Elektrik Makineleri 1 - Eemdersnotlari.com - Üç Fazlı Transformatörler Ders Notları

Üç fazlı Transformatörler Hakkında Genel Bilgi                      3 fazlı transformatörler 3 adet aynı özellikteki bir fazlı transformatörlerin bir araya getirilerek 3 fazlı trafo elde  edile bilir. Bu şekilde yapılan trafolar primer ve sekonder sargıları yıldız veya üçgen bağlanmalıdır. Diğer bir durum ise 3  bacaklı nüve üzerine sargıların sarılarak 3 fazlı trafonun oluşturulmasıdır. Manyetik nüve tek fazlı transformatörlerde olduğu  gibi üretilir.  Yalıtılmış ince saçların preslenerek bir araya getirilmesiyle oluşurlar. Üç fazlı transformatörler Çekirdek tip ve mantel tip  nüveli olarak üretilirler. Primer ve sekonder sargıları her faz sargısı için ayrı ayrı sarılır. 3 fazlı transformatörlerin temel  olarak çalışma prensibi bir fazlı transformatörlerle aynıdır. Girişin uygulandığı primer sargısından akım geçer (uygulanan bu  akım değişken olmalıdır) ve nüve üzerinde manyetik akı oluşturur bu akı sekonder sargılarında bir gerilim endüklenmesini  sağlar. Böylece sekonderden gerilim elde edilmiş olur.3 fazlı transformatörlerin gerilim akım ve dönüştürme oranı bir fazlı   dir. 3 fazlı transformatörlerin eşdeğer şeması her bir faz için  trafoda olduğu gibidir.3 fazlı trafoda görünür güç S=√3 . ayrı ayır 1 fazlıda olduğu gibi çizilir. Eğer faz sargılarının özellikleri aynıysa ve sargılar eşit yüklenmişse tek bir eşdeğer şema  çizile bilir. Bir faz için bulunan değerler sonradan 3 ile çarpılarak 3 fazlı trafonun büyüklükleri elde edilir.   

Yıldız Üçgen Bağlantılar ve Özellikleri:  Yıldız Bağlantı: Yıldız bağlama şekli aşağıdaki şekilde yapılır.Yıldız bağlantıda nötr noktası bulunur.fazlar arasında  120 derecelik faz farkı vardır.Bu yüzden nötr noktası ile toprak arasındaki gerilim 0V’tur.Yıldız bağlama genellikle  sekonder tarafına yapılır çünkü yıldız bağlamada nötr noktası bulunur.Sekonder kısımda yükün bağlandığı kısım  olduğundan yıldız bağlama genellikle bu sargılarda yapılır.                                                                                    Yıldız bağlantıda akım gerilim ve güç ilişkisi  Dengeli Yükte: IR= IS= IT=I, UR=US=UT

URS=√3. =U, S=3.UR .IR S=√3. . √3. . , Faz sargılarından geçen akımlar, bağlı olduğu fazın akımına eşittir. Dengeli yüklemede fazların akımları bir birine eşit olur. Is=IT=I olur. URS, UTR ve UST fazlar arası hat gerilimleridir. Hat gerilimleri sargıların gerilimlerinden √3 kadar daha büyüktür. Üçgen Bağlantı:  Üçgen bağlama yıldız bağlamayla kıyaslandığında görüleceği gibi nötr noktası üçgen bağlamada yoktur.  Faz sargısı uç gerilimleri fazlar arası hat gerilimleriyle aynıdır. URS=UR Akımlar yıldız bağlantıya göre farklıdır.IR=IRS.√3  Dengeli yükl durumunda akımlar bir birine eşittir IRS=ITR=IST. 

                Dengeli yükte:  URS=UST=UTR=U                                                           ITR=IRS=IST                             IR=IS=IT=√3. . =√3.U.I                             S=3.URS.IRS=√3.

Zigzag Bağlantı:  transformatörlerin yalnızca sekonder sargılarına uygulanır. Bunun dengesizi yüklenmesinin önüne geçilmek istenmesidir.  Şekilde de görüldüğü gibi transformatörün sekonder sargıları ikiye ayrılmıştır. Sekonder sargılarından her biri primer  sargılarına bağlanmıştır.                           

