elektrik motorları ve sürücüleri - 4

Elektrik Motorları ve Sürücüleri - 4

BİR FAZLI TRANSFORMATÖRLER

13/03/2016ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran

Filik 2

Bir fazlı trafoların önemi ve

tanıtılması

• AC’nin gerilimve akımdeğerinin istenilen seviyeye alçaltılıp

yükseltilmesinde kullanılan makinelere transformatör (trafo) denir.

• Elektrik enerjisinin üretildiği santrallerde bulunan alternatörlerin

enerjisinin voltajı düşük, akımı ise yüksektir.Alternatöre bağlanan

trafo gerilimi yükselttiği zaman akım azalır.

• Kullanım noktasına ulaşan ACelektrik enerjisinin voltajı yine trafo

tarafından düşürülür.

• Gerilim düştüğünde ise akım artar.

• Trafonun bu özelliği elektrik enerjisinin dağıtımını son derece

kolaylaştırmaktadır. Eğer trafolar olmasaydı bir şehri besleyebilecek

enerjiyi dağıtmak için çok kalın kesitli iletkenlere ihtiyaç duyulacaktı.


Filik 3

• Alternatörün gerilimi 220 V, akımı ise 1000 A olsun. Trafo kullanarak

220V’u 220.000V’a yükselttiğimiz zaman akım1Adüzeyine iner.

• Trafo zamana göre yönü ve şiddeti değişen, belirli bir frekansa sahip

elektrik enerjisiyle çalışır. DC’nin frekansı 0 Hz olduğundan trafonun

primer (birincil) sargısında değişken manyetik alan oluşmaz.

Değişmeyen (sabit) manyetik alan trafonun sekonder (ikincil)

sarımında gerilim indükleyemez.

• Santrallerde bulunan alternatörlerin ürettiği enerjinin gerilimi 0,4 -

3,3 - 6,3 - 10,6 – 13 - 14,7 - 15,8 ve 35 kV değerindedir. Bu

gerilimlere sahip enerji uzak mesafelere taşınacağı zaman trafolarla

yükseltme işlemi yapılır.


Filik 4

• Enerji dağıtım şebekeleri taşıdıkları voltaja göre

sınıflandırılır. Bunlar şu şekildedir:

• I. Orta gerilimli tesisler: 6,3 - 10 - 15 - 20 - 33 -

45 - 66 kV

• II. Yüksek gerilimli tesisler: 110 - 154 - 220 kV

• III. Çok yüksek gerilimli tesisler: 380 - 500 - 750

kV

• Türkiye’de ağırlıklı olarak 15 - 30 - 66 - 154 ve

380 kV’luk gerilimlerle enerji nakli yapılmaktadır.


Filik 5

• Elektrik enerjisinin alçaltılıp yükseltilmesinde kullanılan trafolar çeşitli

özellikleri göz önüne alınarak sınıflandırılmaktadır.

• I. Manyetik alanın dolaştığı nüvenin biçimine göre sınıflandırma

• a. Çekirdek tipi nüveli trafo

• b. Mantel (manto) tipi nüveli trafo

• c. Dağıtılmış nüveli trafo

• II. Faz sayısına göre sınıflandırma

• a. Primer ve sekonderi aynı faz sayısına (1, 2, 3, 4, 6, 12) sahip

trafolar

• b. Primer ve sekonderi farklı faz sayısına sahip trafolar. (Bu tip

trafolar üç fazlı sistemin 2, 6 ya da 12 fazlı hâle getirilmesi için

kullanılır.)


Filik 6

• III. Soğutma şekline göre sınıflandırma

• a. Kuru tip (yağsız) trafolar

• b. Yağlı trafolar

• IV. Kuruluş yerine göre sınıflandırma

• a. İç (dahili) tip trafolar

• b. Dış (açık hava) tip trafolar

• V. Sargı tipine göre sınıflandırma

• a. Silindirik sargılı trafolar

• b. Dilimli sargılı trafolar


Filik 7

• VI. Sargı durumlarına göre sınıflandırma

• a. Birbirinden bağımsız (yalıtılmış) sargılı trafolar

• b. Ototrafolar (tek sargılı trafolar)

• VII. Soğutulma şekline göre sınıflandırma

• a. Hava ile soğutulan, kuru tip trafolar

• b. Yağ ile soğutulan trafolar

• c. Su ile soğutulanlar

• VIII. Kullanılış amaçlarına göre sınıflandırma

• a. Güç trafoları

• b. Ölçü (akım ve gerilim) trafoları

• c. Özel yapılı (ateşleme, kaynak, regülatör, izolasyon, empedans,

kuplaj vb.) trafolar.


