Transformatör ya da kısaca trafo; alternatif akım sistemlerde, gerilimi, manyetik indüksiyon yöntemiyle dönüştürmek için kullanılan bir makinedir. Transformatörlerin hareketli parçası yoktur ve dönüşüm frekans değiştirilmeden yapılır.
Transformatörler, genel olarak enerjinin iletiminde ve dağıtımında kullanırlar. Elektrik enerjisi, santrallerden son kullanıcıya iletimi sırasında, hatlarda gerilim dönüşümü ve güç kaybı yaşanır. Bu kaybın asgariye indirilmesi için gücün sabit tutulmaması ve gerilimin yükseltilmesi gerekir. Bu durum, akımın düşürülmesi anlamına gelir. Trafolar sayesinde, enerji son kullanıcıya iletilmeden önce ara istasyonlar kurulmuş olur. Böylece iletkenlerin kesitleri küçülür. Bu durum kayıpların azalması ve maliyetlerin düşmesini sağlar.
Transformatörler tipik olarak, elektrik devresinde voltajın ya da akımın düşürülmesi ve yükseltilmesi için kullanılır. Elektronikte ise, farklı devrelerde yükselticileri birleştirmek ya da doğru akımla gelen dalgaları, daha yüksek değerdeki alternatif akıma çevirmek için kullanılır. Bunun yanı sıra elektronikte, belirli frekansları iletmek için de transformatör kullanılır.
Transformatörler nüve ve iki adet bobinden oluşur. Bu yapı, elektrik enerjisini bir iletken alır ve diğerine iletir. Nüvede bulunan bu iki bobinden bir tanesi üzerinden gerilim uygulanır ve bu sayede manyetik akı meydana gelir. Bu manyetik akının yönü ve şiddetinde ise sürekli değişmeler oluşur.
Manyetik akı, çıkış bobininde gerilimin indüklemesine sebep olur. Özetle ifade etmek gerekirse; iki bobine uygulanan gerilim sayesinde manyetik alan ortaya çıkar. Bu manyetik alan ise, diğer bobine enerji aktarımı sağlar. Trafo içerisinde yer alan çıkış sarım sayıları, giriş sarım sayısından fazla olduğunda; çıkış gerilimi de giriş geriliminden daha yüksek olacaktır.
Trafolar birden fazla amaç için kullanılabilir. Bu makinelere birçok alanda denk gelebilirsiniz. Trafolar genel olarak üç farklı amaç için kullanılır. Bu amaçlar şu şekilde sıralanabilir;
Transformatörler, elektrik enerjisi kullanılan her yerde kullanılabilirler. Elektrik enerjisinin var olduğu birçok yerde bu makineleri görmek mümkündür. Bunun yanı sıra çalışma ortamlarına göre birçok farklı türü ve ölçüsü bulunur. Transformatörler, elektrik enerjisi dağıtım alanında, enerji santrallerinde ve şebekeden enerji alan her cihazda kullanılır. Kısacası, eğer bir yerde alternatif akım (AC) kullanılıyorsa, orada transformatör vardır. Trafolar birçok farklı tipte var olabilir. Transformatörün ne olduğunu, özelliklerini, amaçlarını ve nerelerde kullanıldıklarını artık bildiğinize göre, hangi tipte olduklarını da öğrenebilirsiniz.
Trafolar birçok farklı kritere göre farklı çeşitlere ayrılırlar. Bu kriterler, faz sayısı, nüve tipi, çalışma ortamı ve gerilimi düşürme ya da yükseltme şekline göre oluşur.
Transformatör tipleri arasında ilk olarak faz sayısına göre olanlar sayılabilir. Faz sayısına göre trafolar, tek fazlı ve çok fazlı olarak ikiye ayrılır. Bunlar;
Bir diğer transformatör kategorisi ise nüve tipine göredir. Nüve tipine göre trafolar, üç ayrı sınıfta ele alınabilir. Bunlar, çekirdek, mantel ve dağıtılmış tiplerdir. Bu tiplerin özellikleri ise şu şekildedir;
Transformatör çeşitleri aynı zamanda kullanım amacına göre de ayrılırlar. Kullanım amacına göre beş farklı transformatör tipi vardır. Bunlar şu şekilde ifade edilebilir;
Transformatörler arasındaki son çeşit ise çalışma ortamına göre trafolardır. Çalışma ortamına göre farklılık gösterin pek çok tipte trafo vardır. Bunların her birini saymak çok zordur. Buna karşın sualtı, yer altı tipi ve iç mekân tipi makineler, çalışma ortamına göre transformatörlere örnek olarak sayılabilir.
