TRANSFORMATÖRLER (TRAFOLAR)

TRANSFORMATÖR (TRAFO)

Transformatör ya da trafo, A.C sistemlerde gerilimin seviyesini frekans değiştirilmeden manyetik indüksiyon yoluyla dönüştürmek için kullanılan ve hareketli parçası bulunmayan bir elektrik makinesidir. 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. 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 sığaçlar ve dirençlerle beraber kullanılır. Elektrik akım iletiminde, esas olarak voltajı yükseltmek veya düşürmek için kullanılır. Ölçü aletlerinde özel transformatörler kullanılır.

Transformatörlerin Yapısı ve Çalışma Prensibi

Transformatörler; ince, silisli (silis, oksijen ve silisyumdan oluşan çok dayanıklı bir malzemedir) saclardan oluşan kapalı bir manyetik gövde ile bunun üzerine sarılan yalıtılmış iletken sargılarından oluşur. Temelde transformatörde iki sargı bulunur. Bu sargılardan biri primer (birincil) sargı, diğeri ise sekonder (ikincil) sargıdır. Primer ve sekonder sargılarının elektriksel bir bağlantısı yoktur. Transformatörlerin primer ve sekonder sargıları birbirlerinden elektriksel olarak yalıtıldıkları gibi nüveden de yalıtılır. Yalıtkan olarak pres bant, kâğıt, mika, bazı plastik maddeler, çeşitli yağlar, pamuk reçine, ağaç takozlar ve pertinaks gibi bazı maddeler kullanılır. Transformatörün primer sargısına alternatif bir gerilim uygulandığında, bu sargı değişken bir manyetik alan oluşturur. Bu alan, üzerinde sekonder sargısının da bulunduğu manyetik demir nüve üzerinde devresini tamamlar. Primere uygulana alternatif gerilimin zamana bağlı olarak her an yön ve şiddeti değiştiğinden oluşturduğu manyetik alanında her an yönü ve şiddeti değişir. Bu alanın sekonder sargılarını kesmesi ile sargılarda alternatif bir gerilim endüklenir. Transformatörlerin primer sargılarına doğru gerilim uygulandığında yine bir manyetik alan meydana gelir. Ancak bu manyetik alan, sabit bir alandır. Bu alanın yönü ve şiddeti değişmeyeceğinden sekonder sargılarında bir (elektro motor kuvveti) endüklemesi söz konusu olmaz.

Transformatörlerin Dönüştürme Oranı

Transformatörlerin primer ve sekonder sarım sayıları, gerilimleri ve akımları arasında sabit bir oran vardır. Bu orana dönüştürme oranı denir. Dönüştürme oranına göre primer sarım sayısı ve gerilimi sabit kabul edilirse sekonder sarım sayısı artırılırsa sekonder gerilimi artar ve sekonder akımı düşer. Sekonder sarım sayısı az olursa sekonder gerilimi düşer. Transformatörler, gerilimi alçaltma ve yükseltme şekline göre iki çeşittir: Alçaltıcı Transformatörler : Primer sargısına uygulanan gerilimi sekonder sargısından daha alçak bir şekilde aldığımızda bu tip transformatörlere alçaltıcı tip transformatörler denir. Yükseltici Transformatörler : Primer sargısına uygulanan gerilimi sekonder sargısından daha yüksek bir şekilde aldığımızda bu tip transformatörlere yükseltici tip transformatörler denir.

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. Bu kayıplar; demir kayıpları ve bakır kayıpları olmak üzere iki çeşittir. 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.