Transformatör (Trafo) Nedir? Trafo Nasıl Çalışır?
Gelişmelerden haberdar olmak için bizi Google Haberler'den takip edin!
Transformatör Nedir ?
Trafo , yani transformatör elektrik enerjisinin frekansını değiştirmeden gerilimini yükselten veya alçaltan herhangi bir hareketli parçası bulunmayan elektrik makineleridir. Trafolar faz sayısına göre , nüve tipine göre , çalışma ortamına göre ve gerilimi yükseltme düşürme şekline göre çeşitlere ayrılır. Bu çeşitleri farklı bir yazıda ayrıntılı olarak ele alacağız.
Günümüzde enerji santrallerinde üretilen elektrik enerjisi, enerji nakil hatlarıyla uzun mesafelere taşınır. Bunu en az kayıpta sağlamak için de gerilim değerinin yükseltilmesi gerekir. Sistem de güç sabit kalacağından gerilim yükseldiği zaman akım düşecektir. Bu da gösterir ki voltaj ne kadar artarsa akım kaybı o kadar az olur. Bu yüzden santrallerde üretilen ve gerilim değeri düşük olan elektrik enerjisinin trafolar vasıtasıyla gerilimi yükseltilerek uzak bölgelere taşınır. Taşınan bu elektriğin de kullanım sahalarında ise gerilimi uygun çalışma değerine trafolarla düşürülür. Gerilimi yükselten trafolar yükseltici transformatör , düşürenler ise alçaltıcı transformatör olarak adlandırılırlar.
Ülkemizde alçak gerilim şebekeleri 220 V ve 380 V , orta gerilim şebekeleri 10 kV, 15 kV ve 33 kV , yüksek gerilim ise 66 kV ve 154 kV ve çok yüksek gerilime sahip şebekeler de 380 kV kullanmaktadırlar.
Transformatör Yapısı
Trafolar temelde manyetik bir nüve (gövde) üzerine sarılan sargılardan oluşmaktadır. Bu sargılar kare şeklinde olan nüvenin karşılıklı iki tarafına sarılır. Sargılar primer ve sekonder sargı olarak isimlendirilmiştir. Primer sargı trafonun giriş sargısıdır ve şebekeye bağlıdır. Sekonder de çıkış sargısı olup yüke bağlıdır. İki sargı arasında herhangi bir bağlantı yoktur elektrik geçişi nüve tarafından sağlanır. Sargılar genellikle bakırdır ama alüminyum sargıya sahip trafolarda mevcuttur. Gerilimin yükseltilmesi ve alçaltılmasında sargı sayıları doğrudan etkilidir. Gerilim yükseltici uygulamalarda sekonder sargı sayısı primerden fazla olurken, alçaltıcı uygulamalarda ise primer sargı sayısı daha fazla olur.
Transformatör nüveleri demir, çelik veya hava tipi nüvelerdir. Demir ve çelik nüve düşük frekansa sahip uygulamalarda, hava tipi nüve de yüksek frekansa sahip uygulamalarda kullanılır.
1) Manyetik Nüve
Nüveler gücün primerden sekondere taşındığı manyetik bir malzemeden yapılmış gövdedir. Akımın iletildiği bu gövdenin manyetik direncinin çok düşük olması gereklidir. Bu yüzden nüveler bir tarafı yalıtılmış çelik veya demir malzemelerin ince sac biçiminde paketlenmesiyle bir araya getirilir. Nüveler genelde iki çeşittir.
- Çekirdek Tipi Nüve
- Mantel Tipi Nüve
Çekirdek tipi olan nüvelerde sargılar gövdeyi kavrayacak şekilde sarılırlar. Bu tür nüvelerde yalıtım için daha çok alan olduğu için yüksek güçlü ve yüksek gerilim ile çalışan trafolarda çekirdek tipi nüve tercih edilir. Çekirdek tipi nüve de saçlar U-I veya L şeklindedir.
Mantel tipi nüve ise düşük güç ve gerilimdeki trafolarda kullanılır. Nüve kesiti her yerde eşit değildir. Sargılar orta kısma sarılır ve burada meydana gelen akı yan iki kısıma doğru ikiye ayrılarak devresini tamamlar. Bu tip nüve de ise saçlar E-I şeklinde oluşturulur.
2) Transformatör Sargıları
Trafolardaki sargılar silindirik ve dilimli olmak üzere iki şekildedir. Silindirik sargılar düşük güçlü trafolarda kullanılır. Bu sargılar makara şeklinde oluşturulup nüveye sarılırlar. Alçak gerilime sahip olan sargı altta, yüksek gerilime sahip olan sargı ise üstte yer alır.
Dilimli tip sargılar ise yüksek güçlü trafolarda kullanılmaktadır. Düşük güçlü trafolarda sargılar yuvarlak kesitli olarak oluşturulurken, yüksek güçlü trafolarda dikdörtgen kesitli olarak oluşturulur.
Transformatör Çalışma Prensibi
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.
Primer sargısında indüklenen gerilim aşağıdaki eşitlikle bulunur.
V1 = Primer sargısında indüklenen gerilim değeri
N1 = Primer sargı sayısı
f = Frekans değeri Hz (Hertz) cinsinden
Φ = Meydana gelen maksimum akının değeri birimi Wb (Weber) ‘dir.
Sekonder sargısında indüklenen gerilim aşağıdaki eşitlikle bulunur.
Primer sargı sayısının (N1) sekonder sargı sayısına (N2) oranı, primer sargı üzerine indüklenen gerilimin (V1) sekonder sargı üzerine indüklenen gerilime (V2) oranına eşittir. Bu orana ise trafonun dönüştürme oranı denir ve genellikle “ a ” ile gösterilir. Sekonder akımının (I2) da primer akımına (I1) oranı da ayrıca buna eşittir.
Bu eşitlik ile sarım sayısı ve voltaj hesabı kolaylıkla yapılabilir. Primer ve sekonder sargıları üzerindeki güçler de birbirine eşittir. Bu eşitlikteki önemli farklılık ise akım değerlerinin sekonderin primere oranı şeklinde olması bunun nedeni ise daha önce açıkladığımız üzere voltaj ile akımın ters orantılı olmasıdır.
Örnek 1 ;
Primer sargı sayısı 200, sekonder sargı sayısı da 400 olan bir trafonun giriş gerilimi de 400 V’tur. Trafonun çıkış gerilimi kaç volt olur
Çıkan sonuçta da görüldüğü üzere sekonder sargı sayısı fazla olduğu için gerilim yükseltilmiş oldu.
Matematiksel olarak da örneklediğimiz üzere trafonun gerilim değişikliği sarım sayılarına bağlıdır. Enerji nakil hatlarının vazgeçilmezi olan transformatör gerilimin yükseltilip uzun mesafelere taşınmasını sağlayan elimizdeki önemli makinelerden birisidir. Trafolar kullanım yerine göre gerek nüvesi gerekse de sarım sayıları olarak tekrar tekrar dizayn edilebilir.