Bir Fazlı Transformatörlerin Üç Fazlı Yapılması İçin Gerekli Bağlantılar ve Özellikleri:    Büyük güçlü sistemlerde tek bir 3 fazlı trafo kullanmak yerine 3 adet bir fazlı trafonun bir araya getirilmesiyle ^fazlı trafo  elde etmek daha makuldür. Çünkü tek fazlı trafoların bir araya getirilerek 3 fazlı hale getirilmesi taşıma kolaylığı sağlar aynı  zamanda herhangi bir arıza durumunda arızalanan trafo onarılırken şebekeye enerji verilmesine devam edile bilir. Tek bir 3  fazlı tarafo da arıza durumunda sistemin tamamı enerjisiz kalır bu yüzden tek fazlı trafoların bir araya getirilerek 3 fazlı trafo  elde etmek daha mantıklıdır. Bir fazlı Transformatörleri bir araya getirmek için çeşitli bağlantı şekilleri vardır. Bu şekillerin de  kullanılacağı yere göre avantajı ve dezavantajı mevcuttur.    a‐)Yıldız Yıldız Bağlantı:                   Tek fazlı transformatörler yukarıda bahsedildiği gibi 3 adet olmalıdır ki 3 fazlı trafo elde edile bilsin. Bir birine  bağlanacak trafoların aynı karakteristiğe sahip olmaları gerekmektedir. Elimizdeki trafoların her birinin primer sargıları bir  birine bağlanır bu bağlantıda her hangi bir kural yoktur açıkta kalan uçlar giriş sinyali uygulanır. Daha sonra sekonder  sargılarının bağlantısı yapılır. Sekonder sargılarından ikisinin birer ucu birleştirilir ve avometreyle gerilim değeri ölçülür  ölçülen gerilim değeri sekonder geriliminin √3 katıysa bağlantı doğrudur. Avometre bir faz gerilimini gösteriyorsa  sargılardan birisinin uçları değiştirilir. Bağlantı tamamlandıktan sonra iki sargının bağlandığı noktaya 3. Trafonun sekonder  sargısının bir ucu bağlanır ve gerilimler ayrı ayrı ölçülür. Ölçülen gerilim faz geriliminden √3   katı kadar olmalıdır. Avometre  faz gerilimi kadar akım gösterirse o zaman 3 trafonun uçları yer değiştirilmelidir. Bğlantı tamamlandığında sekonder  sargılara yük bağlana bilir.                          b‐)Üçgen‐Üçgen Bağlantı:               Aynı karakteristikteki trafolarımızdan birincisinin herhangi bir ucu ile 2. Trafnsormatörün herhangi bir ucu bir birine  bağlanır ikinci trafonun boşta kalan ucu ile de 3. Trafonun herhangi bir ucu bağlanır en son durumda bo.ta iki uç kalır. 1.  Trafonun boşta kalan ucu ile 3. Trafonun boşta kalan ucu, bu iki uçta birleştirildiğinde üçgen bağlantı tamamlanmış olur.  Sekonderin bağlantısı için yine tranformatörelerin iki sinin sargıları birleştirilir.1. transformatörün boşta kalan ucu ile ikinci  transformatörün boşta kalan ucu avometreyle ölçülür ölçülen değer faz geriliminden √3 kat büyükse sargılardan birinin  uçlarının bağlantısı değiştirilir.Bundan sonra 3 trafonun herhangi bir ucuyla 2. Trafonun boşta kalan ucu birleştirilir ve yine  avometreyle okuma yapılır. Ölçülen gerilim 0 V ise bağlantı doğrudur değil ise 3 trafonun bağlantı uçları değiştirilir ve  baoşta kalan 1. Ve 3. Trafo bir birine bağlanarak bağlantı tamamlanır. Bağlantı noktalarına yük bağlanarak bağlantı  tamamlanır. 

                 

        c‐)Üçgen‐Yıldız Bağlantı:                                                  Bu bağlantı primer sargılarının üçgen sekonder sargılarının ise yıldız                                                                                                                Bağlanmasıyla elde edilir. Üçgen bağlantı için yukarıdaki açıklamalar                                                                                                               Primer sargıları için aynen geçerlidir. Aynı şekilde yıldız bağlantı için                                                                                                   yapılan açıklamalarda geçerlidir. Tek fark primer sargının üçgen                                                                                                   sekonder sargının yıldız bağlı olmasıdır.         d‐) Yıldız‐Üçgen Bağlantı:                                                                                                                                                                                                Primer sargılarının yıldız sekonder sargılarının üçgen bağlanmasıyla                                                                                                               elde edilir.                 

3 Fazlı Transformatörlerin boş çalışma, Kısa devre ve sargı direncinin belirlenmesi deneyleri:          Temel olarak bir fazlı transformatörlerin çalışma şekline benzer bu yüzden bir fazlı trafonun özelliklerine  ilaveten 3 fazlı trafo şekilleri konmuştur. Bilindiği gibi 3 fazlı trafo 3 adet bir fazlı trafodan oluşur.   

  1‐) Üç Fazlı Transformatörlerin Boş Çalışma Deneyi:              Transformatörün eşdeğer devresi gösterilirken primer sargı tarafında R1 ve X1 değerleri mevcuttur. 

