Transformer কীভাবে কাজ করে

বিদ্যুৎকেন্দ্র থেকে আপনার Panel পর্যন্ত বিদ্যুৎ অন্তত তিন-চারবার Transformer-এর ভেতর দিয়ে আসে। প্রতিবার Voltage বদলায়, কিন্তু Transformer-এর ভেতরে কোনো চলমান অংশ নেই, কোনো Switch নেই — শুধু লোহার Core আর তামার দুটি Winding। এই Lesson-এ দেখব এটা কীভাবে সম্ভব, আর সেই নিয়ম থেকে কোন ব্যবহারিক সিদ্ধান্তগুলো আসে।

মূল নীতি: Mutual induction

Transformer-এ একটি লোহার Core-এর ওপর দুটি Winding থাকে:

• Primary — যেদিকে Supply আসে (বিতরণ Transformer-এ HV, 11 kV)।
• Secondary — যেদিক থেকে Load বিদ্যুৎ নেয় (LV, 0.415 kV)।

Primary-তে AC Voltage দিলে একটি ছোট Current চলে, যা Core-এ পরিবর্তনশীল Magnetic flux তৈরি করে। এই Flux প্রতি সেকেন্ডে 50 বার দিক বদলায়, আর Core দিয়ে Secondary winding-এর ভেতর দিয়ে যায়। পরিবর্তনশীল Flux যে Winding-কে ঘিরে থাকে, তাতে Voltage (EMF) তৈরি হয় — এটাই Faraday-র সূত্র:

$$E = 4.44 \times f \times N \times \Phi_m$$

$f$ = Frequency, $N$ = Winding-এর Turn সংখ্যা, $\Phi_m$ = Core-এর সর্বোচ্চ Flux। দুই Winding-এ Flux একই, তাই প্রতিটি Turn-এ সমান Voltage — যে Winding-এ বেশি Turn, তাতে বেশি Voltage।

Turns ratio: Voltage আর Current

$$\frac{V_1}{V_2} = \frac{N_1}{N_2} = \frac{I_2}{I_1}$$

Voltage কমলে Current সেই অনুপাতে বাড়ে, কারণ ভেতরে শক্তি তৈরি হয় না — যা ঢোকে, (সামান্য Loss বাদে) তাই বের হয়।

উদাহরণ: 1000 kVA, 11/0.415 kV

• Ratio = 11000 ÷ 415 ≈ 26.5
• HV Current = 1000 ÷ (1.732 × 11) ≈ 52.5 A
• LV Current = 1000 ÷ (1.732 × 0.415) ≈ 1391 A

তাই HV দিকে সরু Cable আর ছোট Fuse, LV দিকে মোটা Busbar আর বড় ACB। নিজের Transformer-এর হিসাব: Transformer Current Calculator।

DC দিলে কী হয়

DC-তে Flux স্থির থাকে, পরিবর্তন নেই — তাই Secondary-তে কোনো Voltage আসে না। আরও খারাপ: AC-তে Winding-এর বিপরীত EMF Current সীমিত রাখে, DC-তে সেটা থাকে না; শুধু Winding-এর খুব কম Resistance Current আটকায় — বিশাল Current-এ Winding পুড়ে যায়। Transformer শুধু AC-র যন্ত্র।

একই কারণে Frequency কম হলে (যেমন 50 Hz-এর Transformer 40 Hz-এ) Flux বাড়ে, Core Saturation-এ যায়, Current ও তাপ বাড়ে।

বিদ্যুৎ যেভাবে আপনার কাছে আসে

উচ্চ Voltage-এ একই শক্তি কম Current-এ যায় — তারে Loss ($I^2R$) আর Voltage drop অনেক কমে। তাই দূরে পাঠাতে Voltage বাড়ানো হয়, ব্যবহারের কাছে কমানো হয়।

