با اصول مقدماتی و ساختمان ترانسفورماتور ها باید توجه داشته باشید که به علت تلفات و مسائل اقتصادی و عوامل دیگر که در طراحی و ساختمان ترانسفورماتور هاموثرند، نمی توان به سادگی از فرمول هایی که تا بهحال ارائه شده است برای ساختمان ترانسفورماتور استفاده کرد . بنابراین ، در این جا به بررسی ساختمان و محاسبه ی عملی ترانسفورماتورها ی کوچک می پردازیم .
لازم به تذکر است که ترانسفورماتور ها را با توجه به کاربرد و خصوصیات آنها بهسه دسته کوچک ، متوسط و بزرگ دسته بندی می کنند .
ساختمان ترانسفورماتور های بزرگ و متوسط به دلیل مسائل حفاظتی و عایق بندی و امکانان موجود ، کار ساده ای نیست . لذا دراین جا ما فقط ترانسفورماتورهای کوچک ( تا قدرت 16 کیلو ولت آمپر تا 1000 ولت ) را بررسی خواهیم کرد .
موارد استفاده ی این ترانسفورماتورها امروز بسیار زیاد است ؛ مثلاً در یک سو سازها ، مصرف کننده های کم قدرت که به ولتاژ کم وصلمی شوند ، وسایل الکترونیکی ، اسباب بازی ها و ... از این ترانسفورماتورها استفاده می شود .
برایساختن ترانسفورماتورها ی کوچک ، اجزای آن مانند ورقه های آهن ، سیم و قرقره را به سادگی می توان تهیه کرد .
برای محاسبه و ساخت یک ترانسفورماتور می توان با استفاده از عوامل و روابط موجود ، مجهولات مطلوب را محاسبه کرد . علاوه بر این برای ترانسفورماتورهای مشخص و استاهدارد شده نیز جداول یا منحنی هایی وجود دارد که به سادگی می توان از روی آن ها مجهولات را به دست آورد .
در این جا به بررسی هر یک از این روش ها برای ساختن یک ترانسفورماتور یکفاز می پردازیم .
اجزای تشکیل دهنده ی یک ترانسفورماتور به شرح زیر است .
1- هسته ی ترانسفورماتور :
هسته ی ترانسفورماتور متشکل از ورقه های نازک است که سطح آن ها با توجه به قدرت ترانسفورماتور محاسبه می شود . برای کم کردن تلفات آهنی ، هسته ی ترانسفورماتور را نمی توان به طور یک پارچه ساخت . بلکه معمولا آن ها را از ورقه های نازک فلزی که نسبت به یک دیگر عایق اند ، می سازند .
این ورقه ها از آهن بدون مماسند ( ورق دیناموبلش ) با آلیاژی از سیلیسیم ( حداکثر 5/4 درصد ) که دارای قابلیت هدایت الکتریکی کم و قابلیتهدایت مغناطیسی زیاد است ساخته می شوند . در اثر زیاد شدن مقدار سیلیسیم ، ورقه های دیناموبلش شکننده میشوند . برای عایق کردن ورقه های ترانسفورماتور ، قبلاً از یک کاغذ نازک مخصوص که در یک سمت این ورقه چسبانیده می شد ، استفاده می کردند اما امروزه بدین منظور در هنگام ساختن و نورد اینورقه ها یک لایه ی نازک اکسید ، فسفات یا سیلیکات به ضخامت 2 تا 20 میکرون به عنوان عایق در روی آن ها می مالند و با آن روی ورقه ها را می پوشانند . علاوه بر این ، از لاک مخصوص نیز برای عایق کردن یک طرف ورقه ها استفاده می شود . ورقه های ترانسفورماتور دارای یکلایه عایق هستند ؛ بنابراین ، در موقع محاسبه یسطح مقطع هسته باید سطح آهن خالص را منظور کرد . ورقه های ترانسفورماتور را به ضخامت های 35/0 و 5/0 میلی متر و در اندازه های استاندارد به شکل های مختلف می سازند .
