بررسی تخصصی انواع ترانسفورماتورها بر اساس نوع کاربرد در صنعت

ترانسفورماتور، قلب تپنده شبکه های برق

ترانسفورماتور (transformer) وسیله‌ای الکتریکی است که ولتاژ و جریان متناوب را بدون تغییر در فرکانس تغییر می‌دهد. به عبارت ساده‌تر، ترانسفورماتور می‌تواند ولتاژ برق را بالا یا پایین ببرد. این دستگاه نقش بسیار مهمی در انتقال و توزیع برق در سراسر جهان دارد. ترانسفورماتور بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی کار می‌کند.ترانسفورماتور ها انواع مختلفی دارند که بسته به نوع کاربرد در صنایع مختلفی استفاده می شود .این مقاله ما به تعریفی از ترانسفورماتور، اهمیت آن در شبکه های برق ،انواع آن بر حسب کاربرد و... می پردازیم . امیدوارم این مقاله برای شما مفید باشد.

ترانسفورماتور چیست؟

ترانسفورماتور دستگاهی الکتریکی است که برای تبدیل ولتاژ متناوب از یک سطح به سطح دیگر استفاده می‌شود. این تبدیل ولتاژ می‌تواند افزایشی یا کاهشی باشد، بسته به نیاز شبکه برق یا دستگاه‌های متصل به آن. ترانسفورماتورها نقش بسیار حیاتی در انتقال و توزیع برق ایفا می‌کنند و بدون آنها، امکان انتقال کارآمد برق از نیروگاه‌ها به مصرف‌کنندگان نهایی وجود نخواهد داشت.ترانسفورماتور دستگاهی است که انرژی الکتریکی را بدون تغییر در توان (بجز در صورت وجود تلفات جزئی) از یک ولتاژ به ولتاژ دیگری تبدیل می‌کند و در بسیاری از کاربردهای صنعتی و خانگی استفاده می‌شود.ترانس از دو سیم‌پیچ اولیه و ثانویه تشکیل شده است که به دور یک هسته آهنی پیچیده شده‌اند. هنگامی که جریان الکتریکی متناوب از سیم‌پیچ اولیه عبور می‌کند، میدان مغناطیسی متغیری در هسته ایجاد می‌شود که این میدان مغناطیسی باعث القای ولتاژ در سیم‌پیچ ثانویه می‌شود. بسته به نسبت تعداد دورهای سیم‌پیچ اولیه و ثانویه، ولتاژ خروجی می‌تواند بیشتر (افزاینده) یا کمتر (کاهنده) از ولتاژ ورودی باشد.

تاریخچه ترانسفورماتور:

تاریخچه ترانسفورماتور به قرن نوزدهم بازمی‌گردد و تکامل آن نتیجه تلاش‌ها و تحقیقات بسیاری از دانشمندان و مهندسان است. در ادامه، مراحل کلیدی در توسعه ترانسفورماتورها را مرور می‌کنیم:

1831: مایکل فارادی، دانشمند بریتانیایی، اصول القای الکترومغناطیسی را کشف کرد. او نشان داد که تغییرات میدان مغناطیسی می‌توانند جریان الکتریکی را در یک سیم‌پیچ القا کنند. این کشف پایه و اساس کار ترانسفورماتورها را تشکیل داد.

1876 :  پاول یابلکوو، مهندس روسی، برای نخستین بار از دستگاهی مشابه ترانسفورماتور برای روشنایی برق استفاده کرد.

1878 : لوسین گالارد و جان دیکسون گیبز، مهندسان بریتانیایی، دستگاهی را طراحی کردند که قادر به انتقال انرژی الکتریکی به فواصل دور بود. این دستگاه، که یک پیشگام ترانسفورماتورهای امروزی بود، از سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه برای تغییر ولتاژ استفاده می‌کرد.

1885: ویلیام استنلی، مهندس آمریکایی که برای شرکت وستینگهاوس کار می‌کرد، نخستین ترانسفورماتور عملی و قابل استفاده تجاری را ساخت. این ترانسفورماتور توانست انرژی الکتریکی را با کارایی بالا به فواصل دور انتقال دهد.

1891 : در نمایشگاه بین‌المللی الکتریسیته در فرانکفورت، برای نخستین بار از ترانسفورماتور برای انتقال برق به فاصله 175 کیلومتر استفاده شد. این موفقیت نشان داد که ترانسفورماتورها می‌توانند به طور مؤثری برق را به فواصل طولانی منتقل کنند.

دهه 1970 و پس از آن : تحقیقات در زمینه ترانسفورماتورهای حالت جامد آغاز شد. این نوع ترانسفورماتورها از نیمه‌هادی‌ها به جای سیم‌پیچ‌ها استفاده می‌کنند و می‌توانند قابلیت‌های بیشتری مانند کنترل دقیق ولتاژ و فرکانس را ارائه دهند.

