Transformatörün temelleri

Transformatörler genel olarak, miktarları bir değerden diğerine dönüştürebilen cihazlardır. Bu makale için elektromanyetik indüksiyon prensiplerini kullanarak AC gerilimi frekansı değiştirmeden bir değerden diğerine çevirebilen statik elektriksel bir bileşen olan Gerilim transformatörüne odaklanacağız.

Alternatif akım ile ilgili önceki yazılarımızdan birinde, alternatif akımın tarihinde transformatörün ne kadar önemli olduğundan bahsetmiştik. Alternatif akımı mümkün kılan en büyük etkinleştiriciydi. Başlangıçta DC tabanlı sistemler kullanılırken, mesafe (uzunluk) arttıkça hatlardaki güç kaybından dolayı uzun mesafelere aktarılamıyordu, bu da DC güç istasyonlarının her yere yerleştirilmesi gerektiği anlamına geliyordu, bu nedenle AC'nin ana hedefi oldu İletim sorununu çözmek için ve transformatör olmadan, AC ile bile kayıplar devam edeceği için bu mümkün olmazdı.

Transformatör yerinde olduğunda, AC, jeneratör istasyonlarından çok yüksek voltajda ancak düşük akımda iletilebilir, bu da I ² R değerinden dolayı hattaki (teller) kayıpları ortadan kaldırır (bir hattaki güç kaybını verir). Transformatör sonra düşük gerilim, yüksek akım enerji yüksek gerilim, düşük akım enerjiye dönüştürmek için kullanılan frekans değiştirmeden ve üretim istasyonundan iletilen aynı güçte bir topluluk içinde nihai dağıtım için (p = IV) '.

Gerilim trafosunu daha iyi anlamak için, en basitleştirilmiş modeli olan tek fazlı trafoyu kullanmak en iyisidir.

Tek Fazlı Transformatör

Tek fazlı transformatör, en yaygın (kullanımdaki sayılar açısından) gerilim transformatörü türüdür. Evde ve diğer her yerde kullandığımız "fişe takılı" cihazların çoğunda bulunur.

Bir transformatörün çalışma prensibini, yapısını vb. Tanımlamak için kullanılır, çünkü diğer transformatörler tek fazlı transformatörün bir varyasyonu veya modifikasyonu gibidir. Örneğin, bazı kişiler üç fazlı transformatörün 3 tek fazlı transformatörden oluştuğunu ifade eder.

Tek Fazlı Transformatör iki bobinden / sargıdan (birincil ve ikincil bobin) oluşur. Bu iki sargı, aralarında elektrik bağlantısı olmayacak şekilde düzenlenmiştir, bu nedenle bunlar genellikle transformatör çekirdeği olarak adlandırılan ortak bir manyetik Demirin etrafına sarılır, bu nedenle iki bobin aralarında yalnızca manyetik bir bağlantıya sahiptir. Bu, gücün yalnızca elektromanyetik indüksiyon yoluyla iletilmesini sağlar ve ayrıca transformatörleri izolasyon bağlantıları için kullanışlı hale getirir.

Transformatörün Çalışma Prensibi:

Daha önce de belirtildiği gibi, transformatör iki bobinden oluşur; birincil ve ikincil bobinleri. Birincil bobin her zaman transformatöre girişi temsil ederken ikincil bobin, transformatörden çıktı.

Transformatörün çalışmasını iki ana etki tanımlar:

Birincisi , bir telin içinden geçen bir akım, telin etrafında bir manyetik alan oluşturur. Ortaya çıkan manyetik alanın büyüklüğü her zaman doğrudan telden geçen akım miktarı ile orantılıdır. Tel bobin benzeri bir biçimde sarılırsa manyetik alanın büyüklüğü artar. Bu, manyetizmanın birincil bobin tarafından indüklendiği ilkedir. Birincil bobine bir voltaj uygulayarak, transformatörün çekirdeği etrafında bir manyetik alan oluşturur.

Birincisi ile birleştirildiğinde, transformatörün çalışma prensibini açıklayan ikinci etki, bir iletken bir mıknatıs parçasının etrafına sarılırsa ve manyetik alan değişirse, manyetik alandaki değişikliğin bir akım indükleyeceği gerçeğine dayanır . iletken, büyüklüğü iletken bobinin sarım sayısına göre belirlenecektir. Bu, ikincil bobinin enerjilendirildiği ilkedir.

Birincil bobine bir voltaj uygulandığında, çekirdek etrafında manyetik bir alan oluşturur, kuvvet uygulanan akıma bağlıdır. Oluşturulan manyetik alan böylece ikincil bobinde manyetik alanın büyüklüğünün ve ikincil bobinin dönüş sayısının bir fonksiyonu olan bir akımı indükler.

Transformatörün bu çalışma prensibi, AC'nin neden icat edilmesi gerektiğini de açıklar, çünkü transformatör yalnızca uygulanan voltajda veya akımda bir değişim olduğunda çalışacaktır, çünkü ancak o zaman elektromanyetik indüksiyon prensipleri çalışacaktır. Böylece transformatör DC için kullanılamazdı.

Trafo Yapısı

Temel olarak bir transformatör, aşağıdakileri içeren iki bölümden oluşur; iki endüktif bobin ve bir lamine çelik çekirdek. Bobinler birbirlerinden yalıtılmıştır ve ayrıca çekirdek ile teması önlemek için yalıtılmıştır.

Transformatörün yapısı bu nedenle bobin ve çekirdek yapısı altında incelenecektir.

Transformatör Çekirdeği

Transformatörün çekirdeği her zaman lamine çelik levhaların bir arada istiflenmesiyle oluşturulur ve aralarında minimum hava boşluğu olmasını sağlar. Son zamanlarda trafo çekirdeği, girdap akımından kaynaklanan kayıpları azaltmak için her zaman demir çekirdekler yerine lamine çelik çekirdekten yapılmıştır.

E, I ve L olmak üzere lamine çelik sacların üç ana şekli vardır.

Çekirdeği oluşturmak için laminasyonu bir araya istiflerken, bunlar her zaman eklemin yanları değişecek şekilde istiflenir. Örneğin, ilk montaj sırasında ön yüzlü olarak monte edilen levhalar, aşağıdaki resimde gösterildiği gibi bir sonraki montaj için arkaya bakacaklardır. Bu, eklemlerde yüksek isteksizliği önlemek için yapılır.

Bobin

Bir transformatör inşa ederken, birincil veya ikincil bobinde bulunacak dönüş sayısını belirlediğinden, transformatör tipini yükseltmek veya düşürmek çok önemlidir.

Transformatör Türleri:

Başlıca üç tip gerilim trafosu vardır;

1. Transformers Aşağı Adım

2. Yükseltici Transformatörler

3. İzolasyon Transformatörleri

Transformatörler aşağı adım için ise bir gerilim düşük bir değer verir transformatörleri, ikincil bobin birincil bobine uygulanan transformatör kadar bir aşama, transformatör gerilim artan bir değeri ikinci olarak, birincil bobine uygulanan verir bobin.

İzolasyon transformatörleri, sekonderde primere uygulanan aynı voltajı veren ve bu nedenle temelde elektrik devrelerini izole etmek için kullanılan transformatörlerdir.

Yukarıdaki açıklamadan, belirli bir tipte transformatörün yaratılması, sadece gerekli çıktıyı vermek için birincil ve ikincil bobinlerin her birindeki dönüş sayısının tasarlanmasıyla sağlanabilir, bu, böylece dönüş oranı ile belirlenebilir. Farklı transformatör türleri hakkında daha fazla bilgi edinmek için bağlantılı öğreticiyi okuyabilirsiniz.

Transformatör Dönüş Oranı ve EMF Denklemi:

Transformatör dönüş oranı (n) denklemde verilmiştir;

n = Np / Ns = Vp / Vs

burada n = dönüş oranı

Np = Birincil bobindeki dönüş sayısı

Ns = İkincil bobindeki sarım sayısı

Vp = Birime uygulanan voltaj

Vs = İkincil voltaj

Yukarıda açıklanan bu ilişki, denklemdeki parametrelerin her birini hesaplamak için kullanılabilir.

Yukarıdaki formül, transformatörlerin voltaj hareketi olarak bilinir.

Dönüşümden sonra iktidarın aynı kaldığını söylediğimiz için;

Yukarıdaki bu formül, transformatörün mevcut eylemi olarak adlandırılır. Bu, transformatörün yalnızca gerilimi değil, aynı zamanda akımı da dönüştürdüğünün kanıtıdır.

EMF Denklemi:

Birincil veya ikincil bobinin bobininin dönüş sayısı, indüklediği veya indüklediği akım miktarını belirler. Birinciye uygulanan akım azaldığında, manyetik alanın gücü azalır ve ikincil sargıda indüklenen akım için aynı olur.

E = N (dΦ / dt)

İkincil sargıda indüklenen voltaj miktarı denklemde verilir:

N, ikincil sargıdaki dönüş sayısıdır.

Akı sinüzoidal olarak değiştiğinden, manyetik akı Φ = Φ _max sinwt

Böylece

E = N * w * Φmax * cos (wt) Emax = NwΦmax

İndüklenen Emf'in kök ortalama kare değeri, emf'nin maksimum değerini √2'ye bölerek elde edilir.

Bu denklem, transformatörlerin EMF denklemi olarak bilinir.

Nerede: N, bobin sargısındaki dönüş sayısıdır

f, hertz cinsinden akı frekansıdır

Φ Weber'deki manyetik akı yoğunluğu

tüm bu değerler tespit edildiğinde, transformatör böylece inşa edilebilir.

Elektrik gücü

Daha önce açıklandığı gibi, transformatörler, üretim istasyonlarında üretilen elektrik gücünün değerinin son kullanıcılara çok az kayıpla veya hiç kayıp olmadan ulaştırılmasını sağlamak için oluşturulmuştur, bu nedenle bir İdeal transformatörde, çıkıştaki güç (ikincil sargı) her zaman aynıdır. giriş gücü. Bu nedenle, transformatörlere sabit watt cihazları denir, ancak voltaj ve akım değerlerini değiştirebilirler, ancak her zaman girişte aynı gücün çıkışta mevcut olacağı şekilde yapılır.

Böylece

P _s = P _p

burada Ps ikincil güçtür ve Pp birincil güçtür.

P = IvcosΦ olduğundan I _s V _s cosΦ _s = I _p V _p cosΦ _p

Bir Transformatörün Verimliliği

Bir transformatörün verimliliği denklemle verilir;

Verimlilik = (çıkış gücü / giriş gücü) *% 100

İdeal bir transformatörün güç çıkışı, güç girişi ile aynı olmalıdır, ancak çoğu transformatör ideal transformatörden uzaktır ve çeşitli faktörlerden dolayı kayıplar yaşar.

Bir transformatörün yaşayabileceği kayıplardan bazıları aşağıda sıralanmıştır;

1. Bakır Kayıpları

2. Histerezis kayıpları

3. Girdap akımı kayıpları

1. Bakır Kayıpları

Bu kayıplar bazen sargı kayıpları veya I ² R kayıpları olarak adlandırılır. Bu kayıplar, iletkenin direnci nedeniyle akım içinden geçtiğinde sargı için kullanılan iletken tarafından harcanan güçle ilişkilidir. Bu kaybın değeri aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir;

P = I ² R

2. Histerezis kayıpları

Bu, transformatörün çekirdeği için kullanılan malzemelerin isteksizliği ile ilgili bir kayıptır. Alternatif akım yönünü tersine çevirirken, enerjinin bir kısmını da kullanan fiziksel değişikliklere girme eğiliminde olduğundan, çekirdek için kullanılan malzemenin iç yapısı üzerinde bir etkiye sahiptir.

3. Girdap Akımı Kayıpları

Bu, tipik olarak lamine ince çelik levhaların kullanılmasıyla üstesinden gelinen bir kayıptır. Girdap akımı kaybı, çekirdeğin aynı zamanda bir iletken olması ve ikincil bobinde bir emk oluşturması gerçeğinden kaynaklanmaktadır. Faradays kanununa göre çekirdekte indüklenen akımlar manyetik alana karşı çıkacak ve enerjinin dağılmasına yol açacaktır.

Bu kayıpların trafo verimlilik hesaplamalarına etkisini hesaba katarak;

Verimlilik = (giriş gücü - kayıplar / giriş gücü) * 100% Tüm parametreler güç birimleri cinsinden ifade edilir.