TRANSFORMATÖR (TRAFO) NEDİR?
TransformatörTransformatör ya da trafo, A.C sistemlerde gerilimin seviyesini frekans değiştirilmeden manyetik indüksiyon yoluyla dönüştürmek için kullanılan ve hareketli parçası bulunmayan bir elektrik makinesidir.

Transformatörler genellikle enerji iletiminde ve dağıtımında kullanılır. Elektrik enerjisinin santrallerden, kullanım alanlarına iletimi sırasında hatlarda ısı şeklinde güç kaybı ve gerilim düşümü olur. Bu durumu asgariye indirmek için güç sabit tutulup gerilimin yükseltilmesi gerekir. Bu akımın düşürülmesi demektir. Böylece hatlarda kullanılan iletkenlerin kesitleri küçülür, kayıplar azalır ve iletken maliyeti dolayısıyla da iletim maliyetleri düşer.

Genel olarak transformatörler bir elektrik devresinde voltaj veya akımı indirmek veya yükseltmek için kullanılır. Elektronikte ise esas olarak farklı devrelerdeki yükselticileri birleştirmek, doğru akım dalgalarını daha yüksek bir değerdeki alternatif akıma çevirmek ve sadece belirli frekansları iletmek için kullanılır. İzolasyon amacıyla ve bazen de sığaçlar ve dirençlerle beraber kullanılır. Elektrik akım iletiminde, esas olarak voltajı yükseltmek veya düşürmek için kullanılır. Ölçü aletlerinde özel transformatörler kullanılır.

Transformatörlerin Yapısı ve Çalışma Prensibi
Transformatörler; ince, silisli (silis, oksijen ve silisyumdan oluşan çok dayanıklı bir malzemedir) saclardan oluşan kapalı bir manyetik gövde ile bunun üzerine sarılan yalıtılmış iletken sargılarından oluşur. Temelde transformatörde iki sargı bulunur. Bu sargılardan biri primer (birincil) sargı, diğeri ise sekonder (ikincil) sargıdır.

Primer ve sekonder sargılarının elektriksel bir bağlantısı yoktur. Transformatörlerin primer ve sekonder sargıları birbirlerinden elektriksel olarak yalıtıldıkları gibi nüveden de yalıtılır. Yalıtkan olarak pres bant, kâğıt, mika, bazı plastik maddeler, çeşitli yağlar, pamuk reçine, ağaç takozlar ve pertinaks gibi bazı maddeler kullanılır.

Transformatörün Yapısı

Transformatörün primer sargısına alternatif bir gerilim uygulandığında, bu sargı değişken bir manyetik alan oluşturur. Bu alan, üzerinde sekonder sargısının da bulunduğu manyetik demir nüve üzerinde devresini tamamlar. Primere uygulana alternatif gerilimin zamana bağlı olarak her an yön ve şiddeti değiştiğinden oluşturduğu manyetik alanında her an yönü ve şiddeti değişir. Bu alanın sekonder sargılarını kesmesi ile sargılarda alternatif bir gerilim endüklenir.

Transformatörlerin primer sargılarına doğru gerilim uygulandığında yine bir manyetik alan meydana gelir. Ancak bu manyetik alan, sabit bir alandır. Bu alanın yönü ve şiddeti değişmeyeceğinden sekonder sargılarında bir (elektro motor kuvveti) endüklemesi söz konusu olmaz.

Transformatörlerin Dönüştürme Oranı
Transformatör Dönüştürme OranıTransformatörlerin primer ve sekonder sarım sayıları, gerilimleri ve akımları arasında sabit bir oran vardır.

Bu orana dönüştürme oranı denir. Dönüştürme oranına göre primer sarım sayısı ve gerilimi sabit kabul edilirse sekonder sarım sayısı artırılırsa sekonder gerilimi artar ve sekonder akımı düşer. Sekonder sarım sayısı az olursa sekonder gerilimi düşer.

