Bir fazlı trafoların önemi ve tanıtılması

Elektrik Motorları ve Sürücüleri - 4
BİR FAZLI TRANSFORMATÖRLER
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
2
Bir fazlı trafoların önemi ve
tanıtılması
• AC’nin gerilimve akımdeğerinin istenilen seviyeye alçaltılıp
yükseltilmesinde kullanılan makinelere transformatör (trafo) denir.
• Elektrik enerjisinin üretildiği santrallerde bulunan alternatörlerin
enerjisinin voltajı düşük, akımı ise yüksektir.Alternatöre bağlanan
trafo gerilimi yükselttiği zaman akım azalır.
• Kullanım noktasına ulaşan ACelektrik enerjisinin voltajı yine trafo
tarafından düşürülür.
• Gerilim düştüğünde ise akım artar.
• Trafonun bu özelliği elektrik enerjisinin dağıtımını son derece
kolaylaştırmaktadır. Eğer trafolar olmasaydı bir şehri besleyebilecek
enerjiyi dağıtmak için çok kalın kesitli iletkenlere ihtiyaç duyulacaktı.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
3
• Alternatörün gerilimi 220 V, akımı ise 1000 A olsun. Trafo kullanarak
220V’u 220.000V’a yükselttiğimiz zaman akım1Adüzeyine iner.
• Trafo zamana göre yönü ve şiddeti değişen, belirli bir frekansa sahip
elektrik enerjisiyle çalışır. DC’nin frekansı 0 Hz olduğundan trafonun
primer (birincil) sargısında değişken manyetik alan oluşmaz.
Değişmeyen (sabit) manyetik alan trafonun sekonder (ikincil)
sarımında gerilim indükleyemez.
• Santrallerde bulunan alternatörlerin ürettiği enerjinin gerilimi 0,4 3,3 - 6,3 - 10,6 – 13 - 14,7 - 15,8 ve 35 kV değerindedir. Bu
gerilimlere sahip enerji uzak mesafelere taşınacağı zaman trafolarla
yükseltme işlemi yapılır.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
4
• Enerji dağıtım şebekeleri taşıdıkları voltaja göre
sınıflandırılır. Bunlar şu şekildedir:
• I. Orta gerilimli tesisler: 6,3 - 10 - 15 - 20 - 33 45 - 66 kV
• II. Yüksek gerilimli tesisler: 110 - 154 - 220 kV
• III. Çok yüksek gerilimli tesisler: 380 - 500 - 750
kV
• Türkiye’de ağırlıklı olarak 15 - 30 - 66 - 154 ve
380 kV’luk gerilimlerle enerji nakli yapılmaktadır.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
5
• Elektrik enerjisinin alçaltılıp yükseltilmesinde kullanılan trafolar çeşitli
özellikleri göz önüne alınarak sınıflandırılmaktadır.
• I. Manyetik alanın dolaştığı nüvenin biçimine göre sınıflandırma
• a. Çekirdek tipi nüveli trafo
• b. Mantel (manto) tipi nüveli trafo
• c. Dağıtılmış nüveli trafo
• II. Faz sayısına göre sınıflandırma
• a. Primer ve sekonderi aynı faz sayısına (1, 2, 3, 4, 6, 12) sahip
trafolar
• b. Primer ve sekonderi farklı faz sayısına sahip trafolar. (Bu tip
trafolar üç fazlı sistemin 2, 6 ya da 12 fazlı hâle getirilmesi için
kullanılır.)
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
6
•
•
•
•
•
•
•
•
•
III. Soğutma şekline göre sınıflandırma
a. Kuru tip (yağsız) trafolar
b. Yağlı trafolar
IV. Kuruluş yerine göre sınıflandırma
a. İç (dahili) tip trafolar
b. Dış (açık hava) tip trafolar
V. Sargı tipine göre sınıflandırma
a. Silindirik sargılı trafolar
b. Dilimli sargılı trafolar
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
7
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
VI. Sargı durumlarına göre sınıflandırma
a. Birbirinden bağımsız (yalıtılmış) sargılı trafolar
b. Ototrafolar (tek sargılı trafolar)
VII. Soğutulma şekline göre sınıflandırma
a. Hava ile soğutulan, kuru tip trafolar
b. Yağ ile soğutulan trafolar
c. Su ile soğutulanlar
VIII. Kullanılış amaçlarına göre sınıflandırma
a. Güç trafoları
b. Ölçü (akım ve gerilim) trafoları
c. Özel yapılı (ateşleme, kaynak, regülatör, izolasyon, empedans,
kuplaj vb.) trafolar.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
8
Bir fazlı trafoların genel yapıları
• Trafo, ince çelik saclardan yapılmış nüve üzerine
sarılmış, birbirinden bağımsız, primer ve
sekonder sarımlarından oluşan, hareketli
parçası olmayan bir makinedir.
