elektromekanik enerji dönüşümü 2

7/30/2019 Elektromekanik Enerji Dnm 2

1/10

2. TRANSFORMATRLER

2.1 Temel Bilgiler

Transformatrlerde hareket olmadndan dolaysrtnme ve rzgar kayplar mevcut

deildir. Dolaysyla transformatrler, verimi en yksek (%99 - %99.5) olan elektrikmakineleridir.

Transformatrler, demir ekirdek (nve) zerine sarlm, birbirlerine ve topraa greizole edilmi iki sarg grubundan oluurlar. Bu sarglardan uyarlan sargya primer sarg,dier sargya da sekonder sarg denmektedir. ekirdein sarglar zerinde tayan ksmnabacakve bunlar alt ve st ksmda birletiren paralara alt ve st boyundurukdenilmektedir.Ayrca gerilimlerine gre gerilimi kk olan sargalak (alt) gerilim sargs, gerilimi bykolan sarg ise yksek (st) gerilim sargs olarak isimlendirilmektedir. Primer gerilimisekonder gerilimden bykse bu eit transformatr drc veya alaltc transformatr,

primer gerilimi sekonder geriliminden kkse bu eit transformatrler de ykseltici

transformatrolarak isimlendirilirler.

Transformatrlerde ekirdek iyice sktrlm ince, silisyumlu veya hipersil ismiverilen %3 ila 3,5 silisyum ieren, elik salardan yaplarak histerezis kayplar azaltlr.Soutma amacyla sarglar ile bacaklar arasnda kanallar braklr.

2.2 Transformatrlerin SnflandrlmasTransformatrler faz saysna gre tek, veya ok fazl transformatrler olaraksnflandrlabilecei gibi, nvenin yapsna gre de ekirdek tipi, mantel tipi ve spiralekirdek tipi olarak snflandrlabilirler. ekirdek tipi transformatrlerde sarglar manyetikdevreyi evreleyecek ekilde, primer ve sekonder sarglarn yarlar farkl iki bacak zerinesarlr. Maltel tipi transformatrlerde ise alt ve st gerilim sarglarnn tamam orta bacaasarlmakta ve sa sol bacaklar bo braklmaktadr.

Transformatrler ister bir, ister fazl olsun izolasyon nedeniyle alak gerilim sargsekirdek zerine, yksek gerilim sargs ise alak gerilim sargsnn stne yerletirilirler. Heriki sarg arasnda braklan boluk soutma amac iindir. Fazl transformatrlerdezerinde aralarnda 1200 lik faz fark olan sarglar bulunur. Bazen fazl transformatryerine adet bir fazl transformatr de kullanlr. Bir fazl adet transformatr kullanmnnen byk avantaj faz sarglarndan birinde bir arza olduunda yalnz o transformatrnonarlmak iin devre d braklmas dier ikisinin almasna devam etmesidir. Ancak bu

avantajlara ramen pahalya mal olmas ve fazla materyal gerektirmesi bu yntemindezavantajlardr. Gerek sarg ekilinin gerekse nve yapsnn seiminde nemli konulardanbirisi de transformatrdeki demir ve bakr kayplarnn azaltlmasdr.

Transformatrlerde soutma amacyla hava, su veya ya kullanlr. Dolaysyla soutmamalzemelerine gre de transformatrler grupta toplanabilir. Kk transformatrlerdesoutma arac olarak hava kullanlr. Byk gl trafolarda ise genellikle ya kullanlr ve buyan izolasyonunu korumas ksa devrelerin olumamas asndan son derece nemlidir.


2/10


3/10

saylarnn oranlaryla doru, akmlarn oranlaryla ters orantldr ki bu da dntrme(transformasyon) oran olarak tanmlanr.

