പരിവർത്തകങ്ങൾ ( Transformers ) മൂന്നാം ഭാഗം - ട്രാൻസ്ഫോർമറിന്റെ നിർമ്മിതി ( construction of transformer )

ട്രാൻസ്ഫോർമറിനു കാന്തിക കോറും, പ്രാഥമിക, ദ്വിതീയ വൈന്റിങ്ങുകളും ഉണ്ടെന്നു പറഞ്ഞല്ലോ. കാന്തിക കോർ സി.ആർ. ജി.ഒ ( CRGO – cold rolled grain oriented )  അഥവാ സിലിക്കൺ സ്റ്റീലിനാൽ നിർമ്മിയ്ക്കുന്നു. സാധാരണ പച്ചിരുമ്പും ( Soft iron ) കോറിന്റെ ധർമ്മം നിർവഹിയ്ക്കുമെങ്കിലും കാന്തികപരമായി പച്ചിരുമ്പിനേക്കാൾ വളരെ മികച്ചതാണ്‌ സിലിക്കൺ സ്റ്റീൽ. പച്ചിരുമ്പാണു കോറായി ഉപയോഗിയ്ക്കുന്നതെങ്കിൽ അതിൽ ഹിസ്റ്റരിസിസ്‌ ( hysteresis ) മൂലമുണ്ടാകുന്ന ഊർജ്ജ നഷ്ടം വളരെകൂടുതലായിരിയ്ക്കും. അതിനാൽ ട്രാൻസ്ഫോർമറുകളുടെ കോറുണ്ടാക്കാൻ പച്ചിരുമ്പ്‌ ഉപയോഗിയ്ക്കാറില്ല. സി. ആർ. ജി. ഒ. സ്റ്റീലിനാകട്ടെ ഹിസ്റ്റരിസിസ്‌ മൂലമുണ്ടാകുന്ന ഊർജ്ജ നഷ്ടം വളരെ കുറവായിരിയ്ക്കും

ഹിസ്റ്റരിസിസ്‌ നഷ്ടം ( hysteresis loss )

കാന്തിക കോർ നിരന്തരമായി കാന്തവൽക്കരണ ദിശാവ്യതിയാനത്തിനു വിധേയമാകുമ്പോൽ കാന്തവൽക്കരണത്തിനു ഊർജ്ജം ആവശ്യമായി വരുന്നു. ഇങ്ങനെ ചെലവഴിയ്ക്കുന്ന ഊർജ്ജം താപമായി പുറത്തുവരുന്നു. ഇങ്ങനെ നിരന്തരം കാന്തിക ദിശാ വ്യതിയാനം മൂലം കോറിലുണ്ടാകുന്ന ഊർജ്ജനഷ്ടത്തെയാണ്‌ ഹിസ്റ്റരിസിസ് നഷ്ടമെന്നു പറയുന്നത്‌. ഹിസ്റ്റരിസിസ് നഷ്ടം കാന്തിക ഫ്ലക്സിനും ആവൃത്തി ( frequency ) യ്ക്കുമാനുപാതികമായിരിയ്ക്കും.

