Dönüşücünün Vektör Diyagramı: Arızaların Analizinde Temel Bir Araç
Bir dönüşücü, elektrik enerjisini bir devreden diğerine elektromanyetik indüksiyon yoluyla aktaran bir cihazdır. Dönüşücüler, güç sistemlerinde voltajı artırma veya azaltma, devreleri izole etme ve yükleri dengelendirme amacıyla yaygın olarak kullanılır. Dönüşücüler, yapısı, bobin konfigürasyonları ve vektör grubuna göre farklı türde sınıflandırılabilir.
Bir dönüşücünün vektör diyagramı, bir dönüşücünün birincil ve ikincil gerilimleri ile akımlarının fazör ilişkilerinin grafiksel gösterimidir. Bu, çeşitli işletim koşulları ve hata senaryolarında bir dönüşücünün performansını ve davranışını anlamak için temel bir araçtır.
Bu makalede, bir dönüşücünün vektör diyagramının ne olduğunu, nasıl çizileceğini ve hata analizi için nasıl kullanılacağını açıklayacağız. Ayrıca, farklı dönüşücü bağlantılarını ve vektör gruplarını ve bunların güç sistem koruması ve koordinasyonu üzerindeki etkilerini de tartışacağız.
Vektör Diyagramı Nedir?
Vektör diyagramı, bir veya daha fazla vektörün temsil edilebileceği bir diyagramdır. Vektör, hem büyüklüğü hem de yönü olan bir niceliktir. Elektrik mühendisliğinde, alternatif nicelikler (gerilim ve akım) genellikle zamanla büyüklük ve yönü değiştiği için vektörlerle temsil edilir.
Bir vektör diyagramında, alternatif nicelikler oklarla temsil edilir. Okun uzunluğu, alternatif niceliğin rms değerini temsil eder. Açısal konum, niceliğin bir referans eksenine veya başka bir niceliğe göre faz açısını temsil eder. Ok ucunda, nicelinin etki ettiği yön gösterilir.
Bir elektrik miktarı kaynaktan yük doğru hareket ederken, bu miktarı temsil eden vektör pozitif olarak kabul edilir. Yükten kaynak doğru hareket ettiğinde ise negatif olarak kabul edilir.
Dönüşümçünün Vektör Diyagramı Nedir?
Dönüşümçünün vektör diyagramı, bir dönüşümçünün birincil ve ikincil gerilimler ile akımlar arasındaki fazör ilişkilerini gösteren bir vektör diyagramıdır. Ayrıca, dönüşümçünün sarımlarının faz kaymasını ve polaritesini de gösterir.
Dönüşümçünün vektör diyagramı, tek fazlı veya üç fazlı, yıldız veya delta bağlantılı, farklı sarım yapıları ve vektör gruplarına sahip her türlü dönüşümçü için çizilebilir.
Dönüşümçünün vektör diyagramı bize şunları yapmamızda yardımcı olabilir:
Dönüşümçünün eşdeğer devre parametrelerini belirlemek, örneğin empedans, direnç, reaktans, ve kayıpları.
Yüklenme koşullarına göre (boş yüke, tam yüke, aşırı yüke veya kısa devre) bir dönüşümçünün performansını ve verimliliğini analiz etmek.
Dönüşümçü veya onunla ilişkili devrelerdeki hataları tespit etmek ve tanılamak, örneğin açık devre, kısa devre, toprak hatası veya bobin arası hatası.
Dönüşümçü için koruma cihazlarını seçmek ve koordine etmek, örneğin füze, devre kesiciler, röleler veya diferansiyel koruma sistemleri.
Kurulum veya komisyonlama sırasında bir dönüşümçünün doğru bağlantı ve polaresinin doğruluğunu kontrol etmek.
Dönüştürücü İçin Bir Vektör Diyagramı Nasıl Çizilir?
Bir dönüştürücü için vektör diyagramı çizmek için aşağıdaki bilgilere ihtiyacımız vardır:
Dönüştürücünün birincil ve ikincil sarımındaki nominal gerilim ve akım.
Dönüştürücünün sarım yapılandırması ve bağlantısı, yıldız veya üçgen gibi.
Sarımın faz kaymasını ve kutuplığını gösteren dönüştürücünün vektör grubu.
Dönüştürücünün yük impedansı ve güç faktörü.
Bir dönüştürücü için vektör diyagramı çizme adımları şunlardır:
Diyagram için bir referans eksen seçin. Genellikle yatay eksen referans eksen olarak seçilir.
Referans eksen boyunca pozitif yön sağa doğru olan birincil gerilim vektörünü çizin. Bunu V1 olarak etiketleyin.
Uzunluğu kare kök ortalaması değerine orantılı ve açısı vektör grubuna göre olan ikincil gerilim vektörünü çizin. Bunu V2 olarak etiketleyin.
