ترانسفورماتورها از اصلی‌ترین تجهیزات در صنعت برق و الکترونیک محسوب می‌شوند که وظیفه تبدیل ولتاژ را در سیستم‌های قدرت، الکترونیک صنعتی، تجهیزات آزمایشگاهی، و حتی دستگاه‌های خانگی بر عهده دارند. از زمان اختراع ترانسفورماتور، این وسیله به عنوان یک رابط ضروری برای انتقال بهینه انرژی الکتریکی به کار گرفته شده است. با وجود کاربرد گسترده این تجهیزات، شناخت دقیق انواع ترانسفورماتور و تفاوت‌های آن‌ها برای انتخاب، تعمیر، نگهداری و استفاده صحیح، ضروری است. در این مقاله به بررسی جامع و دقیق انواع ترانسفورماتورها، ویژگی‌ها، کاربردها و مزایا و معایب هر نوع خواهیم پرداخت.
دسته بندی ترانسفورماتورها بر اساس عملکرد
۱. ترانسفورماتور افزاینده (Step-up Transformer)
این نوع ترانسفورماتور برای افزایش سطح ولتاژ از منبع به بار استفاده می‌شود. به طور معمول در نیروگاه‌ها برای افزایش ولتاژ تولید شده و انتقال آن به خطوط ولتاژ بالا به کار می‌رود. در این ترانس، تعداد دور سیم‌پیچ ثانویه بیشتر از اولیه است. مزیت اصلی آن کاهش تلفات انرژی در طول انتقال است.
۲. ترانسفورماتور کاهنده (Step-down Transformer)
برعکس مدل افزاینده، این ترانسفورماتور سطح ولتاژ را کاهش می‌دهد. بیشتر در ایستگاه‌های توزیع برای تبدیل ولتاژ بالا به ولتاژ مصرفی (مثلاً 220 یا 380 ولت) استفاده می‌شود. این نوع ترانسفورماتور از متداول‌ترین انواع در شبکه‌های برق شهری است.
طبقه بندی بر اساس نوع هسته
۱. ترانسفورماتور هسته حلقوی (Toroidal)
این نوع ترانس با هسته‌ای دایره‌ای شکل ساخته می‌شود و مزایای زیادی از جمله بهره‌وری بالا، کاهش نویز مغناطیسی و ابعاد کوچک‌تر نسبت به مدل‌های معمولی دارد. کاربرد آن‌ها در تجهیزات صوتی، ابزار دقیق و منابع تغذیه صنعتی گسترده است.
۲. ترانسفورماتور هسته EI
در این نوع، هسته از ورق‌های فلزی به شکل E و I ساخته شده که به صورت لایه‌لایه روی هم قرار می‌گیرند. بیشتر در منابع تغذیه خطی، ترانسفورماتورهای آموزشی و ترانسفورماتورهای قدرت استفاده می‌شود. ساختار ساده‌تری نسبت به حلقوی دارد اما ممکن است نویز بیشتری تولید کند.
ترانسفورماتور بر اساس کاربرد
۱. ترانسفورماتور قدرت
این نوع ترانس برای انتقال انرژی الکتریکی در مقیاس بالا و بین ولتاژهای بالا طراحی شده است. معمولاً در ایستگاه‌های برق و شبکه‌های انتقال دیده می‌شوند. قدرت آن‌ها از چند صد کیلوولت‌آمپر تا هزاران مگاولت‌آمپر متغیر است.
۲. ترانسفورماتور توزیع
ترانس‌های توزیع برای کاهش ولتاژ در نزدیکی مصرف‌کنندگان طراحی شده‌اند. این ترانس‌ها نسبت به نوع قدرت کوچک‌تر بوده و به صورت هوایی یا زمینی در سطح شهرها نصب می‌شوند.
۳. ترانسفورماتور ابزار دقیق (Instrument Transformer)
این ترانس‌ها برای اندازه‌گیری و کنترل طراحی شده‌اند و خود به دو نوع تقسیم می‌شوند:
-
ترانس ولتاژ (VT یا PT) برای اندازه‌گیری ولتاژ بالا بدون آسیب به تجهیزات اندازه‌گیری
-
ترانس جریان (CT) برای اندازه‌گیری جریان‌های بالا
ترانسفورماتور بر اساس محیط عملکرد
۱. ترانسفورماتور خشک (Dry Type)
در این نوع ترانس، از روغن برای خنک‌کاری استفاده نمی‌شود و معمولاً سیم‌پیچ‌ها با رزین یا اپوکسی عایق می‌شوند. مناسب برای فضاهای داخلی، بیمارستان‌ها، مراکز داده، و مناطق پر خطر از نظر آتش‌سوزی است.
