ترانسفورماتور یکی از اساسی ترین دستگاههای برقی موجود است و در صنایع برق و الکترونیک کاربردهای فراوان دارد. نحوه کارکرد ترانسفورماتور تروئید بدین صورت می باشد که ولتاژ را در یک مدار، به ولتاژ بالاتر یا پایین تر “تبدیل” می کند. تقریباً هر وسیله الکترونیکی که هر روز از آن استفاده می کنید، به ترانسفورماتور نیاز دارد تا ولتاژ خروجی را به ولتاژ مورد نیاز برای مدار کاهش دهد.
مقاله پیشنهادی: ترانسفورماتور قدرت
ترانسفورماتور تروئید یک مبدل به شکل دونات است. این تنها شکلی نیست که یک ترانسفورماتور می تواند داشته باشد، بلکه نمونه ای است که در بیشتر صنایع الکترونیک و توسط سازندگان ترجیح داده می شود. ترانسفورماتور تروئید بدون از دست دادن راندمان می تواند بسیار کوچک باشد، و تداخل مغناطیسی کمتری نسبت به نوع متداول ترانسفورماتور EI ایجاد می کند.
در این مقاله، نحوه کارکرد ترانسفورماتور تروئید را به زبان ساده و کاربردی توضیح میدهیم.
ساختار و اجزای ترانسفورماتور تروئید
ترانسفورماتور تروئید از سه بخش اصلی تشکیل میشود:
هسته تروئید: یک حلقه مغناطیسی از جنس ورقهای سیلیکونی یا مواد مغناطیسی دیگر که شکل حلقوی دارد.
سیمپیچ اولیه: سیمپیچی که به منبع برق متصل میشود و جریان ورودی را دریافت میکند.
سیمپیچ ثانویه: سیمپیچی که انرژی القا شده را به خروجی منتقل میکند و ولتاژ مورد نظر را تولید میکند.
برخلاف ترانسفورماتورهای EI که هسته آنها از دو نیمه تشکیل شده، در ترانسفورماتور تروئید هسته به صورت یک حلقه کامل ساخته میشود. این ساختار باعث کاهش تلفات و بهبود عملکرد میشود.
اصول کارکرد ترانسفورماتور تروئید
نحوه کارکرد ترانسفورماتور تروئید مشابه سایر ترانسفورماتورها است و بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی فارادی عمل میکند. زمانی که جریان متناوب (AC) وارد سیمپیچ اولیه میشود، یک میدان مغناطیسی متغیر در هسته ایجاد میکند. این میدان مغناطیسی در سراسر هسته تروئید گردش میکند و با عبور از سیمپیچ ثانویه، ولتاژ القایی ایجاد میشود.
میزان ولتاژ خروجی به نسبت تعداد دورهای سیمپیچ اولیه و ثانویه بستگی دارد. اگر تعداد دور ثانویه بیشتر باشد، ولتاژ خروجی افزایش مییابد و اگر کمتر باشد، ولتاژ کاهش مییابد.
مزایای طراحی تروئید
ترانسفورماتورهای تروئید بهدلیل شکل حلقوی هسته، مزایای زیادی دارند:
کاهش تلفات هسته: به دلیل بسته بودن هسته و کاهش فاصله هوا، تلفات مغناطیسی کمتر میشود.
کاهش نویز و میدان نشتی: میدان مغناطیسی در هسته محصور میشود و نشت کمتری دارد.
راندمان بالا: به دلیل کاهش تلفات، راندمان بیشتری نسبت به ترانسهای معمولی دارند.
وزن و حجم کمتر: برای توان مشابه، تروئیدها معمولاً کوچکتر و سبکتر هستند.
حرارت کمتر: به دلیل راندمان بالا، حرارت تولیدی کمتر است.
این مزایا باعث شده که ترانسفورماتور تروئید در تجهیزات صوتی، تجهیزات پزشکی، منابع تغذیه و سیستمهای حساس کاربرد زیادی داشته باشد.
نکات مهم در کارکرد و نصب
برای اینکه ترانسفورماتور تروئید بهترین عملکرد را داشته باشد، باید نکاتی رعایت شود:
اتصال صحیح سیمپیچها: اشتباه در اتصال سیمپیچ اولیه یا ثانویه میتواند باعث خرابی شود.
تهویه مناسب: با وجود حرارت کمتر، باز هم باید فضای کافی برای تهویه وجود داشته باشد.
محافظت در برابر اضافه بار: ترانس باید مطابق با توان مصرفی انتخاب شود تا از اضافه بار جلوگیری شود.
جلوگیری از نزدیک شدن به تجهیزات حساس: اگرچه میدان نشتی کمتر است، اما بهتر است ترانس از تجهیزات حساس دور نگه داشته شود.
خلاصه کارکرد ترانسفورماتور تروئید
| بخش | عملکرد | نکته مهم |
|---|---|---|
| هسته تروئید | هدایت میدان مغناطیسی | شکل حلقوی باعث کاهش تلفات میشود |
| سیمپیچ اولیه | دریافت برق ورودی | باید مطابق با ولتاژ شبکه باشد |
| سیمپیچ ثانویه | تولید ولتاژ خروجی | نسبت دورها تعیینکننده ولتاژ است |
| القای الکترومغناطیسی | انتقال انرژی بین سیمپیچها | بر اساس قانون فارادی |
| مزیت اصلی | راندمان بالا و نویز کمتر | مناسب تجهیزات حساس |
ترانسفورماتورها به القاء الکترومغناطیسی متکی هستند
فیزیکدان مایکل فارادی در سال 1831 القایی را کشف کرد که خاطرنشان کرد: جابجایی آهنربا از طریق سیم رسانای سیم پیچ شده در اطراف یک الکترون باعث ایجاد جریان الکتریکی در هادی می شود. وی دریافت که توانایی جریان متناسب با سرعت حرکت آهنربا و تعداد دور سیم پیچ است.
