Transformatörler (Trafolar) Hakkında Trafo Nedir

Transformatörler hakkında detaylı bilgiler – Emeği geçen kişilere Teşekkürler

Transformatörün Yapısı ve Çeşitleri

Elektrik enerjisi evlerimize 220 Volt olarak dağılmaktadır. Fakat evlerimizde kullandığımız bir çok elektronik eşya (teyp, müzik seti, radyo,ışıldak vb.) daha düşük gerilimde çalışmaktadır. Bu yüzden elektrik enerjisini daha düşük gerilimlere bazen de daha yüksek gerilimlere çevirmemiz gerekmektedir.

Bu işlemi transformatörler gerçekleştirir. Transformatörün tanımını şu şekilde yapabiliriz; Alternatif akımın frekansını değiştirmeden, gerilimini alçaltmaya veya yükseltmeye yarayan elektro manyetik indüksiyon yoluyla çalışan makineye transformatör denir.

Transformatörün üç ana fonksiyonu vardır:

1.Gerilim veya akımı düşürmek ya da yükseltmek,
2.Empedans uygunlaştırmak
3.İki sistemi birbirinden yalıtmak.

Transformatörler gerilimi alçaltma veya yükseltme şekline göre iki çeşittir.

1.Alçaltıcı trafolar : Uygulanan gerilimi küçülten trafolara denir.
2.Yükseltici trafolar : Uygulanan gerilimi büyüten trafolara denir.

Transformatörün genel prensip şeması

Transformatörlerde manyetik nüve (gövde), fuko ve histeresiz kayıplarını önlemek için 0,30 – 0,50 mm kalınlığındaki birer yüzleri yalıtılmış silisli saçların paketlenmesinden meydana gelmiştir.

Manyetik nüve iki parçadan oluşur:
Ayak ve bacak : Nüve üzerinde sargıların sarıldığı kısma denir.
Boyunduruk : Ayakları birleştiren kısma denir.

Transformatör nüveleri üç şekilde yapılır:

1. Çekirdek tipi
2. Mantel tipi
3. Dağıtılmış tip

Aşağıdaki çekirdek tip ve mantel tip nüve çeşitleri görülmektedir.

Çekirdek tip trafo

Mantel tip trafo

Transformatör alınırken iki şeye dikkat edilir:
1. Gücüne
2. Voltajına

Dikkat edilirse gerilim düşürücü trafolarda primer sargısı ince, sekonder sargısı kalın
tel ile sarılmıştır. Böylece trafonun terminallerine bağlanmış olan iletkenlerin kalınlıklarından hangi uçların primer, hangi uçların sekonder sargısına ait olduğu anlaşılır.

Çıkış voltajları farklı trafolar

Transformatörler kullanım yerlerine göre değişik isimler alırlar. Bunları şöyle sıralayabiliriz.

a. Besleme Transformatörü
b. İzolasyon Transformatörü
c. Muayyen Frekans Transformatörü
d. Hat Transformatörü
e. Empedans Transformatörü
f. Oto Transformatörü
g. Darbe (Pulse) Transformatörü

Doğrultma Filtre Devreleri

Doğrultma devrelerinde, şebekeden alınan AC gerilimi,önce bir trafo aracılığı ile düşürülür. Daha sonra doğrultmaç diyotlarıyla DC gerilime çevrilir. Çıkan bu gerilim filtre devreleriyle de tam DC gerilime yaklaştırılmış yani, nabazanlı gerilim süzülüp filtre edilmiş olur.

Üç çeşit doğrultma devresi vardır:

1. Yarım dalga doğrultma
2. a. İki diyotlu tam dalga doğrultma
b. Köprü tipi tam dalga doğrultma

Doğrultma işlemi blok diyagramı

Doğrultma işleminin blok diyagramı yukarıda olduğu gibidir.

Yarım Dalga Doğrultma Devresi

AC gerilimin sadece bir alternansını doğrultan doğrultmaçlara yarım dalga doğrultmaç veya tek diyotlu doğrultmaç denir. Bu doğrultmaç tipinde sadece 1 adet diyot kullanılır.

