ترانسفورماتور

ترانسفورماتور وسیله ای است که انرژی الکتریکی را بین دو یا چند سیم پیچ و از طریق القای الکترومغناطیسی منتقل می کند. به این صورت، یک جریان متغیر در سیم پیچ اولیه ترانسفورمر موجب تولید میدان مغناطیسی متغیر در هسته ترانسفورماتور گردیده و تاثیر میدان متغیر مغناطیسی منجر به ایجاد ولتاژ در سیم پیچ ثانویه می شود.
انرژی الکتریکی را می توان بین دو سیم پیچ ( کویل ) بدون اتّصال فلزی بین دو مدار از طریق میدان مغناطیسی منتقل کرد. در سال ۱۸۳۱، قانون القای فارادی این اثر را توصیف کرد. ترانسفورمرها برای افزایش یا کاهش ولتاژ متناوب در پروژه های برق استفاده می شود.
در سال ۱۸۸۵، از زمان اختراع اولین ترانسفورماتور پایدارِ ثابت از ترانسفورماتورها برای انتقال، توزیع و بهره برداری از انرژی الکتریکی جریان متناوب استفاده می شد. [ ۱] طیف ترانسفورمرها از نظر اندازه از ترانسفورماتورهای کم تر از یک سانتیمتر مکعب تا واحدهای اتصال شبکهٔ برقی گسترش یافته است که صدها تُن وزن دارد.
معادلهٔ زیر بیان می کند که نسبت ولتاژ سیم پیچ اولیه ( Vp ) به ولتاژ سیم پیچ ثانویه ( Vs ) با نسبت تعداد دور سیم پیچ اولیه ( Np ) به تعداد دور سیم پیچ ثانویه ( Ns ) رابطهٔ مستقیم دارد:
به این ترتیب، با تغییر تعداد دور سیم پیچ های ترانسفورماتور می توان ولتاژ در سیم پیچ ثانویهٔ ترانس را تغییر داد.
یکی از کاربردهای مهم ترانسفورماتورها کاهش جریان در خطوط انتقال انرژی الکتریکی است. دلیل استفاده از ترانسفورماتور در ابتدای خطوط این است که همه هادی های الکتریکی دارای مقاومت الکتریکی هستند. این مقاومت می تواند موجب اتلاف انرژی در طول مسیر انتقال انرژی الکتریکی شود. میزان تلفات در یک هادی با مجذور جریان عبوری از هادی رابطهٔ مستقیم دارد و بنابراین با کاهش جریان می توان تلفات را به شدّت کاهش داد. با افزایش ولتاژ در خطوط انتقال به همان نسبت جریان خطوط کاهش می یابد و به این ترتیب هزینه های انتقال انرژی نیز کاهش می یابد، البته با نزدیک شدن خطوط انتقال به مراکز مصرف برای بالا بردن ایمنی ولتاژ خطوط در چند مرحله و باز به وسیلهٔ ترانسفورماتورها کاهش می یابد تا به میزان استاندارد مصرف برسد. به این ترتیب، بدون استفاده از ترانسفورماتورها امکان استفاده از منابع دوردست انرژی وجود ندارد.
ترانسفورماتورها یکی از پربازده ترین تجهیزات الکتریکی هستند؛ به طوری که در برخی ترانسفورماتورهای بزرگ بازده به ۹۹٫۷۵٪ نیز می رسد. امروزه، از ترانسفورماتورها در اندازه ها و توان های مختلفی استفاده می شود. از یک ترانسفورماتور کوچک که در یک میکروفون قرار دارد تا ترانسفورماتورهای غول پیکر چند گیگا ولت - آمپری. همه این ترانسفورماتورها اصول کار یک سانی دارند، اما در طراحی و ساخت متفاوت هستند.

ترانْسفورماتور (transformer)
ترانْسفورماتور
ترانْسفورماتور
ترانْسفورماتور
وسیله ای برای تبدیل جریان متناوبی با یک ولتاژ معین به جریان متناوبی با ولتاژ دیگر، بدون تغییر بسامد، و بر اساس القای الکترومغناطیسی. از ترانسفورماتور در دستگاه های برقی متفاوت و به ویژه برای انتقال برق استفاده می کنند. برای انتقال برق، ولتاژهای بالا و جریان های پایین را به کار می گیرند. ترانسفورماتور دو سیم پیچ (کویل) دارد: پیچک اولیه ای برای ورودی و پیچک ثانویه ای برای خروجی که روی هستۀ آهنی مشترکی پیچیده شده اند. نسبت ولتاژ اولیه به ثانویه با تعداد دورهای سیم پیچیِ پیچک های اولیه و ثانویه تناسب مستقیم، ولی با نسبت جریان ها تناسب معکوس دارد. در ترانسفورماتور افزاینده تعداد دور پیچک ثانویه از پیچک اولیه بیشتر است و بنابراین، ولتاژی که در پیچک ثانویه القا می شود، از ولتاژ پیچک اولیه بزرگ تر است. اگر تعداد دور پیچک اولیه NP و تعداد دور پیچک ثانویه NS باشد و ولتاژها را به ترتیب با VP و VS نشان دهیم، آن گاه(فرمول ۱)مثلاً، اگر پیچک اولیه ۲۰۰ دور و پیچک ثانویه ۲هزار دور سیمِ پیچیده داشته باشند، آن گاه ولتاژی که در پیچک ثانویه القا می شود، ۱۰ برابر ولتاژ پیچک اولیه است.فرمول ۱:
در ترانسفورماتور کاهنده تعداد دور سیم پیچیِ پیچک اولیه از تعداد دور سیم پیچیِ پیچک ثانویه بیشتر، و بنابراین ولتاژی که در پیچک ثانویه القا می شود، از ولتاژ پیچک اولیه کمتر است. فرمول قبل در این مورد نیز صادق است، بنابراین اگر روی پیچک اولیه ۲هزار دور، و روی پیچک ثانویه ۲۰۰ دور سیم پیچیده شود، آن گاه ولتاژ القا شده در پیچک ثانویه۱۰/۱ ولتاژ پیچک اولیه است.