یک ترانسفورماتور خوب چه ویژگی هایی باید داشته باشد
مقدمه
در صنعت برق انواع مختلفی از ترانسفورماتورها در سیستم قدرت الکتریکی برای اهداف مختلف مانند تولید، توزیع، انتقال و استفاده از توان الکتریکی، مورد استفاده قرار می‌گیرند. به طور کلی یک ترانسفورماتور متشکل از دو سیم‌پیچ با هسته‌های فلزی می‌باشد که در درون محفظه‌ای از جنس ورق استیل بگیر قرار گرفته است. قیمت ورق استیل بگیر مورد استفاده در ترانسفورماتورها نسبت به سایر اجزاء آن بسیار ناچیز است، لذا از ورق استیل 409 به سادگی در این صنعت استفاده می‌گردد.
طراحی مخازن ساخته شده از ورق استیل بگیر به گونه‌ای است که دارای ضخامت دیواره مناسبی بوده و مقاومت کافی در برابر فشار ایجاد شده در محفظه را داشته باشد. لازم است جهت دستیابی به سایز بهینه، ترانسفورماتور متناسب با شرایط محل نصب و قیمت ورق استیل بگیر موجود در بازار طراحی گردد. یکی از پرکاربردترین مواد مورد استفاده ورق استیل 409 است که در ساخت انواع محفظه مورد استفاده قرار گرفته است. نقش اصلی محفظه ترانسفورماتور، محافظت از قسمت فعّال است و به گونه‌ای ساخته می‌شود که دارای استحکام کافی برای مقاومت در برابر صدمات داخلی و خارجی باشد.
انواع ترانسفورماتور
انواع کلی ترانسفورماتور عبارتند از:
ترانسفورماتور پله بالا و پایین
ترانسفورماتور قدرت
ترانسفورماتور توزیع
ترانسفورماتور ابزاری شامل ترانسفورماتور جریان و پتانسیل
ترانسفورماتور پله بالا و پایین
این نوع ترانسفورماتور بر اساس تعداد دور در سیم پیچ‌های اولیّه و ثانویه و EMF القایی دسته بندی می‌شود. ترانسفورماتور پله بالا، برق AC با ولتاژ پایین و جریان بالا را به برق AC با ولتاژ بالا و جریان کم تبدیل می‌کند. در این نوع ترانسفورماتور تعداد دور سیم‌پیچ ثانویه بیشتر از تعداد دور سیم‌پیچ اولیه است.
ترانسفورماتور پله پایین یک ولتاژ اولیه بالا با جریان کم را به یک ولتاژ پایین با جریان بالا تبدیل می‌کند. در این نوع ترانسفورماتور تعداد دور سیم پیچ اوّلیه بیشتر از تعداد دور سیم پیچ ثانویه است.
ترانسفورماتور قدر (ترانس برق)
از ترانسفورماتورهای قدرت در شبکه‌های انتقال ولتاژ بالا استفاده می‌گردد. انواع ترانسفورماتور با قدرت‌های مختلف شامل400، 200، 110، 66 و 33 کیلو ولت ساخته می‌شود. ترانس برق به طور عمده در ایستگاه‌های تولید و پست‌های انتقال نصب می‌شود. آنها برای حداکثر بازده 100٪ طراحی شده‌اند. اندازه آنها در مقایسه با ترانسفورماتور توزیع بزرگتر است. در ولتاژ بسیار بالا، برق را نمی‌توان مستقیماً بین مصرف کننده توزیع کرد، بنابراین با کمک ترانسفورماتور قدرت کاهنده، توان به سطح مورد نظر کاهش می‌یابد.
اگر ترانسفورماتور قدرت در شبکه انتقال وصل باشد، نوسان بار بسیار کمتر خواهد بود. ترانسفورماتور به مدت 24 ساعت در ایستگاه انتقال بارگذاری می‌شود، بنابراین اتلاف هسته و مس برای کل روز رخ می‌دهد. ترانسفورماتور قدرت، زمانی مقرون به صرفه است که برق در سطوح ولتاژ پایین تولید شود. اگر سطح ولتاژ افزایش یابد، جریان ترانسفورماتور قدرت کاهش می‌یابد و در نتیجه تلفات نیز افزایش می‌یابد.
