Transformatörler güç sistemlerinde en çok tanınan ekipmanlardır. Bunlar büyük, ayırt edici ve prensip olarak basittir ancak çok fazla bakım gerektirirler, bu da onların 'kablolardan' çok daha sağlam görünmesini sağlar. Elektrik şebekesi şemasında transformatörler omurga düğümleri gibidir, diğer ekipmanlar ise onların bağlantıları olarak hizmet eder.

Bu makale transformatörlerin bileşenlerini, ilkelerini, fonksiyonlarını, sınıflandırılmasını ve uygulama senaryolarını tanıtacaktır.

1. Transformatörün Bileşimi

Bir transformatör esas olarak bir çekirdek ve sargılardan oluşur.

Çekirdek, transformatörün manyetik devre yolu görevi görürken, sargılar, emaye-kaplı telin belirli sayıda sarılmasıyla yapılan elektrik devresi parçasıdır.

Güç kaynağına bağlanana birincil sargı denir, aynı zamanda birincil bobin olarak da bilinir. Yüke bağlanana sekonder bobin veya sekonder yan sargı olarak da bilinen sekonder sargı adı verilir.

Çekirdek yapıların temel biçimleri Kalp-şeklindeki çekirdek türü ve kabuk türüdür.

• Kalp-şekilli çekirdekli transformatör

Çekirdek-tipi bir transformatörün sütunları sargılarla çevrilidir. Basitçe söylemek gerekirse, sargılar çekirdeği çevreleyerek yapıyı nispeten basit hale getirir ve montajı ve yalıtılmasını daha kolay hale getirir; bu nedenle transformatörler genellikle çekirdek-tipi bir yapı kullanır.

• Kabuk-tipi transformatör

Kabuk-tipi bir transformatörde çekirdek, sargıyı çevreler. Kabuk-tipi transformatörler yüksek mekanik dayanıma ve çıkıntılı köşelere sahiptir, ancak üretim süreçleri karmaşıktır ve daha fazla malzeme gerektirir. Genellikle yalnızca düşük-voltajlı, yüksek-akım transformatörlerinde veya küçük-kapasiteli güç transformatörlerinde kullanılırlar.

2. Transformatörün Temel Çalışma Prensibi

Transformatör elektromanyetik indüksiyon prensibine göre çalışır.

Primer sargının her iki ucuna uygun bir AC güç kaynağı bağlandığında, besleme voltajının etkisi altında u₁, bir AC akımı i₀ birincil sargıdan akar ve birincil sargıda bir manyetomotor kuvveti oluşturur. Bu, çekirdekte alternatif bir manyetik akı ϕ'yi harekete geçirir. Bu alternatif akı ϕ hem birincil hem de ikincil sargıları birbirine bağlar. Elektromanyetik indüksiyon yasasına göre indüklenen elektromotor kuvvetler e₁ve e₂sırasıyla birincil ve ikincil sargılarda üretilir. İndüklenen elektromotor kuvvetin etkisi altında e₂İkincil sargı yüke güç sağlayarak enerji aktarımını sağlayabilir.

Birincil ve ikincil sargılarda indüklenen elektromotor kuvvetlerin oranı, birincil ve ikincil sargılardaki sarım sayısının oranına eşittir. İndüklenen elektromotor kuvvetin büyüklüğü e₁birincil tarafta uygulanan gerilime yakın u₁birincil tarafta, indüklenen elektromotor kuvvetin büyüklüğü e₂ikincil tarafta u çıkış voltajına yakın₂ikincil tarafta.

Bu nedenle, birincil veya ikincil sargıdaki sarım sayısını bir veya iki kez değiştirerek, çıkış voltajı u₂ayarlanabilir. Bu, bir voltaj seviyesindeki bir AC güç kaynağını aynı frekansta ancak farklı bir voltaj seviyesindeki bir AC güç kaynağına dönüştürmek için elektromanyetik indüksiyon prensibini kullanan bir transformatörün temel çalışma prensibidir.

2. Transformatörün Temel Fonksiyonları

Bir transformatörün temel işlevleri arasında voltaj dönüşümü, akım dönüşümü, empedans dönüşümü, izolasyon ve voltaj regülasyonu bulunur.

