دارد؟

ترانسفورماتور الکتریکی وسیله ای است که سطح ولتاژ جریان الکتریسیته متناوب را بدون تغییر فرکانس تغییر می دهد. در رایج ترین توضیح ترانسفورماتور، یک سیم پیچ یک میدان مغناطیسی متغیر ایجاد می کند و آن میدان مغناطیسی ولتاژ را در سیم پیچ دیگر القا می کند. بسته به نحوه ساخت ترانسفورماتور، می تواند ولتاژ را افزایش دهد، ولتاژ را پایین بیاورد، یک مدار را از مدار دیگر جدا کند، یا یک سیگنال متناسب ایمن برای اندازه گیری و حفاظت ارائه دهد.

اگر تا به حال به این فکر کرده اید که "ترانسفورماتور در یک سیستم قدرت چه کار می کند"، پاسخ کوتاه این است که به حرکت موثر برق و مطابقت با نیازهای تجهیزات مختلف کمک می کند. ولتاژ بالا برای انتقال از مسافت های طولانی مفید است زیرا جریان را برای همان مقدار توان کاهش می دهد که می تواند تلفات هادی ها را کاهش دهد. ولتاژ کمتر در نزدیکی خانه ها، مشاغل، ماشین آلات و وسایل الکترونیکی مفید است زیرا برای استفاده روزمره کاربردی تر است.

ترانسفورماتور انرژی تولید نمی کند. انرژی الکتریکی را از یک مدار به مدار دیگر منتقل می کندالقای الکترومغناطیسی. در حالت ایده آل، وقتی ولتاژ بالا می رود، جریان به نسبت کاهش می یابد. وقتی ولتاژ پایین می آید، جریان به نسبت بالا می رود. ترانسفورماتورهای واقعی دارای تلفات هستند، اما همان رابطه اساسی همچنان نحوه طراحی و استفاده از آنها را راهنمایی می کند.

ایده اصلی پشت عملیات ترانسفورماتور

ساده ترین راه برای درک اصول ترانسفورماتور، تصویر دو استسیم‌پیچ‌هایی که در اطراف یک هسته مغناطیسی مشترک قرار می‌گیرند. سیم پیچ ورودی سیم پیچ اولیه نامیده می شود. سیم پیچ خروجی سیم پیچ ثانویه نامیده می شود. هنگامی که جریان متناوب از سیم پیچ اولیه عبور می کند، یک میدان مغناطیسی دائما در حال تغییر در هسته ایجاد می کند. آن میدان متغیر از سیم پیچ ثانویه عبور می کند و ولتاژی را در آن القا می کند.

این فرآیند القای الکترومغناطیسی نامیده می شود. به همین دلیل است که یک ترانسفورماتور می تواند انرژی را بین مدارها جابه جا کند، حتی زمانی که سیم پیچ های اولیه و ثانویه مستقیماً توسط یک هادی به هم متصل نیستند. در بسیاری از ترانسفورماتورها، سیم‌پیچ‌ها از نظر الکتریکی مجزا هستند اما به صورت مغناطیسی از طریق هسته به هم متصل می‌شوند.

شکل، مواد و ساختار هسته مهم است زیرا هسته مسیری را برای شار مغناطیسی فراهم می کند. یک هسته ترانسفورماتور خوب به تمرکز میدان مغناطیسی کمک می کند تا انرژی بیشتری از سیم پیچ اولیه به سیم پیچ ثانویه منتقل شود. فولاد چند لایه، فریت و سایر مواد مغناطیسی بسته به کاربرد، سطح توان و فرکانس کاری استفاده می شود.

سیم پیچ اولیه، سیم پیچ ثانویه و هسته مغناطیسی

سیم پیچ اولیه انرژی را از منبع دریافت می کند. سیم پیچ ثانویه انرژی را به بار می رساند. هسته مغناطیسی این دو را از طریق میدان مغناطیسی و نه از طریق یک مسیر مستقیم الکتریکی به هم متصل می کند.

تعداد چرخش در هر سیم پیچ نسبت ولتاژ را تعیین می کند. اگر پیچ های سیم پیچ ثانویه بیشتر از سیم پیچ اولیه باشد، ترانسفورماتور ولتاژ را افزایش می دهد. اگر سیم پیچ ثانویه دورهای کمتری داشته باشد، ترانسفورماتور ولتاژ را کاهش می دهد. اگر هر دو سیم پیچ تعداد چرخش یکسانی داشته باشند، ترانسفورماتور ممکن است بدون تغییر ولتاژ زیاد، جداسازی را ایجاد کند.

نسبت چرخش ولتاژ را کنترل می کند

رابطه ولتاژ ترانسفورماتور معمولاً با نسبت چرخش آن توصیف می شود. چرخش بیشتر در یک سیم پیچ به طور کلی به معنای ولتاژ بیشتر در آن سیم پیچ است. چرخش کمتر به طور کلی به معنای ولتاژ کمتر است.

به عنوان مثال، اگر یک ترانسفورماتور دو برابر سیم پیچ ثانویه دور اولیه داشته باشد، ولتاژ ثانویه تقریباً دو برابر ولتاژ اولیه خواهد بود، بدون توجه به تلفات. اگر ثانویه دارای نصف تعداد چرخش باشد، ولتاژ ثانویه تقریباً نصف ولتاژ اولیه خواهد بود. این رابطه ساده یکی از مهمترین مبانی ترانسفورماتور است زیرا توضیح می دهد که چرا یک دستگاه می تواند برای بسیاری از نیازهای ولتاژ مختلف طراحی شود.

