جهان را بدون ترانسفورماتورها تصور کنید: خطوط انتقال برق فشار قوی بر فراز محله‌ها سر به فلک می‌کشیدند، اما نمی‌توانستند برق را با ایمنی به خانه‌ها برسانند. تجهیزات کارخانه‌ها به دلیل ولتاژ ناپایدار دائماً دچار نقص فنی می‌شدند. حتی شارژ کردن تلفن هوشمند هم مشکل‌ساز می‌شد. این دستگاه الکتریکی بی‌ادعا در واقع ستون فقرات ضروری سیستم‌های برق مدرن است. این مقاله یک بررسی عمیق از ترانسفورماتورها، از اصول اساسی تا انواع مختلف، ارائه می‌دهد و درک کاملی از این فناوری حیاتی را ارائه می‌دهد.

ترانسفورماتور یک دستگاه الکتریکی است که انرژی را از طریق القای الکترومغناطیسی بین مدارها منتقل می‌کند. اساساً به عنوان یک «مبدل ولتاژ» عمل می‌کند، می‌تواند ولتاژ را افزایش یا کاهش دهد در حالی که تقریباً توان ثابتی را حفظ می‌کند، که امکان انتقال کارآمد و استفاده ایمن از برق را فراهم می‌کند. ترانسفورماتورها عمدتاً از دو سیم‌پیچ تشکیل شده‌اند:

• سیم‌پیچ اولیه: به منبع تغذیه AC متصل می‌شود و انرژی الکتریکی را دریافت می‌کند.
• سیم‌پیچ ثانویه: به بار متصل می‌شود و انرژی الکتریکی را تحویل می‌دهد.

با تغییر نسبت دور بین سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه، ولتاژ را می‌توان افزایش یا کاهش داد. هنگامی که دورهای سیم‌پیچ ثانویه از دورهای اولیه بیشتر باشد، ولتاژ افزایش می‌یابد (ترانسفورماتور افزاینده)؛ برعکس، ولتاژ کاهش می‌یابد (ترانسفورماتور کاهنده).

عملکرد ترانسفورماتور بر اساس قانون فارادی است که بیان می‌کند:

هنگامی که شار مغناطیسی از طریق یک مدار بسته تغییر می‌کند، یک نیروی محرکه الکتریکی (EMF) در مدار القا می‌شود که بزرگی آن متناسب با سرعت تغییر شار است.

به صورت ریاضی به این صورت بیان می‌شود: E = N dΦ/dt که در آن:

• E = نیروی محرکه الکتریکی القایی
• N = تعداد دور سیم‌پیچ
• dΦ = تغییر در شار مغناطیسی
• dt = تغییر در زمان

به طور خاص، هنگامی که جریان متناوب از سیم‌پیچ اولیه عبور می‌کند، یک میدان مغناطیسی متناوب ایجاد می‌کند. این میدان به سیم‌پیچ ثانویه نفوذ می‌کند و EMF را طبق قانون فارادی القا می‌کند، در نتیجه جریان القایی ایجاد می‌شود و انتقال توان را امکان‌پذیر می‌کند.

ترانسفورماتورها در انواع مختلفی وجود دارند که بر اساس معیارهای متعددی قابل طبقه‌بندی هستند. در زیر انواع مختلف را از طریق ابعاد طبقه‌بندی مختلف از جمله سطح ولتاژ، جنس هسته، کاربرد، پیکربندی فاز و محیط نصب بررسی می‌کنیم.

طبقه‌بندی بر اساس ولتاژ سه نوع اصلی را به دست می‌دهد:

• ترانسفورماتور افزاینده: ولتاژ پایین را به ولتاژ بالا تبدیل می‌کند، که عمدتاً برای انتقال در مسافت‌های طولانی برای کاهش تلفات خط استفاده می‌شود.
• ترانسفورماتور کاهنده: ولتاژ بالا را به ولتاژ پایین تبدیل می‌کند، که عمدتاً برای سیستم‌های توزیع و تجهیزات الکتریکی مختلف برای برآورده کردن الزامات ولتاژ مختلف استفاده می‌شود.
• ترانسفورماتور ایزولاسیون: ولتاژهای اولیه و ثانویه برابر را حفظ می‌کند، که عمدتاً برای ایزولاسیون مدار برای محافظت از تجهیزات و پرسنل و در عین حال سرکوب نویز استفاده می‌شود.

1.3 ترانسفورماتورهای ایزولاسیون

2. بر اساس جنس هسته

نوع هسته

مسیر شار