Transformatörler

TRANSFORMATÖRLER


Transformatörler,bir elektrik akımının gerilimini , yani “voltaj” diye adlandırdığımız elektrik basıncını değiştiren aygıtlardır.Transformatörler,A.C gerilimi yükseltir veya düşürürler.Hareketli herhangi bir parçası olmayıp,aralarında hava aralığı kalmayacak şekilde üst üste yerleştirilmiş silisyumlu saçlardan oluşan demir bir çekirdek üzerine sarılı iki ayrı bobinden oluşur.
Transformatörün çalışması,elektromağnetik alanın değişmesiyle indüklemeye dayanır.
Transformatörler,giriş ve çıkış sargılarından oluşur.Giriş tarafındaki sargıya primer,çıkış tarafındaki sargıya ise sekonder adı verilir.Transformatörlerin,primerlerine uygulanan gerilimleri yükseltip düşürmeleri,tamamen primer ve sekonder tarafındaki sipir sayılarıyla orantılıdır.Bir transformatörün primerindeki sipir sayısı sekonderindeki sipir sayısından fazlaysa.transformatör,gerilim düşüren transformatör olur.Sekonderindeki sipir sayısı primere nazaran daha fazla ise,transformatör,gerilim yükselten transformatör olarak çalışır.
Transformatörlerin elektronik alanındaki başlıca kullanılma yerleri şöyle sıralanabilir:
• Kuplaj için.
• Yükselteçlerde hoparlör çıkışı için.
• Empedans uygunluğunun sağlanması için.
• Güç kaynaklarında değişik gerilimler elde etmek için.


