Transformatör nedir ?

Güncelleme 15/06/2020

Arkadaşlarımız genelde bunun sorularını çözerken, üstteki yaptığımız çıkarımların yerine yanlış çıkarımlara gidiyorlar. V =IR yi kullanan arkadaşlarımız var bu hatalıdır. Gerilim eşitliğini bulurken nedense herkes N2/N1 şeklinde bir ezbere gidiyor ama akım eşitliğini bulurken V=IR yapıyorlar.

Misal diyorlar ki burada girişte 10V çıkışta 50V var. Ben 5 ohm direnç taksam her 2 tarafa, girişten 2A gider, çıkıştan 10A gider. Transformatör oluyor hem akımı hem gerilimi arttıran bir cihaz. Ki böyle bir şey imkansız yoksa alırdık minik bir kaynak sonra onu bağlardık transformatöre arttır babam arttır. Hem akım hem gerilim aynı anda artamaz bu güce aykırıdır. Girişten 50W verdim çıkıştan 250W aldım böyle olaylar mümkün değil verim herzaman çıkış/giriş şeklinde verilir ve 0<n<1 arasında kalır. Suyu düşünün, hortumda akan suyu, hortumun ucunu sıkarak hızını arttırabilirsiniz ama bu sefer su miktarı azalır. Hortumu genişleterek akan su miktarını arttırabilirsiniz ancak bu sefer de daha yavaş akar. Çünkü baştaki gücü sabittir. Yapabileceğiniz şeyler bileşenler dahilinde kısıtlıdır. Elinizde misal 10 koli eşya var taşıyacak. Ya 10 koliyi bir anda sırtlanıp yavaş yavaş taşırsınız (çünkü 10 koliyle koşmak pek de kolay değil) ya da tek tek kolileri taşıyıp ama daha hızlı gidersiniz. Ha koli örneğinden anlaşılacağı üzre bir de uç durumlar var. Tamam elimde 10 koli var ama 10 koliyi aynı anda kaldırabilir miyim? Pek sanmam kaldırmak çok da kolay olmasa gerek. Ya da koli olmadan etrafta çooook hızlı koşabilir miyim? Uç durumlar şöyledir ki, sen misal gerilimi 1000V den 1V ye düşürürsün hop 1000 kat gerilim düştü değil mi? Bu teorik olarak 1000 kat fazla akım çekebileceğim anlamına gelir. Ancak 1000 kat fazla akıma kabloların dayanabileceği kesin değildir. Ya da aynı şekilde akımı çok azaltsam ama gerilimi çok çekmek istesem bu sefer de aradaki yalıtımın gerilime dayanabileceği kesin değildir. Bunun içindir ki teorik olarak 1 sarıma 2 sarım oranlı trafo yapılabileceği halde, genelde tonla sarım kullanılır. Adam yoksa salak değil 1 tane ilk kısma 2 tane de ikinci kısma sarar 100V yi 200V yapan bir trafo oluşturur. Ha öyle yaparsa çok kaybı olur ve kabloları kalın sarması gerekir.

Fotoğrafta gördüğünüz üzre ortada bol telli 2 tane bobin vardır. Bu arada demek gerekir ki o her sarımın arasında yalıtım vardır. Yoksa akım, bobin varmış burda yokmuş demez direk kısa yoldan dolaşır. Yani dememiz o ki, girişten ne verirseniz çıkıştan o gücü alırsınız. Peki bazı manyak arkadaşlar gelip diyemez mi? Misal ben gittim az önceki örnekte, 50W lik bir trafo aldım.

Çıkıştan bildiğiniz üzre 50V ve 1A alıyorduk değil mi? Hah dedi ki bu adam bana ben 5 ohmluk direnç buldum abi gittim çıkışa bağladım! Hadi 50V ve 5 ohm var kaç akım çekecek bakalım.

