ترانس یا ترانسفورماتور چیست و چگونه کار می کند؟

ترانس یا ترانسفورماتور، یک دستگاه الکتریکی است که برای تبدیل جریان متناوب از یک ولتاژ به ولتاژ دیگر طراحی شده است. این دستگاه می تواند برای ولتاژ های “فزاینده” یا “کاهنده” استفاده شود و بر اساس اصل قانون القای مغناطیسی کار می‌کند. ترانس هیچ قطعه متحرکی ندارد و یک دستگاه کاملاً ثابت است که قادر می باشد تحت شرایط عملیاتی، بدون دردسر و برای مدت طولانی کار کند. این دستگاه، در شکل ساده اش، متشکل از دو سیم پیچ یا بیشتر تشکیل شده است؛ این آرایش، شامل سیم های عایق دار است که بر روی یک هسته ی فلزی قرار دارند. زمانی که ولتاژ به یک سیم پیچ که آن را سیم پیچ اولیه می نامیم، وارد می‌شود، در هسته آهنی، خاصیت مغناطیسی ایجاد می کند؛ سپس یک ولتاژ در سیم پیچ دیگر ایجاد می شود که آن را سیم پیچ ثانویه یا خروجی می نامیم. تغییر ولتاژ (یا نسبت ولتاژ) بین سیم پیچ اولیه و ثانویه، به نسبت چرخش بین دو سیم پیچ بستگی دارد.

ترانس های عایق دار و مجزا، از نظر ساختار و عملکرد، یکسان هستند. این واژه ها برای توصیف ایزوله کردن سیم پیچ های اولیه و ثانویه، یا عایق بندی بین این دو به کار می روند. ترانس محافظ دار، با یک محفظه ی فلزی بین سیم پیچ های اولیه و ثانویه برای تضعیف نویزهای گذرا طراحی شده است. این امر در موارد کاربردی مهم نظیر رایانه ها، کنترل کننده های پردازشی و انواع ریزپردازنده های کنترل کننده دستگاه ها، حائز اهمیت است. همه این دو، سه و چهار ترانس سیم پیچ، از نوع عایق دار و مجزا هستند. تنها ترانس های خودکار، که سیم پیچ اولیه و ثانویه آن به صورت الکتریکی به هم متصل می شوند، از نوع عایق دار یا مجزا نمی باشند.

                                                                                  

در برخی موارد، ترانس ها می توانند در ولتاژهایی پایین تر از ولتاژ اسمی عمل کنند. در هیچ موردی نباید یک ترانس فراتر از مقدار ولتاژ اسمی آن عمل کند مگر اینکه برای این منظور، از لغزاننده استفاده شود. زمانی که پایین تر از ولتاژ مجاز کار می کنید، ظرفیت KVA نیز به همین شکل کاهش می یابد. برای مثال اگر ترانس اولیه 480 ولتی و ثانویه 240 ولتی، با 240 ولت کار کند، ولتاژ ثانویه نیز به همان نسبت به 120 ولت کاهش می یابد. اگر ترانس در اصل به میزان 10 KVA باشد، میزان کاهش آن، 5 KVA، یا به نسبت مستقیم به ولتاژ اعمال شده خواهد بود. (KVA= کیلو ولت آمپر)

ترانس ACME با میزان کمتر از 1KVA می تواند در سرویس 50 Hz مورد استفاده قرار گیرد. ترانس 1KVA و بیشتر، با میزان 60 Hz، نباید در سرویس 50 Hz مورد استفاده قرار گیرد چرا که باعث خسارات بیشتر و افزایش حرارت ناشی از آن می شود. برای این سرویس، طراحی های خاصی مورد نیاز است. با این حال، هر ترانسفورماتور50 Hz در سرویس 60 Hz عمل خواهد کرد.

ترانس های تک فاز را تنها زمانی می توان به صورت موازی استفاده کرد که مقاومت ظاهری و ولتاژ آنها برابر باشند. اگر از ولتاژهای نابرابر استفاده شود، یک جریان چرخشی در شبکه بسته بین دو ترانس ایجاد می شود که باعث گرمایش اضافی شده و در نهایت، منجر به عمر کوتاه ترانس خواهد شد. به علاوه، میزان مقاومت ظاهری هر ترانس باید در حدود 7.5% در هر کدام از آن ها باشد. برای مثال، ترانسفورماتور A مقاومت ظاهری 4% دارد، ترانسفورماتور B که با A به صورت موازی است باید دارای مقاومت ظاهری بین حدود 3.7% و 4.3% باشد. زمانی که ترانس های سه فاز، به صورت موازی باشند، اقدامات یکسانی همانند آنچه در بالا ذکر شد بایستی انجام شود، به علاوه جابه جایی زاویه ای و فازها بین دو ترانس باید یکسان باشد.

