Çift Sargılı Transformatörün Yapısı
Çift sargılı transformatörler, Şekil 5.2 'de
görüldüğü gibi, bir nüve (çekirdek) üzerine üst üste veya
karşılıklı olarak oturtulan iki sargı vasıtasıyla gerilim
değişimi sağlayan devre elemanıdır.
Şekil 5.2 - Monofaze transformatörde sargıların nüveye
oturtuluş biçimleri
|
Transformatör nüveleri, Şekil 5.3 'de görüldüğü
gibi, 04 - 0,5 mm kalınlığındaki saclardan oluşur. Sacın malzemesi,
histerezis kaybı az olan, kalıcı mıknatıs özelliği taşımayan
ve kırılganlığı olmayan özel çeliktir.
Sargılar ise, karkas adı verilen makaralara sarılır.
Sacın E ve I şeklinde kesilmiş parçaları Şekil 5.3(a) 'da
görüldüğü gibi iki yönlü olarak, bobin makarasının içerisine
teker teker yerleştirilir. Bu şekilde oluşan nüvenin kesit
görüntüsü Şekil 5.3 (b) 'de görüldüğü gibidir.
Şekil 5.3 - Transformatör nüve saçlarının görüntüleri
a) Saç elemanların nüveyi oluşturma biçimi
b) Nüvenin kesit görüntüsü |
Nüvenin bu şekildeki saclardan oluşturulmasının
nedeni, AC gerilimindeki değişim etkisiyle gelişen ve Fuko
akımı adı verilen akımın yaratacağı ısınmayı önlemektir.
Şekil 5.4 'te değişik transformatörlerin görüntüleri
verilmiştir
Şekil 5.4 - Değişik transformatörlerin dış görüntüleri
a) doğrultucu transformatörü
b) oto transformatör
c ) çıkış transformatör
d) şiltli (metal kapaklı) transformatör
e) ses frekansı kuplaj transformatörleri
f) şiltlerinden çıkartılmış hava nüveli transformatörler
g ) ara frekans (IF) transformatörü |
Oto Transformatörün Yapısı
Oto transformatörde Şekil 5.5 'te görüldüğü gibi bir nüve
üzerinde tek sargı vardır. Giriş bu sargının uçlarından
yapılır.
| 
Şekil 5.5 - Oto transformatör
|
Çıkış iki şekilde olabilir:
Belirli kullanım gerilimlerine ihtiyaç varsa,
Şekil 3.46 'da görüldüğü gibi, sargının belirli
noktalarından çıkış uçları alınır.
- Değişik gerilimlere ihtiyaç olursa, transformatör
üzerinde bir hat boyunca iletkenlerin izolasyonu
kazınır ve bu hat üzerinde gezdirilebilen bir
uç sargılara temas ettirilir.
Bu tür oto transformatörlere Varyak (Variac) adı
verilmiştir.
|
Çalışma Prensibi
Çift Sargılı Transformatörün Çalışma Prensibi
Şekil 5.6 'da görüldüğü ve yukarıda da açıklandığı
gibi monofaze bir transformatörde genellikle iki giriş ucu
ve iki de çıkış ucu mevcuttur. Bu uçlar giriş ve çıkış sargılarından
alınmaktadır. İhtiyaca göre çıkış sargısı yine şekilde görüldüğü
gibi birden fazlada olabilir.
Bu sargılar teknik dilde aşağıdaki gibi adlandırılır:
- Giriş sargısı: (Primer sargı)
- Çıkış sargısı: (Sekonder sargı)
Primer sargıya bir AC gerilim uygulandığında,
sekonder sargı uçlarından da yine AC gerilimi alınır.
Gerilim İle Sarım Sayısı Bağıntısı
Primer ve sekonder sargılardaki gerilim değerleri,
sargıların sarım sayılarıyla orantılıdır.
Günlük hayatta, AC devrelerde ölçüm için kullanılan
normal ölçü aletleri efektif değerleri ölçtüğü için, hesaplamalarda
da genel olarak efektif değerler kullanılır.
Şekil 5.6 - Monofaze bir transformatörün prensip şeması
|
Transformatördeki efektif değerler gösterilirken,
özellikle gerilimler için değişik semboller kullanılmıştır.
1. Bazı yayınlarda;
Transformatöre uygulanan gerilim: U1
veya UP
Transformatörün primer sargısında endüklenen gerilim: E1
Transformatör sekonderin den alınan gerilim: U2
vaye US
Transformatörün sekonderin de endüklenen gerilim: E2
Transformatör kayıpsız kabul edilirse; U1=E1
; U2=E2 'dir.
Kayıplar dikkate alınırsa; U1=E1+kayıp
gerilimi,
U2=E2+kayıp gerilimi 'dir.
2. Diğer bazı yayınlarda da;
Bütün gerilimler V ile gösterilmekte ve nereye
ait gerilim ise onu belirten indis kullanılmaktadır. Örneğin,
Transformatör primer gerilimi VP, sekonder gerilimi
VS, yük direncindeki gerilim düşümü VL
ile gösterilmektedir.
Burada kullanılan semboller:
Primer
taraf için; |
Sekonder
taraf için; |
Primer gerilimi:
Primer sarım sayısı:
Primer akımı
Primer gücü: |
VP
NP
IP
PP |
Sekonder gerilimi:
Sekonder sarım sayısı:
Sekonder akımı:
Sekonder gücü: |
VS
NS
IS
PS |
Bir transformatörde gerilim değerleri ile sarım
sayıları arasında şu bağıntı vardır:
VP/VS = NP/NS
NP/NS = n
değerine Transformasyon (Dönüştürme) Oranı denir.
