TRANSFORMATÖRLERİN GENEL YAPISI
ÖNEMİ:
Elektrikenerjisinin en önemli özelliklerinden biride üretildiği yerden çok uzaklarataşınabilmesidir.Bu taşınmanın verimli bir şekilde yapılabilmesi için geriliminyeteri kadar yüksek olması gerekir.
Santrallerdegeneratörler yardımı ile üretilen elektrik enerjisinin gerilimi çok yüksekdeğildir.Generatör çıkış gerilimleri 0,4-3,3-6,3-10,6-13,0-14,7-15,8 ve 35Kilovolt (kV) değerlerindedir.Bu gerilimler enerjinin çok uzak bölgeleretaşınabilmesini sağlayacak kadar yüksek olmadığından Gerilimi yükseltilmesiancak transformatör ile gerçekleştirilir.
Transformatörler,gerilimi alçaltma ve yükseltme şekline göre iki çeşittir:
AlçaltıcıTransformatörler: Primer sargısına uygulanan gerilimi sekonder sargısından dahaalçak bir şekilde aldığımızda bu tip transformatörlere alçaltıcı tiptransformatörler denir.
YükselticiTransformatörler: Primer sargısına uygulanan gerilimi sekonder sargısından dahayüksek bir şekilde aldığımızda bu tip transformatörlere yükseltici tiptransformatörler denir.
SINIFLANDIRILMASI:
Transformatörlerçeşitli özellikleri dikkate sınıflandırılır:
1-Manyetiknüvenin yapılışı şekilnde:
a-Çekirdektipi
b-Manteltipi
c-Dağıtılmışnüve tipi
2-Fazsayısımna göre
a-Primer vesekonder akımı aynı sayıda faza sahip olanlar
b-;Primer vesekonder farklı sayıda faza sahip olanlar
3-Soğutmaşekline göre
a-Kurutransformatörler
b-Yağlıtransformatörler
4-Kuruluşyerlerine göre
a-İç tipi
b-Açık havatipi
5-Sargıtiplerine göre
a-Silindiriksargı
b-Dilimlisargı
6-Çalışmaprensibine göre
a-Sabit akımlı
b-Sabit gerilimli
7-Sargıdurumlarına göre
a-Yalıtılmışsargılı
b-Ototransformatörler
8-Soğutucucinsine göre
a-Hava ile soğutma
b-Yağ ile soğutma
c-Su ile soğutm
9-Kullanışamaçlarına göre
a-Güçtransformatörleri
b-Ölçütransformatörleri
c-Çeşitli aygıt vemakinalarda kullanılan transformatörler
YAPILARI:
Transformatörlerince,özel silisli saçalardan oluşan kapalı bir manyetik gövde ile bununüzerine,yalıtılmış iletkenlerle sarılan sargılardan oluşur.En basit şekilde ikisargı bulunur.Bu sargılardan birine PRİMER veya birinci devre diğerine iseSEKONDER veya ikinci devre adı verilir. Primer ve sekonder sargılarınınbirbirlerine elektriksel bir bağlantısı yoktur.
ÇALIŞMA PRENSİBİ:
Transformatörünprimer sargısına alternatif bir gerilim uygulandığında,bu sargı değişken birmanyetik alan oluşturur.Bu alan,üzerinde sekonder sargısınında bulunduğumanyetik demir nüve üzerinde devresini tamamlar.Primere uygulana alternatifgerilimin zamana bağlı olarak her an yön ve şiddeti değiştiğinden oluşturduğumanyetik alanında her an yönü ve şiddeti değişir.Bu alanın sekonder sargılarınıkesmesi ile sargılarda alternatif bir gerilim endüklenir.
Transformatörlerinprimer sargılarına doğru gerilim uygulandığında gene bir manyetik alan meydanagelir.Ancak bu manyetik alan,sabit bir alandır.Bu alanın yönü ve şiddetideğişmeyeceğinden sekonder sargılarında bir (elektro motor kuvveti) emkindüklemesi söz konusu olmaz.
