kısa devre deneyi
advertisement
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