اوایل قرن بیستم : با پیشرفت فناوری و نیاز به سیستم‌های برق بزرگ‌تر و کارآمدتر، ترانسفورماتورها نیز بهبود یافتند. استفاده از مواد بهتر برای هسته‌ها و سیم‌پیچ‌ها، و همچنین طراحی‌های پیشرفته‌تر، بازده و قابلیت اطمینان ترانسفورماتورها را افزایش داد.

اصول اولیه کار ترانسفورماتورها:

کار ترانسفورماتور بر اساس قانون القای الکترومغناطیسی فارادی استوار است. به طور ساده‌تر، زمانی که جریان متناوبی از یک سیم‌پیچ عبور می‌کند، یک میدان مغناطیسی متناوب تولید می‌شود. اگر سیم‌پیچ دیگری در نزدیکی این میدان مغناطیسی قرار داشته باشد، در آن سیم‌پیچ نیز ولتاژی القا می‌شود.

الف) تولید میدان مغناطیسی: زمانی که جریان متناوبی از سیم‌پیچ اولیه عبور می‌کند، یک میدان مغناطیسی متناوب در هسته ایجاد می‌شود.

ب) القای ولتاژ در سیم‌پیچ ثانویه: میدان مغناطیسی متناوب در هسته، در سیم‌پیچ ثانویه نیز یک ولتاژ متناوب القا می‌کند.

ج) نسبت ولتاژها: نسبت ولتاژهای سیم‌پیچ اولیه و ثانویه تقریباً برابر با نسبت تعداد دور سیم‌پیچ‌ها است.

 اجزای ترانسفورماتور ها:

ترانسفورماتورها از اجزای مختلفی تشکیل شده‌اند که هر یک نقش خاصی در عملکرد کلی دستگاه ایفا می‌کنند. در ادامه، اجزای اصلی ترانسفورماتورها را معرفی و توضیح می‌دهیم:

1. هسته (Core) : هسته ترانسفورماتور از جنس مواد فرومغناطیسی مانند آهن یا فولاد ساخته شده و وظیفه هدایت میدان مغناطیسی را بر عهده دارد. هسته‌ها معمولاً به دو شکل زیر ساخته می‌شوند:

الف) هسته‌های لایه‌ای (Laminated Core): که از ورق‌های نازک آهنی تشکیل شده‌اند تا تلفات جریان گردابی کاهش یابد.

ب) هسته‌های یکپارچه (Solid Core): که به ندرت استفاده می‌شوند و معمولاً در ترانسفورماتورهای کوچک کاربرد دارند.

2. سیم‌پیچ‌ها (Windings) : سیم‌پیچ‌ها به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

الف) سیم‌پیچ اولیه (Primary Winding): که به منبع تغذیه متصل است و جریان الکتریکی متناوب از آن عبور می‌کند.

ب) سیم‌پیچ ثانویه (Secondary Winding): که به بار متصل است و ولتاژ القا شده در آن تأمین کننده بار مصرفی است.

ج) سیم‌پیچ‌ها معمولاً از جنس مس یا آلومینیوم ساخته می‌شوند و تعداد دورهای آنها تعیین‌کننده ولتاژ ورودی و خروجی است.

3. تانک (Tank) : تانک، محفظه‌ای است که هسته و سیم‌پیچ‌ها در آن قرار می‌گیرند. این محفظه معمولاً با روغن ترانسفورماتور پر می‌شود تا خنک‌کاری و عایق‌بندی بهتری ایجاد شود. روغن همچنین به دفع حرارت تولید شده در هسته و سیم‌پیچ‌ها کمک می‌کند.

4. روغن ترانسفورماتور (Transformer Oil) : روغن ترانسفورماتور به عنوان یک عایق الکتریکی و خنک‌کننده استفاده می‌شود. این روغن می‌تواند حرارت را از هسته و سیم‌پیچ‌ها جذب کرده و به دیواره‌های تانک منتقل کند، جایی که حرارت به محیط منتقل می‌شود.

5. بوشینگ‌ها (Bushings) : بوشینگ‌ها عایق‌هایی هستند که به سیم‌پیچ‌ها اجازه می‌دهند تا از محفظه ترانسفورماتور خارج شوند و به سیستم برق خارجی متصل شوند، بدون اینکه با بدنه فلزی ترانسفورماتور تماس داشته باشند. بوشینگ‌ها از مواد عایق مانند چینی یا پلاستیک‌های مقاوم در برابر حرارت ساخته می‌شوند.

