Transformatörler, elektrik enerjisini farklı voltaj seviyelerine dönüştüren cihazlardır. Bu nedenle, elektrik enerjisi üretim, dağıtım ve kullanım aşamalarında kritik öneme sahiptir. Bu makale, transformatörlerin nasıl çalıştığını, iç yapısındaki parçaların ne işe yaradığını ve hangi özelliklerine sahip olduğunu anlamanıza yardımcı olacaktır.
Transformatör Nasıl Çalışır?
Transformatöre alternatif gerilim uygulandığında primer sargısından alternatif akım geçer ve nüve üzerinde bir manyetik alan meydana getirir. Nüve üzerinde oluşan bu manyetik alan sekonder sargısını keserek gerilim endüklenir. Yani primere uygulanan gerilim eşit miktarda, düşük seviyede veya yüksek seviyede sekonderden alınır.
Transformatörün anlamı olan dönüştürme bu şekilde sağlanır.
Transformatörlerin primer sargılarına doğru gerilim uygulandığında sabit bir manyetik alan meydana gelir. Bu alanın yönü ve şiddeti değişmeyeceğinden sekonder sargılarında bir gerilim oluşmaz. İşte bu yüzden trafolar sadece AC sistemlerde kullanılır.
Transformatörün İç Yapısı
Transformatör silisli sacdan oluşan metal bir çekirdek (nüve), primer sargılar ve sekonder sargılardan oluşur. Primer ve sekonder arasında elektriksel bir bağlantı yoktur. Sargılarda kullanılan iletkenler arasında da vernikli bir bobin teli kullanıldığından dolayı herhangi bir temas yoktur. Yalıtkan olarak kâğıt, mika, pres bant, yağ, pamuk reçine gibi maddeler de kullanılır.
Transformatörün dönüştürme oranı
Bir tel bobini yapmak için, teli ilmekler veya fizikçilerin tabiriyle “sarımlar” şeklinde kıvırırız. Sekonder bobin, primer bobin ile aynı sayıda sarıma sahipse, sekonder bobindeki elektrik akımı, primer bobindeki ile hemen hemen aynı boyutta olacaktır. Ama sekonder bobinde daha fazla veya daha az sarım varsa, sekonder akım ve gerilimi primer akım ve gerilimden daha büyük veya daha küçük yapabiliriz.
Yükseltici transformatörlerde, sekonderin sarım sayısı, primerin sarım sayısından fazladır ve çıkış gerilimi giriş geriliminden daha yüksektir. İndirici trafolarda ise tam tersidir. Yani sekonder sargının sarım sayısı primerin 20 katıysa, çıkış gerilimi de giriş geriliminin 20 katı olur. Eğer bir alternatif akımın gerilimi yükseltilirse, akımın amper cinsinden ölçülen miktarı aynı oranda düşer. O zamanda elimizde şöyle bir formül olur:
k = Dönüştürme oranı
Np = Primer sarım sayısı
Ns = Sekonder sarım sayısı
Vp = Primer gerilimi (V)
Vs = Sekonder gerilimi (V)
Ip = Primer akımı (A)
Is = Sekonder akımı (A)
Transformatörün Özellikleri
- Transformatör, elektrik enerjisini bir değerden diğerine çevirerek Faraday’ın indüksiyon yasası ilkesine göre çalışan çok basit statik elektromanyetik pasif elektrikli cihazdır.
- Transformatör oldukça basit bir cihazdır. Güç, izolasyon, sinyal işleme, akım algılama ve daha fazlasını içeren çeşitli tiplerde mevcuttur.
- Bir transformatörün hareketli parçası yoktur ve normal çalışma koşulları altında uzun ve sorunsuz bir ömür sağlayan statik bir katı hal cihazıdır.
- Tüm transformatörler bir miktar atık ısı ürettiğinden, hiçbiri tam olarak verimli değildir. Sekonder bobin tarafından primer bobine beslediğimizden daha az elektrik enerjisi üretilir ve farkın çoğunu atık ısı oluşturur.
- Uygulamada, çoğu büyük transformatörde, atık ısıyı gidermek için hava, sıvı (yağ veya su) veya her ikisini kullanan yerleşik soğutma sistemleri bulunur.
- Transformatörler volt-amper (VA) veya kilovolt-amper (kVA) olarak derecelendirilir. Bu, primer ve sekonder sargının, transformatör isim plakasında damgalanmış VA veya kVA değerine dayanacak şekilde tasarlandığı anlamına gelir. Primer ve sekonder tam yük akımları genellikle verilmez. Montajı yapacak kişi, isim plakası bilgilerinden birincil ve ikincil akımları hesaplayabilmelidir.
- Transformatörler ilk olarak 1878’de Avusturya Macaristan İmparatorluğu’nda Ottó Bláthy, Miksa Déri, Károly Zipernowsky tarafından hem deneysel hem de ticari sistemlerde kullanılmak üzere bir toroid trafo şeklinde tasarlandı. Daha sonra Lucien Gaulard, Sebstian Ferranti ve William Stanley tasarımları mükemmelleştirdi.
- Nikola Tesla, bazı şüpheli kaynakların iddia ettiği gibi trafoyu icat eden kişi değildir. Yukarıda belirtilen Avrupalılar bu alanda ilk çalışmaları yaptılar. George Westinghouse, Albert Schmid, Oliver Shallenberger ve Stanley trafo üretimini ucuz ve son kullanım için kolay hale getirdiler. William Stanley’in 1885 yılında tasarladığı bir trafoyu aşağıda görebilirsiniz. (kaynak: edisontechcenter.org)
- William Stanley bir keresinde trafolar hakkında şöyle bir şeyler kaleme almıştı: “Trafoya çok kişisel bir sevgim var. Zor bir problem için bu kadar eksiksiz ve basit bir çözüm. Ona verilen veya ondan alınan çok büyük enerji yüklerini kolay, kesin ve ekonomik bir şekilde ele alıyor. Çok güvenilir, güçlü ve kesin.”