Transormatör
Transformatör veya bilinen adıyla Trafo, alternatif akım ile çalışan devrelerde, voltajın veya akımın seviyesini ölçebilmek ve kontrol edebilmek amacıyla kullanılır. Gelen akım veya voltaj, transformatörün türüne bağlı olarak indirgenebilir veya yükseltilebilir. Gerilim veya akım değerleri üzerinde yapılan değişiklik manyetik alan etkisi ile gerçekleştirilirken, enerjide herhangi bir frekans değişikliği olmaz. Bu sebeple kullanıldığı sistemlerde devre besleme elemanı olarak da kullanılabilir.
Transformatörler enerji dağıtımında ve enerji iletiminde oldukça sık kullanılır. Enerjinin elektrik üretim santralinden çıkarak evlere ulaştığı yol boyunca en az kayıp ile taşınmasında transformatörlerin büyük rolü bulunur. İletim esnasında enerji hatlarında yaşanacak güç kayıpları, transformatörler aracılığı ile tölere edilebilir. Güç katsayısı ve güç değeri sabit tutularak, akım değeri düşük ancak voltaj değeri yüksek bir enerji ile daha az kayıp oluşturarak iletim sağlanabilir.
Transformatörler yapısı gereği, manyetik bir iskelet üzerinde, karşılıklı olarak birbirine yakın sarılmış primer ve sekonder iletkenlerden oluşur. İletkenlerin primer ve sekonder arasındaki sarım oranına bağlı olarak akım veya voltaj değerleri kontrol edilebilir. Bu aşamada herhangi bir iletken üzerinden, primer ve sekonder sargı arasında iletim gerçekleşmez. Yükseltme ve alçaltma işlemleri, manyetik iskelet üzerinde oluşan manyetik alan etkisi yardımı ile gerçekleşir.
Primer sargıya uygulanan alternatif gerilim, manyetik iskelet üzerinde bir manyetik alan oluşmasını sağlar. Aynı iskelet üzerinde bulunan sekonder sargı, primer sargı tarafından oluşturulan manyetik alandan etkilenir. Böylece sekonder sargı üzerinde de alternatif bir gerilim indüklenir. İndükleme, değişken bir manyetik alan içerisine koyulan, kapalı bir devre üzerinde manyetik alan etkisiyle elektrik akımı oluşturmaktır.
Transformatörlerin çalışması esnasında, düşük seviyelerde enerji kaybı oluşur. Bu enerji kayıpları, kullanılan manyetik iskelet materyal (bakır, demir) aracılığı ile, ısıya dönüşen enerji sebebi ile, elektriksel direnç sebebi ile veya oluşabilecek geçici manyetiklik (mıknatıslanma) sebebi ile oluşur.
Akım Trafosu
Akım, elektronlar tarafından taşınan elektriksel yük parçalarının, elektrik devresi içerisindeki iletken bir noktadan geçtiği anlık seviyedir. Akım trafoları, elektrik sistemlerinde, akım ölçümü ve sistemi yüksek akımdan korumak üzere iki ana amaçla kullanılır. Enerji hattından gelen yüksek değerlere sahip akımın, hassas ölçü aletleri aracılığı ile ölçülmesi mümkün değildir. Belirli bir seviyeden sonra akım ölçümü yapmak zorlaşır. Ölçümlerin hassas ölçüm cihazları kullanılarak yapılamaması durumunda, gelen ve giden akımın ölçülebilmesi için akım trafoları kullanılabilir. Akım trafosunun primer sargıları, olabildiğince seyrek sarımlı kalın tellerden oluşur.
Primer sargı ve sekonder sargı yapısına bağlı olarak gelen akımın değeri ile giden akımın değeri kontrol edilebilir. Akım trafosu çalışacağı devrelere seri bağlanır ve sadece AC ile çalışır. Devreye gelen yüksek akım, akım trafosu üzerinden geçtikten sonra, devre yapısına uygun, istenilen seviyeye düşürülebilir. Gelen akım minimuma indirilir ve böylece ölçüm yapılabilmesi için gerekli izolasyonu sağlar. Bu durum, yüksek akım nedeniyle devrenin zarar görmesini önler. İndirgenen akım seviyesi sayesinde, sistemin anlık olarak toplamda ne kadar amper kullandığı görüntülenebilir. Aynı şekilde devreye gelen veya dalgalanan akım değerleri, kullanıma ve devre yapısına uygun şekilde yükseltilerek de iletimi sağlanabilir.
