خودمان ترانسفورماتور بسازیم!
ترانسفورماتور
بدلیل اینکه تمامی مدارت الکترونیکی با منبع تغذیه دی سی کار میکنند و ما به علت محدودیت ظرفیت باتریها و عمر کوتاه آنها نمیتوانیم همیشه از آنها استفاده کنیم مجبوریم برق متناوب شهر را به dc تبدیل کرده و مدارات خود را تغذیه کنیم.
اگر چه برق متناوب شهر در اکثر مکانها قابل دسترس است اما ولتاژ آن ۲۲۰ ولت بالاست و برای استفاده در مدارات الکترونیکی باید ولتاژ آن را پایین اورد برای انجام این کار از ترانسفور ماتور (transformer) استفاده میشود.البته استفاده ی ترانسفورماتورها تنها در منابع تغذیه نیست بلکه در اکثر جاها کاربرد دارد که بعدا در مورد آنها صحبت خواهیم کرد .
ساختمان ترانسفور ماتور:
هر ترانسفورماتور از یک هسته ی آهنی و با دو ردیف سیم پیچ بنامهای سیم پیچ اولیه و سیم پیچ ثانویه تشکیل شده است
اندازه گیری و محاسبه ترانس تغذیه(ترانسفورماتور)
طرز کار ترانسفورماتور :
اگر به سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور جریان متناوب وصل شود بعلت تغییرات جریان در سیم پیچ اولیه تغییرات فلو خواهیم داشت و چون هسته آهنی استفاده میشود و قابلیت گذردهی (پر مابلیته) آن زیاد است این تغییرات فلو سیم پیچ ثانویه را قطع کرده و در ان ولتاژ القا میکند.
نامگذاری ترانسفورماتورها:
ترانسفورماتورها را بسته به تعداد دور سیم پیچ اولیه و ثانویه نسبت به هم نامگذاری میکنند.
-ترانسفورماتور کاهنده:
به ترانسفورماتوری اطلاق میشود که تعداد دور سیم پیچ اولیه آن بیشتر از ثانویه باشد
مثال: ترانس شارژر موبایل
-ترانسفورماتور افزاینده:
به ترانسفورماتوری اطلاق میشود که تعداد دور سیم پیچ اولیه کمتر از ثانویه باشد
مثال :ترانس های تولید برق ۲۲۰ ولت با باتری ماشین
-ترانسفورماتورها محافظ یا ایزوله:
به ترانسفورماتوری گفته میشود که تعداد دور اولیه و ثانویه آن برابر باشد.این گونه ترانسفورماتور ها برای حفاظت اشخاص از برق گرفتگی ساخته میشود.
توضیح:
وقتی انسان را برق میگیرد , بدن انسان مانند اتصال کوتاه باعث عبور تمام جریان موجود در شبکه از خود شده و خون آن سریعا لخته شده و قلب از کار می ایستد.حالا برای جلوگیری از کشته شدن انسان دو راه داریم یا ولتاژ را کاهش دهیم و یا آمپر تولیدی, ترانسفورماتورهای محافظ با تولید همان ولتاژ ۲۲۰ ولت ولی با آمپر پایین تر باعث تاخیر و یا حذف کشته شدن انسان میشود
چگونه آمپر را با ترانسفورماتور کاهش بدهیم؟
اگر در سیم پیچ اولیه از سیم لاکی شمارهی ۱۰ استفاده شود و در سیم پیچ ثانویه به همان تعداد دور ولی از سیم لاکی شماره ی ۱ استفاده کنید آمپر را ۱۰ برابر کاهش داده اید .
رابطه ی اصلی ترانسفور ماتورها:
چون در ترانسفورماتورها توان قسمت اولیه با توان قسمت ثانویه برابر است بنابراین داریم:
اندازه گیری و محاسبه ترانس تغذیه(ترانسفورماتور)
در فرمول های بالا نشان داده شده که توان در دو بخش برابر( توان ضرب جریان در ولتاژ میباشد)
پس نتیجه میگیریم که تعداد دور سیم پیچ با ولتاژرابطه ی مستقیم و با جریان رابطه ی عکس دارد.
طراحی ترانسفورماتور:
برا ی طراحی ترانسفورماتور مورد نظر باید موارد زیر را انجام داد:
– تعیین سطح مقطع هسته:
ما طراحی خود را با مثالی دنبال میکنیم.فرض کنیم ترانسفورماتور کاهنده ای میخواهیم با ولتاژ ثانویه ۶ ولت و یک آمپر بنابرین داریم:
اندازه گیری و محاسبه ترانس تغذیه(ترانسفورماتور)
– محاسبه ی دور بر ولت:
دور بر ولت یعنی به ازای یک ولت چند دور باید سیم پیچ داشته باشیم که به طریق زیر محاسبه میگردد:
اندازه گیری و محاسبه ترانس تغذیه(ترانسفورماتور)
در فرمول فوق f=50 هرتز , bm برابر ۱۲۰۰۰ در نظر گرفته میشود و پس از محاسبه داریم:
اندازه گیری و محاسبه ترانس تغذیه(ترانسفورماتور)
برای مثال مورد نظر ما دور بر ولت برابر میشود با:
اندازه گیری و محاسبه ترانس تغذیه(ترانسفورماتور)
-محاسبه تعداد دور سیم پیچ اولیه:
تعداد دور سیم پیچ اولیه از رابطه ی زیر بدست می آید:
اندازه گیری و محاسبه ترانس تغذیه(ترانسفورماتور)
برای مثال مورد نظر که ورودی ۲۲۰ ولت میباشد داریم:
اندازه گیری و محاسبه ترانس تغذیه(ترانسفورماتور)
-محاسبه ی تعداد دور ثانویه:
تعداد دور ثانویه از فرمول زیر محاسبه میشود:
اندازه گیری و محاسبه ترانس تغذیه(ترانسفورماتور)
برای مثال مورد نظر ما که v2=6 v میباشد داریم:
اندازه گیری و محاسبه ترانس تغذیه(ترانسفورماتور)
-تعیین قطر سیم های ثانویه:
برای این منظور چگالی جریان را تعریف میکنیم.بنا به تعریف چگالی جریان عبارت است از مقدار جریانی که از واحد سطح میگذرد و میتوان نوشت:
اندازه گیری و محاسبه ترانس تغذیه(ترانسفورماتور)
بطوری که i بر حسب آمپر و a بر حسب mm به توان ۲ میباشد.