ولتاژ و جریان در جهت مخالف حرکت می کنند

یک ترانسفورماتور ولتاژ را تغییر می دهد، اما تعادل قدرت همچنان مهم است. اگر ولتاژ افزایش یابد، جریان کاهش می یابد. اگر ولتاژ کاهش یابد، جریان افزایش می یابد. این رابطه برای هدف ترانسفورماتور در توزیع برق مرکزی است.

قدرت را به عنوان انتقال مفید انرژی الکتریکی در نظر بگیرید. به عبارت ساده تر، توان هم به ولتاژ و هم به جریان بستگی دارد. یک ترانسفورماتور می تواند ترکیب ولتاژ و جریان را تغییر دهد، اما نمی تواند به طور جادویی کل توان قابل استفاده را افزایش دهد. واحدهای واقعی نیز مقداری انرژی را به عنوان تلفات گرما، صدا و مغناطیسی از دست می دهند، بنابراین توان خروجی کمی کمتر از توان ورودی است.

چرا ترانسفورماتورها در سیستم های الکتریکی اهمیت دارند؟

ترانسفورماتورها اهمیت دارند زیرا سیستم های الکتریکی مدرن به موارد متفاوتی نیاز دارندسطوح ولتاژ در نقاط مختلف نیروگاه‌ها، خطوط انتقال، محله‌ها، کارخانه‌ها، لوازم خانگی، شارژرها، تابلوهای کنترل و ابزار اندازه‌گیری همگی در یک ولتاژ به بهترین شکل کار نمی‌کنند.

ترانسفورماتورها تولید، جابجایی، توزیع، کنترل و اندازه گیری الکتریسیته را به صورت عملی ممکن می سازند.

بدون ترانسفورماتور،-تحویل برق از راه دور بسیار کمتر کارآمد خواهد بود. الکتریسیته یا باید با جریان بالا حرکت کند، که تلفات هادی و نیاز به تجهیزات را افزایش می‌دهد، یا اینکه به هر بار نزدیک‌تر تولید شود. ترانسفورماتورها با افزایش ولتاژ برای انتقال و کاهش مجدد برای استفاده محلی، به پر کردن این شکاف کمک می کنند.

آنها همچنین ایمنی و کنترل سیستم را بهبود می بخشند. ترانسفورماتورهای ایزوله می توانند اتصال الکتریکی مستقیم بین مدارها را کاهش دهند. ترانسفورماتورهای ابزار به جریان های بالا یا ولتاژهای بالا اجازه می دهند تا به عنوان سیگنال های کوچکتر و قابل کنترل نشان داده شوند. ترانسفورماتورهای کنترل ولتاژ مورد نیاز رله ها، کنتاکتورها و دستگاه های کنترل را تامین می کنند.

هدف اصلی ترانسفورماتور در شرایط روزمره

هدف ترانسفورماتور به کاربرد بستگی دارد، اما بیشتر کاربردها به چند دسته عملی تقسیم می شوند. ترانسفورماتور ممکن است برای تغییر ولتاژ، بهبود راندمان انتقال، مدارهای مجزا، اندازه‌گیری پشتیبانی، تامین برق کنترلی یا تطبیق تجهیزات الکتریکی با یک سیستم استفاده شود.

اهداف کلیدی عبارتند از:

افزایش ولتاژترانسفورماتورهای مرحله{0} ولتاژ را برای انتقال یا تجهیزاتی که به ولتاژ بالاتری نسبت به منبع موجود نیاز دارند، افزایش می‌دهند.

کاهش ولتاژترانسفورماتورهای پایین{0} ولتاژ را به سطحی مناسب برای خانه ها، مشاغل، ماشین آلات، الکترونیک یا مدارهای کنترل کاهش می دهند.

ارائه عایق الکتریکیترانسفورماتورهای ایزوله دو مدار را به صورت الکتریکی جدا می کنند در حالی که همچنان انرژی را به صورت مغناطیسی منتقل می کنند. این می تواند به ایمنی، کاهش نویز و طراحی سیستم کمک کند.

اندازه گیری جریان یا ولتاژ ایمنترانسفورماتورهای ابزار، مقادیر زیاد الکتریکی را به سطوحی کاهش می دهند که متر، رله و دستگاه های نظارتی می توانند از عهده آن برآیند.

مطابق با الزامات تجهیزاتترانسفورماتورها به اتصال تجهیزات به یک ولتاژ تغذیه کمک می کنند که در غیر این صورت نامناسب است.

پشتیبانی از سیستم های حفاظتیرله های حفاظتی اغلب به ترانسفورماتورهای جریان و ترانسفورماتورهای ولتاژ برای تشخیص اضافه بارها، خطاها و شرایط عملیاتی غیرعادی وابسته هستند.

این توابع در سیستم های بزرگ برق، کارخانه های صنعتی، ساختمان های تجاری، توزیع مسکونی، سیستم های انرژی تجدیدپذیر، تجهیزات صوتی، منابع تغذیه و الکترونیک ظاهر می شوند. همان اصل عملیاتی اعمال می شود، حتی اگر اندازه و ساختار می تواند به طور چشمگیری متفاوت باشد.

ترانسفورماتورها را{0}}بالا و پایین- پایین بیاورید

ترانسفورماتورهای پله{0}بالا و پایین{1} آشناترین انواع ترانسفورماتور هستند زیرا مستقیماً به سؤال تبدیل ولتاژ پاسخ می دهند. ترانسفورماتور پله ای{3}} ولتاژ را از اولیه به ثانویه افزایش می دهد. یک ترانسفورماتور پایین{5} ولتاژ را از اولیه به ثانویه کاهش می دهد.

