ترانسفورماتورهای چند سیم پیچه می‌توانند دارای دو یا چند سیم‌پیچ اولیه یا ثانویه باشند؛ که به آنها اجازه می‌دهد پیکربندی‌های مختلفی از ولتاژ و جریان را داشته باشند.
ترانسفورماتورهای چند سیم‌پیچه، معمولا دارای یک سیم‌پیچ اولیه با دو یا چند سیم‌پیچ ثانویه هستند. اما زیبایی ترانسفورماتورها در این است؛ که به ما اجازه می‌دهند؛ تا بیش از یک سیم‌پیچ در سمت اولیه یا ثانویه، داشته‌باشیم. ترانسفورماتورهایی که بیش از یک سیم‌پیچ دارند؛ معمولا به‌عنوان ترانسفورماتورهای چند سیم‌پیچه، شناخته می‌شوند.
اصل کار یک ترانسفورماتور چند سیم‌پیچه، هیچ تفاوتی با ترانسفورماتور معمولی ندارد. ولتاژها، جریان‌ها و نسبت دورهای اولیه و ثانویه، همگی یکسان محاسبه می‌شوند؛ تفاوت این بار در این است؛ که باید به پلاریته‌های ولتاژ هر سیم‌پیچ، توجه‌ویژه داشته‌باشیم و نیز به قرارداد نقطه‌ای که پلاریته مثبت (یا منفی) سیم‌پیچ را هنگام اتصال آنها به‌یکدیگر، نشان می‌دهد.
ترانسفورماتورهای چند سیم‌پیچه، همچنین باعنوان‌های دارای چند کویل یا چند سیم‌پیچ، شناخته می‌شوند و حاوی بیش از یک سیم‌پیچ اولیه یا بیش از یک سیم‌پیچ ثانویه، برروی یک هسته‌ی مشترک لمینت‌شده هستند و از این رو این نام را دارند. آنها می‌توانند یک ترانسفورماتور تک فاز یا یک ترانسفورماتور سه‌فاز باشند (ترانسفورماتور چند سیم‌پیچ، چندفاز) و در هرصورت عملکرد آنها، یکسان است.
ترانسفورماتورهای چند سیم‌پیچه، می‌توانند برای استفاده به‌عنوان سیم‌پیچ‌های افزایشی، کاهشی یا یک ترکیبی از هردو، برای سیم‌پیچ‌های مختلف، به‌کار روند. درواقع، یک ترانسفورماتور چند سیم‌پیچه، می‌تواند چندین سیم‌پیچ ثانویه روی یک هسته داشته باشد؛ که هریک ولتاژ یا جریان خروجی متفاوتی را ارائه می‌دهند.
ازآنجایی‌که ترانسفورماتورها براساس اصل القای متقابل کار می‌کنند؛ هر سیم‌پیچ جداگانه از یک ترانسفورماتور چند سیم‌پیچه، تعداد ولت‌های یکسانی را در هر دور، پشتیبانی می‌کند و بنابراین، حاصل ولت-آمپر در هر سیم‌پیچ یکسان است؛ یعنی NP/NS=VP/VS است و هر نسبت دور بین سیم‌پیچ‌های منحصربفرد، مربوط به منبع اولیه است.
در مدارهای الکترونیکی، اغلب از یک ترانسفورماتور برای تامین انواع سطوح ولتاژ پایین‌تر، برای اجزای مختلف در مدار الکترونیکی استفاده می‌شود. یک کاربرد معمولی ترانسفورماتورهای چند سیم‌پیچه در منابع تغذیه و مبدل‌های سوئیچینگ ترایاک (triac) است. بنابراین، یک ترانسفورماتور ممکن است، تعدادی سیم‌پیچ ثانویه مختلف داشته‌باشد؛ که هریک از آنها ازنظر الکتریکی ازهم ایزوله شده‌اند؛ همانطور که از سیم‌پیچ اولیه، ایزوله می‌شوند. پس هر یک از سیم‌پیچ‌های ثانویه، ولتاژی تولید می‌کند؛ که با تعداد دورها سیم‌پیچ آن متناسب است. برای مثال:
ترانسفورماتور چند سیم‌پیچه
تصویر بالا، نمونه‌ای از یک “ترانسفورماتور چند سیم‌پیچه” معمولی را نشان می‌دهد؛ که دارای تعدادی سیم‌پیچ ثانویه مختلف است؛ که سطوح مختلف ولتاژ را تامین می‌کند. سیم‌پیچ‌های اولیه را می‌توان به‌صورت جداگانه یا در اتصال به‌هم استفاده کرد؛ تا ترانسفورماتور با ولتاژهای تغذیه بالاتر کارکند.
