3 Fazlı Transformatör Sarım Hesabı Nasıl Yapılır?

Üç fazlı transformatörlerin yapım hesapları, bir fazlı transformatörlerin yapım hesabına benzer. Nüve eşit kesitli 3 ayaktan oluştuğundan, bir ayak için hesaplanan değerler diğer ayaklarda da aynı çıkacağından dolayı, hesaplama sadece bir ayak için yapılır. Bu yazıda, üç fazlı transformatörlerin yapılarını inceleyip, transformatör sarımına geçebilmek için yapılması gereken hesaplamaları pratik bir örnekle anlatacağız.

A- A+

25.02.2019 tarihli yazı 33100 kez okunmuştur.

Üç Fazlı Transformatörün Yapısı

Üç fazlı transformatörler yapı ve çalışma bakımdan bir fazlı transformatörlere benzerler. Bu nedenle üç adet aynı özellikteki bir fazlı transformatörün nüveleri birleştirilerek primer ve sekonder sargıları yıldız veya üçgen bağlanarak üç fazlı transformatör elde edileceği gibi, üç ayaklı (bacaklı) bir nüve üzerine primer ve sekonder sargılar sarılarak da elde edilebilir. Üç fazlı transformatörlerde manyetik nüveler genellikle birer yüzeyleri yalıtılmış 0,35mm kalınlığında silisyum alaşımlı sacların sıkıştırılarak paketlenmesinden meydana gelmiştir. Nüvenin kesiti, transformatörün gücüne göre kare, dikdörtgen, artı (+) işareti şeklinde veya çok basamaklı olarak yapılabilir.

Büyük güçlü transformatörlerde nüve içine soğutma kanalları açılır. Nüveyi oluşturmak için küçük güçlerde sıcak haddelenmiş saclar kullanılır. Orta ve büyük güçlerde soğuk haddelenmiş ve yüksek manyetik endüksiyonlu (B=16.000–18.000 Gauss) özel transformatör sacları kullanılır.

►İlginizi Çekebilir: İndiktör (Bobin) Nasıl Çalışır? | 1.Bölüm

Üç fazlı transformatörlerde çekirdek tipi ve mantel tipi nüveler kullanılır. Çekirdek tipi nüvede her faz sargısına ait ayaklar (bacaklar) birbirine eşittir. Mantel tipi nüvede ise ortadaki ayaklar (bacaklar) yandaki ayakların (bacakların) iki katı kadardır. Bu durum fazların manyetik devrelerinin birbirinden ayrı simetrik şekilde olmasını sağlar. Üç fazlı transformatörlerde her faz sargısı için ayrı ayrı primer ve sekonder sargılar bir fazlı transformatörde olduğu gibi sarılır. Büyük güçlü transformatörlerde nüveye karşı yalıtımı kolaylaştırmak amacıyla gerilimi küçük değerde olan sargı altta, büyük değerde olan sargı ise üsttedir. Alt ve üst sargı arasına presbant yerleştirilir. Büyük güçlü transformatörlerin iletken kesitleri de kalın olur. Sargılarda kullanılan iletkenler bakır veya alüminyumdan yuvarlak veya dikdörtgen şeklindedir. Sargılar, yağlı transformatörlerde izole kâğıtlarla, kuru transformatörlerde ise pamuk veya cam elyaflı ipliklerle yapılır.

►İlginizi Çekebilir: Transformatör Bakımı Nasıl Yapılır?

Üç Fazlı Transformatör Bağlantıları

Üç fazlı transformatörlerde üç şekilde bağlantı vardır. Bunlar;

► Yıldız bağlantı,
► Üçgen bağlantı
► Zikzak bağlantıdır.

Daha çok sıfırlamanın (nötr) istenildiği yerlerde yıldız noktası sıfır olduğundan yıldız bağlantı kullanılır. Nötr hattı istenmeyen yerlerde üçgen bağlantı ve fazlar arasında dengesiz yüklemelerin olduğu yerlerde ise zikzak bağlantı kullanılır. Yıldız ve üçgen bağlantılar hem primer sargılarında hem de sekonder sargılarında uygulanabilir. Zikzak bağlantı ise yalnızca sekonder sargılarda uygulanır.

►İlginizi Çekebilir: Transformatörlerde Bağlantı Grupları ve Grup Açıları

Üç fazlı transformatörlerde 12 çeşit bağlantı şekli vardır.

Primer sargı uçları (büyük gerilim) büyük harflerle, sekonder sargı uçları (küçük gerilim) küçük harflerle gösterilir. (U,V,W-u,v,w). Bağlantı şekilleri ise Dd (üçgen), Yy (yıldız), Z (zikzak) sembolleri ile gösterilir.

