Transformatör (Trafo) Nedir? Trafo Ne İşe Yarar? Yapısı Nerelerde Kullanılır?
Transformatör (Trafo) Nedir: Trafo iki veya daha fazla devre arasındaki elektrik enerjisi aktarımını sağlar. Bunu elektromanyetik indüksiyon yoluyla veren sisteme transformatör denir. Trafolar DC (Doğru Akım) devrelerinde değil, AC (Alternatif Akım) devrelerinde kullanılırlar. Elektrik şebekelerinde büyük öneme sahiptirler. Transformatör veya trafo frekans değerini değiştirmez. Gerilim ve akım değerlerinde istenilen değişimi gerçekleştirir.
AC üreten elektrik santralleri çoğu zaman taş kömürü veya linyit havzalarının baraj ve akarsuların bulunduğu yere inşa edilir. Üretilen bu enerjinin kilometrelerce uzaktaki şehir, kasaba ve köylere iletilmesi gerekir. Elektrik enerjisinin en ucuz ve en az kayıpla iletilmesine yardım eden makineler vardır. Bu makinalar elektrik trafolarıdır.
Transformatörlerin Görevleri
Trafo bir elektrik devresindeki akım ve gerilimi yükseltme ve düşürmede kullanılır. Aynı zamanda elektrik enerjisinin aktarımı ve dağıtımı gibi amaçlar için kullanılırlar.
- Gerilim değişmesinde gücü sabit tutar. (Çok az kayıp vardır).
- Alternatif akımın gerilimini düşürmeye, yükseltmeye yarar.
Trafo Ne İşe Yarar?
- Bir elektrik akımının şiddettini, gerilimini veya şeklini değiştirmeye yarayan makinadır.
- Trafo, iki veya daha fazla elektrik devresini elektromanyetik indüksiyonla birbirine bağlar.
- Bir elektrik devresinden geçen enerjiyi diğer elektrik devresine iletir. Bu işlemi elektromanyetik alan sayesinde yapar.
- Trafolar elektrik enerjisinin belirli gücünde gerilim ve akım değerlerinde istenilen değişimi yapar.
Statik transformatör, bir devrenin elektrik enerjisinin, gerilim ve akım şiddetindeki değişme ile bir başka enerjiye dönüşmesini sağlayan elektromanyetik bir cihazdır. Statik transformatör denmesinin nedeni bu transformatörün hareketli hiçbir parçası olmadığı içindir.
Enerjinin uzak yerlere, bölgelere iletilmesi için yüksek gerilim kullanmak gerekir. Çünkü alçak gerilimle enerji iletiminde akım çok yüksek değer alır. Bu akımı taşıyacak iletken kesitinin büyümesi, tesis için maliyet fiyatı pahalı olur. Elektrik enerjisinin iletiminde gerilim ne kadar yüksek olursa hatlardan geçen akım o oranda küçülür. Hatlarda oluşan kayıplar azalır. Gerilimi yükseltmek veya düşürmek için transformatör kullanılır. Ondan sonra abonelere dağıtılır. Enerjinin sürekliliği ve enerji verimliliği için belirli periyotlarda trafo kontrolü yapılır. Ayrıca trafo yağı ve trafo bakımı da yapılmalıdır.
Transformatör Yapısı
Transformatörler, primer (primary) ve sekonder (secondary) iki sargıdan (bobin) ve nüveden oluşur. Bu iki sargı ince demir levhaların üzerine sarılmışsa, demir çekirdekli trafo denir. Eğer demirsiz plastik tüp gibi bir çekirdeğe sarılmışsa buna hava çekirdekli trafo denir.
Transformatörü meydana getiren bölümler;
- Saç göbek (Çekirdek)
- Bobinler
Saç göbek: Sac göbek silusyumlu sac levhalardan yapılır. Sac levhalar arasında fuko akımları doğmaması için levhalar birbiri ile yalıtım yapılır. Sac göbek trafolarda magnetik devreyi meydana getirir. Sac levhaların az veya fazlalığına göre transformatör gücü değişir.
Bobinler: Trafoların üzerinde genel olarak iki bağımsız bobin grubu bulunur. Alternatif akımın uygulandığı bobin grubuna primer (birinci sargı) denir. Alternatif akımın alındığı gruba sekonder (ikinci sargı) denir.
Trafo sarımı yapılırken primer ve sekonder sargılarında elektriksel bir bağlantı olmaz. Trafoların primer ve sekonder sargıları birbirlerinden elektriksel olarak izole edilebilirler. Aynı zamanda nüveden de izole edilir. İzole etmek için kullanılan yalıtkan madde olarak;
- Çeşitli yağlar, pres bant, kâğıt, pertinaks, mika,
- Bazı plastik maddeler, pamuk reçine,
- Ağaç takozlar vb gibi maddeler kullanılmaktadır.
Bir trafonun çıkış sargısı, giriş sargılarından daha fazla sayıdaysa çıkış voltajı büyür. Akım şiddeti ise, bu oranın tersiyle değişir. Transformatör yardımı ile gerilimi yükseltmek mümkün olduğu gibi, düşürmek de mümkündür. Transformatör gücü manyetik alanın değişimine bağlı olduğu için, bu alan demir çekirdeği ısıtır. Bu nedenden demir çekirdekli transformatör, genel olarak 50 hertz’ lik, düşük frekanslarda kullanılır. Demir çekirdeğin tek döküm olarak değil, ince levhalar şeklinde yapılmalıdır. Bunun nedeni değişen manyetik alan kaynaklı Eddy akımlarından kaynaklanacak fazla ısınmayı önlemek içindir. Dairesel dönülebilir alan büyüdükçe bu akımlar artar. Bu nedenden dolayı, radyo frekanslarında çalışan transformatörler hava çekirdeklidir.
Transformatör Nasıl Çalışır?
Transformatör çalışma prensibi: Transformatörün primer sargısına alternatif bir gerilim uygulanır. gerilim uygulanınca bu sargı değişken bir manyetik alan oluşturur. Manyetik alan, üstünde sekonder sargısının da olduğu manyetik demir nüve üstünden devresini tamamlar. Primere uygulanan alternatif gerilimin zamana bağlı olarak akımın yön ve şiddeti sürekli değişir. Bu nedenle oluşturduğu manyetik alanında her an yönü ve şiddeti değişir. bu manyetik alanın sekonder sargılarını keser. Primer ve sekonder sargıları arasında elektriki hiçbir bağ yoktur. O halde sekonder sargılarında bir gerilim indüklenmiş olur. Transformatör çalışma prensibi bu ilkeye dayanır.
Eğer her iki sargı tek bir demir çekirdeğe yerleştirilir ve voltaj uygulanırsa, demir çekirdekte manyetik alan oluşur. Demir, uygun manyetik özelliklerinden dolayı tercih edilir. Bu şekilde manyetik alan konsantre edilmiş olur. Bu yöntemle enerji kayıpları en düşük düzeyde kalır, verim % 97-99,9 gibi değerlere ulaşabilir.
Transformatörlerde Dönüştürme Oranı
Transformatörler de gerilim, sarım sayısı, akı arasındaki bağıntılar:
Bir trafoda gerilim ile sarım sayısı, gerilim ve akım şiddeti arasında birer bağıntı vardır.
Gerilim ile sarım sayısı arasındaki bağıntı:
Bir trafo da bobinlerin uçları arasındaki gerilimlerin birbirine oranı, sarım sayıları arasındaki orana eşittir. Yani;
Primer gerilimi / Sekonder gerilimi = Primer sarım sayısı / Sekonder sarım sayısı
VP / VS = NP / NS formülü ile bellidir. Burada NP / NS ye transformatörün değiştirme oranı denir.
Gerilim ile akım şiddeti arasındaki bağıntı:
Bir transformatör de bobinlerin uçları arasındaki gerilimlerin birbirine oranı, bobinlerdeki akımların terslerinin oranına eşittir. Yani;
Primer gerilimi / Sekonder gerilimi = Sekonder akımı / Primer akımı
VP / VS = IS / IP formülü ile bellidir. Bu bağıntılara göre gerilimi arttıracak olursak bobinlerdeki sarım (sipir) sayısı artar. Fakat buna karşılık akımda bir azalma olur. Bobinin sarım (sipir) sayısını azaltacak olursak gerilim düşer. Fakat buna karşılık bir defa da akım artar. Bu iki bağıntının birinci tarafları eşit olduğu için bağıntıyı;
VP / VS = NP / NS = IS / IP şeklinde de yazabiliriz.
