Elektrik makineleri, motor, generatör gibi hareketli ile transformatörler gibi hareketli olmayan makineler olarak sınıflandırılır. Hareket eden elektrik makineleri, girişlerine uygulanan enerji şekline göre motor veya generatör olarak çalışır. Eğer makinenin girişine elektrik enerjisi verilip, çıkışından mekanik enerji alınıyorsa motor çalışma, girişine mekanik enerji verilip, elektrik enerjisi elde ediliyorsa generatör çalışma olarak adlandılır. Bu iki tip çalışmada elektromekanik dönüşüm vardır. Transformatörlerde bu dönüşüm yoktur çünkü makine girişine elektrik enerjisi verilir, çıkışından da elektrik enerjisi alınır.
Elektrik Makinelerinde Elektromekanik Enerji Dönüşümü
Elektrik makinelerinde enerji dönüşümünün oluşabilmesi için Faraday, Biot-Savart ve Amper yasalarından faydalanılır. Bu yasalar elektrik mühendisliğinin temel yasalarıdır.
Hareketli elektrik makineleri öteleme (lineer motorlar) ve dönme hareketi yapan makineler olmak üzere ikiye ayrılır. Dönme hareketi yapan elektrik makineleri ise alternatif akım, doğru akım ve özel elektrik makineleri olmak üzere üçe ayrılır.
Elektrik makineleri enerji dönüşümünü gerçekleştirirken makineye verilen giriş gücü, bazı kayıplara uğrayarak çıkıştan alınır. Çünkü makine yapısında kullanılan demir, bakır, alüminyum vb. malzemelerin yapılarından dolayı kayıplar meydana gelir. Aynı şekilde hareketli elektrik makinelerinde ise ekstra bir de hava boşluğundan kaynaklanan sürtünme kayıpları da mevcuttur. Dolayısıyla elektrik makinelerinde çıkıştan alınan güç tam olarak %100 verimde alınamaz.
Transformatörlerde sadece bakır ve demir kayıpları (boşta ve yükte kayıplar) meydana gelirken (Pk), dönme hareketi yapan makinelerde bu kayıpların yanında sürtünme ve soğutma için harcanan vantilasyon kayıpları da (Pv) da oluşur. Verim, elektrik makinesinden alınan çıkış gücünün (Pç), giriş gücüne (Pg) oranıdır ve yüzde olarak tanımlanır.
Elektrik Makineleri: Temelleri, Çeşitleri ve Uygulamaları
Elektrik makineleri, elektrik enerjisinin mekanik enerjiye veya mekanik enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülmesinde kullanılan temel cihazlardır. Temelleri, enerji dönüşümünün çalışma prensiplerini açıklayarak, bu makinelerin çeşitli endüstriyel ve ticari uygulamalar için nasıl kullanıldığını öğretir.
Asenkron ve senkron makineler, en yaygın kullanılan türleridir. Asenkron makineler, genellikle endüstriyel motorlarda tercih edilirken, senkron makineler, jeneratörler ve özel motor uygulamalarında yaygın olarak kullanılır. Doğru akım makineleri, elektrik motorları ve jeneratörler gibi enerji dönüşüm cihazlarının bir diğer önemli grubudur. Bu makinelerin farklı türleri ve kullanım alanları, doğru akım makineleri çeşitleri konusuyla detaylı şekilde incelenir. Pratikte, elektrik bobin sarma makinası veya bobinaj motor sarım makineleri, makinelerinin üretim ve tamir süreçlerinde önemli bir role sahiptir. Örneğin, trafo sarım makineleri, elektrik transformatörlerinin bobinlerinin sarılmasında kullanılırken, bobinaj sarım makinası, motorların sarım işlemleri için idealdir. Bu makineler, elektrik motorlarının ve jeneratörlerin uzun ömürlü ve verimli çalışmasını sağlar. Ayrıca, elektroteknik alanında uzmanlaşmak isteyenler için bu temel bilgiler, mühendislik ve teknik kariyerlerin vazgeçilmez bir parçasıdır. Sonuç olarak, elektromekanik dönüşüm modern teknolojinin temel yapı taşlarından biridir. Teorik bilginin yanı sıra, bobinaj motor sarım makineleri gibi pratik araçlar, bu makinelerin üretim, bakım ve tamir süreçlerinde kritik bir rol oynar. Bu alanda edinilen bilgiler, elektrik enerjisinin etkin ve verimli bir şekilde kullanılmasını sağlar.
Asenkron motor yapısının, en önemli hesaplanması gereken parametreleri moment (tork), hız veya devri, kontrol düzenekleri ve yol verme işlemleridir. Bu bölümde asenkron motor eşdeğer devresi, parametreleri, moment hesabı ve yol verme çeşitleri gösterilecektir.
Asenkron motorların çalışma ilkesi ve temel yapısı itibariyle transformatörlere benzediği için eşdeğer devresi transformatörlere çok benzerdir. Makinenin karmaşık yapısında primer ve sekonder sargılarındaki akan akımları, momenti, güç faktörünü, güç değerlerini, kayıpları hesaplamak amacıyla sadece bir fazın modelini çıkarmak ve bunun üzerinde hesaplarını yapmak daha kolaydır. Simetrik yapıya sahip asenkron motorlarda diğer fazlarında aynı modelin varlığı kabul edilerek hesaplamalar yapılır. T tipi ve L tipi olmak üzere iki türlü eşdeğer devre tipi vardır. Hesapların kolay yapılması sebebiyle genelde L tipi eşdeğer devre kullanılır. Asenkron motorların L tipi eşdeğer devresi aşağıdaki gibidir.
Asenkron Motorların L Tipi Eşdeğer Devre Modeli
Burada Vo statora uygulanan gerilimi, I1 stator akımını, Rs stator direncini, Xs stator kaçak reaktansını, Rr rotor direncini, Xr rotor kaçak reaktansını, Im boşta çalışma akımını, Xm manyetik reaktansı, I2 rotor akımını ve E ise rotorda indüklenen akımı temsil etmektedir.
Asenkron motorlarda Im ile gösterilen boşta çalışma akımı, stator ile rotor arasında bulunan ince fakat büyük manyetik direnç gösteren hava aralıklarından dolayı transformatördekinden daha büyüktür. Çünkü transformatörde manyetik direnç gösteren yapı hava değil, silisli saclardan oluşan manyetik nüvedir.
Asenkron Motor Moment Hesabı
Asenkron motorun L tipi eşdeğer devreye göre moment formülü aşağıdaki gibidir.
Buradaki Z ile gösterilen eşdeğer devrenin L tipindeki empendasını ifade ederken, m faz sayısını, p kutup çifti sayısını, V1 ve f statora uygulanan gerilim ve frekansını göstermektedir.
Moment formülüne ve makinenin hızına göre asenkron motorun hız-moment grafiği aşağıdaki şekilde olur.
Asenkron Motorların Hız-Moment Grafiği
Grafiğe bakılacak olursa; motor senkron hızdayken (teoride mümkün olmayan) rotorun hızı sıfırdır. Motorun kalkınması için belli bir kalkış momenti (Mo) vardır. Bu durumda rotor hızı sıfırdır bunu motorun yenmesi gerekir ki motor kalkınsın ve dönmeye başlasın. Motor kalktıktan sonra belli bir hız değerinden sonra veriminin düştüğü görülmektedir. Yani devrilme momentini (Mk) aşmıştır. Makinenin devrilme momentini aşmaması gerekir. Bu durumdaki hızına devrilme hızı (nk), kaymasına ise devrilme kayması (sk) denir. Bu parametrelere göre moment formülünden devrilme momenti hesaplanır. Özetle asenkron motorlarda hız ayarı yapılırken veya yol verilirken kalkış momentini yenmesi ve devrilme momentini aşmaması gerekmektedir.
Durmakta olan motorun stator sargılarına gerilim uygulandığında rotor hareketsiz olduğundan indüklenen emk sıfırdır. Dolayısıyla ilk anda motorun eşdeğer devresi kısa devre durumundadır ve çekilen akım kısa devre akımıdır. Bu yüksek akımın rotor sargılarında yarattığı kuvvet ile üretilen momente yol verme momenti denir. Rotor bunun etkisiyle dönmeye başlar. Hızın artması ile indüklenen zıt emk artar ve şebeke gerilimine ters yönde olduğundan, başlangıçta çekilen büyük kısa devre akımı yavaş yavaş düşmeye başlar. Motorun miline bağlanmış ve sürülmekte olan herhangi bir iş makinesinin karşıt momenti (frenleyici momenti), motorun kendi ürettiği momente eşit olunca, motor ve iş makinesinden oluşan ikili sabit bir hızda dönmeye devam eder. Bu geçici işleme yol verme işlemi denir.
Sincap Kafesli Asenkron Motorun Bağlantı Kutusu, Rotor ve Stator Yapıları
Yol verme sırasında şebekeden çekilen akımın büyük olması, şebekede geçici ve yüksek gerilim düşümlerinin meydana gelmesine, dolayısıyla gerilim dalgalanmalarına neden olur. Bu istenmeyen bir durumdur. Bunun yanı sıra bu akım, makine sargılarında yüksek kayıplara sebep olur. Sargı sıcaklığının yükselmesine neden olur ve bu durum motora zarar verebilir. Bu yüzden yol verme işlemini yaparken bu tip durumların göz önünde bulundurulması gerekir. Yol verme işleminde şebekeden çekilen akımın yüksek olmamasına ve yol verme işleminin çok kısa sürede tamamlanması gerekir. Aşağıda asenkron motorlara yol verme işlemlerinden bazıları gösterilmektedir.
Oto-transformatör kullanmak
Sargı bağlantısında yıldız/üçgen değişimi yapmak
Akım sınırlayıcı bir direnç kullanarak yol vermek
Derin oluk etkisinden yararlanmak
Rotorda çift kafes kullanmak
Bileziklere direnç bağlamak
Yardımcı bir motor kullanmak
Güç elektroniği düzenleri (sürücüler, yumuşak yol vericiler) kullanmak
Bu düzeneklerden en çok güç elektroniği düzenleri yani sürücüler (driver), yumuşak yol vericiler (soft starter) kullanmak ve yıldız üçgen yol vermek işlemleri kullanılır.
Elektrik Motorları: Asenkron ve Senkron Motorların Çalışma Prensipleri ve Kullanım Alanları
Elektrik motorları, mekanik hareket sağlamak için elektrik enerjisini dönüştüren cihazlardır. Asenkron motor, yaygın olarak kullanılan ve dayanıklı yapısıyla tanınan bir motor türüdür. Özellikle üç fazlı asenkron motor, endüstriyel uygulamalarda enerji verimliliği ve yüksek performans sunar. Bu motorların kontrolü için kullanılan asenkron motor sürücüleri ve asenkron motor sürücü devresi, motor hızını ve torkunu optimize etmek için kritik öneme sahiptir. Asenkron motorlar, hem monofaze asenkron motor gibi tek fazlı uygulamalar için hem de 3 fazlı asenkron motor gibi daha büyük sistemler için mevcuttur. 3 fazlı asenkron motor yıldız üçgen yol verme yöntemi, motorun ilk çalıştırma akımını düşürmek için kullanılan bir tekniktir. Ayrıca, redüktörlü asenkron motor modelleri, ağır yük uygulamalarında torku artırmak için kullanılır. Bunun yanında, kalıcı mıknatıslı senkron motor ve sabit mıknatıslı senkron motor gibi mıknatıslı motorlar, yüksek hassasiyet ve enerji tasarrufu gerektiren uygulamalarda öne çıkar. AC indüksiyon motoru, diğer adıyla indüksiyon motor, asenkron motorlar sınıfında yer alır ve dayanıklı yapısı sayesinde geniş bir kullanım alanına sahiptir.