Rating কেন kVA-তে, kW-তে নয়

Transformer-এর তাপ আসে দুই জায়গা থেকে — Core-এর Loss নির্ভর করে Voltage-এর ওপর, Winding-এর Loss নির্ভর করে Current-এর ওপর। কোনোটিই Load-এর Power Factor জানে না। 1000 kVA Transformer 0.7 PF-এ 700 kW দিলেও Winding-এ পূর্ণ Current চলে, পুরো গরম হয়। তাই Rating kVA-তে — আর কম PF মানে একই Transformer-এ কম kW।

দুই ধরনের Loss

• Core loss (No-load loss) — Core-এ Hysteresis আর Eddy current-এর কারণে। Transformer চালু থাকলেই হয়, Load থাকুক বা না থাকুক।
• Copper loss (Load loss) — Winding-এর Resistance-এ $I^2R$। Load-এর বর্গ হারে বাড়ে — অর্ধেক Load-এ পূর্ণ Load-এর এক-চতুর্থাংশ।

বড় Transformer-এর Efficiency সাধারণত ৯৮–৯৯%-এর বেশি, তবু 1000 kVA-তে কয়েক kW Loss মানে বছরে হাজার হাজার ইউনিট। বিস্তারিত Lesson 6-এ; হিসাব করুন: Loss ও Efficiency Calculator।

Load ছাড়া চালু Transformer

Secondary খোলা থাকলেও Primary একটি ছোট Magnetising current (No-load current) নেয় — সাধারণত Rated current-এর কয়েক শতাংশ বা তারও কম। এই Current Core-এ Flux ধরে রাখে। চালুর মুহূর্তে এটি কিছুক্ষণের জন্য অনেক বড় হতে পারে (Inrush current) — Lesson 11-এ।

Load বাড়লে Secondary current বাড়ে, তার Flux Primary-র Flux-কে কমাতে চায়; ফলে Primary আপনা থেকেই বেশি Current নেয়। তাই Load-এর চাহিদা ঠিক Primary পর্যন্ত পৌঁছে যায় — কোনো নিয়ন্ত্রক ছাড়াই।

Load-এ Voltage কেন কমে

Winding-এর Resistance আর Leakage reactance মিলে Transformer-এর একটি Impedance আছে (Nameplate-এর %Z)। Load current এই Impedance-এ Voltage drop করে, তাই পূর্ণ Load-এ LV-র Voltage No-load-এর চেয়ে কয়েক শতাংশ কম। এজন্য Nameplate-এ LV লেখা থাকে 415 V (No-load), যাতে Load-এ 400 V-এর কাছে থাকে। Lesson 2-এ %Z, Lesson 5-এ Tap দিয়ে Voltage ঠিক করা।

প্রধান ধরন

• Distribution transformer — 11/0.415 kV, কয়েকশো থেকে 2500 kVA; খুঁটিতে (Pole-mounted) বা Substation-এ।
• Power transformer — 33/11 kV বা তার বেশি, কয়েক MVA; Grid substation-এ।
• Oil-immersed বনাম Dry-type (Cast resin) — ভবনের ভেতরে আগুনের ঝুঁকি কমাতে Dry-type (Lesson 3)।
• Instrument transformer — CT ও PT/VT, মাপা আর Protection-এর জন্য; নীতি একই।

সংক্ষেপে

• Primary-র AC Current Core-এ পরিবর্তনশীল Flux তৈরি করে, যা Secondary-তে Voltage আনে।
• Voltage-এর অনুপাত = Turn-এর অনুপাত; Current উল্টো অনুপাতে।
• শুধু AC-তে কাজ করে; DC দিলে Winding পোড়ে।
• Rating kVA-তে, কারণ তাপ Voltage আর Current থেকে, PF থেকে নয়।
• Core loss সবসময়, Copper loss Load-এর বর্গ হারে।
• Transformer দুই দিকেই কাজ করে — LV-তে Backfeed মানে HV লাইন জীবন্ত।

পরের Lesson: Nameplate: kVA, Voltage, %Z ও Vector group।