Üç Fazlı Transformatörler

Üç fazlı Transformatörler, ister Delta(Üçgen) ister Yıldız bağlantılı sargılar olsun, elektrik enerjisi dağıtımının belkemiğidir.

Buraya kadar, sekonder gerilimini birincil besleme gerilimine göre arttıran veya azaltan tek fazlı, iki sargılı gerilim trafosunun yapısına ve çalışmasına baktık. Ancak gerilim transformatörleri, yalnızca tek bir faza değil, iki fazlı, üç fazlı, altı fazlı ve hatta bazı DC doğrultma transformatörleri için 24 faza kadar ayrıntılı kombinasyonlar için bağlantı için de yapılabilir.

Üç adet tek fazlı transformatör alıp birincil sargılarını birbirine, sekonder sargılarını sabit bir konfigürasyonda birbirine bağlarsak, transformatörleri üç fazlı bir beslemede kullanabiliriz.

Üç fazlı, ayrıca 3 fazlı veya 3φ olarak da yazılan kaynaklar, tüm endüstriyel kullanımların yanı sıra elektrik enerjisi üretimi, iletimi ve dağıtımı için kullanılır. Üç fazlı kaynakların, tek fazlı güce göre birçok elektriksel avantajı vardır ve üç fazlı transformatörler düşünüldüğünde, aşağıda gösterildiği gibi faz-zamanında 120 derece farklılık gösteren üç alternatif voltaj ve akımla uğraşmak zorundayız.

üç fazlı transformatör
Üç Fazlı Gerilimler ve Akımlar

Burada: V L , çizgi-çizgi voltaj ve V P faz-nötr voltajıdır.

Bir transformatör, faz değiştirme cihazı olarak hareket edemez ve tek fazı üç faza veya üç fazı tek faza çeviremez. Trafo bağlantılarını üç fazlı kaynaklarla uyumlu hale getirmek için, Üç Fazlı Trafo Konfigürasyonu oluşturmak için bunları belirli bir şekilde birbirine bağlamamız gerekir.

Tek bir üç fazlı transformatör inşa etmenin avantajları, aynı kVA değeri için, bakır ve demir çekirdek daha verimli kullanıldığından, birbirine bağlı üç ayrı tek fazlı transformatörden daha küçük, daha ucuz ve daha hafif olmasıdır.

Üç Fazlı Transformatör Bağlantıları

üç fazlı transformatör

Üç sargının kombinasyonları, transformatör kullanımına bağlı olarak, birincil üçgen bağlantılı ve ikincil yıldız bağlantılı veya yıldız-üçgen, yıldız-yıldız veya üçgen-üçgen ile olabilir. Transformatörler üç veya daha fazla faz sağlamak için kullanıldığında genellikle Çok Fazlı Transformatör olarak adlandırılırlar .

Üç Fazlı Transformatör Yıldız ve Üçgen Konfigürasyonları

Ancak üç fazlı transformatör bağlantılarıyla uğraşırken “yıldız” (Wye olarak da bilinir) ve “delta” (üçgen(mesh) olarak da bilinir) ile ne demek istiyoruz? Üç fazlı bir transformatörde üç set birincil ve ikincil sargı bulunur. Bu sargı setlerinin birbirine nasıl bağlandığına bağlı olarak, bağlantının yıldız veya üçgen konfigürasyonu olup olmadığını belirler.

Birbirilerini 120 elektrik derecesi ile birbirinden ayrılan üç mevcut voltaj, hem birincil hem de ikincil taraflarda kullanılan elektrik bağlantılarının tipine karar vermekle kalmaz, aynı zamanda transformatör akımlarının akışını da belirler.

Birbirine bağlı üç adet tek fazlı transformatör ile, üç transformatördeki manyetik akı, faz olarak 120 zaman derecesinde farklılık gösterir. Tek bir üç fazlı transformatörde, çekirdekte zaman fazında 120 derece farklılık gösteren üç manyetik akı vardır.