Motor üreticileri arasında Siemens asenkron motor ve Gamak asenkron motor, güvenilirliği ve performansıyla öne çıkar. 1 kW asenkron motor veya 3 kW asenkron motor gibi farklı güç kapasiteleri, çeşitli ihtiyaçlara göre seçilebilir. Asenkron motor fiyat aralıkları, motorun gücüne, faz sayısına ve özelliklerine göre değişiklik gösterir. Örneğin, monofaze asenkron motor fiyatları genellikle küçük ölçekli uygulamalarda uygun maliyetli bir çözüm sunar. Servo motor kullanım alanları, robotik, hassas hareket kontrolü ve otomasyon gibi ileri teknoloji gerektiren alanları içerir. Bu motorlar, özellikle kontrol hassasiyeti açısından diğer motor türlerinden ayrılır. Sonuç olarak, asenkron motorlar, sağlamlık ve maliyet açısından avantajlı iken, kalıcı mıknatıslı senkron motorlaryüksek verimlilik ve hassasiyet sunar. Elektrik motorlarının uygun şekilde seçilmesi ve sürülmesi, enerji verimliliğini ve performansı artırarak birçok endüstride verimliliği optimize eder.
Asenkron motorlar, en çok elektrik yükü olarak kullanılan elektrik makinesidir. Hem uygun maliyette üretilmesi hem de fazla bakım gerektirmemesi sebebiyle son derece tercih edilen bir motor tipidir. Bir fazlı ve üç fazlı olarak üretilirler. Bir fazlı asenkron motorlar küçük güçlü olarak çamaşır makinesi, buzdolabı, pompa gibi yapılarda kullanılırken üç fazlı asenkron motorlar ise daha çok endüstriyel tesislerde ve fabrikalarda konveyör sistemlerinde, CNC tezgahlarda vb. uygulamalarda kullanılır. Asenkron motor çalışma prensibi itibariyle kullanımı kolay ve kontrolü güç elektroniği devreleri yardımıyla talep edilen hızlarda ve torkta çalışmaları, kontrolünün çok kolay yapılması vb. gibi avantajları bulunduğundan piyasada en çok kullanılan elektrik makineleridir.
Asenkron motorlar, yapısı itibariyle iki sargıdan oluşur. Bu sargılardan birinin görevi manyetik alanı yaratmak, diğerinin görevi ise hareketi sağlayacak olan kuvveti üretmektir. Bu sebeple dönme hareketini yapacak parçanın (rotorun) daire kesitli olması gerekir. Sabit olan kısım ile dönme hareketi yapan kısım arasına hava aralıkları yerleştirilir. Hava aralığında sarf edilen amper-sarımın küçük olması için, manyetik direnci demirinkinden büyük olan hava aralığının minimum olacak şekilde tasarlanması gerekir. Bunun için de hareketsiz parça (stator) da aynı rotor gibi yine daire kesitli yapılır. Asenkron motorlar rotor yapılarındaki farklılığa göre ikiye ayrılırlar.
Sincap kafes rotorlu asenkron motorlar
Bilezikli rotorlu asenkron motorlar
Sincap Kafes Rotorlu Asenkron Motor Çalışma Prensibi
Kısa devre çubuklu asenkron motor olarak da adlandırılır. Rotor silindirindeki açılan oluklara yerleştirilen sargılar, silindirin her iki ucundan kısa devre edilirler. Kısa devre edilmesinden dolayı bu sargılardan bir akım akar ve manyetik alanın etkisiyle Biot-Savart yasası gereği iletkene dik bir kuvvet etki eder. Böylece rotor dönmeye başlar.
Uçları Kısa Devre Edilmiş Sincap Kafes Yapısı
Bilezikli Rotorlu Asenkron Motor Çalışma Prensibi
Bilezikli rotorlu asenkron motorun rotor kısmına, statorda olduğu gibi üç fazlı sargılar yerleştirilir. Sargı uçları, fırça ve bilezikler yardımıyla harici olarak enerji verilmek üzere motor gövdesinde yer alan bağlantı kutusuna çıkarılır. Bileziklerin üzerine karbon fırçalar yerleştirilir. Böylece sargılar dış devreyle bağlantı kurulması sağlanır. Üzerinden geçecek akımın şiddetine göre karbon fırçalar farklı alaşımlardan yapılabilir.
Bilezikli Rotorlu Asenkron Motor Yapısı
Asenkron Motor Çalışma Prensibi
Asenkron motor çalışma prensibi gereği, ilk hareketini yapması elektromanyetik ilkelere dayanır. Statora alternatif gerilim uygulandığında, stator sargılarından bir akım akar ve bu akım bir alternatif manyetik döner alan ve akısı yaratır. Döner alanın meydana getirdiği manyetik akı çizgileri makinenin çevresinde döner. Döner manyetik alan hızına senkron hız denir. Senkron makinelerde rotor hızı, döner alanın yarattığı senkron hızda dönerken, asenkron makinelerde rotor bu hızdan farklı bir hızda dönmektedir. Bu yüzden bu makinelere asenkron makineler denir. Frekans ve makinenin kutup sayısıyla senkron hızı belirler. Elektrik makinelerinde senkron hız formülü aşağıdaki gibidir.
Bu formülde Ns senkron hızı tanımlarken, f frekansı ve p ise elektrik makinesinin (generatör, alternatör, motor) kutup çifti (2 kutuplu makinenin kutup çifti sayısı p, 1 olur) sayısını belirtmektedir.
Döner manyetik alan senkron hızla, kısa devre edilmiş, durmakta olan rotor iletken düzlemlerinden geçerek rotor akımlarını indükler. İndükleme sonucunda oluşan kuvvetler ise, rotorun dönme hareketine başlamasına ve zamanla hızlanmasına neden olur. Rotor, Biot-savart yasası gereği kendisine etkiyen kuvvetlerin yardımıyla büyük bir ivme ile kalkar ve hızlanır. Bu kalkış esnasında, statora gerilim verildiği anda, henüz rotor duruyor iken makine bir transformatör gibi çalışır. Bu esnada makinenin transformatörden tek farkı, sekonder sargıların her iki tarafındaki manyetik devrenin birer hava aralığı ile stator manyetik devresine bağlı olmasıdır. Transformatörlerde hatırlanacağı gibi primer ve sekonder devre bir nüve (çekirdek) ile manyetik olarak birbirlerine bağlı idi. Bu esnada asenkron motorun stator sargılarında şebeke gerilimi ve frekansı varken, rotor sargılarında ise çevirme oranından kaynaklı daha indüklenmiş daha düşük gerilim vardır fakat frekans aynıdır. Bu değişme oranı bilezikli rotorlu asenkron motorlarda yaklaşık olarak bir civarındadır. Bu andan itibaren hızlanan rotor ile döner alan arasında arasındaki hız farkı azalmaya başlar. Dönmekte olan manyetik alan vektörü, rotorun iletken düzlemlerinden birim zaman içerisinde daha az geçmeye başlar. Dolayısıyla rotorda indüklenen gerilim azalır ve akım küçülür. Rotora etkiyen kuvvet de küçülür. Bu sırada ivmelenme devam ederken rotorun oluşturduğu dönme kuvveti, karşıt kuvvet olan yataklardaki sürtünme kuvveti ile hava ile olan sürtünme kuvvetleriyle eşit olduğunda ivme sıfırlanır ve motor sürekli aynı hızda dönmeye devam eder. Asenkron motor çalışma prensibi bu şekilde özetlenebilir.
Sincap Kafesli İndüksiyon Motorunun İç Yapısı
Rotor hızı dengeye ulaştığında senkron hıza yakın bir değerde ama daha düşük bir hızda dönmektedir. Rotor hızıyla döner alan hızı arasındaki fark çok küçüktür. Rotor hiçbir zaman kendiliğinden döner alan hızına erişemez. Erişse bile, döner alan vektörü rotor iletken düzlemlerinin içinden geçemez ve dolayısıyla rotor sargılarında bir gerilim indüklenemez ve kuvvet üretemez. Ancak dışarıdan bir ekstra tahrik ile döndürülürse bu hızı aşabilir, o zaman da zaten generatör modunda çalışıyor demektir.
Döner elektrik makinelerinde kayma deyimi çok önemlidir. Makinenin çalışma yapısını belirler. Elektrik makinelerin çalışabilmesi için alternatif döner manyetik alana, dolayısıyla manyetik akıya ihtiyacı vardır. Üç fazlı döner elektrik makinelerinde stator sargılarındaki döner manyetik alan hızı (yani senkron hızı) ile rotor hızının arasındaki farkın, senkron hıza göre oranı kayma değerini verir ve “s” ile gösterilir. Formülü aşağıdaki gibidir.
Kayma değerine bağlı olarak aşağıdaki tabloda asenkron makinelerin çalışma şekilleri gösterilmiştir.
ns
n
s
Çalışma Şekli
ns
n
0
Motor Çalışma
ns
n>ns
s<0
Generatör Çalışma
-ns
n
s>1
Fren Çalışma
ns
n=ns
s=0
Boşta Çalışma
ns
n=0
s=1
Transformatör Çalışma
İlk harekete geçme esnasında, rotor hareketsiz iken asenkron makine sekonderi kısa devre olan bir transformatör gibi çalışır. Hareket başladıktan sonra, sürekli çalışma noktasına ulaşıncaya kadar çalışma şekli motor çalışmadır. Çünkü bu durumda elektrik enerjisi şebekeden çekilir ve mekanik enerjiye dönüştürülür. Rotor hızının hiçbir şekilde kendiliğinden senkron hıza erişemeyeceğinden, erişse bile o anda rotor sargısında gerilim değerinin sıfır olacağından makine bir güç üretmeyecektir ve boşta çalışacaktır. Senkron hıza kendiliğinden erişemeyen rotorun dışarıdan bir kuvvet yardımıyla senkron hızı aşması durumu ise generatör çalışma modudur. Çünkü artık makinenin girişinde harici mekanik güç verilirken, çıkışından elektrik enerjisi alınmaktadır. Motor çalışan bir makinenin döner alanın saat ibresi yönünde döndüğü ve sargılarına verilen üç fazlı akımların R,S,T sırası ile bağlı olduğu kabul edilsin. Bu durumda rotorun dönüş yönü, döner alanın dönüş yönündedir. Fazların sıralamasında iki fazın yerini değiştirilirse (örneğin R,T,S gibi) makineye hakim olan döner alanın yönü değişir. Rotor döner alana uyarak yavaşlamaya başlar ve frenlenmiş olur. Bu geçici duruma da fren çalışma modu adı verilir. Eğer makinenin faz sırası R,T,S olarak bırakılırsa, önce yavaşlar, sonra kısa bir süreliğine durur. Daha sonra ters yönde dönmeye başlar. Sürekli çalışma noktasına kadar hızlanır, bu noktaya geldiğinde motor olarak sürekli çalışmaya devam eder.