കോർ ഒറ്റ ഘടകമായിട്ടല്ല നിർമ്മിയ്ക്കുന്നത്‌. കോർ ഒറ്റ ഘടകമാക്കിയാൽ അതിലെ എഡ്ഡി കരണ്ട്‌ ( eddy current ) വളരെകൂടുതലാകുകയും അതുമൂലമുണ്ടാകുന്ന ഊർജ്ജനഷ്ടം വളരെകൂടുതലാകുകയും ചെയ്യും. ഇതൊഴിവാക്കുന്നതിനായി കാന്തിക കോറിനെ വളരെ ചെറിയ തകിടുകളാക്കി ആ പാളികളെയെല്ലാം ഒന്നിച്ചു ചേർത്താണ്‌ കോർ നിർമ്മിയ്ക്കുന്നത്‌. ഇവയെ കോർ സ്റ്റാമ്പിങ്ങുകളെന്നു ( core stampings ) പറയും. 50 ഹെർട്ട്സ്‌ ആവൃത്തിയിലുപയോഗിയ്ക്കുന്ന ട്രാൻസ്ഫോർമറുകളുടെ കോർ സ്റ്റാമ്പിങ്ങുകൾ 0.35 മി.മീ. ഘനമുള്ളതായിരിയ്ക്കും. കോർ സ്റ്റാമ്പിങ്ങുകൾ പരസ്പരം വൈദ്യുതപരമായി വേർ തിരിച്ചു നിർത്തുന്നതിനായി അവയ്കു ഒരു ഇൻസുലേഷൻ നൽകിയിരിയ്ക്കും. ഇതിനെ  കോർ ലാമിനേഷൻ എന്നുപറയുന്നു. വാർണ്ണിഷിന്റെ ( varnish )  വളരെ ഘനം കുറഞ്ഞ കവചം കൊണ്ടാണ്‌ സ്റ്റാമ്പിങ്ങുകൾ ലാമിനേറ്റു ചെയ്യുന്നത്‌ ഓരോ കോർ സ്റ്റാമ്പിങ്ങുകളും പരസ്പരം ചേർന്നിരിയ്ക്കുന്നുണ്ടെങ്കിലും അവ വൈദ്യുതപരമായി ഇൻസുലേറ്റു ചെയ്യപ്പെട്ടിരിയ്ക്കുന്നു.

എഡ്ഡികരണ്ട്‌ നഷ്ടം. ( Eddy current loss )

ട്രാൻസ്ഫോർമറിന്റെ കോർ കാന്തികവസ്തുക്കളാൽ നിർമ്മിതമാണല്ലോ. ലോഹങ്ങളാൾ നിർമ്മിതമായതുകൊണ്ടു തന്നെ കോറും നല്ല വൈദ്യുത ചാലകമായിരിയ്ക്കുമല്ലോ. ലോഹങ്ങളാൾ നിർമ്മിതമായതുകൊണ്ടു തന്നെ കോറും നല്ല വൈദ്യുത ചാലകമായിരിയ്ക്കുമല്ലോ. നിരന്തരം വ്യതിയാനം വരുന്ന ( Alternating ) കാന്തിക മണ്ഡലത്തിൽ സ്ഥിതിചെയ്യുന്നതിനാൽ വൈന്റിങ്ങുകളെപ്പോലെ തന്നെ കോറിലും ഒരു വോൾട്ടത ഉൽപ്രേരിപ്പിയ്ക്കപ്പെടും. കോർ ഒറ്റ ഘടകമാണെങ്കിൽ കോറിന്റെ പ്രതിരോധം വളരെ കുറവായിരിയ്ക്കുകയും വളരെ വലിയൊരു കരണ്ട്‌ കോറിനുള്ളിൽ ചുറ്റിയൊഴുകുകയും ചെയ്യും. ഈ കരണ്ടിനെ എഡ്ഡി കരണ്ടെന്നു (Eddy current) പറയുന്നു. എഡ്ഡി കരണ്ടൊഴുകുമ്പോൾ കോറിൽ താപമുണ്ടാകുകയും അതിനു വേണ്ട ഊർജ്ജം വൈദ്യുത സ്രോതസ്സിൽ നിന്നും നൽകേണ്ടി വരികയും ചെയ്യും. ഈ ഊർജ്ജം താപമായി നഷ്ടപ്പെടുകയും ട്രാൻസ്ഫോർമറിന്റെ താപനില വർദ്ധിപ്പ്യ്കുകയും ചെയ്യും. കോറിലൂടെ എഡ്ഡി കരണ്ടൊഴുകുന്നതുമൂലം കോറിലുണ്ടാകുന്ന ഊർജ്ജനഷ്ടത്തെ എഡ്ഡി കരണ്ട്‌ നഷ്ടമെന്നു ( Eddy current loss ) പറയുന്നു. കാന്തിക ഫ്ലക്സിനും ആവൃത്തിയ്ക്കുമാനുപാതികമായിരിയ്ക്കും എഡ്ഡി കരണ്ട്‌ നഷ്ടം. എഡ്ഡി കരണ്ട്‌ നഷ്ടം കൂറയ്ക്കുന്നതിനായി കോറിന്റെ പ്രതിരോധം വർദ്ധിപ്പിയ്ക്കുന്നു. ഇതിനായി കാന്തിക കോർ ചെറിയ പാളികളാക്കിത്തിരിച്ച്‌ അവ പരസ്പരം ഇൻസുലേറ്റ്‌ ചെയ്യുന്നു.