Gerilim Dönüşümü: Transformatörler, farklı elektrik ihtiyaçlarını karşılamak için alternatif akımın gerilimini artırabilir veya azaltabilir. Örneğin, bir-yükseltme transformatörü, iletim sırasında enerji kaybını azaltmak amacıyla bir elektrik santralindeki voltajı artırmak için kullanılırken, bir-alçaltma transformatörü, yüksek voltajı güvenli bir kullanım voltajına düşürmek için kullanılır.

Akım dönüşümü: Bir transformatör, gerilimi değiştirerek akımı da buna uygun olarak değiştirir. Gücün korunumu yasasına göre, voltaj arttığında akım azalır ve bunun tersi de geçerlidir. Bu özellik, mevcut yükleri etkili bir şekilde yönetebildikleri için transformatörleri güç aktarımında çok önemli kılmaktadır.

Empedans dönüşümü: Transformatörler bir devrenin empedansını değiştirerek onu farklı yük koşullarına daha uygun hale getirebilir. Bu, sinyal aktarım verimliliğini artırabileceğinden ses ekipmanlarında ve diğer elektronik cihazlarda özellikle önemlidir.

İzolasyon: Transformatörler, ekipmanın ve kullanıcıların güvenliğini koruyarak elektriksel izolasyon sağlayabilir. Bu izolasyon, yüksek voltajın düşük-gerilimli ekipmanlara zarar vermesini engelleyerek ekipmanın güvenli çalışmasını sağlar.

Gerilim Düzenlemesi: Gerilim kararlılığının korunmasına yardımcı olmak ve güç sisteminin güvenilirliğini ve kararlılığını sağlamak için belirli tipte transformatörler (doydurulabilir reaktörler gibi) gerilim regülasyonu için kullanılabilir.

4.Transformatörlerin Sınıflandırılması

4.1 Kapasiteye göre sınıflandırılmıştır

• Küçük transformatör: 10KV'nin altındaki voltaj, 1 ila 500KVA arası kapasite.

• Küçük ve orta{0}}boyutlu transformatörler: 35 kV ve altı gerilim, 630 - 6300 kVA arası kapasite.

• Büyük transformatörler: 110 kV ve altındaki gerilim, 8000 ile 63000 kVA arası kapasite.

4.2 Kullanıma Göre Sınıflandırılmış

• Güç transformatörü: Güç iletim ve dağıtım sistemlerinde yükseltme, azaltma, dağıtım ve ara bağlantı için kullanılır veya özellikle enerji santralleri ve trafo merkezleri için transformatör olarak kullanılır.

• Alet transformatörleri: Ölçme aletleri ve röle koruma cihazları için kullanılan gerilim transformatörleri ve akım transformatörleri gibi.

• Güç transformatörü: Genel mekanik ekipmanın güç kaynağı, aydınlatma ve göstergelerinin kontrolü için kullanılır.

• Elektronik transformatör: Anahtar-modlu güç kaynakları, ses, darbe ve empedans uyumu gibi elektronik devrelerde kullanılır.

• Test transformatörü: Elektrikli ekipmanlar üzerinde yüksek-voltaj testleri gerçekleştirmek için yüksek voltaj üretebilen.

• Özel transformatörler: elektrikli fırın transformatörleri, doğrultucu transformatörler, voltaj düzenleyici transformatörler vb.

4.3Transformatör sargılarının faz sayısına göre sınıflandırılmıştır

• Tek-fazlı transformatör: tek-fazlı yükler ve üç-fazlı transformatör kümeleri için kullanılır.

• Üç-fazlı transformatör: Üç-fazlı sistemlerde voltajı yükseltmek veya düşürmek için kullanılır.

4.4Trafo Soğutma Yöntemine Göre Sınıflandırılmıştır

• Kuru-tip transformatör: Hava konveksiyonuyla soğutulur ve genellikle yerel aydınlatma ve elektronik devreler gibi-küçük kapasiteli transformatörler için kullanılır.

• Yağa daldırılmış- transformatör: Yalıtım ve soğutma ortamı olarak transformatör yağı kullanan, çekirdeği ve sargıları tamamen yalıtım yağına daldırılmış bir transformatör.

4.5Trafo Sargı Bağlantı Tipine Göre Sınıflandırılmıştır

• Çift-sargılı transformatör: Güç sistemindeki iki voltaj seviyesini bağlamak için kullanılır.

• Üç-sargılı transformatör: Genellikle güç sisteminin bölgesel trafo merkezlerinde üç voltaj seviyesini bağlamak için kullanılır.

