Trafo Gerilim Regülasyonu

Trafo gerilim regülasyonu, bağlı yük akımındaki değişikliklerin bir sonucu olarak bir transformatörün çıkış terminal geriliminin yüksüz değerinden yukarı veya aşağı değiştiği oran veya yüzde değeridir.

Transformatör serisinde, bir transformatörün birincil sargısına enerji verildiğinde, transformatör dönüş oranı (TR) tarafından belirlenen bir miktarda ikincil bir voltaj ve akım üreteceğini bu nedenle, tek fazlı bir transformatör 2:1’lik bir aşağı dönüş oranına sahipse ve yüksek voltajlı birincil sargıya 240V uygulanırsa, 120 VAC’lik sekonder sargıda bir çıkış terminal voltajı görmeyi bekleriz çünkü bu durumu ideal ve kayıpsız varsaydık.

Bununla birlikte, gerçek dünyada bu, sargılı bir manyetik devre olduğu için her zaman doğru değildir, tüm transformatörler, I ² R bakır kayıpları ve bu ideal ikincil değeri 117 VAC gibi birkaç yüzde azaltacak manyetik çekirdek kayıplarından oluşan kayıplardan muzdariptir. Ancak transformatörler (ve elektrik makineleri) ile ilgili bir başka değer daha vardır ve bu değer de transformatör tam güç sağladığında bu sekonder gerilim değerini etkiler ve buna “regülasyon” denir.

Trafo Gerilim Regülasyonu

Tek fazlı transformatörlerin Voltaj Regülasyonu, değişen ikincil yük koşulları altında orijinal yüksüz voltajına kıyasla ikincil terminal voltajındaki yüzde (veya birim değer başına) değişikliktir. Diğer bir deyişle, regülasyon, transformatörün bağlı olduğu yükte meydana gelen değişimler sonucunda transformatör içinde meydana gelen sekonder terminal gerilimindeki değişimi belirleyerek, bu kayıpların yüksek olması ve sekonder gerilimin çok düşük olması durumunda performansını ve verimini etkiler.

Transformatöre yüksüz bağlandığında sekonder sargı yani çıkış terminalleri açık devredir, kapalı devre durumu yoktur, dolayısıyla çıkış yük akımı yoktur (I _L  = 0) ve trafo tek gibi davranır. yüksek öz endüktanslı tek sargı. Yüksüz ikincil voltajın, sabit birincil voltajın ve transformatörün dönüş oranının bir sonucu olduğunu unutmayın.

Sekonder sargının basit bir yük empedansı ile yüklenmesi, herhangi bir güç faktöründe trafonun iç sargısı boyunca sekonder bir akımın akmasına neden olur. Böylece sargıların iç direnci nedeniyle voltaj düşer ve kaçak reaktansı çıkış terminal voltajının değişmesine neden olur.

Bir transformatörün voltaj regülasyonu , sabit bir birincil voltaj için I _L = I _MAX (maksimum akım) verildiğinde I _L = 0, (açık devre) olduğunda yüksüz bir durumdan tam yüklü bir duruma ikincil terminal voltajı arasında değişir:

Kesirli Değişim Olarak Trafo Gerilim Regülasyonu

Bu voltaj regülasyonu, yüksüz terminal voltajının bir fraksiyonu veya birim değişimi olarak ifade edildiğinde, voltaj regülasyonu-aşağı , (Reg _down ) ve voltaj regülasyonu-yukarı , (Reg _up ) olmak üzere iki yoldan biriyle tanımlanabileceğini unutmayın. Yani yük ikincil çıkış terminaline bağlandığında terminal voltajı düşer veya yük kaldırıldığında ikincil terminal voltajı yükselir. Böylece transformatörün regülasyonu, referans gerilim, yük veya yüksüz değer olarak hangi gerilim değerinin kullanıldığına bağlı olacaktır.

Trafo gerilim regülasyonunu, yüksüz durum ile tam yük koşulları arasındaki yüzde değişim olarak aşağıdaki gibi de ifade edebiliriz:

Yüzde Değişimi Olarak Trafo Gerilim Regülasyonu

Örneğin, tek fazlı bir transformatörün açık devre yüksüz terminal voltajı 100 voltsa ve aynı terminal voltajı bağlı bir yükün uygulanmasında 95 volta düşerse, transformatör voltaj regülasyonu bu nedenle 0,05 veya 5 olacaktır. %, ((100 – 95)/100)*100%). Bu nedenle, bir transformatör voltaj regülasyonu, bir birim değişim değeri veya yüksüz voltajın yüzde değişim değeri olarak ifade edilebilir.