Filik 8

Bir fazlı trafoların genel yapıları

• Trafo, ince çelik saclardan yapılmış nüve üzerine

sarılmış, birbirinden bağımsız, primer ve

sekonder sarımlarından oluşan, hareketli

parçası olmayan bir makinedir.

• Primerin gerilimi sekonderin geriliminden

büyükse buna düşürücü, primerin gerilimi

sekonderin geriliminden küçükse buna yükseltici

trafo denir.


Filik 9


Filik 10


Filik 11

Bir fazlı trafoların çalışma ilkesi

• Primer sargısına zamana göre yönü ve şiddeti değişen bir akım(AC)

uygulandığında bu sargının etrafında yönü ve şiddeti değişen bir

manyetik alan oluşur. Bu alan nüve üzerinden geçerek sekonder

sargısını keser (etkiler).Manyetik alana maruz kalan sekonder

sarımında ikinci bir gerilim (EMK) indüklenir.

• Trafonun nüvesi birer yüzeyi vernik ya da kâğıt ile yalıtılmış ince (0,3

- 0,5 mm),%3-5 silisyum katkılı çelik saclardan yapılır. Silisyum

katkısı sacın histerezis kayıplarını azaltıcı etki yapar.


Filik 12

Çekirdek tipi nüveli trafoların

özellikleri

• Bu tip nüvenin kesiti her bölümde aynıdır.

Sargılar birbirinden bağımsız olduğundan

onarım işçiliği daha kolaydır. Trafolarda

manyetik nüveyi oluşturan sac parçalarının

yerleştiriliş şekilleri çok önemlidir. Sacların

yerleştirilişinde ek yerlerinin aynı çizgiye

gelmesi gerekir. Bunu sağlamak için birkaç

sactan oluşan paketler hazırlanarak

birbirine çapraz şekilde birleştirme yapılır.


Filik 13

Mantel (manto) tipi nüveli

trafoların özellikleri

• Bu tip nüveler küçük güçlü trafolarda daha sık kullanılır.

• Primer ve sekonder sarımının aynı nüve üzerine sarılması manyetik

alanın daha verimli kullanılmasını sağlar.Ancak alttaki sargı yandığı

zaman onarımda iki sargının da sökülüp yeniden sarımın yapılması

gerekir.


Filik 14

Dağıtılmış tip nüveli trafoların

özellikleri

• Bu tip nüveli trafolarda kaçak manyetik akılar en

küçük değerde olduğundan boşta çalışma

anında şebekeden çekilen akım da az

olmaktadır.


Filik 15

Spiral göbekli (spirakore) tip nüveli

trafoların özellikleri

• Bu tip nüvenin hazırlanabilmesi için saclar şeritler hâlinde kesilir ve

özel makinelerle bobinlerin üzerine sarılır.

• Küçük güçlü trafolarda kullanılan spiral görünümlü nüvenin

elektriksel kayıpları son derece düşük olmaktadır.

• Özellikle ototrafolarında ise silindirik formlu (toroidal) nüve üzerine

sarım yapılarak üretim yapılmaktadır.


Filik 16

• Küçük güçlü trafoların nüvelerinin kesiti kare, dikdörtgen, orta

büyüklükteki trafo nüveleri ise artı (+) şeklindedir. Artı şeklindeki

kesitlerde sargılarla ayaklar arasında soğutmayı sağlamak için hava

kanalları mevcuttur.


Filik 17

Üretilecek trafonun nüvesinin kesiti hesaplandıktan sonra, bu kesiti oluşturacak

sayıda sac üst üste konarak nüve oluşturulur. Nüvenin titreşmemesi ve

dağılmaması için somunlu civatalarla sıkıştırılır.

Bir fazlı trafolarda indüklenen

EMK’nın değeri ve dönüştürme

oranı

• Primere uygulanan AC gerilim bu sargıda zamana göre "yönü" ve

"şiddeti" değişen bir manyetik alan oluşturur. Sekonder sargısını

kesen kuvvet çizgileri burada ikinci bir gerilim (EMK) indükler. Bu

sırada LenzKanunu'yla da açıklandığı gibi primerin kuvvet çizgileri

kendi kendini keserek bu sargıda da gerilim (zıt EMK)

indüklenmesini sağlar.

• Primere uygulanan AC'nin ürettiği manyetik alanın 1 periyotluk süre

içindeki değişimi yandaki şekilde verildiği gibidir.

• Şekilde görüldüğü gibi manyetik alan en yüksek değerine bir

periyodun 1/4'ü sürede ulaşmaktadır.


Filik 18


Filik 19


Filik 20

• Elektrik makineleriyle ilgili hesaplamalarda AC gerilimin etkin (efektif,

RMS) değeri daha çok tercih edilmektedir.

• Ortalama değeri etkin değere çevirmek için "1,11" katsayısı

kullanılmaktadır. Bu durumu denklemle gösterecek olursak,


Filik 21


Filik 22

• Trafoların verimi çok yüksek olduğundan 1. ve 2. devrenin görünür

(S) güçleri birbirine eşit olarak kabul edilebilir. Buna göre iki sargının

görünür güçlerinin hesaplanmasında kullanılan denklemler,


Filik 23


Filik 24


Filik 25

Transformatörün güç değerinin

volt-amper (VA) cinsinden

verilmesinin nedeni

• Elektrik enerjisini tüketen alıcılar üç ayrı özelliktedir: Bunlar, omik,

indüktif ve kapasitif şeklindedir.

• Omik alıcılar (akkor flamanlı lamba, ütü, fırın) şebekeden çektikleri

akımın tamamını harcarlar. Omik alıcıların harcadığı güce aktif güç

denir.

• İndüktif alıcılar (balast, bobin, röle, motor) şebekeden çektikleri

akımın bir kısmını manyetik alana dönüştürürler. Manyetik alan

kuvvet çizgileri ise alıcının kendi sargılarını keserek (etkileyerek)

şebeke gerilimine zıt yönde bir gerilimoluştururlar. Zıt EMKadı

verilen bu gerilim ise alıcıdan şebekeye doğru ikinci bir akım akışına

neden olur. Üreteç ve indüktif alıcı arasında gidip gelen akımdan

dolayı harcanan güce reaktif güç (Q) denir.


Filik 26

• Kapasitif alıcılar (kondansatörler) şebekeden çektikleri

akımla şarj olurlar. Daha sonra çektikleri akımı şebekeye

geri verirler.

• Bu bilgilerden sonra şu örneği verelim: Üzerinde 100 VA

yazan bir trafo eğer omik özellikli bir alıcıyı besleyecekse

yük, trafodan 100 W güç alabilir. Eğer adı geçen trafoyla

indüktif özellikli bir alıcı beslenecekse, sisteme reaktif

güç de gerekeceğinden 100 VA'lik gücün bir kısmı

manyetik alan oluşturmada harcanır. Sonuçta 100 VA

gücündeki trafodan 100 W'tan daha az bir aktif güç alınır.


Filik 27

• Örnek: Etiketinde Cos j = 0,6 yazan bir motorun

aktif gücü 1000 W'tır. Bu motorun

beslenmesinde kullanılacak trafonun görünür

gücü kaç VA olmalıdır?

• Çözüm: Cos j = P/S S = P/Cosj = 1000/0,6 =

1666,66 VA

• Sonuç olarak, alıcıların enerjiyi harcama

biçimleri farklı olduğundan trafoların bazılarında

güç değeri aktif güç cinsinden değil, görünür güç

(S) cinsinden verilir.


Filik 28

Transformatör seçimi

• Uygulamada çeşitli gerilim ve akım değerlerinde trafolar kullanılır.

Kimi trafoların çıkış gerilimi tek kademeli olurken bazıları ise çok

çeşitli değerlerde gerilim verebilecek şekilde (kademeli)

üretilmektedir.

• Eğer, 12 V/1 A çıkış verebilecek bir DC güç kaynağı yapılmak

isteniyorsa, bu iş için 10-15 W'lık güce sahip bir trafo seçmek

gerekir. Üzerinde 12 V/50Wyazan bir trafonun verebileceği

maksimum akım ise, P = V.I olduğuna göre, I = P/V = 50/12 = 4,16 A


Filik 29

Transformatörün sağlamlık

testinin yapılışı

• Trafo gerilimi düşürücü özellikte ise ohmmetre

x1W, x10W, x100W ya da x1k kademesine

alınarak yapılan ölçümde primer direnci

sekonder direncinden yüksek olmalıdır.

• Trafoların gövdesinde giriş ve çıkış uçları

işaretlenmiştir. 220 V yanlışlıkla çıkışa

uygulanırsa trafo çok yüksek gerilim üretmeye

başlar ve tehlike arz eder. O nedenle bağlantılar

titizlikle yapılmalıdır.


Filik 30

• Transformatörün yüksek gerilim ve alçak gerilim

sargıları şu yöntemlerle belirlenebilir:

• I. Sargıların direnci ölçüldüğünde yüksek dirençli

taraf yüksek gerilim, küçük dirençli taraf düşük

gerilim sargısını gösterir.

• II. Gözle bakıldığında alt kısımda bulunan ince

kesitli sargılar yüksek gerilim, üst kısımda

bulunan kalın kesitli sargılar ise düşük gerilim

uçlarını belirtir.


