Transformatör (Trafo) Nedir? Çeşitleri, Nerelerde Kullanılır?

Neredeyse hayatımızın her anında kullandığımız tranformatörleri sizler için derledik;

Transformatör Nedir?

Transformatörler, elektromanyetik indüksiyonla enerjiyi bir devreden diğer devreye geçirirler. Yani, herhangi bir alternatif akım (AC) ve gerilim seviyesini frekansını değiştirmeden istenilen oranda düşürmeye veya yükseltmeye yarayan aletlere transformatör denir. Transformatörün kısaltılmış hali trafodur. Transformatörler genellikle enerji iletiminde ve dağıtımında kullanılır. Elektrik enerjisinin santrallerden, kullanım alanlarına iletimi sırasında hatlarda ısı şeklinde güç kaybı ve gerilim düşümü olur. Bu durumu asgariye indirmek için güç sabit tutulup gerilimin yükseltilmesi gerekir. Bu akımın düşürülmesi demektir. Böylece hatlarda kullanılan iletkenlerin kesitleri küçülür, kayıplar azalır ve iletken maliyeti dolayısıyla da iletim maliyetleri düşer.

transformatör
Transformatör

Genel olarak transformatörler bir elektrik devresinde voltaj veya akımı indirmek veya yükseltmek için kullanılır. Elektronikte ise esas olarak farklı devrelerdeki yükselticileri birleştirmek, doğru akım dalgalarını daha yüksek bir değerdeki alternatif akıma çevirmek ve sadece belirli frekansları iletmek için kullanılır. İzolasyon amacıyla ve bazen de kapasitör ve dirençlerle beraber kullanılır. Elektrik akım iletiminde, esas olarak voltajı yükseltmek veya düşürmek için kullanılır. Ölçü aletlerinde ise özel transformatörler kullanılır.

Transformatör Tarihçesi

Transformatörün temel çalışma ilkesini 1831 de Michael Faraday keşfetti. Faraday, demir bir halkanın çevresine iki yalıtkan tel sardı. Sargılardan birinin uçlarını güçlü bir bataryaya, ötekinin uçlarını da elektrik akımının algılanmasında kullanılan galvanometreye bağladı. Faraday ne zaman bataryayı devreye alsa ya da devreden çıkarsa galvanometrenin göstergesinin hafifçe oynadığını, yani ikinci sargıdan anlık bir akımın geçtiğini saptadı; buradan kalkarak ilk sargının ikincisinde anlık bir akım indüklediğini söyledi. Ayrıca, ikinci sargıdaki akımın ancak birinci sargıdaki akımın değişmesi durumunda indüklendiğini; bu akımın değişim göstermeden kesintisiz biçimde akması durumunda, ikinci sargıda herhangi bir akımın oluşmadığını ortaya koydu. Faraday’in belirlediği bu olgu bütün transformatörlerin dayandığı ana ilkedir.

İlk transformatörlerden biri.
İlk transformatörlerden biri.

Transformatör Çeşitleri Nelerdir?

Transformatör çeşitleri kullanım amaçlarına, nüve tipine, çalışma ortamına, faz sayısına göre çeşitlere ayrılmaktadırlar.

Nüve Tipine Göre

Nüve tipine göre trafolar üçe ayrılır: Çekirdek tipi, mantel tipi ve dağıtılmış tip.

Çekirdek Tipi Nüve

Çekirdek tipi nüveler, sargıların yalıtımlarının daha kolay olması sebebiyle aşırı güçlü ve yüksek gerilime sahip transformatörlerde kullanılırlar. Çekirdek tipi nüve tek gözlüdür ve manyetik nüvenin kesiti her yerde aynıdır. Trafolarda manyetik nüveyi oluşturan sac parçalarının yerleşimi çok önemlidir, ek yerlerinin üst üste gelmemesine dikkat edilmelidir. Aşağıdaki görsellerde farklı boyutlardaki sac parçalarının yerleştirilmesiyle oluşan çekirdek tiplerini görebilirsiniz.

Mantel Tipi Nüve

Bu tip nüvelerde sargılar ortadaki bacağa sarılmıştır ve ortadaki ayak kesiti yandaki ayakların kesitlerinin iki katıdır. Çekirdek tipi nüvenin tersine, alçak gerilimli, ve düşük güçlü transformatörlerde kullanılır.

Dağıtılmış Tip Nüve

“+” şeklinde bir görüntüye sahiptirler. Sargılar orta ayağa sarılmıştır ve dört ayak tarafından kuşatılmışlardır. Bu tip nüvelerde kaçak akıların en alt düzeyde olması sebebiyle boş çalışma akımları düşüktür.

