Gerilimi yükselt,
kaybı düşür
Kullanım amacına göre alternatif akımı ya da potansiyel farkını yükseltebilen ya da alçaltabilen araçlara transformatör (trafo) denir. Santralden evine kadar elektrik en az iki kez trafodan geçer: bir kez yükseltilir, bir kez alçaltılır. İkisinin de tek sebebi var: yolda ısıya dönüşen enerjiyi en aza indirmek.
Elektrik akımının uzak mesafelere taşınması sırasında iletim hattının direnci yüzünden oluşan ısıya dönüşen enerjiyi en aza indirmek için yüksek gerilime sahip alternatif akım tercih edilir. Elektrik santrallerinde üretilen elektriğin gerilimi ihtiyaca göre yükseltilir.
Elektrik santralinde elde edilen gerilim V, akım şiddeti i ise iletim hattına sağlanan güç:
P = V · i
Gerilim artırıldığında güç kaybını azaltmak için akım azaltılır. Aynı gücü taşımanın iki yolu vardır: büyük akım-küçük gerilim ya da küçük akım-büyük gerilim. Hattı ısıtan şey akımdır, bu yüzden ikincisi seçilir.
Çok yüksek olan gerilimin evlerde ve iş yerlerinde doğrudan
kullanılması mümkün değildir. Elektrik akımı yerleşim yerlerine veya iş yerlerine ulaştığında
gerilim düşürülerek kullanılabilir seviyeye getirilir.
Yani hattın başında bir yükseltici, sonunda bir
alçaltıcı transformatör bulunur.
İdeal bir transformatörün ana bileşenleri iki bobindir. Bobinler birbirinden yalıtılmıştır. Ancak ikisi de aynı demir çekirdek üzerindedir.
Alternatif akım, primer bobinde değişken bir manyetik akı oluşturur.
Primer bobindeki manyetik akı değişimi, sekonder bobinde de oluşur. Bu da sekonder bobinde bir
indüksiyon elektromotor kuvveti oluşmasını sağlar.
Bir önceki ünitenin kuralı burada da geçerli: akı değişmezse emk
doğmaz. Transformatörün doğru akımla çalışmamasının sebebi tam olarak budur — sabit akım sabit
akı üretir, sekonderde hiçbir şey olmaz.
Sarım sayıları N(P) > N(S) ise çıkış gerilimi giriş geriliminden düşük olur. Böyle transformatörlere alçaltıcı transformatörler denir. Evlerin girişindeki trafolar bu türdendir.
Sarım sayıları N(S) > N(P) ise çıkış gerilimi giriş geriliminden yüksek olur. Böyle transformatörlere yükseltici transformatörler denir. Santral çıkışındaki trafolar bu türdendir.
Demir çekirdeğinde ve tellerinde güç kayıpları ihmal edilen transformatör, ideal bir transformatördür ve verimi %100 dür. İdeal bir transformatörde primer bobindeki güç, sekonder bobindeki güce eşit olur.
1) P(P) = P(S)
2) V(P) · i(P) = V(S) · i(S)
3) V(P) / V(S) = i(S) / i(P) = N(P) / N(S)
Üçüncü satır iki bilgiyi birleştirir: güç korunumundan gelen gerilim-akım ters orantısı ile sarım sayısı ve gerilim arasındaki doğru orantı.
Bağıntıda V(P)/V(S) = N(P)/N(S) yazarken gerilimle sarım aynı
sırada; ama akımlar terstir: V(P)/V(S) = i(S)/i(P).
Sebep basit: ideal trafoda güç korunur. Gerilimi iki katına
çıkaran bir trafo, akımı yarıya indirmek zorundadır — yoksa çıkış
gücü girişten büyük olurdu ki bu enerjinin korunumuna aykırıdır.
Akımın ısı etkisinden dolayı transformatöre girişte verilen enerji ile çıkışta alınan enerji eşit olmaz. Bu nedenle giriş gücü çıkış gücünden büyük olur. Böyle transformatörlere ideal olmayan transformatörler denir.
Çıkışta alınan gücün girişte verilen güce oranını ifade eder.
Verim = Alınan güç (Sekonder) / Verilen güç (Primer)
Verim = V(S) · i(S) / (V(P) · i(P))
İdeal kabul edilen transformatörlerde verim %100 e ulaşırken gerçek
hayatta verim %100 e ulaşamaz.
Kayıp iki yerde olur: demir çekirdek ve teller.
İdeal transformatör tanımı zaten "bu iki kayıp ihmal edilirse" demektir.
Dört bobinli bir düzenek düşün: K ve L aynı çekirdekte, M ve P ikinci çekirdekte. İki trafo art arda bağlandığında oranlar çarpılarak birleşir.
N(K) · N(M) / (N(L) · N(P)) = V(K) / V(P)
Art arda bağlamada geçerli bağıntı budur. Şekilde K ile L birinci çekirdekte, M ile P ikinci çekirdektedir; ilk trafonun çıkışı ikinci trafonun girişini besler.