Filik 31

Arızalı transformatörün onarımı

• Trafo, aşırı akım çekildiğinde, sargılar kısa devre

olduğunda, fiziksel darbelere maruz kaldığında

arızalanabilir. Bozulan bir trafonun yeniden

sarılması mümkündür. Elektronik sistemlerde

kullanılan trafoların çoğunluğu küçük güçlü

olduğundan fiyatları ucuzdur. O nedenle

küçük boyutlu trafoların sarımı yapılmayıp

yenisiyle değiştirme yoluna gidilir.


Filik 32

Bir fazlı trafoların boş çalışması

ve vektör diyagramının

incelenmesi

• Boş çalışma akımı ve etkileri

• Trafonun sekonder ucuna bir alıcı bağlı değilken şebekeye bağlı

olmasına boş çalışma denir. Primer sargısı şebekeye bağlıyken çok

küçük değerli bir akım(Ib) çeker. Boş çalışma akımı ideal (gerçekte

olmayan, teorik) trafolarda uygulanan gerilimden 90° geridedir.


Filik 33

• İdeal trafoda iç gerilim düşümleri ve nüve kayıpları sıfır (0) olarak

varsayılır.

• Gerçek trafoda boş çalışma akımı gerilimden tam 90° geride değildir.

V1 ile Ib arasında 90°’den daha küçük bir jb açısı vardır. Bu nedenle

boş çalışma anında çekilen akımın iki bileşeni söz konusudur.

Bileşenlerden V1 gerilimiyle aynı fazda olanına enerji bileşeni (Ie),

• V1 geriliminden tam 90° geride olanına ise mıknatıslama bileşeni

(Im) denir. Boşta çekilen akımın mıknatıslanma bileşeni tam indüktif

bir akım olup, manyetik akıyı oluşturur. Boş çalışma akımının enerji

bileşeni ise aktif bileşen olup demir kayıplarını karşılar.


Filik 34

• Trafonun boş çalışma anında çektiği akımnormal akımın% 1’i

ile%35’i kadar olabilir.

• Bu akımın değeri trafonun kalitesiyle ilgilidir. Bakır tel ve sac kaliteli,

işçilik düzgün ise boş çalışma anında çekilen akım da düşük olur.

• Trafonun boş çalışma anıyla ilgili olarak çizilen ilk vektör

diyagramında sargı dirençleri kaçak akılar dikkate alınmamıştır.

Gerçekte trafonun hem primer, hem de sekonder sargılarının belirli

bir direnci vardır. Ayrıca boş çalışma akımının oluşturduğu manyetik

akının tümü devresini nüve üzerinden tamamlayamaz. Bir miktar akı

havadan dolaşır.

• Trafonun primerinden geçen boş çalışma akımı bu sargının omik

direnci (R1) üzerinde bir gerilim düşümü oluşturur.


Filik 35

• Trafonun primer sargısının oluşturduğu manyetik alanın hava

üzerinden dolaşan kaçak akıları (X1) olarak ifade edilebilir.

• Trafonun primer sargısının omik direnci üzerinde düşen gerilim

Ib.R1, sargının reaktansından dolayı düşen gerilim Ib.X1 şeklinde

ifade edilebilir.

• Bu veriler ışığında vektör diyagramı yeniden çizilecek olursa boş

çalışma akımının primer sargısı üzerinde indüklediği E1 EMK’sının

uygulanan gerilime eşit ancak tam 180° faz farklı olmadığı görülür.


Filik 36


Filik 37

Vektör diyagramında

görüldüğü gibi E1 EMK’sı -

E1 olarak 180° faz farklı

olarak çizilmiştir. E1 ile V1

arasında Ib.X1 ve Ib.R1 gerilim

düşümlerinin vektörel

toplamı kadar bir fark

bulunmaktadır.

Boş çalışma akımı Ib ile

uygulanan gerilim V1

arasındaki jb açısına boşta

çalışmadaki faz açısı denir.

E1 ve E2 aynı manyetik

alan tarafından

oluşturulduğundan aynıfazdadır.

• Vektör diyagramında taranmış olan üçgen trafonun boş çalışma

anındaki iç gerilim düşümü üçgenidir. Bu üçgen ne kadar küçükse

trafo o kadar kalitelidir.

• Boş çalışma akımı Ib ile bunun mıknatıslanma bileşeni arasındaki

açıya demir açısı denir. Bu açı şekilde a ile gösterilmiştir. Demir

açısı ne kadar küçük olursa trafonun demir kaybı da o kadar az olur.

• Boş çalışma akımının primer sargısında oluşturduğu Ib.R1 değeri

kadar olan bakır kayıpları çok küçük olduğundan dikkate

alınmayabilir. Başka bir deyişle boş çalışma anında çekilen akımın

tümünün demir kayıplarından kaynaklandığı varsayılabilir.Yani boşta

çalışma anında trafonun çektiği güç demir kayıplarını karşılar.

