ট্রান্সফরমার ডিজাইন ও হিসাব নিকাশ নিয়ে আলোচনা

ফ্যারাডের সূত্রানুশারে, একটি পরিবাহী এবং একটি চুম্বক্ষেত্রে যখন আপেক্ষিক গতি এরুপ বিদ্যমান থাকে যে পরিবাহীটি চুম্বক্ষেত্রকে কর্তন করে তবে পরিবাহীতে একটি EMF আবিষ্ট হয়। যার পরিমান ফ্লাক্স কর্তন এর বা ফ্লাক্স পরিবর্তনের হারের সাথে সরাসরি সমানুপাতিক। কোরের মাধ্যমে এই ম্যাগনেটিক ফ্লাক্স সেকেন্ডারি কয়েলে আবিষ্ট হয়ে ভোল্টেজ ও কারেন্ট তৈরি করে।

ট্রান্সফরমারের বিভিন্ন অংশঃ 

১। কোরঃ ম্যাগনেটিক মেটারিয়াল দিয়ে তৈরী। বিভিন্ন আকার ও গঠনের হয়ে থাকে। যেমন, E-I কোর,U-T কোর, EE কোর ও টরয়ডাল।

 

২। কন্ডাক্টরঃ সাধারণত এনামেল ইন্সুলেশন যুক্ত কপার কন্ডাক্টর ব্যবহৃত হয়। এলুমিনিয়ামও ব্যাবহার করা যায়। সেক্ষেত্রে এলুমিনিয়াম কন্ডাক্টরের ব্যাস কপার কন্ডাক্টরের ব্যাসের 1.26 গুন বেশি হতে হবে (এলুমিনিয়ামের কারেন্ট কন্ডাক্টিভিটি কপারের 61%)।

 ববিনঃ ববিনে কন্ডাক্টর কয়েল আকারে পেচানো হয়। বিভিন্ন আকারের প্লাস্টিকের ববিন কিনতে পাওয়া যায়। সঠিক মাপের ববিন বাজারে কিনতে না পাওয়া গেলে হার্ড বোর্ড, ফাইবার বোর্ড ইত্যাদি দিয়ে নিজেই তৈরি করে নিতে পারেন।

ডিজাইন ও হিসাব

 

কোর এর প্রস্থচ্ছেদের ক্ষেত্রফল নির্ণয়ঃ কোরের যে অংশ দিয়ে ম্যাগনেটিক ফ্লাক্স লাইন ফ্লো হবে তার ক্ষেত্রফলই কোরের ক্ষেত্রফল (নিচের প্রথম চিত্রে নীল অংশ ট্রান্সফরমারের এরিয়া)।

E-I কোরের ক্ষেত্রফল 

 

ক্ষেত্রফল = প্রস্থ × উচ্চতা

Area = Width × Height

এরিয়া ও পাওয়ারের সমীকরনঃ

Power = (5.58 × Area)2

= 31.136 A2

পাক সংখ্যা ( Number of turns, ) নির্ণয়ঃ

 

এখানে,

Number of turns, N = প্রতি ভোল্ট এর জন্য পাক সংখ্যা

Frequency, f = অপারেটিং ফ্রিকুয়েন্সি

Flux density, H = কোরের প্রতি বর্গ ইঞ্চি প্রস্থচ্ছেদের ক্ষেত্রফলে মেগনেটিক ফ্লাক্স লাইন সংখ্যা

Area, A = বর্গ ইঞ্চিতে কোরের প্রস্থচ্ছেদের ক্ষেত্রফল

 

চলুন এখন একটি ট্রান্সফরমার ডিজাইনের হিসাব খাতা কলমে ও সফটওয়্যারে দুই ভাবেই করা যাক।

উদাহরণঃ আমরা একটি ট্রান্সফরমার তৈরি করব যার ইনপুট 220 ভোল্ট, একটি আউটপুট হবে 12 ভোল্ট 3 এম্পিয়ার সেন্টার টেপ সহ এবং অপর একটি আউটপুট হবে 6 ভোল্ট 2 এম্পিয়ার।

 

সর্বমোট আউটপুট পাওয়ার হবে

* 12 ভোল্ট × 3 এম্পিয়ার = 36 VA

* 6 ভোল্ট × 2 এম্পিয়ার = 12 VA

 

  •        সর্বমোট পাওয়ার (36 + 12)VA = 48 VA

 

স্প্রেডশিট ক্যালকুলেটরে হিসাবঃ এটি একটি মাইক্রোসফট এক্সেল স্প্রেডশিট। এটিকে ওপেন করতে হলে আপনার কম্পিউটারে মাইক্রোসফট এক্সেল, ওপেন অফিস, লিব্রে অফিস অথবা যেকোন স্প্রেডশিট এপ্লিকেশন ইন্সটল থাকতে হবে। স্মার্ট ফোনেও একই ভাবে মাইক্রোসফট এক্সেল, গুগল শিটস অথবা অন্য কোন স্প্রেডশিট এপ্লিকেশন ইন্সটল থাকতে হবে। প্রথমে এখানে ক্লিক করে এক্সেল স্প্রেডশিট টি ডাউনলোড করে নিন।

 