ترانسفورماتور پله{0}بالا معمولاً در جاهایی استفاده می‌شود که نیرو باید در مسافتی کارآمد حرکت کند یا تجهیزات به ولتاژ بالاتری نیاز دارند. با افزایش ولتاژ و کاهش جریان برای انتقال قدرت یکسان، سیستم می تواند تلفات مربوط به جریان در هادی ها را کاهش دهد. این یکی از دلایلی است که انتقال ولتاژ بالا{4}}در شبکه های برق بسیار مهم است.

ترانسفورماتور پله-پایین نزدیک به نقطه استفاده استفاده می‌شود. برقی که به یک مرکز یا محله می رسد اغلب باید به یک ولتاژ عملی برای پانل ها، تجهیزات، پریزها، روشنایی، کنترل ها یا لوازم الکترونیکی کاهش یابد. در بسیاری از دستگاه‌ها، ترانسفورماتورهای کوچکتر یا منابع تغذیه مبتنی بر ترانسفورماتور{3}} ولتاژ را برای مدارهای داخلی کاهش می‌دهند.

مثال عملی کاهش ولتاژ

تصور کنید یک ساختمان برق را با ولتاژی دریافت می کند که برای تجهیزات خاصی بسیار زیاد است. یک ترانسفورماتور پایین{1} می‌تواند این ولتاژ را تا سطحی که تجهیزات برای استفاده از آن طراحی شده‌اند، کاهش دهد. سپس بار ولتاژ قابل استفاده را دریافت می کند در حالی که سیستم تغذیه می تواند در سطحی مناسب تر برای توزیع کار کند.

این بدان معنا نیست که ترانسفورماتور سیستم را بدون خطر-آزاد می کند. ممکن است خروجی همچنان خطرناک باشد و ترانسفورماتور باید اندازه، محافظت، زمین، نصب و نگهداری صحیح باشد. تبدیل ولتاژ تنها بخشی از طراحی ایمن الکتریکی است.

مثال عملی افزایش ولتاژ

یک ژنراتور یا اینورتر ممکن است در یک ولتاژ برق تولید کند، در حالی که سیستم توزیع یا انتقال متصل به ولتاژ دیگری نیاز دارد. یک ترانسفورماتور پله‌ای{1}}می‌تواند ولتاژ را افزایش دهد تا انرژی به طور مؤثرتری از طریق سیستم منتقل شود. ولتاژ بالاتر جریان مورد نیاز برای انتقال توان معین را کاهش می‌دهد که به هادی‌ها و تجهیزات کمک می‌کند انرژی را با کارایی بیشتری حمل کنند.

در هر دو مثال، ترانسفورماتور AC را به DC یا DC را به AC تبدیل نمی کند. سطح ولتاژ AC را تغییر می دهد. تجهیزات دیگری مانند یکسو کننده ها یا اینورترها زمانی استفاده می شوند که نوع جریان باید تبدیل شود.

ترانسفورماتور جریان چه کاری انجام می دهد؟

یک ترانسفورماتور جریان که اغلب CT نامیده می شود، جریان کوچکتری تولید می کند که متناسب با جریان بزرگتری است که در یک هادی یا مدار می گذرد. هدف آن معمولاً تغذیه بار نیست، بلکه این است که کنتورها، رله‌ها، مانیتورها و دستگاه‌های حفاظتی جریان را به طور ایمن و دقیق بخوانند. به زبان ساده ترانسفورماتور جریان چه کاری انجام می دهد؟ جریان زیاد یا نامناسب را به سیگنال کمتر و قابل استفاده برای اندازه گیری و کنترل تبدیل می کند.

ترانسفورماتورهای جریان بخشی از یک گروه گسترده تر به نام ترانسفورماتور ابزار هستند. به جای افزایش یا کاهش ولتاژ برای تحویل برق، جریان را برای اطلاعات و حفاظت کاهش می دهند. یک CT به آمپرمتر، قدرت سنج، مانیتور انرژی یا رله حفاظتی اجازه می‌دهد تا آنچه را که در مدار اتفاق می‌افتد بدون اینکه مستقیماً در یک سری با جریان بار کامل قرار گیرد، به همان روشی که یک متر کوچک انجام می‌دهد، درک کند.

ترانسفورماتور جریان چگونه جریان را حس می کند

ترانسفورماتور جریان از طریق القای مغناطیسی مانند سایر ترانسفورماتورها کار می کند، اما ساختار و هدف آن متفاوت است. هادی حامل جریان اندازه گیری شده اغلب به عنوان سیم پیچ اولیه عمل می کند. سیم پیچ ثانویه CT جریانی تولید می کند که مطابق با نسبت جریان اولیه است.

به عنوان مثال، ممکن است یک CT انتخاب شود تا یک جریان اولیه بزرگ با یک جریان ثانویه بسیار کوچکتر نشان داده شود. متر یا رله متصل جریان کوچکتر را می خواند و آن را به عنوان جریان بزرگتر در مدار واقعی تفسیر می کند. این اجازه می دهد تا تجهیزات نظارت و حفاظت در محدوده های الکتریکی قابل کنترل باقی بمانند.

چرا ترانسفورماتورهای جریان مهم هستند

ترانسفورماتورهای جریان به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند زیرا اندازه گیری مستقیم جریان بالا می تواند غیرعملی، گران یا ناایمن باشد. CT به تجهیزات اجازه می دهد تا جریان بار را کنترل کنند، بارهای اضافه را شناسایی کنند، خطاها را شناسایی کنند، از اندازه گیری انرژی پشتیبانی کنند و اقدامات حفاظتی را آغاز کنند. در سیستم های صنعتی و تاسیساتی، CT ها برای رله های حفاظتی که نیاز به واکنش سریع به شرایط غیرعادی دارند، ضروری هستند.