TRANSFORMATÖRSARGILARI
Transformatörprimer ve sekonder sargıları sarılışlarına göre ikiye ayrılırlar:
1-Silindirikşekildeki sargılar
2-Dilimlisargılardır.
Transformatörnüvesi hangi tipte olursa olsun sargı şekli bu iki sargı şeklindenbirisidir.Hangi sargı tipinin uygun olacağı transformatörlerintipine,gerilimine,akım şiddetine,yalıtma ve soğutma durumlarına göredeğişir.Sargıların sipir sayıları,iletken kesitleri ve yalıtkanlarıbelirlendikten sonra,sargıların nüveden yalıtılmaları belirlendiktensonra,sargıların nüveden yalıtılmaları için ya makaralar veya başka yalıtmayöntemleri kullanılır.
SİLİNDİRİKSARGILAR:
Silindiriksargılar nüve üzerine makara şeklinde sarılan sargılardır.Küçük güçlütransformatörlerde alçak gerilim ve yüksek gerilim için hazırlanan makaraşeklindeki sargılar,alçak gerilim sargısı altta olacak şekilde yerleştirilir.
DİLİMLİSARGILAR:
Büyük akımlıtransformatörlerde silindirik sargılar kullanılarak akıımın dinamik etkileri vesoğutma zorlukları bakımından sakıncalıdır.Dilimli sargı tipinde
Primer ve sekondersargıları bölümlere ayrılarak sarılır.Her bir sargı dilimi,alt ve üst sargıdilimlerinden yalıtılır.Bu sargı dilimleri bir primer sargı dilimi bir sekondersargı dilimini izleyecek şekilde sıralanır.Yalıtkanlığı sağlamak bakımındanalçak gerilim sargısı bir dilimi ikiye ayrılıp bacanın en alt ve en üst kısmınayerleştirilir.
SARGILARINYALITILMASI:
Transformatörlerinprimer ve sekonder sargılar değişik gerilimlerdir.Bu sargılar birbirlerindenyalıtıldıkları gibi,nüveye karşıda yalıtılırlar.Sargılar yalıtılmış iletkenlerdensarılmış olsa da sarım katları arasına ayrıca yalıtkanlar koyularakyalıtılırlar.Yalıtkan olarak presbant,kağıt,mika,bazı plastik maddeler,çeşitliyağlar,pamuk reçine,ağaç takozlar ve pertinaks gibi bazı maddeler konularakyalıtılmaktadır.8Havanın delinme gerilimi 20 kV/cm. presbantın 30 kV/cm.yağların ise 100 kV/cm. ile 200 kV/cm, arasındadır.
Küçük güçlütransformatörlerde alçak gerilim sargısı ile nüve arasında presbanttan yapılanmakaralar bulunur.Buna karşılık büyük güçlü transformatörlerde yalnız gövdepresbantı kullanılmaktadır.Sarım katları arasında ve alçak alçak gerilimsargısında nüveden yalıtılmasında,presbant kullanılmasına karşılık,yüksekgerilim sargılarında havalandırma kanalları oluşturmak ve sargı silindirlerininbaş taraflarını nüveden yalıtmak için pertinaks levhalar kullanılır.
KÜÇÜKTAROFOLAR:
OCUME~1 edasLOCALS~1Tempmsohtml1clip_image001.wmz" o:title=""/><!--[if !vml]-->TRANSFORMATÖRLERİNDÖNÜŞTÜRME ORANLARI
Biriletkende emk. indüklenebilmesi o iletkenin sabit bir manyetik alan içerisindehareket ettirilmesi veya değişen bir manyetik alan içine bulundurulmasıgerekir.Bir transformatörün birinci devre sargılarına alternatif bir gerilimuygulandığında ikinci devre uçlarına bir yük bağlanmasa yani ikinci devreuçları açık olsa da,birinci devre sargılarında çok küçük bir boş çalışma akımıgeçer.Geçen bu akımın oluşturduğu değişken (alternatif) akı,sekondersargılarını keserek bu sargılar etrafında alternatif bir emk. endüklenir.