Uzunluğu kare kök ortalaması değerine orantılı ve açısı güç faktörüne göre olan birincil akım vektörünü çizin. Bunu I1 olarak etiketleyin. Eğer birincil sarım ikincil sarıma güç sağlıyorsa, I1'in yönü V1'in yönünün tersi olmalıdır.
Uzunluğu kare kök ortalaması değerine orantılı ve açısı güç faktörüne göre olan ikincil akım vektörünü çizin. Bunu I2 olarak etiketleyin. Eğer ikincil sarım birincil sarımdan güç alıyorsa, I2'nin yönü V2'nin yönünün tersi olmalıdır.
Uzunluğu değeriyle orantılı ve açısı güç faktörüne göre olan yük impedans vektörünü çizin. Bunu ZL olarak etiketleyin. Eğer yük pasif (dirençli veya endüktif) ise, ZL'nin yönü I2'nin yönünün tersi olmalıdır.
Analiz için gerekli olan diğer vektörleri, örneğin impedans, direnç, reaktans, kayıp vb. çizin.
Örnek: Tek Fazlı Dönüştürücü İçin Vektör Diyagramı
Aşağıdaki özelliklere sahip tek fazlı bir dönüştürücüyü ele alalım:
Nominal birincil gerilim: 240 V
Nominal ikincil gerilim: 120 V
Nominal birincil akım: 10 A
Nominal ikincil akım: 20 A
Sarım yapılandırması: Yıldız-yıldız
Vektör grubu: Yy0
Yük impedansı: 6 ohm dirençli
Bu transformatörün vektör diyagramı aşağıdaki gibidir:
Vektör diyagramı aşağıdaki fazör ilişkilerini göstermektedir:
Birincil ve ikincil gerilimler Yy0 vektör grubu ile belirtildiği gibi fazda birleşiktir. Bu, sarımlar arasında faz kayması olmadığını gösterir.
Birincil ve ikincil akımlar da güç faktörü 1 (reaktif yük) olarak belirtildiği gibi fazda birleşiktir.
Birincil ve ikincil gerilimler, 2:1 dönüştürücü oranı ile belirtildiği gibi akımlarına ters orantılıdır.
Yük impedansı, Ohm yasası tarafından belirtildiği gibi ikincil gerilimin ikincil akıma bölünmesine eşittir.Ohm yasası.
Vektör diyagramı aşağıdaki miktarları hesaplamak için kullanılabilir:
Dönüştürücünün görünür gücü: S = V1I1 = V2I2 = 2400 VA
Dönüştürücünün aktif gücü: P = VIcosφ = S = 2400 W
Dönüştürücünün reaktif gücü: Q = VIsinφ = 0 VAR
Dönüştürücünün güç faktörü: cosφ = P/S = 1
Dönüştürücünün impedansı: Z = V/I = birincil tarafta 24 ohm ve ikincil tarafta 6 ohm
Dönüştürücünün direnci: R = Zcosφ = Z = birincil tarafta 24 ohm ve ikincil tarafta 6 ohm
Dönüştürücünün reaktansı: X = Zsinφ = her iki tarafta da 0 ohm
Dönüştürücünün kayıpları: Ploss = I2R = her iki tarafta da 2400 W
Vektör diyagramı ayrıca dönüştürücünün arızalı durumlarını analiz etmek için de kullanılabilir, örneğin:
Açık devre arızası: Eğer sarımlardan biri açık devre halinde ise, karşılık gelen gerilim vektörü ortadan kalkacak ve akım vektörü sıfır olacak. Diğer sarım hala normal gerilim ve akım vektörlerine sahip olacaktır, ancak bunlar açık devre halinde olan sarıma aktarılmayacaktır. Bu, güç ve verimlilik kaybına neden olacaktır.
Kısa devre arızası: Eğer sarımlardan biri kısa devre halinde ise, karşılık gelen gerilim vektörü sıfır olacak ve akım vektörü çok büyük olacaktır. Diğer sarım hala normal gerilim vektörüne sahip olacaktır, ancak artan yük nedeniyle akım vektörü de artacaktır. Bu, yüksek akım ve düşük gerilim koşuluna neden olur ve dönüştürücüyü ve onunla bağlantılı devreleri zararlı hale getirebilir.
Topraklama arızası: Eğer sarımlardan biri topraklanırsa, karşılık gelen gerilim vektörü azalacak ve 90 derece kayacak. Akım vektörü de azalacak ve 90 derece kayacaktır. Diğer sarım hala normal gerilim ve akım vektörlerine sahip olacaktır, ancak topraklanan sarım ile dengeli olmayacaktır. Bu, bozuk bir dalga formu ve toprağa sızıntı akımı oluşmasına neden olur, bu da dönüştürücünün yalıtımını ve güvenliğini etkileyebilir.
Dönüştürücünün Üç Fazlı Vektör Diyagramını Nasıl Çizer?