Transformatörler, gerilimi alçaltma ve yükseltme şekline göre iki çeşittir:

Alçaltıcı Transformatörler : Primer sargısına uygulanan gerilimi sekonder sargısından daha alçak bir şekilde aldığımızda bu tip transformatörlere alçaltıcı tip transformatörler denir.

Yükseltici Transformatörler : Primer sargısına uygulanan gerilimi sekonder sargısından daha yüksek bir şekilde aldığımızda bu tip transformatörlere yükseltici tip transformatörler denir.

Transformatör Kayıpları
Transformatörlerin döner parçaları olmadığından sürtünme ve rüzgar kayıpları gibi bir takım kayıpları yoktur. Bu nedenle verimleri diğer elektrik makinalarına göre daha yüksektir. Ancak bütün elektrik makinelerinde olduğu gibi transformatörlerin de kayıpları vardır. Bu kayıplar; demir kayıpları ve bakır kayıpları olmak üzere iki çeşittir.

Demir Kayıpları : Transformatörde boş çalışmada oluşan kayıplardır. Çok küçük olan boştaki akımın oluşturduğu bakır kayıpları dikkate alınmazsa, boş çalışmada yalnız demir kayıpları söz konusu olur. Demir kayıpların nüve veya çekirdek kayıpları da denilmektedir.

Demir kayıpları histerisiz ve fuko (fukolt) kayıpları olmak üzere ikiye ayrılır.

Histerisiz Kaybı : Demir gibi bazı ferromanyetik maddeler haricî manyetik alana maruz kaldıklarında geçici ya da kalıcı olarak manyetiklik sergilemeye başlar. Bu manyetiklik transformatör üzerinde var olan manyetik alana ters yöndedir ve ısı olarak enerji kaybına neden olur. Bu kayba histerisiz kaybı denir. Histerisiz kaybı, nüve moleküllerinin frekansa bağlı olarak yön değiştirmesi sırasında moleküllerin birbirleri ile sürtünmeleri sonucu ısı şeklinde ortaya çıkar.

Fuko (Fukolt) Kaybı : Bir nüve üzerine sarılmış bir bobinden değişken akım geçirildiğinde nüve üzerinde gerilim indüklenir. Bu gerilim nüvede kapalı çevrimler halinde çok sayıda akım yollarının oluşmasına neden olur. Bu olay yalnızca nüve yüzeyinde değil içinde de meydana gelir. Kapalı minik halkalar şeklinde oluşan bu akımlara fuko akımları (eddy akımları) denir. Her bir kapalı akım yolundaki akım şiddeti doğrudan indüklenen gerilim ile orantılıdır. Akım şiddeti bu akım yolunun elektriksel direnci ile ters orantılıdır.

Bakır Kayıpları : Bakır kaybı genellikle transformatör sargıları veya diğer elektrikli cihazların iletkenlerinde elektrik akımının ürettiği ısı için kullanılan bir terimdir. Transformatörlerdeki bakır kayıpları sargıda kullanılan iletkenin direnci ve iletkenden geçen akımın karesi ile doğru orantılıdır. Düşük frekanslı uygulamalarda kalın kesitli ve düşük dirençli iletkenler kullanılması ile bakır kaybı minimum seviyelere çekilebilir. Bakır kayıpları 1000 kVA’nın altındaki güçlerde transformatörün görünür gücünün %3 ile % 4’ü kadardır.

Transformatör Çeşitleri
TransformatörUygulama alanlarına göre ihtiyaçlar farklı olduğundan birçok farklı tipte transformatör bulunmaktadır.

Transformatörler nüve tipine göre, faz sayısına göre, çalışma ortamına göre ve kullanım amacına göre sınıflandırılabilir.