Transformatörün primerine uygulanan A.C gerilim,primer sargısının etrafında bir manyetik alan meydana getirir.Bu manyetik alanın yönü ve şiddeti,primerdeki A.C gerilimin yönü ve şiddetine bağlı olarak değişir.Değişen manyetik alan sekonder tarafındaki sargıları keser ve darbe tesiri yaparak iletkendeki elektronları yörüngelerinden koparır.Yörüngelerinden kopan bu elektronlar,sekonder uçlarında bir A.C gerilim indüklemesine yol açar.
Transformatörlerin primerlerine uygulanan gerilimlerle,sekonderinden alınan gerilim arasında 180 derece faz farkı bulunur.
Transformatörlerin primerlrinden geçen akımın oluşturduğu manyetik alanın kayba uğramamsı için, manyetik kuvvet çizgilerinin yoluna sac nüve konulmuştur.Transformatörler,karkas adı verilen,genellikle tahtanın türevi bir maddeden yapılmış makaranın üzerine sarılmış sipirlerden oluşur.Karkasın ortası boşluk şeklindedir ve buraya sac çekirdek yerleştirilmiştir.
Bir transformatörün girişine uygulanan gerilime bağlı olarak çıkışında oluşan gerilim,tamamen primer ve sekonderdeki sipir sayılarına bağlıdır.Kullanılan iletkenlerin kalınlığı ve sac nüvenin göbek kesidi, transformatörün primer ve sekonderindeki akımların değerleriyle ve transformatörün gücü ile ilgilidir.Daha büyük akımlarda,tel kalınlıkları artar,küçük akımlarda ise tel kalınlıkları azalır.Yüksek güçlü transformatörlerin,sac nüvenin göbek kesidi daha büyük olur.Bu durumda transformatörün boyutlarıda büyük olur.
Transformatörlerin primeri genellikle tek sargıdan oluşur.Sekonderde ise birden fazla sargı bulunur.Sekonderdeki birden fazla sargı ara uç alınarak oluşturulabileceği gibi,birbirinden tamamen bağımsız sargılar şeklinde de alına bilir.
Transformatörün temel çalışma ilkesini 1831’de Michael Faraday keşfetti.Fararday demir bir halkanın çevresine iki yalıtkan tel sardı.Sargılardan birinin uçlarını güçlü bir bataryaya,ötekinin uçlarını da elektrik akımının algılanmasında kullanılan galvanometreye bağladı.Faraday ne zaman bataryayı devreye alsa ya da devreden çıkarsa galvanometrenin göstergesinin hafifçe oynadığını,yani ikinci sargıdan anlık bir akım geçtiğini saptadı;buradan kalkarak ilk sargının ikincisinde anlık bir akım indüklediğini söyledi.Ayrıca, ikinci sargıdaki akım ancak birinci sargıdaki akımın değişmesi durumunda indüklendiğini;bu akımın değişim göstermeden kesintisiz biçimde akması durumunda,ikinci sargıda herhangi bir oluşmadığını ortaya koydu.Faraday’ın belirlediği bu olgu bütün transformatörlerin dayandığı ana ilkedir.
Elektromanyetik indükleme olarak adlandırılan bu olgu şöyle açıklanabilir:Batarya devreye alındığı zaman,birinci sargının çevresinde bir manyetik alan ikinci sargıyı da etkiler.
Eğer değişim halindeki bu manyetik alanın yakında bir tel varsa, bu değişim telden bir elektrik akımının akmasına neden olur.İşte bu nedenle,birinci sargıda bir elektrik akımı oluşur.Tıpkı bunun gibi,transformatörün bir bobini bir alternatif akım kaynağına bağlandığı zaman,akımdaki hızlı yön değişimleri sürekli olarak değişen bir manyetik alan ve böylece,ikinci bobinin uçları arasında değişken bir gerilim yaratır.
Transformatörde gerilim değişikliği,iki bobindeki sarım sayılarının farklı olmasıyla sağlanır.Gerilim yükseltici transformatörde,ikincil sargının sarım sayısı,birincil sargının sarım sayısından fazladır ve çıkış gerilimi giriş geriliminden daha yüksektir.Gerilim düşürücü transformatörde ise,ikincil sargını sarım sayısı daha azdır,çıkış gerilimi de giriş geriliminden daha küçüktür.Eğer ikincinin sarım sayısı birincinin sarım sayısının 40 katıysa,çıkış gerilimi de giriş geriliminin 40 katı olur.
Eğer alternatif akım gerilimi yükseltilirse,akımın amper cinsinden ölçülen miktarı aynı oranda düşer.bunun nedeni,transformatörün aldığı güçten daha fazlasını vermesi ve elektrik gücünün akım ile gerilimin çarpımına eşit olmasıdır.İki bobin için kullanılan tel farklı kalınlıklardadır ve daha yüksek amperli akımı taşıyan bobinin teli daha kalındır.
Enerji santralarındaki üreteçlerin ürettiği elektrik akımının şiddeti yüksek,gerilimi düşüktür.Eğer elde edilen enerji,bu değerleriyle doğrudan evlere ve sanayi kuruluşlarına iletilseydi,bunu taşıyacak tellerin kalın olması gerekirdi ve buda pahalı olurdu.Bazı,eğer elektrik uzun mesafelere yüksek gerilim ve düşük akım şiddetinde gönderilirse,enerji iletim hatlarındaki dirençten kaynaklanan ısınma etkilerinin yolacağı enerji kaybı daha az olur.Bu nedenle enerji santrallerinde elde edilen elektrik akımı,enerji iletim hatlarına verilmeden önce yükseltici transformatörlerden geçirilerek gerilimi yüz binlerce volt düzeyine çıkarılır ve böylece şiddeti çok aşağılara düşürülür.Enerji iletim hatları boyunca yer alan elektrik dağıtım istasyonlarındaki gerilim düşürücü transformatörlerde gerilim,ağır sanayi,elektrikli demir yolları,hafif sanayi ,hastaneler,mağazalar ve evlerce istenen çeşitli düzeylere göre ,bir kaç kez düşürülür.
Bu tür yüksek gerilim hatlarındaki transformatörlere trafo denir.Bunlara ek olarak radyo alıcıları, televizyon aygıtları,elektrikli ziller ve oyuncaklarda küçük düşürücü transformatörler kullanılır.
Büyük bir transformatör genellikle çelik bir kutunun içine konur ve kutuya,ısınan bobinleri soğutmaya yarayan yalıtkan bir yağ konulur.Büyük trafolarda soğutma yağı,pompa yardımıyla,radyatörlerde dolaştırılarak soğutulur.Bunun dışında transformatörlerin hareketli herhangi bir parçası yoktur.Binaların dışında tel örgü ile çevrili beton bir platform üzerine oturtulmuş,büyük trafolara sık rastlanır.Evlerde kullanılan küçük transformatörleri çevrelerindeki hava soğutur.
Otomobil motorlarındaki bujilerin uçları arasında elektrik kıvılcımı atlaması oluşturmak için gerekli olan yüksek gerilim,indükleme bobini denen özel bir yükseltici transformatörle sağlanır.Motor çalıştığında hızla açılıp kapanmaya başlayan bir anahtar,aküye bağlı bir doğru akım devresinden anlık akım geçmesini sağlar ve böylece indükleme bobinin birincil sargısına değişken bir akım gönderilmiş olur.Bu akım indükleme bobinin ikincil sargısına yüksek gerilimli elektrik vuruları indükler ve bu sırada da ikinci sargının uçları distribütör yardımıyla sırayla her bir bujiye bağlanır.
Uçlarına alternatif gerilim uygulanmış bir bobinin oluşturduğu değişken manyetik akı,bu akının içinden geçtiği başka bir bobinde akım indüklenmesine yol açar.İkincil sargıda indüklenen gerilimin değeri birincil sargıya uygulanan gerilim ile trafonun sargı oranının çarpımına eşittir;sargı oranı, ikincil sargının sarım sayısının birincil sargının sarım sayısına oranıdır.
Hava çekirdekli transformatörler yalıtkan bir boru yada silindir üzerine sarılmış birkaç bobin den oluşur;bu tür transformatörler radyo frekanslı akımlarda kullanılır.
Empedans uyarlayıcı transformatörler,bir kaynak ile bu kaynağın beslediği yükün empedanslarını birbirlerine uyarlayarak aktarılan enerjinin en büyük değerde olmasını sağlayan transformatörlerdir.
Bir düzeneği yada aygıtı güvenlik nedeniyle şebekeden yalıtmak gerektiğinde şebekeyle aygıt arasında yalıtım transformatörü kullanılır.