Kullanım Amacına Göre

Oto Transformatör

Oto transformatörlerde tek bir sargı hem primer hem sekonder olarak kullanılır. Daha küçük boyut ile daha yüksek verim elde edilir.

Yalıtım Transformatörleri

Bu tip transformatörlerin amacı gerilim dönüşümü değil, iki devreyi birbirinden yalıtmaktır.

Alçaltıcı Transformatörler

En yaygın kullanıma sahip transformatör tipidir. Sekonder sargının gerilimi primerdeki gerilimden düşük ise, yani çıkıştaki gerilim sinyali giriştekinden daha düşük ise bu tip transformatörlere alçaltıcı transformatörler denir. Cep telefonlarımızın şarj aletlerinde ve şarjlı süpürgelerimizde bu tip trafolar kullanılır.

Yükseltici Transformatörler

Sekonder sargının gerilimi primerdeki gerilimden yüksek ise, yani çıkıştaki gerilim sinyali giriştekinden daha yüksek ise bu tip transformatörlere yükseltici transformatörler denir. Televizyonlarda bu tip trafolar kullanılır.

Ölçü Transformatörleri

Akım ve gerilim seviyesinin yüksek olduğu yerlerde ölçüm yapılabilmesi için ölçü transformatörleri kullanılmaktadır. Bu trafoların sekonder sargılarında yüksek akım ve gerilim değerleri, ölçü aletlerinin ölçebileceği seviyelere düşürülür. Bu sayede ölçümler kolay ve güvenli bir şekilde gerçekleştirilir. Bu trafolar akım transformatörleri ve gerilim transformatörleri olarak ikiye ayrılır.

Çalışma Ortamına Göre

Transformatörler, elektrik enerjisinin bulunduğu neredeyse her yerde kullanıldıkları için çalışma ortamlarına göre çok çeşitliliğe sahiptirler. Ayrıca birçok boyutta transformatör çeşidi vardır. Çalışma ortamlarına göre soğuk veya sıcak hava şartları, su, basınç gibi faktörler baz alınarak transformatörler sınıflandırılmışlardır. Bunlardan başlıca bahsedecek olursak platform tipi transformatörler, yer altı tipi transformatörler, su altı tipi transformatörler ve iç mekan tipi transformatörler olarak sınıflandırılırlar.

Faz Sayısına Göre

Tek Fazlı Transformatörler

Tek fazlı transformatörlerde bir tane primer sargısı bulunur. Yani tek girişe sahiptir. Trafoda bulunan sekonder sargısı bir veya birden fazla olabilir.

Çok Fazlı Transformatörler

Çok fazlı transformatörlerde birden fazla primer sargısı bulunur, yani giriş sinyali iki veya daha fazladır. Genellikle bu sarılan faz sayısı üç olur. Bu tip transformatörler primer ve sekonder sayılarına göre sınıflandırılır. (Örnek: Üç fazlı transformatörler, on iki faza dönüştüren transformatörler)

Transformatör Nerelerde Kullanılır?

Genel olarak transformatörler bir elektrik devresinde gerilim veya akımı indirmek ya da yükseltmek için kullanılır.Elektronikte ise esas olarak farklı devrelerdeki yükselticileri birleştirmek, doğru akım dalgalarını daha yüksek bir değerdeki alternatif akıma çevirmek ve sadece belirli frekansları iletmek için kullanılır. İzolasyon amacıyla ve bazen de kondansatörler ve dirençlerle beraber kullanılır. Elektrik akım iletiminde, esas olarak gerilimi yükseltmek veya düşürmek için kullanılır. Ölçü aletlerinde düşük kayıp seviyeli özel transformatörler kullanılır.

Transformatör Nasıl Çalışır?

Lenz kanununa göre bir iletkende gerilim indüklenmesi için iletken ya sabit bir manyetik alan içerisinde hareketli olacak ya da hareketli bir manyetik alan içerisinde sabit kalacak. Trafolarda da hareketli bir iletken olmadığı için manyetik alanın hareketli olması gerekir. Bunun için sekonder sargıları boşta olan bir transformatör üzerine primer sargılarında uygulanan alternatif bir elektrik enerjisi düşük bir akım meydana getirir. Primer sargı üzerindeki bu akım da manyetik bir akı oluşturur.

