ترانسفورماتور قدرت و کاربرد آن در شبکه برق

ترانسفورماتور قدرت و کاربرد آن در شبکه برق

ترانسفورماتورها یا ترانس ها ماشین الکتریکی استاتیک متشکل از دو یا چند سیم پیچ هستند. در واقع ترانسفورماتورها به دلیل اینکه هیچ قسمت چرخشی و حرکتی ندارند یک دستگاه ثابت هستند و به عنوان دستگاه ایستایی یا استاتیک تعریف می شوند. این سیستم ها برای انتقال انرژی الکتریکی از یک مدار به مدار دیگر، بدون تغییر فرکانس، در یک میدان مغناطیسی در حال تغییر کاربرد دارند.

در دستگاه های الکتریکی دیگر انرژی الکتریکی مکانیکی و انرژی الکتریکی به یکدیگر تبدیل می شوند. اما در ترانسفورماتورها انرژی الکتریکی به انرژی دیگری تبدیل نمی شود و تنها مقادیر ولتاژ و جریان اولیه و ثانویه دستخوش تغییر می شوند.

ترانسفورماتورها یکی از اجزای اصلی سیستم های انتقال انرژی به حساب می آیند  که با منبع AC (جریان متناوب) کار می کنند.

به یاد داشته باشید که ترانس ها برق تولید نمی کنند. آن ها با استفاده از جریان مغناطیسی، انرژی الکتریکی را از یک مدار الکتریکی به مدار دیگری انتقال می دهند.

یکی از ترانسفورماتورهای مهم و رایج و کاربردی در دستگاه های قدرت، ترانسفورماتور قدرت (Power transforme) است. اصل کار ترانسفورماتور قدرت بر پایه ی قانون “القای الکترومغناطیسی  فارادی” می باشد. این قانون توسط مایکل فارادی ابداع شد.

قانون القای الکترومغناطیسی بیان می کند که با تغییر میزان شار مغناطیسی که از یک مدار بسته عبور می کند، در مدار نیروی محرکه ای القا می شود که بزرگی این نیرو با آهنگ تغییرات شار مغناطیسی متناسب است. جهت نیروی محرکه ی القایی در جهت مخالف با تغییر شار مغناطیسی می باشد.

ساخت ترانسفورماتور قدرت با توان 1100 مگا ولت آمپر در اواخر قرن بیستم، نیاز بسیاری از مصرف کنندگان را رفع کرد.

ترانس قدرت در دستگاه های الکتریکی برای تنطیم ولتاژ متناوب بسیار کاربرد دارد. به این صورت که افزایش ولتاژ در ایستگاه تولید برق (تولید کننده) و پایین آوردن ولتاژ در ایستگاه توزیع (مصرف کننده) به وسیله ی ترانسفورماتور قدرت انجام می شود. این ماشین ها منابع جریان متناوب را از ولتاژهای مختلف و جریان مناسب از منبع الکتریکی با ولتاژ بالا را تأمین می کنند.

یکی از مهمترین دلایل استفاده از ترانسفورماتور قدرت، کاهش اتلاف نیرو در هنگام انتقال برق است. در اصل تمام دستگاه های که به تنظسم ولتاژ نیاز دارند دارای ترانسفورماتور قدرت هستند. برای ایزولاسیون وسایل الکتریکی نیز از این دستگاه استفاده می شود.

تولید کردن برق با ولتاژ پایین نسبت به استفاده و تولید وسایل با ولتاژ بالا بسیار مقرون به صرفه تر می باشد. به علاوه ولتاژ پایین به راحتی در دسترس است. با این حال اگر این ولتاژ کم در جریان های بزرگتری استفاده شود نیروی بیشتری هدر می رود.

بنابراین اگر ولتاژ بیشتر شود جریان الکتریکی برق کاهش می یابد. در نتیجه با کاهش سطح مقطعی رسانای الکتریکی، تلفات مقاومت الکتریکی سیستم را کمتر می کند. این عمل هزینه کل سیستم را کاهش می دهد و باعث بهبود تنظیم ولتاژ می شود.

به همین دلیل باید قدرت و توان دستگاه بیشتر شود تا بتواند انرژی الکتریکی را در سیستم انتقال دهد. انجام فرآیند این عمل به عهده ی ترانسفورماتور فزاینده می باشد.

حال اگر مصرف کننده بخواهد از این برق  در سطح شهری استفاده کند باید سطح ولتاژ کم شود تا استفاده از آن به صورت ایمن باشد. این عمل توسط ترانسفورماتور کاهنده انجام می گیرد.

انرژی الکتریکی تولید شده در نیروگاه های برق بعد از انتقال به مصرف کننده، به روش های گوناگون استفاده می شود. دستگاه های مصرف کننده این انرژی را به همان شکل و با همان ولتاژ مصرف می کنند.

اما گاهی این سطح ولتاژ برای برخی کاربرد ها به تغییر نیاز دارد. مثل دستگاه جوشکاری که برای ایجاد جریان بالا به سطح ولتاژ کمی نیاز دارد در حالی که در یک دستگاه آزمایشگاهی صنعتی نیاز به کاهش ولتاژ نیست.

نکته ی حائز اهمیت این است که ترانسفورماتور های به کار رفته در دو مورد بالا بر اساس فرکانس شهری هستند.

ولتاژ خروجی در تمام مبدل های الکترونیک قدرت (قطعه ای که هت جریان را توسط کلیدهای الکترومغناطیسی برعکس  میکند) مجزا است بنابراین از ترانسفورماتور های با فرکانس بالا برای تنظیم ولتاژ و ایزولاسیون در آنها استفاده می شود.

در اینگونه مبدل ها جریان AC شهر (جریان متناوب) به جریان DC (جریان مستقیم) تبدیل می شود و سپس جریان متناوب با فرکانس بالا تولید می شود.

ترانسفورماتورهای فرکانس بالا کوچکتر از ترانسفورماتورهای با فرکانس شهری هستند و جنس هسته ی آنها برخلاف شهری آن از فریت است.

برای تنظیم و تغییر ولتاژهایی که از ترانسفورماتور قدرت خارج می شوند از تپ یا لغزانه استفاده می شود. این تپ ها به ترانسفورماتور این قابلیت را می دهند تا ولتاژ ثانویه را برای قسمت های مختلفی از مدار تأمین کند.

به طور کلی دستگاه های ترانسفورماتور  مورد اطمینان هستند و کارایی بالایی در شرایط معمول دارند.

در وسایل الکتریکی که بیشترین قدرت را دارند ایمنی کمتری دارند. به همین دلیل ترانسفورماتورهای با ولتاژ بالا سریعتر آسیب می بینند و دچار عیب می شوند.

در ترانسفورماتور های قوی دما متناسب با فیوز تنظیم می شود تا گرمای حاصل از فعالیت دستگاه، به ترانسفورماتور آسیب نرساند یا باعث ذوب شدن آن نشود.

فیوز درون سیم پیچ ها قرار می گیرد در نتیجه اگر آسیب ببیند تعمیر و عیب یابی و یا عوض کردن آن مشکل است. پس بهترین راه تعویض کامل دستگاه ترانسفورماتور است.