Transformatör (Trafo) Nedir? Çeşitleri, Nerelerde Kullanılır?

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 (Trafo) Nedir? Çeşitleri, Nerelerde Kullanılır?

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.

transformatör, Transformatör (Trafo) Nedir? Çeşitleri, Nerelerde Kullanılır?
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, Transformatör (Trafo) Nedir? Çeşitleri, Nerelerde Kullanılır?

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 (Trafo) Nedir? Çeşitleri, Nerelerde Kullanılır?

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.

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, Transformatör (Trafo) Nedir? Çeşitleri, Nerelerde Kullanılır?

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, Transformatör (Trafo) Nedir? Çeşitleri, Nerelerde Kullanılır?

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.