Trafo Gerilim Regülasyonu Soru Örneği 1

500VA, 10:1 tek fazlı düşürme transformatörünün birincil sargısı, sabit bir 240Vrms kaynağından beslenir. 1.1Ω empedansa bağlandığında transformatörün yüzde regülasyonunu hesaplayın

Veriler: VA = 500, tr = 10: 1, V _{, P} = 240V, Z, _S = 1.1Ω,% Reg bulabilirsiniz.

Bu nedenle, V_S(no-load)  = 24 Volt

Bu nedenle, V _S(full-load)  = 23,45 Volt

Daha sonra transformatör için hesaplanan yüzde regülasyonu şu şekilde verilir: %2.29.

Trafo Gerilim Regülasyonu Soru Örneği 2

%4’lük bir voltaj regülasyonu olan tek fazlı bir transformatör, tam yük akımında 115.4 voltluk bir ikincil terminal voltajına sahiptir. Yük kaldırıldığında yüksüz terminal voltajını hesaplayın.

Daha sonra, bağlı yükteki bir değişikliğin, trafo gerilim regülasyonunu trafo dışında bir fonksiyon haline getirerek, “yüksüz” gerilimi ile “tam yük” gerilimi arasında trafo terminal geriliminde bir değişiklik yarattığını görebiliriz. Bu nedenle, voltaj regülasyonu yüzdesi ne kadar düşük olursa, yük akımı değeri ne olursa olsun transformatörün sekonder terminal voltajı o kadar kararlı olacaktır. Bağlı yük tamamen dirençli ise, voltaj düşüşü daha küçük olacaktır. Böylece ideal bir transformatörün sıfır voltaj regülasyonu olacaktır, yani V _S(full-load) sıfır kayıp olacağından V _S( no-load) ‘e eşittir .

Artık bir transformatörün voltaj düzenlemesinin, tam yük voltajı ile yüksüz voltajı arasındaki, oran veya yüzde (%) değeri olarak ifade edilebilen maksimum anma ikincil akımı arasındaki fark olduğunu biliyoruz. Ancak ikincil voltaj neden yük akımındaki değişikliklerle değişiyor veya düşüyor?

Yüklü Transformatörler

Bir transformatörün sekonder sargısı bir yükü beslerken, lamine çekirdek içinde manyetik demir kayıpları ve sargılarının direncinden dolayı bakır kayıpları vardır ve bu hem birincil hem de ikincil sargılar için geçerlidir.

Bu kayıplar, sekonder çıkış akımının ( _IS ) gösterildiği gibi akması gereken bir empedans yolu sağlayan transformatör sargılarında bir reaktans ve direnç üretir.

Sekonder sargı hem direnç hem de reaktanstan oluştuğu için, Ohm Yasası’nın belirttiği gibi, etkin empedansa ve sağlanan yük akımına bağlı olarak transformatörün sargılarında bir dahili voltaj düşüşü meydana gelmelidir: V = I*Z .

Ardından, ikincil yük akımı arttıkça, transformatör sargılarında düşen voltajın da artması gerektiğini ve sabit bir birincil besleme voltajı için ikincil çıkış voltajının düşmesi gerektiğini görebiliriz.

Sekonder sargının empedansı (Z), her bir bileşende üretilen farklı bir voltaj düşüşü ile hem direncinin (R) hem de kaçak reaktansının (X) fazör toplamıdır. Daha sonra ikincil empedansı ve yüksüz ve tam yük gerilimlerini şu şekilde tanımlayabiliriz:

Böylece ikincil sargıların yüksüz gerilimi şu şekilde tanımlanır:

V _S(yüksüz)   = E _S

ve tam yük gerilimi şu şekilde tanımlanır:

V _{S(tam yük)}   = E _S  – I _S R – I _S X

veya V _{S(tam yük)}   = E _S  – I _S (R+jX)

∴ V _{S(tam yük)}   = E _S  – I _S *Z

Açıkça o zaman, transformatör sargısının, yük akımının her ikisi için de ortak olduğu bir dirençle seri halinde bir reaktanstan oluştuğunu görebiliriz. Bir direnç için voltaj ve akım aynı fazda olduğundan, I _S R olarak verilen direnç boyunca voltaj düşüşü, bu nedenle ikincil akım I _S ile “aynı fazda” olmalıdır .

Bununla birlikte, endüktif reaktansa sahip saf bir indüktörde, X _L , akım 90 ^o kadar geriler, bu nedenle I _S X olarak verilen reaktans boyunca voltaj düşüşü , akımı bir endüktif yük olarak Φ _L açısı kadar yönlendirir.

