Transformatör (trafo) Nedir?

Transformatör (trafo) elektromanyetik endüksiyon prensipleri ile elektrik enerjisinin frekansını sabit tutarak gerilimi, yükselterek veya alçaltarak bir elektrik devresinden diğerine aktaran elektrikli bir cihazdır.

Transformatör, elektromanyetik aracılığıyla çalışan bir sistemdir. Transformatör, döner bir hareket yapan elektrik makinası mantığı ile çalışmaz. Bunun tam tersine bir yandan aldığı elektrik enerjisini öbür yana transfer eder. Transformatörde dönel hareket yapan bir parça bulunmadığından dolayı dönel hareket yapan makinelere oranla çok daha verimli enerji elde edilmesini sağlamaktadır.

Transformatörlerde enerji alan tarafına “primer” ismi verilirken, enerji veren yada diğer bir seçenek olarak baktığımız yük bağlanan tarafına “sekonder” ismi verilmektedir. Bu kelimeler yerine bazen farklı isimlerle telaffuzda edilebilmektedir. “Primer” yerine “birincil”, “sekonder” yerine ise “ikincil” sargı kelimeleri kullanılmaktadır.

Transformatörler primer ve sekonderin gerilim değerlerine bakılarak düşürücü transformatör ve yükseltici transformatör olarak isimlendirilir. Eğer ki primerin gerilim değeri, sekonderin gerilim değerinden büyük ise transformatöre düşürücü transformatör denmektedir. Bunun tam tersine primerin gerilim değeri, sekonderin gerilim değerinden küçük ise transformatöre yükseltici transformatör denilmektedir.

Transformatörün üzerinde gerilim endükleyen ve akım taşıyan sargılar bulunmaktadır. Bu sargıların arasında manyetik kuplajı sağlamak amacıyla da demir nüve kullanılmaktadır. Transformatörlerde iç sargı direncinden dolayı demir nüvede oluşan histerezis ve endüklenen eddy akımlarından dolayı güç kayıpları meydana gelmektedir. İşte transformatörde kullandığımız nüve bu kayıpları minimum seviyeye düşürmek için kullanılmaktadır. Kullanılan bu demir nüvede güç kaybını azaltmak için birer yüzüne ince sac levhadan yapılmış elektriksel olarak yalıtkan malzemeler kullanılır. Transformatörden beklenen performans verimin %100 olması yönündedir. Fakat bu tarz kayıplardan dolayı bu %100 değerini sağlamak pekte kolay değil.

Faz sırasına göre trafo çeşitleri:

Tek Fazlı Güç – Tek fazlı transformatörlerde bir tane primer sargısı bulunmaktadır. Genellikle ev aydınlatması, priz, iklimlendirme ve ısıtma ihtiyaçları için güç sağlamak için kullanılır. Tek fazlı transformatörler, hem eşit sargı hem de ikincil sargı iki eşit parça halinde yapılmak suretiyle daha çok yönlü yapılanabilirler.

Üç Fazlı Güç – Güç, içinde üç adet tek fazlı transformatörün kullanıldığı veya üç fazlı transformatörde kullanılan transformatör içeren üç fazlı bir devre üzerinden sağlanabilir. Üç fazlı gücün dönüşümünde kayda değer miktarda güç söz konusu olduğunda, üç fazlı bir transformatör kullanmak daha ekonomiktir.

Enerji İletim ve Dağıtım Tesislerinde Transformatörün Kullanılması

Elektrik enerjisinin üretildiği yerden elektrik enerjisini yüksek güçte kablolar yardımı ile uzak mesafelere iletimi sırasında, hatlarda ısı şeklinde güç kaybı ve gerilim düşümü meydana gelmektedir. Kablo kesitlerinin taşınan elektrik gücüne göre kesitlerin artması da ayrıca maliyettir. Güç kayıplarını önlemek ve kablo maliyetlerinin önüne geçmek için elektrik santrallerinde üretilen elektrik enerjisi yüksek voltajlara yükseltilerek daha küçük kesitlerdeki iletkenlerle enerji nakli yapılmaktadır.

Enerji iletim ve dağıtım tesislerinde kullanılan güç transformatörü üretilen elektrik enerjisinin daha uzak mesafelere taşınabilmesi için gerilimi yükseltmekle görevlidir. Yükseltilen gerilim belirli alanlarda kurulan elektrik trafo merkezlerinde düşük gerilimlere indirilerek ev, işyeri, fabrikalara ve sanayi bölgeleri gibi kullanıcılara iletilir.

Ülkemizde alçak gerilim şebekeleri 220 V ve 380 V orta gerilim şebekeleri 10, 15 ve 33 KV yüksek gerilim 66 KV ve 154 KV dır.

Küçük güç gereken tesislerde üç fazlı transformatörler kullanılırken, büyük güç gerektiren yerlerde taşımada oluşabilecek güçlük nedeniyle tek fazlı transformatör kullanılır. Tek fazlı transformatör kullanıldığındaysa üç adet tek fazlı transformatör dışarıdan bir bağlantı yapılır. Üç tane bağlanmasının en büyük sebebiyse herhangi bir arıza durumunda diğer transformatörlerin beslemeye devam edip sistemde tamamen kesintiye gidilmemesi düşünüldüğündendir. Üretim merkezlerini bu tarz bir kesintiyle sıkıntıya girebilme ihtimallerinden dolayı böyle bir önlem almaktadırlar.

Yüksek gerilim şebekelerinde koruma devreleri ve ölçüm yapan devreler direkt olarak şebekeye girilmez. Arada ölçü transformatörleri bulunur. Ölçü transformatörleri sistemin daha güvenli çalışması için önemli rol oynamaktadır. Ölçü transformatörleri ikiye ayrılır birazda bunlardan bahsedelim.

Akım Transformatörleri

Akım transformatörleri, primer sargıdan gelen fazla akımı optimize bir hale getirerek yani küçülterek koruma rölelerinin ve ölçü aletlerinin akım bobinlerini beslemektedir. Alçak gerilim, orta gerilim, yüksek gerilim ve çok yüksek gerilimde akım transformatörleri kullanılmaktadır. Akım tansformatörü birincil sargıdan geçiş yapan akımı transformatörün oluşturduğu dönüştürme oranına göre ikincil sargıya aktarır.

Dönüştürme oranını hesaplamak için primer akımını, sekonder akımına bölmemiz yeterli olacaktır. Çıkan değer akım transformatörünün dönüştürme oranını verir. Akım transformatöründe sekonder sargılar ince telli ve fazla sarımlıdır.

Gerilim Transformatörleri

Gerilim transformatörleri, yüksek olarak nitelendirdiğimiz gerilimi optimize ederek gerilim bobinlerini beslemeyi sağlamaktadır. Orta gerilim, yüksek gerilim, çok yüksek gerilimde gerilim transformatörleri kullanılmaktadır. Alçak gerilim tesislerinde zaten gerilim yeterince düşük seviyede olduğu için alçak gerilimde kullanılmaz.

Gerilim transformatörü, akım transformatörünün tersine sekonder yani ikincil sargı kalın telli ve az sarımlıdır. Primer sargısı ise ince telli ve çok sarımlı bir yapıya sahiptir.

Transformatörün Eşdeğer Devre Parametrelerinin Belirlenmesi

Sahip olduğumuz transformatörlerin eşdeğer devresini kullanarak, çeşitli yük değerlerinde sorunsuz olarak kullanabilmemiz için transformatörün devre parametreleri hakkında yeterli bilgiye sahip olmamız gerekmektedir. Bu devre parametrelerini belirleyebilmek için yaptığımız üç deney bulunmaktadır.

1. DC Akım Deneyi

DC akım deneyi sargının iç dirençlerinin belirlenmesi için yapılır. DC akım deneyini istersek primer tarafından istersek sekonder tarafından yapabiliyoruz. Deneyi hangi taraftan yapmayı tercin ettiysek tercih ettiğimiz bölgeye o bölgenin anma akım değerini geçecek kadar DC gerilim uygulanır. Reaktif gerilim düşümü yaşamamak için DC gerilim uyguluyoruz. Bu deneyi uygularken DC gerilim kaynağının ayarlı bir kaynak olması ve deneyi yaptığımız sargının anma akımını verebilecek kapasitede bir güç kaynağı olması gerekmektedir. Bu şekilde bir sargının iç direncini öğrenebiliriz. Bir sargının iç direncini öğrendiğimizdeyse diğer sargının iç direncini formüller doğrultusunda matematiksel hesaplamalar ile bulabiliyoruz.

2. Kısa Devre Deneyi

Kısa devre deneyi de az önceki deneyde olduğu gibi ister primer ister sekonder tarafından uygulanabiliyor. Deneyi hangi sargıdan yapıyorsak o sargının anma akımı değerini geçecek kadar gerilim uygulamamız gerekiyor. Bu sefer uygulanan gerilimin AC olarak seçilmesi gerekiyor. Eğer çok daha büyük gerilim uygulanırsa, sargıdan geçecek akım anma akımın bir hayli üstünde olacağından dolayı kaynak, transformatör veya diğer cihazların zarar görme ihtimali vardır. Deneyi uyguladığımız esnada ölçmemiz gereken değerler transformatörün kaynaktan çektiği güç, uygulanan gerilim ve geçen akımdır.

3. Açık Devre veya Boşta Çalışma Deneyi

Diğer deneylere benzer şekilde açık devre veya boşta çalışma deneyinde de istersek primer yandan istersek sekonder yandan uygulayabiliyoruz. Deneyi hangi yandan yaparsak diğer yanın açık devre olarak bırakılması ve o tarafa, o tarafın anma gerilim değeri uygulanması gerekiyor.  Deneyde ölçmemiz gereken değerler uygulanan gerilim, geçen akım ve transformatörün kaynaktan çektiği güçtür.