transformatör

Transformatörün temel çalışma ilkesi 1831’de Michael Faraday tarafından keşfedildi. Faraday, demir bir halkanın çevresine iki yalıtkan tel sardı. Sargılardan birinin uçlarını güçlü bir bataryaya, ötekinin uçlarını da elektrik akımının algılanmasında kullanılan galvanometreye bağladı. Faraday ne zaman bataryayı devreye alsa ya da devreden çıkarsa galvanometrenin göstergesinin hafifçe oynadığını, yani ikinci sargıdan anlık bir akım geçtiğini saptadı. Buna dayanarak da ilk sargının ikincisinde anlık bir akım indüklediğini söyledi. Ayrıca, ikinci sargıdaki akımın ancak birinci sargıdaki akımın değişmesi durumunda indüklendiğini; bu akımın değişim göstermeden kesintisiz biçimde akması durumunda ikinci sargıda herhangi bir akım oluşmadığını ortaya koydu. Faraday’ın belirlediği bu olgu, bütün transformatörlerin dayandığı ana ilkedir. Elektromanyetik indükleme olarak adlandırılan bu olgu şöyle açıklanabilir: Batarya devreye alındığı zaman birinci sargının çevresindeki manyetik alan ikinci sargıyı da etkiler. Eğer değişim halindeki bu manyetik alanın yakınında bir tel varsa, telden bir elektrik akımını geçer. İşte bu nedenle birinci sargıda bir elektrik akımı oluşur. Tıpkı bunun gibi, transformatörün bir bobini bir alternatif akım kaynağına bağlandığı zaman, akımdaki hızlı yön değişimleri sürekli olarak değişen bir manyetik alan ve böylece, ikinci bobinin uçları arasında değişken bir gerilim yaratır.

transformatör

Transformatör Kayıpları

Transformatörlerin döner parçaları olmadığından sürtünme ve rüzgar kayıpları gibi bir takım kayıpları yoktur. Bu nedenle verimleri diğer elektrik makinalarına göre daha yüksektir. Ancak bütün elektrik makinelerinde olduğu gibi transformatörlerin de kayıpları vardır.

Demir Kayıpları

Transformatörde boş çalışmada oluşan kayıplardır. Çok küçük olan boştaki akımın oluşturduğu bakır kayıpları dikkate alınmazsa, boş çalışmada yalnız demir kayıpları söz konusu olur. Demir kayıpların nüve veya çekirdek kayıpları da denilmektedir. Demir kayıpları histerisiz ve fuko (fukolt) kayıpları olmak üzere ikiye ayrılır.

Histerisiz Kaybı

Demir gibi bazı ferromanyetik maddeler haricî manyetik alana maruz kaldıklarında geçici ya da kalıcı olarak manyetiklik sergilemeye başlar. Bu manyetiklik transformatör üzerinde var olan manyetik alana ters yöndedir ve ısı olarak enerji kaybına neden olur. Bu kayba histerisiz kaybı denir. Histerisiz kaybı, nüve moleküllerinin frekansa bağlı olarak yön değiştirmesi sırasında moleküllerin birbirleri ile sürtünmeleri sonucu ısı şeklinde ortaya çıkar.

Fuko (Fukolt) Kaybı

Bir nüve üzerine sarılmış bir bobinden değişken akım geçirildiğinde nüve üzerinde gerilim indüklenir. Bu gerilim nüvede kapalı çevrimler halinde çok sayıda akım yollarının oluşmasına neden olur. Bu olay yalnızca nüve yüzeyinde değil içinde de meydana gelir. Kapalı minik halkalar şeklinde oluşan bu akımlara fuko akımları (eddy akımları) denir. Her bir kapalı akım yolundaki akım şiddeti doğrudan indüklenen gerilim ile orantılıdır. Akım şiddeti bu akım yolunun elektriksel direnci ile ters orantılıdır.

Bakır Kayıpları

Bakır kaybı genellikle transformatör sargıları veya diğer elektrikli cihazların iletkenlerinde elektrik akımının ürettiği ısı için kullanılan bir terimdir. Transformatörlerdeki bakır kayıpları sargıda kullanılan iletkenin direnci ve iletkenden geçen akımın karesi ile doğru orantılıdır. Düşük frekanslı uygulamalarda kalın kesitli ve düşük dirençli iletkenler kullanılması ile bakır kaybı minimum seviyelere çekilebilir. Bakır kayıpları 1000 kVA’nın altındaki güçlerde transformatörün görünür gücünün %3 ile % 4’ü kadardır.

İdeal Transformatör

Bir iletkende emk indüklenebilmesi için o iletkenin sabit bir manyetik alan içerisinde hareket ettirilmesi ve değişen bir manyetik alan içerisinde bulundurulması gerekir. Transformatörde primer akımının oluşturduğu manyetik akının sekonder sargıları kestiği ve nüve kayıplarının olmadığı varsayılırsa bu tip transformatör ideal transformatör olarak tanımlanır. İdeal transformatörlerde sekonder sargıları kesen manyetik kuvvet çizgilerinin tamamı primer sargılarınıda keser. Bu durumda transformatörün her iki sargısının her bir sarımında aynı değerde gerilim indüklenir. Primer ve sekonder sargılarda indüklenen bu gerilimler aynı Φ akısı tarafından oluşturulduğundan aralarında faz farkı yoktur. Yani transformatörlerde primer ve sekonder gerilimleri aynı fazdadır.

Tek Fazlı Gerilim Trafosu

transformatör

Başka bir deyişle, bir transformatör için iki bobin sargısı arasında doğrudan bir elektrik bağlantısı yoktur, bu nedenle ona bir İzolasyon Transformatörü adını da verir. Genel olarak, bir transformatörün birincil sargısı, giriş voltajı kaynağına bağlanır ve elektrik gücünü bir manyetik alana dönüştürür. İkincil sargının işi, bu alternatif manyetik alanı, gösterildiği gibi gerekli çıkış voltajını üreten elektrik gücüne dönüştürmektir.

Trafo Yapısı (tek fazlı)

transformatör
  • Burada:
  •   V P   – Birincil Voltajı
  •   V S   – İkincil Gerilimdir
  •   N P   – Birincil Sargıların sayısı
  •   N S   – Sekonder Sargı Sayısıdır
  •   Φ  (phi) – Akı Bağlantısıdır

İki bobin sargısının elektriksel olarak bağlı olmadığına, sadece manyetik olarak bağlı olduğuna dikkat edin. Tek fazlı bir transformatör, birincil sargıya uygulanan voltajı artırmak veya azaltmak için çalışabilir. Bir transformatör için kullanıldığı zaman onun ikinci primer ile ilgili sarma gerilimi “artış”, bir denir yükseltici transformatör . Sekonder sargıdaki voltajı primere göre “azaltmak” için kullanıldığında, buna bir Düşürme transformatörü denir .

Bununla birlikte, bir transformatörün ikincil sargısında birincil sargısına uygulananla aynı voltajı ürettiği üçüncü bir koşul vardır. Başka bir deyişle, çıkışı gerilim, akım ve aktarılan güç açısından aynıdır. Bu tip transformatöre “Empedans Trafosu” denir ve esas olarak empedans uyumu veya bitişik elektrik devrelerinin izolasyonu için kullanılır.

Birincil ve ikincil sargılar arasındaki voltaj farkı, birincil sargıdaki ( N P  ) bobin dönüşlerinin sayısı, ikincil sargıdaki ( N S  ) bobin dönüşlerinin sayısına kıyasla değiştirilerek elde edilir.

Transformatör temel olarak doğrusal bir cihaz olduğundan, birincil bobinin dönüş sayısının ikincil bobinin dönüş sayısına bölümü arasında bir oran mevcuttur. Dönüşüm oranı olarak adlandırılan bu oran, daha yaygın olarak transformatörlerin “dönüş oranı” ( TR  ) olarak bilinir. Bu dönüş oranı değeri, transformatörün çalışmasını ve sekonder sargıda mevcut olan ilgili voltajı belirler.

Birincil sargıdaki tel sarım sayısının sekonder sargıya oranını bilmek gerekir. Birimi olmayan dönüş oranı, iki sargıyı sırayla karşılaştırır ve 3:1 (3’e-1) gibi iki nokta üst üste ile yazılır . Bu, bu örnekte, birincil sargıda 3 volt varsa, ikincil sargıda 1 volt, 3 volt ila 1 volt olacağı anlamına gelir. O zaman, dönüş sayısı arasındaki oran değişirse, ortaya çıkan gerilimlerin de aynı oranda değişmesi gerektiğini görebiliriz ve bu doğrudur.

Transformatörler tamamen “oranlar” ile ilgilidir. Primerin sekondere oranı, girişin çıkışa oranı ve herhangi bir transformatörün dönüş oranı, voltaj oranı ile aynı olacaktır. Başka bir deyişle, bir transformatör için: “dönüş oranı = voltaj oranı”. Herhangi bir sargıdaki gerçek tel sarım sayısı genellikle önemli değildir, sadece sarım oranı ve bu ilişki şu şekilde verilir:

Bir Transformers Dönüş Oranı

transformatör

İdeal bir transformatör ve faz açılarını varsayarsak:   Φ P  ≡ Φ S

Bir transformatör dönüş oranı değerini ifade ederken sayıların sırasının çok önemli olduğuna dikkat edin, çünkü 3:1 dönüş oranı, dönüş oranının 1:3 olarak verildiğinden çok farklı bir trafo ilişkisini ve çıkış voltajını ifade eder .

