ترانس برق چیست و انواع آن چه کاربردی دارد؟

شاید اسم ترانس برق را بارها شنیده باشید و برایتان سوال شده باشد که این دستگاه که گاهی سنگین و بزرگ است، دقیقا چه کاری انجام می‌دهد. این قطعه الکترونیکی در همه جا، از شارژر کوچک موبایل شما گرفته تا نیروگاه‌های عظیم برق، حضور دارد و وظیفه اساسی تغییر ولتاژ را بر عهده دارد. درک نحوه عملکرد آن برای هر کسی که با برق و وسایل الکتریکی سر و کار دارد، لازم است. در این نوشته به زبان ساده و به دور از پیچیدگی‌های فنی، بررسی می‌کنیم که ترانس برق چیست، چه ساختاری دارد و با انواع ترانسفورماتور و کاربردهای گوناگون آنها آشنا می‌شویم.

ترانسفورماتور یا ترانس برق چیست؟

اگر بخواهیم به ساده‌ترین شکل ممکن بگوییم ترانسفورماتور چیست، باید آن را یک مبدل ولتاژ دانست. ترانسفورماتور یا همان ترانس، وسیله‌ای الکتریکی است که انرژی الکتریکی را از یک مدار به مداری دیگر منتقل می‌کند، اما این انتقال با یک تغییر مهم همراه است: تغییر در سطح ولتاژ و جریان. این کار از طریق القای الکترومغناطیسی انجام می‌شود و جالب است بدانید که این دستگاه هیچ قطعه متحرکی ندارد. این ویژگی باعث می‌شود که استهلاک بسیار کمی داشته باشد و بتواند سال‌های طولانی بدون مشکل کار کند.

اساس کار این دستگاه بر پایه قانون القای فارادی بنا شده است. وقتی جریان متناوب (AC) به سیم‌پیچ ورودی آن وارد می‌شود، یک میدان مغناطیسی متغیر در هسته فلزی دستگاه ایجاد می‌کند. این میدان مغناطیسی متغیر، به نوبه خود، ولتاژی را در سیم پیچ دوم القا می‌کند. نسبت بین ولتاژ ورودی و خروجی مستقیما به تعداد دور سیم‌ها در این دو سیم‌پیچ بستگی دارد. به این ترتیب، یک ترانسفورماتور می‌تواند ولتاژ بالا را به ولتاژ پایین (کاهنده) یا ولتاژ پایین را به ولتاژ بالا (افزاینده) تبدیل کند.

همچینن بخوانید: سیم افشان چیست

ترانس برق خانگی چیست؟

حالا که با مفهوم کلی ترانس چیست آشنا شدیم، بهتر است نگاهی به نمونه‌های خانگی آن بیندازیم. ترانس برق خانگی معمولا ابعاد کوچک‌تری نسبت به نمونه‌های صنعتی دارد و وظیفه اصلی آن محافظت از وسایل برقی و تنظیم ولتاژ برای آنهاست. برق شهری ممکن است دچار نوساناتی شود که این نوسانات برای دستگاه‌های حساسی مانند تلویزیون، یخچال یا کامپیوتر مضر است. یک ترانس خانگی یا استابلایزر (تثبیت کننده ولتاژ) این نوسانات را گرفته و یک خروجی برق پایدار تحویل می‌دهد. این کار طول عمر وسایل برقی را بیشتر می‌کند.

علاوه بر این، برخی دستگاه‌های خانگی برای کار کردن به ولتاژی متفاوت از برق شهر نیاز دارند. برای مثال، زنگ در خانه‌ها یا برخی سیستم‌های صوتی قدیمی با ولتاژ پایین‌تری کار می‌کنند. در این موارد، یک ترانس کوچک کاهنده، ولتاژ ۲۲۰ ولت شهری را به ولتاژ مورد نیاز آن دستگاه، مثلا ۱۲ یا ۲۴ ولت، تبدیل می‌کند. پس کار ترانس چیست در خانه؟ هم نقش محافظ را دارد و هم نقش یک مبدل ولتاژ برای دستگاه‌های خاص.

داخل ترانس برق چیست؟

ساختار ترانسفورماتور با وجود کار مهمی که انجام می‌دهد، نسبتا ساده است. هر ترانس از سه بخش اصلی تشکیل شده است که هماهنگی آنها با یکدیگر باعث عملکرد صحیح دستگاه می‌شود. شناخت این اجزا به ما کمک می‌کند تا بهتر بفهمیم ترانس برق چیست و چگونه کار می‌کند.