Çekirdek Tipi TransformatörNüve Tipine Göre Transformatör Çeşitleri

Çekirdek Tipi Transformatör : Çekirdek tip nüveli transformatörlerde yalıtım için daha fazla yer ayrılmıştır. Bu tip transformatörler büyük güçlerde ve yüksek gerilimlerde kullanılır. Sargı kontrolü kolaydır.
Mantel Tipi Transformatör
Mantel Tipi Transformatör : Mantel tip trafolar alçak gerilimlerde kullanılır. Sargılar manyetik nüve tarafından sarılmış durumdadır. Demir yolu kısa ve mıknatıslanma akımı küçüktür. Bu nedenle mantel nüveye sahip olan transformatörler zayıf akım uygulamalarında kullanılır. Sargılar dış etkilere karşı iyi korunur.


Dağıtılmış Tip TransformatörDağıtılmış Tip Transformatör : Dağıtılmış tip nüveye sahip transformatörler üstten bakıldığında "+" işaretine benzer. Bu nüveye sahip transformatörlerde kaçak alanlar küçük olduğu için boşta çalışma akımı ve iç gerilim düşümleri azdır. Soğutulması daha kolaydır.

Faz Sayısına Göre Transformatör Çeşitleri

Tek Fazlı Transformatörler : Tek fazlı transformatörlerde tek primer sargısı bulunur. Primer sargısı tek fazlı giriş sinyali içindir. Sekonder sargısı amaca göre bir veya birden fazla olabilir.

Çok Fazlı Transformatörler : Çok fazlı transformatörlerde iki veya ikiden fazla primer sargısı bulunur. Sekonder sargısı amaca göre iki veya ikiden fazladır. Çok fazlı transformatörler çoğunlukla üç fazlı sarılırlar. Primer ve sekonder sargı sayılarına göre; Primer ve sekonderi aynı sayı da faza sahip olanlar ve primer ve sekonderi aynı sayıda faza sahip olanlar olmak üzere ikiye ayrılırlar.

Çalışma Ortamına Göre Transformatör Çeşitleri

Transformatörler boyutları bakımından belki de en çok çeşitliliğe sahip elektrik devre elemanıdır. Elektrik enerjisi ve bu enerjinin dönüştürülmesine her alanda ihtiyaç duyulur. Bu nedenle transformatörlerin her çalışma ortamında kullanılması zorunlu hâle gelmiştir. Transformatörlerin kullanıldıkları ortama göre soğuk hava şartlarına, yağışlara, toza, suya, su basıncına ve sı caklığa karşı iyi şekilde korunabilmektedir. Transformatörlerin başlıca çalışma ortamlarına göre; Platform tipi transformatörler, Yer altı tipi transformatörler, Su altı tipi transformatörler, İç mekân tipi transformatörler şeklinde sınıflandırılır.

Kullanım Amacına Göre Transformatör Çeşitleri

Düşürücü Tip Transformatör : Kullanım alanı en yaygın transformatör tipidir. Bu tip transformatörlere alçaltıcı tip transformatörler de denir. Primer sargıya uygulanan alternatif gerilimden daha küçük bir alternatif gerilim sekonder sargıdan alınıyorsa bu tip transformatörlere düşürücü tiptransformatör denir. Düşürücü tip transformatörler evlerimizdeki gece lambalarında, şarjlı süpürgelerde, cep telefonlarının şarj aletlerinde vb. cihazlarda kullanılır.

Yükseltici Tip Transformatör : Primer sargısına uygulanan alternatif gerilimden daha büyük bir alternatif gerilim sekonder sargıdan alınıyorsa bu tip transformatörlere yükseltici tip transformatör denir. Televizyonlarda ve enerji nakil hatlarındaki yüksek gerilim bu tip transformatörler ile oluşturulur.