6. رادیاتورها (Radiators) : رادیاتورها در ترانسفورماتورهای بزرگتر برای بهبود فرآیند خنک‌کاری استفاده می‌شوند. این قطعات به تانک متصل می‌شوند و سطح تماس روغن با هوا را افزایش می‌دهند تا حرارت بیشتری دفع شود.

7. شیرهای فشار (Pressure Relief Valves) : شیرهای فشار برای جلوگیری از افزایش بیش از حد فشار داخلی ترانسفورماتور در صورت وقوع خطا یا افزایش دما استفاده می‌شوند. این شیرها می‌توانند به طور خودکار فشار اضافی را تخلیه کنند تا از آسیب به ترانسفورماتور جلوگیری شود.

8. ترموستات‌ها و سنسورهای دما (Thermostats and Temperature Sensors) : ترموستات‌ها و سنسورهای دما برای مانیتورینگ دمای داخلی ترانسفورماتور و جلوگیری از افزایش بیش از حد دما استفاده می‌شوند. این سنسورها به سیستم‌های حفاظتی متصل هستند که در صورت نیاز ترانسفورماتور را خاموش یا خنک‌کننده‌های اضافی را فعال می‌کنند.

9. نشانگر سطح روغن (Oil Level Indicator): این نشانگرها برای مانیتورینگ سطح روغن در داخل ترانسفورماتور استفاده می‌شوند. سطح روغن باید به طور منظم بررسی شود تا از کمبود روغن و آسیب به ترانسفورماتور جلوگیری شود.

انواع ترانسفورماتور بر اساس تبدیل ولتاژ (Voltage Transformer):

ترانسفورماتور ولتاژ (Voltage Transformer) یا به اختصار VT، یک نوع ترانسفورماتور ویژه است که برای اندازه‌گیری ولتاژهای بالا و انتقال آن‌ها به سطح ایمن‌تر و قابل اندازه‌گیری به کار می‌رود. این نوع ترانسفورماتور معمولاً در سیستم‌های قدرت و تجهیزات حفاظت و کنترل مورد استفاده قرار می‌گیرد.ترانسفورماتورها بر اساس نحوه تبدیل ولتاژ به چند دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

ترانسفورماتور افزاینده (Step-up Transformer):

این نوع ترانسفورماتور ولتاژ ورودی را افزایش می‌دهد. از این ترانسفورماتورها معمولاً در نیروگاه‌های برق استفاده می‌شود تا ولتاژ تولید شده را برای انتقال در فواصل طولانی به سطح بالاتری برسانند.

ترانسفورماتور کاهنده (Step-down Transformer):

این ترانسفورماتور ولتاژ ورودی را کاهش می‌دهد. این نوع ترانسفورماتور به‌طور گسترده در ایستگاه‌های توزیع برق استفاده می‌شود تا ولتاژ بالای انتقال را به ولتاژ مناسبی برای مصرف‌کنندگان خانگی و صنعتی تبدیل کند.

ترانسفورماتور ایزوله (Isolation Transformer):

این ترانسفورماتور در واقع ولتاژ ورودی و خروجی را تغییر نمی‌دهد و تنها برای ایزوله کردن بخش‌های مختلف مدار به‌کار می‌رود. از این ترانسفورماتورها برای جلوگیری از انتقال نویزها و افزایش ایمنی استفاده می‌شود.

ترانسفورماتور خودکار (Autotransformer):

این نوع ترانسفورماتور تنها یک سیم‌پیچ دارد که بخشی از آن به عنوان سیم‌پیچ اولیه و بخشی به عنوان سیم‌پیچ ثانویه عمل می‌کند. این ترانسفورماتور می‌تواند به عنوان افزاینده یا کاهنده ولتاژ عمل کند و در کاربردهایی که نیاز به تغییرات جزئی در ولتاژ دارند، استفاده می‌شود.

ترانسفورماتور توزیع (Distribution Transformer):

این ترانسفورماتور کاهنده است که برای توزیع انرژی الکتریکی به مصرف‌کنندگان نهایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ترانسفورماتورها معمولاً در نزدیکی مصرف‌کنندگان نصب می‌شوند.

ترانسفورماتور فرکانس‌میکسر (Frequency Transformer):

این ترانسفورماتور نه تنها ولتاژ را تغییر می‌دهد بلکه فرکانس را نیز می‌تواند تغییر دهد. معمولاً در کاربردهای خاص صنعتی به کار می‌رود.

هر یک از این ترانسفورماتورها بسته به نیازهای خاص شبکه‌های برق و مصرف‌کنندگان، در مکان‌های مختلفی از سیستم‌های انتقال و توزیع برق به کار گرفته می‌شوند.