Elektrik Motorları: Asenkron ve Senkron Motorların Çalışma Prensipleri ve Kullanım Alanları
Elektrik motorları, mekanik hareket sağlamak için elektrik enerjisini dönüştüren cihazlardır. Asenkron motor, yaygın olarak kullanılan ve dayanıklı yapısıyla tanınan bir motor türüdür. Özellikle üç fazlı asenkron motor, endüstriyel uygulamalarda enerji verimliliği ve yüksek performans sunar. Bu motorların kontrolü için kullanılan asenkron motor sürücüleri ve asenkron motor sürücü devresi, motor hızını ve torkunu optimize etmek için kritik öneme sahiptir. Asenkron motorlar, hem monofaze asenkron motor gibi tek fazlı uygulamalar için hem de 3 fazlı asenkron motor gibi daha büyük sistemler için mevcuttur. 3 fazlı asenkron motor yıldız üçgen yol verme yöntemi, motorun ilk çalıştırma akımını düşürmek için kullanılan bir tekniktir. Ayrıca, redüktörlü asenkron motor modelleri, ağır yük uygulamalarında torku artırmak için kullanılır. Bunun yanında, kalıcı mıknatıslı senkron motor ve sabit mıknatıslı senkron motor gibi mıknatıslı motorlar, yüksek hassasiyet ve enerji tasarrufu gerektiren uygulamalarda öne çıkar. AC indüksiyon motoru, diğer adıyla indüksiyon motor, asenkron motorlar sınıfında yer alır ve dayanıklı yapısı sayesinde geniş bir kullanım alanına sahiptir.
Motor üreticileri arasında Siemens asenkron motor ve Gamak asenkron motor, güvenilirliği ve performansıyla öne çıkar. 1 kW asenkron motor veya 3 kW asenkron motor gibi farklı güç kapasiteleri, çeşitli ihtiyaçlara göre seçilebilir. Asenkron motor fiyat aralıkları, motorun gücüne, faz sayısına ve özelliklerine göre değişiklik gösterir. Örneğin, monofaze asenkron motor fiyatları genellikle küçük ölçekli uygulamalarda uygun maliyetli bir çözüm sunar. Servo motor kullanım alanları, robotik, hassas hareket kontrolü ve otomasyon gibi ileri teknoloji gerektiren alanları içerir. Bu motorlar, özellikle kontrol hassasiyeti açısından diğer motor türlerinden ayrılır. Sonuç olarak, asenkron motorlar, sağlamlık ve maliyet açısından avantajlı iken, kalıcı mıknatıslı senkron motorlaryüksek verimlilik ve hassasiyet sunar. Elektrik motorlarının uygun şekilde seçilmesi ve sürülmesi, enerji verimliliğini ve performansı artırarak birçok endüstride verimliliği optimize eder.
Asenkron generatörler, genelde rüzgar santrallerinde kullanılan elektrik makinelerdir. Aslında asenkron makinenin yapısı değişmez, sadece motor veya generatör işletmesinde kullanılma durumuna göre ayrılır.
Asenkron Makinelerde Kayma Faktörü
Asenkron makinelerde kayma faktörü “s” ile gösterilir ve formülü aşağıdaki hesaplanır. Burada Ns senkron hızı, Nr ise rotor hızını belirtmektedir.
Asenkron makinenin motor işletmesindeki devir sayısı, senkron hızın altında olduğu için kayma 0-1 arasında pozitif bir değer alır. Ancak rotor hızı senkron hızın üzerine çıkarsa kayma sıfırdan küçük bir değer alır. Teorik olarak rotor hızı senkron hızı aşamayacağından, makine dışarıdan ek bir tahrik mekanik enerji ile döndürülüyor anlamına gelir. Asenkron makineye dışarıdan tahrik verilir, mekanik enerji elektrik enerjisine dönüştürülür. Bu da generatör modunda çalışmayı tanımlamaktadır.
Generatör çalışmada, eş değer devrede rotorda indüklenen emk, kaymanın negatif olmasından dolayı negatif değer alır. Bu nedenle gerilimin ürettiği akımın yönü, asenkron motor işletmesindeki yönün zıt yönünde olur. Rotorda akan akımın biri reel, diğer imajiner olmak üzere iki bileşeni vardır. Reel bileşen aktif gücü, imajiner bileşen reaktif gücü temsil eder. Motor işletmesinden, dışarıdan bir tahrik ile asenkron generatör çalışma moduna geçen makinenin aktif gücü temsil eden akımın yönü değişir. Generatör işletmesinin gereği dışarıya aktif güç verir. Ancak, reaktif gücü temsil eden akım, motor çalışmada olduğu gibi şebekeden makineye akmaya devam etmektedir. Bunun anlamı şudur; asenkron makine motor değil de generatör modunda bile çalışsa bile, reaktif güç çekmektedir. Asenkron generatör, makinenin mıknatıslanması için gerekli duyulan reaktif gücü mutlaka bir yerden almak zorundadır. Bu kaynak, paralel bağlı olduğu şebekeden alabilir. Özetle, asenkron generatörler, şebekeden reaktif güç çeker, ancak karşılığında aktif güç verirler. Bu mıknatıslanma akımı, anma akımının yaklaşık %20-30’u mertebesindedir ve bu değer ihmal edilemeyecek kadar büyüktür. Fakat elektrik makinelerinde mıknatıslanma, döner manyetik alan ve akı oluşturması için transformatörlerde ve senkron generatörlerde bu değer %1 mertebelerindedir.
Asenkron generatörlerde rotor akımı şebekeye doğru iken, mıknatıslanma akımı rotora doğrudur. Mıknatıslanma akımı, rotorda indüklenen emk’dan 90 derece geri fazdadır. Rotor akımı ve mıknatıslanma akımı 180 derece zıt yöndedir. Bu durum güç faktörünü düşürür, bu da indüklenen çıkış geriliminin düşmesine neden olur. Çünkü yük akımının amper-sarım ile mıknatıslanma akımının amper sarımı zıt yönde oluşmaktadır. Bu da toplam amper-sarımı düşürdüğünden çıkış gerilimini düşürür.
Asenkron generatörler, şebekeye bağlanması için önemli birkaç durum vardır. Hem şebekenin hem de asenkron generatörün frekansı ve faz sıraları aynı olması gerekir. Eğer aynı olmazsa, makine motor gibi çalışabilir. Tahrik sisteminin zıt yönüne dönme riski oluşabilir ve hasar verici durumlar ortaya çıkabilir.
Asenkron Generatörlerin Direkt Şebekeye (a) veya Direkt Yüke Bağlandığı Modeller
Şebekenin Olmadığı Durumlarda Asenkron Generatörler Reaktif Güç İhtiyacını Nasıl Karşılar?
Asenkron generatörler şebekeye bağlanmadan da tek başına bir yük besleyebilir. Buradaki sorun, ekstra mıknatıslanma akımı için reaktif gücü nereden alacağıdır. Çünkü makinenin mıknatıslanma akımı çekeceği bir şebeke yoktur. Bu tip durumlarda ekstra kondansatör grupları kullanılır. Herhangi bir şebeke yoktur ve kondansatör (kapasitör) grubunun akım verebilmesi için ekstra bir gerilime ihtiyaç vardır. Bu iki şekilde karşılanabilir. Asenkron makinenin içerisindeki kalıcı mıknatıslıktan elde edilebilecek kalıcı gerilimle olabilir. Bu değer anma gerilimin %3-5’i mertebesinde olup, mıknatıslanma akımı için kondansatör gruplarına yeterli gerilim değer vermesine sebep olabilir. Diğer bir yöntem ise yüke ve stator uçlarına paralel bağlanan kondansatör grupları, kondansatörlerin sığasından oluşan empedansın büyüklüğüne göre, kondansatör uçlarından bir akım akıtacaktır. Bu akım, stator sargılarından geçerek bir amper-sarım yaratır. Artan amper-sarım, mıknatıslanma akımını, bu da tekrar stator uçlarındaki gerilimi artaracaktır. Bu şekilde stator uçlarında anma gerilime kadar devam eder. Böylece kendi kendine uyarma ile asenkron generatör, anma gerilimini elde etmiş olur. Asenkron generatöre bağlanacak kondansatör grubunun hesabı ve seçimi çok önemlidir.
Asenkron Generatörlerin Rüzgarin Türbiniyle Tahrik Sistemi
Asenkron Generatörlerin Kullanım Alanları
Mekanik anlamda sağlam, maliyeti düşük, yapısı daha küçük olmasından dolayı rüzgar santrallerinde kullanılır. Her şekilde nerede kullanılırsa kullanılsın, şebekeden veya bir kondansatör grubundan da olsa reaktif gücün bir şekilde karşılanması gerekir.
Elektrik Motorları: Asenkron ve Senkron Motorların Çalışma Prensipleri ve Kullanım Alanları
Elektrik motorları, mekanik hareket sağlamak için elektrik enerjisini dönüştüren cihazlardır. Asenkron motor, yaygın olarak kullanılan ve dayanıklı yapısıyla tanınan bir motor türüdür. Özellikle üç fazlı asenkron motor, endüstriyel uygulamalarda enerji verimliliği ve yüksek performans sunar. Bu motorların kontrolü için kullanılan asenkron motor sürücüleri ve asenkron motor sürücü devresi, motor hızını ve torkunu optimize etmek için kritik öneme sahiptir. Asenkron motorlar, hem monofaze asenkron motor gibi tek fazlı uygulamalar için hem de 3 fazlı asenkron motor gibi daha büyük sistemler için mevcuttur. 3 fazlı asenkron motor yıldız üçgen yol verme yöntemi, motorun ilk çalıştırma akımını düşürmek için kullanılan bir tekniktir. Ayrıca, redüktörlü asenkron motor modelleri, ağır yük uygulamalarında torku artırmak için kullanılır. Bunun yanında, kalıcı mıknatıslı senkron motor ve sabit mıknatıslı senkron motor gibi mıknatıslı motorlar, yüksek hassasiyet ve enerji tasarrufu gerektiren uygulamalarda öne çıkar. AC indüksiyon motoru, diğer adıyla indüksiyon motor, asenkron motorlar sınıfında yer alır ve dayanıklı yapısı sayesinde geniş bir kullanım alanına sahiptir.
Motor üreticileri arasında Siemens asenkron motor ve Gamak asenkron motor, güvenilirliği ve performansıyla öne çıkar. 1 kW asenkron motor veya 3 kW asenkron motor gibi farklı güç kapasiteleri, çeşitli ihtiyaçlara göre seçilebilir. Asenkron motor fiyat aralıkları, motorun gücüne, faz sayısına ve özelliklerine göre değişiklik gösterir. Örneğin, monofaze asenkron motor fiyatları genellikle küçük ölçekli uygulamalarda uygun maliyetli bir çözüm sunar. Servo motor kullanım alanları, robotik, hassas hareket kontrolü ve otomasyon gibi ileri teknoloji gerektiren alanları içerir. Bu motorlar, özellikle kontrol hassasiyeti açısından diğer motor türlerinden ayrılır. Sonuç olarak, asenkron motorlar, sağlamlık ve maliyet açısından avantajlı iken, kalıcı mıknatıslı senkron motorlaryüksek verimlilik ve hassasiyet sunar. Elektrik motorlarının uygun şekilde seçilmesi ve sürülmesi, enerji verimliliğini ve performansı artırarak birçok endüstride verimliliği optimize eder.
