Bir-fazlı Gerçek Transformatorlar 1 Gerçek Transformatorlar v1(t ) v1a (t ) R1i1(t ) v1a (t ) olur. d1 N1 dt m R1 v1(t) L1 v1a (t ) i2(t) i1(t) e1(t) l1 l2 e2(t) L2 R2 v2 a (t ) yük 2 Gerçek Transformator 1 akısı primer sargısını keser. Eğer nüvenin geçirgenliği sonsuz kabul edilir ise, relüktans (manyetik direnç) sıfırdır ve böylece sadece demir nüve yolundan devresini tamamlar. İdeal durumdan farklı olarak 1 'in çok küçük bir oranı hava aralığından devresini tamamlar (kaçak l1), sekonder sargısını kesmez ve L1 kaçak endüktansı veya X1 kaçak reaktansı ile temsil edilir. Geri kalan akı m hem primer hem sekonder sargılarını kesen demir nüvedeki ortak akıdır. Bu durumda akı denklemimiz aşağıdaki gibi tanımlanır. 1 l1 m Bir önceki slaytta primer tarafı için gerilim denklemi; v1( t ) v1a (t ) v1(t ) d1 N1 dt dl1 dm R1i1(t ) N1 N1 dt dt v1a (t ) R1i1(t ) şeklinde yazılabilir. 3 Gerçek Transformator dir ve bu değer faraday yazasına göre; d l1 di1 L1 N1 dt dt eşittir. Aynı zamanda primer sargıda endüklenen gerilim; d m e1 N1 dt olduğundan primer tarafı için son olarak elde edilen gerilim denklemi aşağıdaki gibi tanımlanır. v1(t ) R1i1(t ) di1 L1 e1(t ) dt Gerçek Transformator-Manyetik yapı 1 + F1=N1 i1 m l1 Rl1 2 Rm l2 Rl2 + F2=N2 i2 5 Gerçek Transformator-Manyetik yapı 1 m Rm l1 + 2 l2 Rl2 Rl1 F1=N1 i1 m F1=N1 i1 + F2=N2 i2 m Rm N1i1 N 2 i2 Rm + Şekildeki manyetik eşdeğer devreye bakılırsa, F1 ve F2 arasındaki fark sonucu manyetik devrede m akısının üretildiği açıkça görülür. Matematiksel olarak bu durum aşağıdaki gibi tanımlanır. + F2=N2 i2 Prof. Dr. Güngör Bal, [email protected] Gazi Üniversitesi 6 Gerçek Transformator - Uyartım devresi m Rm N1i1 N 2i2 F1 ve F2 arasındaki fark sonucu manyetik devrede m akısının üretildiğini söyleyen bu denklemi yeni bir akım tanımlamasıyla aşağıdaki gibi yazılabilir. m Rm i N1 N1i N1i1 N 2 i2 N2 i1 i i2 N1 ve değer aynı zamanda; i1 i i2' şeklinde yazılabilir. Bu sonuç bize şunu söyler; Primer akımı, uyartım akımı ile primere aktarılmış sekonder akımının toplamı olarak ifade edilebilir. 7 Gerçek Transformator - Uyartım akımı 𝑖∅ uyartım akımı şekildeki fazör diyagramında gösterildiği gibi 𝑖𝑚 ve 𝑖𝑐 şeklinde iki bileşeni bulunmaktadır. 𝑖𝑚 bileşeni mıknatıslanma akımı olarak adlandırılır ve manyetik akı ∅ ile aynı fazda olduğu kabul edilmektedir. 