۲. ترانسفورماتور روغنی (Oil Immersed)
سیم‌پیچ‌ها و هسته درون تانک پر از روغن قرار دارند که به عنوان خنک‌کننده و عایق عمل می‌کند. این مدل در محیط‌های بیرونی و سیستم‌های فشار قوی مورد استفاده قرار می‌گیرد. مراقبت از کیفیت روغن در این نوع ترانس اهمیت بالایی دارد.
ترانسفورماتور بر اساس تعداد فاز
۱. ترانسفورماتور تک فاز
این ترانس برای کاربردهای خانگی یا صنعتی سبک مناسب است. ساختار ساده و ابعاد کوچک‌تری دارد و در مکان‌هایی که به برق سه فاز نیاز نیست، استفاده می‌شود.
۲. ترانسفورماتور سه فاز
در این مدل، سه سیم‌پیچ اولیه و سه سیم‌پیچ ثانویه با اتصال‌های مثلث (Δ) یا ستاره (Y) طراحی شده‌اند. کاربرد آن‌ها در صنایع سنگین، کارخانه‌ها و شبکه‌های برق سه فاز رایج است.
ترانسفورماتورهای خاص
۱. ترانسفورماتور ایزوله (Isolation Transformer)
این نوع ترانس برای جداسازی الکتریکی مدارها استفاده می‌شود و ولتاژ اولیه و ثانویه برابر است. کاربرد آن در بیمارستان‌ها، آزمایشگاه‌ها و تجهیزات حساس دیده می‌شود.
۲. ترانسفورماتور اتوترانس (Autotransformer)
دارای یک سیم‌پیچ مشترک است که بخشی از آن به عنوان اولیه و ثانویه عمل می‌کند. کارایی بالاتر و ابعاد کوچک‌تری دارد اما ایزولاسیون الکتریکی بین ورودی و خروجی وجود ندارد.
۳. ترانسفورماتور فرکانس بالا
در منابع تغذیه سوئیچینگ و سیستم‌های مخابراتی استفاده می‌شود. طراحی آن‌ها معمولاً با هسته‌های فریت است و برای فرکانس‌های چند کیلوهرتز تا چند مگاهرتز مناسب‌اند.
مقایسه اجمالی برخی از ترانسفورماتورها
| نوع ترانس | کاربرد | مزایا | معایب |
|---|---|---|---|
| قدرت | انتقال برق بین نیروگاه و ایستگاه | ظرفیت بالا، طول عمر زیاد | هزینه بالا، نیاز به نگهداری |
| توزیع | برق‌رسانی به مصرف‌کننده | سبک، ارزان‌تر | افت ولتاژ در فواصل بلند |
| ایزوله | حفاظت تجهیزات حساس | امنیت بیشتر | اندازه بزرگ‌تر |
| اتوترانس | تغذیه موتور یا تنظیم ولتاژ | راندمان بالا | عدم جداسازی الکتریکی |
| خشک | فضاهای داخلی | ایمنی در برابر آتش | خنک‌کنندگی ضعیف‌تر نسبت به روغنی |
انتخاب ترانسفورماتور مناسب؛ چه عواملی را باید در نظر گرفت؟
۱. نوع کاربرد: صنعتی، خانگی، پزشکی یا مخابراتی
۲. مقدار توان و ولتاژ مورد نیاز
۳. نوع نصب (داخلی یا بیرونی)
۴. ایمنی و سطح ایزولاسیون
۵. بودجه و فضای در دسترس
آینده ترانسفورماتورها و فناوری‌های نوین
با گسترش انرژی‌های تجدیدپذیر، ترانسفورماتورها نیز با فناوری‌هایی مانند ترانسفورماتورهای هوشمند، نانوکامپوزیت‌ها در عایق‌ها، ترانس‌های دیجیتال و ترانس‌های سازگار با شبکه هوشمند (Smart Grid) در حال تحول هستند.
ترانسفورماتورها جزء جدانشدنی سیستم‌های قدرت، کنترل، الکترونیک و مخابرات هستند. تنوع بالای انواع آن‌ها باعث شده انتخاب درست ترانس مناسب یک ضرورت فنی باشد. آشنایی با انواع ترانسفورماتور بر اساس ولتاژ، تعداد فاز، محیط استفاده و کاربرد، به مهندسان و کاربران کمک می‌کند تا با دیدی بازتر اقدام به خرید، نصب یا تعمیر ترانس نمایند. با پیشرفت فناوری و نیازهای جدید، بی‌تردید این تجهیزات نیز به سمت هوشمندتر شدن و بهره‌وری بالاتر حرکت خواهند کرد.