Elektrik enerjisini, mekanik enerjiye dönüştüren elektrik makinelerine elektrik motorları denir. Senkron devirle dönen motorlara senkron motorlar adı verilir. Senkron motor yapısında döner manyetik alan hızı ile rotor hızı aynı hızda, yani senkron hızda döner. Elektrik makinesinin içerisinde döner manyetik alan oluşur. Bu alan, senkron devirde döner. Rotorda aynı hızda dönüyorsa, senkron elektrik makinesi motor işletmesinde çalışıyor demektir.
Senkron motorlar, elektrik enerjisini mekanik enerjisine çeviren senkron elektrik makinelerdir. Frekans ve makinenin kutup sayısıyla senkron hızı belirler. Elektrik makinelerinde senkron hız formülü aşağıdaki gibidir.
Bu formülde Ns senkron hızı tanımlarken, f frekansı ve p ise elektrik makinesinin (generatör, alternatör, motor) kutup çifti (2 kutuplu makinenin kutup çifti sayısı p, 1 olur) sayısını belirtmektedir.
Senkron Motorların Çalışma Prensibi
Senkron motorlar, yükün değeri değişse bile rotor devir sayısı sabit kalır. Bu hız da döner manyetik alanın hızıdır. Yapısı senkron generatör (alternatör) ile aynıdır.
Senkron generatörlerde uyarma akımı rotora doğru akım (DC) ile yapılırken, senkron motorların rotorları da DC akım ile beslenir; ek olarak statorları ise alternatif akım (AC) ile beslenir. Bu durumda oluşan döner manyetik ve akımla Biot-Savart yasasına göre rotor iletkenlerine bir kuvvet etki eder. Statorun yarattığı dönen manyetik alanın yarı periyodu tamamlandığında, stator kutuplarının polaritesi değişir. Bu nedenle rotora uygulanan momentin yönü saat yönünün tersine dönerken, statorun dönen alanı hala saat yönünde dönmeye devam eder. Bu nedenle bir tur tamamlandığında, rotoru etkileyen ortalama moment sıfır olur. Özetle, rotor ilk yarı periyotta saat yönünde, ikinci yarı periyotta ise saat yönünün tersine dönmeye çalışır. Senkron motorlar, asenkron motorlar gibi kendi kendine yol alamaz. Rotor senkron hızda döndüğünden, sargıları döner manyetik alan tarafında kesilmez ve bu sargılarda bir gerilim indüklenmez. Asenkron motorlarda ise bilindiği gibi rotor ile döner manyetik alanın devir hızı farklı olduğundan manyetik alan, rotor sargılarını farklı bir açıda keser ve rotor sargılarında gerilim indükler, akım akmasını sağlar. Bu da asenkron motorun rotorunu döndürür. Senkron motorda rotorda akım akmasını sağlamak için dışarıdan yol verme yöntemleri uygulanır.
Senkron Motorun Yapısı
Senkron Motorlara Yol Verme Yöntemleri
Yardımcı motor kullanarak yol verme; mile dışarıdan mekanik bir tahrik ile ilk yol verme bir motor ile sağlanır. Bu motor bir DC motor veya asenkron motor olabilir. Senkron motorun hızı istenilen seviyeye ulaştığında sistemden yardımcı motor çıkartılır.
Senkron motorlara asenkron yol verme; her senkron elektrik makinelerin yapısında söndürüm (amörtisör) sargıları bulunur. Bu sargıların uçları kısa devre edilmiştir. Motorun rotor bölümüne bir sincap kafes yerleştirilip, kısa devre edilir. Statora gerilim uygulandığında sincak kafes kısmı sayesinde kısa devre edilmiş söndürüm sargılarından akım geçer, rotor dönmeye başlar ve hızlanır. Motorun yol alma akımı uyarma sargılarından geçtiği için ve akım büyük değerlerde olduğu için kesinlikle bir dirençle akımın sınırlandırılması gerekir. Yoksa uyarma sargıları, bu yüksek akımdan dolayı zarar görür.
Senkron Motorlarda Söndürüm (Amörtisör) Sargıları
Frekans değiştirerek yol verme; motorun stator sargılarına (endüvi sargıları) uygulanan gerilimin frekansı değiştirilerek senkron motorun döner alan hızı sıfırdan senkron hıza çıkarılır. Döner alanın frekansı değiştiği, rotorda gerilim indüklenecek ve bir akım akacaktır. Bu sayede rotor dönmeye başlayacaktır.
Senkron Motorların Kullanım Alanları
Senkron motorlar hem büyük hem de küçük güçlü uygulamalarda kullanılmaktadır. Bunlardan en çok kararlılığı yüksek, düşük güçlü sabit hızın gerekli olduğu uygulamalarda kullanılır. Aynı şekilde büyük güç gerektiren mekanik uygulamalarda da tercih edilir. Çünkü genelde büyük güçlü motorlar, senkron motorlar olarak seçilir. Ayrıca kompanzasyon sistemi olarak kullanılır. Elektrik devrelerinin, güç sistemlerinin güç katsayısının düzeltilmesinde yaygın olarak tercih edilir.
Elektrik Motorları: Asenkron ve Senkron Motorların Çalışma Prensipleri ve Kullanım Alanları
Elektrik motorları, mekanik hareket sağlamak için elektrik enerjisini dönüştüren cihazlardır. Asenkron motor, yaygın olarak kullanılan ve dayanıklı yapısıyla tanınan bir motor türüdür. Özellikle üç fazlı asenkron motor, endüstriyel uygulamalarda enerji verimliliği ve yüksek performans sunar. Bu motorların kontrolü için kullanılan asenkron motor sürücüleri ve asenkron motor sürücü devresi, motor hızını ve torkunu optimize etmek için kritik öneme sahiptir. Asenkron motorlar, hem monofaze asenkron motor gibi tek fazlı uygulamalar için hem de 3 fazlı asenkron motor gibi daha büyük sistemler için mevcuttur. 3 fazlı asenkron motor yıldız üçgen yol verme yöntemi, motorun ilk çalıştırma akımını düşürmek için kullanılan bir tekniktir. Ayrıca, redüktörlü asenkron motor modelleri, ağır yük uygulamalarında torku artırmak için kullanılır. Bunun yanında, kalıcı mıknatıslı senkron motor ve sabit mıknatıslı senkron motor gibi mıknatıslı motorlar, yüksek hassasiyet ve enerji tasarrufu gerektiren uygulamalarda öne çıkar. AC indüksiyon motoru, diğer adıyla indüksiyon motor, asenkron motorlar sınıfında yer alır ve dayanıklı yapısı sayesinde geniş bir kullanım alanına sahiptir.
Motor üreticileri arasında Siemens asenkron motor ve Gamak asenkron motor, güvenilirliği ve performansıyla öne çıkar. 1 kW asenkron motor veya 3 kW asenkron motor gibi farklı güç kapasiteleri, çeşitli ihtiyaçlara göre seçilebilir. Asenkron motor fiyat aralıkları, motorun gücüne, faz sayısına ve özelliklerine göre değişiklik gösterir. Örneğin, monofaze asenkron motor fiyatları genellikle küçük ölçekli uygulamalarda uygun maliyetli bir çözüm sunar. Servo motor kullanım alanları, robotik, hassas hareket kontrolü ve otomasyon gibi ileri teknoloji gerektiren alanları içerir. Bu motorlar, özellikle kontrol hassasiyeti açısından diğer motor türlerinden ayrılır. Sonuç olarak, asenkron motorlar, sağlamlık ve maliyet açısından avantajlı iken, kalıcı mıknatıslı senkron motorlaryüksek verimlilik ve hassasiyet sunar. Elektrik motorlarının uygun şekilde seçilmesi ve sürülmesi, enerji verimliliğini ve performansı artırarak birçok endüstride verimliliği optimize eder.
Senkron generatörler, alternatör olarak da adlandırılan, elektrik üretiminde en çok kullanılan elektrik makinelerinden biridir. Elektrik makinelerinde, transformatörlerin dışında senkron makineler ile asenkron makineler bulunmaktadır. Manyetik döner alanın oluşumu makinen çalışma prensibini belirler. Senkron ve asenkron makinelerin çalışması manyetik döner alana bağlıdır. Bu iki tip makinede de hem rotor hem de stator denen yapılar bulunmaktadır. Senkron makinelerde rotor hızı, döner alanın yarattığı senkron hızda dönerken, asenkron makinelerde rotor bu hızdan farklı bir hızda dönmektedir.
Senkron generatörler veya alternatörler, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren senkron elektrik makinelerdir. Frekans ve makinenin kutup sayısıyla senkron hızı belirler. Elektrik makinelerinde senkron hız formülü aşağıdaki gibidir.
Bu formülde Ns senkron hızı tanımlarken, f frekansı ve p ise elektrik makinesinin (generatör, alternatör, motor) kutup çifti (2 kutuplu makinenin kutup çifti sayısı p, 1 olur) sayısını belirtmektedir.
Senkron Generatörlerin Yapısı
Senkron generatörlerde kutup sargıları rotorda bulunmaktadır. Rotor, makinenin hareketli kısmıdır. Sonuçta bu kısım, döner manyetik alanı oluşturan bölümdür. Kutup sargıları, düzgün bir doğru manyetik alan oluşturmak için doğru akımla beslenir. Böylece makinenin hava aralığında zamanla değişmeyen ve sabit bir büyüklüğe sahip manyetik bir alan meydana gelir. Bu manyetik alan, rotorun harici bir tahrik cihazı tarafından döndürülmesi sonucu statora yerleştirilmiş üç fazlı sargı düzlemlerini farklı açılarda geçer ve stator sargılarında bir gerilim indükler. Bu indüklenen gerilim değişken, yani alternatif (AC) gerilimdir. Burada çıkarılacak en önemli sonuç, makineye bir tahrik yardımıyla rotoru döndürüldüğünde (yani mekanik enerji verildiğinde), statorundan elektrik enerjisi elde etmemizdir. Stator sargı düzlemlerinden geçen ve sargıyı kesen manyetik akının düzleme dik olan normal ekseni ile yaptığı açı 0-360 derece arasında değiştiğinden, alternatif akım elde edilmektedir. Senkron generatörün (alternatörün) Statorda bulunan sargılara endüvi sargısı, rotordaki sargılara ise kutup sargıları denir. Makinenin duran bölümü endüvi kısmı olduğundan elektrik enerjisi buradan başka bir dış devreye aktarılırken ekstra fırça veya bilezik gibi bir aksesuara ihtiyaç duyulmaz. Stator kısmı hareketsiz olduğundan izole edilmesi ve soğutulması daha kolaydır. Ayrıca bu sargılar, santrifüj (merkezkaç) etkiden etkilenmediği için ekstra bir önlem almaya gerek duyulmaz. Senkron generatörlerde ek olarak söndürüm (amörtisör) sargıları bulunur. Bu sargılar, eğer makine motor işletmesinde kullanılıyorsa, moment salınımlarını sönümler ve asenkron olarak yol almasını sağlar.
