Bir transformatör, bir voltaj ve frekanstaki alternatif akımı, farklı (veya eşit) voltaj ve aynı frekanstaki alternatif akıma dönüştürmek için kullanılan bir elektromanyetik cihazdır.
İçerik
Transformatörün cihazı ve çalışması
En basit durumda transformatör W dönüş sayısı ile bir birincil sargı içerir1 ve W dönüş sayısı ile bir ikincil2. Birincil sargıya enerji verilir, yük ikincil sargıya bağlanır. Enerji aktarımı elektromanyetik indüksiyon ile yapılır. Elektromanyetik kuplajı geliştirmek için çoğu durumda sargılar kapalı bir çekirdeğe (manyetik devre) yerleştirilir.
Birincil sargıya alternatif bir U gerilimi uygulanırsa1, sonra bir alternatif akım I1çekirdekte aynı formda bir manyetik akı Ф oluşturan .Bu manyetik akı, ikincil sargıda bir EMF'yi indükler. Sekonder devreye bir yük bağlanırsa, sekonder akım I2.
Sekonder sargıdaki voltaj, W dönüşlerinin oranı ile belirlenir.1 ve W2:
sen2=U1*(B1/B2)=U1/k, k nerede dönüşüm oranı.
k<1 ise U2>U1, ve böyle bir transformatöre yükseltme denir. k>1 ise U2<U1, çok transformatör adım aşağı denir. Transformatörün çıkış gücü giriş gücüne (eksi transformatörün kendisindeki kayıplar) eşit olduğundan, Pout \u003d Pin, U diyebiliriz.1*BEN1=U2*BEN2 ve ben2=ben1*k=ben1*(B1/B2). Böylece kayıpsız bir transformatörde giriş ve çıkış gerilimleri, sargı dönüşlerinin oranı ile doğru orantılıdır. Ve akımlar bu oran ile ters orantılıdır.
Bir transformatörün farklı oranlarda birden fazla sekonder sargısı olabilir. Bu nedenle, 220 voltluk bir ağdan ev tipi lamba ekipmanına güç sağlamak için bir transformatör, örneğin anot devrelerine güç vermek için 500 volt ve akkor devrelere güç vermek için 6 volt gibi bir ikincil sargıya sahip olabilir. Birinci durumda k<1, ikinci durumda - k>1.
Transformatör sadece alternatif voltajla çalışır - ikincil sargıda EMF oluşması için manyetik akı değişmelidir.
Transformatörler için çekirdek türleri
Uygulamada, sadece belirtilen şekildeki çekirdekler kullanılmaz. Cihazın kullanım amacına göre manyetik devreler farklı şekillerde yapılabilmektedir.
çubuk çekirdekler
Düşük frekanslı transformatörlerin manyetik devreleri, belirgin manyetik özelliklere sahip çelikten yapılmıştır.Girdap akımlarını azaltmak için çekirdek dizi, birbirinden elektriksel olarak izole edilmiş ayrı plakalardan monte edilir. Yüksek frekanslarda çalışmak için, örneğin ferritler gibi başka malzemeler kullanılır.
Yukarıda ele alınan çekirdeğe çekirdek denir ve iki çubuktan oluşur. Tek fazlı transformatörler için üç çubuklu manyetik devreler de kullanılır. Daha az manyetik kaçak akıya ve daha yüksek verimliliğe sahiptirler. Bu durumda, hem birincil hem de ikincil sargılar, çekirdeğin merkezi çubuğuna yerleştirilmiştir.
Üç fazlı transformatörler de üç çubuklu çekirdeklerde yapılır. Her biri kendi çekirdeğinde bulunan her fazın birincil ve ikincil sargılarına sahiptirler. Bazı durumlarda, beş çubuklu manyetik devreler kullanılır. Sargıları tamamen aynı şekilde yerleştirilmiştir - her biri kendi çubuğu üzerinde birincil ve ikincildir ve her iki taraftaki iki aşırı çubuk yalnızca belirli modlarda manyetik akıları kapatmak için tasarlanmıştır.
zırhlı
Zırhlı çekirdekte, tek fazlı transformatörler yapılır - her iki bobin de manyetik devrenin merkezi çekirdeğine yerleştirilir. Böyle bir çekirdekteki manyetik akı, yan duvarlar boyunca üç çubuklu bir yapıya benzer şekilde kapanır. Bu durumda kaçak akı çok küçüktür.
Bu tasarımın avantajları, çekirdek penceresinin sarım ile daha yoğun doldurulması olasılığı nedeniyle boyut ve ağırlıkta bir miktar kazanç içerir, bu nedenle düşük güçlü transformatörlerin üretimi için zırhlı çekirdeklerin kullanılması avantajlıdır. Bu aynı zamanda daha kısa bir manyetik devre ile sonuçlanır ve bu da yüksüz kayıplarda bir azalmaya yol açar.