---

انواع ترانسفورماتور بر اساس تعداد سیم پیچ:

ترانسفورماتورها بر اساس نوع و تعداد سیم‌پیچ‌ها به چند دسته مختلف تقسیم می‌شوند. در زیر به انواع اصلی ترانسفورماتور بر اساس سیم‌پیچ اشاره شده است:

ترانسفورماتور دو‌سیم‌ پیچه (Two-Winding Transformer):

این نوع ترانسفورماتور شامل دو سیم‌پیچ مجزا است: سیم‌پیچ اولیه که به منبع ولتاژ متصل است و سیم‌پیچ ثانویه که ولتاژ خروجی را فراهم می‌کند. این نوع ترانسفورماتور برای تبدیل ولتاژ و جداسازی الکتریکی میان دو مدار به کار می‌رود.

اتو ترانسفورماتور (Autotransformer):

در این نوع ترانسفورماتور فقط یک سیم‌پیچ وجود دارد که بخشی از آن به عنوان سیم‌پیچ اولیه و بخشی دیگر به عنوان سیم‌پیچ ثانویه عمل می‌کند. این ترانسفورماتور به دلیل استفاده از سیم‌پیچ مشترک، کوچک‌تر و ارزان‌تر است، اما ایزولاسیون الکتریکی کمتری بین ورودی و خروجی فراهم می‌کند.

ترانسفورماتور چند‌سیم‌ پیچه (Multi-Winding Transformer):

این ترانسفورماتور دارای بیش از دو سیم‌پیچ است و برای تبدیل ولتاژ به چند سطح مختلف استفاده می‌شود. معمولاً در کاربردهایی که نیاز به تأمین ولتاژهای مختلف دارند، مانند منابع تغذیه تنظیم‌شده، استفاده می‌شود.

ترانسفورماتور سه‌فاز (Three-Phase Transformer):

این نوع ترانسفورماتور شامل سه سیم‌پیچ اولیه و سه سیم‌پیچ ثانویه است که برای تبدیل انرژی الکتریکی در سیستم‌های سه‌فاز به کار می‌رود. این ترانسفورماتور به طور گسترده در شبکه‌های برق صنعتی استفاده می‌شود.

ترانسفورماتور پوش‌پول (Push-Pull Transformer):

این ترانسفورماتور دارای دو سیم‌پیچ اولیه است که به صورت متقارن به منبع تغذیه متصل می‌شوند. این نوع ترانسفورماتور در مدارهای الکترونیکی با فرکانس بالا و کاربردهای سوئیچینگ استفاده می‌شود.

ترانسفورماتور هسته شکسته (Split-Core Transformer):

این نوع ترانسفورماتور دارای هسته‌ای است که به راحتی جدا می‌شود تا امکان نصب سیم‌پیچ بدون نیاز به قطع کابل فراهم شود. این ترانسفورماتور معمولاً در کاربردهای اندازه‌گیری جریان، مانند ترانسفورماتورهای جریان (CT)، استفاده می‌شود.

ترانسفورماتور کوپلینگ (Coupling Transformer):

این ترانسفورماتور شامل چندین سیم‌پیچ است که به طور خاص برای انتقال سیگنال‌های الکتریکی بین مدارهای مختلف طراحی شده‌اند. این نوع ترانسفورماتور در تجهیزات مخابراتی و انتقال داده استفاده می‌شود.

انواع ترانسفورماتور بر اساس جنس هسته

ترانسفورماتورها بر اساس جنس هسته‌ای که در ساختار آن‌ها به کار رفته است، به چند دسته مختلف تقسیم می‌شوند. هر یک از این هسته‌ها ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند:

ترانسفورماتور با هسته آهنی (Iron Core Transformer):

این نوع ترانسفورماتور دارای هسته‌ای از جنس ورقه‌های نازک آهن است که به همدیگر چسبیده‌اند. هسته آهنی به دلیل قابلیت بالای انتقال شار مغناطیسی و کاهش تلفات، به طور گسترده در ترانسفورماتورهای قدرت و توزیع استفاده می‌شود.

ترانسفورماتور با هسته فولادی (Steel Core Transformer):

در این نوع ترانسفورماتور، هسته از فولاد ساخته شده است که مقاومت بالاتری در برابر جریان گردابی دارد. این ترانسفورماتورها در کاربردهایی که نیاز به کاهش تلفات و افزایش کارایی دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ترانسفورماتور با هسته فریت (Ferrite Core Transformer):

هسته این ترانسفورماتورها از مواد فریتی ساخته شده است که مقاومت الکتریکی بالایی دارند و برای فرکانس‌های بالا مناسب هستند. این نوع ترانسفورماتور معمولاً در کاربردهای الکترونیکی، مانند منابع تغذیه سوئیچینگ و مدارهای فرکانس بالا، استفاده می‌شود.