2.4 Bir Fazl Transformatrlerin Kayplarnn Dikkate Alnarak ncelenmesi

Manyetik bir devrede meydana gelen manyetik aknn tamamnn devreden gemesi istenir.Ancak manyetik kuvvet izgileri, manyetik devrenin relktans byrse (ykl almahalinde) veya daha ksa bir yol bulursa, manyetik devreden ayrlarak daha ksa yoldandevrelerini tamamlarlar. Manyetik yoldan ayrlarak, devrelerini bacaklarn i ve d ksmndantamamlayanbu aklara kaak manyetik aklar denir.ekil 2.3 tm ak izgilerini gsteren birfazl transformatr devresini gstermektedir.

ekil 2.3 Transformatrde Ak izgileri

ekil 2.4 de ise transformatrn ykl almas halinde devre emas izilmitir.Buradaki igerilim dmleri; ideal bir transformatrn primer ve sekonder devrelerindeki omik direnlerile bunlara seri bal kaak reaktanslar zerinde oluur.

ekil 2.4 Transformatrn Ykl almasnda Edeer Devre


4/10

Transformatrlerde endklenen e.m.kler denklem 2.4 ve 2.5 te gsterildii gibihesaplanmaktadr.

8

11 1044.4

NfE 2.4

822 1044.4

NfE 2.5

2.5Transformatrde Edeer Devrenin ndirgenmesiBilindii zere transformatrlerde sekonder ve primer devreler arasnda fiziksel bir balantmevcut deildir. Transformatrler ile ilgili analizler yaplrken hesap ve gsterim kolaylasndan sekonder ve primerdeki byklklerin bir tarafta toplanmas ska uygulanan biryntemdir. Bu durum transformatrlerde indirgenme ilemi olarak isimlendirilir vedntrme oran a kullanlarak gerekletirilir. Her iki taraftaki byklklerindntrlmesi mmknse de uygulamada genellikle sekonder sarg, primer sargyaindirgenir ve indirgenmi deerler ( ' ) iaretiyle gsterilirler.Aada sekonder byklklerin

primere indirgenmesi iin kullanlan ifadeler yer almaktadr.

'

2 2E aE '

2 2V aV

'

2 2N aN 2

2

2 ' RaR

' 2

2 2X a X '

2 2/I I a

2.6 Transformatrn Tam Edeer Devresi ve Analizi

ekil 2.4 de bu transformatre ait iki bobinin (primer ve sekonder) i diren ve kaakreaktanslarn temsil eden fakat arada elektriksel balants olmayan devresi verilmiti.Gerilimleri ve parametreleri birbirinden farkl olan bu iki devrede zme ulaabilmek iin,iki devre iin ayr ayr hesap yapmak gerekir. Halbuki eer devreler endklenen emklarnularnda birletirilebilirlerse, meydana gelecek tek devre ile istenilen zme ulamakmmkn olur.ekil 2.5 te byle bir edeer devre grlmektedir. Tam edeer devre olarakisimlendirilen bu edeer devrede, sekonder byklkler primere indirgenerek indisli ( ' )olarakgsterilmi ve demir kayplar da temsil edilmitir.

ekil 2.5Sekonderin Primere ndirgendii Tam Edeer Devre

Demir kayplarn temsil etmek iin kullanlacak direncin iki ucunda var olacak potansiyelfark, endklenen emkya eit olmaldr. Bu nedenle demir kaybn temsil edecek Rfe


5/10

direncinin, edeer devrede ortada olmas gerekir. Dier taraftan transformatrdemknatslanmay salayan manyetik aknn endktansla temsil edilmesi mmkndr. Ayrcaendktans asal frekansla arplarak mknatslanma reaktans adn alr ve tam edeerdevrede XMindisi ile gsterilirler.Bunun dnda akmlarn tanmlar aadaki gibidir:

I1 :ebekedenekilen akm

I2 :Yke giden veya ykn ektii akm

I10 :Bota alma akm

I :Bota alma akm demir kayplarn karlayan bileeni

I :Bota alma akm mknatslanma bileeni

Bota almas kayplar anma kayplarnn %25-30u mertebesindedir.Demir kayplar botaalma kayplar arasnda en byk yeri tutar.0= + 0 ifadesinde, uygulanan V1 gerilimiile endklenen E1 gerilimi arasndakiasnnok kk olmasndan dolay ihmal edilmesihalinde 0 0 olur. Yani bota alma g faktrnn as, sonuca kolay ulaabilmek iindemir asna eit alnabilir.

Bota almada yaplan lmler yardmyla edeer devre parametrelerindenRfe,XM,I veIdeerleri hesaplanr. Transformatrlerin bota almasnda P0=Pfe olduundan, aadaverilen denklemler yardmylayukarda bahsedilen parametrelerhesaplanabilir.

2

0

I

PRfe 2.6

I= I10 sin0 2.7

I = I10cos0 2.8

101

00

IV

PCos

2.9

101

00

IV

QSin

2.10

2

0

I

QXM 2.11

22

10 III 2.12


6/10

Transformatrn T edeer devresinde sekondere bal olduu varsaylan yk empedansnnsfr olmas ( Zy= 0 ), transformatrn ksa devre edilmesi demektir. Zy= 0 ise, k gerilimi,yani yk ularnda primere indirgenmi gerilim '

2V = 0 olur. ekil 2.6 da ksa devre edilen bir

transformatrn edeer devresi gsterilmektedir. Ksa devre almada nominal gerilim venominal akm uygulanmas eklinde iki farkl almamevcuttur. lkinde primere V1 gerilimi

uygulandnda akan akma ksa devre akm denirve denklem ile gsterilir.

ekil 2.6 Transformatr Ksa Devre Edeer Devresi

k

kZ

VI

1

1 2.13

Ksa devre akm olarak tanmlanan bu akmn genlii anma akmndan ok byktr vesarglarda meydana getirecei ar joule kaybndan dolay ok fazla snmaya ve neticede ok

ksa srede sargnn kavrularak yanmasna neden olur.

Bu nedenle ksa devre deneyini transformatre zarar vermeden yapmak iin ikinci uygulamadaha yaygndr. Bu uygulamada ksa devre akm, sarglarn zarar grmeyecei nominal akmdeeri ile snrlandrlmaktadr. Bu sebeple ksa devre almada transformatrn primerineuygulanana gerilim ayarlanarak, akan akmn anma akmndan byk olmamasna dikkatedilir. Bu ayarlanan gerilim Vkile gsterilir ksa devre akm ise I1dir.

kk ZIV 11 2.14

Ksa devre esnasnda primer tarafta bal bir wattmetre ile llen gce ksa devre gcdenilir ve pratikte transformatrn alma akmndaki toplam bakr kayplarn gsterir. sekonder empedanslarnn toplam olan Z1kya ksa devre empedans, R1kksa devre direncive Xl1kdenir ve aada verildii gibi hesaplanrlar.

2

1

1I

PR cuk 2.15

klkk jXRZ 111 2.16

2

1

2

11 kkkl RZX 2.17


7/10

2.7 Transformatrlerde G ve VerimElektrik makinelerinde g ve verim konusu incelenirken, makinelerde meydana gelenkayplar gz ard edilemez bir gerektir. Transformatrlerde hareket eden parann olmaykayplar azaltan, verimi ise ykselten bir husustur. Kayplar bakr ve demir kayplarndanolumaktadr.

Bakr kayplar transformatrn primer ve sekonder sarg direnlerinde ortaya kan slkayplardr. Demir kayplar ise Histerisiz ve Fukolt (Girdap) kayplar olmak zere iki ksmaayrlmaktadr. Histerisiz kayplar daha ncede akland gibi alternatif akmn her bir

peryotundaki deiim nedeni ile ekirdekteki paracklarn tekrar dizilii ile ilgilidir. Fukoltkayplar ise deiken manyetik alanda ekirdek zerinde akmlar olumas ve bu akmlarnsl kayplar oluturmas neticesinde meydana gelirler. Yukarda da bahsedildii zeretransformatrn bota almas ile demir kayplar, ksa devre almas ile de bakr kayplarbelirlenebilmektedir.

yapan gcn ve enerji dnmn salayan gcn aktif g olmasndan dolaytransformatre giren ve transformatrden kan aktif gler arasndaki orana verim denir. ile gsterilirve yzde olarak ifade edilir.