Üç fazlı transformatör sargılarını işaretlemek için standart yöntem, üç ana sargıyı , KIRMIZI ,  SARI  ve MAVİ‘nin üç ayrı fazını temsil etmek için kullanılan büyük harf A , B ve C harfleriyle etiketlemektir. İkincil sargılar küçük (küçük harf) harfler a , b ve c ile etiketlenir. Her sargının normalde 1 ve 2 olarak etiketlenen iki ucu vardır, böylece örneğin birincil sargının ikinci sargısı B1 ve B2 olarak etiketlenecek uçlara sahiptir., sekonderin üçüncü sargısı gösterildiği gibi c1 ve c2 olarak etiketlenecektir .

Trafo Yıldız ve Delta Konfigürasyonları

üç fazlı transformatör

Semboller genellikle üç fazlı bir transformatörde, yıldız bağlantılı için büyük harf Y , üçgen bağlantılı için D ve birbirine bağlı yıldız birincil sargılar için Z ile kullanılan bağlantı tipini veya türlerini belirtmek için kullanılır, ilgili ikinciller için küçük harf y , d ve z ile . Ardından, Yıldız-Yıldız Yy olarak etiketlenir , Delta-Delta Dd olarak etiketlenir ve birbirine bağlı yıldızdan birbirine bağlı yıldıza aynı tip bağlı transformatörler için Zz olur .

Trafo Sargı Tanımlama

BağlantıBirincil sargıİkincil Sargı
DeltaDd
YıldızYy
birbirine bağlıZz

Artık üç tek fazlı transformatörün birincil ve ikincil üç fazlı devreleri arasında birbirine bağlanabileceği dört farklı yol olduğunu biliyoruz. Bu dört standart konfigürasyon şu şekilde verilmektedir: Delta-Delta (Dd), Star-Star (Yy), Star-Delta (Yd) ve Delta-Star (Dy).

Yıldız bağlantılı yüksek voltajlı çalışma transformatörleri, tek bir transformatördeki voltajı düşürme, gereken dönüş sayısını azaltma ve iletkenlerin boyutunu artırma avantajına sahiptir, bu da bobin sargılarını yalıtmayı delta transformatörlere göre daha kolay ve daha ucuz hale getirir.

Yine de delta-delta bağlantısının yıldız-delta konfigürasyonuna göre büyük bir avantajı vardır, şu ki, üçlü gruptan bir transformatörün arızalanması veya devre dışı kalması durumunda, kalan ikisi, kapasiteye eşit üç fazlı güç sağlamaya devam edecektir.

Trafo Delta ve Delta Bağlantıları

üç fazlı transformatör

Delta bağlantılı (  Dd  ) bir grup transformatörde, hat gerilimi V L besleme gerilimine eşittir, V L  = V S . Ancak her faz sargısındaki akım şu şekilde verilir: 1/√ 3  × I L hat akımının I L‘si hat akımıdır.

Delta bağlantılı üç fazlı transformatörlerin bir dezavantajı, her transformatörün tam hat gerilimi (örneğimizde 100V’un üzerinde) ve yüzde 57,7 hat akımı için sarılması gerektiğidir. Sargıdaki daha fazla sayıda sarım, sarımlar arasındaki yalıtımla birlikte, yıldız bağlantıdan daha büyük ve daha pahalı bir bobin gerektirir. Delta bağlantılı üç fazlı transformatörlerin bir diğer dezavantajı da “nötr” veya ortak bağlantı olmamasıdır.

Yıldız-yıldız düzenlemesinde (  Yy  ), (y-y), her transformatörün ortak bir bağlantıya bağlı bir terminali veya üç fazlı ana beslemeye bağlı birincil sargıların kalan üç ucu ile nötr noktası vardır. Yıldız bağlantı için bir transformatör sargısındaki sarım sayısı, üçgen bağlantı için gerekli olanın yüzde 57,7’sidir.