Yarım dalga doğrultucu devresi ve dalga şekli

Vv = Trafo sekonder gerilimi
Vd = Doğrultulmuş gerilim ortalama değeri
Iv = Trafo sekonder akımı
Id = Doğrultulmuş akımın ortalama değeri

İlk önce sekonder sargısının üst ucunun pozitif ve alt ucunun negatif olduğunu düşünelim. Buna göre diyot uçlarına doğru polarma yapıldığında diyot iletime geçer. Diyot iletime geçtiği için RL üzerinden akım geçer.

Yarım dalga doğrultmaçta regülasyon kötüdür. Özellikle ses ile ilgili devrelerde seste kısılma ve ani yükselmeler olur.

Tam dalga Doğrultma Devresi

a. İki dİyotlu (orta uçlu) tam dalga doğrultma

Orta uçlu trafolarda sekonder sargısının üst ucu ( + ) olduğu anda, alt ucu ( – ) ve
orta uç daima ( 0 ) sıfırdır. Sekonder sargısının üst ucu ( – ) olduğu anda alt ucu bu sefer ( + ) kutupludur. Orta uç yine sıfır ( 0 ) olur.

İki diyotlu tam dalga doğrultma devresi ve dalga şekli

Köprü tipi dalga Doğrultma

En çok kullanılan doğrultma tipidir. Bu devrede, pozitif alternansları D2 ve D4
diyotları, negatif alternansları da D1 ve D3 diyotları geçirirler. Her iki alternansta da yük üzerinden aynı yönde akım geçer.

İlk olarak, sekonderin üst ucunun pozitif, alt ucunun negatif olduğunu kabul edelim. Bu durumda, D2 ve D3 doğru polarize olur, D1 ve D4 diyotları ters polarize olur.

Köprü tipi tam dalga doğrultma devresi ve dalga şekli

Köprü tipi doğrultma elektronik devrelerde çok kullanıldığından köprü diyot diye hazır köprü tipi doğrultma diyotları imal edilmektedir. Köprü diyot içerisinde dört diyotun iç bağlantısı yapılmıştır. Dışında 4 adet ayağı vardır. İkisi AC giriş, ikisi DC çıkıştır.

Filtre (süzgeç) Devreleri

Buraya kadar incelemiş olduğumuz doğrultma devrelerinin çıkışındaki DC gerilim tam doğru gerilim değildir. Ondüleli bir gerilimdir. Ondüleli gerilim, gerilimin sıfır ile maksimum arasında değer değiştirmesi olayıdır.

Bu gerilime Nabazanlı gerilim veya rıpıl da denir. Bu durum elektronik devrenin çoğunda istenmeyen durumdur. Gerilimin her zaman pil gerilimi gibi doğru olması istenir. Bu devrelere filtre veya süzgeç devreleri denir.

a. Pil gerilimi b. Doğrultmaç çıkış gerilimi

Kondansatörlü Filtre
Kondansatörlü filtre doğrultmaç devrelerinde kullanılan en basit filtre devresidir.
Doğrultma devresinin çıkışına yüksek değerde (1000 uF gibi) kondansatörün paralel bağlanmasından ibarettir.

Bu filtre tipinde seçilen kondansatör kapasitesi ne kadar büyük olursa doğrultulan gerilim o kadar düzgündür. Genelde 100 – 4700 uF civarında kondansatörler kullanılır. Kondansatör seçiminde ayrıca voltaj da önemlidir. Kondansatör voltajı doğrultma devresi çıkış voltajının en az 1,41 katı olmalıdır.

Kondansatör, gerilimin max. Değerinde şarj olur. Öyle ise 12 voltluk trafonun süzgeç kondansatörü kapasitesi 16,9 volttan daha büyük olmalıdır. Bu voltajın standart olan bir büyüğü 25 volttur. Bu devredeki kondansatör en az 25 voltluk olmalıdır. 25 V yerine 35 V, 50 V gibi yüksek voltajlı kondansatör kullanılması sakıncalı değildir.