• Primerin gerilimi sekonderin geriliminden
büyükse buna düşürücü, primerin gerilimi
sekonderin geriliminden küçükse buna yükseltici
trafo denir.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
9
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
10
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
11
Bir fazlı trafoların çalışma ilkesi
• Primer sargısına zamana göre yönü ve şiddeti değişen bir akım(AC)
uygulandığında bu sargının etrafında yönü ve şiddeti değişen bir
manyetik alan oluşur. Bu alan nüve üzerinden geçerek sekonder
sargısını keser (etkiler).Manyetik alana maruz kalan sekonder
sarımında ikinci bir gerilim (EMK) indüklenir.
• Trafonun nüvesi birer yüzeyi vernik ya da kâğıt ile yalıtılmış ince (0,3
- 0,5 mm),%3-5 silisyum katkılı çelik saclardan yapılır. Silisyum
katkısı sacın histerezis kayıplarını azaltıcı etki yapar.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
12
Çekirdek tipi nüveli trafoların
özellikleri
• Bu tip nüvenin kesiti her bölümde aynıdır.
Sargılar birbirinden bağımsız olduğundan
onarım işçiliği daha kolaydır. Trafolarda
manyetik nüveyi oluşturan sac parçalarının
yerleştiriliş şekilleri çok önemlidir. Sacların
yerleştirilişinde ek yerlerinin aynı çizgiye
gelmesi gerekir. Bunu sağlamak için birkaç
sactan oluşan paketler hazırlanarak
birbirine çapraz şekilde birleştirme yapılır.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
13
Mantel (manto) tipi nüveli
trafoların özellikleri
• Bu tip nüveler küçük güçlü trafolarda daha sık kullanılır.
• Primer ve sekonder sarımının aynı nüve üzerine sarılması manyetik
alanın daha verimli kullanılmasını sağlar.Ancak alttaki sargı yandığı
zaman onarımda iki sargının da sökülüp yeniden sarımın yapılması
gerekir.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
14
Dağıtılmış tip nüveli trafoların
özellikleri
• Bu tip nüveli trafolarda kaçak manyetik akılar en
küçük değerde olduğundan boşta çalışma
anında şebekeden çekilen akım da az
olmaktadır.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
15
Spiral göbekli (spirakore) tip nüveli
trafoların özellikleri
• Bu tip nüvenin hazırlanabilmesi için saclar şeritler hâlinde kesilir ve
özel makinelerle bobinlerin üzerine sarılır.
• Küçük güçlü trafolarda kullanılan spiral görünümlü nüvenin
elektriksel kayıpları son derece düşük olmaktadır.
• Özellikle ototrafolarında ise silindirik formlu (toroidal) nüve üzerine
sarım yapılarak üretim yapılmaktadır.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
16
• Küçük güçlü trafoların nüvelerinin kesiti kare, dikdörtgen, orta
büyüklükteki trafo nüveleri ise artı (+) şeklindedir. Artı şeklindeki
kesitlerde sargılarla ayaklar arasında soğutmayı sağlamak için hava
kanalları mevcuttur.
Üretilecek trafonun nüvesinin kesiti hesaplandıktan sonra, bu kesiti oluşturacak
sayıda sac üst üste konarak nüve oluşturulur. Nüvenin titreşmemesi ve
dağılmaması için somunlu civatalarla sıkıştırılır.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
17
Bir fazlı trafolarda indüklenen
EMK’nın değeri ve dönüştürme
oranı
• Primere uygulanan AC gerilim bu sargıda zamana göre "yönü" ve
"şiddeti" değişen bir manyetik alan oluşturur. Sekonder sargısını
kesen kuvvet çizgileri burada ikinci bir gerilim (EMK) indükler. Bu
sırada LenzKanunu'yla da açıklandığı gibi primerin kuvvet çizgileri
kendi kendini keserek bu sargıda da gerilim (zıt EMK)
indüklenmesini sağlar.
• Primere uygulanan AC'nin ürettiği manyetik alanın 1 periyotluk süre
içindeki değişimi yandaki şekilde verildiği gibidir.
• Şekilde görüldüğü gibi manyetik alan en yüksek değerine bir
periyodun 1/4'ü sürede ulaşmaktadır.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
18
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
19
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
20
• Elektrik makineleriyle ilgili hesaplamalarda AC gerilimin etkin (efektif,
RMS) değeri daha çok tercih edilmektedir.