Turbo alternatörler olarak da adlandırılır. Stator ve rotor arasındaki hava aralığı makinenin her yerinde aynıdır. Diğer alternatör tiplerine göre çapı daha dar, boyu daha uzundur. DC enerji vermek için rotordaki kutup sargılarının uçları, rotor milindeki bileziklere bağlıdır. Genelde iki veya dört kutuplu olarak üretilirler. Orta büyüklükteki üretim santrallerinde (kojenerasyon, dizel jeneratörler vb.) kullanılır.
Yuvarlak rotorlu senkron generatörlere istinaden, rotorun yapısı gereği, stator ve rotor arasındaki hava aralığı değişkendir. Hidroelektrik gibi mekanik tahriki düşük devirli uygulamalarda kullanılır. Diğer alternatör tiplerine göre çapı daha geniş, boyu daha kısadır. Santrifüj etkiden dolayı çok gürültülü bir makine olup, genelde büyük güçteki elektrik santrallerinde kullanılır.
Çıkık Kutuplu (Solda) ve Silindirik Rotorlu (Sağda) Senkron Generatörler
Senkron Generatörlerde Hesaplamalar ve Kullanım Alanları
Senkron generatörlerde indüklenen gerilim, moment vb. hesaplar, yükün dirençli (omik), endüktif veya kapasitif özelliklerine göre farklılık gösterir. Yuvarlak rotorlu senkron generatörlerde, endülenen gerilimi, momenti veya çıkış gücünün hesabı için genellikle eşdeğer devreler veya fazör diyagramlar yardımıyla yapılır. Ancak çıkık kutuplu senkron generatörlerde, eşdeğer devreler belirli bir noktaya kadar kullanılır ve bu nedenle fazör diyagramların kullanılmasında daha çok fayda vardır.
Senkron generatörler (alternatörler), hem güç hem de yapı olarak elektrik makinelerinin en büyük olanlarıdır. Genelde elektrik üretiminde kullanılır ancak bazı durumlarda, eğer büyük güçte bir mekanik enerji istenirse, senkron motor olarak da kullanılmaktadır. Ortalama 2000 MVA değerine kadar bir alternatör, elektrik gücü üretebilmektedir.
Senkron Jeneratörler ve Alternatörler: Çalışma Prensipleri ve Kullanım Alanları
Senkron jeneratörler, elektrik enerjisinin üretiminde yaygın olarak kullanılan makinelerdir. Senkron jeneratör, rotoru sabit bir hızda dönen ve çıkış gerilimi frekansı bu hızla senkronize olan bir elektrik makinesidir. Senkron alternatörolarak da adlandırılan bu cihazlar, genellikle elektrik santrallerinde ve büyük enerji sistemlerinde kullanılır. Alternatörler ise, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren makinelerdir. Alternatör görevi, döner hareketi AC (alternatif akım) enerjisine dönüştürmektir. Alternatör nedir? sorusuna yanıt olarak, elektrik enerjisi üretiminde kullanılan temel bir cihaz denebilir. Özellikle mıknatıslı alternatör ve sabit mıknatıslı alternatör çeşitleri, yüksek verimlilik sunar. Neodyum mıknatıslı alternatör fiyatları, bu tür alternatörlerin enerji verimliliğine bağlı olarak değişkenlik gösterir. Aksa Jeneratör, Genpower Jeneratör, ve Leroy Somer Alternatör gibi markalar, senkron jeneratör ve alternatör pazarında önemli bir yere sahiptir. Özellikle 10 kW alternatör ve 15 kW alternatör fiyatları, küçük ve orta ölçekli enerji ihtiyaçları için uygundur. Endüstriyel uygulamalarda ise 20 kW alternatör fiyatları veya daha yüksek kapasiteli modeller tercih edilir. Stamford Alternatör ve Timtaş Alternatör, uzun ömürlü ve güvenilir performanslarıyla bilinir.
Otomotiv sektöründe kullanılan alternatör otomotiv modelleri, araçların elektrik sistemi için enerji sağlar. Bu tür alternatörler, aracın aküsünü şarj eder ve elektrikli cihazlarına güç sağlar. Alternatör nedir araba? sorusu, araçlarda enerji üretiminin bu cihazlar tarafından sağlandığını açıklamaktadır. Dizel jeneratör sistemleri, genellikle senkron jeneratör ile birleştirilerek güvenilir bir yedek enerji kaynağı sağlar. PM alternatör (Permanent Magnet) modelleri, sabit mıknatıs kullanarak daha az enerji kaybı sunar ve bu da enerji verimliliğini artırır. Sonuç olarak, senkron jeneratör ve alternatörler, hem enerji üretiminde hem de yedek enerji çözümlerinde önemli bir role sahiptir. Çeşitli güç kapasitelerine sahip modeller, ev tipi kullanımdan endüstriyel uygulamalara kadar geniş bir kullanım yelpazesi sunar. Alternatör satış ve 2. el alternatör fiyatları, ihtiyaçlara uygun ekonomik çözümler sağlayabilir.
TEDAŞ TRAFO ŞARTNAMESİ – TRANSFORMATÖRLER | 3. BÖLÜM
TEDAŞ Trafo Şartnamesi ve İzolasyon Gerilimleri
Trafo kayıp değerleri, TEDAŞ’ın yayınladığı TEDAŞ trafo şartnamesi yönetmeliklerinden takip edilir. Hem trafo kayıpları hem de izolasyon gerilimi değerleri bu şartnamelerde yazmaktadır. Şartnameler hem yağlı tip trafo hem de kuru tip trafo için ayrı ayrı belirtilmiştir.
Transformatörlerin İzolasyon Gerilim Değerleri
Orta gerilim sistemlerinde hem IEC standartlarında hem de TEDAŞ trafo şartnamesi içerisinde izolasyon gerilimleri dünyada belirli bir standarda bağlanmıştır. Sadece transformatörler değil, kullanılan tüm elektriksel ekipmanların izolasyon gerilimleri iki türlü ifade edilir. Bu ifadeler şebeke frekanslı dayanım gerilimi (Power frequency withstand voltage – AC) ve yıldırım darbe dayanım gerilimi(lighting impulse withstand voltage – LI) şeklindedir. Bu değerler IEC standartlarına göre deniz seviyesinden 1000 m. yüksekliğe kadar geçerlidir. 36 kV’a kadar olan izolasyon gerilim değerleri aşağıdaki tabloda belirtilmiştir.
IEC Standartlarına Göre Orta Gerilim İzolasyon Değerleri
Transformatörler, verimlilik konusunda ideal bir elektrik makinesi olup verimliliği etkileyen en önemli faktör kayıplarıdır. Boşta kayıp ve yükte kayıp olmak üzere iki türlü kayıp vardır. Boşta kayıplar transformatörün demir veya nüve kaybı olarak bilinir. Transformatörün çalışması esnasında çekirdeğindeki histeresis ve eddy akımı kayıplarından oluşmaktadır. Yükte çalışma kaybı ise transformatörün iletken kayıplarını temsil etmektedir. Bu iki tip kaybın en aza indirgenmesi, transformatörün verimliliğini artırır. TEDAŞ trafo şartnameleri, TEDAŞ-MLZ/99-031.B “Sargıları Epoksi Reçine İle Örtülü Kuru Tip AG/OG Dağıtım Güç Transformatörleri Teknik Şartnamesi’ne” göre TEDAŞ’a devredilecek trafoların kayıpları ve TEDAŞ-MLZ/99-032.E “Hermetik Tip AG/OG Dağıtım Güç Transformatörleri Teknik Şartnamesi’ne” göre yağlı tip trafoların kayıpları ayrı ayrı belirtilmiştir.
Trafolar: Çeşitleri, Kullanım Alanları ve Önemli Markalar
Trafolar, elektrik enerjisinin iletim ve dağıtımında gerilim seviyelerini dönüştürmek için kullanılan temel ekipmanlardır. Yağlı tip trafo, kuru tip trafo, ve hermetik tip trafolar, uygulama alanlarına göre farklı avantajlar sunar. Astor Trafo, Hitachi Trafo, ve Siemens Trafo, sektördeki önde gelen trafo üreticilerindendir. Özellikle Astor Transformator ve Eaton, Hitachi, Schneider Electric, Eltaş Trafo, yüksek kaliteli transformatör çözümleriyle tanınır. Orta gerilim trafoları, elektrik enerjisinin şehir içi dağıtımında kritik bir rol oynar ve orta gerilim trafo fiyatları, kapasite ve özelliklere göre değişir. Örneğin, 5000 kVA trafo, sanayi tesislerinde kullanılan yüksek güçlü bir modeldir, buna karşılık daha düşük kapasiteli 24 volt 40 amper trafo veya 200 VA trafo, küçük ölçekli projelerde tercih edilir. 154 kV trafo ve 10 MVA trafo, yüksek gerilim uygulamalarında yaygındır. rafo bakımının düzenli yapılması, cihazın uzun ömürlü olması için önemlidir. Trafo kontrol hizmetleri, güvenilir bir enerji dağıtımı için gereklidir. Ayrıca, hurda trafo fiyatları uygun olmasına rağmen önerilmemektedir. Ev ve küçük işletmelerde kullanılan mini trafo, 12 volt trafo, ve 220V-12V trafo, enerji dönüşümünde uygun çözümler sunar. Aynı şekilde, dekoratif aydınlatma sistemlerinde 24V AC trafo veya 20W trafo modelleri sıkça tercih edilir. Hurda trafo pek önerilmemektedir.
Trafo parametreleri ve eşdeğer devresi nasıl hesaplanır ve modellenir? İlk olarak bir trafo parametresi olan kısa devre geriliminin bilinmesi gerekmektedir. Dağıtım transformatörlerinin diğer bir önemli parametresi ise kısa devre gerilimidir. Transformatörler teknik föylerinde “%Uk” olarak belirtilir. Dağıtım transformatörünün sekonder sargıları kısa devre edildiği zaman, primer sargılarında nominal akımın geçmesine neden olan gerilimdir. Bu gerilimin nominal gerilime oranı %Uk olarak tarif edilir. Bu değer, transformatörün sekonder sargısında herhangi bir kısa devre olduğundan primer sargısından akacağı maksimum akım değerini gösterir ve ona göre koruma elemanları seçilmelidir. 400 kVA ve daha küçük güçteki trafolarda %Uk değeri %4,5 iken 5 MVA’ya kadar %6-8 arasında değişir. Büyük güç trafolarında ise bu değer daha fazladır.
Transformatörlerin verimliliğini etkileyen en önemli faktör kayıplarıdır. Boşta kayıp ve yükte kayıp olmak üzere iki türlü kayıp vardır. Boşta kayıplar transformatörün demir veya nüve kaybı olarak bilinir. Transformatörün çalışması esnasında çekirdeğindeki histeresis ve eddy akımı kayıplarından oluşmaktadır. Yükte çalışma kaybı ise transformatörün iletken kayıplarını temsil etmektedir. Bu iki tip kaybın en aza indirgenmesi, transformatörün verimliliğini artırır.
Trafo Parametreleri ve Eşdeğer Devresi
Transformatörlerde Kısa Devre Akımının Hesaplanması
Transformatörün tam yükte primer nominal ve kısa devre akımı aşağıdaki formül ile hesaplanır.
Burada In ise transformatörün tam yükte nominal akımını temsil etmektedir ve aşağıdaki formülle hesaplanır.
Ik hem primer hem de sekonder devre için ayrı ayrı hesaplanmalıdır çünkü her iki bobinde de gerilim değerleri, dolayısıyla nominal akım değerleri farklıdır.
Trafo Eşdeğer Devresi
Transformatörlerde primer ve sekonder sargıları, iki ayrı sargı birbirlerine manyetik olarak bağlı ancak elektriksel olarak bağlı olmadıkları için transformatörlerde eşdeğer devre çizmek için bir yöntem vardır. Birinin diğerine indirgenmesi gerekir. Bunun için de bir dönüştürme oranı kullanılır (ü). Bu dönüştürme oranı primer ve sekonder gerilimlerinin birbirine oranıyla bulunur.
Genel olarak bir transformatörün primere indirgenmiş T tipi eş değer devresi aşağıdaki gibidir. Normalde sekondere indirgenmiş eşdeğer devre de çizilebilir ancak literatürde genelde primere indirgenmiş eşdeğer devre çizilerek hesaplar yapılır.
Transformatör T Tipi Eşdeğer Devresi
Burada r1 ve x1 transformatörün primer devresi sargı direncini ve reaktansını belirtirken, r’2 ve x’2 ise primere indirgenmiş sekonder devresi sargı direncini ve reaktansını belirtir. Rfe transformatörün nüvedeki manyetik direncini, Xm ise manyetik reaktansı simgelemektedir. Bu iki parametre transformatörün nüve kayıplarını temsil eder. Transformatörün bu parametreleri boşta çalışma ve kısa devre deneyleriyle elde edilir. Kısa devre deneyi ile transformatörün sargı dirençleri ve reaktansları, boşta çalışma deneyi ile manyetik direnci ve reaktansı hesaplanır.
Transformatörlerde Kısa Devre Deneyi
Transformatörün kısa devre deneyi eşdeğer devresi aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.
Transformatörün Kısa Devre Çalışma Deneyi Eş Değer Devre Modeli
Kısa devre çalışma deneyinde transformatörün sekonder devresi kısa devre edilir. Primer tarafına ise nominal akım oluşacak şekilde bir gerilim uygulanır. Uygulanan bu gerilim değerine transformatörün bağıl kısa devre gerilimi denir. Kısa devre testinde transformatörün manyetik devresinde çok küçük bir akım geçtiğinden bu değer ihmal edilir. Transformatörün kısa devre deneyine göre primer ve sekonder devreleri empedans parametreleri hesaplanmaktadır.
Yukarıdaki formülden Vk değeri hesaplanır ve aşağıdaki transformatörün aktif güç formülünden cosαk bulunur.
Trafonun empedansı hesaplanır. Empedanstan primer ve primere indirgenmiş sekonder devredeki sargı dirençleri ve kaçak reaktansları bulunur. Bu değerler birbirlerine çok yakın değerde olduklarından eşit olarak kabul edilebilir.
Buradan sekonder devredeki sargı dirençleri (r2) ve kaçak reaktanslar (x2) ise dönüştürme oranı kullanılarak elde edilir.
Transformatörün Boşta Çalışma Deneyi
Transformatörün boşta çalışma deneyinden manyetik direnci ve reaktansı hesaplanmaktadır. Boşta çalışma deneyinin eş değer devresi aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.
Transformatörün Boşta Çalışma Deneyi Eş Değer Devre Modeli
Transformatörlerde sekonder ortalama boşta çalışma akımı (Io) yapılan deneylerle bulunur. Bu değerle aşağıdaki formülle beraber cosalfa0 değeri bulunur.
Boşta çalışma deneyinden sekondere indirgenmiş Rfe ve Xm değerleri aşağıdaki şekilde hesaplanabilir.
Primere indirgenmiş Rfe ve Xm değerleri ise dönüştürme oranı vasıtasıyla hesaplanır.
Transformatörün Güç Değerinin Hesaplanması
Görünür güç (S), aktif güç (Pk) ve reaktif güç (Q) aşağıdaki formüllerle hesaplanır.
Trafolar: Çeşitleri, Kullanım Alanları ve Önemli Markalar
Trafolar, elektrik enerjisinin iletim ve dağıtımında gerilim seviyelerini dönüştürmek için kullanılan temel ekipmanlardır. Yağlı tip trafo, kuru tip trafo, ve hermetik tip trafolar, uygulama alanlarına göre farklı avantajlar sunar. Astor Trafo, Hitachi Trafo, ve Siemens Trafo, sektördeki önde gelen trafo üreticilerindendir. Özellikle Astor Transformator ve Eaton, Hitachi, Schneider Electric, Eltaş Trafo, yüksek kaliteli transformatör çözümleriyle tanınır. Orta gerilim trafoları, elektrik enerjisinin şehir içi dağıtımında kritik bir rol oynar ve orta gerilim trafo fiyatları, kapasite ve özelliklere göre değişir. Örneğin, 5000 kVA trafo, sanayi tesislerinde kullanılan yüksek güçlü bir modeldir, buna karşılık daha düşük kapasiteli 24 volt 40 amper trafo veya 200 VA trafo, küçük ölçekli projelerde tercih edilir. 154 kV trafo ve 10 MVA trafo, yüksek gerilim uygulamalarında yaygındır. rafo bakımının düzenli yapılması, cihazın uzun ömürlü olması için önemlidir. Trafo kontrol hizmetleri, güvenilir bir enerji dağıtımı için gereklidir. Ayrıca, hurda trafo fiyatları uygun olmasına rağmen önerilmemektedir. Ev ve küçük işletmelerde kullanılan mini trafo, 12 volt trafo, ve 220V-12V trafo, enerji dönüşümünde uygun çözümler sunar. Aynı şekilde, dekoratif aydınlatma sistemlerinde 24V AC trafo veya 20W trafo modelleri sıkça tercih edilir. Hurda trafo pek önerilmemektedir.
Trafo nedir, neden kullanılır? Trafo çalışma prensibi nasıldır? Elektrik enerjisini santraller vasıtasıyla üretiyor, enerji nakil hatları ile iletiyor ve daha sonra şehirlerde enerjinin kullanılacak şekilde dağıtımını yapıyoruz. Bu proseste transformatörler (kısa adıyla trafolar) büyük önem arz etmektedir. Hem şehir şebekelerinde hem de enterkonnekte şebekelerde akım/gerilim değerlerinin ve kayıpların kontrol edilmesiyle optimum verimlilik sağlanır.
Genel anlamda transformatörler (trafolar) elektrik enerjisinde gerilimin bir değerden başka bir değere dönüşümünü yapan elektriksel cihazdır. Trafolar, kendisine gelen gerilimi değiştirdiği için teoride gücün sabit kaldığını düşünecek olursak doğal olarak akımı da değiştirmiş oluyor. Böylece sistemin hem gerilimini hem de akımını değiştirdiği için kayıpları, iletken kesitleri, anahtarlama mekanizması gibi parametreleri de değiştireceğinden elektrik enerjisinin kontrolü istenilen ölçüde yapılabilmektedir. Hareketli bir parçası olmadığı için motor, generatör (alternatör) gibi diğer elektrik makinelerine göre daha verimlidir. %99’lara yakın verimlilikleri vardır ancak yine de kayıplardan dolayı çıkış gücü bir miktar azalacaktır.
Trafo Çalışma Prensibi
Trafo temel çalışma prensibi, elektromanyetizma yasalarına dayanmaktadır. Transformatörlerde birincil sargı (primer sargı) ve ikincil sargı (sekonder sargı) olmak üzere iki sargı bulunur. Bu sargılar yalıtılmış, silisli saclardan oluşan bir çekirdek etrafına sarılır. Elektrik enerjisi, primer sargıya uygulandığında, bu sargıda bir akım oluşur ve bu akım manyetik bir alanın oluşmasına neden olur. Primer sargıdaki akımın büyüklüğü ve yönü, manyetik alanın büyüklüğünü ve yönünü belirler. Bu manyetik akı, çekirdek üzerinden ikincil sargıya iletilir ve ikincil sargı üzerinde bir EMF (elektromotor kuvvet) indükler. Faraday’ın elektromanyetik indüksiyon yasasına göre değişken (alternatif) bir manyetik alan, bir iletkende elektrik akımı üreteceğinden transformatör, bu temel prensibe dayalı olarak çalışır. Sekonder sargı üzerindeki EMF, sekonder devrede bir akımın oluşmasına yol açar. Sekonder sargıdaki sarım sayısı, birincil sargıdaki sarım sayısına göre farklı olduğundan, gerilimin değeri de farklı olacaktır.
Transformatörler, teorik olarak güç ve frekans değişmeden elektrik enerjisinin gerilim değerini değiştirdiğinden akım değeri de otomatik olarak değişir. Böylece enterkonnekte şebekelerde gerilimi yükselterek dolayısıyla akım düşürülerek enerji iletilir. Akımın düşmesi, iletken kesitlerini düşüreceğinden kayıpları azaltır. Ayrıca iletken maliyetlerini de düşürür. Enerji santrallerinde gerilim 400 V, 690 V, 800 V, 6,3 kV veya 11 kV olarak üretilir. Bir yükseltici (step-up) trafo vasıtasıyla şebekenin kullanım durumuna göre, orta gerilime daha sonra ise yüksek gerilime çıkarılır. Enerji iletim hatlarıyla güç, uzun mesafeler kat ettikten sonra yine bu sefer indirici (step-down) trafolar ile önce orta gerilime daha sonra günlük hayatta kullanıma uygun alçak gerilim (400V veya 220 V) seviyesine indirilir. Türkiye’de orta gerilimde transformatörler 15,8 kV, 31,5 kV veya 34,5 kV seviyelerinde kullanılıyorken, yüksek gerilimde bu değerler 110 kV, 154 kV veya 380 kV’dur. Başka ülkelerde farklı gerilim değerleri kullanılmaktadır.
Trafoların verimlerinin %99 mertebelerinde olmasından dolayı şebekedeki kayıpları düşük oranda etkilidir. Elektrik şebekelerinde çok sayıda transformatör kullanıldığı için kayıplarda yapılacak küçük iyileştirmeler bile tüm sistemin verimliliğinde büyük katkılar sağlamaktadır. Bu yüzden trafo üreticileri, %99 olan verimi daha yukarıya, %100’e yakın bir seviyeye çıkarmaya çalışmaktadır.
Transformatörlerin iletkeni ya alüminyum ya da bakır sargıdır. Bakır sargılı trafolar halen günümüzde kullanılmaktadır ancak maliyetinden dolayı artık alüminyum sargılı trafolar daha çok tercih edilmektedir. Alüminyum daha düşük maliyette bir iletken olduğu için bakıra göre mukavemeti daha sert olsa da teknolojinin gelişmesiyle aynı kayıplarda ve test değerlerinde alüminyum sargılarla trafolar üretilebilmektedir.
Faz sayısına göre trafolar; monofaze ve trifaze olmak üzere iki çeşittir. Trifaze yani üç fazlı transformatörler güç sistemleri ve dağıtım şebekelerinde kullanılırken, monofaze transformatörler genelde alçak gerilim otomasyon sistemlerinde veya güç elektroniğinde kullanılmaktadır.