سی تی باید با دقت اعمال شود. نسبت، کلاس دقت، بار، ویژگی های اشباع و جهت نصب آنها می تواند بر عملکرد تأثیر بگذارد. مدار ثانویه ترانسفورماتور جریان نیز به حمل و نقل ایمن نیاز دارد زیرا یک ثانویه باز روی یک CT برق دار می تواند ولتاژهای خطرناکی تولید کند. به همین دلیل است که نصب و نگهداری CT باید توسط متخصصان برق واجد شرایط انجام شود.

انواع متداول ترانسفورماتور و محل استفاده از آنها

انواع ترانسفورماتورها اغلب بر اساس عملکرد، ساختار، سطح ولتاژ، روش خنک کننده، آرایش فاز یا کاربرد گروه بندی می شوند. دسته‌ها با هم همپوشانی دارند، بنابراین یک ترانسفورماتور ممکن است چندین توصیف را در یک زمان انجام دهد. به عنوان مثال، یک ترانسفورماتور نوع خشک-همچنین ممکن است یک ترانسفورماتور پله-پایین، یک ترانسفورماتور سه-فاز، و یک ترانسفورماتور ایزوله باشد.

ترانسفورماتورهای قدرت

ترانسفورماتورهای قدرت در{0}قسمت‌های پرقدرت سیستم‌های الکتریکی، اغلب در جاهایی که نیاز است مقادیر زیادی انرژی بین سطوح ولتاژ منتقل شود، استفاده می‌شود. آنها معمولاً با نقاط تولید، انتقال و توزیع اصلی مرتبط هستند. طراحی آنها بر کارایی، استحکام عایق، عملکرد حرارتی و عمر طولانی تحت شرایط سخت متمرکز است.

این ترانسفورماتورها معمولاً بزرگتر و پیچیده تر از ترانسفورماتورهای کوچک ساختمان یا دستگاه هستند. بسته به طراحی ممکن است از روغن یا مایع عایق دیگر برای خنک سازی و عایق استفاده کنند. از آنجایی که آنها دارایی های حیاتی هستند، معمولاً به حفاظت، نظارت و نگهداری دقیق نیاز دارند.

ترانسفورماتورهای توزیع

ترانسفورماتورهای توزیع ولتاژ را به سطوح مورد استفاده مشتریان یا تجهیزات محلی کاهش می دهند. آنها بسته به سیستم، ترانسفورماتورهای آشنای هستند که روی تیرهای برق، پدها یا داخل اتاق های برق دیده می شوند. نقش آنها ارائه ولتاژ قابل استفاده در نزدیکی نقطه مصرف است.

ترانسفورماتورهای توزیع باید بارهای تغییر دهنده را در طول روز تحمل کنند. آنها برای عملیات قابل اعتماد، نصب عملی و خدمات کارآمد در سطوح بار معمولی طراحی شده اند. در ساختمان‌های تجاری و صنعتی، ترانسفورماتورهای توزیع ممکن است پانل‌ها، روشنایی، مخازن، تجهیزات یا سیستم‌های تخصصی را تغذیه کنند.

ترانسفورماتورهای ایزولاسیون

ترانسفورماتورهای ایزوله انرژی را بین مدارها انتقال می دهند در حالی که جداسازی الکتریکی بین اولیه و ثانویه را فراهم می کنند. آنها ممکن است ولتاژ ورودی و خروجی یکسانی داشته باشند، یا ممکن است ولتاژ را افزایش یا کاهش دهند. ویژگی مهم جدایی بین سیم پیچ ها است.

جداسازی می تواند به کاهش خطرات شوک خاص کمک کند، انتقال نویز الکتریکی را محدود کند و تجهیزات حساس را از برخی اختلالات تامین جدا کند. با این حال، جداسازی به طور خودکار مدار را برای لمس ایمن نمی کند. زمین، حفاظت در برابر جریان بیش از حد، طراحی محفظه، و شیوه های نصب هنوز اهمیت دارند.

اتوترانسفورماتورها

یک اتوترانسفورماتور به جای سیم پیچ اولیه و ثانویه کاملاً مجزا از یک سیم پیچ مشترک استفاده می کند. این می تواند آن را برای برخی از کارهای تنظیم ولتاژ کوچکتر، سبک تر و کارآمدتر کند. ترانسفورماتورهای خودکار اغلب در مواردی استفاده می شوند که فقط به یک تغییر ولتاژ متوسط ​​نیاز است.

مبادله این است که ترانسفورماتورهای خودکار همان ایزوله الکتریکی را بین ورودی و خروجی که یک ترانسفورماتور دو{0} سیم پیچی ارائه می کند، ارائه نمی کنند. این باعث می شود آنها در برخی از برنامه ها مفید و در برخی دیگر نامناسب باشند. انتخاب یکی مستلزم درک ولتاژ مورد نیاز و الزامات ایمنی یا جداسازی سیستم است.

ترانسفورماتورهای ابزار

ترانسفورماتورهای ابزار شامل ترانسفورماتورهای جریان و ترانسفورماتورهای ولتاژ هستند. آنها جریان بالا یا ولتاژ بالا را به سطوحی کاهش می دهند که ابزارها و رله ها می توانند از آن استفاده کنند. وظیفه آنها این است که کمیت های الکتریکی را قابل اندازه گیری و عملی کنند.