سیم‌پیچ‌های ثانویه را می‌توان در پیکربندی‌های مختلف به‌هم متصل کرد و منبع ولتاژ یا جریان بالاتری را تولید نمود. لازم به‌ذکر است؛ که اتصال به یکدیگر در سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور موازی، تنها درصورتی امکان‌پذیر است؛ که دو سیم‌پیچ از نظر الکتریکی یکسان باشند؛ یعنی درجه جریان و ولتاژ آنها باهم برابر باشد.
ترانسفورماتورهای ولتاژ دوگانه
تعداد قابل‌توجهی، ترانسفورماتور چند سیم‌پیچه، موجود است؛ که دارای دو سیم‌پیچ اولیه با نرخ ولتاژ و جریان یکسان و نیز دو سیم‌پیچ ثانویه، با نرخ ولتاژ و جریان یکسان است. این ترانسفورماتورها، به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند؛ که می‌توانند در کاربردهای مختلف برای سیم‌پیچ‌های متصل به‌هم در ترکیب‌های سری یا موازی برای ولتاژهای اولیه یا جریان‌های ثانویه بالاتر استفاده شوند. این نوع از ترانسفورماتورهای چند سیم‌پیچه که در زیر، نشان داده شده‌است؛ معمولا ترانسفورماتورهای ولتاژ دوگانه نامیده می‌شوند.
در اینجا، ترانسفورماتور دارای دو سیم‌پیچ اولیه و دو سیم‌پیچ ثانویه است؛ که در مجموع چهار سیم‌پیچ را تشکیل می‌دهد. اتصالات مربوط به سیم‌پیچ‌های اولیه یا ثانویه باید در ترانسفورماتورهای ولتاژ دوگانه به‌درستی، انجام گیرد. درصورت اتصال نادرست، ممکن است، یک اتصال کوتاه ایجاد شود؛ که معمولا ترانسفورماتور را درهنگام استفاده از انرژی، خراب می‌کند.
قبلا گفته‌شد؛ که ترانسفورماتورهای دوگانه‌ی ولتاژ را می‌توان متصل نمود؛ تا با سطوح مختلفی از ولتاژ منابع توان کار کنند؛ زیرا نام آنها “ترانسفورماتورهای دوگانه‌ی ولتاژ” است. پس برای مثال، بیایید فرض کنیم؛ که سیم‌پیچ اولیه می‌تواند دارای نرخ ولتاژ 240/120 ولت در سمت اولیه و 12/24 ولت در سمت ثانویه باشد. برای دستیابی به هدف، هریک از دو سیم‌پیچ اولیه با نرخ 120 ولت و هر دو سیم‌پیچ ثانویه با نرخ 12 ولت، تعیین می‌شوند. ترانسفورماتور باید به‌گونه‌ای متصل شود؛ که هر سیم‌پیچ اولیه، ولتاژ مناسب را دریافت کند. مدار زیر را درنظر بگیرید.
ترانسفورماتور ثانویه اتصال سری
دراینجا و در این مثال، دو سیم‌پیچ اولیه نرخ 120 ولت به‌صورت سری، به دو سر یک منبع 240 ولت متصل شده‌اند. ازآنجایی‌که، دو سیم‌پیچ یکسان می‌باشند؛ نیمی از ولتاژ تغذیه یعنی 120 ولت، به هر سیم‌پیچ می‌رسد و جریان اولیه در هردو شارش می‌یابد. دو سیم‌پیچ ثانویه با نرخ 12 ولت و 2.5 آمپر، هرکدام به‌صورت سری به ولتاژ پایانه‌ی ثانویه وصل است و مجموع ولتاژ دو سیم‌پیچ منحصربفرد به ما 24 ولت را می‌دهد.
از آنجایی‌که، دو سیم‌پیچ به‌صورت سری به‌هم متصل شده‌اند؛ جریان یکسانی از هر سیم‌پیچ عبور می‌کند و درنتیجه، جریان ثانویه، برابر و همان 2.5 آمپر است. پس برای یک سیم‌پیچ ثانویه‌ی اتصال سری، خروجی در مثال بالا، با نرخ 24 ولت و 2.5 آمپر است. ترانسفورماتور اتصال موازی زیر را درنظر بگیرید.
ترانسفورماتور ثانویه اتصال موازی
در اینجا، دو سیم‌پیچ اولیه یکسان می‌باشند؛ اما دو سیم‌پیچ ثانویه، نسبت به یک جهت‌گیری نقطه‌ای در اتصال موازی باهم قرار گرفته‌اند. همانند قبل، دو سیم‌پیچ ثانویه، هرکدام با نرخ 12 ولت و 2.5 آمپر می‌باشند و از این‌رو، ولتاژ ترمینال ثانویه، برابر با همان 12 ولت می‌ماند؛ اما به مقدار جریان افزوده می‌شود. پس، برای یک سیم‌پیچ ثانویه‌ی اتصال موازی، خروجی در مثال بالا، با نرخ 120 ولت و 0.5 آمپر است.