• Sonuç olarak, üretimi yapılacak bir cihaza bağlanacak trafonun

seçimi yapılırken boş çalışma anındaki enerji tüketimi az olan

yeğlenmelidir.


Filik 38

Bir fazlı trafoların yüklü çalışması

• Yüklü çalışmayı kavrayabilmek için kullandığımız trafonun ideal

(kaçak akısı olmayan) olduğunu varsayalım. Bu durumda primere

uygulanan akım manyetik akısını oluşturur.

Bu akı uygulanan gerilimin değerine yakın ve 180° faz farklı E1

EMK’sını indükler. Sekondere bağlanan omik özellikli yük nedeniyle I2

akımı akar. I2 akımı sekonderin etrafında manyetik akısına 180° zı

yönde akısını oluşturarak akısını zayıflatıcı etki yapar.


Filik 39

akısının zayıflaması primerde indüklenen E1 EMK’sının da azalmasına neden olur. E1 EMK’sının azalması I1 akımının çoğalmasın neden olur.


Filik 40

Trafonun indüktif yük bağlı olarak

çalışmasının vektör diyagramı

• Uygulamada kullanılan alıcıların büyük bir bölümü

indüktif özellikli olduğundan vektör diyagramı da

buna göre çizilmiştir.


Filik 41


Filik 42


Filik 43

Bir fazlı trafolarda kaçak akının

önemi ve azaltıcı önlemler

• Trafonun primerine uygulanan AC, yönü ve şiddeti değişen bir

manyetik akı oluşturur.

• Bu akının büyük bir bölümü devresini nüve üzerinden tamamlarken

bir kısmı ise hava üzerinden tamamlar. Hava üzerinden dolaşarak

devresini tamamlayan akılara kaçak akı denir.

• Primer sargısının oluşturduğu manyetik akı sekonderde bir

gerilimindükler. Sekonderin uçlarına bir alıcı bağlıysa bu sargıdan da

akımdolaşmaya başlar. Sekonder akımı ikinci bir manyetik alan

oluşturur. Sekonder alanının da bir kısmı devresini hava üzerinden

tamamlar.

• Trafonun üretiminde kullanılan sac kalitesiz, gereğinden küçük ve

montajı özensiz yapılmış ise kaçak akı artar. Kaçak akısı yüksek

olan bir trafonun çıkış gerilimi azalır ve verimi düşer.


Filik 44

• Trafonun primer ve sekonder sarımlarında oluşan kaçak akılar X1 ve

X2 ile ifade edilir.

• Kaçak akı reaktansları primer ve sekonder sargılarda indüktif

özellikli (akımdan 90° ileride) gerilim düşümlerine neden olur. Bu

gerilimdüşümlerininmiktarı primer için I1.X1, sekonder için ise I2.X2

denklemleriyle hesaplanabilir.

• Trafoda kaçak akıdan kaynaklanan gerilim düşümünün yanı sıra

sargıların omik dirençlerinde de bir miktar gerilim düşümü olur.

Sargıların omik dirençlerini R1 ve R2 ile ifade edersek, bu

sargılardan geçen I1 ve I2 akımları, primerde I1.R1, sekonderde ise

I2.R2 kadar iç gerilim düşümüne neden olur. Omik gerilim düşümleri

akım ile aynı fazlıdır.


Filik 45

• Trafonun primer ile sekonder sargılarının omik

direnç ve indüktif reaktanslarından ötürü ortaya

çıkan gerilimdüşümlerinin olumsuz etkisini

ortadan kaldırmak için sekonderin sipiri

hesaplanan değerden % 5 fazla sarılır.


Filik 46

Trafoların eşdeğer devreleri

• Boşta çalışan bir trafoda sadece primer sargısında bir gerilim

düşümü oluşur. Boşta çalışan trafonun elektriksel eşdeğer devresi

yandaki şekilde görüldüğü gibidir. Şekilde R1 primerin omik

direncini, X1 ise kaçak akıdan kaynaklanan reaktansını ifade eder.


Filik 47

• Boşta çalışan trafonun dönüştürme oranı K=1

olarak kabul edilirse (giriş gerilimi ile çıkış gerilimi

eşit olan bir trafo kullanıldığı varsayılırsa) E1 = E2 =

V2 ifadesi yazılabilir. Bu kabule göre boşta çalışan

trafonun elektriksel eşdeğer devresi yandaki şekilde

verildiği gibi basitleştirilerek çizilebilir.


Filik 48

• Trafonun sekonderine yük bağlandığında bu

sargının omik direnci ve indüktif reaktansı göz

önüne alınarak yeni bir elektriksel eşdeğer devre

çizilecek olursa üstte görülen devre elde edilir.

