Elektrik Müh. Temelleri -II EEM 112

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "Elektrik Müh. Temelleri -II EEM 112"

Pinar Bagci
7 yıl önce
İzleme sayısı:

1 Elektrik Müh. Temelleri II EEM

2 TRANSFORMATÖR Transformatörler elektrik enerjisinin gerilim ve akım değerlerini frekansta değişiklik yapmadan ihtiyaca göre değiştiren elektrik makinesidir. Transformatörler gerilim ve akımı yükseltmek için kullanıldıkları gibi düşürmek içinde kullanılır. 2

3 TRANSFORMATÖR ÇEŞİTLERİ 1. Dağıtım Transformatörleri ( kva) 2. Tek Fazlı Transformatörler 3. Topraklama Transformatörleri 4. Güç Transformatörleri ( kva) 5. Yükte Kademe Değiştiricili Transformatörler 6. Oto Transformatörleri 7. Jeneratör Transformatörleri 8. Doğrultucu Transformatörler (3 veya 4 sargılı) 9. HavaSu Soğutmalı Transformatörler(Gemi Uygulamaları için) 10. Motor Yolverme Transformatörleri 11. Adaptör Transformatörleri 12. Zil Transformatörleri 13. VaryakTransformatörleri 14. Akım Transformatörleri 15. İzolasyon Transformatörleri N 1 Varyak N 2 Sürgü =220 N 1 =N 2 V 2 =220 1:1 İzolasyon trafosu sadece şebekeden izolasyonu sağlar. 3

4 TRANSFORMATÖR Transformatörler demir nüve (çekirdek) ve iletken sargılar olmak üzere iki kısımdan oluşur. Demir nüve birer yüzleri yalıtılmış 0,300,50 mm kalınlığında özel silisli saclardan yapılır. Transformatör silisli sacların üst üste konularak sıkıştırılması ile elde edilen nüve ve bunun üzerine yalıtılmış iletkenlerden sarılan sargılardan oluşur. Enerjinin uygulandığı sargılara primer sargı denir ve bunlar kendi aralarında üçgen veya yıldız bağlanır (üç fazlı transformatörlerde). Enerjinin alındığı sargılara ise sekonder sargılar adı verilir. Primer Sargı Demir Çekirdek Ø Sekonder Sargı Trafolarda demir çekirdek, demir manyetik olduğundan dolayı kullanılır. Bakır ın iletkenliği vardır ama manyetikliği yoktur. Fuko akımlarının oluşmaması için yüksek akımlarda demir çekirdek kullanılmaz. Bunun yerine iletken olmayan fakat manyetik bir malzeme olan ferrit malzeme kullanılır. Ferrit malzemeler, demirin parçalanarak karbonlan yoğrulması ve ısıtılması ile elde edilirler. NOT: Transformatörler doğru akımda çalışmazlar. Nüvesiz Transformatör Nüveli Transformatör(Demir çekirdekli transformatör) 4

5 İDEAL (KAYIPSIZ) TRANSFORMATÖR N 1 V 2 ~ e e 2 R y 1 N 2 Ø Çekirdek içindeki akısının her iki sargının tüm sarımlarını halkaladığını ve ideal tel direncideihmaledildiğivarsayılırisesarımlarüzerindekigerilimler(, ): Kayıp güç sıfır ise: Dönüştürme oranı Açılar birbirine eşit ise: 5

6 TRANSFORMATÖR Amper yasası gereği: H manyetik alan şiddetidir ve integral, akının transformatör çekirdeği çevresinde izlediği kapalı yol üzerinden alınmaktadır. Manyetik çekirdeğin ideal olması durumunda H=0 olur veozaman: Pratik bakış açısı: Bir trafonun giriş gerilimi 220V iken çıkış gerilimi 15V ise primerin sarım sayısı sekonderin sarım sayısından daha fazladır anlamına gelmektedir. Fakat tel kesiti olarak primer sarımları daha ince olmak zorundadır. Trafo arızaları genellikle primerin giriş sargılarında meydana gelir. 6

7 DÖNÜŞTÜRME ORANLARI : : V 2 V 2 İdeal transformatör İdeal transformatör 7

8 İÇERSİNDEN AKIM GEÇEN TRANSFORMATÖR SARGILARINA ENDÜKLENEN GERİLİM M nin değerinin belirlenmesi M M V 2 V 2 8

9 İÇERSİNDEN AKIM GEÇEN TRANSFORMATÖR SARGILARINA ENDÜKLENEN GERİLİM M nin değerinin belirlenmesi M M V 2 V 2 9