Transformatörboştaki akımın oluşturduğu manyetik akının sekonder sargılarını kestiği veboştaki nüve kayıplarının sıfır olduğu var sayılırsa böyle bir transformatörideal bir transformatördür.İdeal bir transformatörde sekonder sargısın kesenkuvvet çizgilerinin tamamı primer sargısında keser.Bu durumda transformatörünher iki sargısında da sipir başına aynı gerilim indüklenir.Primer ve sekondersargılarda indüklenen bu gerilimler aynı Q akısı tarafından oluşturulduğundanaralarında bir faz farkı yoktur.
Transformatörünprimerinde oluşan E1 emk. Lenz kanuna göre kendisini oluşturan U1gerilimine ters yönde olup yaklaşık olarak eşit değerdedir.(Gerçekte E1emk.U1 den %1 ila %2 oranında küçüktür.)
Transformatöründönüştürme oranlarının ve diğer bilgileri şu şekilde bulabiliriz:
E1: Primerdeindüklenen emk.
E2: Sekonderdeindüklenen emk.
U1: Primergerilimi
U2: Sekondergerilimi
N1: Primersipir sayısı
N2: Sekondersipir sayısı
I1: Primerakımı
I2: Sekonderakımı
US: Sipirbaşına indüklenen gerilim
a,K: Dönüştürmeoranı
f: frekans
4.44: Sabit sayı
10(-8): İndüklenenE.M.K.’nin Volt cinsinden çıkması için kullanılan sabit sayıyı ifade eder.
Q: Manyetik akı
Bir fazlıtransformatörde indüklenen e.m.k. değeri genel olarak şu formülle yazılır;
E=4,44 . f .Q . N . 10(-8)
Bu formüldenyararlanarak primer ve sekonder için;
U1=4,4 .f . Q . N1 . 10(-8) ...Volt
U2=4,44. f . Q . N2 . 10(-8) ...Voltbulunur.
Sipir başınaindüklenen gerilim ise
Us=U1/ N1 veya Us=U2 / N2(Volt/sipir)’dir.
K=U1 /U2=N1 / N2=I2 / I1 Buorana dönüştürme oranı denir.
PROBLEMLER:
1-Dönüştürmeoranı 10 olan bir transformatörün sekonder gerilimi 150 Volttur.butransformatörün primer gerilimi hesaplayınız.
a=U1 /U2 =U1= a . U2 =U1 =10 .150 =750 Volt
2-Bir fazlıtransformatörün primer sargılarında N1 =500 sipir bulunmaktadır.Butransformatörün primerine 220 V uygulandığında,sekonderde 110 V okunmaktadır.
a-Butransformatörün dönüştürme oranını
b-2.devredeki sipir sayısını
c-Sipirbaşına indüklenen gerilimi hesaplayınız.
U1:220V N1:500 US: ?
U2:110V N2: ?
a- K=U1/ U2 olduğundan K=220/110 =2 bulunur.
b- U1 /U2 =N2 / N2 eşitliğinden 220/110 = 500 / N2
N2=500 .110 / 220 = 250 sipir sekonder sargısıdır.
c-US=U1/ N1 =220 / 500=0,44 volt/sipir
3-Primer gerilimiU1220 volt,sekonder gerilimi ise U2=55 volt olan birtransformatörün primer sargılarından I1=4 Amper akım geçmektedir.Butransformatörde sipir başına indüklenen gerilim US=0,5 volt olduğunagöre istenenleri bulunuz.
a-Sekonderakımı I2 yi,
b-Primer vesekonder sipir sayılarını N1 ve N2 yi,
U1220I1=4
U2=55US=0,5
a- U1 /U2 =I2 / I1 I2=U1 .I1 /U2 =220 . 4 / 55 =16 Amper.