یک ترانسفورماتور ولتاژ، که گاهی اوقات ترانسفورماتور پتانسیل نامیده می شود، ولتاژ کمتری متناسب با ولتاژ مدار ارائه می دهد. یک ترانسفورماتور جریان جریان کمتری را متناسب با جریان مدار فراهم می کند. آنها با هم از اندازه گیری، نظارت، تجزیه و تحلیل کیفیت توان و حفاظت پشتیبانی می کنند.

ترانسفورماتورهای تک فاز-و سه-

ترانسفورماتورهای تک فاز-در سیستم‌های تکفاز-و بارهای کوچک‌تر استفاده می‌شوند. ترانسفورماتورهای سه فاز در سیستم های قدرت سه فاز، که در کاربردهای تجاری، صنعتی و شهری رایج هستند، استفاده می شود. یک ترانسفورماتور سه فاز ممکن است یک واحد یکپارچه باشد یا از سه واحد{7} تک فاز ساخته شود.

ترانسفورماتورهای سه فاز مهم هستند زیرا بسیاری از موتورها، بارهای بزرگ و سیستم های توزیع با برق سه فاز کار می کنند. اتصالات سیم پیچ آنها بر روابط ولتاژ، رفتار زمین، تغییر فاز و پاسخ خطا تأثیر می گذارد. به دلیل این جزئیات، انتخاب ترانسفورماتور سه فاز یک بخش تخصصی طراحی الکتریکی است.

ترانسفورماتورهای-خشک و پر از مایع-

ترانسفورماتورهای نوع خشک{0}}به جای مایع عایق مایع از سیستم های عایق هوا یا جامد استفاده می کنند. آنها در داخل خانه، در ساختمان های تجاری و در مکان هایی که نگهداری مایعات ممکن است نگران کننده باشد، رایج هستند. آنها هنوز گرما تولید می کنند و نیاز به تهویه دارند.

ترانسفورماتورهای پر از مایع-از مایع عایق برای کمک به خنک کردن و عایق کاری سیم پیچ ها و هسته استفاده می کنند. آنها در کاربردهای کاربردی، صنعتی و در فضای باز رایج هستند. مایع انتقال حرارت را بهبود می بخشد، اما الزاماتی را برای مهار، مدیریت زیست محیطی، ملاحظات آتش سوزی و نگهداری نیز معرفی می کند.

قطعات یک ترانسفورماتور و کارهایی که هر قسمت انجام می دهد

یک ترانسفورماتور ممکن است از بیرون شبیه یک جعبه مهر و موم شده باشد، اما قطعات داخلی آن به روشی دقیق با هم کار می کنند. ساخت دقیق به اندازه و کاربرد بستگی دارد، با این حال چندین جزء اصلی در بسیاری از انواع ترانسفورماتور ظاهر می شوند.

بخش های اصلی شامل:

هسته اصلی:یک مسیر مغناطیسی را فراهم می کند و به تمرکز شار مغناطیسی بین سیم پیچ ها کمک می کند.

سیم پیچ اولیه:انرژی ورودی را از مدار منبع دریافت می کند.

سیم پیچ ثانویه:ولتاژ یا جریان تبدیل شده را به بار، متر یا مدار متصل می دهد.

عایق بندی:پیچ ها، سیم پیچ ها، هسته، محفظه و اتصالات خارجی را برای جلوگیری از مسیرهای جریان ناخواسته جدا می کند.

محفظه یا مخزن:از قطعات داخلی محافظت می کند و ساختار مکانیکی ایمن را فراهم می کند.

پایانه ها یا بوشینگ ها:نقاط اتصال را برای هادی های ورودی و خروجی فراهم کنید.

سیستم خنک کننده:گرما را از طریق هوا، روغن، باله ها، فن ها، رادیاتورها یا سایر ویژگی های طراحی حذف می کند.

تغییر دهنده ضربه بزنید یا ضربه بزنید:امکان تنظیم ولتاژ محدود را در برخی از ترانسفورماتورها فراهم می کند.

پلاک نام:رتبه بندی های ضروری و اطلاعات اتصال را ارائه می دهد.

هر قسمت بر قابلیت اطمینان تأثیر می گذارد. عایق ضعیف می تواند منجر به شکست شود. خنک کننده ناکافی می تواند عمر را کوتاه کند. اتصالات نادرست می تواند باعث ایجاد ولتاژ ناایمن، گرمای بیش از حد یا آسیب به تجهیزات شود. ممکن است ترانسفورماتور غیرفعال به نظر برسد، اما به مهندسی دقیق و کاربرد صحیح بستگی دارد.

رتبه بندی و مشخصات ترانسفورماتور

رتبه بندی ترانسفورماتورها توصیف می کنند که دستگاه برای کار با چه چیزی طراحی شده است. این رتبه‌بندی‌ها به مهندسان، برق‌کارها، تکنسین‌ها و مدیران تأسیسات کمک می‌کند تا ترانسفورماتور مناسب را برای یک کار خاص انتخاب کنند. آنها همچنین محدودیت های عملیاتی ایمن را تعریف می کنند.

مشخصات مهم ترانسفورماتور عبارتند از:

درجه ولتاژ:سطوح ولتاژ اولیه و ثانویه مورد نظر.

رتبه بندی kVA:ظرفیت ظاهری ترانسفورماتور.

رتبه بندی فرکانس:فرکانس AC که ترانسفورماتور برای آن طراحی شده است.

فاز:پیکربندی تک فاز-یا سه-.

افزایش دما:دمای ترانسفورماتور در شرایط نامی چقدر ممکن است افزایش یابد.

