اساس کار ترانسفورماتور – ترانسفورماتور چیست؟

اساس کار ترانسفورماتور یا ترانسفورماتور چیست؟
طبق گزارش گروه تحقیقاتی REEGROUP

شرح چونگی کارکرد ترانسفورماتور

وقتی از یک سیم پیچ جریان متناوبی (AC) عبور دهیم ، در اطراف آن یک میدان مغناطیسی متغیر تشکیل می شود. اگر سیم پیچ ثانویه ای را در معرض این میدان مغناطیسی تشکیل شده قرار دهیم . طبق قانون فارادی، در سیم پیچ دوم ، یک ولتاژ القا می شود. این موضوع ، اساس عملکرد ترانسفورماتور است.
در ترانسفورماتور ، می توان بدون هیچ گونه اتصال الکتریکی و فقط از طریق القای مغناطیسی، انرژی الکتریکی را از یک سیم پیچ به سیم پیچ دیگری منتقل کرد. میزان ولتاژ القا شده در سیم پیچ دوم به این بستگی دارد ، که چه میزان از شارهای میدان مغناطیس ایجاد شده توسط سیم پیچ اول از سیم پیچ دوم عبور می کند . برای بالا بردن میزان القای انجام شده از یک هسته برای هدایت شارهای تولید شده استفاده می شود . میزان ولتاژ القا شده ، همچنین به نسبت دورهای سیم پیچ ها نیز بستگی دارد.

شمایی از یک ترانسفورماتور
اساس کار ترانسفورماتور

تعریف ترانسفورماتور ایده ال

اگر تمامی شارهای تولید شده توسط سیم پیچ اولیه از سیم پیچ ثانویه عبور کند و همچنین هسته و سیم پیچ ها تلفاتی نداشته باشند ، یک ترانسفورماتور ایده آل خواهیم داشت. سیم پیچ اولیه ،معمولاً به یک ولتاژ متناوب (AC) وصل می شود (vs) و سیم پیچ ثانویه به بار مقاومتی (RL )متصل است . ولتاژ اعمالی به سیم پیچ اولیه باعث ایجاد جریان (is) در آن سیم پیچ می گردد و این جریان، شار مغناطیسی متغیر (φ) را در هسته ایجاد می کند.

روابط حاکم بر ترانسفورماتور

رابطه این شار ایجاد شده با ولتاژ اعمالی به سیم پیچ مرتبا به شکل زیر است:

اساس کار ترانسفورماتور
اساس کار ترانسفورماتور

طبق قانون فارادی، شار متغیر باعث القای ولتاژ در سیم پیچ ثانویه می شود که مطابق رابطه ی مقابل است:

در نتیجه می توان ، رابطه ولتاژهای سیم پیچ های اولیه و ثانویه را در یک ترانسفورماتور ایده آل چنین بدست آورد:
اساس کار ترانسفورماتور
اساس کار ترانسفورماتور

از آنجایی که تلفات در ترانسفورماتور ایده آل برابر با صفر است، می توان توسط قانون پایستگی انرژی رابطه بین جریان های اولیه و ثانویه را نیز به دست آورد:

اساس کار ترانسفورماتور

در ترانسفورماتور ایده آل داریم R=0 و φ=0 ،که طبق رابطه ی زیر خواهیم داشت:

اساس کار ترانسفورماتور

در یک نمونه عملی ترانسفورماتور ، ضریب نفوذپذیری مغناطیسی هسته بی نهایت نیست و هسته و سیم پیچ دارای تلفات هستند. این غیرایده آلی ها عملکرد ان را تحت تاثیر قرار می‌دهند و سبب می شوند که رفتار ان تغییر کند. در یک ترانسفورماتور واقعی به دلیل محدود بودن ضریب نفوذپذیری مغناطیسی هسته ، مقاومت مغناطیسی مسیر شار در هسته (رلوکتانس) صفر نیست و می توان آن را از رابطه زیر به دست آورد :

اساس کار ترانسفورماتور

که در آن( lc )،طول مسیر شار در هسته، (μr )،ضریب نفوذپذیری نسبی هسته،( μ0 )،ضریب نفوذپذیری مغناطیسی خلا و (Ac )سطح مقطع موثر هسته است. در این ترانسفور شار خالص درون هسته صفر نیست و از رابطه زیر محاسبه می گردد:

اساس کار ترانسفورماتور

شار حاصل از سیم پیچ اولیه به تمامی از سیم پیچ ثانویه ، عبور نمی کند و مقداری از آن از طریق هوا ، مسیر خود را می بندد که به آن شار پراکندگی گوییم. همچنین هسته ، دارای تلفاتی از نوع هیسترزیس و جریان گردابی است. سیم پیچ ها نیز بر اثر عبور جریان از خود ، مقاومت اهمی نشان داده و باعث ایجاد تلفاتی در ان می گردند. مدل مداری ترانسفورماتور غیرایده آل بهترین، معرف رفتار یک ترانسفورماتور واقعی است .

در موارد بعدی به صورت ویژه به جایگاه ترانسفورماتورها خواهیم پرداخت.

قبلی «
بعدی »
سوگل ملاقنبر

کارشناس HSE دانشجوی رشته ی مهندسی انرژی (دانشگاه علوم و تحقیقات تهران) فعال در حوزه عکاسی و مستند سازی
  • linkedIn
  • instagram

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *