Elektrik enerjisinin taşınması sırasında alternatif akımının gerilim değerini alçaltıp yükselten devre elemanına transformatör (trafo) denir. Transformatörler, alternatif akımın frekans değerini değiştirmeden akımı ve gerilimi değiştiren devre elemanıdır.
Transformatörlerin Çalışma Prensibi
Aşağıda bir örneği görülen transformatörler genellikle metal plakalardan elde edilmiş iki kol ve bu kollardaki iletken tel sarımlarından oluşur. Alternatif akım kaynağına bağlı ve kaynak geriliminin uygulandığı birinci bobine primer (giriş), elektrik enerjisinin farklı gerilimde alındığı ikinci bobine ise sekonder (çıkış) adı verilir.
Bir transformatörün birinci bobinindeki alternatif gerilim sonucu birinci bobin üzerinde alternatif akım oluşur. Bu da birinci bobinde yönü ve şiddeti sürekli değişen bir manyetik alan oluşturur. Bobinler demir gibi ferromanyetik malzemelere sarılı oldukları için, bu malzemeler değişen manyetik alanı ikinci bobine iletir. İkinci bobin içerisinde değişen manyetik alan, ikinci sarım üzerinde giriş gerilimi ile aynı frekansta alternatif gerilim ve akım oluşturur. Böylelikle enerji, istenen ölçülere oldukça yakın değerde taşınır. Transformatördeki primer ve sekonder arasındaki enerji transferi, sarımlarının üzerindeki enerjiye bağlıdır.
- İdeal transformatör: Primer sarımın sağladığı enerji miktarının sekonder sarımın aldığı enerjiye eşit olduğu transformatörlerdir.
- İdeal olmayan transformatörler: Primer sarımın sağladığı enerji sekonder sarımdan alınan enerjiye eşit değilse ideal olmayan transformatör denir. Sarımlardaki dirençten dolayı oluşan ısınmadan kaynaklı enerji kayıpları vardır.
Transformatörlerin Kullanıldığı Yerler
Elektrik üretim santrallerinde alternatif akımın üretilir ve bu akımın uzak mesafeye taşınması için iletken teller kullanılır. Fakat iletken tellerdeki dirençlerden dolayı enerji kaybı oluşur. Bu kayıp akımın karesi ile doğru orantılıdır. Bu yüzden iletim hatlarından geçen akımın düşürülmesi kayıpları üssel olarak azaltabilir. İletim hatlarındaki akımın azaltılması için de hattın geriliminin yükseltilmesi gerekir. Daha sonra tüketiciye ulaşan yüksek gerilimin bu sefer tüketime uygun olması için düşürülmesi gerekir.
İletim kayıplarının azaltılması için gerilimin yükseltilmesi ve tekrar düşürülmesi işleminde trafolar yani transformatörler kullanılır. Santral çıkışında yükseltici, tüketim merkezlerinde ise düşürücü olarak kullanılır.
Transformatörlerle İlgili Hesaplamalar
Transformatörün primer ve sekonder sarımları üzerinden geçen akımları ve gerilimleri görselde verilmiştir.
- NP: primer sarım sayısı,
- NS: sekonder sarım sayısı,
- VP: primer gerilim,
- VS: sekonder gerilim,
- IP: primer sarımlarındaki akım,
- IS: sekonder sarımlarındaki akım.
Transformatörler ile alternatif geriliminin frekansı değiştirilemez. Sadece primer ve sekonder bobinlerdeki akım ve gerilim değiştirilebilir. Transformatörün akım, gerilim ve sarım sayıları arasındaki ilişki
şeklinde ifade edilir.
Gerilim, sarım sayısı ve akım arasındaki ilişkiyi gösteren eşitlik incelenir ise aşağıdaki yorumlar yapılabilir.
- Sekonder sarım sayısı (N) primer sarım sayısından fazla ise gerilimi yükselten transformatör.
- Sekonder sarım sayısı (N) primer sarım sayısından az ise gerilimi alçaltan transformatör.
Transformatörün yükseltici ya da alçaltıcı olma durumu değiştirme oranıyla anlaşılır. Değiştirme oranı (sekonder devrenin sarım sayısı / primer devrenin sarım sayısı) şeklinde hesaplanır.
Primer ve sekonder devrelerde güç hesaplamak istenir ise P=V.I bağıntısı hatırlanmalıdır.
- Primer devrenin gücü =
- Sekonder devrenin gücü =
📌 Önemli Not: Primer ve sekonder devrenin güçleri eşit ise ideal transformatör denir. İdeal transformatör için primer ve sekonder devreler arası güç denklemi
şeklindedir.
📌 Önemli Not:Transformatörün verimi: Verim alınan(sekonder) enerjinin, verilen(primer) enerjiye oranıdır. Bu durumda transformatör için verim
eşitliği ile bulunur.