ترانسفورماتور با هسته هوایی (Air Core Transformer):

این نوع ترانسفورماتور دارای هسته‌ای از هوا یا فضای خالی است و به همین دلیل هیچ گونه تلفات هسته‌ای ندارد. این ترانسفورماتورها معمولاً در فرکانس‌های بسیار بالا و در کاربردهایی که نیاز به پاسخ سریع و دقیق دارند، به کار می‌روند.

ترانسفورماتور با هسته آلیاژ مغناطیسی (Amorphous Core Transformer):

هسته این ترانسفورماتور از آلیاژهای مغناطیسی آمورف ساخته شده است که دارای خواص مغناطیسی بسیار خوبی هستند و تلفات هسته را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهند. این ترانسفورماتورها در شبکه‌های برق با هدف بهبود کارایی و کاهش تلفات انرژی استفاده می‌شوند.

ترانسفورماتور با هسته پودر آهن (Powdered Iron Core Transformer):

هسته این ترانسفورماتور از پودر آهن تشکیل شده است که با چسب یا رزین به هم چسبیده‌اند. این نوع هسته برای کاربردهایی با فرکانس‌های بالا و نیاز به پایداری حرارتی مناسب است، مانند مدارهای RF و فیلترها.

ترانسفورماتور با هسته نانوکریستالی (Nanocrystalline Core Transformer):

این ترانسفورماتور دارای هسته‌ای از مواد نانوکریستالی است که تلفات بسیار کمی دارد و برای کاربردهای دقیق و با کارایی بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این انواع ترانسفورماتور بر اساس جنس هسته‌ای که در آن‌ها به کار رفته است، در کاربردهای مختلفی از سیستم‌های انتقال قدرت تا مدارهای الکترونیکی به کار می‌روند. هر نوع هسته ویژگی‌ها و مزایای خاصی را به ترانسفورماتور می‌بخشد که بسته به نیاز کاربرد مورد نظر انتخاب می‌شود.

انواع ترانسفورماتور بر اساس نوع عایق:

ترانسفورماتورها بر اساس نوع عایقی که در ساختار آن‌ها به کار رفته است، به چند دسته تقسیم می‌شوند. نوع عایق به کار رفته در ترانسفورماتور تاثیر زیادی بر عملکرد، ایمنی و کاربرد آن دارد:

ترانسفورماتور روغنی (Oil-Immersed Transformer):

در این نوع ترانسفورماتور، سیم‌پیچ‌ها و هسته در داخل یک تانک پر از روغن عایق قرار دارند. روغن علاوه بر عایق بودن، وظیفه خنک‌کاری قطعات داخلی را نیز بر عهده دارد. این نوع ترانسفورماتور معمولاً در شبکه‌های برق با ولتاژ بالا و در کاربردهای صنعتی استفاده می‌شود.

ترانسفورماتور خشک (Dry-Type Transformer):

این نوع ترانسفورماتور از عایق‌های جامد مانند رزین یا هوا به جای روغن استفاده می‌کند. ترانسفورماتورهای خشک به دلیل عدم وجود مایعات قابل اشتعال، برای نصب در مکان‌های بسته و محیط‌های شهری یا ساختمان‌ها مناسب هستند. این ترانسفورماتورها به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

رزین ریخته‌گری شده (Cast Resin Transformer): سیم‌پیچ‌ها در این نوع ترانسفورماتور با رزین اپوکسی پوشیده شده‌اند که باعث ایجاد عایق‌کاری قوی و محافظت در برابر رطوبت و آلودگی می‌شود.

هواخنک (Air-Cooled Transformer): در این نوع، سیم‌پیچ‌ها در هوا قرار دارند و به وسیله جریان هوا خنک می‌شوند.

ترانسفورماتور با عایق گازی (Gas-Insulated Transformer):

در این نوع ترانسفورماتور، عایق‌کاری به وسیله گازهایی مانند SF6 (هگزا فلوراید گوگرد) انجام می‌شود. این نوع ترانسفورماتور به دلیل عایق‌کاری قوی و خنک‌کاری عالی، در فضاهای کوچک و کاربردهای با ولتاژ بالا، مانند پست‌های برق داخل شهری و زیرزمینی، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ترانسفورماتور با عایق جامد (Solid-Insulated Transformer):

این نوع ترانسفورماتور از عایق‌های جامد مانند کاغذ عایق یا پلیمرها استفاده می‌کند. ترانسفورماتورهای با عایق جامد معمولاً در دستگاه‌های الکترونیکی و کاربردهای کوچک و سبک استفاده می‌شوند.