نحوه کارکرد ترانسفورماتور تروئید به همین صورت می باشد و از این تناسب استفاده می کند. یک سیم پیچ – سیم پیچ اولیه – را به دور یک طرف هسته فرو مغناطیسی بپیچید و یک سیم پیچ – سیم پیچ ثانویه – را به دور طرف دیگر هسته یا یک هسته متفاوت بپیچانید. هنگامی که جریان از طریق سیم پیچ اولیه به طور مداوم در حال تغییر است ، که جریان AC نامیده میشود ، یک میدان مغناطیسی را در هسته القا می کند ، و به نوبه خود جریان الکتریکی را در سیم پیچ دوم ایجاد می کند.
تا زمانی که مقدار پیک جریان یکسان بماند ، مقدار پیک میدان مغناطیسی ناشی از آن نیز تغییر نمی کند. این بدان معناست که جریان القایی در سیم پیچ ثانویه با تعداد دور افزایش می یابد. بنابراین ، ترانسفورماتور راهی برای تقویت سیگنال برقی ، که در صنعت صوتی بسیار حیاتی است ، فراهم می کند. همچنین میتوانید از ترانسفورماتور برای کاهش ولتاژ استفاده کنید، که در این حالت تعداد دورهای سیم پیچ ثانویه کمتر از تعداد دورهای سیم پیچ اولیه است.
ترانسفورماتور تروئید نویز کمتری تولید می کند
ترانسفورماتور E-I از یک جفت سیم پیچ پیچیده شده در اطراف هسته های جداگانه تشکیل شده است، که در کنار هم قرار گرفته و درون محفظه بسته می شوند. از طرف دیگر، ترانسفورماتور تروئید دارای یک هسته توروئیدی فرومغناطیسی است که در روی آن سیم پیچ های اولیه و ثانویه پیچیده شده اند. فرقی نمی کند که سیمها در تماس باشند، آنها اغلب در بالای یکدیگر لایه بندی می شوند.
جریان AC که از سیم پیچ اولیه عبور می کند، به هسته نیرو می بخشد، که به نوبه خود به سیم پیچ ثانویه انرژی می بخشد. ترانسفورماتورهای تروئیدی نسبت به ترانسفورماتور EI جمع و جور تر هستند. در صورت استفاده در تجهیزات صوتی، ترانسفورماتورهای تروئید نسبت به EI ها صدای وزوز و اعوجاج کمتری دارند و توسط سازندگان ترجیح داده می شوند.
سایر مزایای ترانسفورماتور تروئید
از آنجا که القای تروئید کارآمدتر است، تولید کنندگان می توانند ترانسفورماتورهای تروئید را نسبت به E-I کوچکتر و سبک تر کنند. این برای تولید کنندگان لوازم الکترونیکی و تجهیزات صوتی از اهمیت زیادی برخوردار است. راندمان بالاتر آن مزیت دیگری برای ترانسفورماتور تروئید ایجاد می کند. این ترانسفورماتورها در دماهای پایین تر از ترانسفورماتور E-I عمل می کند و نیاز به فن ها و دیگر راهکارهای خنک کننده را در تجهیزات حساس کاهش می دهد.
سوالات متداول
ترانسفورماتور تروئید چیست؟
ترانسفورماتور تروئید نوعی ترانس است که هسته آن به شکل حلقهای (دونات) ساخته شده و برای تبدیل ولتاژ و انتقال انرژی در تجهیزات الکترونیکی استفاده میشود.
تفاوت ترانس تروئید با ترانس EI چیست؟
تروئید هسته حلقوی دارد و تلفات و نویز کمتری دارد، در حالی که ترانس EI هستهای با دو نیمه دارد و معمولاً بزرگتر و پرصداتر است.
چرا ترانس تروئید راندمان بالاتری دارد؟
به دلیل بسته بودن هسته و کاهش میدان نشتی و تلفات هسته، راندمان بیشتری نسبت به ترانسهای معمولی دارد.
آیا ترانس تروئید برای همه دستگاهها مناسب است؟
ترانس تروئید برای دستگاههای حساس، صوتی و پزشکی مناسب است، اما برای برخی کاربردهای صنعتی با نیاز به توان بسیار بالا، ممکن است گزینههای دیگری بهتر باشند.
چگونه میتوان ترانس تروئید را درست نصب کرد؟
با رعایت اتصال صحیح سیمپیچها، انتخاب توان مناسب، تهویه کافی و جلوگیری از اضافه بار، ترانس تروئید عملکرد بهتری خواهد داشت.
سخن پایانی
ترانسفورماتور تروئید به دلیل طراحی خاص و مزایای برجستهای مانند راندمان بالا، نویز کم، حجم و وزن کمتر، یکی از گزینههای محبوب در تجهیزات الکترونیکی و صنعتی محسوب میشود. کارکرد این ترانس بر پایه اصول القای الکترومغناطیسی است و با تمرکز میدان مغناطیسی در هسته حلقوی، انتقال انرژی را با کمترین تلفات انجام میدهد. با رعایت نکات نصب و انتخاب درست توان، ترانسفورماتور تروئید میتواند عملکرد پایدار و طول عمر بالایی برای دستگاهها فراهم کند و نقش مهمی در بهبود کیفیت سیستمهای الکتریکی ایفا کند.