Gerilim ve akımın üç değeri vardır. Etkin değer, ortalama değer ve maksimum değer (tepe değeri) Uygulamada sadece etkin değer kullanılır.

Gerilimin etkin ve maksimum değeri

Regüle Devreleri
Bir fazlı doğrultmaçlarda şebeke gerilimindeki yükselme ve düşmeler trafo çıkışında
da gerilimin yükselmesi veya düşmesi olarak kendini gösterir. Bazı elektronik devrelerde bu olay istenmeyen durumdur. Gerilimin daima aynı kalması istenir.

Ayrıca doğrultma devresinde çekilen güç artarsa, doğrultma çıkış gerilimi düşer. Çekilen güç azalırsa, doğrultmaç çıkış gerilimi yükselir. Regüle devresi, hangi nedenle olursa olsun çıkış gerilimini sabit tutan devredir. Regüle devresine başka bir deyişle regülatör, güç kaynağı, gerilim kaynağı veya piyasada adaptör de denmektedir.

Regüle (adaptör) devrelerini 4 gurupta toplayabiliriz.

1. Zener diyotlu regüle devresi
2. Transistörlü seri regüle devresi
3. Transistörlü şöt regüle devresi
4. Entegre (IC) gerilim regülatörür devresi.

Zener diyotun Regülatör olarak Kullanımı

Zener diyotlar silikon tipli diyotlardır. Her diyotun dayanabileceği bir ters tepe gerilim değeri vardır. Zener diyotlar bu ters tepe geriliminde çalıştırılacak şekilde imal edilirler. Devreye ters olarak bağlanırlar. Ters yönde uygulanan gerilim, kırılma değerine ulaşmadıkça zenerden akım geçmez. Kırılma gerilimine ulaştığında, zener diyot akım geçirmeye başlar.

Zener diyotun regülatör olarak kullanılması

Devreye seri bağlı bir RÖ direnci ile beraber bağlanırlar. Bu direnç, zener akımını sınırlayan ve gerilim düşümü yapan bir emniyet direncidir. Rö direncinin değeri maksimum giriş gerilimi ve maksimum diyot akımına göre hesaplanır.

Seri Regüle Devresinin incelenmesi

Transistörün yüke seri olarak bağlandığı regüle devrelerine seri regüle devresi denir.
Bu devrelerde yük akımı transistör üzerinden geçer. Bu regüle devreleri, zener diyotun, transistör beyz gerilimini sabit tutması esasına göre çalışırlar. Zener diyotlu transistörün birlikte kullanıldığı devrelerde daha yüksek çıkış akımlarına ulaşmak mümkün olmaktadır.

Seri regüle devresi

Kondansatör, gerilimin tepe değerinde şarj olduğundan 12 V giriş, filtre çıkışında yükselmiştir.

Transistörün çıkış gerilimi (emiter gerilimi) azalırsa, transistörün beyzi emitere göre daha pozitif olur. Böylece transistörün emiter ve kollektör akımları da artar. Dolayısıyla VCE azalır, çıkış gerilimi normal değerine çıkar

Transistörün çıkış gerilimi artarsa, transistörün beyzinin emitere göre pozitifliği azalır. Böylece transistörün emiter ve kollektör akımları azalır. Dolayısıyla VCE artarak, çıkış gerilimi normal değerine iner.
Transistör devrede iç direnci değişen ayarlı bir direnç gibi çalışır. Giriş ve çıkış gerilimleri arasındaki fark transistör üzerinde düşer ve yük akımıyla harcanır.

Bu tip devre çözümlerinde; devre elemanlarının hesabı devrenin çıkışından girişine doğru yapılır. Paralel tip gerilim regülatörlerinde çıkış kısa devre olsa bile transistör bozulmaz.

Entegre (IC) Gerilim Regülatörleri

Transistörle yapılan seri ve şönt gerilim regülatörlerinin paket içerisinde konularak yapılan tiplerine entegre gerilim regülatörü denir. Entegre gerilim regülatörü çok az yer kapladığından, kolayca devresi kurulabildiğinden ve ucuz olduğundan elektronik cihazlarda yerini almıştır.

