اصل ترانسفورماتور

ترانسفورماتور وسیله ای است که ولتاژ، جریان و امپدانس متناوب را تبدیل می کند. هنگامی که جریان AC از سیم پیچ اولیه عبور می کند، شار مغناطیسی AC در هسته آهنی (یا هسته مغناطیسی) ایجاد می شود و در نتیجه ولتاژ (یا جریان) را در سیم پیچ ثانویه القا می کند. ترانسفورماتورها از هسته های آهنی (یا هسته های مغناطیسی) و سیم پیچ ها تشکیل شده اند. یک سیم پیچ دو یا چند سیم پیچ دارد. سیم پیچ متصل به منبع تغذیه را سیم پیچ اولیه و سیم پیچ های دیگر را سیم پیچ ثانویه می نامند. در یک ژنراتور، چه سیم پیچ در یک میدان مغناطیسی حرکت کند و چه میدان مغناطیسی از طریق یک سیم پیچ ثابت حرکت کند، پتانسیل الکتریکی در سیم پیچ القا می شود. در هر دو مورد، مقدار شار مغناطیسی ثابت می ماند، اما شار مغناطیسی که سیم پیچ را قطع می کند متفاوت است. تغییر، این اصل القایی متقابل است.
انواع مختلف ترانسفورماتورها دارای الزامات فنی متناظر هستند که می تواند با پارامترهای فنی مربوطه نشان داده شود. به عنوان مثال، پارامترهای فنی اصلی ترانسفورماتورهای قدرت شامل توان نامی، نسبت ولتاژ نامی به ولتاژ، فرکانس نامی، سطح دمای عملیاتی، افزایش دما، نرخ تنظیم ولتاژ، عملکرد عایق و مقاومت در برابر رطوبت است. پارامترهای فنی اصلی یک ترانسفورماتور فرکانس پایین عمومی عبارتند از: نسبت تبدیل، مشخصات فرکانس، اعوجاج غیرخطی، محافظ مغناطیسی و الکترواستاتیک، راندمان و غیره.
اصل ترانسفورماتور
نسبت ولتاژ:
The turns of the two sets of transformer coils are N1 and N2, respectively. N1 is primary, N2 is secondary. When an AC voltage is applied to the primary coil, an induced electromotive force is generated at both ends of the secondary coil. When N2>N1، نیروی الکتروموتور القایی بالاتر از ولتاژ اعمال شده اولیه است. به این نوع ترانسفورماتور ترانسفورماتور پله‌آپ می‌گویند. وقتی N2
n=N1/N2
In the formula, n is called the voltage ratio (turns ratio). When n>1, N1>N2, U1>U2، ترانسفورماتور یک ترانسفورماتور کاهنده است. برعکس، این یک ترانسفورماتور استپ آپ است.
راندمان ترانسفورماتور:
در توان نامی، نسبت توان خروجی به توان ورودی ترانسفورماتور را بازده ترانسفورماتور می‌گویند، که در آن η راندمان ترانسفورماتور است. P1 توان ورودی و P2 توان خروجی است.
هنگامی که توان خروجی P2 ترانسفورماتور برابر با توان ورودی P1 باشد، بازده η برابر 100٪ است و ترانسفورماتور هیچ تلفاتی ایجاد نخواهد کرد. اما در واقعیت، چنین ترانسفورماتور وجود ندارد. ترانسفورماتورها همیشه هنگام انتقال انرژی الکتریکی دچار تلفات می شوند که عمدتاً شامل تلفات مس و آهن می شود. تلفات مس به تلفات ناشی از مقاومت سیم پیچ های ترانسفورماتور اشاره دارد. هنگامی که جریان از مقاومت سیم پیچ عبور می کند و گرما تولید می کند، مقداری از انرژی الکتریکی به گرما تبدیل می شود و از بین می رود. با توجه به اینکه کلاف ها معمولاً با سیم مسی عایق پیچیده می شوند به آنها تلفات مس می گویند.
اتلاف آهن ترانسفورماتورها شامل دو جنبه است. اولا، از دست دادن هیسترزیس وجود دارد. هنگامی که برق متناوب از یک ترانسفورماتور عبور می کند، جهت و بزرگی خطوط میدان مغناطیسی که از ورق های فولاد سیلیکونی عبور می کنند نیز تغییر می کند و باعث می شود مولکول های داخل ورق های فولادی سیلیکونی به یکدیگر ساییده شده و انرژی گرمایی آزاد کنند و در نتیجه مقداری انرژی الکتریکی از دست بدهند. این از دست دادن هیسترزیس است. مورد دیگر تلفات جریان گردابی است که زمانی رخ می دهد که ترانسفورماتور در حال کار است. اگر خطوط مغناطیسی از هسته آهنی عبور کنند، جریان های القایی در صفحه ای عمود بر خطوط مغناطیسی ایجاد می شود. به دلیل تشکیل مدار بسته و جریان های گردابی توسط این جریان، جریان گردابی نامیده می شود. وجود جریان های گردابی باعث گرم شدن هسته آهنی و مصرف انرژی می شود. به این نوع تلفات تلفات جریان گردابی می گویند.

راندمان یک ترانسفورماتور ارتباط نزدیکی با سطح توان آن دارد. هر چه توان بزرگتر باشد، نسبت تلفات به توان خروجی کمتر و بازده بالاتری دارد. برعکس، هرچه قدرت کمتر باشد، راندمان کمتر است.