• Ortalama değeri etkin değere çevirmek için "1,11" katsayısı
kullanılmaktadır. Bu durumu denklemle gösterecek olursak,
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
21
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
22
• Trafoların verimi çok yüksek olduğundan 1. ve 2. devrenin görünür
(S) güçleri birbirine eşit olarak kabul edilebilir. Buna göre iki sargının
görünür güçlerinin hesaplanmasında kullanılan denklemler,
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
23
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
24
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
25
Transformatörün güç değerinin
volt-amper (VA) cinsinden
verilmesinin nedeni
• Elektrik enerjisini tüketen alıcılar üç ayrı özelliktedir: Bunlar, omik,
indüktif ve kapasitif şeklindedir.
• Omik alıcılar (akkor flamanlı lamba, ütü, fırın) şebekeden çektikleri
akımın tamamını harcarlar. Omik alıcıların harcadığı güce aktif güç
denir.
• İndüktif alıcılar (balast, bobin, röle, motor) şebekeden çektikleri
akımın bir kısmını manyetik alana dönüştürürler. Manyetik alan
kuvvet çizgileri ise alıcının kendi sargılarını keserek (etkileyerek)
şebeke gerilimine zıt yönde bir gerilimoluştururlar. Zıt EMKadı
verilen bu gerilim ise alıcıdan şebekeye doğru ikinci bir akım akışına
neden olur. Üreteç ve indüktif alıcı arasında gidip gelen akımdan
dolayı harcanan güce reaktif güç (Q) denir.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
26
• Kapasitif alıcılar (kondansatörler) şebekeden çektikleri
akımla şarj olurlar. Daha sonra çektikleri akımı şebekeye
geri verirler.
• Bu bilgilerden sonra şu örneği verelim: Üzerinde 100 VA
yazan bir trafo eğer omik özellikli bir alıcıyı besleyecekse
yük, trafodan 100 W güç alabilir. Eğer adı geçen trafoyla
indüktif özellikli bir alıcı beslenecekse, sisteme reaktif
güç de gerekeceğinden 100 VA'lik gücün bir kısmı
manyetik alan oluşturmada harcanır. Sonuçta 100 VA
gücündeki trafodan 100 W'tan daha az bir aktif güç alınır.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
27
• Örnek: Etiketinde Cos j = 0,6 yazan bir motorun
aktif gücü 1000 W'tır. Bu motorun
beslenmesinde kullanılacak trafonun görünür
gücü kaç VA olmalıdır?
• Çözüm: Cos j = P/S S = P/Cosj = 1000/0,6 =
1666,66 VA
• Sonuç olarak, alıcıların enerjiyi harcama
biçimleri farklı olduğundan trafoların bazılarında
güç değeri aktif güç cinsinden değil, görünür güç
(S) cinsinden verilir.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
28
Transformatör seçimi
• Uygulamada çeşitli gerilim ve akım değerlerinde trafolar kullanılır.
Kimi trafoların çıkış gerilimi tek kademeli olurken bazıları ise çok
çeşitli değerlerde gerilim verebilecek şekilde (kademeli)
üretilmektedir.
• Eğer, 12 V/1 A çıkış verebilecek bir DC güç kaynağı yapılmak
isteniyorsa, bu iş için 10-15 W'lık güce sahip bir trafo seçmek
gerekir. Üzerinde 12 V/50Wyazan bir trafonun verebileceği
maksimum akım ise, P = V.I olduğuna göre, I = P/V = 50/12 = 4,16 A
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
29
Transformatörün sağlamlık
testinin yapılışı
• Trafo gerilimi düşürücü özellikte ise ohmmetre
x1W, x10W, x100W ya da x1k kademesine
alınarak yapılan ölçümde primer direnci
sekonder direncinden yüksek olmalıdır.
• Trafoların gövdesinde giriş ve çıkış uçları
işaretlenmiştir. 220 V yanlışlıkla çıkışa
uygulanırsa trafo çok yüksek gerilim üretmeye
başlar ve tehlike arz eder. O nedenle bağlantılar
titizlikle yapılmalıdır.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
30
• Transformatörün yüksek gerilim ve alçak gerilim
sargıları şu yöntemlerle belirlenebilir:
• I. Sargıların direnci ölçüldüğünde yüksek dirençli
taraf yüksek gerilim, küçük dirençli taraf düşük
gerilim sargısını gösterir.
• II. Gözle bakıldığında alt kısımda bulunan ince
kesitli sargılar yüksek gerilim, üst kısımda
bulunan kalın kesitli sargılar ise düşük gerilim
uçlarını belirtir.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
31
Arızalı transformatörün onarımı
• Trafo, aşırı akım çekildiğinde, sargılar kısa devre
olduğunda, fiziksel darbelere maruz kaldığında
arızalanabilir. Bozulan bir trafonun yeniden
sarılması mümkündür. Elektronik sistemlerde
kullanılan trafoların çoğunluğu küçük güçlü
olduğundan fiyatları ucuzdur. O nedenle
küçük boyutlu trafoların sarımı yapılmayıp
yenisiyle değiştirme yoluna gidilir.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
32
Bir fazlı trafoların boş çalışması
ve vektör diyagramının
incelenmesi
• Boş çalışma akımı ve etkileri
• Trafonun sekonder ucuna bir alıcı bağlı değilken şebekeye bağlı
olmasına boş çalışma denir. Primer sargısı şebekeye bağlıyken çok
küçük değerli bir akım(Ib) çeker. Boş çalışma akımı ideal (gerçekte
olmayan, teorik) trafolarda uygulanan gerilimden 90° geridedir.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
33
• İdeal trafoda iç gerilim düşümleri ve nüve kayıpları sıfır (0) olarak
varsayılır.
• Gerçek trafoda boş çalışma akımı gerilimden tam 90° geride değildir.
V1 ile Ib arasında 90°’den daha küçük bir jb açısı vardır. Bu nedenle
boş çalışma anında çekilen akımın iki bileşeni söz konusudur.
Bileşenlerden V1 gerilimiyle aynı fazda olanına enerji bileşeni (Ie),
• V1 geriliminden tam 90° geride olanına ise mıknatıslama bileşeni
(Im) denir. Boşta çekilen akımın mıknatıslanma bileşeni tam indüktif
bir akım olup, manyetik akıyı oluşturur. Boş çalışma akımının enerji
bileşeni ise aktif bileşen olup demir kayıplarını karşılar.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
34
• Trafonun boş çalışma anında çektiği akımnormal akımın% 1’i
ile%35’i kadar olabilir.
• Bu akımın değeri trafonun kalitesiyle ilgilidir. Bakır tel ve sac kaliteli,
işçilik düzgün ise boş çalışma anında çekilen akım da düşük olur.
• Trafonun boş çalışma anıyla ilgili olarak çizilen ilk vektör
diyagramında sargı dirençleri kaçak akılar dikkate alınmamıştır.
Gerçekte trafonun hem primer, hem de sekonder sargılarının belirli
bir direnci vardır. Ayrıca boş çalışma akımının oluşturduğu manyetik
akının tümü devresini nüve üzerinden tamamlayamaz. Bir miktar akı
havadan dolaşır.
• Trafonun primerinden geçen boş çalışma akımı bu sargının omik
direnci (R1) üzerinde bir gerilim düşümü oluşturur.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
35
• Trafonun primer sargısının oluşturduğu manyetik alanın hava
üzerinden dolaşan kaçak akıları (X1) olarak ifade edilebilir.
• Trafonun primer sargısının omik direnci üzerinde düşen gerilim
Ib.R1, sargının reaktansından dolayı düşen gerilim Ib.X1 şeklinde
ifade edilebilir.
• Bu veriler ışığında vektör diyagramı yeniden çizilecek olursa boş
çalışma akımının primer sargısı üzerinde indüklediği E1 EMK’sının
uygulanan gerilime eşit ancak tam 180° faz farklı olmadığı görülür.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
36
Vektör diyagramında
görüldüğü gibi E1 EMK’sı E1 olarak 180° faz farklı
olarak çizilmiştir. E1 ile V1
arasında Ib.X1 ve Ib.R1 gerilim
düşümlerinin vektörel
toplamı kadar bir fark
bulunmaktadır.
Boş çalışma akımı Ib ile
uygulanan gerilim V1
arasındaki jb açısına boşta
çalışmadaki faz açısı denir.
E1 ve E2 aynı manyetik
alan tarafından
oluşturulduğundan aynı
fazdadır.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
37
• Vektör diyagramında taranmış olan üçgen trafonun boş çalışma
anındaki iç gerilim düşümü üçgenidir. Bu üçgen ne kadar küçükse
trafo o kadar kalitelidir.
• Boş çalışma akımı Ib ile bunun mıknatıslanma bileşeni arasındaki
açıya demir açısı denir. Bu açı şekilde a ile gösterilmiştir. Demir
açısı ne kadar küçük olursa trafonun demir kaybı da o kadar az olur.
• Boş çalışma akımının primer sargısında oluşturduğu Ib.R1 değeri
kadar olan bakır kayıpları çok küçük olduğundan dikkate
alınmayabilir. Başka bir deyişle boş çalışma anında çekilen akımın
tümünün demir kayıplarından kaynaklandığı varsayılabilir.Yani boşta
çalışma anında trafonun çektiği güç demir kayıplarını karşılar.
• Sonuç olarak, üretimi yapılacak bir cihaza bağlanacak trafonun
seçimi yapılırken boş çalışma anındaki enerji tüketimi az olan
yeğlenmelidir.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
38
Bir fazlı trafoların yüklü çalışması
• Yüklü çalışmayı kavrayabilmek için kullandığımız trafonun ideal
(kaçak akısı olmayan) olduğunu varsayalım. Bu durumda primere
uygulanan akım manyetik akısını oluşturur.
Bu akı uygulanan gerilimin değerine yakın ve 180° faz farklı E1
EMK’sını indükler. Sekondere bağlanan omik özellikli yük nedeniyle I2
akımı akar. I2 akımı sekonderin etrafında
manyetik akısına 180° zı
yönde
akısını oluşturarak
akısını zayıflatıcı etki yapar.
akısının zayıflaması primerde indüklenen E1 EMK’sının da azalmasına
neden olur. E1 EMK’sının azalması I1 akımının çoğalmasın neden olur.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
39
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
40
Trafonun indüktif yük bağlı olarak
çalışmasının vektör diyagramı
• Uygulamada kullanılan alıcıların büyük bir bölümü
indüktif özellikli olduğundan vektör diyagramı da
buna göre çizilmiştir.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
41
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
42
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
43
Bir fazlı trafolarda kaçak akının
önemi ve azaltıcı önlemler
• Trafonun primerine uygulanan AC, yönü ve şiddeti değişen bir
manyetik akı oluşturur.
• Bu akının büyük bir bölümü devresini nüve üzerinden tamamlarken
bir kısmı ise hava üzerinden tamamlar. Hava üzerinden dolaşarak
devresini tamamlayan akılara kaçak akı denir.
• Primer sargısının oluşturduğu manyetik akı sekonderde bir
gerilimindükler. Sekonderin uçlarına bir alıcı bağlıysa bu sargıdan da
akımdolaşmaya başlar. Sekonder akımı ikinci bir manyetik alan
oluşturur. Sekonder alanının da bir kısmı devresini hava üzerinden
tamamlar.
• Trafonun üretiminde kullanılan sac kalitesiz, gereğinden küçük ve
montajı özensiz yapılmış ise kaçak akı artar. Kaçak akısı yüksek
olan bir trafonun çıkış gerilimi azalır ve verimi düşer.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
44
• Trafonun primer ve sekonder sarımlarında oluşan kaçak akılar X1 ve
X2 ile ifade edilir.
• Kaçak akı reaktansları primer ve sekonder sargılarda indüktif
özellikli (akımdan 90° ileride) gerilim düşümlerine neden olur. Bu
gerilimdüşümlerininmiktarı primer için I1.X1, sekonder için ise I2.X2
denklemleriyle hesaplanabilir.
• Trafoda kaçak akıdan kaynaklanan gerilim düşümünün yanı sıra
sargıların omik dirençlerinde de bir miktar gerilim düşümü olur.
Sargıların omik dirençlerini R1 ve R2 ile ifade edersek, bu
sargılardan geçen I1 ve I2 akımları, primerde I1.R1, sekonderde ise
I2.R2 kadar iç gerilim düşümüne neden olur. Omik gerilim düşümleri
akım ile aynı fazlıdır.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
45
• Trafonun primer ile sekonder sargılarının omik
direnç ve indüktif reaktanslarından ötürü ortaya
çıkan gerilimdüşümlerinin olumsuz etkisini
ortadan kaldırmak için sekonderin sipiri
hesaplanan değerden % 5 fazla sarılır.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
46
Trafoların eşdeğer devreleri
• Boşta çalışan bir trafoda sadece primer sargısında bir gerilim
düşümü oluşur. Boşta çalışan trafonun elektriksel eşdeğer devresi
yandaki şekilde görüldüğü gibidir. Şekilde R1 primerin omik
direncini, X1 ise kaçak akıdan kaynaklanan reaktansını ifade eder.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
47
• Boşta çalışan trafonun dönüştürme oranı K=1
olarak kabul edilirse (giriş gerilimi ile çıkış gerilimi
eşit olan bir trafo kullanıldığı varsayılırsa) E1 = E2 =
V2 ifadesi yazılabilir. Bu kabule göre boşta çalışan
trafonun elektriksel eşdeğer devresi yandaki şekilde
verildiği gibi basitleştirilerek çizilebilir.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
48
• Trafonun sekonderine yük bağlandığında bu
sargının omik direnci ve indüktif reaktansı göz
önüne alınarak yeni bir elektriksel eşdeğer devre
çizilecek olursa üstte görülen devre elde edilir.
• Sekonderine yük bağlanan trafonun dönüştürme
oranının K = 1 olduğu varsayılırsa elektriksel
eşdeğer devre üstte verildiği gibi
basitleştirilebilir.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
49
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
50
• Trafonun elektriksel değerleri (eşdeğer direnç,
eşdeğer reaktans, eşdeğer empedans) primer
ya da sekondere göre kısa devre deneyi
yapılarak bulunur. Trafonun çıkışına bağlanan
yükün (omik, indüktif, kapasitif) cinsine göre üç
farklı çalışma durumu söz konusudur. Kapasitif
yüklü çalışma ile çok az karşılaşıldığından bu
konu açıklanmayacaktır.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
51
1. Trafonun yüklü çalışma
anındaki vektör diyagramları
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
52
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
53
• Primerden geçen akım eşdeğer direnç üzerinde I .R ,
kaçak akı reaktansı üzerinde de I1.Xe1 kadar
gerilimdüşümleri oluşturur. Bu gerilimdüşümleri
V1 değerinden vektörel olarak çıkarılırsa ideal
trafonun uçlarındaki V11 gerilimi tespit edilir. V11
gerilimi hiç kayba uğramadan aynen sekonder
gerilimine dönüştüğünden dönüştürme oranı
için,
1
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
e1
54
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
55
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
56
Trafonun omik yükü beslemesi anındaki
vektör diyagramı ve eşdeğer
devresi
• Trafonun omik yükü beslemesi durumundaki
vektör diyagramının çizilebilmesi için eşdeğer
devre göz önüne alınır.
• Eşdeğer devre seri olduğu için tümalıcılardan
aynı akım dolaşacaktır. Bu nedenle önce I1
akımı çizilir. Daha sonra I1 ile aynı fazlı olmak
üzere V11 gerilimi çizilir. I1 akımının oluşturduğu
I1.Re1 omik gerilimdüşümü, akımla aynı fazda
olduğundan V11’in doğrultusunda çizilir. İndüktif
gerilim düşümü olan I1.Xe1 ise akımdan 90° ileri
fazlı olarak çizilir.ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
13/03/2016
Filik
57
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
58
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
59
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
60
b. Trafonun indüktif yükü beslemesi anındaki
vektör diyagramı ve eşdeğer
devresi
•
•
Uygulamada kullanılan yüklerin çoğunluğu indüktif özelliklidir. Bu yüke göre
çizilen vektör diyagramı yanda verildiği gibidir. Çizimde, I1.Re1 omik gerilim
düşümü akımla aynı fazda, I1.Xe1 indüktif gerilim düşümü ise akımdan 90°
ileri fazlı olarak çizilir.
Sekondere bağlanan yükün oluşturduğu faz farkı (güç katsayısı) Cosɸ2,
trafonun boştaki akımı göz önüne alınmazsa (yok sayılırsa) Cosj1’e eşit
olur. Bu nedenle diyagramda V11 ile I1 arasındaki açı j1 olarak
gösterilmiştir. Çizilen vektör diyagramında V1 gerilimini hesaplamada
kullanılan denklem Pisagor teoremi kullanılarak,
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
61
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
62
Omik ve indüktif yük bağlanması durumunda sekonderden alınan gerilimler, iç gerili
düşümlerinden dolayı biraz düşük olmaktadır. Sekonder geriliminin istenilen
düzeyde olması için yapılan uygulama sekonderin sarım sayısını% 5 artırmaktır.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
63
Trafolarda regülasyon
• Trafoda primer gerilimi anma (nominal) değerinde sabit tutulup,
sekonderden anma yük akımı çekilirse, sekonder geriliminin boştaki
değerine göre değiştiği görülür. Sekonderin boş ve tamyüklü
durumdaki gerilimleri arasındaki farka gerilim regülasyonu denir.
Gerilim değişmesini % cinsinden hesaplandığında ise buna gerilim
regülasyonu yüzdesi denir.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
64
• Regülasyon yüzdesi bilinen bir trafonun yük altında geriliminin ne
kadar düştüğü denklemler kullanılarak hesaplanabilir. Trafonun %
Reg’i ne kadar düşükse kalitesi de o kadar yüksektir.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
65
Bir fazlı trafolarda kayıplar ve
verim
• Trafolarda demir ve bakır olmak üzere iki kayıp
söz konusudur.Hareketli parçası olmayan
trafoların sürtünme ve rüzgâr kayıpları yoktur.
• Trafonun demir kayıpları boş çalışma deneyiyle,
bakır kayıplarıysa kısa devre deneyiyle bulunur.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
66
Bir fazlı trafoların demir (nüve,
çekirdek) kayıpları ve bulunması
• Boş çalışmada oluşan kayıplara demir kayıpları denir. Boş çalışma
anında primernsargısının çektiği akım çok küçük olduğundan bakır
kayıpları ihmal edilebilir (yoknsayılabilir).
• Demir kayıpları Histerezis ve Fuko olmak üzere ikiye ayrılır.
• Histerezis kaybı, nüvenin içindeki moleküllerin şebeke frekansına
bağlı olarak yön değiştirmesi anında birbirleriyle sürtünmeleri
sonucu ısı şeklinde ortaya çıkar. Fuko kaybı ise nüve üzerinde
indüklenen akımların neden olduğu kayıplar olup gene nüvenin
ısınması şeklinde ortaya çıkar.
• Trafodaki her iki kayıp frekans (f) ve akı yoğunluğuna (B) bağlı
olarak değişir.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
67
• Trafoları anma gerilimi ve anma frekansından daha yüksek gerilim
ile frekanslarda kullanmamak gerekir. Bu şartlara uyulmazsa
manyetik nüvedeki aşırı ısınmalar sonucu trafonun veriminde
azalmalar görülür. Başka bir deyişle trafoyu uygulanan gerilim ve
frekansın değeri değişmezse demir kayıpları sabit kalır.
• Yani trafo boşta ya da yük altında çalışırken demir kayıpları aynıdır.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
68
• Trafonun boş çalışma deneyi yapılacağı zaman uygun devre kurulur.
Deneyden doğru sonucu alabilmek içinmümkün olduğunca hassas
(dijital yapılı) ölçü aletleri ve büyük güçlü (100 VA ve üzeri) bir trafo
kullanmak gerekir.
• Boş çalışma deneyi, trafonun gerilim durumuna göre primer ya da
sekonder sargısı kullanılarak yapılabilir. Örneğin 1000/220V’luk bir
trafoda boş çalışma deneyinin sekonder sargısı kullanılarak
yapılması doğru olur. Yüksek voltajı temin etmek, buna uygun ölçü
aleti bulmak, güvenliği sağlamak güçtür. Başka bir deyile boş
çalışma deneyinin primer ya da sekonder sarımı kullanılarak
yapılması sonuçları değiştirmemektedir.
• Boş çalışma anında şebekeden çekilen akım çok düşük
olduğundan, bu akımın oluşturduğu bakır kayıpları (Ib2.R1) gözönüne
alınmaz. Başka bir deyişle wattmetrenin gösterdiği değer demir
kayıpları olarak kabul edilebilir.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
69
• Sonuç olarak trafonun boş çalışma anında
çektiği akım manyetik alan oluşturmak,
• Histerezis ve Fuko kayıplarını karşılamak için
harcanmış olur.
• Trafo seçimi yapılırken boş çalışma anındaki
kaybı düşük olan model (marka) tercih edilmeli,
ürünün TSE, CE ve ISO kalite belgelerinin olup
olmadığına bakılmalıdır.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
70
Bir fazlı trafoların bakır (sargı,
Joule) kayıpları
• Trafonun ikinci devresine (sekondere) bir yük bağlandığında her iki
sargıdan da akım dolaşmaya başlar. Bu akımlar sargıların omik
dirençlerinden ötürü (I2.R) şeklinde bir ısı kaybı oluştururlar. Sargıların
omik dirençleri tarafından ısıya dönüştürülen kayba bakır kaybı denir.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
71
• Bakır kayıpları sekondere bağlanan yükün çektiği akım arttıkça artar.
• Trafonun herhangi bir yükteki bakır kayıpları, anma yükündeki bakır
kayıplarından yararlanılarak saptanabilir. Bunun için istenen yük
akımının, anma akımına oranını bulur, bunun karesini alır ve anma
yükündeki bakır kayıplarıyla çarparız.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
72
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
73
Bir fazlı trafoların kısa devre
çalıştırılması ve bakır kayıplarının
bulunması
• Trafonun bakır kayıplarını saptamak için yapılan kısa devre deneyi
için şekildeki bağlantı şeması kullanılır.
• Sekonder sargısına ampermetre bağlanan trafonun primerine
wattmetre, ampermetre ve voltmetre bağlanır.
• Primere uygulanan gerilimvaryak (ayarlı trafo) ile sıfırdan itibaren
artırılır. Besleme gerilimi hiçbir zaman anma değerine kadar
yükseltilmez. Sekonderden geçen akım anma değerine ulaştığı anda
primere uygulanan gerilimin artırılmasına son verilir.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
74
•
•
•
•
Primere uygulanan gerilimin en son değerine kısa devre gerilimi (Vk) denir.
