ترانسفورماتور کاهنده وسیله‌ای غیرفعال است که سطح ولتاژ را از بالا به پایین یا کم به زیاد تبدیل می‌کند. ترانسفورماتوری که توان ولتاژ بالا را به ولتاژ پایین تبدیل می‌کند، ترانسفورماتور پله پایین (step-down) و ترانسفورماتوری که ولتاژ پایین را به ولتاژ بالا تبدیل می‌کند، ترانسفورماتور پله‌ای بالا (step-up) می‌نامند.

یک ترانسفورماتور بر اصل القایی متقابل کار می‌کند که به عنوان قانون القای الکترومغناطیسی فارادی شناخته می‌شود و معروف است که بیان می‌کند مقدار ولتاژ مستقیماً با سرعت تغییر شار مغناطیسی متناسب است.

برای درک عمیق‌تر عملکرد ترانسفورماتور، بیایید اصول آن را درک کنیم.

القای متقابل:

این بدان معنی است که یک جریان در یک سیم‌پیچ زمانی ایجاد می‌شود که در مجاورت یک سیم‌پیچ حامل جریان با تغییر شار مغناطیسی قرار می‌گیرد. این جریان القا شده مستقیما متناسب با نرخ تغییر در جریان است.

قانون فارادی:

طبق قانون فارادی، هر تغییری در میدان مغناطیسی در نزدیکی سیم‌پیچ یا هادی به تولید نیروی محرکه الکتریکی (EMF) منجر می‌شود که در داخل سیم‌پیچ به علت تغییر شار مغناطیسی ایجاد می‌شود.

ساخت و ساز ترانسفورماتور کاهنده :

ترانسفورماتور از قسمت‌های اصلی زیر تشکیل شده است:

هسته:

سیم‌پیچ‌هایی که روی ماده خاصی پیچیده می‌شوند در مجموع یک هسته ترانسفورماتور را تشکیل می‌دهند. این هسته‌ها از مواد نفوذپذیر بسیار بالا ساخته شده‌اند که قادر به انتقال شار هستند. هسته ترانسفورماتور به عنوان یک مسیر یا کانال برای جریان آسان شار مغناطیسی عمل می‌کند. این هسته‌ها با استفاده از مواد فرو مغناطیسی ساخته می‌شوند که نفوذپذیری بالایی مانند آهن دارند. در ترانسفورماتورها، ما از ورق‌های آهن نازک فلزی به جای یک هسته جامد منفرد استفاده می‌کنیم، زیرا هسته یکپارچه جامد باعث تولید بیشتر جریان‌های گردابی می‌شود و این باعث کاهش کارایی ترانسفورماتور می‌شود.

سیم پیچی:

ترانسفورماتورها دارای سیم‌های تماس هستند که سیم‌پیچ نامیده می‌شوند. در اینجا، ما از سیم با مقاومت کمتر و رسانایی خوب استفاده می‌کنیم که برای به دست آوردن بازده خوب از ترانسفورماتور ضروری است. به طور کلی، مس در سیم‌پیچ ترانسفورماتور به کار می‌رود چون رسانایی الکتریکی خوبی دارد و مقاومت بسیار پایینی در مقایسه با دیگران دارد. همچنین مانند طلا، نقره و پلاتین گران نیست.

کار کردن:

یک ترانسفورماتور براساس اصل القای متقابل کار می‌کند. بنابراین، هنگامی که یک تغییر در جریان یک سیم‌پیچ وجود دارد، جریان الکتریکی نیز در سیم‌پیچ دیگری در مجاورت آن ایجاد می‌شود.

هر ترانسفورماتور از دو سیم‌پیچ تشکیل شده است: اولیه و ثانویه. سیم‌پیچ اولیه به منبع تغذیه AC و ثانویه به بار متصل می‌شود. وقتی جریان AC به سیم‌پیچ اولیه ارائه می‌شود، شار مغناطیسی ایجاد می‌شود. از طریق هسته ترانسفورماتور، میدان مغناطیسی مسیر خود را کامل می‌کند. با تماس سیم‌پیچ ثانویه با این شار مغناطیسی، یک EMF روی آن القا می‌شود. قدرت EMF تولید شده به تعداد چرخش سیم‌پیچ ثانویه بستگی دارد.

که N1 = تعداد دور در سیم پیچ ۱
N2 = تعداد دور در سیم پیچ ۲

رابطه بین ولتاژ و تعداد دور در یک سیم‌پیچ:

Vp = ولتاژ در سیم‌پیچ اولیه
Vs = ولتاژ در سیم‌پیچ ثانویه
Np = تعداد دورهای سیم‌پیچ اولیه
Ns = تعداد دورهای سیم‌پیچ ثانویه

 

ترانسفورماتور کاهنده

 

ترانسفورماتور کاهنده یا Step-Down چیست؟

ترانسفورماتوری که در سیم‌پیچ اولیه تعداد بیشتری چرخش دارد و برای سیم‌پیچ ثانویه تعداد کمتری دارد ترانسفورماتور پله پایین نامیده می‌شود. بنابراین همانطور که از معادله قبلی می‌بینیم برای رابطه بین تعداد دور در سیم‌پیچ و ولتاژ، اگر تعداد گردش‌های اولیه بزرگ‌تر از تعداد چرخش در ثانویه باشد، EMF ایجاد شده در ثانویه کم‌تر از ورودی اصلی است.

از این رو، ما در سیم‌پیچ ثانویه ترانسفورماتور یک مرحله ولتاژ کمتری دریافت می‌کنیم. همانطور که از نام آن مشخص است، ترانسفورماتور مرحله پایین برای تبدیل نیروی ولتاژ بالاتر به ولتاژ پایین استفاده می‌شود.
حال اجازه دهید فرایند بالا را با یک مثال درک کنیم. فرض کنید ما یک منبع متناوب داریم که می‌تواند ۲۱۰ ولت تولید کند. اگر از ترانسفورماتور دارای Np (تعداد دور در سیم‌پیچ اولیه) = ۲۰۰۰۰ و Ns (تعداد دور ثانویه) = ۱۰۰ استفاده کنیم، Vs (ولتاژ سیم‌پیچ ثانویه) ) از رابطه زیر بدست می‌آید:

 

مرحله پایین ترانسفورماتور انواع ترانسفورماتور:

مرحله تک فاز در ترانسفورمر
مرحله میانی ترانسفورمرها
چند ضربه به ترانسفورمرها

کاربرد ترانسفورماتور پله پایین در ترانسفورماتور کاهنده:

ترانسفورماتورهای مرحله پایین در آداپتورهای برق و یکسوسازها برای کاهش موثر ولتاژ استفاده می‌شوند. همچنین از آنها در SMPS الکترونیکی استفاده می‌شوند. برنامه‌های دیگر عبارتند از:

خطوط انتقال نیرو
دستگاه‌های جوشکاری
تثبیت کننده‌های ولتاژ و اینورترها

مزایای ترانسفورماتورهای پله پایین در ترانسفورماتور کاهنده:

ترانسفورماتورهای پایین آورنده بسیار کارآمد هستند و می‌توانند با کارایی حداکثر ۹۹ درصدی خروجی مورد نظر را ارائه دهند. ما می‌توانیم ولتاژ خروجی دلخواه را به راحتی و بدون اتلاف زیاد انرژی بدست آوریم. همچنین قیمت آنها کمتر و قابل اطمینان‌تر می‌باشد. می‌توان از آنها برای تأمین جریان زیاد و ولتاژ پایین استفاده کرد.