• هسته (Core): این بخش مسیر اصلی عبور میدان مغناطیسی است. هسته معمولا از ورقه‌های نازک فولاد سیلیسیم‌دار ساخته می‌شود که روی هم قرار گرفته‌اند. دلیل ورقه ورقه بودن هسته، کاهش تلفات انرژی ناشی از جریان‌های گردابی (Eddy Currents) است. شکل هسته هم بر اساس طراحی و کاربرد ترانس متفاوت است.
• سیم‌پیچ اولیه (Primary Winding): این سیم‌پیچ به منبع برق ورودی متصل می‌شود. جریانی که از این سیم‌پیچ عبور می‌کند، میدان مغناطیسی را در هسته به وجود می‌آورد.
• سیم‌پیچ ثانویه (Secondary Winding): این سیم‌پیچ جایی است که ولتاژ تغییریافته از آن خارج می‌شود. انرژی از سیم‌پیچ اولیه از طریق میدان مغناطیسی به این سیم‌پیچ منتقل شده و ولتاژ جدیدی در آن القا میشود.
• عایق و سیستم خنک‌کننده: سیم‌پیچ‌ها باید به خوبی از یکدیگر و از هسته عایق‌بندی شوند. در ترانس‌های کوچک از روکش‌های لاکی برای سیم‌ها و در ترانس‌های بزرگ‌تر از روغن مخصوص استفاده می‌شود. این روغن علاوه بر عایق‌بندی، وظیفه خنک کردن سیستم را نیز بر عهده دارد.

همچنین برا ی اطلاع از قیمت و خرید محافظ برق کلیک کنید.

کاربرد و کار ترانس چیست؟

کاربرد ترانسفورماتور آنقدر گسترده است که تقریبا در تمام بخش‌های تولید، انتقال و مصرف برق می‌توان ردپای آن را دید. بدون وجود این دستگاه، سیستم برق‌رسانی امروزی عملا غیرممکن بود. اصلی‌ترین وظیفه آن، مدیریت بهینه ولتاژ برای اهداف مختلف است.

یکی از مهم‌ترین کاربردها در شبکه‌های انتقال برق است. انرژی الکتریکی در نیروگاه‌ها با ولتاژ مشخصی تولید می‌شود. برای انتقال این انرژی در مسافت‌های طولانی، ولتاژ آن را با یک ترانس افزاینده به شدت بالا می‌برند (گاهی تا چند صد هزار ولت). چرا؟ چون با افزایش ولتاژ، جریان کاهش می‌یابد و تلفات انرژی در طول مسیر انتقال (که با مجذور جریان رابطه مستقیم دارد) به شدت کم می‌شود. سپس در نزدیکی شهرها و مناطق مسکونی، ترانس‌های کاهنده این ولتاژ بالا را در چند مرحله کاهش می‌دهند تا به سطح ایمن و قابل استفاده برای مصارف خانگی و صنعتی برسد. در جدول زیر برخی از کاربردهای اصلی ترانس آورده شده است.

حوزه کاربرد	شرح وظیفه ترانسفورماتور
انتقال و توزیع برق	افزایش ولتاژ در مبدا برای کاهش تلفات و کاهش ولتاژ در مقصد برای مصرف
صنایع سنگین	تامین ولتاژهای بالا برای کوره‌های القایی و ولتاژ و جریان مناسب برای دستگاه‌های جوشکاری
الکترونیک و لوازم خانگی	کاهش ولتاژ برای مدارهای الکترونیکی (آداپتورها) و تثبیت ولتاژ برای محافظت از دستگاه‌ها
تجهیزات پزشکی و آزمایشگاهی	ایزوله کردن دستگاه‌ها از شبکه برق برای افزایش ایمنی و تامین ولتاژهای دقیق

معرفی انواع ترانس برق

انواع ترانسفورماتور بر اساس معیارهای مختلفی مانند کاربرد، ساختار، نوع خنک‌کننده و سطح ولتاژ دسته‌بندی می‌شوند. هر کدام از این دسته‌ها برای هدف خاصی طراحی شده‌اند و ویژگی‌های مخصوص به خود را دارند. شناخت این دسته‌بندی‌ها به ما کمک می‌کند تا درک بهتری از گستردگی کاربرد ترانسفورماتور پیدا کنیم.