കോറിന്റെ രൂപത്തിനനുസരിച്ച്‌ ട്രാൻസ്ഫോർമറുകൾ രണ്ടുതരത്തിലുണ്ട്‌. അവ കോർ ടൈപ്‌ ട്രാൻസ്ഫോർമറും ( core type transformer ), ഷെൽ ടൈപ്‌ ട്രാൻസ്ഫോർമറുമാണ്‌ ( shell type transformer ). കോർ ടൈപ്‌ ട്രാൻസ്ഫോർമറിൽ വൈന്റിങ്ങുകൾ കോരിന്റെ വലിയൊരു ഭാഗത്തിനെ മൂടിയിരിയ്ക്കും എന്നാൽ ഷെൽ ടൈപ്‌ ട്രാൻസ്ഫോർമറിലാകട്ടെ കോർ വൈന്റിങ്ങിനെ മൂടിയിരിയ്ക്കും. ചിത്രം കാണുക

ട്രാൻസ്ഫോർമറിന്റെ കോർ ചെറിയ പാളികളായാണെ നിർമ്മിച്ചിരിയ്ക്കുന്നതെന്നു പറഞ്ഞല്ലോ.  ഈ പാളികളെ പിന്നേയും സൗകര്യാർത്ഥം ചിത്രത്തിൽ കാണുന്നതു പോലെ ചെറുതാക്കിയിരിയ്ക്കും. മുന്നേകൂട്ടി ചുറ്റിയ വൈന്റിങ്ങുകൾ ( Form wound ) കോറിൽ ഘടിപ്പിയ്ക്കുന്നതിന്‌ ഇങ്ങനെ ചെയ്യുന്നതിനാൽ വളരെ എളുപ്പമാണ്‌. ചിത്രം കാണുക. ആദ്യം കോറിന്റെ അടിഭാഗവും  വശങ്ങളും ഒന്നാക്കുന്നു. പിന്നീട്‌ വൈന്റിംഗ്‌ കോറിൽ ഇറക്കിവച്ച ശേഷം മുകൾഭാഗം ഘടിപ്പിയ്ക്കുന്നു.

വൈന്റിങ്ങുകൾ (windings )

   കവചിതമായ ( Insulated ) ചെമ്പുകമ്പികൊണ്ടോ അലൂമിനിയം കമ്പികൊണ്ടോ ആണ്‌ വൈന്റിങ്ങുകൾ ചുറ്റിയെടുക്കുന്നത്‌. ചെറുതും എണ്ണയിൽ മുക്കിയിടാത്തതുമായ ( Dry type ) ട്രാൻസ്ഫോർമറുകളിൽ ഇനാമൽ കൊണ്ടുള്ള കവചമുള്ള ( Ennameled ) ചെമ്പുകമ്പികളാണുപയോഗിയ്ക്കുന്നത്‌. എന്നാൽ വലിയ, എണ്ണയിൽ മുക്കിവയ്ക്കുന്നവയിൽ ( Oil filled ) കടലാസ്‌ ( Insulation Paper ) ആണ്‌ ഇൻസുലേഷനുവേണ്ടി ഉപയോഗിയ്ക്കുന്നത്‌.

   ചെറിയ ട്രാൻസ്ഫോർമറുകളിൽ പ്ലാസ്റ്റിക്‌ നിർമ്മിതമായ ഫോർമറുകളിൽ ( Former )  പ്രൈമറി സെക്കന്ററി വൈന്റിങ്ങുകൾ ചുറ്റിയ ശേഷം ഫോർമറടക്കം കോറിലേയ്ക്കിറക്കി വയ്ക്കുന്നു. എന്നാൽ വലിയവയിൽ ഫോർമറിൽ ചുറ്റിയശേഷം വൈന്റിങ്ങുമാതം കോറിലിറക്കി ഉറപ്പിയ്ക്കുന്നു. ചെറിയട്രാൻസ്ഫോർമറുകളിൽ വൈന്റിങ്ങുകൾ വിവിധ നിരകളിലായി ( layers )  ഒറ്റ ഘടകമായി ചുറ്റിയെടുക്കുമ്പോൾ വലിയ ട്രാൻസ്ഫോർമറുകളിൽ വൈന്റിങ്ങുകൾ വിവിധ കോയിലുകളായി ചുറ്റിയെടുത്തശേഷം പിന്നീടു കൂട്ടിഘടിപ്പിയ്ക്കുകയാണു ചെയ്യുന്നത്‌. വൈന്റിങ്ങുകളുടെ രീതികളെക്കുറിച്ച്‌ വിശദമായി പിന്നീട്‌ എഴുതാം.

