बिजली प्रणालियों में ट्रांसफार्मर सबसे अधिक पहचाने जाने वाले उपकरण हैं। वे सिद्धांत रूप में बड़े, विशिष्ट, सरल हैं लेकिन उन्हें बहुत अधिक रखरखाव की आवश्यकता होती है, जिससे वे 'केबल' की तुलना में कहीं अधिक महत्वपूर्ण लगते हैं। पावर ग्रिड आरेख पर, ट्रांसफार्मर बैकबोन नोड्स की तरह होते हैं, जबकि अन्य उपकरण उनके कनेक्शन के रूप में कार्य करते हैं।

यह लेख ट्रांसफार्मर के घटकों, सिद्धांतों, कार्यों, वर्गीकरण और अनुप्रयोग परिदृश्यों का परिचय देगा।

1. ट्रांसफार्मर की संरचना

एक ट्रांसफार्मर में मुख्य रूप से एक कोर और वाइंडिंग होती है।

कोर ट्रांसफार्मर के चुंबकीय सर्किट पथ के रूप में कार्य करता है, जबकि वाइंडिंग विद्युत सर्किट भाग है, जो तामचीनी लेपित तार के एक निश्चित संख्या में घुमावों द्वारा बनाई जाती है।

जो शक्ति स्रोत से जुड़ा होता है उसे प्राथमिक वाइंडिंग कहा जाता है, जिसे प्राथमिक कुंडल भी कहा जाता है। जो लोड से जुड़ा होता है उसे सेकेंडरी वाइंडिंग कहा जाता है, जिसे सेकेंडरी कॉइल या सेकेंडरी साइड वाइंडिंग भी कहा जाता है।

कोर संरचनाओं के मूल रूप दिल के आकार के कोर प्रकार और शैल प्रकार हैं।

• दिल के आकार का कोर ट्रांसफार्मर

कोर - प्रकार के ट्रांसफार्मर के कॉलम वाइंडिंग से घिरे होते हैं। सीधे शब्दों में कहें तो, वाइंडिंग्स कोर को घेर लेती हैं, जिससे संरचना अपेक्षाकृत सरल हो जाती है और उसे इकट्ठा करना और इंसुलेट करना आसान हो जाता है, यही कारण है कि ट्रांसफार्मर अक्सर कोर प्रकार की संरचना का उपयोग करते हैं।

• शैल-प्रकार का ट्रांसफार्मर

एक शेल - प्रकार के ट्रांसफार्मर में, कोर वाइंडिंग को चारों ओर से घेरे रहता है। शैल-प्रकार के ट्रांसफार्मर में उच्च यांत्रिक शक्ति और उभरे हुए कोने होते हैं, लेकिन उनकी निर्माण प्रक्रिया जटिल होती है और अधिक सामग्री की आवश्यकता होती है। इनका उपयोग आम तौर पर केवल कम {{4}वोल्टेज, उच्च {5}वर्तमान ट्रांसफार्मर या छोटे {{6}क्षमता वाले बिजली ट्रांसफार्मर में किया जाता है।

2. ट्रांसफार्मर का मूल कार्य सिद्धांत

एक ट्रांसफार्मर विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के सिद्धांत के आधार पर संचालित होता है।

जब आपूर्ति वोल्टेज यू की कार्रवाई के तहत एक उपयुक्त एसी बिजली की आपूर्ति प्राथमिक वाइंडिंग के दोनों सिरों से जुड़ी होती है₁, एक एसी करंट i₀ प्राथमिक वाइंडिंग के माध्यम से प्रवाहित होता है, जिससे प्राथमिक वाइंडिंग में मैग्नेटोमोटिव बल उत्पन्न होता है। यह कोर में एक वैकल्पिक चुंबकीय प्रवाह ϕ को उत्तेजित करता है। यह प्रत्यावर्ती फ्लक्स ϕ प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग दोनों को जोड़ता है। विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के नियम के अनुसार, प्रेरित विद्युत वाहक बल ई₁और ई₂क्रमशः प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग में उत्पन्न होते हैं। प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव बल के प्रभाव में ई₂, द्वितीयक वाइंडिंग ऊर्जा हस्तांतरण प्राप्त करते हुए, लोड को बिजली की आपूर्ति कर सकती है।

प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग में प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव बलों का अनुपात प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग में घुमावों की संख्या के अनुपात के बराबर है। प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव बल का परिमाण ई₁प्राथमिक पक्ष पर लागू वोल्टेज यू के करीब है₁प्राथमिक पक्ष पर, जबकि प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव बल का परिमाण ई₂द्वितीयक पक्ष आउटपुट वोल्टेज यू के करीब है₂द्वितीयक पक्ष पर.