Bağıntı çoğu yerde gerekçesiz verilir. Gerekçe iki adımdır: V(K)/V(L) = N(K)/N(L) ve V(M)/V(P) = N(M)/N(P). İkinci çekirdeğin girişi birincinin çıkışıyla beslendiği için V(L) ile V(M) aynı düğümdedir; iki oran taraf tarafa çarpılınca ortadaki gerilimler sadeleşir ve bağıntı çıkar.
Evindeki prize kadar gelen elektrik, en az iki trafodan geçerek yolculuğunu tamamlıyor.
Şarj aletinin işi önce gerilimi alçaltmak, sonra doğru akıma çevirmektir. Prizin gerilimi telefona doğrudan verilseydi telefon anında bozulurdu.
Mahalledeki o gri kutu bir alçaltıcı transformatördür: yüksek gerilimi evlerde kullanılabilir seviyeye getirir. Üzerindeki uyarı levhaları girişteki gerilimin büyüklüğü yüzündendir.
Yol kenarındaki dev direklerin taşıdığı akım küçük, gerilimi büyüktür. Böyle taşınmasının tek sebebi hattaki ısı kaybını en aza indirmektir.
Farklı gerilimle çalışan bir cihaz için kullanılan çevirici de bir trafodur. Gerilimi düşürürken akımı yükseltir; güç aynı kalır.
Deney masasındaki ayarlanabilir kaynağın içinde farklı sarım sayılarına sahip çıkışlar vardır. Düğmeyi çevirmek, sekonder sarım sayısını değiştirmektir.
Metal kaynağı yapan makine çok büyük akım ister. İçindeki trafo gerilimi düşürüp akımı yükselten bir alçaltıcıdır.
Trafo kutusundan gelen sürekli uğultu, demir çekirdeğin değişen manyetik akı altında titremesidir. Bu titreşim aynı zamanda verimi %100 den aşağı çeken kayıplardan biridir.
Şarj aleti bir süre sonra ısınıyorsa, giriş gücünün bir kısmı ısıya dönüşüyor demektir. Verim %100 olsaydı adaptör hiç ısınmazdı.
Pilin doğru akımı transformatörden geçirilemez: sabit akım sabit akı üretir, sekonder bobinde emk doğmaz. Trafo yalnız alternatif akımla çalışır.
45 soruluk test · transformatörün yapısı, ideal trafo bağıntıları, verim ve iki çekirdekli düzenek
Kullanım amacına göre alternatif akımı ya da potansiyel farkını yükseltebilen ya da alçaltabilen araçlara transformatör (trafo) denir.
Uzak mesafelere taşımada iletim hattının direnci yüzünden ısıya dönüşen enerjiyi en aza indirmek için yüksek gerilime sahip alternatif akım tercih edilir.
P = V · i
Gerilim artırıldığında güç kaybını azaltmak için akım azaltılır.
Çok yüksek gerilimin evlerde doğrudan kullanılması mümkün değildir; yerleşim yerlerine ulaştığında gerilim düşürülerek kullanılabilir seviyeye getirilir.
İdeal bir transformatörün ana bileşenleri iki bobindir. Bobinler birbirinden yalıtılmıştır; ancak ikisi de aynı demir çekirdek üzerindedir.
Alternatif akım, primer bobinde değişken bir manyetik akı oluşturur. Bu akı değişimi sekonder bobinde de oluşur ve orada bir indüksiyon elektromotor kuvveti doğar.
N(P) > N(S) ise çıkış gerilimi giriş geriliminden düşük olur; böyle transformatörlere alçaltıcı transformatörler denir.
N(S) > N(P) ise çıkış gerilimi giriş geriliminden yüksek olur; böyle transformatörlere yükseltici transformatörler denir.
Demir çekirdeğinde ve tellerinde güç kayıpları ihmal edilen transformatördür; verimi %100 dür ve giriş gücü ile çıkış gücü eşittir.
V(P) · i(P) = V(S) · i(S)
V(P)/V(S) = i(S)/i(P) = N(P)/N(S)
Gerilim ile sarım sayısı doğru, gerilim ile akım ters orantılıdır.
Akımın ısı etkisinden dolayı girişte verilen enerji ile çıkışta alınan enerji eşit olmaz; giriş gücü çıkış gücünden büyük olur.
Verim = V(S)·i(S) / (V(P)·i(P))
İdeal kabul edilen transformatörlerde verim %100 e ulaşırken gerçek hayatta verim %100 e ulaşamaz.
N(K)·N(M) / (N(L)·N(P)) = V(K)/V(P)
İki trafo art arda bağlandığında oranlar çarpılarak birleşir.
Trafo gücü artırmaz. Gerilimi büyüten bir trafo akımı aynı oranda küçültür. Ayrıca doğru akımda çalışmaz: sabit akım sabit akı üretir, sekonderde emk doğmaz.