Gerilim Trafosu
Gerilim ya da voltaj, bir iletken materyal içerisindeki elektronların maruz kaldığı elektrostatik kuvvet sonucunda, iletkenin iki ucu arasında oluşan potansiyel enerji farkıdır. Gerilim trafoları, elektrik sistemlerinde voltaj ölçümü ve sistemi yüksek gerilimden korumak üzere iki ana amaçla kullanılır. Enerji hattından gelen yüksek değerlere sahip gerilimin, ölçü aletleri aracılığı ile ölçülmesi mümkün değildir. Belirli bir seviyeden sonra voltaj ölçümü yapmak zorlaşır. Ölçümlerin hassas ölçüm cihazları kullanılarak yapılamaması durumunda, gelen ve giden gerilimin ölçülebilmesi için gerilim trafoları kullanılır. Voltaj trafosunun primer sargısı, akım trafosunun tersine, sık sarılmış ince tellerden oluşur.
Primer sargı ve sekonder sargı yapısına bağlı olarak gelen akımın değeri ile giden akımın değeri kontrol edilebilir. Gerilim trafosu çalışacağı devrelere paralel bağlanır ve AC veya DC ile çalışabilir. Gerilim trafolarının bir ucu, sistemi yüksek gerilimlerden korumak için topraklanmalıdır. Devreye gelen yüksek voltajı, akım trafosu üzerinden geçtikten sonra, devre yapısına uygun istenilen seviyeye düşürülebilir. Gelen voltaj minimuma indirilir ve böylece ölçüm yapılabilmesi için gerekli izolasyon sağlanır. Bu durum, yüksek gerilim nedeniyle devrenin zarar görmesini önler. İndirgenen voltaj seviyesi sayesinde, sistemin anlık olarak toplamda ne kadar volt kullandığı görüntülenebilir. Aynı şekilde devreye gelen veya dalgalanan gerilim değerleri, kullanıma ve devre yapısına uygun şekilde yükseltilerek iletilebilir.
3-Faz Yapısı
Tek fazlı elektrik sistemi genellikle küçük yük çalıştırması gereken alanlarda örneğin, evlerde ve basit sistemlerde kullanılır. Daha doğrusu, ana hatlar üzerinden üç faz halinde taşınan elektrik, apartmanların elektrik panolarında dairelere tek faz dağıtılacak şekilde düşürülerek kullanılması sağlanır. Üç fazlı elektrik yüksek güce ihtiyaç duyan sistemlerde kullanılan bir elektrik besleme sistemidir. Genellikle sanayi veya endüstri alanlarında tercih edilmektedir. Günümüzde sıklıkla kullanılan elektrikli araç şarj istasyonları da üç faz ile enerji vermektedir. Tek fazlı elektrik sistemlerinde enerji hattı, bir canlı uç bir de nötr uçtan oluşurken, üç fazlı elektrik sistemlerinde, üç canlı uç bir de nötr uç bulunur. Bu fazlara “R-S-T” veya “U-V-W” veya “X-Y-Z” veya “A-B-C” fazları denir. Bu üç canlı uç için, her canlı uç arasında 120° derecelik faz açısı vardır. Faz açısı, fazlar arasındaki gerilimi belirleyen ana faktördür. Üç faz üzerinden geçen akımlar toplamı her zaman sıfırdır (0).
Üç fazlı sistemler, manyetik alan içerisine yerleştirilmiş üç ana bobinden oluşur. Üç canlı ucun ortak bir ucu köprülenir ve nötr bir hat oluşturulur. Aynı elektrik gücünü üretmek için kullanılan 3 fazlı alternatörler, tek fazlı alternatörlerden daha küçük ve daha hafiftir. Bu durum da maliyet avantajı sağlamaktadır. Alternatör, mekanik enerjiyi alternatif akıma çeviren elektromanyetik cihazdır. Ayrıca, motorlar 3 fazlı enerji beslemeleri altında çok daha verimli çalışırlar.