इसलिए, प्राथमिक या द्वितीयक वाइंडिंग में घुमावों की संख्या को एक या दो बार बदलने से, आउटपुट वोल्टेज यू₂समायोजित कर सकते हैं। यह ट्रांसफार्मर का मूल कार्य सिद्धांत है, जो एक वोल्टेज स्तर के एसी पावर स्रोत को समान आवृत्ति लेकिन एक अलग वोल्टेज स्तर के एसी पावर स्रोत में परिवर्तित करने के लिए विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के सिद्धांत का उपयोग करता है।

2. ट्रांसफार्मर के बुनियादी कार्य

ट्रांसफार्मर के बुनियादी कार्यों में वोल्टेज रूपांतरण, वर्तमान रूपांतरण, प्रतिबाधा रूपांतरण, अलगाव और वोल्टेज विनियमन शामिल हैं।

वोल्टेज परिवर्तन: ट्रांसफार्मर विभिन्न बिजली की जरूरतों को पूरा करने के लिए प्रत्यावर्ती धारा के वोल्टेज को बढ़ा या घटा सकते हैं। उदाहरण के लिए, ट्रांसमिशन के दौरान ऊर्जा हानि को कम करने के लिए पावर प्लांट से वोल्टेज बढ़ाने के लिए एक स्टेप अप ट्रांसफॉर्मर का उपयोग किया जाता है, जबकि उच्च वोल्टेज को सुरक्षित उपयोग वोल्टेज में कम करने के लिए एक स्टेप अप ट्रांसफॉर्मर का उपयोग किया जाता है।

करंट परिवर्तन: वोल्टेज को बदलकर, एक ट्रांसफार्मर करंट को भी तदनुसार बदल देता है। शक्ति संरक्षण के नियम के अनुसार, जब वोल्टेज बढ़ता है, तो धारा कम हो जाती है, और इसके विपरीत। यह विशेषता विद्युत पारेषण में ट्रांसफार्मर को बहुत महत्वपूर्ण बनाती है, क्योंकि वे वर्तमान भार को प्रभावी ढंग से प्रबंधित कर सकते हैं।

प्रतिबाधा परिवर्तन: ट्रांसफार्मर एक सर्किट की प्रतिबाधा को बदल सकते हैं, जिससे यह विभिन्न लोड स्थितियों के लिए अधिक उपयुक्त हो जाता है। यह ऑडियो उपकरण और अन्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह सिग्नल ट्रांसमिशन दक्षता में सुधार कर सकता है।

अलगाव: ट्रांसफार्मर उपकरण और उपयोगकर्ताओं की सुरक्षा की रक्षा करते हुए विद्युत अलगाव प्रदान कर सकते हैं। यह अलगाव उच्च वोल्टेज को कम वोल्टेज वाले उपकरणों को नुकसान पहुंचाने से रोक सकता है, जिससे उपकरण का सुरक्षित संचालन सुनिश्चित होता है।

वोल्टेज विनियमन: कुछ प्रकार के ट्रांसफार्मर (जैसे संतृप्त रिएक्टर) का उपयोग वोल्टेज विनियमन के लिए किया जा सकता है, जिससे वोल्टेज स्थिरता बनाए रखने में मदद मिलती है और बिजली प्रणाली की विश्वसनीयता और स्थिरता सुनिश्चित होती है।

4. ट्रांसफार्मर का वर्गीकरण

4.1क्षमता के आधार पर वर्गीकृत

• छोटा ट्रांसफार्मर: 10KV से कम वोल्टेज, 1 से 500KVA के बीच क्षमता।

• छोटे और मध्यम आकार के ट्रांसफार्मर: 35 केवी और उससे नीचे का वोल्टेज, 630 से 6300 केवीए तक की क्षमता।

• बड़े ट्रांसफार्मर: 110 केवी और उससे नीचे का वोल्टेज, 8000 और 63000 केवीए के बीच क्षमता।

4.2 उपयोग के आधार पर वर्गीकृत

• पावर ट्रांसफार्मर: बिजली पारेषण और वितरण प्रणालियों को ऊपर उठाने, नीचे उतारने, वितरित करने और इंटरकनेक्ट करने के लिए उपयोग किया जाता है, या विशेष रूप से बिजली संयंत्रों और सबस्टेशनों के लिए ट्रांसफार्मर के रूप में उपयोग किया जाता है।

