نحوه سیم پیچی ترانس های القایی

سیم پیچی ترانس های القایی یک فرآیند تخصصی است که در آن سیم های مسی به صورت پیچیده ای دور هسته ترانسفورماتور پیچیده می شوند. این فرآیند شامل دو بخش اصلی سیم پیچی اولیه و سیم پیچی ثانویه است. در این مقاله ضمن آشنایی با ترانسفورماتور و اجزای آن، اصول کارکرد آن ها را بررسی کرده و دلیل نام گذاری آن ها به نام ترانس القایی توضیح داده شده است. در ادامه با معرفی سیم پیچ ترانس و فرمول سیم پیچی آن ها، روش مرحله به مرحله سیم پیچی ترانسفورماتور آورده شده است.

آموزشگاه فن آموزان در دپارتمان برق صنعتی و ساختمان خود دوره های تخصصی ویژه بازار کار از جمله دوره آموزش برق صنعتی ، آموزش سیم پیچی ، آموزش plc و … را بصورت عملی و در کارگاههای مجهز برگزار می کند. برای دریافت اطلاعات بیشتر و مشاوره رایگان با ما تماس بگیرید.

ترانسفورماتور چیست؟

ترانسفورماتوردر واقع یک ماشین الکتریکی می باشد که برای انتقال جریان متناوب AC از یک مدار به مدار دیگر با فرکانس پایدار از طریق فرآیند القای الکترومغناطیسی مورد استفاده قرار می گیرد. این دستگاه برای افزایش یا کاهش ولتاژ در مدار ها استفاده می شود. هر ترانسفورماتور شامل قطعات مختلفی مانند هسته، سیم پیچ، مواد عایق، محافظ، روغن، هواگیر، رله، لوله های خنک کننده و دریچه انفجار است اما سیم پیچ ترانسفورماتور در حین کارکرد نقش کلیدی دارد. یک ترانسفورماتور هیچ قسمت متحرک داخلی ندارد و معمولاً به دلیل تغییر ولتاژ برای انتقال انرژی از یک مدار به مدار دیگر توسط القای الکترومغناطیسی مورد استفاده قرار می گیرد. به همین دلیل آن ها با نام ترانس های القایی شناخته می شوند.

نماد های شماتیک برای ترانسفورماتور ها

شکل زیر نماد های شماتیک معمولی برای ترانسفورماتور ها را نشان می دهد. ترانسفورماتور با هسته هوایی با نماد A نشان داده شده است. قسمت های B و C شکل ترانسفورماتور های هسته آهنی را نشان می دهد. میله های بین سیم پیچ ها برای نشان دادن یک هسته آهنی استفاده می شود. اغلب، اتصالات اضافی به سیم پیچ های ترانسفورماتور در نقاطی غیر از انتهای سیم پیچ ها ایجاد می شود. به این اتصالات اضافی تپ می گویند. نمای C از شکل زیر نمایش شماتیک یک ترانسفورماتور هسته آهنی با ضربه مرکزی را نشان می دهد.

اجزای یک ترانسفورماتور

ابتدایی ترین ترانسفورماتور شامل موارد زیر است:

• سیم پیچ اولیه که انرژی را از منبع AC دریافت می کند.
• سیم پیچ ثانویه که انرژی را از سیم پیچ اولیه دریافت کرده و به بار می رساند.
• هسته، که مسیری را برای خطوط مغناطیسی شار فراهم می کند.

سیم پیچ های اولیه و ثانویه بر روی نوعی از مواد هسته پیچیده می شوند. در برخی موارد سیم پیچ های سیم بر روی یک فرم غیر مغناطیسی استوانه ای یا مستطیلی پیچیده می شود. در واقع، اگر مواد هسته هوا باشد به آن ترانسفورماتور هسته هوا می گویند. ترانسفورماتور هایی که در فرکانس های پایین مانند 50 و 60 هرتز استفاده می شوند، به هسته ای از مواد مغناطیسی کم رلوکتانس، معمولاً آهن نیاز دارند. به این نوع ترانسفورماتور، ترانسفورماتور هسته آهنی می گویند.

