Eşdeğer devrelerin parametrelerini bulmak için iki basit deney yapılır. Bunlar, primer giriş gerilim, akım ve gücünün ölçüldüğü, sekonderin kısa devre ve açık devre (boşta) çalışma incelemeleridir.

Üç fazlı ya da bir fazlı transformatörün kataloğunda aşağıdaki parametrelerin verilmesi gerekir;

S_N= Görünür Gücü (kVA,MVA)

V₁/V₂= Faz gerilimleri (bir fazlı) ya da hat gerilimleri (üç fazlı) (V, kV)

P₀= Boşta çalışma güç kayıpları (W, kW)

I_kd= Boşta çalışma akımı (%)

P_kd= Kısa devre güç kayıpları (W, kW)

V_kd= Kısa devre gerilimi (%)

KISA DEVRE DENEYİ

Kısa devre deneyi ile R_eş+jX_eş eşdeğer seri empedans bulunabilir. Kısa devre edilecek sargıların seçimi isteğe bağlı olmasına rağmen, karışıklık olmaması için burada transformatörün sekonder sargıları kısa devre edilerek, gerilim primere uygulanacaktır. Kolaylık açısından deneylerde genellikle yüksek gerilim tarafı primer seçilir. Normal transformatörlerde eşdeğer seri empedans küçük olduğundan, primere uygulanan geriliminin anma gerilimin %10 veya %15’i arasında veya daha az uygulanması anma akımının çekilmesine neden olur.

Yukarıdaki resim sekonderi primere indirgenmiş transformatörün eşdeğer devresini göstermektedir. Burada kısa devre sekondere uygulanmıştır. Bu şartlar altında primer uçlardan görülen kısa devre empedansı Z_kd şu şekilde hesaplanır;

Z_φ uyarma kolu empedansının sekonder kaçak empedansından çok daha büyük olması nedeniyle (Primere uygulanan aşırı gerilim nedeniyle çekirdek iyice doymaya gitmedikçe bu doğrudur; burada böyle bir durum yoktur), kısa devre empedansı yaklaşık olarak aşağıdaki gibidir.

Bu deney için V_kd uygulanan gerilimin, I_kd kısa devre akımının ve P_kd gücün etkin değerleriklasik ölçü aletleri kullanılarak ölçülür. Bu ölçümler kullanılarak eşdeğer direnç ve reaktans (primere indirgenmiş) aşağıdaki formüllerden bulunur.

Burada || sembolü karmaşık değerin genliğini belirtir.

AÇIK DEVRE DENEYİ

Açık devre (boşta çalışma) deneyi sekonder açık devre iken anma primer gerilimde yapılır. Bu durumda, tam yük akımının yüzde bir kaçı kadar ( büyük güçlü transformatörlerde daha az ve küçük transformatörlerde daha fazla ) bir uyarma akımı oluşur. Anma gerilimi normal işletme şartları altındaki akı seviyesine yakın mıknatıslanma reaktansı oluşacak şekilde seçilir. Eğer transformatör anma değerinden farklı bir gerilimde çalışacaksa, deney bu gerilimde yapılmalıdır. Kolaylık için genellikle deneyde alçak gerilim tarafı primer olarak seçilir. Eğer bu deneyde kısa devre deneyine göre primer olarak diğer sargı seçilirse, transformatörün aynı tarafından ölçülen değerlerden bu parametrelerin bulunması için indirgeme taraflarına dikkat edilmelidir.

Yukarıdaki resimde sekonder empedansı primere indirgenmiş ve sekonder tarafı açık devre olan transformatör eşdeğer devresini göstermektedir. Primerden bakarak açık-devre empedansı Z₀ bu şartlar altında aşağıdaki gibidir.

Uyarma kolunun empedansı oldukça büyük olduğundan, uyarma akımının sebep olduğu primer kaçak empedanstaki gerilim düşümü ihmal edilebilir ve primere uygulanan V₀ gerilimi, çekirdekteki akı tarafından endüklenen E₀ emk’ya çok yakın değerdir. Benzer şekilde uyarma akımının sebep olduğu primer I²₀R₁ kayıpları ihmal edilebilir, çünkü boşta çalışma gücü P₀ çekirdek kayıpları E₀²/R_c değerine oldukça yakındır. Yani primer kaçak empedansı ihmal edip açık devre empedansına mıknatıslanma empedansını yaklaşık olarak eşit kabul edebiliriz.

Kısa devre deneyindeki gibi bu deney için de kullanılan cihazlarla V₀ uygulanan gerilimin etkin değeri, I₀ açık devre akımı ve P₀ gücü ölçülecektir. Kaçak empedansı iptal ederek ve bu üç ölçüm değerini kullanarak, mıknatıslanma direnci ve reaktans ( primer tarafa göre) şu şekilde hesaplanır;

Elde edilen değerler bu deneyde primer olarak seçilen tarafa göredir.

ÖRNEK SORU

1Φ Bir trafoda 10kVA, 2200/220V, 60Hz aşağıdaki değerler okunmuştur. Açık devre (yüksek gerilim tarafı açık) olan durumda Voltmetreden 220V, Ampermetreden 2.5A, Wattmetreden 100W; Kısa devre için (Alçak gerilim tarafı kısa devre) Voltmetreden 150V, Ampermetreden 4.55A, Wattmetreden 215W değerleri ölçülmüştür.

(a) Alçak ve yüksek gerilim sargıları için parametreleri bulun

(b) Boşta çalışma ve kısa devre deneyleri için güç faktörlerini bulun.

ÇÖZÜM

V₁=V_H=2200V

V₂=V_L=220V

2200/220=10=a

V₁*i₁=V_i*i₂=10000V

İ₁=i_H=10000/2200=4,55A

İ₂=i_L=10000/220=45,5A

(a)

Eşdeğer devre (boşta çalışma karakteristiği için) sekonder tarafa 220V uygulayalım.

Güç,

P_CL=(V_L)²/R_CL   ;  R_CL=(220)²/100    P_CL=484Ω

İ_CL=220/484=0,45A    İ_CL=0,45A

İ_ML=√[(i_L)²-(i_CL)²]= =√[(2,5A)²-(0,45A)²]=2,46A     İ_ML=2,46A

X_ML=V_ML/i_ML=220V/2,46A=89,4Ω    X_ML=89,4Ω

Yüksek gerilim tarafına ait parametreler;

Sarım oranı=10

R_CH=a²*R_CL=100*484=48400Ω

X_MH=100*89,4=8940Ω

Kısa devre karakteristiğinden (alçak gerilim tarafı kısa devre)

Güç=> P_SC=i_H²×R_eqH

R_eqH=215W/(4,55)²=10,4Ω    R_eqH=10,4Ω

Z_eqH=V_H/i_H=150/4,55=32,97Ω    Z_eqH=32,97Ω   

X_eqH=(Z_eqH²-R_eq.H²)^(1/2)=( 32,97²-10,4²)^(1/2)=31,9Ω     X_eqH=31,9Ω

Bu parametreleri alçak gerilim kısmına indirgersek;

R_eqL=R_eqH/(a)²=10,4/100=0,104Ω    R_eqL=0,104Ω

X_eqL=31,9/100=0,319Ω    X_eqL=0,319Ω

Burada paralel empedansın seri empedansa göre çok daha büyük olduğu görülmektedir.

(b)

Boşta güç faktörü;

Güç faktörü=Güç/(Gerilim×Akım)

Cosϕ=100/(220V*2,5A)=0,182

Kısa devre güç faktörü;

Güç faktörü=Güç/(Gerilim×Akım)

Cosϕ=215/(150V*4,55A)=0,315