Transformatör Formülleri
Transformatör Kullanım Amacı
Genel olarak trafolar bir elektrik devresinde voltajı düşürmek veya akımı düşürmek için kullanılır. Ayrıca voltaj veya akımı yükseltmek için de kullanılır. Elektronikte ise;
Farklı devrelerdeki yükselticileri birleştirmek için kullanılır. Doğru akım dalgalarını daha yüksek bir değerdeki alternatif akıma çevirir. Alternatif akımı sadece belirli frekansları iletmek için kullanılır. İzolasyon (yalıtım) amaçlı ve bazen de kondansatör ve dirençler ile birlikte kullanılır. Ölçü aletlerinde özel transformatörler kullanılır.
Transformatörler, elektromanyetik indüksiyonla enerjiyi bir devreden diğer devreye geçirirler. elektrik enerjisinin, üretildiği yerden uzak mesafelere taşınması için voltaj değiştirilir. Gerilimi, örneğin 230.000 volt yada daha fazlaya yükselterek iletim sırasında gerekli olan kabloların ağırlığını oldukça azaltır. Böylece diğer alt yapılarda da ekonomi sağlanır.
Güçlü transformatörler kullanım sırasında ısındıkları için yağlı soğutma düzenekleri ile soğutulurlar. Bu tür transformatörler, Buchholz rölesi güvenlik donanımları yardımı ile aşırı ısınmanın zararlı etkilerine karşı korunurlar.
Transformatör Nerelerde Kullanılır?
Transformatörler, teknik alanlarda veya evlerde çok kullanılmaktadır. Kapı zili, radyo, teyp gibi araçların çalışması için 220 voltluk gerilimi 8-10 volta düşüren alçaltıcı transformatörler kullanılır. Demirciler kaynak işlerinde trafo kullanırlar. Kullandıkları bu trafoların ikinci (sekonder) sargısı, birinci (primer) sargıya göre tel sayısı az olan trafolardır. Sekonder sargı sayısı elde edilen akım şiddeti çok yüksek olduğu için ısı enerjisiyle (W=i2 . Rt) demir çiviyi eritilebilir. Yada iki metal levhayı birbirine kaynak yapılabilir.
Eğer sekonder sargı tek sarımdan meydana gelmiş oluklu bir sargıysa, sekonder sargıda çok yüksek akım şiddeti elde edilir. Bu sarım içine konulan kurşun ve kalay gibi metal parçaları ergitir. İndüksiyon fırınlarının temeli bu uygulamadan meydana gelir. Jeneratörlerden alınan elektrik enerjisi uzak yerlere trafo direkleri ile nakli sağlanır. Nakil sırasında iletim hattında ısı kayıplarını azaltmak için hatlardaki akım şiddetinin küçük, gerilimin büyük olması gerekir. ( iletkendeki kayıp güç i2.R den bulunur.)
jeneratörden alınan 220 voltluk gerilim , önce değiştirme oranı 10.000/500=20 olan bir transformatör ile yükseltilir. Böylece gerilim yeniden 220 volta düşürülür.
Trafo Çeşitleri
Bunlardan başka trafo çeşitleri;
- akım trafosu,
- gerilim trafosu,
- izalasyon trafosu,
- ölçü trafoları,
- güç transformatörleri,
- kuru tip trafo,
- yağlı tip tarfo,
- hermetik tip trafo gibi. Bu trafo çeşitlerin detaylı açıklamalarını ilgili sayfalarımızda bulabilirsiniz.
Trafo Kayıpları
Bütün elektrik makinelerinde olduğu gibi elektik trafosu kayıpları vardır. Bu trafo kayıpları ikiye ayrılır:
- Demir kayıpları (nüve kaybı)
- Bakır kayıpları
Trafo Fabrikaları ve Trafo Markaları
Piyasada birçok trafo fabrikaları ve trafo markaları vardır. Transformatör imalatı yapan, trafo üreticilerinden birkaçı;
Best trafo, Eka transformatör, Bese trafo, Eltaş transformatör, Maksan, ABB trafo, Siemens vb gibi.
Trafo Fiyatları
Trafo fiyatları öncelikle ihtiyaç duyulan güç doğrultusunda ve kaliteyle paralel olarak belirlenmektedir. Trafolar kullanım alanlarına ve boyutlarına göre çok çeşitlidir. Bundan dolayı transformatör fiyatları da bu özelliklerine bağlı olarak değişik fiyat aralığı göstermektedir. Basit elektronik devrelerde kullanılan trafoların çeşitlerine göre de fiyatları değişmektedir. Örneğin 220V/12V trafo. 50KW trafo. 400KW trafo gibi.