ترانسفورماتور (به فرانسوی: ترانسفورماتور) یا ترانسفورماتور (انگلیسی: Transformer) وسیله ای است که انرژی الکتریکی را بین دو یا چند سیم پیچ از طریق القاء الکترومغناطیسی انتقال می دهد. به این ترتیب ، یک جریان متغیر در سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور ، یک میدان مغناطیسی متغیر تولید می کند ، که منجر به یک ولتاژ در سیم پیچ ثانویه می شود.
انرژی می تواند بین دو سیم پیچ بدون تماس فلزی بین دو مدار بر روی یک میدان مغناطیسی منتقل شود. در سال 1831 ، قانون القاء فارادی این تأثیر را شرح داد. ترانسفورماتورها برای افزایش یا کاهش ولتاژ AC در پروژه های برق استفاده می شوند.
ترانسفورماتورها از زمان اختراع اولین ترانسفورماتور ایستگاه در سال 1885 برای انتقال ، توزیع و استفاده از انرژی الکتریکی جریان متناوب استفاده شده اند. وزن آن صدها تن است.
معادله زیر بیان می کند که نسبت ولتاژ سیم پیچ اولیه (Vp) به ولتاژ سیم پیچ ثانویه (Vs) به طور مستقیم با نسبت تعداد چرخش سیم پیچ اولیه (Np) به تعداد چرخش سیم پیچ های ثانویه (Ns) مرتبط است:
بنابراین با تغییر تعداد چرخش سیم پیچ ترانسفورماتور می توان ولتاژ در سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور را تغییر داد.
کاربرد مهم ترانسفورماتورها افت فعلی خطوط انتقال نیرو است. دلیل استفاده از ترانسفورماتور در ابتدای خطوط به این دلیل است که تمام رساناهای الکتریکی مقاومت الکتریکی دارند. این مقاومت می تواند باعث اتلاف انرژی در طول مسیر انتقال انرژی الکتریکی شود. میزان تلفات در هادی ارتباط مستقیمی با مربع جریان عبوری از رسانا دارد و بنابراین با کاهش جریان می توان تلفات را تا حد زیادی کاهش داد. هرچه ولتاژ در خطوط انتقال بالاتر باشد ، نسبت خط به هم بیشتر می شود ، در نتیجه هزینه های انتقال انرژی را کاهش می دهد. رسیدن به استاندارد مصرف. بنابراین ، منابع انرژی را نمی توان از راه دور و بدون استفاده از ترانسفورماتورها استفاده کرد.
ترانسفورماتورها یکی از کارآمدترین تجهیزات برقی هستند. همانند برخی مبدل های بزرگ ، بازده 99.75٪ است. امروزه از ترانسفورماتورها در اندازه ها و ظرفیت های مختلف استفاده می شود. از یک آداپتور کوچک در میکروفون گرفته تا مبدل های چند مگا GV. همه این مبدل ها دارای اصول عملیاتی یکسان هستند اما در طراحی و ساخت متفاوت هستند.
فهرست
اصول اساسی ترانسفورماتورها
به طور کلی ، فرایند ترانسفورماتورها بر اساس دو اصل انجام می شود:
جریان متناوب می تواند یک میدان مغناطیسی متغیر تولید کند.
میدان مغناطیسی متغیر در یک سیم پیچ می تواند باعث ایجاد جریان متناوب جریان در سیم پیچ دیگر شود.
شکل 2 ساده ترین طراحی برای آداپتور را نشان می دهد. جریان سیم پیچ اولیه یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند. سیم پیچ های اولیه و ثانویه هر دو با هسته ای با نفوذ پذیری مغناطیسی بالا (مانند آهن) پیچیده می شوند. نفوذ پذیری مغناطیسی بالای قلب باعث می شود تا بیشتر قسمتهای حاصل از سیم پیچ اولیه از هسته عبور کرده و به سیم پیچ ثانویه برسند.
قانون استقراء
میزان ولتاژ القایی در سیم پیچ ثانویه را می توان با قانون فارادی بدست آورد:
در فرمول فوق ، VS ولتاژ آنی است ، NS تعداد چرخش در ثانیه است و این مجموع جریان های مغناطیسی است که از یک سیم پیچ عبور می کنند. طبق این معادله ، تا زمانی که جریان متغیر از سیم پیچ های اول و فرعی عبور کند ، ولتاژ آنی اولیه یک ترانسفورماتور ایده آل از معادله زیر بدست می آید:
بسته به تعداد چرخش سیم پیچ های اولیه و فرعی و این معادله ساده ، می توان میزان ولتاژ القایی ثانویه را بدست آورد:
معادله قدرت .اگر سیم پیچ ثانویه یک بار وصل شود ، جریان در سیم پیچ ثانویه جریان می یابد ، بنابراین انرژی الکتریکی را بین دو سیم پیچ منتقل می کند. اگر ترانسفورماتور ایده آل بدون ضرر کار کند و تمام انرژی وارد شده به ورودی برسد به خروجی می رسد و بنابراین انرژی ورودی و خروجی برابر است ، در این حالت ما:
بنابراین ، اگر ولتاژ ثانویه از جریان اصلی بیشتر باشد ، باید جریان ثانویه از جریان اصلی کوچکتر باشد. در حقیقت ، همانطور که در بالا گفته شد ، بیشتر مبدل ها راندمان بسیار بالایی دارند ، بنابراین نتایج بدست آمده از این معادلات بسیار نزدیک به مقادیر واقعی خواهند بود.