Transformatörler tüm elektronik dallarında yaygın olarak kullanılmaktadır. En iyi bilinen kullanımlarından biri, çalışma voltajını bir değerden diğerine dönüştürmek için kullanıldıkları güç uygulamalarındadır. Ayrıca, çıkıştaki devreyi birincil devreye doğrudan bağlantıdan izole etmeye hizmet ederler. Bu şekilde, gücü bir devreden diğerine doğrudan bağlantı olmadan aktarırlar.
Ulusal Şebekede hat voltajlarını gerekli farklı değerler arasında değiştirmek için çok büyük transformatörler kullanılır. Ancak radyo için amatör veya ev meraklısı trafolar genellikle güç kaynaklarında görülür. Transformatörler ayrıca, özelliklerinin ekipman içindeki farklı aşamaları birleştirmek için yaygın olarak kullanıldığı sesten radyo frekanslarına kadar diğer devrelerde de yaygın olarak kullanılmaktadır.
Transformatör nedir?
Temel bir transformatör iki sargıdan oluşur. Bunlar birincil ve ikincil olarak bilinir. Özünde güç birincilden girer ve ikincilden ayrılır. Bazı transformatörlerin daha fazla sargısı vardır, ancak çalışma temeli hala aynıdır.
Bir transformatörde kullanılan ve her ikisi de akım ve manyetik alanlarla ilgili iki ana etki vardır. İlkinde, bir telin içinde akan bir akımın, etrafına bir manyetik alan oluşturduğu bulunmuştur. Bu alanın büyüklüğü telde akan akımla orantılıdır. Ayrıca, telin bir bobine sarılması durumunda manyetik alanın arttığı da bulunmuştur. Bu elektriksel olarak üretilen manyetik alan mevcut bir alana yerleştirilirse, aynı şekilde akımı taşıyan tel üzerine, birbirine yakın yerleştirilmiş iki sabit mıknatısın birbirini çekeceği veya iteceği gibi bir kuvvet uygulanacaktır. Elektrik motorlarında, sayaçlarda ve diğer birçok elektrik biriminde kullanılan bu fenomendir.
İkinci etki, bir iletken etrafındaki bir manyetik alan değişirse, o zaman iletkende bir elektrik akımının indükleneceğinin bulunmasıdır. Bunun bir örneği, bir mıknatıs bir tele veya bir bobine yakın hareket ettirildiğinde ortaya çıkabilir. Bu koşullar altında, bir elektrik akımı indüklenecektir, ancak yalnızca mıknatıs hareket ettiğinde.
İki etkinin kombinasyonu, iki tel veya iki bobin birlikte yerleştirildiğinde meydana gelir. Bir akım ilkinde büyüklüğünü değiştirdiğinde, bu manyetik akıda bir değişikliğe neden olur ve bu da ikincide indüklenen bir akımla sonuçlanır. Bu, bir transformatörün arkasındaki temel kavramdır ve yalnızca değişen veya alternatif bir akım girişten veya birincil devreden geçerken çalışacağı görülebilir.
Trafo dönüş oranı
Bir akımın akması için bir EMF (elektromotor kuvvet) mevcut olmalıdır. Çıkıştaki bu potansiyel fark veya voltaj, transformatördeki dönüşlerin oranına bağlıdır. Birincilde sekonderden daha fazla dönüş varsa, o zaman girişteki voltajın çıkıştan daha büyük olacağı ve bunun tersi olduğu bulunmuştur. Aslında voltaj, dönüş oranı bilgisinden kolayca hesaplanabilir:
Es = ns
Ep np
Nerede
Ep, birincil EMF'dir
Es ikincil EMF'dir
np, birincil açılma sayısıdır
ns, sekonderdeki dönüş sayısıdır
Dönüş oranı ns / np birden büyükse, transformatör çıkışta girişten daha yüksek bir voltaj verecektir ve bir yükseltici transformatör olduğu söylenir. Benzer şekilde, birden düşük bir dönüş oranına sahip olan, bir düşürücü transformatördür.
Transformatördeki gerilim ve akım oranları
Kolayca hesaplanabilen bir dizi başka faktör vardır. Birincisi, giriş ve çıkış akımlarının ve gerilimlerinin oranıdır. Giriş gücü çıkış gücüne eşit olduğundan, aşağıda gösterilen basit formülü kullanarak diğer üç değer varsa bir voltaj veya akım hesaplamak mümkündür. Bu gerçek, trafodaki çoğu hesaplamada neyse ki göz ardı edilebilecek herhangi bir kaybı hesaba katmaz.
Vp x Ip = Vs x Is
Örneğin, bir amperde 25 volt veren bir ana şebeke trafosunu ele alalım. 250 voltluk bir giriş voltajı ile bu, giriş akımının bir amperin yalnızca onda biri olduğu anlamına gelir.