کلاس عایق:قابلیت حرارتی سیستم عایق.

امپدانس:عاملی که بر تنظیم ولتاژ و جریان خطا تأثیر می گذارد.

نوع اتصال:آرایش سیم پیچ، به ویژه در سیستم‌های سه فاز-.

کلاس خنک کننده:نحوه حذف گرما در حین کار

رتبه بندی محوطه:حفاظت از محیط زیست توسط مسکن ارائه می شود.

رتبه kVA به ویژه مهم است زیرا ترانسفورماتورها ولتاژ و جریان را حمل می کنند. ترانسفورماتور با نسبت ولتاژ صحیح اگر نتواند بار را تحمل کند، باز هم ممکن است اشتباه باشد. بزرگ‌سازی می‌تواند هزینه را افزایش دهد و بر عملکرد تأثیر بگذارد، در حالی که کوچک‌تر شدن می‌تواند منجر به گرمای بیش از حد، خاموش شدن مزاحم، تنظیم ضعیف ولتاژ یا خرابی زودرس شود.

چگونه تلفات ترانسفورماتور اتفاق می افتد

هیچ ترانسفورماتور واقعی کامل نیست. مقداری انرژی در حین کار، بیشتر به صورت گرما از دست می رود. درک تلفات به توضیح اینکه چرا ترانسفورماتورها به خنک کننده نیاز دارند و چرا بازده در طراحی سیستم اهمیت دارد کمک می کند.

دسته های اصلی ضرر عبارتند از تلفات هسته ای و تلفات سیم پیچ. تلفات هسته در هسته مغناطیسی هر زمان که ترانسفورماتور روشن می شود، حتی اگر بار کم یا بدون بار متصل باشد، رخ می دهد. تلفات سیم پیچ به این دلیل رخ می دهد که سیم پیچ های مسی یا آلومینیومی دارای مقاومت الکتریکی هستند و با افزایش جریان بار این تلفات افزایش می یابد.

تلفات دیگر ممکن است ناشی از شار نشتی، گرمایش سرگردان، جریان های گردابی در قطعات ساختاری و اثرات دی الکتریک در عایق باشد. در بسیاری از کاربردها، طراحی ترانسفورماتور تعادلی بین کارایی، اندازه، هزینه، سرمایش، نویز و عملکرد است. یک ترانسفورماتور بسیار کارآمد ممکن است به مواد بهتر یا هسته بزرگتری نیاز داشته باشد، در حالی که یک ترانسفورماتور فشرده ممکن است محدودیت های حرارتی متفاوتی داشته باشد.

گرما، صدا و ارتعاش

گرما یک نتیجه طبیعی از عملکرد ترانسفورماتور است، اما گرمای بیش از حد یک علامت هشدار است. گرما می تواند عایق را کهنه کند، عمر مفید را کاهش دهد و در نهایت منجر به خرابی شود. تهویه مناسب، بارگذاری، دمای محیط و نگهداری مناسب همگی بر عملکرد حرارتی تأثیر می گذارند.

ترانسفورماتورها همچنین می توانند صدای زمزمه تولید کنند. این اغلب از حرکات ریز در مواد هسته به دلیل تغییر میدان مغناطیسی ناشی می شود. مقداری زمزمه طبیعی است، اما صدای غیرعادی، تغییرات ناگهانی در صدا، وزوز، ترقه زدن یا لرزش ممکن است نشان دهنده شل شدن قطعات، بارگذاری بیش از حد، نصب نامناسب یا مشکلات الکتریکی باشد.

انتخاب ترانسفورماتور مناسب برای یک برنامه کاربردی

انتخاب ترانسفورماتور با درک بار، منبع، محیط و دلیل نیاز به ترانسفورماتور شروع می شود. یک انتخاب خوب صرفاً انتخابی نیست که ولتاژ را به درستی تغییر دهد. همچنین باید با ظرفیت، فاز، فرکانس، محفظه، خنک کننده، ایمنی، الزامات کد و شرایط عملیاتی آینده مطابقت داشته باشد.

فرآیند انتخاب عملی شامل:

هدف را مشخص کنیدتصمیم بگیرید که آیا ترانسفورماتور نیاز به افزایش ولتاژ، پایین آمدن ولتاژ، جداسازی مدارها، کنترل‌های تغذیه، اندازه‌گیری پشتیبانی، یا ارائه یک بار خاص دارد یا خیر.

ولتاژ ورودی و خروجی را تایید کنیدولتاژ تغذیه موجود و ولتاژ مورد نیاز تجهیزات متصل را شناسایی کنید. شامل فاز و فرکانس.

بار را محاسبه کنیدکل بار را بر حسب کیلو ولت آمپر، شامل بارهای پیوسته، نیازهای راه اندازی موتور، انبساط آتی و هرگونه شرایط عملیاتی خاص تعیین کنید.

محیط را بررسی کنیدمکان داخلی یا خارجی، دما، تهویه، رطوبت، گرد و غبار، شرایط خورنده، محدودیت های صدا و دسترسی برای نگهداری را در نظر بگیرید.

حفاظت و زمین را بررسی کنیدحفاظت از جریان اضافه، اتصال به زمین، اتصال، وسایل قطع و وصل و هماهنگی با سایر دستگاه های سیستم را تأیید کنید.

راندمان و گرما را در نظر بگیریداتلاف انرژی، اتلاف گرما، فضای تهویه و تاثیر هزینه عملیاتی ترانسفورماتور برق دار را در نظر بگیرید.

