ترانسفور ماتور چیست

ترانسفورماتور وسیله ای است که برای افزایش یا پایین آوردن ولتاژ و جریان در یک مدار الکتریکی استفاده می شود. در سیستم های توزیع برق مدرن ، ترانسفورماتورها برای افزایش سطح ولتاژ به منظور کاهش تلفات خط، هنگام انتقال استفاده می شوند.

تئوری عملیات

ترانسفورماتورها به قانون فارادی متکی هستند ، که می گوید یک میدان مغناطیسی با زمان متغیر می تواند یک ولتاژ متغیر با زمان را در یک حلقه سیم القا کند. در ترانسفورماتور ، این کار با پیچاندن چندین چرخش سیم در اطراف برخی از انواع فرومغناطیسی انجام می شود. معمولاً دو مجموعه سیم پیچ وجود دارد: اوليه و ثانويه. سیم پیچ اوليه به ژنراتور وصل می شود. طرف ثانویه به بار وصل می شود. هنگامی که یک ولتاژ متغیر با زمان به اوليه اعمال می شود ، یک میدان مغناطیسی در هسته فرومغناطیسی ایجاد می شود. ماده فرومغناطیسی برای متمرکز کردن شار مغناطیسی در سیم پیچ ها کمک می کند. شار مغناطیسی در قسمت خارج سیم پیچ ها کاهش یافته و راندمان دستگاه افزایش می یابد. میدان مغناطیسی با زمان متغیر باعث ایجاد ولتاژ در سیم پیچ ثانویه می شود.

بزرگی ولتاژ ثانویه به نسبت چرخش سیم پیچ های اولیه و ثانویه بستگی دارد. فرض کنید سیم پیچ ثانویه یک ترانسفورماتور دارای 100 چرخش است ، در حالی که سیم پیچ اوليه فقط 50 چرخش دارد. ولتاژ ثانویه حاصل از آن دو برابر ولتاژ اولیه خواهد بود. به همین ترتیب ، اگر اولیه دارای 100 چرخش باشد و ثانویه 50 چرخش داشته باشد ، ولتاژ ثانویه نصف ولتاژ اولیه خواهد بود.

در این مرحله ممکن است به نظر برسد که ما چیزی را بدست می آوریم ، اما این طور نیست. به یاد بیاورید که انرژی نه می تواند ایجاد شود و نه نابود شود. می دانیم که نیروی الکتریکی که به سیم پیچ های اولیه جریان می یابد محصول جریان و ولتاژ است. به همین ترتیب ، برق منتهی به ترانسفورماتور نیز باید محصول جریان و ولتاژ آن باشد. این بدان معنی است که برای افزایش ولتاژ ، باید جریان را کاهش دهیم. به همین ترتیب ، با پایین آوردن ولتاژ ، جریان را افزایش می دهیم. همانند ولتاژ ترانسفورماتور ، نسبت جریانها به نسبت سیم پیچ های اولیه و ثانويه بستگی دارد. با این حال ، هنگام برخورد با جریانها ، باید به یاد داشته باشید که طرف با تعداد بیشتر چرخش ها جریان کمتری دارد و برعکس. ترانسفورماتور ذکر شده در بالا را با نسبت چرخش اولیه به ثانویه 1: 2 در نظر بگیرید. جریان 100 درجه ای که به داخل اولیه می رسد منجر به جاری شدن جریان 50-A از ثانویه می شود.

كاربرد ترانسفورماتور

بارزترین کاربرد ترانسفورماتور برقی در توزیع برق است. به یاد بیاورید که در یک مدار الکتریکی ، {\ displaystyle P = I ^ {2} R} {\ displaystyle P = I ^ {2} R. بنابراین ، انرژی مصرف شده توسط یک عنصر مدار متناسب با مربع جریان موجود در آن است. در یک خط انتقال ، این مهم است زیرا خط خود دارای امپدانس مشخصه ای است. به منظور کاهش تلفات برق در خط انتقال ، مطلوب است که کمترین میزان جریان ممکن را منتقل کنید. برای مقدار معینی از انرژی ، بهترین راه برای انجام این کار با افزایش ولتاژ است.

ترانسفورماتور همچنین برای تطبیق امپدانس استفاده می شود. با توجه به منبع ولتاژ و یک خط انتقال با یک امپدانس مشخصه ، می توان از ترانسفورماتور استفاده کرد تا بار بزرگتر یا کوچکتر به نظر برسد تا بار حداکثر توان را دریافت کند. توجه داشته باشید که حداکثر توان برابر با حداکثر بهره وری نیست. برای حداکثر راندمان در استفاده از انرژی الکتریکی، بار باید از مقاومت بسیار بالایی برخوردار باشد تا انرژی از دست رفته در بقیه مدار ناچیز باشد. با این حال، با نگاه کردن به معادلات، بار مقاومت بسیار زیاد قدرت ناچیز را دریافت می کند (گرچه بسیار بالاتر از بقیه مدار باشد).