BESLEME TRANSFORMATÖRÜ HESABI
Giriş:Güç besleme transformatörlerinin besleyecekleri elektronik cihazların gücüne göre hesaplamaları gerekir.Buna sekonder gücü diyoruz.n=Ps/Pp formülünden faydalanarak transformatörün giriş gücü hesaplanır.
Transformatörlerde randıman güce göre değişir.Şöyleki:
50 w. a kadar güçlerde randıman %80
75 w. a kadar güçlerde randıman %85
100 w. a kadar güçlerde randıman %90
100 w. tan yukarısı için randıman %95
Hesaplar neticesinde küsurlar daima bir yukarı alınır.Aşağıdaki örnek dikkatle incelendiğinde bir besleme transformatörünün hesaplanması daha iyi anlaşılır.

Örnek:a)Primer sargıları:110/220 V.50 /B
b)Sekonder sargıları:2x280 V.60 ma
6,3V. 2A.
6,3V. 2A.
Bu özelliklere sahip olan transformatörü şekil:1 deki ölçüleri verilen sacları sarmak istiyoruz.
HESAPLAMALAR:Sekonder gücü:Ps=Ps1+Ps2+Ps3 dür.
280 V. Sargısı Ps1=ExI=280 x 0.06=16,8 W.
6,3 V. 2A. Sargısı Ps2=EfxIf=6,3 x 2=12,6 W.
6,3 V. 2A. Sargısı Ps3=EfxIf=6,3 x 1=6,3 W.
Toplam sekonder gücü Ps=16,8+12,6+6,3=35,7 W.
Oda yaklaşık Ps=36 W.
Primer gücü:Sekonder gücü 50 W. tan küçük olduğu için randımanı %80 almamız gerekir.
n=Ps/Pp , Pp=Ps/n
Pp=36/0,8
Pp=45 Bir volt için sarılması gereken spir sayısı:
N=108/4,44 x S x B x f
Burada; N=volt başına sarılması gereken spir sayısı
108= sabit sayı
4,44=sabit sayı¿
S=göbek kesiti
B=Gaus(Karabük sacı için 8000,Avrupa sacı için 10000 alınır.)

N=108/4,44 x S x B x f N=108/4,44 x 8 x10000 x 50=5,6spir/V

N=5,6 spir/V. olur.
Primer spir sayıları:
a) 110 V. için toplam spir sayısı =5,6 x 110=616 spir.
b) 280 V. için toplam spir sayısı =2 x 616= 1232 spir.
Açıkça görülüyor ki toplam spir sayısı 110 V. için gereken spir sayısının 2 katıdır.
Sekonder spir sayları:
a) 280 V. için toplam spir sayısı =5,6 x 280 =1568 spir.b
Kayıpları önlemek için sekonder sargılarına %10 ilave edilir.Buna göre 280 V. için=1568 x 1,1 =1725 spir olur.
b) 6,3 V. 2 A.flaman sargıları için=5,6 x 6,3 =35,28
% 10 ilave edilince =38,8 oda yaklaşık=39 spirdir.
c)6,3 V. 1 A. flaman sargıları için de =39 sipirdir.
Tel çapları:
Primer sargıları tel çapları:
Tel çapları d=0,8 x karakök I dır.Burada d mm olarak tel çapının önce primer akımını bulalım
110 V. için Ip=Pp / Ep=45/110=0,4 A.
220 V. için Ip=Pp / Ep=45/100=0,2 A.
Buna göre:110 V. için tel çapı : d=0,8 x k.kök Ip=0,8 x 0,63=0,50mm.
220 V. için tel çapı : d=0,8 x 0,44 =0,35 mm.
Sekonder sargıları tel çapları:
280 V. sargılarından geçen akım 60 mA. Olduğundan:
d=0,8 x 0,06 =0,8 x 0,24 =0,192
d=0,20mm.
Diğer 280 V. içinde aynı tel kullanılır.
6,3 V. 2 A. flaman sargıları için tel çapı
d=0,8 x 2-2 =0,8 x 1,41 =1,128 =~ 1.15
d=1,15mm.
Not:Hesaplabulunan değerler küsurlu olduğunda tablo:1 den faydalanılarak kendinden sonra en yakın olanı alınır.
Not:1. hesaplama işlemleri bittikten sonra transformatörün göbek kesitine uygun karkas hazırlanmalıdır.
2.İyi bir karkasın nasıl yapılacağını öğretmeninizden öğreniniz.

EMAYE TEL ÇAPLARI
Elektronikte transformatörler ve çeşitli bobinlerin sarımında kullanılan emaye tellerin piyasada bulunan ve standarda uygun çapları aşağıdaki tablo:1 de verilmiştir.
Tel Çapları(mm)

0.10 1,00 2,00
0,12 1,005 2,05
0,15 1,10 2,10
0,18 1,15 2,20
0,20 1,20 2,30
0,25 1,25 2,40
0,30 1.30 2,50
0,35 1.35 2,60
0,40 1,40 2,70
0,45 1,45 2,80
0,50 1,50 2,90
0,55 1.55 3,00
0,60 1,60
0,65 1,65
0,70 1,70
0,75 1,75
0,80 1,80
0,85 1,85
0,90 1,90
0,95 1,95