TransformatörSoru Örneği 1

Bir gerilim transformatörünün birincil bobininde 1500 tur teli ve ikincil bobini için 500 tur teli vardır. Transformatörün dönüş oranı (TR) ne olacaktır.

transformatör

Bu 3:1 (3’e 1) oranı basitçe, her bir ikincil sargı için üç birincil sargı olduğu anlamına gelir. Oran, soldaki daha büyük bir sayıdan sağdaki daha küçük bir sayıya doğru hareket ettikçe, gösterildiği gibi birincil voltaj değeri düşürülür.

Transformatör Soru Örneği 2

Yukarıdaki aynı transformatörün birincil sargısına 240 volt rms uygulanırsa, ikincil yüksüz gerilim ne olur?

transformatör

Birincil voltaj 240 volt ve karşılık gelen ikincil voltaj 80 voltta daha düşük olduğundan, transformatörün bir “düşürme” transformatörü olduğunu tekrar teyit etmek.

O zaman bir transformatörün asıl amacı, voltajları önceden ayarlanmış oranlarda dönüştürmektir ve birincil sargının, üzerinde giriş voltajına uyacak şekilde ayarlanmış bir miktar veya sayıda sargıya (tel bobinleri) sahip olduğunu görebiliriz. İkincil çıkış voltajı, birincil sargıdaki giriş voltajıyla aynı değerde olacaksa, birincil çekirdekte olduğu gibi aynı sayıda bobin sarımı ikincil çekirdeğe sarılmalıdır ve 1: 1’lik bir çift dönüş oranı verir. (1’den 1’e). Başka bir deyişle, bir bobin ikincil, birincil bobinde bir bobin açılır.

Çıkış sekonder voltajı giriş voltajından daha büyük veya daha yüksek olacaksa, (yükseltici transformatör), o zaman sekonder üzerinde 1:N (1-N) dönüş oranı veren daha fazla dönüş olmalıdır , burada N’yi temsil eder dönüş oranı sayısı. Aynı şekilde, sekonder voltajın primerden daha düşük veya daha düşük olması gerekiyorsa (düşürücü transformatör), N:1 (N-to-1) dönüş oranı vererek sekonder sargı sayısı daha az olmalıdır. .

Trafo Eylemi

Birincil sargıya kıyasla ikincil sargıdaki bobin dönüş sayısının, dönüş oranının ikincil bobinden elde edilen voltaj miktarını etkilediğini gördük. Fakat iki sargı birbirinden elektriksel olarak izole edilmişse, bu sekonder voltaj nasıl üretilir?

Daha önce bir transformatörün temel olarak ortak bir yumuşak demir çekirdek etrafına sarılmış iki bobinden oluştuğunu söylemiştik. Alternatif gerilim (zaman  V P  ) birinci bobini uygulanır, bobinin içinden akım olan adı kendi etrafında bir manyetik alan, yukarı dönüş setlerinde müşterek indüktans göre bu akım akışı ile, Faraday yasası elektromanyetik indüksiyon. Akım akışı sıfırdan dΦ/dt olarak verilen maksimum değerine yükseldikçe manyetik alanın gücü artar .

transformatör

Bu elektromıknatıs tarafından kurulan manyetik kuvvet çizgileri bobinden dışarı doğru genişledikçe, yumuşak demir çekirdek manyetik akı için bir yol oluşturur ve onu yoğunlaştırır. Bu manyetik akı, AC kaynağının etkisi altında zıt yönlerde arttıkça ve azaldıkça her iki sargının dönüşlerini birbirine bağlar.

Bununla birlikte, yumuşak demir çekirdeğe indüklenen manyetik alanın gücü, akımın miktarına ve sargıdaki sarım sayısına bağlıdır. Akım azaltıldığında, manyetik alan gücü azalır.

Manyetik akı çizgileri çekirdeğin etrafında akarken, ikincil sargının dönüşlerinden geçerek ikincil bobinde bir voltajın indüklenmesine neden olurlar. Endüklenen voltaj miktarı şu şekilde belirlenecektir: N*dΦ/dt (Faraday Yasası), burada N , bobin dönüşlerinin sayısıdır. Ayrıca bu indüklenen gerilim, birincil sargı gerilimi ile aynı frekansa sahiptir.

Daha sonra, aynı manyetik akı her iki sargının sarımlarını birbirine bağladığı için, her iki sargının her bobin dönüşünde aynı voltajın indüklendiğini görebiliriz. Sonuç olarak, her bir sargıdaki toplam indüklenen voltaj, o sargıdaki sarım sayısı ile doğru orantılıdır. Bununla birlikte, çekirdeğin manyetik kayıpları yüksekse, ikincil sargıda mevcut olan çıkış voltajının tepe genliği azalacaktır.

