ট্রান্সফরমার বেসিকস: ট্রান্সফরমার কি?

ক ট্রান্সফরমার একটি স্থির বৈদ্যুতিক যন্ত্র যা কোনো সরাসরি বৈদ্যুতিক সংযোগ ছাড়াই ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ইন্ডাকশনের মাধ্যমে দুই বা ততোধিক সার্কিটের মধ্যে বৈদ্যুতিক শক্তি স্থানান্তর করে। এর মূল কাজ হল শক্তি (আদর্শভাবে) ধ্রুবক রাখার সময় ভোল্টেজকে উপরে বা নিচে নামানো। পাওয়ার সিস্টেম, ইন্ডাস্ট্রিয়াল কন্ট্রোল বা পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তি প্রয়োগের সাথে কাজ করা প্রত্যেকের জন্য ট্রান্সফরমার বেসিকগুলি বোঝা অপরিহার্য।

অনুশীলনে, 10:1 এর টার্ন অনুপাত সহ একটি 240ভি প্রাথমিক সরবরাহের সাথে সংযুক্ত একটি ট্রান্সফরমার সেকেন্ডারিতে আনুমানিক 24V সরবরাহ করবে - একটি সরল সম্পর্ক যা সমস্ত ট্রান্সফরমার ডিজাইন এবং নির্বাচনকে আন্ডারপিন করে।

ট্রান্সফরমার এবং ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক আবেশের নীতি

ট্রান্সফরমারগুলি সম্পূর্ণরূপে ফ্যারাডে এর ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ইন্ডাকশন আইনের উপর কাজ করে। যখন একটি বিকল্প কারেন্ট প্রাথমিক ওয়াইন্ডিংয়ের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়, তখন এটি মূলে ক্রমাগত পরিবর্তনশীল চৌম্বকীয় প্রবাহ সৃষ্টি করে। এই পরিবর্তনশীল প্রবাহ সেকেন্ডারি উইন্ডিংয়ে একটি ইলেক্ট্রোমোটিভ ফোর্স (EMF) প্ররোচিত করে।

প্রতিটি উইন্ডিংয়ে প্ররোচিত EMF এর দ্বারা বর্ণনা করা হয়েছে:

E = 4.44 × চ × এন × Φ _{সর্বোচ্চ}

কোথায়:

• f = সরবরাহ ফ্রিকোয়েন্সি (Hz)
• এন = ঘুরতে ঘুরতে সংখ্যা
• Φ _{সর্বোচ্চ} = সর্বোচ্চ চৌম্বক প্রবাহ (ওয়েবার্স)

যেহেতু ট্রান্সফরমারগুলি ফ্লাক্স পরিবর্তনের উপর নির্ভর করে, তারা শুধুমাত্র বিকল্প কারেন্ট (AC) দিয়ে কাজ করে। ডিসি প্রয়োগের ফলে কোন ইন্ডাকশন হয় না — শুধুমাত্র একটি প্রতিরোধী ভোল্টেজ ড্রপ এবং উইন্ডিংয়ে তাপ তৈরির সম্ভাব্য ক্ষতিকর।

একক ফেজ ভোল্টেজ ট্রান্সফরমার

একক-ফেজ ভোল্টেজ ট্রান্সফরমার হল সবচেয়ে মৌলিক ট্রান্সফরমার প্রকার। এটি দুটি কয়েল নিয়ে গঠিত - প্রাথমিক এবং মাধ্যমিক - একটি ভাগ করা চৌম্বকীয় কোরের চারপাশে ক্ষত। যখন একটি এসি ভোল্টেজ প্রাথমিকে প্রয়োগ করা হয়, তখন সেকেন্ডারি টার্মিনালগুলিতে একটি আনুপাতিক ভোল্টেজ প্রদর্শিত হয়।

একক-ফেজ ট্রান্সফরমারগুলির মূল বৈশিষ্ট্যগুলির মধ্যে রয়েছে:

• ভোল্টেজ রূপান্তর টার্ন অনুপাতের সরাসরি সমানুপাতিক
• বর্তমান রূপান্তর টার্ন অনুপাতের বিপরীতভাবে সমানুপাতিক
• প্রাথমিক এবং মাধ্যমিক বৈদ্যুতিকভাবে বিচ্ছিন্ন কিন্তু চৌম্বকীয়ভাবে সংযুক্ত
• সাধারণ অ্যাপ্লিকেশনগুলির মধ্যে রয়েছে গৃহস্থালী যন্ত্রপাতি, শিল্প নিয়ন্ত্রণ এবং আলোক ব্যবস্থা

ক typical single-phase distribution transformer for residential use steps down the utility supply from 11kV থেকে 230V নিরাপদ গার্হস্থ্য ব্যবহারের জন্য।

ট্রান্সফরমার নির্মাণ (একক-ফেজ)

ক single-phase transformer has three primary physical components:

ম্যাগনেটিক কোর

কোরটি চৌম্বকীয় প্রবাহের জন্য একটি কম-অনিচ্ছা পথ প্রদান করে। এটি সিলিকন স্টিলের পাতলা ল্যামিনেশন (সাধারণত 0.35 মিমি থেকে 0.5 মিমি পুরু) থেকে তৈরি করা হয়, প্রতিটিটি অন্তরক বার্নিশ দিয়ে লেপা। এই স্তরিত গঠন এডি বর্তমান ক্ষতি 90% পর্যন্ত হ্রাস করে একই মাত্রার একটি কঠিন কোরের তুলনায়।

দুটি সাধারণ মূল কনফিগারেশন ব্যবহার করা হয়:

• মূল প্রকার: উইন্ডিংগুলি মূল অঙ্গগুলিকে ঘিরে থাকে; উচ্চ-ভোল্টেজ অ্যাপ্লিকেশনের জন্য ভাল
• শেল-টাইপ: কোর wমধ্যেdমধ্যেgs ঘিরে; আরও ভাল চৌম্বকীয় শিল্ডিং অফার করে এবং কমপ্যাক্ট

উইন্ডিংস

উইন্ডিংস are made from copper or aluminum conductors insulated with enamel or paper. The primary winding is connected to the input supply; the secondary winding delivers power to the load. Conductors are sized based on the current they carry — the higher-voltage winding typically has more turns of thinner wire, while the lower-voltage winding uses fewer turns of thicker wire.

নিরোধক সিস্টেম

নিরোধক প্রাথমিক এবং মাধ্যমিক উইন্ডিংগুলিকে আলাদা করে এবং প্রত্যেকটিকে মূল থেকে বিচ্ছিন্ন করে। সাধারণ অন্তরক উপকরণগুলির মধ্যে রয়েছে ক্রাফ্ট পেপার, প্রেসবোর্ড এবং বার্নিশযুক্ত ক্যামব্রিক। নিরোধক শ্রেণী (যেমন, 130°C এ ক্লাস B, 155°C এ ক্লাস F) সর্বোচ্চ পরিচালন তাপমাত্রা নির্ধারণ করে।

ক Transformer's Turns Ratio

বাঁক অনুপাত ট্রান্সফরমার ডিজাইনের একক সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ প্যারামিটার। এটি প্রাথমিক এবং মাধ্যমিক ভোল্টেজ এবং স্রোতের মধ্যে সম্পর্ককে সংজ্ঞায়িত করে।

পালা অনুপাত (ক) = এন _পৃ / এন _এস = ভি _পৃ / ভি _এস = আমি _এস / আমি _পৃ

যেখানে এন _পৃ এবং এন _এস যথাক্রমে প্রাথমিক এবং মাধ্যমিক চালু করার সংখ্যা, V _পৃ এবং ভি _এস সংশ্লিষ্ট ভোল্টেজ এবং আমি _পৃ এবং আমি _এস স্রোত হয়