= 100g

P

P 2.18

Pg :Transformatrn ebekeden ektii giri gc

P :Transformatrn ebekeye verdii k (etiket) gc

Pk :Kayp g

111 CosIVPg 2.19

222 '' CosIVP 2.20

' '

2 2 2

' '

2 2 2

cos

cos k

V I

V I P

2.21

2

2

cos

cos k

S

S P

2.22

Verim ifadeleri denklem 2.21 ve 2.22 de verildii gibi de yazlabilir. Plakada verilen grnrg deeri(S), sadece transformatrden ekilebilecek gc gsterir.


8/10

2.8 zml rnekler

1)2300/230 V bir fazl 500 kVA gcnde bir transformatrn sekonder reaktans2

X = 0.006

direnci2

R = 0.002 dur.

a)2

E elektromotor kuvvetini

b)Nominal akmda2

cos = 0.8 endktif yk iin2

E elektromotor kuvvetini bulunuz.

ZM:

a) 2E = 2 + 2 2 2 2. .I R jI X I2 =5/2

= 230 + I2 .0,002+J I2 .0,006 I2 =500.000/230

I2 =2174 A.

2E = 230 +2174.0,002+J2174.0,006= 234.7 Volt

b)2

E = 2. 2 2 2 2 2cos . ( .sin . )R I J I X

= 230.0,8+2174.0,002+J(230.0,6+ I2 .0,006)

=241.43 Volt

2)10 kVA gcnde 4800/240 Vluk bir fazl transformatrn sekonder taraf ksa devre

edilerek nominal akmda ksa devre deneyine tabi tutulduunda k=180V, Pk=180Wdeerleri elde ediliyor.Mknatslanma akmnn ihmal edilmesi durumunda transformatrn

a)Ksa devre direnci ve reaktansn

b)Bata almadaki kayp P60 W cos=0.9 iken kayplarn ve verimini hesaplaynz.

ZM:

a)1

100002.083

4800kI I A

241.47kk

k

PR

I

k k kZ R JX 86.41kk

k

UZ

I

kk

k

RCos Z

0

61.32k


9/10

. 61.32 75.8k kX Z Sin

b) 60feP W 180cuP W 22

10000

240

S

I V

241.66I A

2 2

2 2

. .

. fe cu

U I Cos

U I Cos P P

240.41, 66.0,9%97.4

240.41, 66.0,9 60 180

3) 30 kVA gcnde 10/0.525 kVluk bir transformatrde1

R =43,2 ,2

0,12R

1 46.9X ve 2 0,125X dur.

a)Mknatslanma akmnn ihmal edilmesi ve sekonderin primere indirgenmesi halindeedeer devreyi izerek parametreleri hesaplaynz.

b) SekonderineykZ =8,85 ve Cos=0,8 olan bir yk balandnda sekonder akmn

hesaplaynz.

ZM:

a)10000

19,05525

a 2 219,05 362,8a

2 2' . 0,12.362, 8 43, 5R R a

2

2 2' . 0,125.362,8 45, 4X X a

b) . 8,85.0,8 7, 07yk ykR Z Cos

. 8,85.0, 6 5,5yk ykX Z Sin

1 2

1 2 1 22

10000'

' ( ' )yk ykI I

R R R J X X X

' 2. 7,07.362,8 2565yk ykR R a


10/10

' 2. 8,85.362,8 1925yk ykX X a

1 2

10000'

43,2 45,5 2565 (1925 45,4 46,9)I I

J

=1.73A

2 2 ' . 1,73.19,05 33,05I I a A

elektromekanik enerji dönüşümü 2

Documents