Hareketli parçası olmayan (statik bir makine olan) transformatör, bir enerji dönüşüm makinesi olmamasına rağmen birçok enerji dönüşüm sistemlerinde kullanılır. Transformatörler,güç sistemlerinin en uygun gerilimi üreterek, en ekonomik ve en uygun güç ile transferini mümkün kılar. Transformatör, ortak manyetik akı ile birleştirilmiş iki veya daha fazla sargıdan oluşur. Transformatörün analizi elektrik makineleri için birçok temel prensibi öğretir. Yüksek akı yoğunluğu elde etmek için bu cihazlarda da ferromanyetik malzeme kullanılır. Demir çekirdekli transformatörler, yüksek güçlerde kullanılırbu tip trafoların manyetik kutupları da çok önemlidir.
Genelde kullanılan iki yaygın tip imalat şekli aşağıda gösterilmiştir;
Çekirdek tipinde sargılar dikdörtgen şeklindeki manyetik çekirdeğin iki bacağı etrafına sarılır; mantel tipte sargılar üç bacaklı çekirdeğin orta bacağına sarılır.
Çekirdek kayıplarını azaltmak için ince laminasyonlar seçilir. Birkaç yüz Hertz frekansa kadar, silikon çelik ve kalınlıkları 0,014inch (0,035cm) olan laminasyonlar seçilir. Trafolarda “T” ve “E” tipi laminasyonlar kullanılır.Hava aralığını ortadan kaldırmak içinj, bu laminasyonlar uygun şekilde yerleştirilir.
Sargılar arasına çizilen düşey 2 çizgi, sargılar arasındaki manyetik kuplajı gösterir.Bu sargı alternatif gerilim kaynağına bağlıdır ve sekonder sargı adını alır.
Sarım sayısı yüksek olan sargıda yüksek gerilim olduğundan, bu sargıya aynı zamanda yüksek gerilim sargısı da denir. Diğer sargı alçak gerilim sargısı adını alır.
Manyetik kuplajın sıkı olmasını temin etmek amacıyla, sargılar bobinler şeklinde yapılıp, diğerinin üzerine veya yanına konur. Genelde alçak gerilim sargıları çekirdeğe daha yakın konulur.
Trafoların birinci görevi gerilim seviyesini değiştirmektir.
Trafoların diğer kullanım alanı güç ve kontrol devrelerinde bir devreyi diğerinden galvanik olarak yalıtmak içindir
Trafolar ayrıca gerilim ve akım ölçmek için kullanılır.
İDEAL TRANSFORMATÖR
İki sargılı bir trafo göz önüne alalım. Primer sargısında N1, sekonderinde N2 sarım olsun. Trafoların sarılış şekilleri yapraklı olmasına rağmen, sembolize şekli ile gösterilirler.
İdeal trafonun özelliklerinde şu kabulleri yapalım;
1) Sargı dirençleri ihmal edilmektedir.
2) Kaçak akı yoktur. Çekirdek kayıpları ihmal edilmektedir.
3)Çekirdeğin permeablitesi sonsuzdur (μ=∞). Bu sebepten, çekirdekte akı oluşturmak için gerekli uyarma akımı ihmal edilebilir. Yani çekirdekte akı oluşturmak içi net mmf 0’dır.
Primer sargıya zamanla değişen bir alternatif gerilim uygulanırs, çekirdekte zamanla değişen Φ akısı meydana gelir. Sargıda e1 gerilimi endüklenir ve bu gerilim uygulanan gerilime eşittir. (Sargının direnci ihmal edildiği için.)
V1 sinüsodial ise, efektif değerleri göz önüne alınarak;
Bulunur. a sargıların sarım sayısı oranıdır. Son denklemden, gerilimlerin oranının, sargıların oranına eşit ve doğru orantılı olduğu görülür.
Şekildeki anahtarı kapatarak, trafonun sekonder sargılarına bir yük bağlandığında, sekonder sargıda i2 akımı akar, Sekonder sargı çekirdekte magnetomotor kuvveti oluşturur. Bu kuvvet primer sargıda i1 akımının akmasına neden olur. N1, i1’i; N2, i2’yi karşılar. Akı oluşturmak için ideal bir çekirdekte mmk sıfır olduğu için;
Buradan çekirdek akımlarının oranı sarım sayılarının oranı ile ters orantılı olduğu görülür. Yük sekonder sargıdan daha fazla akım çekerse, trafoda kaynaktan fazla akım çeker.
Giriş tarafındaki ani gücün çıkış tarafındaki ani güce eşit olduğu görülür. Bu da tabiidir, çünkü tüm kayıplar ihmal edilmiştir. Beslenme kaynağı ile yük arasında fiziksel hiçbir bağlantı olmamasına rağmen beslenme kaynağından çıkan güç tamamen yüke aktarılmaktadır.
Empedans Transferi
İdeal transformatördeki empedans transferi
Giriş Empedansı
Bir transformatörün sekonderine bağlanan Z2 empedansı primerden bakıldığında Z1 (Z2’) olarak görülürSekonder empedansı, primer empedansa sarım sayısı oranı karesi olarak dönüştürülebilir. Primer empedansı da benzer şekilkde sekondere dönüştürülebilir.
Çıkış Empedansı
ÖRNEK SORU:
9Ω omik empedansı olan bir hoparlör 10V’luk ve iç direnci (omik) 1Ω olan kaynağa bağlanmaktadır.
a) Hoparlörün çektiği gücü hesaplayınız.
b) Hoparlöre transfer edilen gücü maksimize etmek amacıyla a=1/3 sarım sayıları oranı olan bir trafo kullanılmaktadır. Hoparlörün çektiği gücü bulun.
a)
b) Hoparlörün direnci primer tarafa transfer edilirse;