കോർ ടൈപ്‌ ട്രാൻസ്ഫോർമറുകളിൽ കോറിനു ചുറ്റുമായി മുന്നേ കൂട്ടി ചുറ്റിയ വൈന്റിങ്ങുകൾ ( Form wound ) ഇറക്കി വയ്ക്കുകയാണു ചെയ്യുന്നത്‌. കുറഞ്ഞവോൾട്ടതയിലുള്ള ( Low voltage ) വൈന്റിംഗ്‌ കോറിനോടടുത്ത്‌ ആദ്യം ചുറ്റുകയും ശേഷം അതിനു പുറമേ കൂടിയ വോൾട്ടതയുടെ വൈന്റിംഗ്‌ ചുറ്റുകയും ചെയ്യും. ചെറിയ ട്രാൻസ്ഫോർമറിൽ കോറിനെ ഛേദതലവും ( Cross section ) അതിനെ ചുറ്റിയുള്ള വൈന്റിങ്ങും ചതുരാകൃതിയായിരിയ്ക്കും. എന്നാൽ വൈയ ട്രാൻസ്ഫോർമറുകളിലാട്ടെ ചതുരാകൃതിയിലുള്ള വൈന്റിംഗ്‌ ഉപയോഗിയ്ക്കാതെ പകരം വൃത്താകൃതിയിലാണ്‌ ചുറ്റിയെടുക്കുന്നത്‌. ഇതുമൂലം വൈന്റിംഗ്‌  ബലമുള്ളതായിരിയ്ക്കും, മാത്രമല്ല വൈന്റിങ്ങിലുപയോഗിയ്ക്കുന്ന ചെമ്പിന്റെ ചെലവ്‌ കുറയുകയും, ട്രാൻസ്ഫോർമറിലുണ്ടാകുന്ന ഊർജ്ജ നഷ്ടം ( Copper loss ) കുറയുകയും ചെയ്യും. എന്നാൽ കോർ ചതുരാകൃതിയിലും വൈന്റിംഗ്‌ വൃത്താകൃതിയിലുമാണെങ്കിൽ കോറിനും വൈന്റിങ്ങിനുമിടയിൽ ധാരാളം ഒഴിഞ്ഞ സ്ഥലം ഉണ്ടാകും. ഇത്‌ ട്രാൻസ്ഫോർമറിലെ കാന്തികച്ചോർച്ച ( Magnetic leakage)വർദ്ധിയ്ക്കാനും അതു വഴി ട്രാൻസ്ഫോർമറിന്റെ റിയാക്ടൻസ്‌  ( Leakage reactance ) കൂടാനും കാരണമാകും. ഇതൊഴിവാക്കുന്നതിനായി കോറിന്റെ ഛേദതലവും വൃത്താകൃതിയിലാക്കേണ്ടതുണ്ട്‌. എന്നാൽ പൂർണ്ണമായും വൃത്താകൃതിയിലാക്കുക എന്നത്‌ ബുദ്ധിമുട്ടുള്ള കാര്യമാണ്‌. ഇതു പരിഹരിയ്കാനായി പടികളുള്ള കോർ ( stepped core ) രീതി ഉപയോഗിയ്ക്കുന്നു. ഈ രീതിയിൽ വ്യത്യസ്ത അളവിലുള്ള കോർ സ്റ്റാമ്പിങ്ങുകൾ ചേർത്ത്‌ വച്ച്‌ ഏതാണ്ട്‌ വൃത്താകൃതിയുള്ള കോർ ഛേദതലം സാധ്യമാക്കുന്നു., ചിത്രം ശ്രദ്ധിയ്ക്കുക.