• उपकरण ट्रांसफार्मर: जैसे वोल्टेज ट्रांसफार्मर और वर्तमान ट्रांसफार्मर, उपकरणों और रिले सुरक्षा उपकरणों को मापने के लिए उपयोग किया जाता है।

• पावर ट्रांसफार्मर: सामान्य यांत्रिक उपकरणों की बिजली आपूर्ति, प्रकाश व्यवस्था और संकेतकों को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जाता है।

• इलेक्ट्रॉनिक ट्रांसफॉर्मर: स्विच -मोड बिजली आपूर्ति, ऑडियो, पल्स और प्रतिबाधा मिलान जैसे इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में उपयोग किया जाता है।

• परीक्षण ट्रांसफार्मर: विद्युत उपकरणों पर उच्च वोल्टेज परीक्षण करने के लिए उच्च वोल्टेज उत्पन्न करने में सक्षम।

• विशेष ट्रांसफार्मर: जैसे विद्युत भट्ठी ट्रांसफार्मर, रेक्टिफायर ट्रांसफार्मर, वोल्टेज विनियमन ट्रांसफार्मर, आदि।

4.3 ट्रांसफार्मर वाइंडिंग्स के चरणों की संख्या के आधार पर वर्गीकृत

• एकल-चरण ट्रांसफार्मर: एकल-चरण लोड और तीन-चरण ट्रांसफार्मर बैंकों के लिए उपयोग किया जाता है।

• तीन चरण ट्रांसफार्मर: तीन चरण प्रणालियों में वोल्टेज को बढ़ाने या घटाने के लिए उपयोग किया जाता है।

4.4 ट्रांसफार्मर शीतलन विधि द्वारा वर्गीकृत

• सूखा {{0} प्रकार का ट्रांसफार्मर: वायु संवहन द्वारा ठंडा किया जाता है, आमतौर पर स्थानीय प्रकाश व्यवस्था और इलेक्ट्रॉनिक सर्किट जैसे छोटी क्षमता वाले ट्रांसफार्मर के लिए उपयोग किया जाता है।

• तेल में डूबा हुआ ट्रांसफार्मर: एक ट्रांसफार्मर जो इन्सुलेशन और शीतलन माध्यम के रूप में ट्रांसफार्मर तेल का उपयोग करता है, जिसमें कोर और वाइंडिंग पूरी तरह से इन्सुलेट तेल में डूबे होते हैं।

4.5 ट्रांसफार्मर वाइंडिंग कनेक्शन प्रकार द्वारा वर्गीकृत

• डबल -वाइंडिंग ट्रांसफार्मर: बिजली प्रणाली में दो वोल्टेज स्तरों को जोड़ने के लिए उपयोग किया जाता है।

• तीन वाइंडिंग ट्रांसफार्मर: आम तौर पर तीन वोल्टेज स्तरों को जोड़ने के लिए बिजली प्रणाली के क्षेत्रीय सबस्टेशनों में उपयोग किया जाता है।

• ऑटोट्रांसफॉर्मर: प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग को एक में जोड़ दिया जाता है, जिसका उपयोग विभिन्न वोल्टेज की बिजली प्रणालियों को जोड़ने के लिए किया जाता है। इसका उपयोग नियमित स्टेप{1}अप या स्टेप{2}डाउन ट्रांसफार्मर के रूप में भी किया जा सकता है।

4.6 ट्रांसफार्मर ऑपरेटिंग आवृत्ति द्वारा वर्गीकृत

• पावर फ्रीक्वेंसी ट्रांसफार्मर: इसकी ऑपरेटिंग फ्रीक्वेंसी 50Hz या 60Hz है।
• मध्यवर्ती आवृत्ति ट्रांसफार्मर: इसकी ऑपरेटिंग आवृत्ति 400-1000Hz है।
• ऑडियो फ्रीक्वेंसी ट्रांसफार्मर: इसकी ऑपरेटिंग फ्रीक्वेंसी 20Hz-20kHz है।

• सुपरसोनिक फ्रीक्वेंसी ट्रांसफार्मर: इसकी ऑपरेटिंग आवृत्ति 20 kHz से ऊपर है, आमतौर पर 100 kHz से अधिक नहीं।

• उच्च -आवृत्ति ट्रांसफार्मर: 20 हर्ट्ज से लेकर 100 किलोहर्ट्ज़ से अधिक की ऑपरेटिंग आवृत्ति वाला एक ट्रांसफार्मर।