البته ترانسفورماتورهای دوگانه‌ی ولتاژ مختلف، مقادیر متفاوتی از ولتاژ و جریان ثانویه را تولید می‌کنند؛ اما اصل به‌کار رفته یکسان است. سیم‌پیچ‌های ثانویه، باید به‌درستی به یکدیگر متصل شوند؛ تا ولتاژ یا جریان خروجی موردنیاز، تولید شود.
جهت‌گیری نقطه‌ای روی سیم‌پیچ‌ها برای نشان‌دادن پایانه‌هایی که رابطه فازی یکسانی دارند؛ استفاده می‌شود. به‌عنوان مثال، اتصال دو سیم‌پیچ ثانویه به یکدیگر، درجهت مخالف، باعث می‌شود؛ که دو شار مغناطیسی، یکدیگر را خنثی کنند و درنتیجه، خروجی صفرشده و به ترانسفورماتور آسیب برسد.
نوع دیگری از ترانسفورماتورهای دوگانه که دارای یک سیم‌پیچ ثانویه است؛ “سروسط” در نقطه‌ی مرکزی الکتریکی قرار می‌گیرد و ترانسفورماتوراتصال-مرکزی نامیده می‌شود.
ترانسفورماتورهای اتصال مرکزی
یک ترانسفورماتور اتصال مرکزی، برای فراهم‌کردن دو ولتاژ ثانویه‌ی مجزای VA و VB با یک اتصال مشترک، طراحی شده‌است. این نوع پیکربندی ترانسفورماتور، یک منبع سه سیمه و دو فاز را تولید می‌کند.
ولتاژهای ثانویه یکسان و متناسب با ولتاژ تغذیه‌ی VP هستند و بنابراین، توان در هر سیم‌پیچ، یکسان است. ولتاژهای تولیدشده در هر یک از سیم‌پیچ‌های ثانویه با نسبت دور مطابق شکل، تعیین می‌شود.
شکل بالا، یک ترانسفورماتور معمولی اتصال-مرکزی را نشان می‌دهد. نقطه‌ی سر، دقیقا در مرکز سیم‌پیچ ثانویه است؛ که اتصال مشترکی را برای دو ولتاژ ثانویه مساوی اما مخالف هم ایجاد می‌کند. با اتصال نقطه‌ی مرکزی به زمین، خروجی VA از نظر ماهیتی نسبت به زمین مثبت می‌شود؛ درحالی‌که، ولتاژ در سیم‌پیچ ثانویه‌ی دیگر، VB منفی بوده و از نظر ماهیتی منفی است و یعنی آنها 180° با هم اختلاف فاز الکتریکی دارند.
با این‌حال، استفاده از ترانسفورماتورهای اتصال-مرکزی به زمین وصل‌نشده، یک عیب دارد و آن، احتمال تولید ولتاژهای نامتعادل در دو سیم‌پیچ ثانویه، به دلیل جریان‌های غیرمتقارن شارش یافته در اتصال سوم مشترک، به‌دلیل بارهای غیرمتعادل است.
ما همچنین می‌توانیم؛ یک ترانسفورماتور اتصال-مرکزی، بااستفاده از ترانسفورماتور دوگانه‌ی ولتاژ از بالا، تولید کنیم. با اتصال سیم‌پیچ‌های ثانویه به‌صورت سری، می‌توانیم انشعاب را به‌عنوان سروسط همانطور که نشان داده شده‌است؛ بکار ببریم. اگر خروجی هر سیم‌پیچ ثانویه برابر با V باشد؛ خروجی کل برای سیم‌پیچ ثانویه برابر با 2V است؛ همانطور که در زیر نشان داده شده‌است.
ترانسفورماتور اتصال مرکزی با ترانسفورماتور ولتاژ دوگانه
ترانسفورماتورهای چند سیم‌پیچه، کاربردهای زیادی در مدارهای الکتریکی و الکترونیکی دارند. می‌توان از آنها برای تامین ولتاژهای ثانویه‌ی مختلف به بارهای متفاوت استفاده کرد. سیم‌پیچ‌های آنها را می‌توان به‌صورت سری یا موازی به یکدیگر، متصل کرد؛ تا ولتاژ یا جریان بالاتری ایجاد شود و یا سیم‌پیچ‌های ثانویه آنها را به‌صورت سری به‌هم متصل نمود؛ تا یک ترانسفورماتور با اتصال-مرکزی تولید گردد.
در آموزش بعدی درمورد ترانسفورماتورها، به نحوه‌ی عملکرد اتوترانسفورماتورها خواهیم پرداخت و خواهیم دید؛ که آنها فقط یک سیم‌پیچ اولیه‌ی اصلی داشته و هیچ سیم‌پیچ ثانویه‌ی منحصربفردی ندارند.