Sekonder sargının empedansı Z, direnç ve reaktansın fazör toplamı olduğundan, bunların bireysel faz açıları şu şekilde verilir:

V = I*Z olarak, ikincil empedans boyunca voltaj düşüşü şu şekilde verilir:

V _düşüşü   = I _S (RcosΦ + XcosΦ)

ve V _{S(tam yük)} = V _S(yüksüz) – V _düşüş olarak , yüzde düzenlemesi şu şekilde verilebilir:

Gecikmeli Güç Faktörü İfadesi

cos(Φ) ve sin(Φ) arasındaki pozitif bir regülasyon ifadesi için, trafo sekonder terminal voltajı azalacaktır (düşecektir), bu da gecikmeli bir güç faktörünü (endüktif yük) gösterir. cos(Φ) ve sin(Φ) arasındaki negatif bir düzenleme ifadesi için, transformatörün ikincil terminal voltajı, önde gelen bir güç faktörünü (kapasitif yük) göstererek artacaktır (yükselecektir). Bu nedenle, bir transformatör düzenleme ifadesi, hem önde gelen hem de gecikmeli yükler için aynıdır, yalnızca bir voltaj yükselişini veya düşüşünü belirtmek için değişen işarettir.

Leading(İlerli) Güç Faktörü İfadesi

Bu nedenle, pozitif bir regülasyon koşulu, sekonder sargıda bir voltaj düşüşü (düşüş) üretirken, negatif bir regülasyon koşulu, sargıda bir voltaj artışı (yükselişi) üretir. Önde gelen güç faktörü yükleri endüktif yükler (bobinler, solenoidler veya bobinler) kadar yaygın olmasa da, düşük akımlarla hafif bir yükü besleyen bir transformatör, terminal voltajının yükselmesine neden olan kapasitif bir durum yaşayabilir.

Trafo Gerilim Regülasyonu Soru Örneği 3

10KVA tek fazlı bir transformatör, 110 voltluk yüksüz bir ikincil voltaj sağlar. Eşdeğer ikincil sargı direnci 0.015Ω ve toplam reaktansı 0.04Ω ise, 0.85 güç faktörü gecikmeli bir yük beslerken voltaj regülasyonunu belirleyin.

Verilen veriler: VA = 10000, V _S(yüksüz) = 110V, R = 0.015Ω, X = 0.04Ω, %Reg’i bulun.

eğer cosΦ = 0,85, Φ = cos ^-1 (0,85) = 31,8 ^o    ∴ sinΦ = 0,527

İkincil akım şu şekilde tanımlanır:

I _S  = VA/V = 10000/110 = 90,9 Amper

Yüzde voltaj regülasyonu şu şekilde verilir:

Özetle

Trafo Gerilim Regülasyonu ile ilgili bu öğreticide, bir transformatörün sekonder sargısı yüklendiğinde çıkış voltajının değişebileceğini ve bu voltaj değişikliğinin bir oran veya daha yaygın olarak yüzde değeri olarak ifade edilebileceğini gördük. Yüksüz bağlıyken ikincil akım yoktur, bu da ikincil voltajın maksimum değerinde olduğu anlamına gelir.

Bununla birlikte, tam yüklendiğinde, ikincil akımlar akar ve sargı içinde çekirdek kayıpları ve bakır kayıpları üretir. Çekirdek kaybı, birincil sargı voltajı tarafından üretilen transformatör manyetik devresinden kaynaklanan sabit bir kayıp iken, ikincil bakır kaybı, ikincil sargıya bağlı yük akımı talebi ile ilgili değişken bir kayıptır.

Daha sonra yük akımındaki değişiklikler, regülasyonu etkileyen kayıplarda değişikliklere neden olacaktır. Transformatörün voltaj regülasyonu ne kadar küçük olursa, yükteki değişikliklerle sekonder terminal voltajındaki değişiklik o kadar az olur ve bu, regüle edilmiş güç kaynağı devrelerinde olması çok faydalıdır.

Ayrıca gecikmeli bir güç faktörü (endüktif yük) için ikincil terminal voltajının azalacağını söyledik. Transformatör çok düşük bir gecikmeli güç faktörü sağlıyorsa, büyük ikincil akımlar akacak ve sargıdaki daha büyük voltaj düşüşleri nedeniyle zayıf voltaj regülasyonu ile sonuçlanacaktır.

Önde gelen bir güç faktörü (kapasitif yük), çıkış terminal voltajı artacaktır. Bu nedenle pozitif düzenleme, sargıda bir voltaj düşüşü üretirken, negatif bir düzenleme, sargıda bir voltaj artışı üretir. Sıfır voltaj düzenleme koşuluna sahip olmak (sadece ideal transformatörler) mümkün olmamakla birlikte, minimum düzenleme ve dolayısıyla maksimum verimlilik genellikle sargıların çekirdek kayıpları ve bakır kayıpları yaklaşık olarak eşit olduğunda ortaya çıkar.