Primer Sekonder Güç Bağıntısı
Teorik olarak bir transformatörün girişine hangi
güç verilirse, çıkışından da aynı güç alınır.
Giriş gücü PP ve çıkış gücü ise PS
ise =>
PP = PS 'dir...
Ancak, transformatörün saclarındaki fuko akımından,
histerisiz olayından ve sargıların endüktif reaktansından
(XL) dolayı , giriş enerjisinin bir bölümü ısı
enerjisine dönüşerek kaybolur.
Kayıp nedenleri:
Fuko akımları: Sacların içerisinde oluşan ve
dairesel olarak dolaşan akımdır.
Histeresiz olayı: Sacların mıknatıslanması olayıdır.
Endüktif reaktans (XL): Sargı tellerinin
Ac direncidir.
Aslında, Ps çıkış gücü, PP giriş gücüne göre
biraz küçüktür (PS<PP).
Ancak, küçük güçlü transformatörlerde kayıplar ihmal edilebileceğinden
PP=PS olarak kabul edilir.
Güç - Gerilim ve Akım Bağıntısı
Transformatörlere uygulanan gerilim; VP=VPm
Sin ωt
şeklinde sinüzoidal olarak değişen bir gerilimdir. Bu gerilim,
primer sargıdan akıtacağı akım ile, sekonder sargıda oluşturacağı
gerilim ve akımda yine sinüzoidal olarak değişir.
Ancak, hesaplamalar efektif değerler üzerinden
yapıldığından, güç bağıntıları şöyle yazılır:
PP = IP . VP
ve PS = IS
. VS
Bu bağıntıda, birimler şöyledir: V: Volt, I:
Amper, P: Watt
PP=PS kabul edildiğinden, IP.VP=IS,VS
yazılabilir.
Buradan da şu sonuç çıkar: VP/VS
= IS/IP
Sargı Empedansları İle Gerilim ve Akım Bağıntıları
ZP: Primer sargı empedansı, ZS:
Sekonder sargı empedansı olmak üzere gerilim şöyle ifade edilir:
VP = IP . ZP
ve VS = IS
. ZS
Bu değerler yukarıda yerine konulursa aşağıdaki
eşitlikler elde edilir:
IP.ZP / IS.ZS
= IS/IP
Buradan, I2S
/ I2P
= ZP
/ ZS
veya IS/
IP
= √ZP
/ √ZS
olur.
Bu eşitlikler gerilim cinsinden yazılırsa aşağıdaki
gibi olur..
VP/VS = IS/IP
idi. IS/IP =
√ZP
/ √ZS
bulundu. Buradan VP/VS
= √ZP
/ √ZS
olur.
Özet olarak yazılırsa transformatör bağıntıları
şöyle olacaktır:
PP =PS
VP/VS = NP/NS
= IS/IP = √ZP
/ √ZS
NOT:
Burada şu iki hususa dikkat etmek gerekir.
Yukarıdaki bağıntıda NP/NS
sabit bir değerdir. Diğer oranların da sabit olması gerekir.
IS 'nin büyüklüğü transformatörün yük direncine
bağlıdır. Yük direnci çok küçük olursa Is tolerans değerinin
üzerinde büyür. Bu durumda yukarıdaki oranı sağlamak üzere
IP 'de büyür. Transformatör anormal olarak ısınıp
yanabilir. Kullanma sırasında bu duruma dikkat etmek gerekir.
Transformatörün, sekonder uçları açık iken de
uzun müddet çalıştırılması doğru değildir. Enerji sarfiyatı
olmadığından yine ısınır. En ideal çalışma şekli; yük direncinin
ZS
empedansına eşit olmasıdır.
Verim:
Yukarıda da belirtildiği gibi her transformatörde
az veya çok, fuko, histerisiz ve sargı kayıpları vardır.
Önceden belirtildiği gibi, küçük güçlü transformatörlerde
bu kayıplar pek dikkate alınmaz ve PP = PS
olarak kabul edilir.
Ancak, bu tür kayıpların bilinmesi ve hassas
hesaplamalarda dikkate alınması gerekir. Bu durumda transformatörün
verimi söz konusu olacaktır.
Verim: çıkış gücünün - giriş gücüne oranıdır.
Formülü: η
= PS/PP
veya %η = (PS/PP)*100
dür.
Genelde verim: η
= %75 - %98 arasında değişir.
Örnek:
Soru: Bir transformatörde giriş gerilimi VP:220V,
çıkış gerilimi VS:20V, olsun (Bu değerler efektif
değerlerdir). Transformatörün verimi %98 ve çıkış akımı IS:2A
olduğuna göre, primer akımı nedir?
Çözüm:
Giriş akımı sorulduğuna göre önce giriş akımını
verecek bağıntıyıdüşünmek gerekir. Problemin veriliş tarzından,
verim ve dolayısıylada da güç bağıntısı yoluyla çözüme gidileceği
anlaşılmaktadır.
Primer gücü: PP=VP*IP
'dir. Buradan; IP=PP/VP
olur.
Bu bağıntıda VP bilinmektedir, PP
'de bulunursa IP'yi de bulmak mümkün olur.
%η=PS/PP*100
idi.
Bilinenler yerine konulursa: 98=(VS.IS/PP)*100
98=(20*2/PP)*100 olur.
Yukarıdaki bağıntıdan; PP=20*2*100/98 = 40,8
Watt olarak bulunur.
Bu değerler yukarıdaki IP bağıntısında yerine konulursa
aşağıdaki değerler alde edilir.
IP = PP/VP
= 40,8/220 = 0,185Amper =185 miliAmper olarak bulunur...