• Sekonderine yük bağlanan trafonun dönüştürme

oranının K = 1 olduğu varsayılırsa elektriksel

eşdeğer devre üstte verildiği gibi

basitleştirilebilir.


Filik 49


Filik 50

• Trafonun elektriksel değerleri (eşdeğer direnç,

eşdeğer reaktans, eşdeğer empedans) primer

ya da sekondere göre kısa devre deneyi

yapılarak bulunur. Trafonun çıkışına bağlanan

yükün (omik, indüktif, kapasitif) cinsine göre üç

farklı çalışma durumu söz konusudur. Kapasitif

yüklü çalışma ile çok az karşılaşıldığından bu

konu açıklanmayacaktır.


Filik 51

1. Trafonun yüklü çalışma

anındaki vektör diyagramları


Filik 52


Filik 53

• Primerden geçen akım eşdeğer direnç üzerinde I1.Re1,

kaçak akı reaktansı üzerinde de I1.Xe1 kadar

gerilimdüşümleri oluşturur. Bu gerilimdüşümleri

V1 değerinden vektörel olarak çıkarılırsa ideal

trafonun uçlarındaki V11 gerilimi tespit edilir. V11

gerilimi hiç kayba uğramadan aynen sekonder

gerilimine dönüştüğünden dönüştürme oranı

için,


Filik 54


Filik 55


Filik 56

Trafonun omik yükü beslemesi anındaki

vektör diyagramı ve eşdeğer

devresi

• Trafonun omik yükü beslemesi durumundaki

vektör diyagramının çizilebilmesi için eşdeğer

devre göz önüne alınır.

• Eşdeğer devre seri olduğu için tümalıcılardan

aynı akım dolaşacaktır. Bu nedenle önce I1

akımı çizilir. Daha sonra I1 ile aynı fazlı olmak

üzere V11 gerilimi çizilir. I1 akımının oluşturduğu

I1.Re1 omik gerilimdüşümü, akımla aynı fazda

olduğundan V11’in doğrultusunda çizilir. İndüktif

gerilim düşümü olan I1.Xe1 ise akımdan 90° ileri

fazlı olarak çizilir.13/03/2016

ELektrik Motorları ve Sürücüleri_U. Basaran Filik

57


Filik 58


Filik 59


Filik 60

b. Trafonun indüktif yükü beslemesi anındaki

vektör diyagramı ve eşdeğer

devresi

• Uygulamada kullanılan yüklerin çoğunluğu indüktif özelliklidir. Bu yüke göre

çizilen vektör diyagramı yanda verildiği gibidir. Çizimde, I1.Re1 omik gerilim

düşümü akımla aynı fazda, I1.Xe1 indüktif gerilim düşümü ise akımdan 90°

ileri fazlı olarak çizilir.

• Sekondere bağlanan yükün oluşturduğu faz farkı (güç katsayısı) Cosɸ2,

trafonun boştaki akımı göz önüne alınmazsa (yok sayılırsa) Cosj1’e eşit

olur. Bu nedenle diyagramda V11 ile I1 arasındaki açı j1 olarak

gösterilmiştir. Çizilen vektör diyagramında V1 gerilimini hesaplamada

kullanılan denklem Pisagor teoremi kullanılarak,


Filik 61


Filik 62


Filik 63

Omik ve indüktif yük bağlanması durumunda sekonderden alınan gerilimler, iç gerili

düşümlerinden dolayı biraz düşük olmaktadır. Sekonder geriliminin istenilen

düzeyde olması için yapılan uygulama sekonderin sarım sayısını% 5 artırmaktır.

Trafolarda regülasyon

• Trafoda primer gerilimi anma (nominal) değerinde sabit tutulup,

sekonderden anma yük akımı çekilirse, sekonder geriliminin boştaki

değerine göre değiştiği görülür. Sekonderin boş ve tamyüklü

durumdaki gerilimleri arasındaki farka gerilim regülasyonu denir.

Gerilim değişmesini % cinsinden hesaplandığında ise buna gerilim

regülasyonu yüzdesi denir.


Filik 64

• Regülasyon yüzdesi bilinen bir trafonun yük altında geriliminin ne

kadar düştüğü denklemler kullanılarak hesaplanabilir. Trafonun %

Reg’i ne kadar düşükse kalitesi de o kadar yüksektir.


Filik 65

Bir fazlı trafolarda kayıplar ve

verim

• Trafolarda demir ve bakır olmak üzere iki kayıp

söz konusudur.Hareketli parçası olmayan

trafoların sürtünme ve rüzgâr kayıpları yoktur.