Çekirdekteki manyetik kayıpların üstesinden gelmek için birincil bobinin daha güçlü bir manyetik alan üretmesini istiyorsak, bobinden daha büyük bir akım gönderebilir veya aynı akımın akmasını sağlayabilir ve bunun yerine bobin dönüş sayısını ( N P  ) artırabiliriz  . sarma. Amper çarpı dönüşlerin çarpımı, bobinin mıknatıslanma kuvvetini belirleyen “amper dönüşleri” olarak adlandırılır.

Öyleyse, birincilde tek bir dönüşe ve ikincilde sadece bir dönüşe sahip bir transformatörümüz olduğunu varsayalım. Birincil bobinin bir dönüşüne bir volt uygulanırsa, kayıp olmadığı varsayılırsa, sekonderin tek dönüşünde bir volt indüklemek için yeterli akımın akması ve yeterli manyetik akı üretilmesi gerekir. Yani, her sargı, dönüş başına aynı sayıda voltu destekler.

Manyetik akı sinüzoidal olarak değiştiğinden, Φ = Φ max sinωt , N dönüşlü  bir bobin sargısında indüklenen emk, ( E ) arasındaki temel ilişki  şu şekilde verilir:

emf = x değişim oranını döndürür

transformatör
  • Burada:
  •   ƒ   – Hertz cinsinden akı frekansıdır,  = ω/2π
  •   Ν   – bobin sargılarının sayısıdır.
  •   Φ   – weberlerdeki akı miktarıdır

Bu, Transformatör EMF Denklemi olarak bilinir . Birincil sargı emf için, N , birincil dönüşlerin sayısı olacaktır (  N P  ) ve ikincil sargı emf için N , ikincil dönüşlerin sayısı olacaktır (  N S  ).

Ayrıca, transformatörlerin doğru çalışması için alternatif bir manyetik akı gerektirdiğinden, manyetik alanın sekonder sargıda bir voltajı indüklemek için değişmesi gerektiğinden, transformatörlerin DC voltajlarını veya akımlarını dönüştürmek veya beslemek için kullanılamayacağını lütfen unutmayın. Başka bir deyişle, transformatörler kararlı durum DC gerilimlerinde ÇALIŞMAZ , sadece alternatif veya darbeli gerilimlerde çalışır.

Bir transformatörün birincil sargısı bir DC kaynağına bağlanmışsa, DC’nin frekansı olmadığı için sargının endüktif reaktansı sıfır olacaktır, bu nedenle sargının etkin empedansı çok düşük ve yalnızca kullanılan bakırın direncine eşit olacaktır. Böylece sargı, DC kaynağından çok yüksek bir akım çekecek ve aşırı ısınmasına ve sonunda yanmasına neden olacaktır, çünkü bildiğimiz gibi I = V/R .

Transformatör Soru Örneği 3

Tek fazlı bir transformatörün birincil sargısında 480 dönüş ve ikincil sargıda 90 dönüş vardır. Trafo primer sargısına 2200 volt, 50Hz uygulandığında manyetik akı yoğunluğunun maksimum değeri 1.1T’dir. Hesaplamak:

a). Çekirdekteki maksimum akı.

transformatör

B). Çekirdeğin kesit alanı.

transformatör

C). İkincil indüklenen emk.

transformatör

Sekonder voltaj derecesi, sekonder indüklenen emk’ye eşit olduğundan, sekonder voltajı dönüş oranından hesaplamanın daha kolay bir yolu şu şekilde verilir:

transformatör

Transformatörde Elektrik Gücü

Transformatör temel parametrelerinden bir diğeri de güç derecesidir. Bir transformatörün güç derecesi, Volt-amper (  VA  ) cinsinden bir derece elde etmek için akımın voltajla basitçe çarpılmasıyla elde edilir . Küçük tek fazlı transformatörler yalnızca volt-amper cinsinden derecelendirilebilir, ancak çok daha büyük güç transformatörleri,  1 kilo volt-amperin 1.000 volt-ampere eşit olduğu Kilo volt-amper (  kVA ) birimlerinde ve Mega volt birimlerinde derecelendirilir. -amper , (  MVA  ) burada 1 mega volt-amper 1 milyon volt-ampere eşittir.

İdeal bir transformatörde (herhangi bir kayıp göz ardı edilerek), sekonder sargıdaki mevcut güç, birincil sargıdaki güçle aynı olacaktır, bunlar sabit voltajlı cihazlardır ve gücü sadece voltaj-akım oranını değiştirmezler. Böylece, ideal bir transformatörde Güç Oranı bire (birliğe) eşittir, çünkü voltaj, V çarpı akım, I sabit kalacaktır.