Bu sembollerin birincisi primer sargı bağlantısını, ikincisi ise sekonder sargı bağlantısını ifade eder. Üç fazlı transformatörlerde bağlantı grupları yapılırken primer giriş gerilimleri ile sekonder çıkış gerilimleri aynı fazda olmayabilir. Bu faz farkı dört farklı bağlantı grubunu oluşturmuştur.

Transformatör hesaplamalarında kullanılan temel semboller, anlamları ve birimleri aşağıdaki tabloda gösterilmiştir.

SEMBOL	ANLAMI	BİRİMİ
a	Nüvenin Eni	cm
b	Nüvenin Genişliği	cm
h	Pencere Yüksekliği	cm
h_m	Makaranın İçten İçe Yüksekliği	cm
C_p	Pencere Genişliği	cm
S₁	Primer (giriş) gücü	kVA
S₂	Sekonder (çıkış) gücü	kVA
S_n	Manyetik Nüve Kesiti	cm²
s_{1 il}	Primer sargı iletken kesiti	mm²
s_{2 il}	Sekonder sargı iletken kesiti	mm²
d₁	Primer sargı iletken çapı	mm
d₂	Sekonder sargı iletken çapı	mm
I₁	Primer sargı akımı	A
I₂	Sekonder sargı akımı	A
N₁	Primer sargının sarım sayısı	Sipir
N₂	Sekonder sargının sarım sayısı	Sipir
U₁	Primer gerilimi	V
U₂	Sekonder gerilimi	V

►İlginizi Çekebilir: Trafolarda Kademe Değiştirme İşlemi Nasıl Yapılır?

Üç Fazlı Transformatörün Hesabı

Üç fazlı transformatörlerin yapım hesapları, bir fazlı transformatörlerin yapım hesabına benzer. Nüve eşit kesitli 3 ayaktan oluştuğundan, bir ayak için hesaplanan değerler diğer ayaklarda da aynı çıkacağından dolayı, hesaplama sadece bir ayak için yapılır. Transformatör sarım hesaplamasında kullanılan formüller aşağıdaki tabloda gösterilmiştir.

►İlginizi Çekebilir: Transformatörlerde Soğutma Nasıl Yapılır?

ÖRNEK: Sekonder çıkış gücü 1 kVA olan 380V/220V, λ/λ bağlı e= % 5 gerilim düşümlü trafonun verimi % 92 ve akım yoğunluğu J= 2,2 A/mm’dir. Manyetik akı B= 10.000 Gauss ve frekansı f= 50 Hz olan üç fazlı transformatörün sarım için gerekli hesaplamalarını yapınız. (C = 0,9 alınacaktır)

Manyetik Nüve Kesitinin Hesaplanması:

Manyetik nüvenin eninin ve boyunun ölçüsü, transformatörün kullanma yerine göre belirlenir. Kare şeklinde veya dikdörtgen şeklinde yapılabilir.

S_n = a × b olduğundan a = 5 cm alınırsa b = S_n / a = 4,6 cm olur.

Burada % 9’luk kabarmalar dikkate alınarak b= 4,6×1,09 = 5 cm bulunur. Manyetik nüvenin a ve ölçüleri eşit çıktığından manyetik nüve kare şeklinde alınacaktır.

Primer ve Sekonder Sipir Sayılarının Bulunması:

Ø= B × S_n = 10000 × 23,2 = 232.000 Maxwell

Primer faz gerilimi = U_1f = 220V

Sekonder faz gerilimi = U_2f = 220/((1,73) ) = 127V

N₁ = 220 / (4,44×232.000×50×〖10〗^(-8) ) = 427 Sipir

N₂ = 127/(4,44×232.000×50×〖10〗^(-8) ) = 247 Sipir

Transformatörler yüklendikleri zaman uç gerilimleri, gerilim regülasyonundan dolayı bir miktar düşer, bunu karşılamak için % 5’e kadar sekonder sipir sayısına eklenir. Sekonder sipir sayısına % 5 lik gerilim düşümü eklenirse;

N₂ = 247×1,05 = 259 Sipir olarak sarılır.

Primer ve Sekonder Akımlarının Bulunması:

Primer (giriş) gücü transformatör veriminin değeri kadar azalarak, sekonder (çıkış) gücü oluşturur.

S₁ = 1000 / 0,92 = 1.087 VA

I₁ = 1087 / (1,73×380) = 1,65A ve I₂ = 1000 / (1,73×220) = 2,62 A olarak bulunur.