استانداردها و الزامات محلی را تأیید کنیدکدهای برق، قوانین ابزار، استانداردهای تأسیسات و دستورالعمل های سازنده تجهیزات، همگی می توانند بر انتخاب نهایی تأثیر بگذارند.

از پشتیبانی طراحی واجد شرایط استفاده کنیدبرای سیستم‌های ساختمان، تجهیزات صنعتی، اتصالات شهری یا مدارهای{0}پرانرژی بالا، انتخاب ترانسفورماتور باید شامل متخصصان برق واجد شرایط باشد.

این چک لیست تصمیم را بر اساس نیازهای عملیاتی واقعی نگه می دارد. همچنین از یک اشتباه رایج جلوگیری می کند: در نظر گرفتن ترانسفورماتور به عنوان یک آداپتور ولتاژ ساده در حالی که در واقع بخشی از یک سیستم ایمنی و عملکرد الکتریکی بزرگتر است.

ملاحظات نصب و ایمنی

ترانسفورماتورها می توانند ولتاژها و جریان های خطرناکی را حمل کنند، گرما را ذخیره کنند و انرژی خطا را در شرایط غیرعادی ایجاد کنند. حتی ترانسفورماتورهای کوچکتر نیز در صورت نصب نادرست می توانند خطرناک باشند. نصب ایمن به طراحی مناسب، کار مطابق با کد{2}}، حفاظت صحیح و آزمایش مناسب بستگی دارد.

ملاحظات ایمنی مهم عبارتند از:

قبل از کار برق را قطع کنید:ترانسفورماتورها باید فقط پس از مراحل قفل و تأیید صحیح سرویس شوند.

از محافظت صحیح در برابر جریان اضافه استفاده کنید:برای ترانسفورماتور و سیستم متصل باید فیوزها، بریکرها و وسایل حفاظتی انتخاب شوند.

فضاهای تهویه را حفظ کنید:مسدود شدن جریان هوا می تواند باعث گرم شدن بیش از حد شود.

قوانین اتصال به زمین و اتصال را دنبال کنید:اتصال زمین نادرست می تواند خطرات شوک یا مشکلات حفاظتی ایجاد کند.

محافظت در برابر رطوبت و آلودگی:قرار گرفتن در معرض محیطی می تواند عایق و اتصالات را تخریب کند.

به رتبه بندی پلاک ها احترام بگذارید:محدودیت های ولتاژ، kVA، فرکانس و دما پیشنهاد نیستند.

مدارهای سی تی را با دقت مدیریت کنید:مدارهای ثانویه ترانسفورماتور جریان به اقدامات احتیاطی ویژه ای نیاز دارند که منبع اصلی برق باشد.

اتصالات را بررسی کنید:اتصالات شل می توانند بیش از حد گرم شوند، قوس شوند یا به تجهیزات آسیب برسانند.

یک ترانسفورماتور نباید بدون ارزیابی مناسب اصلاح شود، دوباره وصل شود یا بارگذاری شود. اگر تجهیزات علائم گرم شدن بیش از حد، صدای غیرمعمول، بو، تغییر رنگ، نشتی مایع، عایق آسیب دیده یا عملکرد مکرر دستگاه محافظ را نشان داد، باید توسط یک فرد واجد شرایط بازرسی شود.

تعمیر و نگهداری و علائم مشکلات ترانسفورماتور

بسیاری از ترانسفورماتورها برای مدت طولانی با توجه کمی کار می کنند، اما این بدان معنا نیست که باید آنها را نادیده گرفت. نیازهای تعمیر و نگهداری به نوع ترانسفورماتور، اندازه، محیط، بارگذاری و بحرانی بودن بستگی دارد. یک واحد کوچک-نوع خشک در یک فضای داخلی تمیز نیازمندی های متفاوتی نسبت به یک ترانسفورماتور بزرگ-پر از مایع دارد که به یک مرکز حیاتی خدمت می کند.

توجه معمول ممکن است شامل بازرسی‌های بصری، بررسی‌های حرارتی، تمیز کردن، بررسی تهویه، بررسی اتصال، اندازه‌گیری بار، آزمایش عایق، آزمایش روغن برای واحدهای پر از مایع{0}و تأیید دستگاه‌های محافظ باشد. هدف این است که مشکلات کوچک را قبل از اینکه به شکست تبدیل شوند، کشف کنید.

علائم هشدار دهنده می تواند شامل موارد زیر باشد:

زمزمه، وزوز یا لرزش غیرمعمول یا فزاینده

گرمای بیش از حد سطح یا علائم گرمای بیش از حد

بوی سوزش یا تغییر رنگ

نشت روغن یا بوش های آسیب دیده در واحدهای پر از مایع-

قطع بریکرها یا سوختن فیوزها

تنظیم ضعیف ولتاژ یا بارهای سوسو زن

خوردگی قابل مشاهده، رطوبت، تجمع گرد و غبار، یا مسدود شدن تهویه

عایق ترک خورده، کابل های آسیب دیده یا پایانه های شل شده

هر علامتی به این معنی نیست که خود ترانسفورماتور از کار افتاده است. مشکل ممکن است ناشی از بار، ولتاژ تغذیه، اعوجاج هارمونیک، تهویه، اتصالات یا وسایل حفاظتی باشد. عیب یابی باید کل سیستم الکتریکی را بررسی کند نه اینکه یک علت را فرض کند.

باورهای غلط رایج در مورد ترانسفورماتورها

ترانسفورماتورها رایج هستند، اما اغلب اشتباه گرفته می شوند. پاک کردن تصورات غلط توضیح ترانسفورماتور را مفیدتر می کند و به جلوگیری از فرضیات ناامن کمک می کند.