• Trafonun demir kayıpları boş çalışma deneyiyle,

bakır kayıplarıysa kısa devre deneyiyle bulunur.


Filik 66

Bir fazlı trafoların demir (nüve,

çekirdek) kayıpları ve bulunması

• Boş çalışmada oluşan kayıplara demir kayıpları denir. Boş çalışma

anında primernsargısının çektiği akım çok küçük olduğundan bakır

kayıpları ihmal edilebilir (yoknsayılabilir).

• Demir kayıpları Histerezis ve Fuko olmak üzere ikiye ayrılır.

• Histerezis kaybı, nüvenin içindeki moleküllerin şebeke frekansına

bağlı olarak yön değiştirmesi anında birbirleriyle sürtünmeleri

sonucu ısı şeklinde ortaya çıkar. Fuko kaybı ise nüve üzerinde

indüklenen akımların neden olduğu kayıplar olup gene nüvenin

ısınması şeklinde ortaya çıkar.

• Trafodaki her iki kayıp frekans (f) ve akı yoğunluğuna (B) bağlı

olarak değişir.


Filik 67

• Trafoları anma gerilimi ve anma frekansından daha yüksek gerilim

ile frekanslarda kullanmamak gerekir. Bu şartlara uyulmazsa

manyetik nüvedeki aşırı ısınmalar sonucu trafonun veriminde

azalmalar görülür. Başka bir deyişle trafoyu uygulanan gerilim ve

frekansın değeri değişmezse demir kayıpları sabit kalır.

• Yani trafo boşta ya da yük altında çalışırken demir kayıpları aynıdır.


Filik 68

• Trafonun boş çalışma deneyi yapılacağı zaman uygun devre kurulur.

Deneyden doğru sonucu alabilmek içinmümkün olduğunca hassas

(dijital yapılı) ölçü aletleri ve büyük güçlü (100 VA ve üzeri) bir trafo

kullanmak gerekir.

• Boş çalışma deneyi, trafonun gerilim durumuna göre primer ya da

sekonder sargısı kullanılarak yapılabilir. Örneğin 1000/220V’luk bir

trafoda boş çalışma deneyinin sekonder sargısı kullanılarak

yapılması doğru olur. Yüksek voltajı temin etmek, buna uygun ölçü

aleti bulmak, güvenliği sağlamak güçtür. Başka bir deyile boş

çalışma deneyinin primer ya da sekonder sarımı kullanılarak

yapılması sonuçları değiştirmemektedir.

• Boş çalışma anında şebekeden çekilen akım çok düşük

olduğundan, bu akımın oluşturduğu bakır kayıpları (Ib2.R1) gözönüne

alınmaz. Başka bir deyişle wattmetrenin gösterdiği değer demir

kayıpları olarak kabul edilebilir.


Filik 69

• Sonuç olarak trafonun boş çalışma anında

çektiği akım manyetik alan oluşturmak,

• Histerezis ve Fuko kayıplarını karşılamak için

harcanmış olur.

• Trafo seçimi yapılırken boş çalışma anındaki

kaybı düşük olan model (marka) tercih edilmeli,

ürünün TSE, CE ve ISO kalite belgelerinin olup

olmadığına bakılmalıdır.


Filik 70

Bir fazlı trafoların bakır (sargı,

Joule) kayıpları

• Trafonun ikinci devresine (sekondere) bir yük bağlandığında her iki

sargıdan da akım dolaşmaya başlar. Bu akımlar sargıların omik

dirençlerinden ötürü (I2.R) şeklinde bir ısı kaybı oluştururlar. Sargıların

omik dirençleri tarafından ısıya dönüştürülen kayba bakır kaybı denir.


Filik 71

• Bakır kayıpları sekondere bağlanan yükün çektiği akım arttıkça artar.

• Trafonun herhangi bir yükteki bakır kayıpları, anma yükündeki bakır

kayıplarından yararlanılarak saptanabilir. Bunun için istenen yük

akımının, anma akımına oranını bulur, bunun karesini alır ve anma

yükündeki bakır kayıplarıyla çarparız.


Filik 72


Filik 73

Bir fazlı trafoların kısa devre

çalıştırılması ve bakır kayıplarının

bulunması• Trafonun bakır kayıplarını saptamak için yapılan kısa devre deneyi

için şekildeki bağlantı şeması kullanılır.

• Sekonder sargısına ampermetre bağlanan trafonun primerine

wattmetre, ampermetre ve voltmetre bağlanır.

• Primere uygulanan gerilimvaryak (ayarlı trafo) ile sıfırdan itibaren

artırılır. Besleme gerilimi hiçbir zaman anma değerine kadar

yükseltilmez. Sekonderden geçen akım anma değerine ulaştığı anda

primere uygulanan gerilimin artırılmasına son verilir.