I = 50/5 = 10A bulunur. Hah sıkıntı burada sen 10A çekiyorsun 50V lik yerden bu sana 500W eder. Ancak senin trafon 50W lik bir trafo değil mi? Girişten verebileceği 50W güzel kardeşim bu adamın 500W veremez. Girişten vermesi gerekenin 10 kat fazla akımını çekmeye ÇALIŞIR! Çeker demiyorum çünkü çekemez ve trafo yanar. Hatta bu tip hatayı yapan arkadaşlar çok ilk defa projelerini yaparlarken, ters bağlıyorlar devreye misal prizdeki 220V’yi 20 kat azaltıp 11V çıkış almaları lazım projeden. 11V’ye göre de tabi misal 11 ohm direnç koyuyor adam 1A akım çekecek proje planı belli ona göre trafo seçiliyor falan. Hah bu adam ters bağlıyor. 220V yi 20 kat azaltıyım derken 20 kat arttırıyorlar. Yani 4400V çıkış gerilimi oluyor. Buna da 11 ohm bağlayınca, 400A akım çekmeleri gerekiyor. Bak görüyor musunuz, Normalde çıkıştan 1A girişten de bunun 20’de biri olan 50mA çekmeleri gerekirken, sadece çıkıştan 400A çekmeye çalışıyor hele bir de girişe bakarsanız 400*20 = 8000A akım çekmeye çalışıyor OHA! Ancak belirtmemiz gerekli, evdeki sigortalar 16A gibi değerlerde oluyoralar. Sonuç olarak direk sigorta atıyor. Sağlam bir yerde yapsalar sonuç trafonun yanması ile sonuçlanacaktır bir anlığına giden yüksek akım da devreyi yakabilir orası ayrı konu. O yüzden transformatörlerimizi devremize bağlarken, mutlaka kalın sarılmış kısımdan, yüksek akım ve düşük gerilim geçtiğini unutmayalım. Proje planlarken trafolarımızın güçlerine de dikkat edelim. Bu arada trafo dedik de aklıma geldi, hatırlarsınız eski adaptörleri, ağır ve büyük olurlardı. İçlerinde kocaman bir trafo var onların. Açıp incelediyseniz şuna benzer bir şey görmeniz mümkün.

Direnç olayında son söylememiz gereken şey ise sanırım, transformatörler sadece akımı ve gerilimi değil direnci de değiştirirler. Nasıl derseniz, eğer çıkışa misal olarak R2 kadar bir direnç takıyorsanız. Girişte R1 kadar bir direnç hissedersiniz. Misal olarak güç bağıntısından hesaplayalım;
(N2/N1) = a = turns ratio, sarım oranı olsun.
V2 = a*V1 olduğu aşikardır.
P1 =P2
(V1)^2/(R1) = (V2)^2 /(R2) yazılabilir. Burada da V2 nin yerine V1 cinsinden değer yazarsak;
1/R1 = a^2/R2 olacaktır ki;
R2/R1 = a^2 olduğu gözükür. Yani az önceki soruda, çıkışa 11 ohm direnç bağlamıştık. Sarım oranımız da 20 idi.
11/R1 = 400 der isek;
R1 = 11/400 olduğu gözükür. Yani girişe 11/400 ohm bağlamışız gibi oldu bu iş.
I1 = V1/R1 olduğu biliniyor.

Girişteki gerilim ise; 220V idi zaten. V1 yerine bunu koyduğumuzda;
I1 = 8000A olduğunu zaten göreceğiz. Yani az önce hesapladığımız olayla aynı bulduk. Zaten bundan önce devrelerde misal eşdeğer direnç bulurken, farklı noktalardan devreye bakınca farklı eşdeğer dirençlerin ortaya çıktığını biliyorduk. Burada da öyle, girişten veya çıkıştan bakınca farklı direnç değerleri okunması doğaldır.
Arkadaşlar bu kadar gerçekçi bir şekilde trafolardan bahsettik, bundan sonra sanırım trafo konusunda yanlış yapmazsınız. Ancak hatırlatmamız gereken 1-2 ufak nokta var sorularda işinize yarayabilecek. Bunların ilki gerilim değişken olmalı, eğer gerilim sabit olursa, türevi de sabit olacağından karşı tarafta bir indüksiyon olmaz ve trafo çalışmaz. Yani pili aldım trafo çalıştırdım diye bir şey yok. Ha ama şöyle bir durum belki sorulur misal ben trafonun sağ ucuna bir voltmetre bağladım sol ucuna da pil değdirdim çektim. Voltmetrede bir anlık sapma olur mu olur. Çünkü ilk an bir gerilim değişimi var sol uçta. Sonun dışında sürekli hal dediğimiz uzun soluklu çözümlerde ortam durgun olacaktır. Onun dışında sarım yönleri, çıkış geriliminin yönünü belirtir, ters sarılmışsa çıkış bobininin diğer ucu + olacaktır. Trafolarda gördüğünüz üzre pek de bir şey yok, eğer sıkıntı olursa yine sorarsınız.

Bunu pekiştirmek için şu sorulara bakmanızı öneriyorum.
Çözümlü sorular: 28