ترانس های توزیع از نوع خشک را می توان بدون از دست دادن میزان KVA به صورت معکوس متصل کرد اما این کار، محدودیت های مشخصی دارد. ترانس هایی با میزان 1KVA و بیشتر، تک فاز و ترانس های 15KVA و بیشتر، سه فاز می توانند بدون هیچ گونه عوارض یا از دست رفتن ظرفیت KVA به صورت معکوس به یکدیگر متصل شوند. دلیل این محدودیت در اندازه ی KVA این است که نسبت چرخش، برابر با نسبت ولتاژ می باشد. برای مثال، یک ترانس با480 ولت ورودی و 240 ولت خروجی، می تواند خروجی متصل به منبع 240 ولتی داشته باشد و در نتیجه به ورودی ترانس تبدیل می شود؛ سپس 480 ولت سیم پیچ اولیه و اصلی، 480 ولت ثانویه یا خروجی خواهد داشت.

در ترانسفورماتور های با میزان زیر 1KVA تک فاز، نسبت چرخش جبرانی در سیم پیچ ولتاژ پایین وجود دارد. این بدان معنا است که سیم پیچ ولتاژ پایین، ولتاژ بیشتری نسبت به ولتاژ اسمی دارد و هیچ باری را نشان نمی دهد. برای مثال، یک ترانسفورماتور تک فاز کوچک که ولتاژ اسمی 480 ولت اصلی و 240 ولت ثانویه دارد، در واقع فاقد ولتاژ بار تقریبی 250 ولت است و ولتاژ بار کامل 240 ولتی دارد. اگر سیم پیچ 240 ولتی به منبع 240 ولتی متصل باشد، آنگاه ولتاژ خروجی در نتیجه تقریباً 460 ولت در حالت فاقد بار و در حدود 442 ولت در حالت بار کامل دارد.

همان گونه که KVA کمتر می شود، میزان جبران، بیشتر می شود و در نتیجه منجر به ولتاژ خروجی کمتر خواهد شد. زمانی که استفاده از این ترانس ها به صورت معکوس اجرا گردد، ترانسفورماتور آسیبی نخواهد دید، اما ولتاژ خروجی، کمتر از ولتاژ اسمی نشان داده خواهد شد.

                                                                            

بله. هر ترانسفورماتور تک فاز می تواند با اتصال رابط اصلی به هر دو سیم یک سیستم سه فاز، در یک منبع سه فاز مورد استفاده قرار گیرد، صرف نظر از اینکه منبع، 3 سیم سه فاز و یا 4 سیم سه فاز باشد. خروجی ترانس، تک فاز خواهد بود.

چگونه ترانس ها را انتخاب کنید؟

آیا می توان از ترانس تک فاز برای کاربردهای سه فاز استفاده کرد؟

بله. ترانسفورماتور های سه فاز، معمولاً به راحتی در دسترس نیستند، درحالی که ترانس های تک فاز معمولاً در بازار یافت می شوند. سه ترانس تک فاز را میتوان به صورت اتصال دلتای سیم پیچ اولیه یا به صورت اتصال وای (wye) یا دلتا سیم پیچ ثانویه به کار برد، چرا که این کار منجر به ولتاژ ثانویه ناپایدار خواهد شد. ظرفیت سه فاز معادل، زمانی که سه ترانس تک فاز به درستی متصل شده باشد، میزان آن سه برابر ترانس تک فازه است. برای مثال، سه ترانس تک فاز 10KVA با بار ترانس سه فاز 30KVA مطابق خواهد بود.

آیا یک ترانس از حالت سه فاز به تک فاز تغییر می کند؟

یک ترانس برای تغییراز حالت سه فاز به تک فاز، همانند یک دستگاه تغییر فاز عمل نخواهد کرد. هیچ راهی وجود ندارد که یک ترانس، سه فاز را وارد کرده و تک فاز را خارج کند در حالیکه بار متعادل را به سیستم تأمین سه فازی ارائه می کند. با این حال، مدارهایی برای تغییر سه فاز به دو فاز یا بالعکس، با استفاده از ترانس های دوگانه استاندارد وجود دارند.