انواع ترانسفورماتورها

سارا زارعی مفاهیم پایه الکترونیک

انواع ترانسفورماتورها، ترانسفورماتورها براساس معیارهای مختلفی از جمله نوع هسته مورد استفاده، نوع سیم‌پیچ، مکان و نوع استفاده، سطح ولتاژ و … ، دارای دسته‌بندی‌های متنوعی می‌باشند.در ادامه با میکرودیزاینرالکترونیک باشید تا بیشتر با انواع ترانسفورماتورها آشنا بشیم.

مباحث پیش نیاز این درس :

ترانسفورماتورهای تک‌فاز و سه‌فاز

یکی از دسته‌بندی ‌های متداول ترانسفورماتورها براساس سیگنال ورودی، دسته‌بندی ترانسفورماتورهای تک‌فاز و ترانسفورماتورهای سه‌فاز است.

یک ترانسفورماتور نرمال، ترانسفورماتوری تک‌فاز است که دارای سیم‌پیچ اولیه و ثانویه است و برای کاهش یا افزایش سطح ولتاژ در طرف ثانویه استفاده می‌شود.
یک ترانسفورماتور سه‌فاز، دارای سه سیم‌پیچ اولیه (متصل به هم) و سه سیم‌پیچ ثانویه (متصل به هم) است.

یک ترانسفورماتور سه فاز را می‌توان برای کارایی بهتر، به سه ترانسفورماتور تک فاز تبدیل کرد. در این حالت هم فضای کمتری اشغال می‌کند و هم قیمت تمام شده کمتری خواهد داشت.

نوعی دیگر از دسته بندی، دسته بندی به‌ ترانسفورماتورهای هسته‌ای و پوسته‌ای است.

در نوع پوسته‌ای، سیم‌پیچ‌ها بر روی یک بازو قرار می‌گیرند و هسته بر آن‌ها محاط است.
در نوع هسته‌ای سیم‌پیچ‌ها بر بازوهای جداگانه‌ای قرار می‌گیرند.

مطلب پیشنهادی: چرا فرکانس برق ۶۰ هرتز است؟

هم‌چنین می‌توانیم دسته‌بندی‌هایی بر مبنای هسته‌ی به کار رفته در ساختمان ترانسفورماتور داشته باشیم.

به این ترتیب ترانسفورماتورهای RF دارای انواعی چون ترانسفورماتورهای هسته هوا، هسته فریت، ترانسفورماتورهای مخصوص خط انتقال، ترانسفورماتورهای بالونی و … هستند. ترانسفورماتورهای بالونی در سیستم‌های RF گیرنده استفاده می‌شوند و مهم‌ترین آن‌ها انواع هسته هوا و هسته آهن هستند.

ترانسفورماتور هسته هوا

این ترانس‌ها از نوع هسته‌ای هستند و سیم‌پیچ‌ها در آن‌ها به دور بازویی ظریف که خاصیت مغناطیسی ندارد، پیچیده می‌شوند. بنابراین نشتی و نفوذ شار مغناطیسی از سیم‌پیچ اولیه به ثانویه در آن‌ها از طریق هوا – به عنوان هسته- اتفاق می‌افتد. تصویر زیر یکی از این ترانسفورماتورها را نشان می‌دهد.

مزایا

تلفات جریان‌های گردابی و هیسترزیس در ترانس‎‌های هسته هوا پایین است.
نویز اندکی تولید می‌کنند.

معایب

رلوکتانس(مقاومت مغناطیسی) بالایی دارند.
القای متقابل در ترانس‌های هسته هوا در مقایسه با ترانس‌های هسته آهن، کمتر است.

کاربردها

کاربرد به عنوان ترانسفورماتورهای فرکانس صوتی
کاربرد برای انتقالات رادیویی فرکانس بالا

ترانسفورماتور هسته آهن

نوعی از ترانسفورماتورهای هسته‌ای است که سیم‌پیچ‌های آن به دور هسته‌های آهنی پیچیده می‌شوند. به دلیل هسته‌ی آهن، نفوذ و نشتی شار مغناطیسی در آن‌ها از قدرت و قوت بالایی برخوردار است. در تصویر زیر نمونه‌ای از یک ترانس هسته آهن را مشاهده می‌کنید.