İzolasyon şekillerine göre trafolar; kuru tip ve yağlı tip trafolar. Kuru tip transformatörler, patlama özelliği olmadığı için insanların yoğun olduğu alanlarda (hastane, otel, tiyatro alanları vb.) kullanılırken, yağlı tip trafolar ise fabrikalarda, güneş enerjisi tesislerinde vb. yerlerde dış ortama açık ve ağır şartların olduğu yerde kullanılır.
Kullanım yöntemine göre trafolar; güç trafoları, dağıtım trafoları, indirici ve yükseltici trafolar, ölçü transformatörleri, özel amaçlı transformatörler. Transformatörler uygulamaya göre istenildiğinde her türlü kullanıma uygun olarak üretilebilir. Burada sadece birkaç tipin verildiğini belirtmek gerekir çünkü daha fazla trafo tipi de bulunmaktadır. Güç transformatörleri enerji santrallerinde veya şehir & enterkonnekte şebekelerde kullanılır. Güç değerleri yaklaşık 5 MVA ile 1000 MVA arasında değişir. Dağıtım transformatörleri ise en fazla 5 MVA’ya kadar üretilirken, şehir şebekelerindeki orta gerilimi başka bir orta gerilime veya 400 V’luk alçak gerilime dönüştüren trafolardır. İndirici (step-down) ve yükseltici (step-up) trafolar ise aslında birer dağıtım veya güç transformatörleridir. Sadece primer sargılarına gelen gerilimin değerini eğer sekonder sargılarında düşürüyorsa indirici tip (step-down), yükseltiyorsa yükseltici tiptir (step-up). Ölçü transformatörleri ise karşımıza akım transformatörleri ve gerilim transformatörleri olarak çıkar. Bu trafolar, akım ve gerilim sinyallerinin doğru bir biçimde ölçülmesinde kullanılmaktadır. Özel amaçlı transformatörler ise çok geniş bir yelpazeye sahiptir. Birkaç tip örnek verecek olursak; izolasyon trafoları, yüksek frekans darbe transformatörleri vb. gibi trafo tipleri sayılabilir.
Yağlı Tip Transformatörler
Bu belirtilen trafo tipleri, transformatörlerin sadece birkaç çeşidini kapsar. Her bir transformatör türü, belirli bir uygulama veya işlev için tasarlanır ve farklı özelliklere sahiptir. Uygulamanın gereksinimlerine ve çalışma koşullarına bağlı olarak farklı transformatör türleri kullanılır. Bu makalede daha çok endüstriyel tesislerinde, güç ve enerji sistemlerinde kullanılan transformatörlerden bahsedilse de bunların yanında transformatörler yaygın şekilde elektronik cihazlarda, güç elektroniğinde ve otomasyon sistemlerinde de kullanılmaktadır. Sonuçta gerilimi sadece 220 V ve üzeri devrelerde değil, mV mertebelerinde veya 220 V ve altındaki değerlerde kullanılan elektronik, haberleşme, telekomünikasyon, tıbbi cihazlar gibi yapılarla da büyük ölçüde kullanılmaktadır.
Trafolar: Çeşitleri, Kullanım Alanları ve Önemli Markalar
Trafolar, elektrik enerjisinin iletim ve dağıtımında gerilim seviyelerini dönüştürmek için kullanılan temel ekipmanlardır. Yağlı tip trafo, kuru tip trafo, ve hermetik tip trafolar, uygulama alanlarına göre farklı avantajlar sunar. Astor Trafo, Hitachi Trafo, ve Siemens Trafo, sektördeki önde gelen trafo üreticilerindendir. Özellikle Astor Transformator ve Eaton, Hitachi, Schneider Electric, Eltaş Trafo, yüksek kaliteli transformatör çözümleriyle tanınır. Orta gerilim trafoları, elektrik enerjisinin şehir içi dağıtımında kritik bir rol oynar ve orta gerilim trafo fiyatları, kapasite ve özelliklere göre değişir. Örneğin, 5000 kVA trafo, sanayi tesislerinde kullanılan yüksek güçlü bir modeldir, buna karşılık daha düşük kapasiteli 24 volt 40 amper trafo veya 200 VA trafo, küçük ölçekli projelerde tercih edilir. 154 kV trafo ve 10 MVA trafo, yüksek gerilim uygulamalarında yaygındır. rafo bakımının düzenli yapılması, cihazın uzun ömürlü olması için önemlidir. Trafo kontrol hizmetleri, güvenilir bir enerji dağıtımı için gereklidir. Ayrıca, hurda trafo fiyatları uygun olmasına rağmen önerilmemektedir. Ev ve küçük işletmelerde kullanılan mini trafo, 12 volt trafo, ve 220V-12V trafo, enerji dönüşümünde uygun çözümler sunar. Aynı şekilde, dekoratif aydınlatma sistemlerinde 24V AC trafo veya 20W trafo modelleri sıkça tercih edilir. Hurda trafo pek önerilmemektedir.
Transformatörler özel uygulamalar haricinde genelde yağlı tip trafolar ve kuru tip trafolar olmak üzere iki tip olarak üretilir. En çok kullanılan trafo tipi yağlı tip trafolardır. Çünkü hem maliyeti daha düşük hem de açık ortamda ağır şartlar altında uzun yıllar boyunca çalışabilmektedir. Yağlı tip trafoların çalışma prensibi, “Transformatörler | 1. Bölüm” yazımızdaki prensip ile aynıdır. Burada önemli olan nokta, izolasyonun ve soğutmanın nasıl yapıldığıdır.
Yağlı tip trafolar hermetik ve genleşme depolu olmak üzere iki çeşittir. Hermetik trafolar vakum altında sargılar bir yağ içerisinde dış ortama, atmosfere kapatılmıştır. Isınan yağın genleşmesi, elastik ve dalgalı olan trafo kazanındaki dalga duvarlarıyla kontrol altına alınmaktadır. Genleşme depolu trafolarda ise sargılar yine yağ içerisindedir ancak kazan bir genleşme haznesi ile atmosfere açıktır. Burada ısınan yağ, kazanın yukarısındaki genleşme deposuna doğru genişler ve soğuyunca geri döner. Yağın dış atmosfere açık olmasının belli dezavantajları vardır. Eğer yağ içerisine herhangi bir nedenle sıvı, toz veya nem girerse yağın izolasyonu bozulabilir ve sargılar arası kısa devre arızasına neden olabilir. Bunun için genleşme deposunun atmosfer girişine silikajel denilen bir madde konur. Silikajel, trafoya giren havanın nemini alır. Transformatör yağı ile hava temas eder, basınç dengesi sağlanır. Silikajelin rengine bakılarak belirli zamanlarda değiştirilmesi gerekmektedir.
Hermetik Tip Trafolar
Aynı zamanda nüve tipine göre de yağı tip trafolar çekirdek tipi, mantel tip, dağıtılmış tip olarak üçe ayrılır. Kullanılan trafoların neredeyse tamamına yakın çekirdek tipi olarak üretilmektedir.
Yağlı Tip Transformatörlerinin Yapısı
Yağlı tip transformatörlerin genel yapısında alüminyum veya bakır sargılar, silisli saclardan yapılmış çekirdek bir nüve, trafo yağı, kademe değiştirici, kazan, kablo buşingleri, hermetik kontrol rölesi, basınç emniyet valfi, tekerlekler, kontaklı yağ sıcaklığı termometresi bulunur. Eğer trafo genleşme depolu ise ekstra olarak genleşme deposu, bucholz rölesi ile silikajel bulunur.
Genleşme Depolu Trafolar
Transformatör sargıları uygulamaya göre elektrolitik bakır ya da alüminyum iletkenlerden oluşur. Sargılar alçak gerilim ve yüksek gerilim sargıları olmak üzere ikiye ayrılır. Alçak gerilim bobinindeki sargılar folyo (levha) ya da kağıt izoleli dikdörtgen kesitli, yüksek gerilim bobinindeki sargılar ise emaye veya kağıt izoleli yuvarlak ya da dikdörtgen kesitli iletkenlerden oluşur. Türkiye’de TEDAŞ şartnamelerine ve Avrupa Eco Design EU/548 şartnamelerine göre dağıtım transformatörlerinde alüminyum sargı kullanılmaktadır. Maliyeti bakıra göre daha düşüktür. Güç transformatölerinde gücün değeri büyüdükçe, özellikle 10 MVA’dan sonra bakır sargı kullanmak gerekir. Çünkü büyük güçlerde eğer alüminyum sargı kullanılırsa, kazan olması gerekenden daha çok büyüyeceğinden maliyet bakır kullanmaya nazaran daha çok artmaktadır. O yüzden belli bir güce kadar alüminyum sargı, belirli bir güçten sonra ise bakır sargı kullanmak transformatörlerde optimum maliyeti sağlamaktadır. Transformatör nüvesi soğuk haddelenmiş elektronları yönlendirilmiş manyetik geçirgenliği yüksek silisli saclardan oluşmaktadır.
Hermetik trafolarda elektronik bir röle kullanılır. Trafodaki gaz tahliyesini, yağ sıcaklık değerini ve kazandaki iç basıncın değerini göstermektedir. Genellikle 400 kVA’dan daha büyük transformatörlerde kullanılır. Rölenin üzerinde gaz tahliyesi, kazan basıncı ve yağ sıcaklığı için her birine ait ikişer kontak bulunur. Operatörün set edeceği limit değerlerine göre alarm ve açma uyarıların kontak sinyallerini verir. Bu sinyal bağlı olduğu orta gerilim hücresindeki röleye gider ve kesiciye açma komutunu vermesini sağlayarak transformatörün enerjisini kestirir. Bucholz rölesi ise genleşme depolu trafolarda bulunur. Kazan ile yağ genleşme deposunun arasında, borularla bağlanmıştır. Buchholz rölesi transformatörlerde gaz ve yağ hareketlerini gözlemlemek için kullanılan bir analog röledir. Transformatörlerdeki küçük gaz birikmelerine sebep olan arızalarda, ani yağ dalgalanması ve yağ kaçaklarında uyarı vererek aynı hermetik elektronik rölelerde olduğu gibi trafonun bağlı olduğu orta gerilim hücresindeki röleye gider ve kesiciye açma komutunu vermesini sağlayarak transformatörün enerjisini kestirir. Trafo kazanı ise radyatörlü ve dalga duvarlı olmak üzere iki çeşittir. Kazan taban, alt ve üst kısımları yumuşak çelikten imal edilir. Kazan ön ve yan yüzeylerini oluşturan dalga duvarlar trafo soğuma yüzeyini oluştururlar.
Güç Trafoları
Trafo Yağının Özellikleri
Yağlı tip transformatörlerdeki en önemli komponentlerden biri trafo yağıdır. Özel bir yağ tipi olan trafo yağı, elektriksel olarak güçlü yalıtıma sahip, yüksek sıcaklıklarda kararlı bir rafine mineral yağdır. Sadece transformatörlerde değil, eskiden yağlı tip kesicilerde, yüksek gerilim kondansatörlerde vb. gibi yüksek gerilim ekipmanlarında yalıtım gerektiren uygulamalarda da kullanılırdı. Sadece yalıtım özelliği yoktur, aynı zamanda trafo sargılarının ısısını üzerine alarak genleşir ve ısı transferini sağlar. Böylece trafo sargılarının ısısını almış olur.