Yıldız bağlantı üç trafo kullanımını gerektirir ve herhangi bir trafo arızalanırsa veya devre dışı kalırsa tüm grup devre dışı kalabilir. Bununla birlikte, yıldız bağlantılı üç fazlı transformatör, elektrik gücü dağıtım sistemlerinde özellikle uygun ve ekonomiktir, çünkü dördüncü bir tel,  gösterildiği gibi üç yıldız bağlantılı ikincillerin nötr noktası (  n ) olarak bağlanabilir.

Transformatör Yıldız ve Yıldız Bağlantıları

üç fazlı transformatör

Üç fazlı transformatörün herhangi bir hattı arasındaki gerilime “hat gerilimi”, V L denirken, yıldız bağlantılı bir transformatörün herhangi bir hattı ile nötr noktası arasındaki gerilime “faz gerilimi”, V P denir . Nötr nokta ile hat bağlantılarından herhangi biri arasındaki bu faz voltajı , hat voltajının 1/√ 3  × V L’ sidir. Daha sonra yukarıda birincil yan faz gerilimi, V P olarak verilmiştir.

üç fazlı transformatör

Yıldız bağlantılı bir transformatör grubunun her fazındaki ikincil akım, beslemenin hat akımıyla aynıdır, o zaman I L  = I S .

Daha sonra üç fazlı bir sistemdeki hat ve faz gerilimleri ve akımları arasındaki ilişki şu şekilde özetlenebilir:

Üç Fazlı Gerilim ve Akım

BağlantıFaz GerilimiHat voltajıFaz AkımıHat Akımı
YıldızP  = V L  ÷ √ 3L  = √ 3  × V PP  = ben LL  = I P
DeltaP  = V LL  = V PP  = I L  ÷ √ 3L  = √ 3  × I P

Burada yine, V L , çizgi-çizgi voltaj ve V P primer ya da sekonder kenarı üzerinde faz-nötr gerilimdir.

Üç fazlı transformatörler için diğer olası bağlantılar yıldız-üçgen Yd’dir , burada birincil sargı yıldız bağlantılıdır ve ikincil üçgen bağlantılıdır veya üçgen bağlantılı bir birincil ve bir yıldız bağlantılı ikincil ile delta-yıldız Dy’dir.

Delta-yıldız bağlantılı transformatörler, düşük güç dağıtımında yaygın olarak kullanılırken, birincil sargılar şebeke şirketine üç telli dengeli bir yük sağlarken, sekonder sargılar gerekli 4. telli nötr veya toprak bağlantısını sağlar.

Primer ve sekonder farklı tipte sargı bağlantılarına, yıldız veya deltaya sahip olduğunda, transformatörün toplam dönüş oranı daha karmaşık hale gelir. Üç fazlı bir transformatör delta-delta ( Dd  ) veya yıldız-yıldız (  Yy  ) olarak bağlanırsa  , transformatör potansiyel olarak 1:1 dönüş oranına sahip olabilir. Yani sargıların giriş ve çıkış gerilimleri aynıdır.

Bununla birlikte, 3 fazlı transformatör yıldız-üçgen olarak bağlanırsa, (  Yd  ) her bir yıldız bağlantılı primer sargı , beslemenin 1/√ 3  × V L’ye eşit olan faz gerilimini, V P‘yi alacaktır.

Daha sonra karşılık gelen her sekonder sargının içinde aynı voltaj indüklenir ve bu sargılar delta bağlantılı olduğundan, 1/√ 3  × V L voltajı sekonder hat voltajı olur. Daha sonra 1:1 dönüş oranıyla yıldız-üçgen bağlantılı bir transformatör √ 3 :1 aşağı hat voltaj oranı sağlayacaktır .

