ترانس و مینیاتوری
در یک نگاه، ترانسفورماتور (Transformer) دستگاهی الکترومغناطیسی است که با القای متقابلِ دو یا چند سیم‌پیچِ جدا از هم، توان متناوب را از یک مدار به مدار دیگر منتقل می‌کند و هم‌زمان سطح ولتاژ، جریان یا حتی تعداد فاز را تغییر می‌دهد. این قطعه—from شارژر موبایل تا پست ۴۰۰ کیلوولت—زیربنای توزیع و انتقال انرژی در جهان مدرن است. electronics-tutorials.ws طراحی آن بر پایهٔ استاندارد جامع IEC 60076 انجام می‌شود webstore.iec.ch و نصبش در تأسیسات باید الزامات مادهٔ ۴۵۰ «NEC 70» را رعایت کند تا از نظر ایمنی، تهویه و حفاظت اضافه‌جریان مطمئن باشد. nfpa.org
اصل عملکرد
-
با اعمال ولتاژ متناوب به سیم‌پیچ اولیه، شار متغیّر در هستهٔ آهنی ایجاد می‌شود و این شار در سیم‌پیچ ثانویه ولتاژ القا می‌کند؛ نسبت ولتاژها برابر نسبت دورِ سیم‌پیچ‌ها است. electronics-tutorials.ws
-
چون مسیر انرژی از راه شار مغناطیسی است، هیچ اتصال الکتریکی مستقیمی میان مدارها نیست و ترانس به‌طور طبیعی «ایزولاسیون» ایجاد می‌کند. electronics-tutorials.ws
اجزای کلیدی
-
هستهٔ لایه‌ای فولاد سیلیکونی که با لایه‌لایه‌کردن ورق‌ها جریان‌های گردابی و تلفات آهن را کم می‌کند. maddox.com
-
سیم‌پیچ‌های مسی یا آلومینیومی با عایق کاغذ/پلی‌استر.
-
روغن معدنی یا رزین اپوکسی (در ترانس خشک) برای خنک‌کاری و عایق‌بندی.
-
تجهیزات جانبی: بوخهولز رِلی، ترمومتر، تپ‌چنجر، بوشینگ و رطوبت‌گیر سیلیکاژل.
طبقه‌بندی رایج
| نوع ترانس | بازهٔ ولتاژ/توان | ویژگی شاخص | منبع |
|---|---|---|---|
| قدرت | ۱۰ MVA تا گیگا‌ولت‌آمپر | اتصال ژنراتور به شبکهٔ فوق توزیع؛ عایق‌کاری قوی | |
| توزیع | تا ۵ MVA، زیر ۳۶ kV | نزدیک مصرف‌کننده؛ تلفات بی‌باری پایین | |
| خشک (Dry-Type) | تا ≈۲۰ MVA | نسوز، بدون روغن، مناسب فضاهای سرپوشیده | |
| روغنی | رایج‌ترین در پست‌های بیرونی | خنک‌کاری عالی، نیازمند بررسی دوره‌ای روغن | |
| اتوترانس | هر دو سیم‌پیچ مشترک است | وزن و هزینهٔ کمتر؛ تنظیم ولتاژ یا راه‌اندازی نرم | |
| ایزولاسیون / ابزار دقیق (CT, PT) | چند صد ولت یا چند آمپر | جداسازی و مقیاس‌بندی سیگنال برای لوازم اندازه‌گیری |
تلفات و بازده
ترانس دو منبع اصلی اتلاف دارد:
-
تلفات آهن (No-Load) شامل هیسترزیس و گردابی در هسته.
-
تلفات مس (Load Loss) ناشی از جریان در سیم‌پیچ‌ها.
مهندسان با انتخاب فولاد دانه‌گرایش‌یافته و هادی‌های مقطع بزرگ، راندمان را تا ۹۹٫۵ ٪ بالا می‌برند.
آزمون و نگهداری
-
تست‌های روتین IEC 60076 شامل مقاومت سیم‌پیچ، نسبت ولتاژ، امپدانس کوتاه، تلفات و آزمون فشار برق است.
-
در ترانس روغنی، پایش روزانهٔ دمای روغن و سطح روغن، و آزمایش سالانهٔ دی‌الکتریک و گاز محلول ضروری است.
-
ترانس خشک عمدتاً «بی‌نگهداری» است و بازدید چشمی و تمیزکاری فصلی کفایت می‌کند.
استانداردها و الزامات ایمنی
-
IEC 60076 (طراحی، نام‌گذاری، آزمون و صفحهٔ مشخصات)
-
NEC 70 – Article 450 (مکان نصب، تهویه، حفاظت اضافه‌جریان و الزامات محفظهٔ نسوز)
-
الزامات خاص ترانس خشک در فضاهای عمومی به‌منظور جلوگیری از حریق ضروری است.
روندهای نوآوری و وضعیت بازار
-
استفاده از هادی و مبدّل‌های SiC / GaN در ترانسفورماتورهای فرکانس متوسط برای مزارع خورشیدی و بادی.
-
بحران جهانی کمبود ترانسفورماتور—به‌ویژه توان بالا—برنامه‌های توسعهٔ شبکهٔ انرژی تجدیدپذیر را به تعویق انداخته است و بزرگ‌ترین سازندهٔ جهان هشدار داده که «گلوگاهِ عرضه» حداقل تا ۲۰۲۶ ادامه دارد.
نکات کلیدی انتخاب
-
سطح ولتاژ و توان نامی را دقیق از روی مدرک شبکه یا موتور تعیین کنید.
-
در فضاهای بسته یا مناطق پرتردد، ترانس خشک رزینی ریسک آتش‌سوزی را می‌کاهد.
-
برای فواصل طولانی یا یکپارچه‌سازی نیروگاه‌های بادی، ترانس قدرت با تپ‌چنجر آنلاین و راندمان بالا مناسب‌تر است.
-
الزامات تهویه و حوضچهٔ حریق (در مدل روغنی) را طبق NEC و مقررات محلی حتماً پیش‌بینی کنید.
با درک اصول عملکرد، طبقه‌بندی و استانداردهای فوق می‌توانید ترانسفورماتوری انتخاب کنید که نه‌تنها نیاز فنی پروژه را برآورده سازد، بلکه در طولانی‌مدت ایمن، پربازده و کم‌هزینه باشد.