اصول کارکرد ترانسفورماتور

دلیل این که ترانسفورماتور ها به نام ترانس هالی القایی شناخته می شوند، اصول کارکرد آن ها می باشد. ترانسفورماتور ها بر اساس اصل القای الکترومغناطیسیبه شکل القای متقابل عمل می کند.

القای متقابل فرآیندی است که در آن یک سیم پیچ سیم به صورت مغناطیسی ولتاژی را به سیم پیچ دیگری که در نزدیکی آن قرار دارد القا می کند. پس می توان گفت که ترانسفورماتور ها در حوزه مغناطیسی کار می کنند و ترانسفورماتور ها نام خود را از این واقعیت گرفته اند که یک سطح ولتاژ یا جریان را به سطح دیگری القا می کنند.

ترانسفورماتور ها قادرند سطوح ولتاژ و جریان منبع تغذیه خود را افزایش یا کاهش دهند، بدون این که فرکانس آن را تغییر دهند، هم چنین می توانند مقدار توان الکتریکی که از یک سیم پیچ به سیم پیچ دیگر از طریق مدار مغناطیسی منتقل کنند.

سیم پیچ ترانس القایی چیست؟

سیم پیچ ترانسفورماتور معمولا از جنس آلومینیوم و مس هستند که پر کاربرد ترین هادی ها در سیم پیچ ترانسفورماتور هستند. استحکام و رسانایی مکانیکی برای مس بالا است در حالی که مواد آلومینیومی در مقایسه با مس کم هزینه تر و سبک تر هستند. به طور کلی، سیم پیچ های مسی در ترانسفورماتور های بزرگ استفاده می شود در حالی که هادی های آلومینیومی برای ترانسفورماتور های اندازه کوچک و متوسط استفاده می شوند.

یک ترانس القایی اساساً از دو سیم پیچ الکتریکی تشکیل شده است که یکی سیم پیچ اولیه و دیگری سیم پیچ ثانویه نامیده می شود. سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور، به عنوان طرفی که معمولاً انرژی الکتریکی یا برق را ازمنبع می گیرد و سیم پیچ ثانویه را به عنوان سمتی که معمولاً انرژی را به به بار منتقل می کند تعریف می کنیم.

این دو سیم پیچ در تماس الکتریکی با یکدیگر نیستند اما در عوض در اطراف یک مدار آهنی مغناطیسی بسته مشترک به نام هسته پیچیده شده اند. این هسته آهنی نرم جامد نیست اما از لایه های جداگانه متصل به هم تشکیل شده است تا به کاهش تلفات مغناطیسی هسته کمک کند. هنگامی که یک جریان الکتریکی از سیم پیچ اولیه عبور می کند، یک میدان مغناطیسی ایجاد می شود که ولتاژی را به سیم پیچ ثانویه القا می کند و موجب کارکرد ترانس القایی می شود.

فرمول سیم پیچ ترانسفورماتور

ترانسفورماتور هایی که سیستم های توزیع شبکه برق استفاده می کنند از طرح های ساده ای پیروی می کنند که از سیم پیچی در اطراف هسته مغناطیسی در مناطق مختلف استفاده می کنند. این سیم پیچ ها جریان ورودی را می گیرند و ولتاژ را با توجه به نسبت چرخش ترانسفورماتور تغییر می دهند. تعداد سیم پیچ های سیم پیچ اولیه و سیم پیچ ثانویه به ترتیب Np و Ns و ولتاژ سیم پیچ اولیه و سیم پیچ ثانویه به ترتیب Vp و Vs می باشد.

این فرمول کسری سیم پیچ ترانسفورماتور به شما می گوید که یک ترانسفورماتور ولتاژ ورودی را تغییر می دهد و اینکه ولتاژ سیم پیچ مستقیماً با تعداد دور سیم پیچ های خود متناسب است.

به خاطر داشته باشید که اگرچه این فرمول به عنوان سبت نامیده می شود، اما در واقع یک کسر است نه یک نسبت. به عنوان مثال، اگر یک سیم پیچ در سیم پیچ اولیه و چهار سیم پیچ در سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور داشته باشید، این با کسری 4/1 مطابقت دارد، به این معنی که ترانسفورماتور ولتاژ را با مقدار 4/1 کاهش می دهد. اما نسبت 1:4 به این معنی است که برای یک دور سیم پیچ اولیه، چهار سیم پیچ در ثانویه وجود دارد.