• Ototransformatör: Birincil ve ikincil sargılar, farklı voltajlardaki güç sistemlerini bağlamak için kullanılan tek bir sargıda birleştirilir. Aynı zamanda normal bir yükseltme-yukarı veya düşürme-transformatörü olarak da kullanılabilir.

4.6Trafo Çalışma Frekansına Göre Sınıflandırılmıştır

• Güç frekansı transformatörü: çalışma frekansı 50Hz veya 60Hz'dir.
• Ara frekans transformatörü: çalışma frekansı 400–1000Hz'dir.
• Ses frekans transformatörü: Çalışma frekansı 20Hz–20kHz'dir.

• Süpersonik Frekans Transformatörü: Çalışma frekansı 20 kHz'in üzerindedir, genellikle 100 kHz'i aşmaz.

• Yüksek-Frekans Transformatörü: Çalışma frekansı 20 Hz ile 100 kHz'in üzerinde olan bir transformatör.

5.Transformatörlerin Uygulama Senaryoları

5.1Güç Sistemi

• Enerji santralleri: Transformatörler, jeneratörler tarafından üretilen voltajı elektrik şebekesine iletmek üzere yükseltmek ve-uzun mesafeli elektrik iletimini mümkün kılmak için kullanılır.

• Trafo merkezleri: Trafo merkezlerinde, transformatörler çeşitli elektrikli ekipmanların ihtiyaçlarını karşılamak için yüksek-voltajlı elektriği düşük-voltajlı elektriğe dönüştürür. Transformatörler aynı zamanda reaktif güç kompanzasyonu ve gerilim ayarı gibi fonksiyonları da gerçekleştirerek güç sisteminin kararlı çalışmasını sağlar.

• İletim hatları: İletim hatlarında, enerji kaybını azaltmak amacıyla voltajı artırmak için transformatörler kullanılır ve-uzun mesafeli elektrik iletiminin verimli bir şekilde sağlanması sağlanır.

5.2 Sivil Sektör

• Ev elektriği: Güç transformatörleri, yüksek-voltajlı elektriği ev kullanımına uygun düşük-voltajlı elektriğe dönüştürerek konut sakinlerinin normal elektrik tüketimini sağlar.

• Pillerin şarj edilmesi: İster dizüstü bilgisayar, ister telefon, ister elektrikli araç olsun, bu cihazların çalışması için pillere ihtiyaç vardır ve pillerin şarj edilmesi için bir transformatör gerekir. Transformatörün ana işlevi voltajı düzenlemek ve kaçak akımların veya aşırı akımların cihazlardan geçmesini önlemektir.

5.3İletişim Alanı

İletişim transformatörleri, iletişim devrelerinin kalitesini ve durumunu düzenlemek için telefon terminal devrelerinde ve ana hat ürünlerinde kullanılır. Ayrıca iletişim transformatörleri kablolu modemlerde, ağ kartlarında, hub'larda, xDSL geniş bant iletişim ekipmanlarında, anahtarlarda, fiber optik alıcı-vericilerde, yönlendiricilerde, gömülü sistemlerde ve VoIP ağ iletişim cihazlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

5.4Diğer Özel Uygulamalar

• Ses Ekipmanı: Ses transformatörleri, bir devreden geçen sinyaller için izolasyon sağlamak ve kaynak ile yükün empedans değerlerinin eşleştirilmesine yardımcı olmak için yaygın olarak kullanılır. Ayrıca istenmeyen veya gürültülü sinyalleri ortadan kaldırabilir ve giriş sinyalini filtreleyebilirler. Bu tip transformatörler, duyulabilir aralıktaki sinyalleri, yani 20Hz ile 20kHz arasındaki frekanslara sahip sinyalleri işlemek için özel olarak tasarlanmıştır.

• Ölçme Aletleri: Akım ölçerler, gerilim ölçerler ve diğer çeşitli ölçüm aletleri ve cihazları genel operasyon için genellikle transformatörleri kullanır. Örneğin, ölçüm akım transformatörleri, ölçüm cihazını devrenin geri kalanından izole ederek ve büyük akımları ampermetreye beslemeden önce bastırarak veya optimum değerlere düşürerek devre için gerekli güvenliği sağlar.

• Düzeltme: Doğrultucu transformatörler, motor kontrolü, madencilik, elektrikli fırınlar, Ar-Ge laboratuvarları, yüksek-voltaj DC iletimi ve daha fazlasını içeren uygulamalarla AC'yi DC'ye dönüştürebilir.