Dönüşüm cihazının üç faz vektör diyagramını çizmek için aşağıdaki bilgilere ihtiyacımız vardır:
Dönüşüm cihazının birincil ve ikincil sarımlarının nominal gerilimi ve akımı.
Dönüşüm cihazının sarım yapılandırması ve bağlantısı, yıldız veya üçgen gibi.
Dönüşüm cihazının vektör grubu, bu grup sarımlar arasındaki faz kaymasını ve kutuplığını gösterir.
Dönüşüm cihazının yük impedansı ve güç faktörü.
Dönüşüm cihazının üç faz vektör diyagramını çizme adımları şunlardır:
Diyagram için bir referans eksen seçin. Genellikle yatay eksen referans eksen olarak seçilir.
Referans eksen boyunca birincil gerilim vektörlerini pozitif yönleri sağa doğru olacak şekilde çizin. Kırmızı, sarı ve mavi fazlar için sırasıyla V1R, V1Y ve V1B olarak etiketlendirin. Faz sıralaması genellikle R-Y-B veya 1U-IV-1W olmalıdır, pozitif dizge sistemi için.
İkincil gerilim vektörlerini, uzunlukları kare kök ortalama değerlerine orantılı ve açıları vektör grubuna göre çizin. Kırmızı, sarı ve mavi fazlar için sırasıyla V2R, V2Y ve V2B olarak etiketlendirin. Vektör grubu, birincil gerilim eli 12'ye geldiğinde ikincil gerilim elinin saat üzerindeki konumunu belirtir. Örneğin, vektör grubu Dyn11 ise, V1R'nin 12'de olduğu zaman V2R'nin 11'de olduğunu ifade eder. Bu, birincil ve ikincil gerilimler arasında 30 derece faz kaymasını ima eder.
Birincil akım vektörlerini, uzunlukları kare kök ortalama değerlerine orantılı ve açıları güç faktörüne göre çizin. Kırmızı, sarı ve mavi fazlar için sırasıyla I1R, I1Y ve I1B olarak etiketlendirin. Birincil sarım ikincil sarıma güç sağlıyorsa, I1'in yönü V1'e zıt olmalıdır.
İkincil akım vektörlerini, uzunlukları kare kök ortalama değerlerine orantılı ve açıları güç faktörüne göre çizin. Kırmızı, sarı ve mavi fazlar için sırasıyla I2R, I2Y ve I2B olarak etiketlendirin. İkincil sarım birincil sarımdan güç alıyorsa, I2'nin yönü V2'ye zıt olmalıdır.
Yük impedans vektörlerini, uzunlukları değerlerine orantılı ve açıları güç faktörüne göre çizin. Kırmızı, sarı ve mavi fazlar için sırasıyla ZLR, ZLY ve ZLB olarak etiketlendirin. Yük pasif (dirençli veya endüktif) ise, ZL'nin yönü I2'ye zıt olmalıdır.
Analiz için herhangi başka vektörleri, örneğin impedans, direnç, reaktans, kayıp vb. çizin.
Sonuç
Dönüşüm cihazının vektör diyagramı, dönüşüm cihazının birincil ve ikincil gerilim ve akımları arasındaki fazör ilişkilerini anlamak ve analiz etmek için faydalı bir araçtır. Bize dönüşüm cihazının eşdeğer devre parametrelerini, performansını, verimliliğini ve hata durumlarını belirlememize yardımcı olabilir. Ayrıca, dönüşüm cihazı için koruma cihazlarının seçimi ve koordinasyonunu sağlamakta da yardımcı olabilir.
Dönüşüm cihazının vektör diyagramı, tek faz veya üç faz, yıldız veya üçgen bağlantılı, farklı sarım yapılandırmaları ve vektör gruplarına sahip her türlü dönüşüm cihazı için çizilebilir. Dönüşüm cihazının vektör grubu, sarımların faz kaymasını ve kutuplığını belirtir, bu da güç aktarımını ve hata analizini etkiler.
Dönüşüm cihazının vektör diyagramını çizmek için, dönüşüm cihazının nominal gerilim ve akımını, sarım yapılandırmasını ve bağlantısını, vektör grubunu ve yük impedansını ve güç faktörünü bilmemiz gerekir. Sonrasında aşağıdaki adımları kullanabiliriz:
Diyagram için bir referans eksen seçin.
Referans eksen boyunca birincil gerilim vektörünü çizin.
Vektör grubuna göre ikincil gerilim vektörünü çiziniz.
Güç faktörüne göre birincil akım vektörünü çiziniz.
Güç faktörüne göre ikincil akım vektörünü çiziniz.
Güç faktörüne göre yük impedans vektörünü çiziniz.
Analiz için ilgili olan diğer vektörleri çiziniz.
Kaynak: Electrical4u.
Açıklama: Orijinal kaynakları saygılı olun iyi makaleler paylaşılabilir eğer telif hakkı ihlali varsa lütfen silme talebinde bulunun.