Dezavantajı, revizyon ve onarım için sargılara daha zor erişimin yanı sıra yüksek voltajlar için üretim yalıtımının artan karmaşıklığıdır.
toroidal
Toroidal çekirdeklerde, manyetik akı çekirdeğin içinde tamamen kapalıdır ve pratik olarak hiçbir kaçak manyetik akı yoktur. Ancak bu tür transformatörlerin sarılması zordur, bu nedenle örneğin düşük güçlü ayarlanabilir ototransformatörlerde veya gürültü bağışıklığının önemli olduğu yüksek frekanslı cihazlarda oldukça nadiren kullanılırlar.
ototransformatör
Bazı durumlarda, sargılar arasında yalnızca manyetik değil, aynı zamanda elektriksel bir bağlantısı olan bu tür transformatörlerin kullanılması tavsiye edilir. Yani, yükseltme cihazlarında, birincil sargı ikincilin bir parçasıdır ve düşürme cihazlarında, birincilin ikincil kısmıdır. Böyle bir cihaza ototransformatör (AT) denir.
Düşürücü bir ototransformatör basit bir voltaj bölücü değildir - ikincil devreye enerji transferinde manyetik kuplaj da yer alır.
Ototransformatörlerin avantajları şunlardır:
- daha küçük kayıplar;
- düzgün voltaj regülasyonu olasılığı;
- daha küçük ağırlık ve boyut göstergeleri (ototransformatör daha ucuzdur, taşınması daha kolaydır);
- gerekli malzeme miktarının daha az olması nedeniyle daha düşük maliyet.
Dezavantajlar arasında, daha yüksek voltaj için tasarlanmış her iki sargının yalıtımının kullanılmasının yanı sıra, atmosferik olayların etkilerini birincil devreden ikincil devrelere aktarabilen giriş ve çıkış arasında galvanik izolasyon eksikliği yer alır. Bu durumda ikincil devrenin elemanları topraklanamaz.Ayrıca AT'nin dezavantajı, artan kısa devre akımları olarak kabul edilir. Üç fazlı ototransformatörler için, sargılar genellikle bir yıldıza topraklanmış nötr ile bağlanır, diğer bağlantı şemaları mümkündür, ancak çok karmaşık ve hantaldır. Bu aynı zamanda ototransformatörlerin kapsamını daraltan bir dezavantajdır.
Transformatörlerin uygulanması
Transformatörlerin voltajı artırma veya azaltma özelliği, endüstride ve günlük yaşamda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Gerilim dönüşümü
Farklı aşamalarda endüstriyel voltaj seviyesine farklı gereksinimler uygulanır. Elektrik üretirken çeşitli nedenlerle yüksek voltajlı jeneratörler kullanmak kârsızdır. Bu nedenle, örneğin, hidroelektrik santrallerinde 6 ... 35 kV'luk jeneratörler kullanılır. Aksine, elektriği taşımak için, mesafeye bağlı olarak 110 kV'dan 1150 kV'a kadar artan bir voltaj gerekir. Ayrıca, bu voltaj tekrar 6 ... 10 kV seviyesine düşürülür, yerel trafo merkezlerine dağıtılır, buradan 380 (220) volta düşürülür ve son tüketiciye gelir. Ev ve endüstriyel cihazlarda, genellikle 3 ... 36 volta düşürülmelidir.
Tüm bu işlemler, güç transformatörleri kullanma. Kuru veya yağ bazlı olabilirler. İkinci durumda, sargılı çekirdek, yalıtım ve soğutma ortamı olan yağ içeren bir tanka yerleştirilir.
Galvanik izolasyon
Galvanik izolasyon elektrikli cihazların güvenliğini arttırır. Cihaz, iletkenlerden birinin toprağa bağlı olduğu 220 voltluk bir ağdan doğrudan değil, 220/220 voltluk bir transformatör aracılığıyla çalıştırılıyorsa, besleme voltajı aynı kalacaktır.Ancak akım akışı için toprağa ve devrenin ikincil akım taşıyan kısımlarına aynı anda dokunulduğunda, akım akışı olmayacak ve elektrik çarpması tehlikesi çok daha düşük olacaktır.
Gerilim ölçümü
Tüm elektrik tesisatlarında gerilim seviyesinin kontrol edilmesi gerekmektedir. 1000 volta kadar bir voltaj sınıfı kullanılıyorsa, voltmetreler doğrudan canlı parçalara bağlanır. 1000 voltun üzerindeki elektrik tesisatlarında bu işe yaramaz - bu tür bir voltaja dayanabilen cihazlar, bir yalıtım arızası durumunda çok hacimli ve güvensiz hale gelir. Bu nedenle bu tür sistemlerde voltmetreler uygun bir dönüşüm oranı ile transformatörler vasıtasıyla yüksek gerilim iletkenlerine bağlanır. Örneğin, 10 kV ağlar için 1:100 ölçü transformatörleri kullanılır, çıkış standart 100 volt voltajdır. Birincil sargıdaki voltaj genlikte değişirse, aynı anda sekonderde değişir. Voltmetre ölçeği genellikle birincil voltaj aralığında derecelendirilir.
Transformatör, üretim ve bakım için oldukça karmaşık ve pahalı bir unsurdur. Ancak birçok alanda bu cihazlar vazgeçilmezdir ve alternatifi yoktur.
Benzer makaleler:
