Merhaba, bugünkü yazımızda Transformatör ya da diğer adıyla trafonun kullanım alanlarını ve çalışma mantığını öğreneceğiz. Ardından örnek bir alçaltıcı devresini inceleyeceğiz.
Transformatör Nedir?
Transformatör, iki veya daha fazla elektrik devresini elektromanyetik indüksiyonla birbirine bağlayan bir elektrik aletidir. İngilizce kelime olan “transformer” ,”dönüştürücü” olarak olarak Türkçe’ye çevrilmiştir. Günümüzde yaygın olarak “trafo” ismiyle bilinir.
Transformatörler frekans değeri değiştirilmeden, gerilim ve akım değerlerinde istenilen değişimi gerçekleştirirler. Genellikle bir elektrik devresindeki akım ve gerilimi yükseltme ve düşürme, elektrik enerjisinin dağıtımı gibi amaçlar için kullanılırlar. Verimlilikleri %97-98 civarında olduğundan AC voltaj üzerinde yükseltme, alçaltma yapmak için idealdirler.
Esas olarak transformatörler, elektromanyetik indüksiyonla enerjiyi bir devreden diğer devreye geçirmektedir. Gerilimi yükseltmek özellikle elektrik enerjisinin elde edildiği yerden uzaklara nakledilmesinde gerekmektedir. Çünkü yüksek akımla iletim yapmak P=I2*R formülünde görüleceği gibi çok büyük güç kayıplarına sebep olmaktadır. Bu yüzden elektrik iletim sırasında gerilim yükseltilir akım düşürülür (V=I*R formülünden dolayı) ve böylece minimum seviyede güç kaybı oluşması hedeflenir.
Aşağıda 220V AC gerilimi (şebeke voltajı) 12V AC gerilime düşüren bir transformatör örneği görebilirsiniz.
Transformatör Nasıl Çalışır?
İdeal bir transformatör, sonsuz geçirgenliğe ve sıfır çekirdek kaybına sahiptir. Ortak bir manyetik akıyı kucaklayan iki dirençsiz bobinden oluşmaktadır.
Aşağıda transformatörün en genel halini görebilirsiniz
Transformatörün birincil sargısında değişken bir voltaj vardır. Bu değişken voltaj ikincil sargı tarafından da çevrelenen transformatör çekirdeğinde değişken bir manyetik akı oluşturur. İkincil sargıdaki bu değişken akı, ikincil sargıda indüksiyon nedeniyle değişen bir elektromotor kuvvet yani voltaj indüklemektedir.
Burada en önemli unsurlardan biri voltajın değişkenliği. Yani DC voltajı bir transformatöre bağlarsak çıkış kısmında gerilim elde edemeyiz. Manyetik akının oluşması için voltajın ve dolayısıyla akımın değişken olması gerekmektedir.
Transformatörde 1. sargı (primer, Np) AC voltaj girişinin yapıldığı yerdir, çıkışta yani 2. sargıda (sekonder, Ns) giriş voltajının belli bir katı elde edilir. Sargıların sarım sayılarının oranı aslında çıkış voltajını değiştirmektedir. Örneğin 1. sargıda 2N tane sarım olsun, 2. sargıda N tane sarım olduğunu varsayalım. 1. sargıya 220V bir sinyal verdiğimizde olduğundan çıkışta 110V bir sinyal elde ederiz. Çünkü sargı oranları 2:1 idi. Buradaki N katsayıları on binlerce sarıma kadar çıkabilmektedir. Eğer giriş frekansı 50Hz ise çıkışta da 50Hz bir sinyal elde edersiniz. Transformatörler frekansı değiştirmez, sadece voltajın genliğini değiştirir.
Konun daha iyi anlaşılması için günlük hayattan bir örnekle açıklayalım. Telefonunuzu şarj ederken adaptörünüzü prize takarsınız. Yani adaptörü 220V ile beslersiniz. Fakat bildiğiniz gibi telefonunuz 220V ile değil aslında 5V ile şarj oluyor. İşte bu voltaj düşümünü sağlayan komponent transformatörün kendisi. Prize adaptörü taktığınızda trafonun primer sargısına 220V alternatif gerilim (AC) vermiş olursunuz, trafo bu gerilimi 12V AC seviyesine kadar düşürür. Fakat bu telefonunuzu şarj etmek için yeterli değil. Çünkü telefonun içindeki lipo piller doğru akım ile şarj oluyor. Bu yüzden bir doğrultucu yardımı ile alternatif akım, doğru akıma çevrilir. Ardından 5V regülesine gönderilir ve siz çıkışta “+” ve “-” kutbu olan 5V DC gerilimi elde edersiniz.
Alçaltıcı ve Yükseltici Transformatörler
Üretim ve kullanım çeşitlerine göre birçok trafo tipi bulunmasına rağmen trafoları kabaca 2 gruba ayırabiliriz: Yükseltici ve Alçaltıcı Trafo. Yükseltici transformatörlerde çıkış sarımı giriş sarımından fazla olurken, alçaltıcı transformatörlerde giriş sarımı çıkış sarımından fazladır.
İdeal bir transformatörde gücün değişmeyeceğini unutmamak gerekir. Örneğin yükseltici 1:2 bir transformatörde teoride girişten 2K kadar akım çekilebilirken, çıkıştan K kadar akım çekebilirsiniz. Güç formülünü hatırlarsak P=I.V olduğundan ve bir trafonun gücü sabit olduğundan gerilim artarken çekilebilecek maksimum akım azalmaktadır.
Yukarıdaki Proteus simulasyonunda 24V AC gerilimin nasıl 5V AC ye dönüştürüldüğünü görebilirsiniz. Sarımlar oranı 2400:480 olduğundan gerilim sarımların oranı kadar düştü. Ayrıca osiloskop kısmında mavi sinyal giriş, sarı sinyal çıkış olmak üzere iki sinyalin arasında hiçbir faz ve frekans farkı olmadığını fark edebilirsiniz. Transformatör sadece gerilimin genliğini değiştirmektedir.
Ayrıca AC gerilimden bahsederken konuştuğumuz değerlerin RMS olduğunu unutmayalım. RMS (root mean square) AC gerilimin DC karşılığı ya da efektif değeri olarak tanımlanabilir. Sinusoidal bir AC gerilimin RMS’ i, AC gerilimin maksimum değerinin √2 ye bölünmesi ile ya da 0.707 ile çarpımından bulunur.
Simulasyonun primer kısmında gördüğünüz 24.0V değeri aslında 34V un RMS değeridir. Başka bir deyişle V1 kaynağının genliği 34V tur. Yani girişteki sinyalin en yüksek değeri 34V tur ve DC karşılığı ise 24V’a eş değerdir. Aynı durum çıkış sinyali için de geçerlidir. Bu yüzden osiloskopta mavi sinyalin tepe noktası 34V iken sarı sinyalin tepe noktası 7V tur.
🚀 Merak ettiğin her şey ve daha fazlası Robolink Akademi‘de seni bekliyor!
Bu sayfada okuduklarım ve gördüklerim ücretsiz öğrenim emeğinize sağlık çok iyi olmuş insan isterse kendini eğite bilir çok sağ olun çok mutlu oldum hepizden Allah razı olsun