Yani, birincil tarafta bir voltaj/akım seviyesindeki elektrik gücü, aynı frekansta, ikincil tarafta aynı voltaj/akım seviyesine “dönüştürülür”. Transformatör voltajı yükseltebilir (veya düşürebilir) olmasına rağmen, gücü artıramaz. Böylece, bir transformatör bir voltajı yükselttiğinde, akımı düşürür ve bunun tersi de olur, böylece çıkış gücü her zaman giriş gücüyle aynı değerde olur. O zaman birincil gücün ikincil güce eşit olduğunu söyleyebiliriz, (  P P  = P S  ).

Bir Transformatörde Güç

transformatör

Burada: Φ P birincil faz açısıdır ve Φ S ikincil faz açısıdır.

Güç kaybı iletilen akımın karesi ile orantılı olduğu için, yani: I 2 R , gerilimi artırmak, diyelim ki gerilimi ikiye katlamak ( ×2 ) akımı aynı miktarda azaltırken, ( ÷2 ) yüke aynı miktarda gücü iletir ve dolayısıyla kayıpları 4 faktörü ile azaltır. Voltaj 10 kat artırılırsa, akım aynı faktör kadar azalır ve toplam kayıpları 100 kat azaltır.

Transformatör Temelleri – Verimlilik

Bir transformatör, enerjiyi aktarmak için herhangi bir hareketli parça gerektirmez. Bu, diğer elektrikli makinelerle ilişkili hiçbir sürtünme veya rüzgar kaybı olmadığı anlamına gelir. Bununla birlikte, transformatörler “bakır kayıpları” ve “demir kayıpları” olarak adlandırılan diğer kayıplardan muzdariptir, ancak bunlar genellikle oldukça küçüktür.

2 R kaybı olarak da bilinen bakır kayıpları, akımların transformatör bakır sargıları etrafında dolaşması sonucu ısıda kaybolan elektrik gücüdür, dolayısıyla adı. Bakır kayıpları, bir transformatörün çalışmasındaki en büyük kaybı temsil eder. Güç kaybı gerçek watt amper karesi ve sarım (ohm direnç ile çarparak (her bir sarım olarak) tespit edilebilir I 2 R ).

Histerezis olarak da bilinen demir kayıpları, alternatif manyetik akıya yanıt olarak çekirdek içindeki manyetik moleküllerin gecikmesidir. Bu gecikmeli (veya faz dışı) durum, manyetik molekülleri tersine çevirmek için güç gerektirmesinden kaynaklanmaktadır; akı onları tersine çevirmek için yeterli güce ulaşana kadar tersine dönmezler.

Tersine çevrilmeleri sürtünme ile sonuçlanır ve sürtünme, bir güç kaybı şekli olan çekirdekte ısı üretir. Transformatör içindeki histerezis, çekirdek özel çelik alaşımlarından yapılarak azaltılabilir.

Bir transformatördeki güç kaybının yoğunluğu, verimliliğini belirler. Bir transformatörün verimliliği, birincil (giriş) ve ikincil (çıkış) sargılar arasındaki güç (watt) kaybına yansıtılır. Daha sonra, bir transformatörün ortaya çıkan verimi, ikincil sargının güç çıkışının, P S , birincil sargının güç girişine, P P oranına eşittir ve bu nedenle yüksektir.

İdeal bir transformatör, birincil tarafından aldığı tüm elektrik enerjisini ikincil tarafına geçirerek %100 verimli olacaktır. Ancak gerçek transformatörler %100 verimli değildir. Tam yük kapasitesinde çalışırken, maksimum verimlilikleri %94 ila %96’ya yakındır ve bu, bir elektrikli cihaz için hala oldukça iyidir. Sabit bir AC gerilim ve frekansta çalışan bir transformatörün verimi %98 kadar yüksek olabilir. Bir transformatörün verimi, η şu şekilde verilir:

Trafo Verimliliği

transformatör

Nerede: Girdi, Çıktı ve Kayıpların tümü güç birimlerinde ifade edilir.

Genellikle transformatörlerle uğraşırken, birincil watt’lara “volt-amp”, VA , onları ikincil wattlardan ayırt etmek için denir . Daha sonra yukarıdaki verimlilik denklemi şu şekilde değiştirilebilir:

transformatör

Transformatörlerin giriş, çıkış ve verim arasındaki ilişkiyi resimleri kullanarak hatırlamak bazen daha kolaydır. Burada VA , W ve η’ın üç miktarı üstte watt cinsinden güç ve altta volt-amper ve verimlilik veren bir üçgene bindirilmiştir. Bu düzenleme, verimlilik formüllerindeki her bir miktarın gerçek konumunu temsil eder.