Trafoların çalışma prensipleri oldukça basittir. Alternatif akımın uygulandığı sargı, manyetik nüve üzerinde, diğer sargıda gerilimi indükleyen ve zamana göre değişen bir manyetik akı oluşturur. Primer ve sekonder sargılar arasında, sarımların sayısı oranının değişimi; giriş ve çıkış gerilimlerinin oranını belirler. Bu sayede, gerilim devreleri arasında, aşağı ya da yukarı dönüşüm sağlanır.
Trafoların primer devresine uygun değerde alternatif akım uygulandığında, buradan geçen akım nüve üzerinde şiddetiyle birlikte yönü de değişen bir manyetik alan oluşturur. Nüve üzerindeki bu manyetik alan, sekonder sargının sarıldığı bacakta devresini tamamlar. İndüksiyon prensibine göre ise, değişken manyetik alan etkisinde; iletken bobinin uçlarında gerilim indüklenir. Bu durumlarda, primer sargıya uygulanan gerilim ile, sekonder sargının sarılı olduğu bacak üzerinde bu manyetik alanın etkisiyle; sekonder bobin üzerinde elektromotor kuvveti indüklenir. Bu elektromotor kuvveti karşınıza sık sık E.M.K. kısaltmasıyla çıkabilir. Bu yöntemler, primer ve sekonder sargılar arasında hiçbir elektrik bağı olmamasına rağmen; sekonder sargının uçlarında indüksiyon yolu ile gerilim indüklenir. Oto trafolarında ise durum biraz daha farklıdır. Oto trafolarında giriş ve çıkış devresi aynı nüve üzerinde sarıldığı için, sargılar arasında elektrik bağlantısı bulunur.
Trafolarda, primer sargısına alternatif bir gerilim uygulanırsa, bu sargı değişken bir manyetik alan oluşturacaktır. Bu manyetik alan, sekonder sargının da bulunduğu manyetik nüve üzerinde devresini tamamlar. Primer sargıya uygulanan gerilim zamana bağlı olarak, her an yön ve şiddet değişimine uğrar. Bunun sonucu olarak manyetik alanın da her an yönü ve şiddeti de değişir. Bu değişken alanın sekonder sargıları kesmesiyle, sargılar üzerinde alternatif gerilim indüklenir.
Transformatörlerde, primer sargıya doğru gerilim uygulandığında da manyetik alan meydana gelir. Fakat bu manyetik alan, sabittir. Bu alanın yönü ve şiddeti değişmediği için sekonder sargılarda elektromotor kuvveti indüklemesi gerçekleşmemektedir.
Dönüştürme oranıyla gerilimi değiştirmek ve sabitlemek için sargılardaki uçlar çıkarılır. Gerilimin ayar sınırına göre çıkan uçların sayısı hesaplanır. Dağıtım trafolarında yüzde 5’lik gerilim ayarı yeterli olacaktır. Enerji iletiminin uzun olduğu, çok güçlü, büyük ve yüksek gerilim trafolarında ise yüzde 20’ye kadar gerilim ayarı yapılabilir. Trafolarda, dönüştürme oranı değiştirilerek, gerilim ayarı da sürekli olarak ya da kademeli olarak yapılabilir. Kademeli gerilim ayarı boşta iken ya da yük altında yapılabilir. Bu ayarlamada, özel olarak tasarlanan bir kademe değiştirici şalterden yararlanılır.
Yük altında ise gerilim ayarı yapılırken, çıkarılan bobin uçlarının kısa devre yapmamasına dikkat etmek gerekir. Kısa devre durumunda enerji kesilecektir. Yük altında ayar yapmak için bir tersiyer sargı, paralel sargılar, reaktans bobini ya da dirençler kullanılır.