লক্ষ্য করুন যে যখন ভোল্টেজ স্কেল টার্ন অনুপাতের সাথে, কারেন্ট স্কেল বিপরীতভাবে - একটি ট্রান্সফরমার যা ভোল্টেজকে অর্ধেক করে কারেন্টকে দ্বিগুণ করবে (একটি আদর্শ ট্রান্সফরমার ধরে নিচ্ছে)।

ট্রান্সফরমার অ্যাকশন ব্যাখ্যা করা হয়েছে

ট্রান্সফরমার অ্যাকশন বলতে প্রাথমিক থেকে মাধ্যমিক পর্যন্ত শক্তি স্থানান্তরের সম্পূর্ণ ক্রম বোঝায়। এখানে ধাপে ধাপে প্রক্রিয়া রয়েছে:

1. কC voltage is applied to the primary winding, driving an alternating current through it.
2. এই স্রোতটি মূলে একটি বিকল্প চৌম্বকীয় প্রবাহ স্থাপন করে, সাধারণত সম্পূর্ণ করে প্রতি সেকেন্ডে 50 বা 60 পূর্ণ চক্র সরবরাহ ফ্রিকোয়েন্সি উপর নির্ভর করে।
3. পরিবর্তনশীল ফ্লাক্স সেকেন্ডারি উইন্ডিং এর সাথে সংযোগ করে এবং একটি ভোল্টেজ প্ররোচিত করে (ফ্যারাডে আইন অনুসারে)।
4. যখন একটি লোড সেকেন্ডারির ​​সাথে সংযুক্ত থাকে, তখন কারেন্ট প্রবাহিত হয় এবং লোড পাওয়ার গ্রহণ করে।
5. সেকেন্ডারি কারেন্ট তার নিজস্ব ফ্লাক্স তৈরি করে যা প্রাথমিক প্রবাহের (লেঞ্জের আইন) বিরোধিতা করে, যার ফলে প্রাথমিককে ক্ষতিপূরণের জন্য সরবরাহ থেকে আরও বেশি কারেন্ট আঁকতে হয় — একটি স্ব-নিয়ন্ত্রক প্রক্রিয়া।

এই ক্রিয়াটি সম্পূর্ণরূপে যোগাযোগহীন — কোনও চলমান অংশ নেই, উইন্ডিংয়ের মধ্যে কোনও বৈদ্যুতিক সংযোগ নেই — ট্রান্সফরমারগুলিকে ব্যতিক্রমীভাবে নির্ভরযোগ্য করে তোলে যার জীবনকাল প্রায়শই অতিক্রম করে 25-40 বছর ভাল রক্ষণাবেক্ষণ ইনস্টলেশনের মধ্যে.

ট্রান্সফরমার বেসিক উদাহরণ: ওয়ার্কড ক্যালকুলেশন

নিম্নলিখিত স্পেসিফিকেশন সহ একটি একক-ফেজ ট্রান্সফরমার বিবেচনা করুন:

• পৃrimary voltage (V _পৃ ): 230V
• এসecondary voltage (V _এস ): 12V
• পৃrimary turns (N _পৃ ): 1150 পালা
• লোড প্রতিরোধের: 10Ω

এসtep 1 — Find the turns ratio: a = 230 / 12 ≈ 19.17

এসtep 2 — Find N _এস : N _এস = এন _পৃ /a = 1150 / 19.17 ≈ 60 পালা

এসtep 3 — Find secondary current: আমি _এস = ভি _এস / R = 12 / 10 = 1.2A

এসtep 4 — Find primary current (ideal): আমি _পৃ = আমি _এস / a = 1.2 / 19.17 ≈ 0.063A (63mA)

এই উদাহরণটি ব্যাখ্যা করে কিভাবে প্রাথমিক লোডে 12V প্রদান করার সময় শুধুমাত্র একটি ছোট কারেন্ট আঁকে - বর্তমান স্টেপ-আপ সহ ভোল্টেজ স্টেপ-ডাউনের একটি ব্যবহারিক প্রদর্শন।

একটি ট্রান্সফরমারে বৈদ্যুতিক শক্তি

আমিn an ideal transformer, input power equals output power. There is no energy conversion — only energy transfer:

পৃ _{মধ্যে} = ভি _পৃ × আমি _পৃ = ভি _এস × আমি _এস = পি _আউট

আমিn the real world, a portion of the input power is lost. These losses fall into two categories:

মূল (আয়রন) ক্ষতি

লোড নির্বিশেষে মূল ক্ষতিগুলি স্থির থাকে এবং এতে রয়েছে:

• হিস্টেরেসিস ক্ষতি: প্রতিটি চক্রের মূল বিপরীত দিকে চৌম্বকীয় ডোমেন হিসাবে শক্তি নষ্ট হয়ে যায়। শস্য-ভিত্তিক সিলিকন ইস্পাত ব্যবহার করে হ্রাস করা হয়েছে।
• এডি বর্তমান ক্ষতি: মূল উপাদানের মধ্যে প্রবর্তিত স্রোত প্রবাহ। কোর স্তরিত দ্বারা হ্রাস.

কপার (আমি²R) ক্ষতি

তামার ক্ষতিগুলি উইন্ডিং কন্ডাক্টরগুলির প্রতিরোধ থেকে উদ্ভূত হয় এবং লোড কারেন্টের বর্গক্ষেত্রের সাথে পরিবর্তিত হয়: পৃ _কু = আমি² × R . এই ক্ষতিগুলি উচ্চ লোডে উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায়, যে কারণে ট্রান্সফরমারগুলিকে একটি নির্দিষ্ট কেভিএ-তে রেট দেওয়া হয় যাতে অতিরিক্ত গরম হওয়া রোধ করা যায়।

ট্রান্সফরমার দক্ষতা

ট্রান্সফরমার দক্ষতা (η) আউটপুট পাওয়ার এবং ইনপুট পাওয়ারের অনুপাত হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়, শতাংশ হিসাবে প্রকাশ করা হয়:

η (%) = (পৃ _আউট / পি _{মধ্যে} ) × 100 = (পৃ _আউট / (পি _আউট পৃ _{ক্ষতি} )) × 100

আধুনিক পাওয়ার ট্রান্সফরমারগুলি নিয়মিতভাবে এর দক্ষতা অর্জন করে 97% থেকে 99.5% , এগুলিকে ইঞ্জিন করা সবচেয়ে দক্ষ বৈদ্যুতিক ডিভাইসগুলির মধ্যে পরিণত করে৷ 99% দক্ষতায় একটি 100 kVA ট্রান্সফরমার 99 কিলোওয়াট ব্যবহারযোগ্য শক্তি সরবরাহ করার সময় তাপ হিসাবে প্রায় 1 কিলোওয়াট নষ্ট করে।

সর্বাধিক কার্যকারিতা ঘটে যখন তামার লোহার ক্ষতির সমান হয় — এমন একটি শর্ত যা মূল উপাদান, কোর ক্রস-সেকশন এবং কন্ডাকটর সাইজিংয়ের যত্ন সহকারে নির্বাচনের মাধ্যমে তৈরি করা যেতে পারে। একটি ট্রান্সফরমারের জন্য 50 কেভিএ রেট করা লোহার ক্ষয় 200W এবং তামার ক্ষয় 200W সম্পূর্ণ লোডে:

η = 50,000 / (50,000 200 200) × 100 = 99.2%

ট্রান্সফরমার দক্ষতা Triangle

দক্ষতা ত্রিভুজ হল পাওয়ার ট্রায়াঙ্গেল থেকে প্রাপ্ত একটি ভিজ্যুয়াল টুল, যা ইনপুট পাওয়ার, আউটপুট পাওয়ার এবং ট্রান্সফরমারের ক্ষতির মধ্যে সম্পর্ক বোঝার জন্য দরকারী।

তিনটি পক্ষ প্রতিনিধিত্ব করে:

• আমিnput power (P _{মধ্যে} ): কর্ণ - সরবরাহ থেকে প্রাপ্ত মোট শক্তি
• আউটপুট পাওয়ার (পি _আউট ): দরকারী শক্তি লোড বিতরণ
• ক্ষতি (পি _{ক্ষতি} ): মূল ক্ষতি তামার ক্ষতি তাপ হিসাবে বিলীন হয়

দক্ষতা কোণ θ ট্রান্সফরমারটি আদর্শের কতটা কাছাকাছি কাজ করে তা উপস্থাপন করে — একটি ছোট কোণ উচ্চতর দক্ষতা নির্দেশ করে। এই ধারণাগত মডেলটি নির্দিষ্ট লোড প্রোফাইলের জন্য ট্রান্সফরমার ডিজাইন অপ্টিমাইজ করার সময় প্রকৌশলীদের দক্ষতা ট্রেড-অফগুলি কল্পনা করতে সহায়তা করে।

ট্রান্সফরমার বেসিক সারাংশ

ট্রান্সফরমার অপারেশনের মূল নীতিগুলি নিম্নরূপ সংক্ষিপ্ত করা যেতে পারে:

ট্রান্সফরমারের মৌলিক প্রতিনিধিত্ব

আমিn circuit diagrams and engineering schematics, the transformer is represented by two coupled coil symbols separated by vertical lines (representing the core). The standard schematic conveys:

• ডট নোটেশন: প্রতিটি উইন্ডিংয়ের একটি টার্মিনালে বিন্দুগুলি পোলারিটি নির্দেশ করে — ডটেড টার্মিনালে ভোল্টেজগুলি পর্যায়ক্রমে রয়েছে
• মূল লাইন: এসingle lines represent an air-core transformer; double lines represent an iron-core transformer
• উইন্ডিং লেবেল: পৃrimary (left) and secondary (right) are clearly differentiated

সার্কিট বিশ্লেষণে ব্যবহৃত একটি আদর্শ ট্রান্সফরমার মডেলের জন্য, সমতুল্য সার্কিটে বাঁক অনুপাত সহ একটি আদর্শ ট্রান্সফরমার অন্তর্ভুক্ত থাকে a , নিখুঁত শক্তি স্থানান্তর প্রতিনিধিত্ব করে. বাস্তব ট্রান্সফরমার মডেল সিরিজ প্রতিরোধ যোগ করে (আর ₁ , আর ₂ ) এবং ফুটো প্রতিক্রিয়া (X ₁ , এক্স ₂ ) প্রতিটি ওয়াইন্ডিংয়ের জন্য, এছাড়াও একটি শান্ট শাখা যা ম্যাগনেটাইজিং রিঅ্যাক্ট্যান্স এবং কোর লস রেজিস্ট্যান্সের প্রতিনিধিত্ব করে — যে কোনও লোড অবস্থায় ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রণ এবং দক্ষতার পূর্বাভাস দেওয়ার জন্য ইঞ্জিনিয়ারদের একটি সম্পূর্ণ টুল দেয়।

ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রণ — নো-লোড থেকে ফুল-লোডে সেকেন্ডারি টার্মিনাল ভোল্টেজের পরিবর্তন — একটি মূল কর্মক্ষমতা মেট্রিক। একটি ভাল ডিজাইন করা কম ফ্রিকোয়েন্সি ট্রান্সফরমার ভিতরে ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রণ বজায় রাখে 2% থেকে 5% , সমগ্র লোড পরিসীমা জুড়ে স্থিতিশীল ভোল্টেজ ডেলিভারি নিশ্চিত করে।

একটি 230V গৃহস্থালী সরবরাহ, একটি 10kV শিল্প সাবস্টেশন, বা সৌর ডিসিকে গ্রিড AC-তে রূপান্তরকারী একটি ফটোভোলটাইক ইনভার্টার ব্যবহার করা হোক না কেন, ট্রান্সফরমারটি বৈদ্যুতিক শক্তি প্রকৌশলের মৌলিক যন্ত্র থেকে যায় — নীতিগতভাবে সহজ, প্রয়োগে অসাধারণ৷