10 GİRİŞ EMPEDANSI : V 2 Z L Z 1 İdeal transformatör Çevre denklemleri aşağıdaki gibi yazılırsa 10

11 EMPEDANS BULMA Z d Z b V g V 2 Z c Z a Z 3 Z 2 Z 1 V g Z d Z d V g Z 1 Z c V 2 Z d V g Z 2 11

12 ÖRNEKGİRİŞ EMPEDANSI V=120.e J0 : j4ω 18Ω jω 2 V V 2 1 2Ω Z 1 Noktaların akım ve gerilimleri arasındaki ilişkiden ötürü transformatör denklemleri aşağıdaki gibi olur:,, A V=120.e J0 j4ω 18Ω 32Ω 16jΩ,,,,,,,,,,,, 12

13 TRANSFORMATÖRÜN TAM ELEKTRİKSEL EŞDEĞER DEVRESİ jx P jx S R pcu R scu R Fe jx M V 2 : Primersargı direnci : Sekondersargı direnci : Nüve (histeresizve girdap akım) kayıplarını ifade eden direnç : Primersargı kaçak reaktansı : Sekondersargı kaçak reaktansı : Kuplaj(Mıknatıslanma) reaktansı : ideal transformatör olarak 13

14 TRANSFORMATÖR KAYIPLARI 1 Bakır Kayıpları: primer ve sekonder sargılardaki tel dirençleri Sekonderi açık devre ise (yük yokken) sadece primerde kayıp olur. 2 Çekirdek Kayıpları: a) Histeresiz Kayıpları: Demir çekirdeğin BH eğrisinin nonlineer oluşundan kaynaklanır. Alan küçük olur ise histeresiz kayıpları küçük, büyük ise histeresiz kayıpları büyük olur. Histeresiz kayıpları demiri ısıtır ve frekans ile orantılıdır. b) Girdap akımları (Fuko akımları) Kayıpları: Frekans ne kadar yüksek ise histeresiz ve fuko akım kayıpları fazla olur. Ayrıca girdap akım kayıbı manyetik alan ile orantılıdır. 14

15 TRANSFORMATÖR DENEYLERİ 1. Boşta Çalışma Deneyi Bu deneyin amacı nüve kayıplarının ve mıknatıslanma endüktansının ölçülmesidir. Bu deneyde transformatörün sekonder sarım uçları açık devre yapılır ve primer sarıma gerilim uygulanır. Transformatör boşta olduğundan tüm akım primer sargı üzerinden akar. Sargı direnci ile endüktansı, ve ile karşılaştırıldıklarında çok küçüktür. Böylece uygulanan gerilim direk paralel uyartım kolu üzerine düşer. Gerçek güç sadece nüve kayıplarından oluşur. Deney sırasında transformatörün giriş gerilimi, giriş akımı ve giriş gücü ölçülür. Boşta çalışan transformatörün davranışı aynen florasan lambalarda kullanılan balans dediğimiz demir çekirdekli bobinden başka bir şey değildir. V(t) R Fe jx M Sadece empedansın normunu bulabilirsiniz. 15

16 TRANSFORMATÖR DENEYLERİ 2. Kısa Devre Deneyi Bu deneyin amacı transformatörün parametresi olan bakırın direncini ve kaçak endüktansları bulmak için yapılır. Primer sarıma gerilim bağlanmadan sekonder sarım kısa devre edilerek ampermetre bağlanır. Sonra primer sarıma gerilim kaynağı bağlanır. Gerilim sıfırdan itibaren yavaş yavaş artırılır. Ampermetrenin değeri nominal değere ulaşınca bırakılır. Giriş gerilimi kısa devre esnasında çok küçük olduğundan, transformatörün paralel kolundan (uyartım kolu) çok küçük (ihmal edilebilecek) bir akım akar. Böylece uygulanan gerilimin tümü sargı dirençleri ve endüktans üzerine düşer. Uyartım kolundan geçen akım küçük olduğundan nüvede dolaşan akıda düşüktür. Folayısıyla nüve kayıpları normal gerilim seviyesindeki kayıplara göre ihmal edilebilir. Gerçek güç sadece bakır kayıplarından oluşur. Deney sırasında transformatörün giriş gerilimi, giriş akımı ve giriş gücü ölçülür. V(t) Sadece empedansın normunu bulabilirsiniz. R p _ cu jx p 16

17 TRANSFORMATÖR DENEYLERİ 3. Normal Yük Altında Çalışma Deneyi Transformatörün parametrelerini bulmak için sekonder sarımına nominal yük bağlanır. Bu deney ile akım gerilim ve güç ölçümleri yapılarak transformatörün özelliklerinin yanında özellikle verimi hesaplanır. Primer akım, gerilim ve güç ile sekonder akım, gerilim ölçülür. Ölçülen büyüklükler vasıtası ile transformatörün verimi ve gerilim regülasyonu bulunabilir. V(t) Z ç ç Direkthesaplamayöntemi ç Ç Endirekthesaplamayöntemi 17

18 TRANSFORMATÖRÜN TASARIM EŞİTLİĞİ Transformatör tasarlarken dikkat edilmesi gereken parametreler : () () Bakır tel üzerindeki tel gerilimi ihmal edilirse,. NOT: Demir çekirdek türüne göre seçilir. demir kesiti ise çekilecek güce göre seçilir

19 TRANSFORMATÖRÜN YÜKSEK FREKANSA TEPKESİ Herhangi bir sarımın endüktansı Sarım sayısı Manyetik direnç Manyetik alan gerilim ile doğru orantılıdır. İdeal transformatör Kare dalga fourier serilerine açıldığında köşe kenarlarını yüksek frekanslı bileşenlerin oluşturduğu gözlemlenir. Bu yüksek frekanslı bileşenler trafoda histeresiz ve girdap akımlarında kaybolacaktır. Çıkışta alınan gerilim düşük frekanslı olacak. Bir sinüs şeklinde bozuk olacak. Ancak girişteki sinyale asla benzemez. 19

20 BOŞTA ÇALIŞAN TRANSFORMATÖRÜN EŞDEĞERİ N 1 V 2 N 2 Ξ R cu R Fe I Fe V Fe I µ Mıknatıslanma akımı Çekirdekteki manyetik alan için Ø R cu primersargınınbakırkayıplarınısimgeleyenteldirenci R Fe primersargınındemirkayıplarınısimgeleyenteldirenci Boşta çalışan trafonun fazör diyagramı I Fe I Fe I µ I µ 20

21 TRANSFORMATÖRÖrnek Örnek: Boşta çalışan bir transformatörde aşağıdaki büyüklükler ölçülmüştür. Giriş gerilimi 220V, giriş akımı 4A, giriş gücü 90w, demir (çekirdek) kayıpları 70w, frekansı 50Hz. Buna göre boşta çalışan transformatörün parametrelerini bulunuz. =4A Boştaçalışandevre =4A =220V Sekonderi açık devre Ξ R cu =220V P=90w R Fe I Fe V Fe I µ L P=90w BulunacaklarR cu,r Fe,Ldeğerleridir., 21

22 BOŞTA ÇALIŞAN TRANSFORMATÖRÜN EŞDEĞERİ =220V =4A I Fe I µ,, =220V,,,,,,,,, 22

23 İÇERSİNDEN AKIM GEÇEN TRANSFORMATÖR SARGILARINA ENDÜKLENEN GERİLİM M L 1 V 2 L 2 M nin değerinin belirlenmesi M M M M V 2 V 2 V 2 V 2 23

24 ÖRNEK 2Ω M=j2Ω j2ω j6ω 24.e J30 j4ω V 2 2Ω V o 2ΩüzerinedüşenV o gerilimibulunuz.,,,, V 24

25 ÖRNEK I 10Ω j50ω j25ω v(t)=340sin(100πt30 o ) M=j15Ω I L j20ω I R 20Ω Her bir koldan geçen akımı bulunuz. I 5Ω 7jΩ 2jΩ 20.e J30 ç M=3jΩ I L 4jΩ ç I R 6Ω Bağımsız çevre akımlarını ve her bir koldan geçen akım değerlerini bulunuz. I 5Ω 2jΩ 7jΩ 10.e J60 ç 3jΩ I L M=2jΩ ç I R 6Ω Bağımsız çevre akımlarını ve her bir koldan geçen akım değerlerini bulunuz. NOT: M (ortak endüktans) değerini verilen değerlere göre ise artı, ise eksi olarak alınız(harici olarak bulmaya uğraşmayın). 25

Benzer belgeler

DENEY-4 BİR FAZLI TRANSFORMATÖRÜN KISA DEVRE DENEYİ

DENEY-4 BİR FAZLI TRANSFORMATÖRÜN KISA DEVRE DENEYİ TRANSFORMATÖRLERİN EŞDEĞER DEVRESİ Transformatörlerin devre analizinde ve simülasyonunda gerçek modelinin yerine eşdeğer devreleri kullanılır. Eşdeğer