چرا ترانسفورماتورهای برق فقط از جریان متناوب استفاده می کنند

ترانسفورماتورهای برقنقش مهمی در زمینه انتقال نیرو و منبع تغذیه تجهیزات بازی کنید. کاربران ناظر ممکن است متوجه شوند که ترانسفورماتورهای برق همیشه با جریان متناوب （AC） "جفت" می شوند و بندرت با جریان مستقیم （DC تعامل دارند. چه منطق فنی در پشت این پدیده نهفته است؟

اصل اصلی عملیاتی ترانسفورماتورهای برق مبتنی بر القای الکترومغناطیسی است. آنها عمدتا از یک هسته آهنی （یا هسته مغناطیسی و سیم پیچ های اولیه و ثانویه تشکیل شده اند. هنگامی که AC از سیم پیچ اولیه عبور می کند ، تغییرات دوره ای در بزرگی و جهت جریان ، یک میدان مغناطیسی به طور مشابه دوره ای در اطراف سیم پیچ ایجاد می کند. طبق قانون القایی الکترومغناطیسی فارادی ، تغییر میدان مغناطیسی باعث ایجاد نیروی الکتروموتوری در سیم پیچ ثانویه می شود ، بنابراین به تحول ولتاژ می رسد. به عنوان مثال ، در انتقال قدرت شهری ، AC تولید شده توسط نیروگاه ها از طریق ترانسفورماتورهای پله ای به ولتاژ فوق العاده بالا منتقل می شود تا تلفات برق را در هنگام انتقال مسافت طولانی کاهش دهد. هنگامی که برق به مناطقی نزدیک به کاربران نهایی می رسد ، از ترانسفورماتورهای گام به پایین برای کاهش ولتاژ به سطح مناسب برای کاربردهای مسکونی و صنعتی استفاده می شود.

از طرف دیگر ، DC جهت و بزرگی جریان ثابت را حفظ می کند. هنگامی که DC روی سیم پیچ اصلی یک ترانسفورماتور قدرت اعمال می شود ، فقط می تواند یک میدان مغناطیسی پایدار و بدون تغییر ایجاد کند. با این حال ، یک میدان مغناطیسی پایدار نمی تواند یک نیروی الکتروموتیک در سیم پیچ ثانویه را القا کند و تبدیل ولتاژ را غیرممکن می کند. علاوه بر این ، DC ثابت ممکن است باعث اشباع هسته آهن ترانسفورماتور شود. هنگامی که هسته اشباع شود ، القاء ترانسفورماتور به شدت کاهش می یابد ، جریان مغناطیسی به طور قابل توجهی افزایش می یابد و در نهایت ، ترانسفورماتور به شدت گرم می شود ، به طور بالقوه کویل ها را می سوزاند و به تجهیزات آسیب می رساند. موردی وجود داشت که یک کارخانه به اشتباه یک منبع تغذیه DC را به یک ترانسفورماتور وصل کرد. در طی چند دقیقه ، ترانسفورماتور به دلیل گرمای بیش از حد سیگار می کشید و مجبور شد فوراً جایگزین شود و در نتیجه هزینه های بالای نگهداری و اختلال در تولید طبیعی ایجاد شود.

البته ، در برخی از برنامه های خاص ، اگرچه ممکن است به نظر برسد که ترانسفورماتور در حال دستیابی به DC است ، در واقع از یک مدار اینورتر برای تبدیل DC به AC ابتدا استفاده می شود و سپس ترانسفورماتور برای تبدیل ولتاژ استفاده می شود. به عنوان مثال ، در سیستم های تولید انرژی فتوولتائیک خورشیدی ، DC تولید شده توسط پانل های خورشیدی باید قبل از اینکه بتواند با یک ترانسفورماتور به بالا یا پایین برسد ، توسط یک اینورتر به AC تبدیل شود و در شبکه برق AC ادغام شود.

اگرچه با توسعه مداوم فناوری قدرتترانسفورماتورهای برقدانشمندان در حال حاضر با AC سازگار با AC هستند ، دانشمندان در حال بررسی فن آوری ها و مواد جدید برای از بین بردن محدودیت های سنتی هستند و ترانسفورماتورها را قادر می سازند تا در محیط های DC کارآمد باشند. با این حال ، در حال حاضر ، درک عمیق از رابطه نزدیک بین ترانسفورماتورهای برق و AC نه تنها به مهندسان کمک می کند تا طراحی سیستم قدرت را بهینه کنند بلکه به کاربران عادی نیز در استفاده صحیح از تجهیزات الکتریکی کمک می کنند ، از خطرات ایمنی احتمالی و ضررهای اقتصادی ناشی از عملکرد نادرست جلوگیری می کنند.