78XX serisi gerilim regülatör entegreleri pozitif, 79XX serisi regülatör entegreleri negatif çıkış gerilimi verir. Her iki tip entegrenin de çıkış akımları 1 amperdir.

78XX Serisi sabit pozitif gerilim regülatörleri

Ayarlanabilir Gerilim Regülatörleri

Her zaman sabit çıkış gerilimi istenmez. Bazen değişik gerilimler de istenebilir. Onun için ayrı ayrı adaptörler bulundurmaktansa ayarlanabilir adaptörler tercih edilir.

Ayarlı çıkış veren regülatör devresi

Trafolar görünür güçlerine göre ifadelendirilmesine rağmen küçük güçlü trafolar piyasada Watt olarak ifade edilmektedir. Aslında VA olarak ifade edilmesi gerekir.

Ayarlı çıkışlı gerilim regülatörleri
• LM 117 H : Pozitif çıkışlı regülatör entegresidir. Çıkış akımı 500 mA’dır.
Çıkış gerilimi 1,2 ile 37 V arasında ayarlı olarak verir.

• LM 317 L : Pozitif çıkışlı regülatör entegresidir. Çıkış akımı 100 mA ‘dır.
Çıkış gerilimini 1,2 ile 37 V arasında ayarlı olarak verir.

• LM 317 M : Aynı entegrenin akımı 500 mA olanıdır.

• LM 317 T : Aynı entegrenin 1,5 A olanıdır.

Not : Ayarlı çıkışlı gerilim regülatör entegreleri sadece bunlar değildir. Bunun gibi bir çok ayarlı gerilim çıkışlı entegre mevcuttur. Ayrıca 78XX ve 79 XX entegrelerinin çıkışları da ayarlanabilmektedir.

Ekleme: 78xx ve 79xx serisinde sadece çıkış voltajı yükseltilebiliyor örnek elinizde 7805 var size 8 volt regülatör gerekli 7805 8 volt çıkış vermesi için şase bacağını 3v zener ile şaseye verirseniz çıkışı 8 volt olur Buradaki yazıda örnek vermiştim

Gerilim Çoklayıcılar

Düşük AC gerilim, DC ye çevrilirken diyot ve kondansatörler yardımıyla gerilim değeri yükseltilebilir. Gerilim çoklayıcılar ikileyici, üçleyici, dörtleyici ve daha çok sayıda olabilir. Çoklayıcılar büyük akım vermeye elverişli değildirler. Gerilim değeri her kat arttığında, akım değeri o kadar kat düşer. Çok az akım çeken ve yüksek gerilime ihtiyaç duyulan yerlerde kullanılır.

Gerilim ikileyici

Gerilim ikileyici devre diyot ve iki kondansatör kullanılarak yapılır. Transformatörün sekonder sargısının üst ucunun pozitif olduğu alternansta D1 diyotu iletken olur ve C1 kondansatörünü şarj eder. Negatif alternansta ise D2 iletken olur ve C2 yi şarj eder. Çıkış gerilimi;seri durumdaki C1 ve C2 uçlarındaki gerilimlerin toplamı olduğundan giriş geriliminin (2xUm) yükseltilmiş olur.

Gerilim İkileyici Devre

Gerilim Üçleyici devre

Girişe uygulanan AC gerilimin a ucunun ( – ) eksi, b ucunun ( + ) artı, olduğunu düşünelim. Bu durumda D1 ve D3 diyotları iletken olur. D1, C1 ‘i ve D3, C3’ ü giriş geriliminin maksimum değerine şarj eder.

Giriş alternansı değiştiğinde bu kez D1 ve D3 diyotları yalıtkan olur. K ucunda giriş gerilimi ve C1 uçlarındaki gerilimlerin toplamı değerinde bir gerilim oluşur. Yani 2Um olur. Bu gerilim altında D2 iletken olur ve C2 ‘yi bu gerilim değerinde şarj eder. Çıkış gerilimi C2 ve C3 kondansatörlerinin uçlarındaki gerilimlerinin toplamına eşit olduğundan girişin üç katı değerinde DC gerilim elde edilmiş olur.