Ölçü Transformatörleri : Alternatif akımda yüksek gerilimlerin ve büyük akımların ölçü aletleri ile ölçülmesi zordur. Bu nedenle yüksek gerilim ve büyük akımların ölçülmesi için ölçü transformatörleri kullanılır. Ölçü transformatörleri yardımı ile yüksek gerilimler ve büyük akımlar, transformatörün sekonder sargısında ölçü aletlerinin ölçebileceği değerlere düşürülür. Ölçü transformatörleri, ölçmelerin güvenli bir biçimde, kolay ve doğru bir şekilde yapılmasını sağlar. İki ayrı özellikte ölçü transformatörü vardır. Bunlar; akım transformatörleri ve gerilim transformatörleridir.

Yalıtım Transformatörleri : Yalıtım trafolarında amaç gerilim dönüşümü değildir. Bu transformatörlerin kullanım amacı iki devreyi elektriksel olarak birbirinden yalıtmaktır. Bu tip transformatörlerde primer sargısına uygulanan gerilim sekonderden aynı şiddette alınır.

Oto Transformatör : Primer sargısının bir kısmı veya tamamının sekonder sargı olarakta kullanıldığı ve aynı manyetik alanın etkisinde kalan tip transformatörlerdir. Normal transformatörlerde primer ve sekonder olmak üzere iki ayrı sargı bulunur. Oto transformatörlerde ise tek bir sargı bulunur. Primer ve sekonder sargı görevini yaparlar. Sargı sayısı bire düşürüldüğünde kaçak reaktansları azalmıştır. Oto transformatörlerinde çok sayıda dışarıya uç cıkartılarak değişik değerlerde gerilim elde edilir. Bu bakımdan oto transformatörleri potansiyometre gibi kullanılır.

Bahsedilen çeşitlerin dışında hat transformatörü, empedans uygunlaştırma transformatörü vb. çeşitleri de bulunmaktadır

Transformatörler daha çok, enerji iletimi ve dağıtımında kullanılır. Bunun yanı sıra birçok cihazda gerilim dönüştürücü olarak kullanılır.

Elektrik enerjisinin santrallerden, kullanım alanlarına iletimi sırasında hatlarda ısı şeklinde güç kaybı ve gerilim düşümü olur. Bu durumu asgariye indirmek için güç sabit tutulup gerilimin yükseltilmesi gerekir. Bu akımın düşürülmesi demektir. Böylece hatlarda kullanılan iletkenlerin kesitleri küçülür, kayıplar azalır ve iletken maliyeti dolayısıyla da iletim maliyetleri düşer.

Transformatörün Yapısı
Transformatör, A.C sistemlerde gerilimin seviyesini frekans değiştirilmeden manyetik indüksiyon yoluyla dönüştürmek için kullanılan ve hareketli parçası bulunmayan bir elektrik makinesidir. Transformatörler; ince, silisli (silis, oksijen ve silisyumdan oluşan çok dayanıklı bir malzemedir) saclardan oluşan kapalı bir manyetik gövde ile bunun üzerine sarılan yalıtılmış iletken sargılarından oluşur. Şekil 4.1’de transformatörün yapısı görülmektedir.

Temelde transformatörde iki sargı bulunur. Bu sargılardan biri primer (birincil) sargı diğeri ise sekonder (ikincil) sargıdır. Primer ve sekonder sargılarının elektriksel bir bağlantısı yoktur.

Transformatörlerin primer ve sekonder sargıları birbirlerinden elektriksel olarak yalıtıldıkları gibi nüveden de yalıtılır. Yalıtkan olarak pres bant, kâğıt, mika, bazı plastik maddeler, çeşitli yağlar, pamuk reçine, ağaç takozlar ve pertinaks gibi bazı maddeler kullanılır.