مطلب پیشنهادی: انتخاب سلف مناسب در طراحی مدارات الکترونیکی

مزایا

ضریب نفوذ( گذردهی) مغناطیسی بالا
رلوکتانس پایین
القای متقابل بالا
بهره‌وری بالا

معایب

به نسبت ترانس‌های هسته آهن، دارای اندکی نویز هستند.
تلفات جریان‌های گردابی و هیسترزیس در آن‌ها بیشتر از نوع هسته‌ هوا است.

کاربردها

کاربرد به عنوان ترانس‌های ایزوله کننده
کاربرد برای انتقالات رادیویی فرکانس بالا

ترانس‌های هسته خشک و هسته مرطوب

تقسیم‌بندی ترانس‌ها براساس هسته‌ی آن‌ها، نوع دیگری نیز دارد. مثلا در برخی ترانسفورماتورها هسته در روغن غوطه ور است.

این روغن بواسطه تدابیر مختلف خارجی همواره خنک می‌شود. به این ترانس‌ها، ترانس‌های هسته مرطوب(Wet core) می‌گوییم. در مقابل این دسته، ترانس‌های هسته خشک(Dry core) هستند؛ مانند ترانس‌های هسته فریت، ترانس‌های با هسته ورقه‌ای(روکش‌دار)، ترانس‌های هسته چنبره‌ای(مارپیچی) و ترانس‌های با هسته رزین ریخته‌گری شده.

اتوترانسفورماتور (اتوترانس)

نوعی از ترانس‌ها هستند که غالبا در آزمایشگاه‌های الکتریکی یافت‌ می‌شوند. در واقع این ترانس‌ها نوع ارتقا یافته‌ای از همان ترانس‌های معمولی هستند که در آن‌ها یک سیم‌پیچ وجود دارد که سرهای آن به زمین و منبع متصل‌ هستند. از طرفی در سمت دیگر سیم‌پیج، دندانه‌هایی تعبیه شده که با حرکت اهرمی متحرک بر روی آن‌ها، عملکرد سیم‌پیچ دوم ایجاد می‌شود. ساختار این نوع ترانس در تصویر زیر قابل مشاهده است.

همان‌طور که در تصویر مشخص است، در ترانس خودکار، یک سیم‌پیچ نقش هر دو سیم‌پیچ اولیه و ثانویه را اجرا می‌کند. دندانه‌های متعدد تعبیه شده برای اتصال اهرم به آن‌ها و تشکیل سیم‌پیچ دوم، به این دلیل هستند که بتوان ولتاژ‌های متعدد و متنوعی از خروجی سیم‌پیچ گرفت. در مدار بالا، از نقطه‌ی A تا نقطه C سیم‌پیچ اولیه محسوب می‌شود و از نقطه B تا نقطه C نیز سیم‌پیچ ثانویه. همان‌طور که می‌بینیم نقطه‌ی B همان بازوی متحرک است که به منظور دریافت خروجی ولتاژ مدنظر، قابلیت جابه‌جا شدن بین دندانه‌های تعبیه شده را دارد.

مطلب پیشنهادی: چند مورد از مفاهیم پرکاربرد در الکترونیک(قطعه،مدار،المان‌های فعال و غیر فعال)

یک اتوترانسفورماتور درواقعیت شکلی شبیه تصویر زیر دارد.

از طریق جابه‌جایی اهرمی که در بالای آن قرار دارد، می‌توانیم سطح ولتاژ خروجی اتوترانس را به مقادیر مختلفی تغییر دهیم. در یک اتوترانس اگر ولتاژ اولیه ( اعمال شده به دو سر AC ) را V₁ بنامیم، آن‌گاه میزان ولتاژ بر دور به شیوه‌ی زیر محاسبه خواهد شد: