ترانسفورماتورها

ترانسفورماتور وسیله ای است که انرژی  الکتریکی ac  را از ولتاژی به ولتاژ دیگر تبدیل می کند و این را از طریق اندرکنش میدان های مغناطیسی انجام می دهد . این اسباب از دو یا چند پیچک پیچیده شده به دور یک هسته فرو مغناطیسی معمولی تشکیل می شود. این پیچک ها (معمولا) مستقیما به هم متصل نشده اند. تنها ارتباط بین پیچک ها توسط شار مغناطیسی درون هسته برقرار می شود .
یکی از سیم پیچی های ترانسفورماتور به منبع قدرت ac  متصل می شود و دومین یا سومین سیم پیچی, توان الکتریکی بار را تامین می کند.
سیم پیچی که به منبع قدرت ac وصل است , سیم پیچی اولیه یا سیم پیچی ورودی و سیم پیچی ای که به بار وصل می شود را سیم پیچی ثانویه یا سیم پیچی خروجی می گویند. اگر به جز سیم پیچی اولیه (سیم پیچی ورودی) و سیم پیچی ثانویه (سیم پیچی متصل به بار) سیم پیچی سومی باشد , آن را سیم پیچی سومی می خوانیم.
کاربرد  ترانسفورماتورها
اولین سیستم توزیع قدرت در ایالات متحده یک سیستم 120 ولت dc بود که بوسیله ی توماس ای . دیسون اختراع شد تا توان مورد نیاز لامپهای روشنایی اتهابی را تامین کند. اولین نیروگاه شهری ادیسون در سپتامپر 1882 در نیویورک راه اندازی شد.
متاسفانه , سیستم قدرت او , توان را در چنان ولتاژ کمی تولید می کرد و انتقال می داد که برای تامین توانهای قابل توجه ,جربان های بسیار بزرگی لازم داشت. این جریان های بزرگ ,افت ولتاژها و تلفات توان بسیار بزرگی را در خطوط اتقال سبب می شدند, که ناحیه خدمت رسانی یک نیروگاه را واقعا محدود می کرد. در دهه ی 1880, برای غلبه براین مشکل به ازای هر چند محله, یک نیروگاه وجود داشت. این حقیقت که با سیستم های قدرت dc ولتاژ پایین نمی شود توان را تا مسافت های دور انتقال داد,  موجب می شد که نیروگاهها , کوچک و محلی و در نتیجه نسبتا کم بازده باشند.
اختراع ترانسفورماتور و پیشرفت همزمان منابع قدرت ac  محدودیت های مسافت و سطح توان سیستم قدرت را برای همیشه بر طرف کرد. یک ترانسفورماتور بدون اینکه تاثیری بر توان داده شده بگذارد به طور مطلوبی سطح ولتاژ ac  را تغییر می دهد. اگر ترانسفورماتوری سطح ولتاژ مداری را افزایش دهد  , باید جریان را کاهش دهد تا توان ورودی اش با توان خروجی اش برابر باشد . بنابراین می توان توان الکتریکی ac را در محل اصلی تولید کرد, ولتاژ آن را برای انتقال به مسافت های طولانی با تلفات اندکی افزایش داد و دیگر بار برای استفاده نهایی ولتاژش را پایین آورد. چون تلفات انتقال خطوط یک سیستم قدرت با مجذور جریان خطوط متناسب است , افزایش ولتاژ انتقال و کاهش جریان ناشی از آن با ضریب 10, تلفات انتفال را با ضریب 100 کاهش می دهد . بدون ترانسفورماتور , استفاده از انرژی الکتریکی در بسیاری از کاربردهای امروزی به سادگی امکان پذیر نبود.
در یک سیستم قدرت امروزی , توان الکتریکی در ولتاژهای 12 تا 25 کیلوولت تولید می شود . ترانسفورماتورها ولتاژ را برای انتقال با تلفات کم در مسافتهای طولانی به kv110 تا kv 1000 افزایش می دهند و سپس آن را برای توزیع محلی به kv12 تا kv34/5 می رسانند و سرانجام استفاده ی ایمن از توان در منازل , ادارات و کارخانجات را در ولتاژ کمی مثل kv120 ممکن می رساند.
انواع ترانسفورماتورها و ساختمان تشکیل دهنده ی آنها
مقصود اصلی ترانسفورماتورها تبدیل توان ac از یک سطح دیگری از ولتاژ و در همان فرکانس است. ترانسفورماتورها برای مقاصد متنوع دیگری نیز به کار میروند ( مثلا , نمونه گیری ولتاژ, نمونه گیری جریان و تبدیل فرکانس ).
ترانسفورماتورهای قدرت بر روی دو نوع هسته  ساخته می شوند. یک نوع, یک قطعه فولاد لایه لایه ی مستطیل شکل است که سیم پیچی های ترانسفورماتور روی دو ضلع آن پیچیده می شوند . این ساختمان به نام هسته ای شناخته می شود . نمونه ای از ساختمان داخلی این ترانسفورماتور در شکل زیر آمده است:

نوع دیگر هسته لایه لایه ای با سه ساق دارد که سیم پیچی ها حول ساق وسط آن پیچیده می شوند. این ساختمان به عنوان زرهی شناخته می شود:

در هر دو حالت, هسته از ورقه های نازکی ساخته می شود که از نظر الکتریکی نسبت به هم عایق اند تا جریان های گردابی به حداقل برسد.
اولیه و ثانویه ی ترانسفورماتور فیزیکی بر روی هم پیچیده می شوند به طوریکه سیم پیچی فشار ضعیف سیم پیچی زیرین را تشکیل می دهد . چنین آرایشی دو منظور را تامین می کند :
1. مسئله ی عایقبندی سیم پیچی فشار قوی نسبت به هسته را آسان می کند.
2. شار نشتی را نسبت به حالتی که دو سیم پیچی با فاصله از هم روی هسته قرار دارند, کاهش می دهد.
به ترانسفورماتورهای قدرت بسته به استفاده ای که در سیستم  قدرت دارند نام های مختلفی داده می شود. ترانسفورماتوری که به خروجی ژنراتور وصل میشود تا ولتاژ آن را تا حد انتقال (kv 110 +) بالا ببرد ترانسفورماتور واحد می گویند
ترانسفورماتوری که در طرف دیگر خط انتقال , ولتاژ را تا حد ولتاژهای توزیع (2/3 تا 34/5 کیلو ولت ) پایین بیاورد, ترانسفورماتور پست می نامند
سرانجام , ترانسفورماتوری که ولتاژ توزیع را به ولتاژ نهایی برای مصرف توان( 110, 208, 220 ولت و… ) کاهش می دهد , ترانسفورماتور توزیع نام دارد:
همه ی این ترانسفورماتورها اساسا مشابه اند – تنها تفاوت در استفاده از آنهاست.
علاوه بر ترانسفورماتورهای گوناگون قدرت دو ترانسفورماتور خاص , همراه با ماشین های الکتریکی و سیستم های قدرت به کار می رود. اولی وسیله ای است که برای نمونه گیری ولتاژ فشار قوی و ایجاد یک ولتاژکم در ثانویه ,متناسب با ولتاژ اولیه, به کار می رود, چنین ترانسفورماتوری ترانسفورماتور ولتاژ نام دارد :

ترانسفورماتور قدرت نیز در ثانویه اش ولتاژی ایجاد می کند که مستقیما با ولتاژ اولیه متناسب است. تفاوت بین این دو در این است که ترانسفورماتور ولتاژ برای کار با جریان های بسیار کم طراحی می شود .
دومین ترانسفورماتور خاص اسبابی است که برای فراهم کردن  جریان ثانویه ای بسیار کوچکتر , اما متناسب با جریان اولیه اش طرح می شود . این وسیله ترانسفورماتور جریان نام دارد:

نوع زیر در مکان های مرطوب استفاده می شود.