معمولی ترین ورقه های استاندارد شده به شکل های El و M هستند . این ورقهها به صورت یک تکه ساخته شده و دور ریز آن ها زیاد است . لذا از این فرم تا استاندارد 102M ( ارتفاع 102 میلی متر ) ساخته می شود . در ضمن ، این نوع ورقه ها دارای شکاف هوایی 3/0 ، 5/0 یا 2 میلی متر هستند . ورقه های ترانسفورماتور به فرم El را به علت دورریز کم تر برای استانداردهای بالا نیز درست می کنند . این ورقه ها را باید در داخل قرقره به طور متناوب از دو طرف جا زد تا بدین ترتیب فاصله ی هوایی در نتیجه ، تلفات پراکندگی کم شود . باید دقت کرد که سطح عایق شده ی ورقه های ترانسفورماتور همگی در یک جهت باشند . علاوه بر این ، تاحد امکان نباید در داخل قرقره فضای خالی بماند . لازم است ورقه ها با فشار داخل قرقره جای بگیرند تا از ارتعاش و صدا کردن آن ها نیز جلوگیری شود .
2- سیم پیچ ترانسفورماتور :
معمولا برای سیم پیچ اولیه و ثانویه ی ترانسفورماتور از هادی های مسی با عایق ( روپوش ) لاکی استفاده می کنند . این هادی ها با سطح مقطع گرد و در اندازه های استاندارد وجود دارند و با قطر مشخص می شوند . درترانسفورماتورهای پرقدرت از هادی های مسی که به صورت تسمه هستند ، استفاده می شود . ابعاد این گونه هادی ها نیز استاندارد است .
سیم پیچی ترانسفورماتور های کوچک بر روی قرقره در طبقات مختلف پیچیده می شود . در صورتی که ماکزیمم ولتاژ بین دو حلقه بیش از 25 ولت باشد ، باید بین طبقات عایق قرار داد . بین سیم ها ی مجزا از یک دیگر – مثلاً سیم پیچی های اولیه و ثانویه – نیز حتماً باید عایق قرار گیرند . در روی آخرین لایه نیز باید نوار عایق پیچیده شود و مشخصات ترانسفورماتور بر روی این لایه ثبت گردد . برای استفاده از حداکثر فضای قرقره ، سیم ها تا حد ممکن باید پهلوی یک دیگر پیچیده شوند و بین آنها فضای خالی نباشد . چگالی جریان که برای ترانسفورماتور های کوچک انتخاب می شود ، بین A/mm 1 تا A/mm 4 است . سر سیم پیچی ها را باید به وسیله ی روکش ها ی عایق ( وارنیش یا ماکارونی ) از سوراخ های قرقره خارج کرد تا بدین ترتیب سیم ها قطع ( خصوصاً در سیم های نازک و لایه های اول ) یا زخمی نشوند . یکطرف این روکش ها باید در داخل قرقره زیر سیم قرار گیرند و خوب محکم شوند . علاوه بر این ، بهتر است رنگ روکش ها نیز متفاوت باشد تا در ترانسفورماتورهای دارای چندین سیم پیچ ، به راحتی بتوان سر هر سیم پیچ را مشخص کرد .
بعد از اتمام سیم پیچی یا تعمیر سیم پیچ های ترانسفورماتور باید آن ها را با ولتاژهای بالاتر از ولتاژ نامی خودشان برای کنترل و کسب اطمینان از سالم بودن عایق بین بدنه و سیم پیچ اولیه ، بدنه و سیم پیچ ثانویه و هم چنین سیم پیچ اولیه و سیم پیچ ثانویه آزمایش کرد جدول 1 مقدار ولتاژ آزمایش را نشان می دهد .
3- قرقره ی ترانسفور ماتور :
برای حفاظت و نگهداری از سیم پیچ ها ی ترالنسفورماتور – خصوصاً در ترانسفور ماتور های کوچک – باید از قرقره استفاده کرد .
جنس قرقره باید از مواد عایق باشد . قرقره را معمولاً از کاغذ عایق سخت ( برش مان ) ، فیبر های استخوانی یا مواد ترموپلاست می سازند . قرقره هایی که از جنس ترموپلاستیک هستند معمولاً یک تکه ساخته می شوند ولی برای ساختن قرقره های دیگر باید آن ها را در چند قطعه ساخت و سپس بر روی یک دیگر سوار کرد .
بر روی دیوارهای قرقره باید سوراخ یا شکافی ایجاد کرد تا سر سیم پیچ ها از آن ها خارج شوند . اندازه ی قرقره باید با اندازه ی ورقه های ترانسفورماتور متناسب باشد و سیم پیچ نیز طوری بر روی آن پیچیده شود که از لبه های قرقره مقداری پایین تر قرار گیرد تا هنگام جا زدن ورقه های ترانسفورماتور ، لایه ی رویی سیم پیچ صدمه نبیند .
اندازه ی قرقره های ترانسفورماتور نیز استاندارد شده است اما می توان در تمام موارد با توجه به نیاز ، قرقره ی مناسب را طراحی کرد و ساخت .