یک تصور اشتباه این است که ترانسفورماتور همیشه برق را ایمن تر می کند. یک ترانسفورماتور پایین{1} ممکن است ولتاژ را کاهش دهد و یک ترانسفورماتور ایزوله ممکن است مدارها را از هم جدا کند، اما هر دو همچنان می‌توانند انرژی خطرناکی ارائه دهند. ایمنی به کل سیستم بستگی دارد، نه فقط به وجود ترانسفورماتور.

یکی دیگر از تصورات اشتباه این است که ترانسفورماتورها با DC به همان اندازه کار می کنند که با AC انجام می دهند. یک ترانسفورماتور معمولی به یک میدان مغناطیسی در حال تغییر بستگی دارد، بنابراین برای جریان متناوب یا تغییر شکل موج طراحی شده است. جریان مستقیم پس از تغییر اولیه همان اثر القایی پیوسته را ایجاد نمی کند و اعمال DC به ترانسفورماتور AC می تواند باعث گرم شدن بیش از حد یا آسیب شود.

سومین تصور اشتباه این است که ترانسفورماتور می تواند قدرت را افزایش دهد. می تواند ولتاژ یا جریان را در یک طرف نسبت به طرف دیگر افزایش دهد، اما نمی تواند انرژی اضافی ایجاد کند. اگر ولتاژ افزایش یابد، جریان کاهش می یابد و تلفات خروجی را در مقایسه با ورودی اندکی کاهش می دهد.

چهارمین تصور غلط این است که همه انواع ترانسفورماتور قابل تعویض هستند. دو ترانسفورماتور ممکن است دارای ولتاژ یکسانی باشند اما در ظرفیت kVA، فاز، زمین، امپدانس، محفظه، خنک کننده، عایق، وظیفه یا کاربرد متفاوت باشند. تعویض بدون بررسی مناسب می تواند مشکلات جدی عملکرد و ایمنی ایجاد کند.

خوراکی های کلیدی

عملکرد ترانسفورماتورها به انتقال انرژی کنترل شده از طریق القای مغناطیسی خلاصه می شود. هنگامی که این اصل روشن شد، بسیاری از انواع ترانسفورماتور قابل درک تر می شوند.

این نکات اساسی را به خاطر بسپارید:

یک ترانسفورماتور انرژی الکتریکی AC را از طریق یک میدان مغناطیسی متغیر بین مدارها منتقل می کند.

نسبت چرخش اولیه و ثانویه تعیین می کند که آیا ولتاژ افزایش یافته یا پایین آمده است.

هنگامی که ولتاژ افزایش می یابد، جریان برای انتقال تقریباً همان توان کاهش می یابد و زمانی که ولتاژ کاهش می یابد، جریان افزایش می یابد.

هدف اصلی ترانسفورماتور ممکن است تبدیل ولتاژ، جداسازی، اندازه گیری، حفاظت یا تطبیق تجهیزات باشد.

ترانسفورماتور جریان معمولا بار را تغذیه نمی کند. این یک سیگنال جریان مقیاس شده برای متر، مانیتور و رله ارائه می دهد.

انواع مختلف ترانسفورماتور نیازهای متفاوتی را برآورده می کند، بنابراین رتبه بندی ولتاژ به تنهایی برای انتخاب مناسب کافی نیست.

گرما، عایق، بارگذاری، تهویه و حفاظت به شدت بر قابلیت اطمینان ترانسفورماتور تأثیر می گذارد.

نصب و سرویس باید با دانش الکتریکی و رویه های ایمنی مناسب انجام شود.

یک راه روشن برای فکر کردن در مورد عملکرد ترانسفورماتور

ترانسفورماتور به عنوان یک وسیله تطبیق الکتریکی شناخته می شود. سطوح ولتاژ بین سیستم‌ها را مطابقت می‌دهد، مدارهای{1}}پر انرژی را با وسایل اندازه‌گیری مطابقت می‌دهد، تجهیزات را با توان موجود مطابقت می‌دهد، و گاهی اوقات یک مدار را از مدار دیگر جدا می‌کند. ارزش آن فقط این نیست که ولتاژ را تغییر می دهد، بلکه این است که انرژی الکتریکی را به شکل مناسب در نقطه مناسب در یک سیستم قابل استفاده می کند.

برای یک مدل ذهنی ساده، با سه سوال شروع کنید: چه چیزی وارد ترانسفورماتور می شود؟ چه چیزی باید بیرون بیاید؟ بین این دو نقطه چه اتفاقی باید بیفتد؟ این سوالات مستقیماً به اصول اولیه ترانسفورماتور منتهی می شوند: ولتاژ اولیه، ولتاژ ثانویه، اندازه بار، فاز، فرکانس، عایق، خنک کننده، محیط و حفاظت.

خواه سوژه یک ترانسفورماتور برقی روی یک قطب، یک ترانسفورماتور نوع خشک-در یک ساختمان، یک ترانسفورماتور ایزوله برای تجهیزات حساس، یا یک ترانسفورماتور جریان در داخل کابینت اندازه گیری باشد، همان اصل در کار است. یک میدان مغناطیسی در حال تغییر مدارها را به هم متصل می کند و اجازه می دهد تا انرژی یا سیگنال های اندازه گیری به روشی کنترل شده منتقل شوند. این اساس عملکرد ترانسفورماتور است و به همین دلیل است که ترانسفورماتورها در سیستم های قدرت، ساختمان ها، ماشین آلات و تجهیزات الکتریکی ضروری هستند.

اکنون تماس بگیرید