transformatorun-yapisi

Transformatörün Çalışma Prensibi
Transformatör, enerjinin değişken manyetik akı yoluyla bir iletkenden diğerine aktarılması prensibine göre çalışır. Manyetik akı bir A.C gerilim kaynağı tarafından oluşturulur. Primer sargısı uçlarına A.C gerilim uygulandığında sargı üzerinden bir alternatif akım geçer. Bu alternatif akım nüve üzerinde yönü ve şiddeti sürekli değişen bir manyetik akı oluşturur. Nüve üzerinde oluşan manyetik akı sekonder sargısı uçlarında bir A.C gerilim indüklenmesine neden olur. Böylece primer uçlarındaki A.C gerilim sekonder uçlarında bir gerilim indüklenmesi sağlar. Şekil 4.2’de demir nüveli Transformatörde manyetik akı çizgileri görülmektedir.

transformator-nasil-calisir

Transformatörler alternatif gerilimin seviyesini dönüştürme dışında başka uygulamalarda da kullanılabilir. Bu uygulamalardan en yaygın olanları empedans uygunlaştırma ve bir devreyi başka bir devreden elektriksel olarak yalıtmaktır

Transformatör Çeşitleri
Uygulamada ihtiyaçlar çok farklı olduğundan transformatör çeşitleri de fazladır. Bu sebeple transformatörler farklı gruplar altında incelenmektedir.

Nüve Tipine Göre
Transformatör nüvelerinin türüne göre üç şekilde sınıflandırılır. Bunlar çekirdek tipi, mantel tip ve dağıtılmış tip nüveye sahip transformatörlerdir.

Çekirdek tipi

Çekirdek tip nüveli transformatörlerde yalıtım için daha fazla yer ayrılmıştır. Bu tip transformatörler büyük güçlerde ve yüksek gerilimlerde kullanılır. Sargı kontrolü kolaydır. Şekil 4.3’te çekirdek tip nüve görülmektedir.

transformator-cesitleri-nelerdir

Mantel tipi
Mantel tip trafolar alçak gerilimlerde kullanılır. Sargılar manyetik nüve tarafından sarılmış durumdadır. Demir yolu kısa ve mıknatıslanma akımı küçüktür. Bu nedenle mantel nüveye sahip olan transformatörler zayıf akım uygulamalarında kullanılır. Sargılar dış etkilere karşı iyi korunur. Şekil 4.4’te mantel tipi transformatör ve sac şekilleri gösterilmiştir.

mantel-tipi-trafo-transformator

Dağıtılmış tip
Dağıtılmış tip nüveye sahip transformatörler üstten bakıldığında “+” işaretine benzer. (Şekil 4.5)Bu nüveye sahip transformatörlerde kaçak alanlar küçük olduğu için boşta çalışma akımı ve iç gerilim düşümleri azdır. Soğutulması daha kolaydır.

dagitilmis-tip-trafo

Faz Sayısına Göre
Transformatör faz sayısına göre iki şekilde sınıflandırılır. Bunlar tek fazlı ve çok fazlı transformatörlerdir.

Tek fazlı transformatörler
Tek fazlı transformatörlerde tek primer sargısı bulunur. Primer sargısı tek fazlı giriş sinyali içindir. Sekonder sargısı amaca göre bir veya birden fazla olabilir.

Çok fazlı transformatörler
Çok fazlı transformatörlerde iki veya ikiden fazla primer sargısı bulunur. Sekonder sargısı amaca göre iki veya ikiden fazladır. Çok fazlı transformatörler çoğunlukla üç fazlı sarılır. Primer ve sekonder sargı sayılarına göre;
Primer ve sekonderi aynı sayıda faza sahip olanlar (bir, iki, üç, altı, on iki fazlı transformatörler),
Primer ve sekonderi farklı sayıda faza sahip olanlar (üç fazlı sistemi, iki, altı veya on iki faza dönüştüren transformatörler) şeklinde sınıflandırılır.