Yağın delinme dayanımı ve ısı iletkenliği yüksek olmalıdır. İçerisine hava, nem, sıvı, toz vb. maddeler girmemelidir. Bu tip etkenler trafo yağının izolasyonunu bozar. Çünkü hem yüksek gerilim hem de alçak gerilim sargıları bu yağın içerisinde bulunmaktadır. Yağın izolasyonu bozulursa, trafo sargılarında kısa devre arızası meydana gelebilir. Bu yüzden trafo yağından belirli periyotlarla numune alınarak yağ kontrolü yapılması gerekmektedir.
Yağlı Tip Trafolar Neden Isınır ve Soğutma Nasıl Yapılır?
Transformatörlerde iki tip kayıp vardır. Biri bakır kayıpları (yükte kayıplar), diğeri ise boşta çalışma yani çekirdek kayıplarıdır (fuko ve histerisiz kayıpları). Trafoların ise ana ısı kaynağı bakır kaybıdır. Histerizis ve girdap akımları trafoda ısınmaya yol açsa da, bakır kaybı bu kayıplara göre oldukça yüksektir. Transformatör kazanının içindeki ısı eşit şekilde dağıtılmazsa, trafonun sıcaklığı sürekli olarak artar ve bu, trafonun içerisindeki kağıt ve yağ gibi yalıtım malzemelerine zarar verir. Özellikle güç trafolarında gerilim yükseldikçe sargılar daha fazla ısınır. Bu yüzden zorlamalı soğutma (radyatörlü) uygulanır. Eğer ortam şartlarında bir problem veya soğutmada bir eksiklik varsa, transformatörün sargılarının yanmasına, kısa devre arızasına vb. durumlara yol açabilir.
Ülkemizde genelde transformatörler maksimum ortam sıcaklığının 40 derece ve rakımın 1000 metreden az olduğu düşünülerek üretilir. Irak, Katar gibi ülkelerde transformatörler ortam sıcaklığı 55 derece olacak şekilde üretilir. Transformatörler üretilirken ortam sıcaklığının ve sargı sıcaklık değerinin toplamının 105 derecenin üzerine çıkılması istenmez. Yoksa transformatör YG ve AG sargıları arasındaki yalıtkan maddelerin ve transformatör yağının izolasyonu bozulabilir. Bu yüzden ülkemizde kullanılan transformatörlerin 40 derece ortam sıcaklığına göre çalışması istendiğinde sargı sıcaklığı maksimum 65 dereceye kadar ısınabilir. Sargı sıcaklığı bu değerin üzerine çıkması durumunda transformatör zarar görebilir. Yağlı tip trafolar, TEDAŞ şartnamesine göre ilgili dağıtım şirketine devredilecek projelerde en fazla 1600 kVA değerine kadar beton köşklere (trafo merkezi) yerleştirilir. Çünkü beton köşk üreticilerinin havalandırma ve soğutma testleri 1600 kVA gücüne göre yapılmıştır.
Aşağıda verilen kodlar, transformatörlerde yağın dolaşımı ve soğutma yöntemini belirtmektedir. Örneğin en çok kullanılan soğutma tiplerinden biri ONAN (Oil Natural Air Natural) soğutmalı trafolardır. Bu soğutmada, yağ dolaşımı ve hava ile teması (ısıyı vereceği yapı) tabii olarak, kendiliğinden yapıldığını belirtmektedir. Yani trafoda ısınan sargıların ısısını yağ alıyor ve bunu tabii yolla ortam havasıyla ısıyı dışarı atıyor anlamındadır. İkinci bir örnek verecek olursak, ONAF soğutmalı bir trafoda ise yine soğutma sıvımız yağ, ancak yağın soğutmasını zorlamalı, yani fanlarla ve radyatörle kazan üzerine hava üfleyerek ısıyı dışarı atması sağlanmaktadır. ONAN genelde dağıtım trafolarında kullanılırken, ONAF ise genelde güç trafolarının soğutma tipidir.
O
Oil
Yağ
A
Air
Hava
W
Water
Su
N
Natural
Tabii
F
Forced
Zorlamalı
Yağlı Tip Transformatörlerin Kullanımı ve Bakımı
Mineral yağın yüksek dielektrik dayanıklılığı ve soğutma yetenekleri, bu transformatörlerin uzun ömürlü ve güvenilir olmasını sağlar. Hem hareketli bir aksamının olmaması hem de aşırı akım ve aşırı ısınma gibi durumlar için koruma sistemleriyle donatılabildiğinden arıza yapması zor bir elektrik makinesidir. Düşük bakım gereksinimine sahiptirler. Periyodik yağ analizleri ve izolasyon testleri ile son durumları kontrol edilebilir. Yaklaşık %99 mertebelerinde yüksek verimliliğe sahiptirler. Türkiye’de yağlı tip dağıtım trafoları ile alakalı “TEDAŞ MLZ/99.032E Hermetik Tip OG/AG Dağıtım Güç Transformatörleri Teknik Şartnamesi” kullanılmaktadır. Türkiye’deki uygulamalarda 2500 kVA gücüne kadar kullanılacak transformatörler bu şartnameye uygun olarak üretilerek kullanılması gerekmektedir.
Trafolar: Çeşitleri, Kullanım Alanları ve Önemli Markalar
Trafolar, elektrik enerjisinin iletim ve dağıtımında gerilim seviyelerini dönüştürmek için kullanılan temel ekipmanlardır. Yağlı tip trafo, kuru tip trafo, ve hermetik tip trafolar, uygulama alanlarına göre farklı avantajlar sunar. Astor Trafo, Hitachi Trafo, ve Siemens Trafo, sektördeki önde gelen trafo üreticilerindendir. Özellikle Astor Transformator ve Eaton, Hitachi, Schneider Electric, Eltaş Trafo, yüksek kaliteli transformatör çözümleriyle tanınır. Orta gerilim trafoları, elektrik enerjisinin şehir içi dağıtımında kritik bir rol oynar ve orta gerilim trafo fiyatları, kapasite ve özelliklere göre değişir. Örneğin, 5000 kVA trafo, sanayi tesislerinde kullanılan yüksek güçlü bir modeldir, buna karşılık daha düşük kapasiteli 24 volt 40 amper trafo veya 200 VA trafo, küçük ölçekli projelerde tercih edilir. 154 kV trafo ve 10 MVA trafo, yüksek gerilim uygulamalarında yaygındır. rafo bakımının düzenli yapılması, cihazın uzun ömürlü olması için önemlidir. Trafo kontrol hizmetleri, güvenilir bir enerji dağıtımı için gereklidir. Ayrıca, hurda trafo fiyatları uygun olmasına rağmen önerilmemektedir. Ev ve küçük işletmelerde kullanılan mini trafo, 12 volt trafo, ve 220V-12V trafo, enerji dönüşümünde uygun çözümler sunar. Aynı şekilde, dekoratif aydınlatma sistemlerinde 24V AC trafo veya 20W trafo modelleri sıkça tercih edilir. Hurda trafo pek önerilmemektedir.
![\[P_g=P_ç+P_k\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-26f47269ba1ed2553227c313a363bd91_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[Verim=\frac{P_ç}{P_g}\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-abb2792475ccb64aabed114aa12e9a3c_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[P_{elek}=P_{mek}+P_k+P_v\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-a53df3af497f1e7fc39a06241d3261d6_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[Verim=\frac{P_{mek}}{P_{elek}}\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-92f83a7ec7e05e77697b7366a2d41639_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[P_{mek}=P_{elek}+P_k+P_v\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-3ddf8d55332af04e73aa616a3f4f645f_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[Verim=\frac{P_{elek}}{P_{mek}}\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-fc50c62708b5ec7648925f72853f25f9_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[M\;=\frac{m.p}{2\mathrm{πf}}\frac{R_r^'}s\frac{V_1^2}{Z^2}\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-0905632e416c5aa48090319435cab005_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[n_s=\frac{60f}p\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-6339d902e266abe8ff4b0b4114d96d66_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[s=\frac{n_s-n}{n_s}\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-ee00a032ff65220b64e3bdec448c5b88_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[s=\frac{n_s-n_r}{n_s}\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-7002c00136a1b1c32fd0669736a2b82b_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[I_k=\frac{I_n}{U_k}100\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-5f87c2131d9a3b2fdb5db416f9f32587_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[S\;=\;\sqrt[{}]3.U_n.I_n\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-f51d8c2aef6d3d821d94ae59c187c7f6_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[ü=\frac{V_1}{V_2}\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-e8de8d8d5390c48ccc7ed8e036cf4eb5_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[\%U_k=\frac{V_k}{V_n}\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-6926755bc534dc1a5e9dc8ba926c6dcc_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[P_k=\sqrt3V_kI_n\cos\left(\alpha_k\right)\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-5a7bf52214feaa2f413a3906c6d4431e_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[Z_k=\frac{\displaystyle\frac{V_k}{\sqrt3}}{I_n}\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-3b6f94837406ed2c203e9f8e7cd0e120_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[R_k=Z_k\cos\left(\alpha_k\right)\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-6cddb29857bcc11cccdcf42b4d1015f1_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[R_k=r_1+r'_2\\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-6e538fb0999e912166ddc6d4e5f1e0af_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[r_1\sim r'_2\\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-b32b87ccc398b546822d49a1fdd05c0f_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[X_k=Z_k\sin\left(\alpha_K\right)\\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-9bc468e5387915af17a2c071a8dff2c4_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[X_k=x_1+x'_2\\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-e157ad0df2e583272c844c5ac03e0429_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[x_1\sim x'_2\\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-b326083dbcb8fb362235fbaf49c38d72_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[r'_2=ü^2r_2\\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-982c27066a18fccd2c519488d69eba4b_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[x'_2=ü^2x_2\\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-73f8f9e7d5f49d02346b800d5f5a36d7_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[P_0=\sqrt3U_0I_0\cos\left(\alpha_0\right)\\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-8ce99953bb78a2cb92211dddef4ca3f4_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[I'_{fe}=I_0\cos\left(\alpha_0\right)\\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-4d254ceb38fbf49b6192cdd08d8b04b3_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[I'_m=I_0\sin\left(\alpha_0\right)\\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-2633fd1c1d10f2522941abc54518a392_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[Z'_0=\frac{U_0}{I_0}\\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-fa47dd461e8f7b9252548dca52ae0b35_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[R'_{fe}=Z'_0\cos\left(\alpha_0\right)\\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-c7cb4c4e2e852cb6af2d88d4bb8d8bcd_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[X'_m=Z'_0\sin\left(\alpha_0\right)\\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-36235f9beb10fd980b9064e828a433e2_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[R_{fe}=ü^2R'_{fe}\\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-31222809c5948c06394f9c57dc335025_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[X_m=ü^2X'_m\\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-3222cb6736b504e22308b6be52ba3326_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[S=\sqrt3U_nI_n\\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-3d8a2a380ce5a7517d59a5d232d79c0a_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[P=\sqrt3U_nI_n\cos\left(\alpha\right)\\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-61244c1a5c6a3625a79d862ff7d09b21_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[Q=\sqrt3U_nI_n\sin\left(\alpha\right)\\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-62f6bdcf1384b23e1c25abbc90066887_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