ترانسفورماتورهای افزاینده و کاهنده

این ساده‌ترین و شناخته‌شده‌ترین دسته‌بندی است. یک ترانسفورماتور افزاینده (Step-up) تعداد دور سیم‌پیچ ثانویه‌اش بیشتر از اولیه است و ولتاژ خروجی آن بالاتر از ورودی است. این نوع در نیروگاه‌ها برای افزایش ولتاژ استفاده می‌شود. در مقابل، ترانسفورماتور کاهنده (Step-down) تعداد دور سیم‌پیچ ثانویه‌اش کمتر از اولیه است و ولتاژ خروجی آن پایین‌تر از ورودی خواهد بود. اکثر ترانس‌هایی که در وسایل الکترونیکی و مصارف خانگی می‌بینیم از این نوع هستند.

ترانس‌های قدرت و توزیع

این دسته‌بندی بر اساس جایگاه ترانس در شبکه برق است. ترانسفورماتورهای قدرت معمولا در نیروگاه‌ها و پست‌های اصلی برق با ولتاژهای بسیار بالا کار می‌کنند و ابعاد بسیار بزرگی دارند. وظیفه آنها مدیریت ولتاژ در بخش تولید و انتقال اصلی است. اما ترانسفورماتورهای توزیع آنهایی هستند که در سطح شهرها و محله‌ها می‌بینیم. آنها ولتاژ بالای خطوط انتقال را به ولتاژ استاندارد ۲۲۰ ولت برای خانه‌ها و ۳۸۰ ولت برای مصارف تجاری و کارگاهی تبدیل میکنند.

ترانسفورماتورهای خشک و روغنی

معیار این دسته‌بندی، سیستم خنک‌کننده و عایق داخلی است. در ترانسفورماتور روغنی، هسته و سیم‌پیچ‌ها در یک مخزن پر از روغن مخصوص غوطه‌ور هستند. این روغن هم عایق است و هم گرما را به خوبی منتقل می‌کند. این نوع برای توان‌های بالا مناسب است. در مقابل، ترانسفورماتور خشک از هوا برای خنک شدن استفاده می‌کند و سیم‌پیچ‌های آن با موادی مانند رزین پوشانده شده‌اند. این نوع به دلیل ایمنی بالاتر (چون روغن قابل اشتعال ندارد) برای استفاده در محیط‌های داخلی مانند ساختمان‌های مسکونی و بیمارستانها مناسب‌تر است.

ترانس‌های اندازه‌گیری CT و PT

گاهی لازم است جریان یا ولتاژ بسیار بالایی را اندازه‌گیری کنیم. اتصال مستقیم دستگاه‌های اندازه‌گیری به خطوط فشار قوی خطرناک و غیرممکن است. اینجا ترانسفورماتورهای اندازه‌گیری وارد عمل می‌شوند. ترانس جریان (CT – Current Transformer) جریان بالا را به مقدار استاندارد و قابل اندازه‌گیری (مثلا ۵ آمپر) کاهش می‌دهد. ترانس ولتاژ (PT – Potential Transformer) نیز ولتاژ بالا را به سطح استاندارد (مثلا ۱۱۰ ولت) کاهش می‌دهد تا بتوان آن را با ولت‌مترهای معمولی اندازه گرفت.

ویژگی	ترانس جریان (CT)	ترانس ولتاژ (PT)
نحوه اتصال در مدار	به صورت سری	به صورت موازی
وظیفه اصلی	کاهش جریان زیاد به مقدار قابل اندازه‌گیری	کاهش ولتاژ زیاد به مقدار قابل اندازه‌گیری
سیم‌پیچ ثانویه	تعداد دور زیاد	تعداد دور کم
بار متصل شده	آمپرمتر، رله‌های جریانی	ولت‌متر، رله‌های ولتاژی

جهت تهیه و خرید رله با بهترین قیمت کلیک کنید.

نکات مهم در انتخاب و استفاده از ترانس برق

انتخاب یک ترانس نامناسب یا استفاده نادرست از آن می‌تواند به دستگاه‌های شما آسیب بزند یا حتی خطرات ایمنی ایجاد کند. بنابراین، هنگام انتخاب و نصب یک ترانسفورماتور باید به چند مورد اساسی توجه کرد. این موارد به شما کمک می‌کند تا بهترین گزینه را برای نیاز خود پیدا کرده و از عملکرد صحیح و ایمن آن مطمئن شوید.