ترانس های القایی می توانند ولتاژ را افزایش یا کاهش دهند و بسته به عملکردی که انجام می دهند، به ترانسفورماتور های افزاینده یا کاهنده معروف هستند. این بدان معناست که نسبت چرخش ترانسفورماتور همیشه مثبت خواهد بود، اما می تواند بین بزرگتر از یک برای ترانسفورماتور های افزاینده یا کمتر از یک برای ترانسفورماتور های کاهنده تغییر کند.

فرمول سیم پیچ ترانسفورماتور تنها زمانی صادق است که زوایای سیم پیچ اولیه و ثانویه با یکدیگر هم فاز باشند. این بدان معنی است که برای یک منبع تغذیه جریان متناوب که بین جریان جلو و عقب سوئیچ می کند، جریان در سیم پیچ های اولیه و ثانویه در طول این فرآیند دینامیکی با یکدیگر همگام هستند. ممکن است برخی از ترانسفورماتور ها با نسبت چرخش ترانسفورماتور 1 وجود داشته باشند که ولتاژ را تغییر نمی دهند، اما در عوض برای جدا کردن مدار های مختلف از یکدیگر یا تغییر اندکی در مقاومت مدار استفاده شوند.

بیشتر بخوانید: آموزش طراحی برد الکترونیکی

روش سیم پیچی ترانس ها

سیم پیچی ترانس ها یک فرایند پیچیده است که برای ساخت آن نیاز به تخصص و دانش فنی دارید. اما به طور کلی، مراحل سیم پیچی ترانسفورماتور به شرح زیر است:

1. انتخاب هسته ترانسفورماتور: هسته ترانسفورماتور معمولاً از ورق های فولادی سیلیکونی با خواص مغناطیسی مناسب ساخته می شود.
2. طراحی الگو پیچش سیم ها: در این مرحله، الگوی پیچش برای ترانسفورماتور طراحی می شود. این الگو شامل تعداد پیچ ها، تعداد کلاف ها، تعداد دور ها و سیم های مورد نیاز می باشد.
3. چرخش سیم ها به دور هسته طبق الگوی طراحی شده: در این مرحله، سیم ها به دور هسته ترانسفورماتور پیچ می شوند. این کار با استفاده از دستگاه های خاصی صورت می گیرد. سپس این پیچ ها به کلاف های مختلف تبدیل می شوند.
4. اتصال کلاف ها: کلاف های مختلف با هم اتصال داده می شوند تا ترانسفورماتور کامل شود.
5. تست و بررسی: در این مرحله، ترانس تست و بررسی می شود تا اطمینان حاصل شود که به درستی کار می کند.

مزایای سیم پیچ ترانس

از مزایای سیم پیچ ترانس های القایی می توان به موارد زیر اشاره کرد.

• جلوگیری از نشت شار متراکم و از دست دادن آهن
• بالا بودن استحکام مکانیکی
• هنگام کار با فرکانس های بالا بسیار کارآمد است.
• هزینه تولید کم

معایب سیم پیچ ترانس

از معایب سیم پیچ ترانس های القایی می توان به موارد زیر اشاره کرد.

• سخت بودن سیم پیچی ترانس های القایی
• هزینه های بال اتر برای سیم پیچی دستی ترانس ها

کاربرد های سیم پیچ ترانسفورماتور

سیم پیچ ترانسفورماتور دو نوع است که سیم پیچ اولیه انرژی را از منبع اصلی می گیرد و سیم پیچ ثانویه انرژی را به بار منتقل می کند. از کاربرد های سیم پیچ ترانسفورماتور می توان به موارد زیر اشاره کرد.

• در مدار های AC، می توان مقدار خازن، مقاومت یا سلف را افزایش یا کاهش می دهد.
• سیم پیچ های ترانس های القایی می تواند سطح ولتاژ یا جریان را افزایش یا کاهش دهد.