𝑖𝑐 bileşeni ise nüve kayıplarını temsil eder ve 𝐸1 ile fazda olduğu kabul edilmektedir. Bu durumda uyartım akımının varlığı transformatörün gerçek eşdeğer devresinde göstermek için bir direnç kondüktansı (Elektriksel Direncin Tersi) 𝐺𝑐 ile bir sargı süseptansı (süseptans, elektronik devrelerde iletkenlik katsayısının imajinel kısmıdır) 𝐵𝑚 ’ nin paralel kombinasyonu kullanılarak temsil edilir. Ic qc Im E1 I Uyartım akımının fazör diyagramı Gerçek Transformator - Eşdeğer devre Transformatörün gerçek devresi elde edebilmek için son olarak sekonder tarafla ilgilenilir. Sekonder sargıdan geçen 𝑖2 akımının ürettiği manyetik akının düşük bir oranı devresini havadan tamamlarken büyük bir oranı ise nüveden devresini tamamlar. Primer sargı için kullanılan kurallara benzer olarak da sekonder sargının kaçak endüktansı 𝐿2 veya reaktansı 𝑋2 ve sargı direnci 𝑅2 tanımlanarak bir transförmatörün gerçek devresi aşağıdaki gibi elde edilir. Bir transformatorun elektrik devresi Gerçek Transformator - Eşdeğer devre Elde edilen bu eşdeğer devrenin sekonder tarafı primer tarafına aktarılmasıyla aşağıdaki şekilde görülen tranförmatörün T eşdeğer devresi elde edilir. 2 N R2' 1 R2 N2 2 N X 2' 1 X 2 N2 I 2' N2 I2 N1 V2' N1 V2 N2 Gerçek Transformator - Eşdeğer devre Örnek: (Elektrik Makinaları-1, Prof. Dr. Güngör BAL, sayfa 116) Lütfen Not Alınız. Gerçek Transformator – Yaklaşık eşdeğer devreler I1 I2 Yaklaşık eşdeğer devreler; şekildeki T eşdeğer devre pratikte ve özellikle de + + I + + jX jX R R güç sistemleri uygulamalarında gerekenden çok daha hassas sonuçlar verir. T eşdeğer devre basit olmasına rağmen bu devrenin yaklaşık eşdeğer devreleri V E E V G B kullanılabilir. Nüveyi temsil eden paralel kolun empedansı primer ve sekonder sargıların empedansından çok büyüktür ve dolayısıyla paralel- kolun akımı yani uyartım akımı ( 𝐼∅ ) çok küçüktür. İşte bu nedenden dolayı primer sargı ideal tramsformator N empedansına (𝑅1 + 𝑗𝑋1 ) düşen Ngerilim ihmal edilecek kadar az olmasından (a) I’ dolayı paralel kol şekilde gösterildiği gibi ya primer Itarafa yada sekonder tarafa I I’ + I kaydırılabilir. + R jX 1 1 1 c 2 2 1 m 2 2 2 1 2 1 1 + 2 I jX1 R1 + Im Ic R’2 V1 eq eq Im + Ic JX’2 Gc V’2 Bm V’2 V1 Gc Bm I’2 I1 I Ic V1 - Gc - - - - + E1 Req jXeq - + Req I jXeq Ic Im Bm I’2 I1 (b) + (a) V’2 - V1 + Gc + Im Bm V’2 - (b) Gerçek Transformator – Yaklaşık eşdeğer devreler - - (a) I’2 I1 I + + jXeq + Req Gc I jXeq Im Ic V1 Req I’2 I1 Ic V’2 Bm - - + V1 Gc + Im Bm V’2 - - (a) (b) I I’ Bu yaklaşık devrelerde artık primer ve sekonder empedansları seri bağlı durumu I1=I’2 I +empedans (𝑅 +gelmiştir ve R bu durum jX bir eşdeğer +𝑗𝑋 ) ile temsil edilebilir. Yani; 𝑒𝑞 𝑒𝑞 1 2 eq eq Ic + V1 Gc Im Bm V’2 + Req + jXeq 𝑅𝑒𝑞 = 𝑅1 + 𝑅2′ V ′ - 𝑋 = 𝑋 𝑒𝑞 1 + 𝑋2 V’2 1 (b) - (c) I1=I’2 + V1 Req jXeq I1=I’2 + V’2 + jXeq + I + Gerçek Transformator – Yaklaşık eşdeğer devreler + Req jXeq + Req jXeq + V1 + Ic I Im I Gcc ImB + V’2 m V’2 B G Daha ileri bir yaklaşık devre ise şekilde gösterildiği gibi paralel kol kaldırılarak gerçekleştirilebilir. Böylece eşdeğer devre çok daha basit hale getirilebilir. Devreyi (b) daha da basitleştirmek istediğimizde eşdeğer direnç ihmal edilerek devrede sanki de (b) tek bir eşdeğer endüktans varmış gibi düşünülebilir. V1 c m I1=I’2 I1=I’2 + + Req Req + + jXeq jXeq V1 V1 V’2 V’2 - - (c) (c) I1=I’2 I1=I’2 + + jXeq jXeq + + V’2 V’2 V1 V1 - - - (d) (d) Gerçek Transformator - Eşdeğer devre Örnek: (Elektrik Makinaları-1, Prof. Dr. Güngör BAL, sayfa 120) Çok çok faydalı bir soru lütfen not alınız. Transformatorların Performans Ölçütleri Belirli bir uygulama için uygun transformatorun seçimi önemli performans ölçütlerinin değerlendirilmesini gerektirir. Önemli performans ölçütleri: • Gerilim regülasyonu • Verim Prof. Dr. Güngör Bal, [email protected] Gazi Üniversitesi Performans Ölçütleri - Gerilim regülasyonu • Gerilim regülasyonu Sabit bir güçkatsayısında yükün sıfırdan anma değerine kadar değişmesi sonucu sekonder gerilimindeki değişimdir. V2 yüksüz V2 anma %VR 100 V2 anma Performans Ölçütleri - Gerilim regülasyonu IL2 + Req2 + jXeq2 V1/a - Sekondere göre yaklaşık eşdeğer devre ZL2 - V2 (V1 / a) V2 %VR 100 V2 Performans Ölçütleri - Verim Verim: Transformatorun çıkış gücünün giriş gücüne oranıdır. P2 P1 P2 V2 I L cos L Pl Pc I L2 Req P1 P2 Pl V2 I L cos L V2 I L cos L Pc I L2 Req Transformatorların güçleri arttıkça verimlerinin de artığı genellemesi yapılabilir. Bir transformatorun verimi yük akımı ile değişir. Prof. Dr. Güngör Bal, [email protected] Gazi Üniversitesi Performans Ölçütleri - Maksimum Verim Maksimum verim şartı: 0 I L P2 P1 P2 ( ) P1 0 I L P2 P1 I L I L P2 P1 I L P1 P2 I L P12 P1 P2 I L P12 0 0 P1 P1 / I L P2 P2 / I L P1 P2 Prof. Dr. Güngör Bal, [email protected] (V2 I L cos L Pc I L2 Req ) / I L (V2 I L cos L ) / I L Gazi Üniversitesi Performans Ölçütleri - Maksimum Verim Pc 2 I L2 Req I L2 Req P1 V2 cos L 2 I L Req P2 V2 cos L Böylece maksimum verim şartı: P1 P2 2 I L Req I L P1 P2 2 I L2 Req P1 P2 Pl Pl Pc 2 IL Pc I L2 Req Maksimum verim şartı; nüve kayıpları ile sargıların direnç kayıpları eşit olduğunda sağlanmaktadır. Req 2 I L2 Req Pc I L2 Req Prof. Dr. Güngör Bal, [email protected] Gazi Üniversitesi max 100 % verim 340W Pcu 90 Pc 120W 0 50 100 % anma ak ım ı 150 Yük akımı ile verim, bakır kayıpları ve nüve kayıplarının değişimi Prof. Dr. Güngör Bal, [email protected] Gazi Üniversitesi G ü ç k a yıpları Performans Ölçütleri - Verim