Transformatörler, AC sistemlerde farklı gerilim seviyeleri arasında dönüşüm yapan elektrikli cihazlardır. Elektrik şebekelerinde büyük öneme sahip olan trafoların çalışma prensibi oldukça basittir.
Bir iletkene primer ve sekonder adıyla sarımlar yapılarak iki bobin oluşturulur. Bir taraftan uygulanan akım, manyetik alan meydana getirir. Bu manyetik alan diğer tarafta elektromotor kuvveti oluşturur. Yani voltaj dönüşümü gerçekleşmiş olur. Her şey bu kadar basit ve mükemmel işlerken kayıpsız bir sistem düşünülemez. Transformatörlerde meydana gelen çeşitli kayıpları vardır. Şimdi bunları inceleyelim.
1) Demir Kayıpları
Transformatörün çekirdeğinde meydana gelen değişken akıdan dolayı oluşur. Çekirdek kaybı olarak da bilinen demir kayıpları histerezis ve eddy akım kayıpları olarak ikiye ayrılır:
- Histerezis Kayıpları: Trafo çekirdeğinde değişken manyetik olandan dolayı oluşan kayıplardır. Çekirdeğin mıknatıslanması değiştikçe manyetik alanlar da değişir. Bu değişim sırasında karşılaşılan direnç, enerji kaybına neden olur. Ayrıca manyetik alan azaldıkça, manyetik akı aynı oranda azalmaz. Akı yoğunluğunun sıfır olması için mıknatıslanma kuvveti negatif olarak da uygulanmalıdır. Aşağıda verilen histerezis eğrisi alanı içinde kalan kısım oluşan enerji kaybını gösterir.
ii. Eddy Akım Kayıpları: Diğer adıyla girdap akım kayıpları ise Faraday’ın, “Bir telden akım geçirilirse gerilim endüklenmesi olur.” yasasından dolayı oluşur. Trafo çekirdeğinde de değişken ve önemsiz herhangi bir manyetik alan sebebiyle ortaya çıkan girdap akımları enerji kaybına neden olur. I2R prensibi gereğinde ısı olacak açığa çıkarlar. Trafolar, Eddy kayıpları nedeniyle oluşacak ısınması önlemek için tek döküm yerine, ince levhalar şeklinde yapılır.
2) Bakır Kayıpları: Trafo bobinlerinin saf endüktif olması mümkün değildir. Kendinden kaynaklanan omik direnci vardır. Bu direnç nedeniyle trafoda bakır kayıpları oluşur. Akımın değişkenliğine göre kayıp miktarı da değişir.
Birincil ve ikincil sargıda meydana gelen toplam bakır kaybı aşağıdaki şekilde hesaplanır.
P=I12.R1+I22.R2
3) Kaçak (Başıboş) Kayıplar: Bu kayıplar, sarımlar ve metal parçalarda meydana gelir. Herhangi bir yerde oluşabildiğinden başıboş adını almıştır. Kaçak kayıplar manyetik akı ve manyetik alandan dolayı oluşur. Büyük trafolarda transformatör tasarımı bu gibi kayıpların engellenmesi açısından oldukça önemlidir. Kaçak ne kadar az olursa verim de o oranda artacaktır. Demir ve bakır kayıplarına göre daha küçük miktardadır.
4) Dielektrik Kayıpları: Büyük elektrik gerilimleri nedeniyle, transformatörün yalıtımında meydana gelen kayıplardır. Transformatörün yağında veya izolasyonunda herhangi bir hasar görme, eskime gibi durumlar olduğunda verim düşer. Küçük çaplı trafolarda bu kayıplar, büyük kayıplara göre ihmal edilebilecek kadar az olur.v