ترانسفورماتور توزیع
این نوع ترانسفورماتور در پتانسیل‌های پایین‌تری مانند 11 کیلو ولت، 6.6 کیلو ولت، 3.3 کیلو ولت، 440 ولت و 230 ولت استفاده می‌شوند. دارای توان کمتر از 200 مگاولت آمپر هستند و در شبکه توزیع برای ایجاد تبدیل ولتاژ در سیستم قدرت با پایین آوردن سطح ولتاژ استفاده می‌شوند. از این نوع ترانسفورماتور در ایستگاه‌های توزیع که برق مناسب مصرف کننده را تبدیل می‌نماید، مورد استفاده قرار می‌گیرد. سیم پیچ اوّلیه ترانسفورماتور توزیع توسط سیم مسی یا آلومینیومی با پوشش لعابی پیچیده می‌شود. یک نوار ضخیم از آلومینیوم و مس برای ساخت ثانویه ترانسفورماتور استفاده می‌گردد که یک سیم پیچ با جریان بالا و ولتاژ پایین است. برای عایق کاری از کاغذ و روغن آغشته به رزین استفاده می‌شود.
ترانسفورماتور توزیع کمتر از 33 کیلو ولت در صنایع و 440 و220 ولت برای مصارف خانگی استفاده می‌شود. اندازه آن کوچکتر است، نصب آن آسان است و تلفات مغناطیسی کمی دارد و همیشه به طور کامل بارگذاری نمی‌شود. از آنجایی که در طول 24 ساعت برای بار ثابت کار نمی‌کند ( در روز بار آن در اوج است و در ساعات شب بسیار سبک بارگذاری می‌شود) بنابراین راندمان آن به چرخه بار بستگی داشته و به عنوان راندمان تمام روز محاسبه می شود. ترانسفورماتورهای توزیع برای حداکثر بازده 60 تا 70 درصد طراحی شده‌اند.
موارد استفاده از ترانسفورماتور توزیع در ایستگاه‌های پمپاژ که سطح ولتاژ زیر 33 کیلو ولت است، منبع تغذیه برای سیم‌های هوایی راه آهن در مناطق شهری و بسیاری از خانه‌ها در مناطق شهری و روستایی می‌باشد. ترانسفورماتورهای توزیع چندگانه برای مناطق صنعتی و تجاری استفاده می‌شود. در مزارع بادی که انرژی الکتریکی توسط آسیاب‌های بادی تولید می‌شود نیز از این نوع ترانسفورماتور استفاده می‌گردد.
ضرورت استفاده از روغن در ترانسفورماتور توزیع
روغن موجود در ترانسفورماتور برای اهداف ذیل مورد استفاده قرار می‌گیرد:
به عنوان خنک کننده
عایق بندی سیم پیچ‌ها
محافظت در برابر رطوبت
ترانسفورماتور ابزار
ترانسفورماتور ابزار به طور کلی به عنوان یک ترانسفورماتور ایزوله شناخته می‌شود. ترانسفورماتور ابزاری یک وسیله الکتریکی است که برای تبدیل جریان و همچنین سطح ولتاژ استفاده می‌شود. متداول‌ترین استفاده از ترانسفورماتور ابزار، جداسازی ایمن سیم پیچ ثانویه در زمانی است که سیم پیچ اوّلیه دارای ولتاژ و جریان بالا باشد تا ابزار اندازه‌گیری، کنتورهای انرژی یا رله‌هایی که در سمت سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور متصل هستند، آسیب نبینند. ترانسفورماتور ابزار به دو نوع تقسیم می شود:
ترانسفورماتور جریان(CT)
ترانسفورماتور پتانسیل (PT)