Bazı transformatörler için, birincil üzerindeki dönüş sayısı sekonderdekiyle aynı olacaktır ve girişteki akım ve voltaj, çıkıştaki ile aynı olacaktır. Ancak dönüş oranının 1: 1 olmadığı durumlarda, giriş ve çıkışta gerilim ve akım oranı farklı olacaktır. Yukarıda gösterilen basit ilişkiden, voltajın akıma oranının giriş ve çıkış arasında değiştiği görülecektir. Örneğin, 2: 1 dönüş oranına sahip bir transformatör, 1 amperlik bir akımla 20 voltluk bir girişe sahip olabilirken, çıkışta voltaj, 2 amperde 10 volt olacaktır. Gerilim ve akım oranı empedansı belirlediğinden, giriş ve çıkış arasındaki empedansı değiştirmek için trafonun kullanılabileceği görülebilir. Aslında, empedans, aşağıdaki şekillerde görüldüğü gibi dönüş oranının karesi olarak değişir:
Zp = np2
Zs ns2
Kullanımda
Transformatörler, radyo ve elektronikte birçok uygulamada yaygın olarak kullanılmaktadır. Ana uygulamalarından biri şebeke güç kaynakları içindedir. Burada transformatör, gelen şebeke voltajını (birçok ülkede yaklaşık 240 V ve diğer birçok ülkede 110 V) ekipmanı beslemek için gereken voltaja değiştirmek için kullanılır. Yarı iletken teknolojisini kullanan günümüz ekipmanlarının çoğunda, gerekli voltajlar gelen şebekeden çok daha düşüktür. Buna ek olarak, transformatör ikincil beslemeyi şebekeden izole eder ve böylece ikincil beslemeyi çok daha güvenli hale getirir. Besleme doğrudan ana şebekeden alınmışsa, çok daha büyük bir elektrik çarpması riski olacaktır.
Bir güç kaynağında kullanılana benzer bir güç transformatörü genellikle bir demir çekirdeğe sarılır. Bu, manyetik alanı yoğunlaştırmak ve birincil ve ikincil arasındaki bağlantının çok sıkı olmasını sağlamak için kullanılır. Bu şekilde verimlilik mümkün olduğu kadar yüksek tutulur. Bununla birlikte, bu çekirdeğin tek dönüşlü bir sargı gibi davranmamasını sağlamak çok önemlidir. Bunun olmasını önlemek için çekirdek bölümleri birbirinden izole edilmiştir. Aslında çekirdek, her biri aralıklı, ancak gösterildiği gibi birbirinden izole edilmiş birkaç plakadan oluşur.
Bir güç transformatörünün iki sargısı birbirinden iyi izole edilmiştir. Bu, ikincil sargının herhangi bir canlı olma olasılığını önler.
Hobisi olanların karşılaşacağı transformatörlerin en büyük kullanımlarından biri besleme veya şebeke voltajlarını yeni bir seviyeye dönüştürmek olsa da, kullanılabilecekleri çeşitli başka uygulamalara da sahiptirler. Valfler kullanıldığında, düşük empedanslı hoparlörlerin nispeten yüksek çıkış empedansına sahip valf devreleri tarafından çalıştırılmasını sağlamak için ses uygulamalarında yaygın olarak kullanıldılar. Ayrıca radyo frekansı uygulamaları için de kullanılırlar. Sinyalin doğru akım bileşenlerini izole edebilmeleri, empedans transformatörleri olarak hareket edebilmeleri ve hepsi bir arada ayarlanmış devreler olarak hareket edebilmeleri, birçok devrede hayati bir unsur oldukları anlamına gelir. Birçok taşınabilir alıcıda, bu IF transformatörleri alıcı için seçicilik sağlar. Gösterilen örnekte, transformatörün primerinin, onu rezonansa getirmek için bir kapasitör kullanılarak ayarlandığı görülebilir. Rezonans frekansının ayarlanması, normalde bobinin endüktans miktarını değiştirmek için vidalanabilen bir çekirdek kullanılarak yapılır. Transformatör ayrıca, önceki aşamadaki kollektör aşamasının daha yüksek empedansını, bir sonraki aşamanın daha düşük empedansıyla eşleştirir. Ayrıca, bir önceki aşamanın kollektöründeki farklı sabit durum voltajlarını bir sonraki aşamanın tabanından izole etmeye hizmet eder. İki devre birbirinden izole edilmediyse, her iki transistör için DC önyargı koşulları bozulur ve hiçbir aşama doğru şekilde çalışmaz. Bir transformatör kullanarak, DC öngerilim koşullarını korurken, kademeler AC sinyalleri için bağlanabilir.
Özet
Transformatör, günümüzün elektronik sahnesinde paha biçilmez bir bileşendir. Entegre devrelerin ve diğer yarı iletken cihazların giderek artan miktarlarda kullanıldığı gerçeğine rağmen, transformatörün yerini hiçbir şey tutamaz. Empedansı değiştirirken gücü bir devreden diğerine izole edip aktarabilmesi, elektronik tasarımcıları için benzersiz bir araç olarak yerleştirilmesini sağlar.