ترانسفورماتور با عایق کاغذی (Paper-Insulated Transformer):

این نوع ترانسفورماتور از کاغذ به عنوان ماده عایق استفاده می‌کند. کاغذ معمولاً با روغن ترکیب می‌شود تا خاصیت عایق‌کاری آن افزایش یابد. این نوع عایق در ترانسفورماتورهای بزرگ و با ولتاژ بالا کاربرد دارد.

ترانسفورماتور با عایق میکا (Mica-Insulated Transformer):

میکا یک ماده معدنی با خواص عایق‌کاری عالی است و در ترانسفورماتورهای با نیازهای خاص، مانند ترانسفورماتورهای ولتاژ بالا و دمای بالا، استفاده می‌شود.

این انواع ترانسفورماتور بر اساس نوع عایق، برای کاربردهای خاصی در صنایع مختلف و شبکه‌های برق طراحی و ساخته می‌شوند. نوع عایق به کار رفته در ترانسفورماتور بر عملکرد، ایمنی، هزینه و طول عمر آن تاثیر مستقیم دارد.

انواع ترانسفورماتور بر اساس طراحی هسته:

ترانسفورماتورها بر اساس طراحی هسته به چند دسته مختلف تقسیم می‌شوند. طراحی هسته تأثیر زیادی بر کارایی، ابعاد، و کاربرد ترانسفورماتور دارد. در زیر به انواع اصلی ترانسفورماتور بر اساس طراحی هسته اشاره شده است:

ترانسفورماتور با هسته حلقوی (Toroidal Core Transformer):

این نوع ترانسفورماتور دارای هسته‌ای به شکل حلقه یا دونات است. سیم‌پیچ‌ها به دور این هسته حلقوی پیچیده می‌شوند. این طراحی باعث کاهش تلفات مغناطیسی و افزایش کارایی می‌شود. ترانسفورماتورهای حلقوی معمولاً کوچک‌تر و سبک‌تر از انواع دیگر هستند و در دستگاه‌های الکترونیکی و تجهیزات صوتی به کار می‌روند.

ترانسفورماتور با هسته لایه‌ای (Laminated Core Transformer):

هسته این ترانسفورماتور از ورقه‌های نازک فلزی ساخته شده است که به هم چسبیده‌اند. این لایه‌ها به صورت عایق از هم جدا شده‌اند تا تلفات جریان‌های گردابی کاهش یابد. این نوع هسته در ترانسفورماتورهای قدرت و توزیع به کار می‌رود و به دلیل کارایی بالا و کاهش تلفات مغناطیسی، بسیار محبوب است.

ترانسفورماتور با هسته (c)  (C-Core Transformer):

در این نوع ترانسفورماتور، هسته به شکل C ساخته می‌شود. این طراحی معمولاً از دو قطعه C شکل تشکیل شده است که سیم‌پیچ‌ها در وسط آن‌ها قرار می‌گیرند. هسته C به دلیل کاهش تلفات و قابلیت مونتاژ و تعمیر آسان، در کاربردهای خاص مانند ترانسفورماتورهای قدرت بالا به کار می‌رود.

ترانسفورماتور با هسته برش‌خورده (Cut Core Transformer):

این ترانسفورماتور دارای هسته‌ای است که از یک قطعه فولادی بریده شده تشکیل شده است. هسته برش‌خورده برای کاهش تلفات و افزایش کارایی، به خصوص در ترانسفورماتورهای کوچک و سبک، استفاده می‌شود.

ترانسفورماتور با هسته پوسته‌ای (Shell Core Transformer):

در این نوع ترانسفورماتور، هسته به گونه‌ای طراحی شده که سیم‌پیچ‌ها در داخل یک پوسته هسته‌ای قرار می‌گیرند. این طراحی باعث می‌شود که میدان مغناطیسی به طور کامل درون هسته متمرکز شود و تلفات مغناطیسی کاهش یابد. این نوع ترانسفورماتور در کاربردهای با نیاز به کارایی بالا و کاهش تلفات استفاده می‌شود.

ترانسفورماتور با هسته (R)  (R-Core Transformer):

هسته این ترانسفورماتور به شکل دایره‌ای و با مقطع R است. این نوع هسته به دلیل خواص مغناطیسی عالی و کاهش تلفات، در تجهیزات الکترونیکی دقیق و حساس به کار می‌رود.

این طراحی‌های مختلف هسته به ترانسفورماتور ویژگی‌های خاصی می‌دهند که بسته به نیازهای خاص کاربردی، انتخاب و استفاده می‌شوند. هر نوع هسته می‌تواند بر کارایی، ابعاد، وزن و هزینه ترانسفورماتور تأثیرگذار باشد.