Primer ve Sekonder İletken Kesitlerinin Bulunması:

s_{1 il} = 1,65 / 2,2 = 0,75mm²
s_{2 il} = 2,62 / 2,2 = 1,2mm²

olarak bulunur.

Primer ve Sekonder İletken Çapları:

d₁ = ((4×0,75)/π)^(1/2) = 0,98 mm → 1 mm kesitinde iletken kullanılır.

d₂ = ((4×1,2)/π)^(1/2) = 1,23 mm → 1,25 mm kesitinde iletken kullanılır.

Manyetik Nüve Ölçülerin Hesaplanması:

Pencere yüksekliği

h = 2,5 × a formülünden h = 2,5 × 5 = 12,5 cm = 125 mm olarak hesaplanır. Makara yapımında 2 mm’lik presbant kullanılırsa ve 1,5 mm hava aralığı bırakılırsa makaranın yüksekliği;

h_m = h-2×(2+1,5) = 125- 2×(2+1,5) = 118 mm hesaplanır. Bu değer makaranın yapımında h yüksekliği olarak kullanılır.

Sargı kalınlıkları

Primer iletken kesiti izole kalınlığı ile birlikte d₁ = 1+0,1 = 1,1 mm olur. Primerin bir katına sarılacak iletken sayısı 118 / 1,1 = 107’dir. 427/107=3,99 kat olduğundan dört kat alınarak hesaplamalarda kullanılır.

Sekonder iletken kesiti izole kalınlığı ile birlikte d₂ = 1,25+0,1 = 1,35 mm olur. Sekonderin bir katına sarılacak iletken sayısı 118/1,35 = 87’dir. 259/87 = 2,97 kat olduğundan üç kat alınarak hesaplamalarda kullanılır.

Primer sargının katları arasına 0,30 mm sargı üzerine 0,50 mm’lik presbant kullanıldığında 4 × (1,1) + 3 × (0,30) + 0,50 = 5,8 mm bulunur. Primer sargı kabarma payı ile birlikte 7 mm alınır. Sekonder sargı kalınlığı katlar arasına 0,30 mm sargı üzerine 0,50 mm’lik presbant kullanıldığında 3 × (1,35) + 2 × (0,30) + 0,50 = 5,15 mm bulunur. Sekonder sargı kabarma payı ile birlikte 6 mm alınır.

Pencere genişliği

Yukarıdaki ifadelere göre pencere genişliği = Nüve ile makara arasındaki hava boşluğu (1,5 mm), kullanılan presbantın kalınlığı (2 mm), 1. faz primer sargı kalınlığı (7 mm), 1. faz sekonder sargı kalınlığı (6 mm), iki sargı arasındaki hava aralığı (7 mm), 2. Faz sekonder sargı kalınlığı (6 mm), 2. faz primer sargı kalınlığı (7 mm), makara kalınlığı (2 mm) ve nüve ile makara arasındaki hava boşluğu (1,5 mm) toplanırsa pencere genişliğini verir.

Pencere genişliği = Cp = 1,5 + 2 + 7 + 6 + 7 + 6 + 7 + 2 + 1,5 = 40 mm olarak hesaplanır.

Aşağıdaki şekilde manyetik nüve de sargı sarılacak bacak genişliği (a), sacların üst üste dizilmesiyle meydana gelen genişlik (b), pencere yüksekliği (h) ve pencere genişliğinin yerleri gösterilmektedir. Manyetik nüve sac ölçüleri; a=50 mm b=50 mm h=125 mm Cp=40 mm hesaplandı.

►İlginizi Çekebilir: Trafolardaki Nem Nasıl Giderilir?

1 numaralı sac:

Sacın eni: a = 50 mm, sacın boyu: h + a = 125 + 50 = 175 mm

Sacın sayısı: 3 × b / 0,35 = 3 × 50 / 0,35 = 429 adet

2 numaralı sac:

Sacın eni: a = 50 mm, sacın boyu: 2 × C_p + a = 2 × C_p = 130 mm

Sacın sayısı: b / 0,35 = 50 / 0,35 = 143 adet

3 numaralı sac:

Sacın eni: a = 50 mm, sacın boyu: C_p + a = 40 + 50 = 90 mm,

Sacın sayısı: 2 × b / 0,35 = 2 × 50 / 0,35 = 286 adet

Gelecek yazımızda Makara Yapımı, Bobinlerin Sarımı, Sacların Düzenlenmesi ve 3 Fazlı Transformatörün Montaj Tekniği konulaırnı inceleyeceğiz.

Kaynak:

► Megep

► TEİAŞ