Filik 74

• Primere uygulanan gerilimin en son değerine kısa devre gerilimi (Vk) denir.

• Trafonun sekonderinden anma akımı geçerken primere bağlı wattmetrenin

gösterdiği değer bakır kaybı olarak harcanan güç değeridir. Wattmetrenin

gösterdiği değerin içinde boş çalışma akımının oluşturduğu çok küçük değerli

(ihmal edilebilen) demir kaybı da vardır. Kısa devre deneyinde primere uygulanan

gerilim çok düşük değerli olduğundan demir kaybı da düşük olur. O nedenle bu

kayıp yok sayılabilir.

• Bakır kayıpları 1000 kVA’nın altında güce sahip trafolarda anma gücünün%3-4’ü

kadar olmaktadır.

• Trafonun kısa devre çalışma anındaki gerilimi anma geriliminin yüzdesi olarak

ifade edilir.


Filik 75


Filik 76

Kısa devre gerilimi besleme (güç) trafolarında, güce bağlı olarak anma

geriliminin% 3’ü ila% 12’si kadardır. Trafonun anma gücü büyüdükçe kısa devre

gerilimi de %12’ye doğru artar.

Kısa devre gerilimi yüzdesi olarak verilen değerler, primer ve sekonder için aynen

geçerlidir.

Trafoların eşdeğer direnç,

reaktans ve empedanslarının

bulunması

• Trafonun kısa devre deneyi yapıldıktan sonra

elde edilen değerlerden yararlanılarak eşdeğer

direnç (Re1), eşdeğer reaktans (Xe1) ve eşdeğer

empedans (Ze1) saptanabilir.

• Trafonun primere göre eşdeğer empedansı,


Filik 77

• Trafonun kısa devre anında şebekeden çektiği

güç, her iki sargının bakır kayıplarına eşittir.

Çünkü kısa devre çalışma anında oluşan demir

kayıpları ihmal edilecek düzeyde küçüktür.


Filik 78


Filik 79


Filik 80

Bir fazlı trafolarda verimin

(randımanın) bulunması


Filik 81


Filik 82

Trafoların veriminin bulunmasında

kullanılan yöntemler

• Direkt yöntemle verimin bulunması• Bu yöntem daha çok küçük güçlü trafolarda uygulanır. Yanda verilen

bağlantı şeması kurulduktan sonra sekondere bağlı yük sıfırdan

başlanarak tam yüke kadar artırılır. Her yükte

• primer ve sekonder bağlıwattmetrelerden okunan değerler

kaydedilir.


Filik 83


Filik 84

Direkt yöntemle verim ölçme 50 A’in üzerinde akım çeken büyük güçlü trafolarda

kullanılamaz. Çünkü bu kadar büyük değerleri ölçebilen aygıtları temin etmek

zordur.

Endirekt (dolaylı) yöntemle

verimin bulunması


Filik 85


Filik 86

Bir fazlı trafoların kullanım alanları

• Bir fazlı trafolar zil, numaratör, kapı otomatiği,

merdiven ışık otomatiği, akü şarj cihazı, kaynak

makinesi, konvertisör (DC’yi AC’ye çeviren

devre), radyo, teyp, CD çalar, DVD çalar,

televizyon, kamera, tarayıcı, yazıcı, uydu anten

alıcısı, telefon şarj aygıtı, alarmaygıtı vb. gibi

yerlerde kullanılırlar.

• Trafo seçimi yapılırken kayıpları düşük (verimi

yüksek), ses yapmayan, TSE, CE ve ISO

belgelerine sahip markalar tercih edilmelidir.


Filik 87

Bir fazlı trafolarda polarite

• Polaritenin önemi

• Trafonun primer ve sekonder sarımlarının her iki uçları,AC’nin

frekansına bağlı olarak zaman zaman polarite (işaret) değiştirirler.

Bu nedenle trafonun hangi ucunun hangi polariteye sahip olduğunun

bilinmesi gereklidir.

• Polarite, trafonun sargılarında indüklenen gerilimlerinin ani yönlerini

belirtir. Polarite bilinirse sargıların birbirine paralel ya da seri olarak

bağlanması doğru şekilde yapılabilir.

• Trafoların sargı uçlarının polaritelerinin yönü polarite deneyi

yapılarak tespit edilebilir ya da üretim anında TSE, CE veya ISO

standartlarına göre yapılmış işaretlemelere bakılır.

• TSE standartlarına göre sekonderi tek sargılı trafoların uçları A ve B

ile işaretlenir.

• Sekonderi orta uçlu olan trafolar ise A, N, B ile işaretlenir.


Filik 88


Filik 89

elektrik motorları ve sürücüleri - 4

Documents