Topraklama hattı ise, 3 Faz veya Tek Faz çalışan enerji hatlarında, canlı ve nötr uçtan bağımsız olarak bulunur. Topraklama, enerjiye direkt bağlı olmayan yani gerilim hattı üzerinde olmayan tüm iletken kısımların, toprağa çakılmış bir metale bağlanması durumudur. Böylece cihazlar üzerinde oluşabilecek statik akım veya sistemde oluşabilecek herhangi bir kaçak akım, düşük direnç sahibi olan toprağa direkt olarak iletilecektir.
Enerji hatları basit bir multimetre yardımı ile kontrol edilebilir. 3 Faz kullanılan enerji hatlarının kontrol edilmesi gerektiğinde, herhangi bir faz ile nötr iletken arasındaki gerilim değeri 220 ile 230 Volt arasında olmalıdır. Benzer bir şekilde, faz ve toprak iletken arasında yapılacak olan ölçümlerin de 220 ile 230 Volt değerleri arasında olması gerekir. Bu değerler, tek fazda kullanılan gerilim değerine eşittir. Nötr ve toprak iletkeni arasında yapılan ölçüm 1-2 Volt değerlerini geçmemelidir.
Ayrıca tek fazlı sistemlerde anlık güç sabit değildir. AC sistemlerin sinüzoidal formu nedeniyle, tek fazlı sistemlerde güç sinüs formunda değişkenlik gösterir. Bu durum, tek fazlı motorlarda titreşime neden olur, ancak üç fazlı sistemlerde anlık güç her zaman aynıdır. Sonuç olarak, iletim ve maliyet açısından en verimli durumla sonuçlanır. Ek olarak üç fazlı elektrik kullanımı, elektrik üreten sistemlerin ömrünü uzatabilir.
Üç fazın enerji hattından dağıtımı için panolara büyük bakır baralar yardımı ile taşınması gerekir. Bakır kullanımında, bakır baraların akım taşıma kapasitesi önemlidir. Bakırın mevcut direnç değerini bulmak için iletkenin kesit alanı formülü kullanılır. Bakır kullanılmasının nedeni sadece fiyat-performans oranıdır. Panoya giden akımı panoya bağlanacak motorlara iletmek için 3 fazlı bağlantı yöntemleri kullanılır.
Pano yapımında motorların daha iyi çalışması için 3 fazlı bağlantı yöntemleri kullanılır. İki farklı tip 3 fazlı bağlantı yöntemi vardır; “Delta” bağlantısı ve “Y” diğer bir adıyla “Yıldız” bağlantısı. Motorlar çalışmaya başladıklarında normal değerlerinden daha fazla akım çekmeye başlarlar. Motorun aşırı akım çekmesi, röle, motor koruma şalteri, sigorta veya şalter gibi koruma hattı elemanlarının deformasyonunu sağlar. Bu durumu önlemek ve motoru korumak için önce Y bağlantısı, sonra üçgen bağlantı uygulanır.
Delta bağlantıda hat gerilimi faz gerilimine eşittir ve alıcıya şebekedeki gerilime denk bir gerilim uygulanır. Delta bağlantılı yükte, nötr iletken yoktur. Yıldız bağlantılarda hattaki akım faz akımına eşittir, Delta bağlantısında hattaki akım faz akımının üç katına eşittir. Yıldız bağlantısında alıcı terminallere şebeke gerilimi verilir ve diğer terminaller kısa devre yapılır. Yıldız bağlantı yükünde fazların ortak noktasında doğal iletken bulunur. Böylece, yıldız bağlantılarında yalıtım miktarı daha düşüktür ve delta bağlantısında yüksek yalıtım gereklidir. Kullanım alanı ve ihtiyaç duyulan sisteme bağlı olarak yıldız ve delta bağlantılar birbirlerine dönüştürülebilir.
