Transformatörlerin Günlük Uygulamaları ve Ünite 2 Kontrol Noktası

Çözümlü Örnek: Elektrik Arkı Kaynak Makinesi

Elektrik arkı kaynak makineleri, transformatörler aracılığıyla ev (230 V) veya sanayi tipi (400 V) prizlerden aldıkları yüksek gerilimi, kaynak işlemi için uygun düşük gerilimli (20-80 V) ve yüksek akımlı (50-400 A) elektriğe dönüştürür; oluşan güçlü elektrik arkı metalleri eritip birleştirir. Bir örnekte, sarım oranı 1/5 olan bu makinenin transformatörü alçaltıcıdır: ev prizine (230 V) bağlandığında ikincil gerilim Vₛ=Vₚ×(Nₛ/Nₚ)=230×(1/5)=46 V olur. Sanayi tipi prizde (400V, birincil akım 15 A) ikincil akım iₛ=iₚ×(Nₚ/Nₛ)=15×5=75 A olarak bulunur — düşük gerilim ama yüksek akım, kaynak işlemi için gereken güçlü ısıyı sağlar.

Çözümlü Örnek: Mikrodalga Fırın Transformatörü

Mikrodalga fırınlardaki transformatör, 220 V'luk şebeke gerilimini alıp yükselterek 2000-4000 V aralığına çıkarır; bu yüksek gerilimle çalışan magnetron bileşeni mikrodalgaları üretir. Örnekte ikincil gerilim 2200 V'tur ve X bobininin sarım sayısı Y'ninkinden büyüktür; bu bilgiden X bobininin şebekeye değil (çünkü şebeke gerilimi 220V, düşük), Y bobininin şebekeye bağlı olan (az sarımlı) birincil bobin, X bobininin ise mikrodalga fırın devresine bağlı ikincil (çok sarımlı) bobin olduğu çıkarılabilir — az sarımdan çok sarıma gidildiğinde gerilim yükselir. İdeal transformatörde ikincil güç 1000 W ise birincil güç de (kayıpsız olduğundan) 1000 W'tır; gerilim yükseldiğinden akım aynı oranda düşer (iₚ>iₛ).

Çözümlü Örnek: Elektrikli Araç Şarj İstasyonu

Elektrikli araçlar AC veya DC ile kablosuz ya da kablolu şarj edilebilir; transformatörler, şebeke gerilimini şarj istasyonunun ihtiyacına uygun seviyeye getirir. 400 V'la çalışan bir AC şarj istasyonu 15.000 V'luk bir şebekeye bağlanırsa, gerilimi düşürmesi gerektiğinden alçaltıcı bir transformatör kullanılmalıdır. Tersine, 230 V'luk ev prizinden beslenen bir taşınabilir ünite 400 V bataryalı bir aracı şarj edecekse gerilimi yükseltmesi gerektiğinden yükseltici bir transformatör gereklidir.

Alıştırma Örüntüleri: Zincirleme Transformatörler ve Lamba Parlaklığı

Ders kitabındaki alıştırmalar, birbirine bağlı iki transformatörün (X ve Y) sarım oranlarından yola çıkarak zincirleme gerilim hesaplamaları yapılmasını (bir transformatörün ikincil gerilimi, diğerinin birincil gerilimi olarak kullanılabilir); farklı sarım oranlarına sahip transformatörlere bağlı özdeş lambaların (X, Y, Z) parlaklıklarının karşılaştırılmasını (parlaklık, lambadaki güce, dolayısıyla akıma bağlıdır) ister. Bir alıştırmada, ikincil bobinin sarım sayısı artarsa (birincil gerilim sabitken) lambanın parlaklığının arttığı (çünkü Vₛ artar), birincil sarım sayısı azalırsa da benzer şekilde Vₛ'nin arttığı; lamba direnci artırılırsa ikincil akımın azaldığı (Vₛ sabitken iₛ=Vₛ/R) sonucuna ulaşılır.

Ünite 2 Kontrol Noktası: Elektrik ve Manyetizma'nın Kapanışı

Ders kitabının son Kontrol Noktası özeti, 2.4 Transformatörler alt konusunu ve dolayısıyla Ünite 2'nin (Elektrik ve Manyetizma) tamamını kapatır: transformatörler, bir devredeki alternatif gerilim/akımı diğer devrede manyetik indüksiyon yoluyla yükselten veya alçaltan aletlerdir; ideal transformatörde Nₚ/Nₛ=Vₚ/Vₛ=iₛ/iₚ eşitliği geçerlidir; ikincil sarım sayısı fazlaysa yükseltici, azsa alçaltıcıdır; ideal transformatörde giriş gücü çıkış gücüne eşittir, gerçek transformatörlerde ise giriş gücü çıkıştan büyüktür ve verim=Vₛiₛ/(Vₚiₚ) ile hesaplanır. Elektrik enerjisi santrallerden şehirlere taşınırken kaybı azaltmak için gerilim yükseltilip akım düşürülür — bu, Ünite 2'nin elektrostatikten (2.1) manyetizmaya (2.2), indüksiyona (2.3) ve son olarak transformatörlere (2.4) uzanan kavramsal yolculuğunun pratik zirvesidir: modern elektrik şebekesinin tamamı, bu dört alt konudaki ilkelerin (Coulomb Yasası, Lorentz kuvveti, Faraday/Lenz Yasaları, transformatör denklemi) bir arada çalışmasına dayanır.

Özet

• Elektrik arkı kaynak makinesi ve mikrodalga fırın örnekleri, alçaltıcı ve yükseltici transformatörlerin gerilim-akım değişimini somut sayılarla gösterir.
• Elektrikli araç şarj istasyonlarında, şebeke gerilimi ile istasyonun ihtiyaç duyduğu gerilime göre alçaltıcı veya yükseltici transformatör seçilir.
• Zincirleme transformatör ve lamba parlaklığı alıştırmaları, Nₚ/Nₛ=Vₚ/Vₛ=iₛ/iₚ formülünün ardışık sistemlere ve güç hesaplarına nasıl uygulandığını gösterir.
• Ünite 2 Kontrol Noktası, transformatörleri (ve dolayısıyla tüm Elektrik ve Manyetizma ünitesini) modern elektrik şebekesinin bel kemiği olarak özetler.
• Enerji santralinden eve elektrik iletiminin tamamı — üretim, yükseltme, uzun mesafeli taşıma, alçaltma — Ünite 2'de öğrenilen ilkelerin (Coulomb, Lorentz, Faraday, Lenz, transformatör) birlikte çalışmasının sonucudur.