5. ट्रांसफार्मर के अनुप्रयोग परिदृश्य

5.1 विद्युत प्रणाली

• पावर प्लांट: ट्रांसफार्मर का उपयोग पावर ग्रिड में ट्रांसमिशन के लिए जेनरेटर द्वारा उत्पन्न वोल्टेज को बढ़ाने के लिए किया जाता है, जिससे लंबी दूरी तक बिजली ट्रांसमिशन सक्षम होता है।

• सबस्टेशन: सबस्टेशनों में, ट्रांसफार्मर विभिन्न विद्युत उपकरणों की जरूरतों को पूरा करने के लिए उच्च {{0}वोल्टेज बिजली को कम {{1}वोल्टेज बिजली में परिवर्तित करते हैं। साथ ही, ट्रांसफार्मर बिजली प्रणाली के स्थिर संचालन को सुनिश्चित करने के लिए प्रतिक्रियाशील बिजली मुआवजे और वोल्टेज समायोजन जैसे कार्य भी कर सकते हैं।

• ट्रांसमिशन लाइनें: ट्रांसमिशन लाइनों में, ऊर्जा हानि को कम करने, कुशल लंबी दूरी की बिजली ट्रांसमिशन प्राप्त करने के लिए वोल्टेज बढ़ाने के लिए ट्रांसफार्मर का उपयोग किया जाता है।

5.2सिविल सेक्टर

• घरेलू बिजली: पावर ट्रांसफार्मर उच्च वोल्टेज बिजली को घरेलू उपयोग के लिए उपयुक्त निम्न वोल्टेज बिजली में परिवर्तित करते हैं, जिससे निवासियों के लिए सामान्य बिजली खपत सुनिश्चित होती है।

• बैटरी चार्ज करना: चाहे वह लैपटॉप, फोन या इलेक्ट्रिक वाहन हो, इन उपकरणों को संचालित करने के लिए बैटरी की आवश्यकता होती है, और बैटरी को चार्ज करने के लिए ट्रांसफार्मर की आवश्यकता होती है। ट्रांसफार्मर का मुख्य कार्य वोल्टेज को नियंत्रित करना और रिसाव धाराओं या उछाल धाराओं को उपकरणों से गुजरने से रोकना है।

5.3संचार क्षेत्र

संचार ट्रांसफार्मर का उपयोग संचार सर्किट की गुणवत्ता और स्थिति को विनियमित करने के लिए टेलीफोन टर्मिनल सर्किट और ट्रंक लाइन उत्पादों में किया जाता है। इसके अलावा, संचार ट्रांसफार्मर का व्यापक रूप से केबल मॉडेम, नेटवर्क कार्ड, हब, एक्सडीएसएल ब्रॉडबैंड संचार उपकरण, स्विच, फाइबर ऑप्टिक ट्रांसीवर, राउटर, एम्बेडेड सिस्टम और वीओआईपी नेटवर्क संचार उपकरणों में उपयोग किया जाता है।

5.4अन्य विशेष अनुप्रयोग

• ऑडियो उपकरण: ऑडियो ट्रांसफार्मर का उपयोग आमतौर पर सर्किट के माध्यम से बहने वाले संकेतों के लिए अलगाव प्रदान करने और स्रोत और लोड के प्रतिबाधा मूल्यों से मेल खाने में मदद करने के लिए किया जाता है। वे अवांछित या शोर संकेतों को भी समाप्त कर सकते हैं और इनपुट सिग्नल को फ़िल्टर कर सकते हैं। इस प्रकार के ट्रांसफार्मर विशेष रूप से श्रव्य सीमा के भीतर सिग्नल को संभालने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, यानी 20 हर्ट्ज और 20 किलोहर्ट्ज़ के बीच आवृत्तियों वाले सिग्नल।

• मापने के उपकरण: वर्तमान मीटर, वोल्टेज मीटर और विभिन्न अन्य मापने के उपकरण और उपकरण आमतौर पर सामान्य संचालन के लिए ट्रांसफार्मर का उपयोग करते हैं। उदाहरण के लिए, वर्तमान ट्रांसफार्मर को मापने से मापने वाले उपकरण को सर्किट के बाकी हिस्सों से अलग करके सर्किट के लिए आवश्यक सुरक्षा प्रदान की जाती है और बड़ी धाराओं को एमीटर में फीड करने से पहले इष्टतम मानों तक दबाया या कम किया जाता है।

• रेक्टिफिकेशन: रेक्टिफायर ट्रांसफार्मर मोटर नियंत्रण, खनन, इलेक्ट्रिक भट्टियां, आर एंड डी प्रयोगशालाओं, उच्च वोल्टेज डीसी ट्रांसमिशन और अधिक सहित अनुप्रयोगों के साथ एसी को डीसी में परिवर्तित कर सकते हैं।