ترانسفورماتور با هسته E و  I یا زرهی (E-I Core Transformer) :

در این نوع ترانسفورماتور، هسته از ورقه‌های فلزی با شکل E و I تشکیل شده است که به صورت متناوب بر روی هم قرار می‌گیرند و شکل کلی آن مستطیل است . این طراحی به دلیل سادگی و کارایی مناسب، یکی از رایج‌ترین انواع هسته در ترانسفورماتورها است و در بسیاری از کاربردهای صنعتی و خانگی استفاده می‌شود.

 

انواع ترانسفورماتور بر اساس تعداد فاز

ترانسفورماتورها بر اساس تعداد فاز به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

 ترانسفورماتور تک‌فاز (Single-Phase Transformer):

تعریف: این نوع ترانسفورماتور تنها یک فاز جریان متناوب (AC) را تبدیل می‌کند. شامل دو سیم‌پیچ اولیه و ثانویه است که به یک فاز از شبکه برق متصل می‌شوند.

کاربردها: ترانسفورماتورهای تک‌فاز معمولاً در کاربردهای خانگی، تجاری کوچک، و تجهیزات الکترونیکی مانند شارژرها، منابع تغذیه و سیستم‌های روشنایی استفاده می‌شوند. همچنین در توزیع برق برای مناطق مسکونی که از برق تک‌فاز استفاده می‌کنند، به کار می‌روند.

 ترانسفورماتور سه‌فاز (Three-Phase Transformer):

تعریف: این نوع ترانسفورماتور برای تبدیل و انتقال انرژی الکتریکی در سیستم‌های سه‌فاز طراحی شده است. شامل سه سیم‌پیچ اولیه و سه سیم‌پیچ ثانویه است که به سه فاز از شبکه برق متصل می‌شوند.

کاربردها: ترانسفورماتورهای سه‌فاز به دلیل کارایی بالا، در کاربردهای صنعتی، انتقال و توزیع برق در مقیاس وسیع، و ماشین‌آلات بزرگ مانند موتورهای سه‌فاز، پمپ‌ها، و کمپرسورها استفاده می‌شوند. همچنین در شبکه‌های برق اصلی برای تأمین برق به مناطق وسیع و صنعتی کاربرد دارند.

انواع ترانسفورماتورها بر اساس نوع کاربرد:

ترانسفورماتورها بر اساس کاربردهای مختلف به دسته‌های متنوعی تقسیم می‌شوند. در زیر به برخی از این انواع اشاره شده است:

ترانسفورماتور قدرت (Power Transformer):

  این نوع ترانسفورماتور برای انتقال انرژی الکتریکی در ولتاژهای بالا بین بخش‌های مختلف شبکه برق استفاده می‌شود. معمولاً در نیروگاه‌ها و ایستگاه‌های برق به کار می‌رود.

ترانسفورماتور توزیع (Distribution Transformer):

این ترانسفورماتورها برای کاهش ولتاژ انتقال و توزیع انرژی به مصرف‌کنندگان نهایی مانند خانه‌ها و کسب‌وکارها استفاده می‌شوند.

ترانسفورماتور اندازه‌گیری (Instrument Transformer):

 این دسته شامل ترانسفورماتورهای جریان (CT) و ترانسفورماتورهای ولتاژ (VT) می‌شود که برای اندازه‌گیری و نظارت بر پارامترهای الکتریکی مانند جریان و ولتاژ در سیستم‌های قدرت استفاده می‌شوند.

ترانسفورماتور ایزوله (Isolation Transformer):

 این نوع ترانسفورماتور برای جداسازی بخش‌های مختلف یک سیستم الکتریکی به کار می‌رود تا از انتقال نویز و افزایش ایمنی جلوگیری کند.

ترانسفورماتور جوشکاری (Welding Transformer):

  این ترانسفورماتور در دستگاه‌های جوشکاری استفاده می‌شود و ولتاژ ورودی را به ولتاژ پایین و جریان بالا تبدیل می‌کند که برای جوشکاری مناسب است.

ترانسفورماتور الکترونیکی (Electronic Transformer):

این ترانسفورماتور در دستگاه‌های الکترونیکی کوچک و سبک به کار می‌رود و معمولاً در مدارهای با فرکانس بالا استفاده می‌شود.

ترانسفورماتور پالسی (Pulse Transformer):

این نوع ترانسفورماتور در کاربردهای پالسی مانند رادارها، تجهیزات مخابراتی و سیستم‌های دیجیتال استفاده می‌شود و سیگنال‌های پالس با دقت بالا را انتقال می‌دهد.

ترانسفورماتور سه‌فاز (Three-Phase Transformer):

این ترانسفورماتور برای تبدیل انرژی الکتریکی سه‌فاز استفاده می‌شود و معمولاً در شبکه‌های برق صنعتی کاربرد دارد.