b- US =U1 / N1 N1=220 / 0,55 = 440 sipir primersargısı
US=U2 / N2 N2=55 / 0,5 = 110 sipir primer sargısı
SARIMSAYILARININ BULUNMASI:
Transformatördesipir sayıları gerilimlerle doğru orantılıdır.Bir transformatörün sipirsasyılarını bulabilmek için,dönüştürme oranından faydanıldığı gibi,indüklenenemk. formülündende faydanalınır.Bunun için çalışma gerilimi,frekans,nüve kesitive manyetik endüksiyonun bilinmesi gerekir.Bu değerler yardımıyla sipirsayıları bulunur.
TRANSFORMATÖRLERDEKAÇAK AKILAR
Birtransformatörün primerine alternatif bir gerilim uygulandığında,bu sargıdangeçen akımın oluşturduğu manyetik akının oluşturduğu manyetik akınını tamamıikinci devre iletkenlerini kesmez.Akımın küçük bir kısmı devresini havadantamamlar. Devresini havadan tamamlayan bu akıların tamamına KAÇAK AKILARdenir.Kaçak akı ne kadar çok olursa Faydalı akı o kadar azalır.bunun sonucundaikinci devrede sipir başına indüklenen gerilim birinci devrede indüklenengerilimden çok daha az olur.bunun sonucunda sekonderde emk. azalır.
Boş çalımadurumunda kaçak akı faydalı akının % 5’i kadardır.
Kaçak akıyıazaltıcı önlemler:
1-primer vesekonder sargılarının uygun bir şekilde sarılmış olmaları
2-Nüve içinkullanılan saçların manyetik gerginliğe ve havaya göre çok yüksek olması
3-Transformatörprimer ve sekonder sargılarının üst üste ve aynı ayağa sarılması kaçak akıyıazaltır.
Primer vesekonder sargılardan geçen akımların oluşturdukları kaçak akılar, faydalı akıyıazalttıklarından, primer ve sekonder iç gerilimlerinin düşmelerine nedenolmaktadırlar.Bunun sonucunda sekonder çıkışında gerilim azalması görülür.kaçakakıların oluşturdukları gerilim düşümleri tam indüktif özellikte olup,akımdan900 ileridedir.Kaçak akıları transformatör devresine seri bağlanmış reaktanslarşeklinde gösterebiliriz.Bu reaktansalar primer ve sekonder için ayrı ayrıgösterilir ve KAÇAK AKI REAKTANSI adını alırlar.
Bazı özeltransformatörlerde kaçak akılar istenir.
Kaynakmakinelerinde,kısa devre akımlarının azaltmada,paralel çalışmayıkolaylaştırmada ve ark fırınlarının güç devrelerinde kullanılan transformatörünkaçak rektansı büyük istenmektedir.
TRANSFORMATÖRLERDEREGÜLASYON
Birtransformatörde primer gerilimi anma akımı değerinde sabit tutulup,sekonderdenanma yük akımı çekilirse sekonder geriliminin boştaki değerine göre değişmegörülür.Sekonderin boş ve tam yüklü durumdaki gerilimleri arasındakifarka,transformatörün GERİLİM DEĞİŞMESİ veya GERİLİM REGÜLASYONU denir.Bufarkın tam yüklü durumdaki sekonder gerilimine oranına GERİLİM REGÜLASYONUYÜZDESİ denir.
TRANSFORMATÖRLERİNKAYIPLARI
KAYIPLAR:
Bütün elektrikmakinelerinde olduğu gibi transformatörlerinde kayıpları vardır.Bu kayıplarikiye ayrılırlar:
1-DemirKayıpları
2-BakırKayıpları
Transformatörlerindöner parçaları olmadığından sürtünme ve rüzgar kayıpları gibi bir takımkayıpları yoktur.bu nedenle verimleri diğer elektrik makinalarına göre dahayüksektir.Demir kayıpları boş çalışma deneyi ile bakır kayıpları ise kısa devredeneyi ile bulunur.