Transformatörün açık devre deneyinde Rc ve Xc değerleri çok yüksek olduğundan R1 ve X1 değerleri gösterilmez.  Sekonder sargı ise zaten açık konumdadır. Şekil aşağıdaki gibi olur. Rc ve Xc nin bulunuşu aşağıda gösterilmiştir.                                                                                                                           Bir fazlı transformatörün boşta çalışma bağlantı şekli 

                                                                                   Üç fazlı Trafo için Bağlantı şekli.                                                                                          Üç fazlı Trafo için Bağlantı şekli. 

2‐ Üç Fazlı Transformatörlerin Kısa devre:            Transformatörün primer tarafına AC bir gerilim uygulanır ve Sekonder tarafında ise çıkış ampermetre üzerinden kısa devre  edilir.Girişe uygulanan gerilim 0 dan başlayarak yavaş yavaş arttırılır ve sekonderdeki anma gerilimine geldiğinde sargıların  yanamaması için primere uygulanan gerilim daha fazla arttırılmaz.Rc ve Xc değerleri çok çok büyük olduğundan kısa  devrede ihmal edilir.                                                                                               Trafo oranı 1:1 ise R1=R2, X1=X2 olur buradan                           Bu devreyi seri RL devresi gibi düşünürsek. Rk=R1+R2 ve Xk=X1+X2  olarak yaza biliriz. Toplam empedansı Zk ile gösterelim  bu durumda aşağıdaki devreyi elde etmiş oluruz.                                                                                                                                            Kısa devre direnç üçgeni  Kısa devre eşdeğer devresi                                   

                                                                                                                                                                                                                                        Rk=Zk x cos(Øk)      Xk=Zk x sin(Øk)                                                              kompleks şekli; Zk=Rk+JXk  olarak yazıla bilir.                                                                                                                                                                                                           Transformatör kısa devre deney bağlantı şekli 

     

3‐Sargı direncinin belirlenmesi:  Transformatör’ün eşdeğer devresinin elde edile bilmesi için sargıların direnç  değerlerinin bulunması gerekmektedir.Hem primer hem de Sekonder devresinin  dirençlerinin bulunması aynı yöntemle gerçekleştirilir.Şekilde görüldüğü gibi Dc  kaynakla beslenen devrede  anahtar kapatıldığında, devreden akım geçer Rs   ayarlanarak devreden geçen akım sabitlenir ve elde edilen gerilim, akım  değerleri okunarak Rx direnci bulunur. Rx=U/I   (burada Rs kaldırılıp ayarlı  gerilim kaynağı kullanılabilir)     Bulunana Rx direncini 1.11 ile çarparak AC deki  direncini buluruz.   

Oto Transformatör:  Tek bir sargıdan  oluşurlar, bu sargı hem primer hem de Sekonder görevini görür. Oto trafoda farklı gerilimler elde etmek  için sargıdan bir çok farklı uç çıkarılmıştır.Bu özelliği sayesinde gerilim değerleri ayarlana bilir ayarlı bir pot gibi kullanıla  bilir.primer ve Sekonder sargısı tek bir sargıdan oluştuğu için kaçak reaktansaları küçüktür.  Transformatörler Paralel Çalışma:  Bir fazlı transformatörler bir birlerine paralele bağlanarak, hem verimli çalışma sağlanmış olur hem de arızalanan bir trafo  olduğun da şebekeyi besleyen birkaç trafo mevcut ise ve bunlarda paralele bağlı ise yedek trafo bulundurmaya gerek  kalmadan, elektrik kesintisine yol açamadan arıza giderilebilir. Verimli çalışmadan kasıt, eğer yük az ise yükü karşılayacak  kadar trafo çalışır yükler arttığında ise diğer trafolarda yükü karşılar böylece verimli çalışma sağlanmış olur.  Paralel çalışmada istenen koşullar:  1‐Paralel çalışan transformatörler de boş çalışma esnasında Sekonder akımları olmamalıdır.  2‐Paralel çalışan transformatörlerin yükleri güçleriyle orantılıdır.  3‐Paralele çalışan transformatörlerin Sekonder akımları ile toplam yük akımları aynı fazda olmalıdır.   4‐Kutuplaşmaları aynı olmalıdır.  Paralel Bağlanma Koşulları:  1‐Primer ve Sekonder gerilimleri boşta bir birine eşit olmalıdır.  2‐Paralel bağlanacak transformatörlerin anma yükündeki kısa devre gerilimleri bir birine eşit olmalıdır.   3‐Paralele bağlanacak trafoların güçleri bir birine eşit veya güçleri oranı 1/3 ten az olmamalıdır.  4‐Aynı polaritedeki Sekonder uçları bir birine bağlanmalıdır.