اولین قدم در انتخاب، مشخص کردن نیاز شماست. باید بدانید به چه ولتاژ ورودی و خروجی نیاز دارید. همچنین توان مورد نیاز دستگاهی که قرار است به ترانس متصل شود، بسیار مهم است. توان ترانس با واحد ولت-آمپر (VA) یا کیلوولت-آمپر (kVA) مشخص می‌شود و باید همیشه کمی بیشتر از توان مصرفی دستگاه شما باشد تا به ترانس فشار نیاید. موارد زیر را هنگام انتخاب در نظر بگیرید:

• توان نامی (VA یا kVA): باید متناسب با بار مصرفی شما باشد.
• ولتاژ ورودی و خروجی: باید با ولتاژ شبکه و دستگاه شما هماهنگ باشد.
• تک‌فاز یا سه‌فاز بودن: بسته به نوع برق ورودی و دستگاه شما تعیین می‌شود.
• نوع ترانس (خشک یا روغنی): بر اساس محل نصب و شرایط محیطی (فضای داخلی یا خارجی) انتخاب شود.

پس از انتخاب، نوبت به استفاده صحیح می‌رسد. ایمنی در کار با ترانس‌ها، خصوصا در ولتاژهای بالا، حرف اول را می‌زند. همیشه ترانس را در محلی خشک، خنک و با تهویه مناسب قرار دهید. از قرار دادن آن در معرض رطوبت، گرد و غبار زیاد یا حرارت مستقیم خودداری کنید. اتصالات ورودی و خروجی را به درستی و محکم برقرار کرده و از اتصال صحیح سیم ارت (زمین) اطمینان حاصل کنید.

جمع ‌بندی

در این مطلب تلاش کردیم تا به سوال اصلی «ترانس برق چیست» پاسخی جامع و در عین حال ساده بدهیم. دیدیم که ترانسفورماتور یک دستگاه الکتریکی ایستا است که با استفاده از القای مغناطیسی، ولتاژ جریان متناوب را کم یا زیاد می‌کند. با ساختار ترانسفورماتور شامل هسته و سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه آشنا شدیم و فهمیدیم که کار ترانس چیست و چه نقش مهمی در انتقال بهینه انرژی الکتریکی از نیروگاه‌ها تا خانه‌های ما دارد. همچنین انواع ترانسفورماتور مانند افزاینده، کاهنده، قدرت، توزیع و اندازه‌گیری را بررسی کردیم و به کاربرد ترانسفورماتور در حوزه‌های مختلف پرداختیم. در نهایت، اشاراتی به موارد مهم در انتخاب و استفاده ایمن از این قطعه داشتیم.

مجموعه جم ترونیک، به عنوان یکی از معتبرترین مراکز ارائه دهنده انواع ماژول‌ها، سنسورها و قطعات الکترونیک در ایران، همواره در تلاش است تا با ارائه محتوای فنی دقیق و کاربردی، دانش شما را در زمینه الکترونیک افزایش دهد. جم ترونیک صمیمانه از همراهی شما تا پایان این مقاله سپاسگزار است. شما می‌توانید برای خرید ترمینال برق و دیگر قطعات به سایت جم ترونیک مراجعه کنید.

سوالات متداول

• ترانس‌ها چگونه باعث کاهش تلفات انرژی در انتقال برق می‌شوند؟

آنها ولتاژ را در خطوط انتقال به شدت بالا می‌برند. این کار باعث کاهش جریان می‌شود و چون تلفات انرژی با مجذور جریان متناسب است، میزان هدررفت انرژی در طول مسیر به شدت کاهش پیدا می‌کند.

• چه عواملی باعث داغ شدن یا سوختن ترانس می‌شوند؟

اضافه بار (کشیدن جریانی بیش از حد مجاز)، اتصال کوتاه در خروجی، تهویه نامناسب و قرار گرفتن در محیط گرم، و همچنین پایین آمدن کیفیت روغن عایق در ترانس‌های روغنی از دلایل اصلی داغ شدن و سوختن ترانس هستند.

• چگونه توان خروجی یک ترانس را محاسبه می‌کنند؟

توان ظاهری یک ترانس بر حسب ولت-آمپر (VA) بیان می‌شود و از حاصل‌ضرب ولتاژ خروجی در حداکثر جریان مجاز خروجی به دست می‌آید. برای مثال، یک ترانس با خروجی ۱۲ ولت و جریان ۲ آمپر، توانی معادل ۲۴ ولت-آمپر دارد.

• تفاوت ترانس و آداپتور چیست؟

ترانسفورماتور فقط ولتاژ جریان متناوب (AC) را تغییر می‌دهد. اما آداپتور یک مجموعه کامل‌تر است که معمولا شامل یک ترانس، یک مدار یکسوساز (برای تبدیل AC به DC) و مدارهای فیلتر و رگولاتور برای ارائه یک ولتاژ مستقیم (DC) ثابت و تمیز است.