স্প্রেডশিট ক্যালকুলেটর ব্যবহার বিধিঃ হাতে কলমে হিসেব করার সময় (নীচে উল্লেখ আছে) ট্রান্সফরমারের লস হিসেব করতে হয়। এখানে কষ্ট করে সেটা করতে হবে না, সফটওয়্যার অটোমেটিক্যালি সেটা করে নেবে। বাড়তি ঝামেলা নেই। চলুন দেখে নিই কিভাবে ডাটা ইনপুট দিবেন।

 

উপরের ছবিতে   এই  রং এর সেল গুলো ডাটা ইনপুট সেল এবং এই  রং এর সেল গুলো রেজাল্ট এর সেল। আমরা 48VA এর ট্রান্সফরমার ডিজাইন করব। মনে করুন আপনার কাছে যে কোর আছে তার Width হচ্ছে 1 ইঞ্চি, এবং ট্রান্সফরমারের আউটপুট পাওয়ার হবে 48VA. তাহলেTransformer-3 এর রো তে Width এর নীচে 1 ইনপুট দিলাম, তার ডানপাশে Power এর নিচে 48ইনপুট দিলাম একই রো তে ডানপাশে আউটপুট গুলো চলে এসেছে।

Height = 1.31 ইঞ্চি ও Turn per volt = 5.736 পাওয়া গেল।

 

 

এখন নীচের ছবিটিতে দেখুন Volts লিখার জন্য  এই রং এর কতগুলো সেল আছে। আগের ছবিতে Transformer-3 তে ইনপুট দিয়েছিলাম। তাই এখানেও Transformer-3 এর নীচের Voltsলিখার সেল গুলোতে বিভিন্ন কয়েলের Voltage লিখব। ডান পাশে  এই  রং এর সেলে Turnসংখ্যা 1262 ও কারেন্ট এর মান 0.24 Ampere পাওয়া গেল।

এখন SWG টেবিল হতে 0.24 Amp কারেন্ট ক্যাপাসিটির তার খুজে 30 SWG পাওয়া গেল। একই ভাবে 6V কয়েলের কারেন্ট 2 Amp এর জন্য তার 20 SWG. 12V সেন্টার টেপড কয়েলের কারেন্ট 3 Amp এর অর্ধেক বা 1.5 Amp এর জন্য তার 21 SWG.

হিসেব থেকে যা পেলাম এক নজরে দেখে নেয়া যাক,

* 220V কয়েল 1262 turns 30 SWG
* 6V কয়েল 35 turns, 20 SWG
* 12V কয়েল 69 × 2 turns, 21 SWG


হাতে কলমে হিসাবঃ
 আপনি সফটওয়্যার ব্যবহার না করে হাতে কলমে হিসেব করতে চাইলেও করতে পারেন। সময় বাচাতে ও নির্ভুল হিসেব পেতে সফটওয়্যার ব্যবহার করাই ভালো। প্রত্যেক ট্রান্সফরমারের কিছু লস আছে। মনে করি ট্রান্সফরমারটির লস হবে 10% বা ইফিসিয়েন্সি 90%। কাঙ্খিত 48 VAআউটপুট পেতে 48 এর 10% বেশি পাওয়ার বা 53.33 VA এর জন্য ডিজাইন করতে হবে। এড়িয়া এর সূত্র থেকে পাই,

 

সুতরাং আমরা যে ট্রান্সফরমার টি ডিজাইন করব তার প্রস্থচ্ছেদের ক্ষেত্রফল হবে 1.3088 বর্গ ইঞ্চি। এখন 1.3088 বর্গ ইঞ্চির কোর নির্বাচন করতে হবে।

* প্রাইমারী বা 220 ভোল্ট কয়েলে পাক সংখ্যা = 220 × 5.736 = 1262
* সেনেন্ডারি 12-0-12 ভোল্ট কয়েলে পাক সংখ্যা     = 12 × 2 × 5.736 = 69 × 2
এখানে 69 পাক করে দুই কয়েল, যেহেতু এটি সেন্টার টেপ হবে।
* সেকেন্ডারি 6 ভোল্ট কয়েলে পাক সংখ্যা    = 6 × 5.736 = 35

তারের গেজ নির্ণয়ঃ এ ধরনের ট্রান্সফরমারের তাপমাত্রা, কুলিং ব্যবস্থা বিবেচনা করে তামার তারের প্রতি বর্গ ইঞ্চি প্রস্থচ্ছেদ ক্ষেত্রফলের জন্য কারেন্ট ক্যাপাসিটি 2000 এম্পিয়ার ধরা হয়। নীচের টেবিলে 2000 এম্পিয়ার/বর্গ ইঞ্চি হিসেবে কারেন্ট ক্যাপাসিটি দেয়া আছে।

 

 

টেবিল হতে 0.24 A কারেন্ট ক্যাপাসিটির তার খুজে 30 SWG পাওয়া গেল। একই ভাবে 6V কয়েলের কারেন্ট 2 Amp এর জন্য তার 20 SWG. 12V সেন্টার টেপ্‌ড কয়েলের কারেন্ট 3 Amp এর অর্ধেক বা 1.5 Amp এর জন্য তার 21 SWG.

 

হিসেব থেকে যা পেলাম এক নজরে দেখে নিই,

* 220V কয়েল 1262 turns 30 SWG

* 6V কয়েল 35 turns, 20 SWG

* 12V কয়েল 69 turns × 2, 21 SWG