Çalışma Ortamına Göre
Transformatörler boyutları bakımından belki de en çok çeşitliliğe sahip elektrik devre elemanıdır. Elektrik enerjisi ve bu enerjinin dönüştürülmesine her alanda ihtiyaç duyulur. Bu nedenle transformatörlerin her çalışma ortamında kullanılması zorunlu hâle gelmiştir. Transformatörlerin kullanıldıkları ortama göre soğuk hava şartlarına, yağışlara, toza, suya, su basıncına ve sıcaklığa karşı iyi şekilde korunabilmektedir. Transformatörlerin başlıca çalışma ortamlarına göre;

Platform tipi transformatörler,
Yer altı tipi transformatörler,
Su altı tipi transformatörler,
İç mekân tipi transformatörler şeklinde sınıflandırılır.

Kullanma Amacına Göre

Düşürücü tip transformatör
Kullanım alanı en yaygın transformatör tipidir. Bu tip transformatörlere alçaltıcı tip transformatörler de denir. Primer sargıya uygulanan alternatif gerilimden daha küçük bir alternatif gerilim sekonder sargıdan alınıyorsa bu tip transformatörlere düşürücü tip transformatör denir.

Düşürücü tip transformatörler evlerimizdeki gece lambalarında, şarjlı süpürgelerde, cep telefonlarının şarj aletlerinde vb. cihazlarda kullanılır.

Yükseltici tip transformatör
Primer sargısına uygulanan alternatif gerilimden daha büyük bir alternatif gerilimmsekonder sargıdan alınıyorsa bu tip transformatörlere yükseltici tip transformatör denir.

Televizyonlarda ve enerji nakil hatlarındaki yüksek gerilim bu tip transformatörler ile oluşturur.

Ölçü transformatörleri
Alternatif akımda yüksek gerilimlerin ve büyük akımların ölçü aletleri ile ölçülmesi zordur. Bu nedenle yüksek gerilim ve büyük akımların ölçülmesi için ölçü transformatörleri kullanılır. Ölçü transformatörleri yardımı ile yüksek gerilimler ve büyük akımlar, transformatörün sekonder sargısında ölçü aletlerinin ölçebileceği değerlere düşürülür. Ölçü transformatörleri, ölçmelerin güvenli bir biçimde, kolay ve doğru bir şekilde yapılmasını sağlar.

İki ayrı özellikte ölçü transformatörü vardır. Bunlar;
Akım transformatörleri,
Gerilim transformatörleridir.

Yalıtım (izolasyon) transformatörleri
Yalıtım trafolarım amaç gerilim dönüşümü değildir. Bu transformatörlerin kullanım amacı iki devreyi elektriksel olarak birbirinden yalıtmaktır. Bu tip transformatörlerde primer sargısına uygulanan gerilim sekonderden aynı şiddette alınır. Bahsedilen çeşitlerin dışında hat transformatörü, empedans uygunlaştırma transformatörü, oto transformatörü vb. çeşitleri de bulunmaktadır.

Fuko Kaybı
Bir nüve üzerine sarılmış bir bobinden değişken akım geçirildiğinde nüve üzerinde gerilim indüklenir. Bu gerilim nüvede kapalı çevrimler hâlinde çok sayıda akım yollarının oluşmasına neden olur. Bu olay yalnızca nüve yüzeyinde değil içinde de meydana gelir.(Şekil 4.7) Kapalı minik halkalar şeklinde oluşan bu akımlara fuko akımları (eddy –edi diye okunur- akımları) denir. Her bir kapalı akım yolundaki akım şiddeti doğrudan indüklenen gerilim ile orantılıdır. Akım şiddeti bu akım yolunun elektriksel direnci ile ters orantılıdır.

Fuko akımları nüvelerde aşırı ısınmaya neden olur. Isınma ise enerjinin kaybı anlamına gelir. Fuko akımlarını önleyebilmek için transformatörlerde nüve için ince saclar kullanılır, bu saclar birbirlerinden yalıtılır ve özdirenci yüksek iletkenler kullanılır.

fuko-kaybi-nedir
Alternatif gerilimin frekansı yükseldikçe fuko akım şiddeti de artar. Doğru akım devrelerinde frekans bileşeni olmadığı için fuko akımlarından söz edilemez