Aktif, endüktif ve kapasitif yükler için güç trafosu çalışması

Transformatör, bir voltajın alternatif akımını başka bir voltajın alternatif akımına dönüştüren bir elektrik makinesidir. Transformatörün çalışma prensibi, elektromanyetik indüksiyon fenomenine dayanmaktadır.

İlk elektrik enerjisi iletim şebekelerinde doğru akım kullanıldı. Şebekelerdeki gerilim, kullanılan malzemelerin yalıtım kapasitesine bağlıdır ve genellikle 110 V'tur.

Şebekelerin iletim güçlerinin artması ile birlikte gerilim kayıplarının izin verilen sınırlar içerisinde kalması için tellerin kesitlerinin arttırılması gerekli hale gelmiştir.

Ve sadece transformatörün icadı, büyük elektrik santrallerinde elektrik enerjisinin ekonomik olarak üretilmesini, uzun mesafeler boyunca yüksek voltajda iletilmesini ve ardından elektriği tüketicilere ulaştırmadan önce voltajı güvenli bir değere düşürmeyi mümkün kılmıştır.

Transformatörler olmadan, günümüzün yüksek ve ultra yüksek, orta ve düşük voltaj seviyelerine sahip elektrik şebekesi yapıları kesinlikle mümkün olmazdı. Transformatörler hem tek fazlı hem de üç fazlı elektrik şebekelerinde kullanılır.

Üç fazlı bir güç transformatörünün çalışması, çalıştığı yüke göre büyük ölçüde değişir - aktif, endüktif veya kapasitif. Gerçek koşullarda, trafo yükü aktif-endüktif bir yüktür.

Şekil 1 - Üç fazlı güç trafosu

1. Aktif yük modu

Bu modda, birincil sargı gerilimi U1 = U1nom nominal değerine yakındır, birincil sargı akımı I1 trafo yükü tarafından belirlenir ve ikincil akım I2nom = P2 / U2nom nominal akımı tarafından belirlenir.

Ölçüm verilerine göre transformatörün verimi analitik olarak belirlenir:

Verimlilik = P2 / P1,

burada P1, transformatörün birincil sargısının aktif gücüdür, P2, transformatörün sekonder sargısı tarafından besleme devresine sağlanan güçtür.

Birincil sargının bağıl akımına bağlı olarak transformatör verimliliğinin bağımlılığı şekil 2'de gösterilmektedir.

Şekil 2 - Transformatör veriminin birincil sargının bağıl akımına bağımlılığı

Aktif yük modunda, sekonder sargı akım vektörü, sekonder sargı gerilim vektörü ile eş-uzamlıdır, bu nedenle yük akımındaki bir artış, transformatörün sekonder sargısının uçlarındaki gerilimde bir azalmaya neden olur.

Bu tip trafo yükü için akımların ve gerilimlerin basitleştirilmiş bir vektör diyagramı Şekil 3'te gösterilmiştir.

Şekil 3 - Transformatör aktif yük akımlarının ve gerilimlerinin basitleştirilmiş vektör diyagramı

2. Endüktif yük için çalışma modu

Endüktif yük modunda, ikincil sargı akım vektörü, ikincil sargı voltajı vektöründen 90 derece geridedir. Transformatörün sekonder sargısına bağlı olan endüktansın değerindeki azalma, yük akımının artmasına ve bunun sonucunda sekonder gerilimin düşmesine neden olur.

Bu tip trafo yükü için akımların ve gerilimlerin basitleştirilmiş bir vektör diyagramı Şekil 4'te gösterilmiştir.

Şekil 4 - Endüktif yük modunda trafo akımlarının ve gerilimlerinin basitleştirilmiş vektör diyagramı

3. Kapasitif yükle çalışma modu

Kapasitif yük modunda, sekonder sargının akım vektörü, sekonder sargının voltaj vektörünün 90 derece ilerisindedir. Transformatörün sekonder sargısına bağlı kapasitansın artması yük akımının artmasına neden olarak sekonder geriliminde artışa neden olur.

Bu tip trafo yükü için akımların ve gerilimlerin basitleştirilmiş bir vektör diyagramı Şekil 5'te gösterilmiştir.

Şekil 5 - Trafo Kapasitif Yük Modu Akımları ve Gerilimlerinin Basitleştirilmiş Vektör Diyagramı