برای محاسبه ی قطر سیم های ثانویه از جدول زیر استفاده میکنیم تا j را پیدا کنیم:
اندازه گیری و محاسبه ترانس تغذیه(ترانسفورماتور)
برای مثال مورد نظر ما داریم:
v2=6
I2=1
V.A P=6*1=6
از جدول J را پیدا میکنیم که میشود ۴ بنابراین داریم:
اندازه گیری و محاسبه ترانس تغذیه(ترانسفورماتور)
عدد بدست امده سطح مقطع سیم بر حسب میلی متر مربع میباشد برای پیدا کردن قطر آن از فرمول زیر استفاده میکنیم:
اندازه گیری و محاسبه ترانس تغذیه(ترانسفورماتور)
بعد از بدست آوردن d2 دنبال عدد نزدیک به این عدد در قطر سیم های استاندارد میگیردیم و سیم مورد نظر را برای ثانویه انتخاب میکنیم:
قطرهای استاندارد برای سیم ها بر حسب میلی متر عبارتند از:
۰/۲۰–۰/۱۸–۰/۱۵–۰/۱۴–۰/۱۲–۰/۱۰–۰/۰۹–۰/۰۸-۰/۰۷–۰/۵۰–۰/۴۵–۰/۴۰–۰/۳۵–
۰/۳۰–۰/۲۵–۰/۲۲–۱/۵–۱/۴–۱/۳–۱/۲–۱–۰/۸۰–۰/۷۰–۰/۶۰–۲/۵–۲/۲–۲–۱/۹–۱/۸–۱/۷-۱/۶-۳
-تعیین قطر سیم های اولیه:
برای محاسبه ی قطر سیم های اولیه همانند تعیین قطر سیم های ثانویه عمل میکنیم:
اندازه گیری و محاسبه ترانس تغذیه(ترانسفورماتور)
سپس قطر سیم را با فرمول زیر محاسبه میکنیم
اندازه گیری و محاسبه ترانس تغذیه(ترانسفورماتور)
*** بررسی قطعات فیزیکی ترانسفورماتور:
-هسته ی ترانسفورماتور:
هسته ها اشکال مختلفی دارند ولی همه ی آنها باید به صورت ورقه ای نازک و چند تکه ای باشند که هسته سریعا گرم نشود و در هسته های ورقی در زمان مرتب کردن از یک نوع چسب عایق و نسوز استفاده میشود که ورقه ها با هم اتصالی نداشته باشند
۱-هسته ی E و I:
اندازه گیری و محاسبه ترانس تغذیه(ترانسفورماتور)
2-هسته یC- CORE
این هسته ها به شکل U میباشند البته دایره ای و یا منحنی هم میتوان طراحی کرد
اندازه گیری و محاسبه ترانس تغذیه(ترانسفورماتور)
سوال:چرا اگر از هسته ی یک تیکه ای استفاده شود و یا هسته از تیکه های بزرگی تشکیل شود , گرم میشود؟
در مرحله ی اول جریان در سیم پیچ باعث ایجاد شار مغناطیسی در هسته میشود یعنی هسته حالت مغناطیسی موقت میگیرد این بدان معناست که هسته دارای دو قطب میشود .
جواب ۱-حالا اگر فرض کنید در یک ورقه ی نازک ۱۰۰ عنصر آهن باشد و در یک هسته ی ظخیم تر دیگر ۱۰۰۰ عنصر , پس نتیجه میگیریم به خاطر اینکه در هسته ی ضخیم تر عناصر بیشتری باید حرکت کنند که قطب های اهنربا ی موقت را تشکیل دهند , خیلی ساده میفهمیم که گرمای بیشتری تولید میشود
جواب ۲-شار مغناطیسی در بخش سطحی ورقه ها آنجام میشود پس ما باید سطح کلی هسته را بالا ببریم نه مقدار وزنی هسته را
*البته اینو هم بگم که برای هسته طرح های بهتری هم داده شد ولی چون در تولید انبوع مشکل ایجاد میکرد استفاده ی عمومی ندارند
*نکته: هسته را نمیشود خیلی تیکه تیکه کرد چون در واحد هر تیکه ,مساحت نقش مهمی دارد و همیشه باید مابین را در نظر گرفت
-هسته های فریت:
یک نوع هسته ای که با استفاده از ترکیبی خاص در یکی از مراکز ژاپن اختراع شده و دارای شار مغناطیسی بالا میباشد .
اندازه گیری و محاسبه ترانس تغذیه(ترانسفورماتور)
-هسته ی ترانس حلقوی:
هسته ی ترانس حلقوی
در صورت داشتن هر گونه سوال تخصصی در این زمینه در همین قسمت بیان کنید و جواب خود را در همین قسمت دریافت کنید
با آرزوی موفقیت برای همه ی ایرانیان
با سلام و درود فراوان