DEMİR KAYIPLARI:
Transformatördeboş çalışmada oluşan kayıplara,DEMİR KAYIPLARI denir.Çok küçük olan boştakiakımın oluşturduğu bakır kayıpları dikkate alınmazsa boş çalışmada yalnız demirkayıpları söz konusu olur.demir kayıpların nüve veya çekirdek kayıplarıdadenilmektedir.demir kayıpları HİSTERİSİZ ve FUKO (FUKOLT) kayıpları olmak üzereikiye ayrılır.
a)HisterisizKayıpları:Nüve moleküllerinin frekansa bağlı olarak yön değiştirmesi sırasındabirbirleri ile sürtünmeleri sonucu isi şeklinde ortaya çıkar.
b)FukoKayıpları:Nüve üzerine indüklenen akımların neden olduğu kayıplar ısı şeklindeortaya çıkan kayıplardır.
BAKIR KAYIPLARI:
Bakır kayıplarınısargılar oluşturmaktadır.bakır kayıpları kısa devre deneyi ilebulunur.transformatörün sekonderine bir yük bağlandığı zaman hem primerden hemsekonderden bir akım geçer.Geçen akımlar primerde I12 .R1 ve sekonderde I22 . R2şeklinde bakır kayıpları oluşur.
Bakır kayıpları1000kVA’nin altındaki güçlerde transformatörün görünür gücünün % 3 ile % 4’ükadardır.
TRANSFORMATÖRLERDEVERİM
Transformatörlerdeverim,diğer elektrik makinalarında olduğu gibi,alınan gücün verilen güce oranışeklinde bulur.Buna göre verimalınan / Pverilen =PA/PV’dir.
Kayıpları nedeniile PA
Transformatörlerdeverimi açıklayabiliriz:
a-Demir kaybıtransformatörün anma yükünde,bakır kaybına eşit olursa, transformatörün verimianma yükünde en büyük olur.
b-Demir kaybı anmayükünde bakır kaybından daha küçük ise transformatörün verimi, anma yükününaltındaki bir yükte en büyük değerindedir.
c-Demir kaybı anmayükünde bakır kaybından büyük ise, transformatörün verimi anma yükünün üzerindebir yükte en büyük değerdedir.
VERİMİN BULUNMASI:
Transformatörlerdeverim iki şekilde bulunur:
a-Direkt metotlaverimin bulunması;
Bu metotla dahaçok küçük güçlü transformatörlerde uygulanır.Sekonder yükü sıfırdan başlanaraktam yüke kadar yavaş yavaş arttırılır.Her yükte primer ve sekonderdekiwattmetreden okunan değerler alınarak n=P2 / P1 şeklindeverimi bulunuz.
b-Endirekt metotlaverimin bulunması;
Endirekt metotlaverimin bulunması büyük güçlü transformatörlerde uygulanır.Bunun için boş çalışmadeneyi ile, transformatörün demir kayıpları;kısa devre deneyi ile bakırkayıpları bulunur.
Bundan sonrada n=PA/ PA + Ptk şeklinde verim bulunur.
TRANSFORMATÖRLERDEPOLARİTE VE PARALEL ÇALIŞMASI
PolariteninÖnemi:Transformatörlerin primer ve sekonder sargılarının her ikiuçları,alternatif gerilim frekansına bağlı olarak zaman zaman işaretlerideğişir.Bunu için transformatörlerin hangi uçlarının hangi işareti taşıdığıbilinmesi gerekir.Yani polaritenin bilinmesi çok önemlidir.
Sargılarınpolaritelerinin bilinmeleri,Transformatörlerin birbiri ile paralelbağlanmalarında büyük kolaylıklar sağlar.
PolariteninTanımı:Transformatör sargılarının indüklenen gerilimlerinin ani yönlerini veyasargı uçlarını işaretlenmesinin belirlenmesine POLARİTE denir.