Daha sonra yıldız-üçgen (  Yd  ) bağlantılı bir transformatör için dönüş oranı şu şekilde olur:

Yıldız-Delta Dönüş Oranı

üç fazlı transformatör

Benzer şekilde, bir delta-yıldızlı için bağlı transformatör, 1: 1 sarımlarının oranı, transformatörünün sağlayacak √: 1 3 artırmalı hat voltaj oranına sahiptir. Daha sonra delta-yıldız bağlantılı bir transformatör için dönüş oranı şöyle olur:

Delta-Yıldız Dönüş Oranı

üç fazlı transformatör

Daha sonra, üç fazlı bir transformatörün dört temel konfigürasyonu için, aşağıdaki tabloda gösterildiği gibi birincil hat voltajına, V L ve birincil hat akımına I L göre transformatörlerin ikincil voltajlarını ve akımlarını listeleyebiliriz .

Üç Fazlı Trafo Hattı Gerilimi ve Akımı

üç fazlı transformatör

Burada:   n  , sekonder sargı sayısının N S ‘ nin birincil sargı sayısına bölünmesiyle elde edilen transformatörlerin “dönüş oranı” (TR) N P . (  N S /N P  ) ve V L , V P’nin faz-nötr voltaj olduğu, hattan hatta voltajdır.

Üç Fazlı Transformatör Soru Örneği 1

Bir delta-yıldız ( Dy  ) bağlı 50VA transformatörün birincil sargısı,  100 volt, 50 Hz üç fazlı bir besleme ile sağlanır. Transformatörün primerde 500 ve sekonder sargısında 100 dönüşü varsa, sekonder yan gerilimleri ve akımları hesaplayın.

Verilen Veriler: trafo değeri, 50VA , besleme hattı voltajı, 100v , birincil dönüşler 500 , ikincil dönüşler, 100 .

üç fazlı transformatör

Daha sonra transformatörün sekonder tarafı bir hat voltajı sağlar, VLINE yaklaşık 35v’luk bir ikincil faz voltajı verir, V FAZI 0,834 amperde 20v’dir.

Üç Fazlı Trafo Yapısı

Daha önce, üç fazlı transformatörün, tek katmanlı bir çekirdek üzerinde birbirine bağlı üç tek fazlı transformatör olduğunu ve üç sargının gösterildiği gibi tek bir manyetik devre üzerinde birleştirilmesiyle maliyet, boyut ve ağırlıkta önemli tasarrufların sağlanabileceğini söylemiştik.

Bir üç fazlı bir transformatör, genel olarak en yüksek ve alçak gerilim bobinleri arasındaki dielektrik akı muntazam bir dağılımının elde geçmeli üç manyetik devrelere sahiptir. Bu kuralın istisnası, üç fazlı bir kabuk tipi transformatördür. Kabuk tipi konstrüksiyonda, üç çekirdek bir arada olmasına rağmen geçmezler.

üç fazlı transformatör
Üç Fazlı Trafo Yapısı

Üç uzuvlu çekirdek tipi üç fazlı transformatör, fazların manyetik olarak bağlanmasına izin veren üç fazlı transformatör yapımının en yaygın yöntemidir. Her bir uzvun akısı, zaman fazında 120 derece farklılık gösteren hat voltajları tarafından üretilen çekirdekteki üç manyetik akı ile geri dönüş yolu için diğer iki uzuv kullanır. Böylece çekirdekteki akı neredeyse sinüzoidal kalır ve sinüzoidal bir ikincil besleme voltajı üretir.

Kabuk tipi beş uzantılı tip üç fazlı transformatör yapısı, çekirdek tipinden daha ağırdır ve inşa edilmesi daha pahalıdır. Beş uzuvlu çekirdekler, genellikle çok büyük güç transformatörleri için azaltılmış yükseklikle yapılabildikleri için kullanılır. Kabuk tipi transformatörler çekirdek malzemeleri, elektrik sargıları, çelik muhafaza ve soğutma, daha büyük tek fazlı tiplerle hemen hemen aynıdır.