Trafo Verimliliği Üçgeni

transformatör

ve yukarıdaki üçgen miktarlarının yer değiştirmesi bize aynı denklemin aşağıdaki kombinasyonlarını verir:

transformatör

Ardından Watt (çıkış) = VA x eff’i bulmak için. veya VA (giriş) = W/eff’i bulmak için. veya Verimliliği bulmak için, eff. = W/VA , vb.

Transformatör Genel Özeti

Daha sonra bu trafo temelleri eğitimini özetlemek için. Bir Transformatör , bir manyetik alan kullanarak giriş sargısındaki voltaj seviyesini (veya akım seviyesini) çıkış sargısındaki başka bir değere değiştirir. Bir transformatör, elektriksel olarak izole edilmiş iki bobinden oluşur ve birincil bobin sargısında akan voltajlar ve akımlar tarafından üretilen manyetik akı tarafından transformatörlerin ikincil bobininde bir EMF’nin indüklendiği Faraday’ın “karşılıklı indüksiyon” ilkesine göre çalışır.

Hem birincil hem de ikincil bobin sargıları, girdap akımını ve güç kayıplarını azaltmak için ayrı laminasyonlardan yapılmış ortak bir yumuşak demir çekirdeğin etrafına sarılır. Transformatörün birincil sargısı, doğada sinüzoidal olması gereken AC güç kaynağına bağlanırken, ikincil sargı yüke elektrik gücü sağlar. Bununla birlikte, gerilim ve akım değerlerine uyulması şartıyla sekonder sargıya bağlı besleme ile bir transformatör ters olarak kullanılabilir.

Transformatörü blok diyagram şeklinde aşağıdaki gibi gösterebiliriz:

Transformatörün Temel Gösterimi

transformatör

Transformatörlerin primer ve sekonder sargılarının birbirine göre oranı, ya bir yükseltici gerilim trafosu ya da bir düşürücü gerilim trafosu üretir ve birincil sarım sayısı ile ikincil sarım sayısı arasındaki oran “dönüş oranı” olarak adlandırılır. ” veya “trafo oranı”.

Bu oran daha birden daha ise, n, <1 o K G daha büyük olan N , P ve transformatör bir yükseltici transformatörün olarak sınıflandırılır. Bu oran birden büyükse, n > 1 , yani N P , N S’den büyükse , transformatör bir düşürücü transformatör olarak sınıflandırılır. Tek fazlı düşürücü transformatörün, yalnızca bağlantılarını tersine çevirerek ve alçak gerilim sargısını birincil hale getirerek bir yükseltici transformatör olarak da kullanılabileceğini ve transformatör orijinal VA tasarım derecesinde çalıştırıldığı sürece bunun tersinin de kullanılabileceğini unutmayın.

Dönüş oranı bire eşitse, yani n = 1 ise , o zaman hem birincil hem de ikincil sargı aynı sayıda sargıya sahiptir, bu nedenle hem birincil hem de ikincil sargılar için voltajlar ve akımlar aynı olacaktır.

EKSTRA: Şerit LED Trafo Hesabı

Şerit LED trafo hesaplamaları akım üzerinden işler. Yani amper hesabı ile hesaplanır. Bir şerit LED’deki harcanan güç (W), Akım(A) x Gerilim(V) x Uzunluk(m) formülü ile hesaplanır. Şerit LED trafo hesabı ise iki şekilde yapılır:

transformatör
LED Trafosu

Tek Çip Şerit LED Trafo Hesaplama

Tek çip şerit LED’ler 3528 çipli şerit LED’lerdir. Metrede 60 LED bulunur ve metre başına 0.4 Amper akım çeker. Çalışma gerilimi 12 Volt’dur. Yani örnek verecek olursak 10 metrelik tek çip şerit LED için 10 x 0.4 = 4 Amper. 10 metrelik bir tek çip şerit LED için 4 Amper veya daha yüksek akımlı bir trafo gerekmektedir.

transformatör

Üç Çip Şerit LED Trafo Hesaplama

Üç çip şerit LED’ler ise 5050 çipli şerit LED’lerdir. Tek çip şerit LED’lerde olduğu gibi metrede 60 LED bulunur, fakat bunlar metre başına 1.2 Amper akım çeker. Çalışma gerilimleri yine 12 Volt’dur. 10 metrelik üç çip şerit LED için 10 x 1.2 = 12 Amper. 10 metrelik bir üç çip şerit LED için 12 Amper veya daha yüksek akımlı bir trafo gerekmektedir.