Trafonun sekonderinden anma akımı geçerken primere bağlı wattmetrenin
gösterdiği değer bakır kaybı olarak harcanan güç değeridir. Wattmetrenin
gösterdiği değerin içinde boş çalışma akımının oluşturduğu çok küçük değerli
(ihmal edilebilen) demir kaybı da vardır. Kısa devre deneyinde primere uygulanan
gerilim çok düşük değerli olduğundan demir kaybı da düşük olur. O nedenle bu
kayıp yok sayılabilir.
Bakır kayıpları 1000 kVA’nın altında güce sahip trafolarda anma gücünün%3-4’ü
kadar olmaktadır.
Trafonun kısa devre çalışma anındaki gerilimi anma geriliminin yüzdesi olarak
ifade edilir.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
75
Kısa devre gerilimi besleme (güç) trafolarında, güce bağlı olarak anma
geriliminin% 3’ü ila% 12’si kadardır. Trafonun anma gücü büyüdükçe kısa devre
gerilimi de %12’ye doğru artar.
Kısa devre gerilimi yüzdesi olarak verilen değerler, primer ve sekonder için aynen
geçerlidir.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
76
Trafoların eşdeğer direnç,
reaktans ve empedanslarının
bulunması
• Trafonun kısa devre deneyi yapıldıktan sonra
elde edilen değerlerden yararlanılarak eşdeğer
direnç (Re1), eşdeğer reaktans (Xe1) ve eşdeğer
empedans (Ze1) saptanabilir.
• Trafonun primere göre eşdeğer empedansı,
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
77
• Trafonun kısa devre anında şebekeden çektiği
güç, her iki sargının bakır kayıplarına eşittir.
Çünkü kısa devre çalışma anında oluşan demir
kayıpları ihmal edilecek düzeyde küçüktür.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
78
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
79
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
80
Bir fazlı trafolarda verimin
(randımanın) bulunması
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
81
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
82
Trafoların veriminin bulunmasında
kullanılan yöntemler
• Direkt yöntemle verimin bulunması
• Bu yöntem daha çok küçük güçlü trafolarda uygulanır. Yanda verilen
bağlantı şeması kurulduktan sonra sekondere bağlı yük sıfırdan
başlanarak tam yüke kadar artırılır. Her yükte
• primer ve sekonder bağlıwattmetrelerden okunan değerler
kaydedilir.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
83
Direkt yöntemle verim ölçme 50 A’in üzerinde akım çeken büyük güçlü trafolarda
kullanılamaz. Çünkü bu kadar büyük değerleri ölçebilen aygıtları temin etmek
zordur.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
84
Endirekt (dolaylı) yöntemle
verimin bulunması
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
85
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
86
Bir fazlı trafoların kullanım alanları
• Bir fazlı trafolar zil, numaratör, kapı otomatiği,
merdiven ışık otomatiği, akü şarj cihazı, kaynak
makinesi, konvertisör (DC’yi AC’ye çeviren
devre), radyo, teyp, CD çalar, DVD çalar,
televizyon, kamera, tarayıcı, yazıcı, uydu anten
alıcısı, telefon şarj aygıtı, alarmaygıtı vb. gibi
yerlerde kullanılırlar.
• Trafo seçimi yapılırken kayıpları düşük (verimi
yüksek), ses yapmayan, TSE, CE ve ISO
belgelerine sahip markalar tercih edilmelidir.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
87
Bir fazlı trafolarda polarite
• Polaritenin önemi
• Trafonun primer ve sekonder sarımlarının her iki uçları,AC’nin
frekansına bağlı olarak zaman zaman polarite (işaret) değiştirirler.
Bu nedenle trafonun hangi ucunun hangi polariteye sahip olduğunun
bilinmesi gereklidir.
• Polarite, trafonun sargılarında indüklenen gerilimlerinin ani yönlerini
belirtir. Polarite bilinirse sargıların birbirine paralel ya da seri olarak
bağlanması doğru şekilde yapılabilir.
• Trafoların sargı uçlarının polaritelerinin yönü polarite deneyi
yapılarak tespit edilebilir ya da üretim anında TSE, CE veya ISO
standartlarına göre yapılmış işaretlemelere bakılır.
• TSE standartlarına göre sekonderi tek sargılı trafoların uçları A ve B
ile işaretlenir.
• Sekonderi orta uçlu olan trafolar ise A, N, B ile işaretlenir.
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
88
13/03/2016
ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran
Filik
89