Transformatör Sarım Sayısı

Transformatör Çevirme Oranı

Tranformatör çevirme oranı; primer ve sekonder sarım sayılarının veya primer ve sekonder gerilim değerlerinin birbirine oranlanmasıyla belirlenir. İdeal bir tranformatörde gerilim oranı doğrudan sarım oranına bağlıdır ve birbirlerine eşittir.

İdeal bir transformatörün primer ve sekonder kısmındaki akım oranı ile sarımların oranı ters orantılıdır.

Vs= Sekonder gerilim, Is= Sekonder akım, Vp=Primer gerilim, Ip=Primer akım, Ns=Sekonder sarım sayısı, Np=Primer sarım sayısı

Transformatörlerin sarım sayıları, transformatörün yükseltici yada alçaltıcı transformatör olduğunu belirler.

Yükseltici(step-up) transformatörlerin sekonder gerilimi, primer geriliminden yüksektir. Ayrıca bir transformatör gerilim yükseltiyorsa, akım düşürücü olarakta nitelendirilebilir.

Alçaltıcı(step-down) transformatörlerin sekonder gerilimi, primer geriliminden düşüktür. Ayrıca bir transformatör gerilim düşürüyorsa, akım yükseltici olarakta nitelendirilebilir.

Bu iki bağıntı aslında bize güç ifadesinin değişmediğini göstermektedir. Yani bir transformatörün primer tarafındaki güç ile sekonder tarafındaki güç eşittir.

Transformatör Çevirme Oranı Neden Test Edilir?

Güç transformatörleri, dağıtım transformatörleri, ölçümde kullanılan akım transformatörleri, gerilim transformatörler, gibi elektrik sistemindeki elemanlarda zamanla sargılar arasındaki çevirme oranında değişiklikler görülür. Hem ölçüm hemde kontrolde bu farklılıklar problemlere ve eksik ya da fazla faturalandırmalara sebep olabilirler.

TTR cihazlarının transformatörlere bağlantı şekli:

Çevirme oranındaki değişim, transformatörün sekonderinden alınan çıkış voltajının istenilen değerde olmamasını sağlayacaktır. Başlangıçta tasarlanan akım/gerilim değerlerinin dışında çıkışa yansıyacak değerlerin dışında gerekenden az bir gerilim/akım veya gerekenden fazla bir gerilim/akım değeri sistemlerde izolasyon sorunlarına, dengesiz yüklenmelere, şalt elemanlarında ani açmalara ve yangınlara sebep olabilir.

Çevirme Oranını Etkileyen Faktörler

Tüm transformatörler kullanıldığı sistemde aralıksız ve devamlı enerji altında çalışan sistemlerdir. Zaman içerisinde toz, nem gibi çevresel faktörler sebebi ile çevirme oranlarında bazı değişmeler gözlenebilir.

Teorik olarak ideal bir transformatörün, çevirme oranını belirlemek için değeri bilinen bir giriş voltajı sarımlardan birine uygulanır. Çıkış voltajı ölçülerek, giriş ve çıkış gerilim değerlerinin oranı hesaplanarak sarım oranı belirlenmiş olur. İşte bu belirlediğimiz oran ile transformatörün üretiminde belirlenen ve transformatörün etiketi üzerine yazılan değerle aynı olmalıdır.

Hangi Tür Cihazlar ile Test Edilir?

Transformatörlerin çevirme oranları testi için TTR Cihazı olarak bilinen yani açılımı “Transformer Turn Ratio” olan cihazlar ile test edilir. Bu test cihazlarını kullanırken transformatörün büylüğünü göz önünde bulundurmak gerekiyor. Çünkü birçok işletme farklı boyutlarda transformatörler kullanabiliyor. Ayrıca kullanılacak olan test cihazı uygun özelliklerde seçilmelidir. Cihazların sağlamlığı, anlaşılabilirliği, sahada kullanım kolaylığı gibi birçok etken göz önünde bulundurularak cihaz seçilmelidir.

PWRB, SCHUETZ TTR Cihazı ile transformatör çevrime oranı testlerinizi gerçekleştirebilirsiniz.

Neden TTR Test Cihazlarına İhtiyaç Duyarız?

Bu cihazlar bir mühendis için önemli bir yardımcıdır. Bir transformatörün çevirim oranı testlerini tam otomatik olarak sorunsuz bir şekilde yapar ve sonuç bilgilerini bize çok doğru bir şekilde verir. Bu sonuçları cihazınızın ekranında rahatça görebilirsiniz. Ayrıca raporları anında cihazlar sayesinde kağıt üzerine dökebilirsiniz.

Çevirme oranı ölçüm sonuçları (PWRB, SCHUETZ TTR Cihazı):

Elektrik enerjisinin taşınması sırasında alternatif akımının gerilim değerini alçaltıp yükselten devre elemanına transformatör (trafo) denir. Transformatörler, alternatif akımın frekans değerini değiştirmeden akımı ve gerilimi değiştiren devre elemanıdır.

Transformatörlerin Çalışma Prensibi

Aşağıda bir örneği görülen transformatörler genellikle metal plakalardan elde edilmiş iki kol ve bu kollardaki iletken tel sarımlarından oluşur. Alternatif akım kaynağına bağlı ve kaynak geriliminin uygulandığı birinci bobine primer (giriş), elektrik enerjisinin farklı gerilimde alındığı ikinci bobine ise sekonder (çıkış) adı verilir.

Bir transformatörün birinci bobinindeki alternatif gerilim sonucu birinci bobin üzerinde alternatif akım oluşur. Bu da birinci bobinde yönü ve şiddeti sürekli değişen bir manyetik alan oluşturur. Bobinler demir gibi ferromanyetik malzemelere sarılı oldukları için, bu malzemeler değişen manyetik alanı ikinci bobine iletir. İkinci bobin içerisinde değişen manyetik alan, ikinci sarım üzerinde giriş gerilimi ile aynı frekansta alternatif gerilim ve akım oluşturur. Böylelikle enerji, istenen ölçülere oldukça yakın değerde taşınır. Transformatördeki primer ve sekonder arasındaki enerji transferi, sarımlarının üzerindeki enerjiye bağlıdır.

• İdeal transformatör: Primer sarımın sağladığı enerji miktarının sekonder sarımın aldığı enerjiye eşit olduğu transformatörlerdir.
• İdeal olmayan transformatörler: Primer sarımın sağladığı enerji sekonder sarımdan alınan enerjiye eşit değilse ideal olmayan transformatör denir. Sarımlardaki dirençten dolayı oluşan ısınmadan kaynaklı enerji kayıpları vardır.

Transformatörlerin Kullanıldığı Yerler

Elektrik üretim santrallerinde alternatif akımın üretilir ve bu akımın uzak mesafeye taşınması için iletken teller kullanılır. Fakat iletken tellerdeki dirençlerden dolayı enerji kaybı oluşur. Bu kayıp akımın karesi ile doğru orantılıdır. Bu yüzden iletim hatlarından geçen akımın düşürülmesi kayıpları üssel olarak azaltabilir. İletim hatlarındaki akımın azaltılması için de hattın geriliminin yükseltilmesi gerekir. Daha sonra tüketiciye ulaşan yüksek gerilimin bu sefer tüketime uygun olması için düşürülmesi gerekir.

İletim kayıplarının azaltılması için gerilimin yükseltilmesi ve tekrar düşürülmesi işleminde trafolar yani transformatörler kullanılır. Santral çıkışında yükseltici, tüketim merkezlerinde ise düşürücü olarak kullanılır.

Transformatörlerle İlgili Hesaplamalar

Transformatörün primer ve sekonder sarımları üzerinden geçen akımları ve gerilimleri görselde verilmiştir.

• N_P: primer sarım sayısı,
• N_S: sekonder sarım sayısı,
• V_P: primer gerilim,
• V_S: sekonder gerilim,
• I_P: primer sarımlarındaki akım,
• I_S: sekonder sarımlarındaki akım.

Transformatörler ile alternatif geriliminin frekansı değiştirilemez. Sadece primer ve sekonder bobinlerdeki akım ve gerilim değiştirilebilir. Transformatörün akım, gerilim ve sarım sayıları arasındaki ilişki

şeklinde ifade edilir.

Gerilim, sarım sayısı ve akım arasındaki ilişkiyi gösteren eşitlik incelenir ise aşağıdaki yorumlar yapılabilir.

• Sekonder sarım sayısı (N) primer sarım sayısından fazla ise gerilimi yükselten transformatör.
• Sekonder sarım sayısı (N) primer sarım sayısından az ise gerilimi alçaltan transformatör.

Transformatörün yükseltici ya da alçaltıcı olma durumu değiştirme oranıyla anlaşılır. Değiştirme oranı (sekonder devrenin sarım sayısı / primer devrenin sarım sayısı) şeklinde hesaplanır.

Primer ve sekonder devrelerde güç hesaplamak istenir ise P=V.I bağıntısı hatırlanmalıdır.

• Primer devrenin gücü =
• Sekonder devrenin gücü =

📌 Önemli Not: Primer ve sekonder devrenin güçleri eşit ise ideal transformatör denir. İdeal transformatör için primer ve sekonder devreler arası güç denklemi

şeklindedir.

📌 Önemli Not:Transformatörün verimi: Verim alınan(sekonder) enerjinin, verilen(primer) enerjiye oranıdır. Bu durumda transformatör için verim

eşitliği ile bulunur.

Hareketli parçası olmayan (statik bir makine olan) transformatör, bir enerji dönüşüm makinesi olmamasına rağmen birçok enerji dönüşüm sistemlerinde kullanılır. Transformatörler,güç sistemlerinin en uygun gerilimi üreterek, en ekonomik ve en uygun güç ile transferini mümkün kılar. Transformatör, ortak manyetik akı ile birleştirilmiş iki veya daha fazla sargıdan oluşur. Transformatörün analizi elektrik makineleri için birçok temel prensibi öğretir. Yüksek akı yoğunluğu elde etmek için bu cihazlarda da ferromanyetik malzeme kullanılır. Demir çekirdekli transformatörler, yüksek güçlerde kullanılırbu tip trafoların manyetik kutupları da çok önemlidir.

Genelde kullanılan iki yaygın tip imalat şekli aşağıda gösterilmiştir;

Çekirdek tipinde sargılar dikdörtgen şeklindeki manyetik çekirdeğin iki bacağı etrafına sarılır; mantel tipte sargılar üç bacaklı çekirdeğin orta bacağına sarılır.

Çekirdek kayıplarını azaltmak için ince laminasyonlar seçilir. Birkaç yüz Hertz frekansa kadar, silikon çelik ve kalınlıkları 0,inch (0,cm) olan laminasyonlar seçilir. Trafolarda “T” ve “E” tipi laminasyonlar kullanılıfunduszeue.info aralığını ortadan kaldırmak içinj, bu laminasyonlar uygun şekilde yerleştirilir.

Sargılar arasına çizilen düşey 2 çizgi, sargılar arasındaki manyetik kuplajı göfunduszeue.info sargı alternatif gerilim kaynağına bağlıdır ve sekonder sargı adını alır.

Sarım sayısı yüksek olan sargıda yüksek gerilim olduğundan, bu sargıya aynı zamanda yüksek gerilim sargısı da denir. Diğer sargı alçak gerilim sargısı adını alır.

Manyetik kuplajın sıkı olmasını temin etmek amacıyla, sargılar bobinler şeklinde yapılıp, diğerinin üzerine veya yanına konur. Genelde alçak gerilim sargıları çekirdeğe daha yakın konulur.

Trafoların birinci görevi gerilim seviyesini değiştirmektir.

Trafoların diğer kullanım alanı güç ve kontrol devrelerinde bir devreyi diğerinden galvanik olarak yalıtmak içindir

Trafolar ayrıca gerilim ve akım ölçmek için kullanılır.

İDEAL TRANSFORMATÖR

İki sargılı bir trafo göz önüne alalım. Primer sargısında N₁, sekonderinde N₂ sarım olsun. Trafoların sarılış şekilleri yapraklı olmasına rağmen, sembolize şekli ile gösterilirler.

İdeal trafonun özelliklerinde şu kabulleri yapalım;

1) Sargı dirençleri ihmal edilmektedir.

2) Kaçak akı yoktur. Çekirdek kayıpları ihmal edilmektedir.

3)Çekirdeğin permeablitesi sonsuzdur (μ=∞). Bu sebepten, çekirdekte akı oluşturmak için gerekli uyarma akımı ihmal edilebilir. Yani çekirdekte akı oluşturmak içi net mmf 0’dır.

Primer sargıya zamanla değişen bir alternatif gerilim uygulanırs, çekirdekte zamanla değişen Φ akısı meydana gelir. Sargıda e₁ gerilimi endüklenir ve bu gerilim uygulanan gerilime eşittir. (Sargının direnci ihmal edildiği için.)

V₁ sinüsodial ise, efektif değerleri göz önüne alınarak;

Bulunur. a sargıların sarım sayısı oranıdır. Son denklemden, gerilimlerin oranının, sargıların oranına eşit ve doğru orantılı olduğu görülür.

Şekildeki anahtarı kapatarak, trafonun sekonder sargılarına bir yük bağlandığında, sekonder sargıda i₂ akımı akar, Sekonder sargı çekirdekte magnetomotor kuvveti oluşturur. Bu kuvvet primer sargıda i₁ akımının akmasına neden olur. N₁, i₁’i; N₂, i₂’yi karşılar. Akı oluşturmak için ideal bir çekirdekte mmk sıfır olduğu için;

Buradan çekirdek akımlarının oranı sarım sayılarının oranı ile ters orantılı olduğu görülür. Yük sekonder sargıdan daha fazla akım çekerse, trafoda kaynaktan fazla akım çeker.

Giriş tarafındaki ani gücün çıkış tarafındaki ani güce eşit olduğu görülür. Bu da tabiidir, çünkü tüm kayıplar ihmal edilmiştir. Beslenme kaynağı ile yük arasında fiziksel hiçbir bağlantı olmamasına rağmen beslenme kaynağından çıkan güç tamamen yüke aktarılmaktadır.

Empedans Transferi

Giriş Empedansı

Bir transformatörün sekonderine bağlanan Z₂ empedansı primerden bakıldığında Z₁ (Z₂’) olarak görülürSekonder empedansı, primer empedansa sarım sayısı oranı karesi olarak dönüştürülebilir. Primer empedansı da benzer şekilkde sekondere dönüştürülebilir.

Çıkış Empedansı

ÖRNEK SORU:

9Ω omik empedansı olan bir hoparlör 10V’luk ve iç direnci (omik) 1Ω olan kaynağa bağlanmaktadır.

a)Hoparlörün çektiği gücü hesaplayınız.

b) Hoparlöre transfer edilen gücü maksimize etmek amacıyla a=1/3  sarım sayıları oranı olan bir trafo kullanılmaktadır. Hoparlörün çektiği gücü bulun.

a)

b) Hoparlörün direnci primer tarafa transfer edilirse;