ترانسفورماتور رگولاتور (Regulating Transformer):

این نوع ترانسفورماتور برای تنظیم و تثبیت ولتاژ در یک سطح مشخص استفاده می‌شود و در سیستم‌های قدرتی که نیاز به ولتاژ پایدار دارند، به کار می‌رود.

ترانسفورماتور فرکانس (Frequency Transformer):

این ترانسفورماتور برای تغییر فرکانس جریان الکتریکی به کار می‌رود و در کاربردهای خاص صنعتی و نظامی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

هر یک از این ترانسفورماتورها برای کاربردهای خاصی طراحی شده‌اند و در بخش‌های مختلف صنعت و سیستم‌های برق مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کاربرد ترانسفورماتور ها:

ترانسفورماتورها به دلیل قابلیت تبدیل و تنظیم ولتاژ برق، نقش اساسی در تامین و توزیع انرژی الکتریکی در صنایع مختلف و زندگی روزمره ایفا می‌کنند. از انتقال و توزیع انرژی گرفته تا کاربردهای صنعتی، خانگی و تجاری، ترانسفورماتورها به عنوان یکی از اجزای کلیدی سیستم‌های برق و الکترونیک محسوب می‌شوند. انتخاب صحیح نوع ترانسفورماتور برای کاربردهای خاص می‌تواند به بهبود کارایی و کاهش هزینه‌ها کمک کند.

1. انتقال و توزیع انرژی الکتریکی:

ترانسفورماتورها نقش حیاتی در انتقال و توزیع انرژی الکتریکی از نیروگاه‌ها به مصرف‌کنندگان نهایی ایفا می‌کنند:ترانسفورماتورهای قدرت برای افزایش ولتاژ برق تولیدی در نیروگاه‌ها به ولتاژهای بالا به منظور کاهش تلفات در حین انتقال به فواصل طولانی استفاده می‌شوند.ترانسفورماتورهای توزیع برای کاهش ولتاژ برق به سطحی قابل استفاده در منازل، ادارات و صنایع به کار می‌روند.

2. صنایع تولیدی و کارخانه‌ها:

ترانسفورماتورها در صنایع مختلف برای تامین برق ماشین‌آلات و تجهیزات صنعتی استفاده می‌شوند:

ترانسفورماتورهای کوره برای تامین برق کوره‌های الکتریکی در صنایع فولاد و فلزکاری به کار می‌روند.

ترانسفورماتورهای فرکانس بالا در سیستم‌های تغذیه سوئیچینگ و تجهیزات مخابراتی برای تغییر فرکانس برق استفاده می‌شوند.

3. سیستم‌های مخابراتی و الکترونیکی:

 ترانسفورماتورها نقش مهمی در تجهیزات مخابراتی و الکترونیکی ایفا می‌کنند:

ترانسفورماتورهای تطبیق امپدانس برای تطبیق امپدانس بین منابع و بارها به منظور انتقال بهینه توان استفاده می‌شوند.

ترانسفورماتورهای ایزوله برای جداسازی الکتریکی بخش‌های مختلف یک سیستم به منظور کاهش نویز و تداخل الکترومغناطیسی کاربرد دارند.

4. اندازه‌گیری و حفاظت:ترانسفورماتورهای ابزار دقیق در سیستم‌های اندازه‌گیری و حفاظت الکتریکی به کار می‌روند:

ترانسفورماتورهای جریان (CTs) برای اندازه‌گیری جریان‌های بالا و حفاظت از تجهیزات در برابر جریان‌های اضافی استفاده می‌شوند.

ترانسفورماتورهای ولتاژ (PTs) برای اندازه‌گیری ولتاژهای بالا در سیستم‌های برق کاربرد دارند.

5. کاربردهای خانگی و تجاری: ترانسفورماتورها در بسیاری از لوازم خانگی و تجاری استفاده می‌شوند:

ترانسفورماتورهای کوچک در دستگاه‌های الکترونیکی مانند شارژرهای تلفن همراه، تلویزیون‌ها، رایانه‌ها و سیستم‌های صوتی به کار می‌روند.ترانسفورماتورهای کاهنده برای کاهش ولتاژ برق ورودی به سطحی ایمن و مناسب برای استفاده در لوازم خانگی و تجهیزات اداری کاربرد دارند.

6. منابع تغذیه و UPS: ترانسفورماتورها در سیستم‌های منابع تغذیه بدون وقفه (UPS) و منابع تغذیه برای تامین برق پایدار به کار می‌روند:

ترانسفورماتورهای UPS برای تامین برق پایدار در مواقع قطعی برق و حفاظت از تجهیزات حساس الکترونیکی استفاده می‌شوند.

ترانسفورماتورهای منابع تغذیه برای تبدیل ولتاژهای برق و تنظیم آن به سطح مناسب برای تجهیزات الکترونیکی و صنعتی کاربرد دارند.