Yük ve Yük Olmadan Dönüşüm Kuramı

Dönüştürücü Tanımı

Dönüştürücü, elektromanyetik indüksiyon yoluyla iki veya daha fazla devre arasında elektrik enerjisi transferi sağlayan bir elektrik cihazı olarak tanımlanır.

Boş Yükte Dönüştürücünün Teorisi

Sargı Direnci ve Sızıntı Reaktansı Olmadığı Durumda

Yalnızca çekirdek kayıpları olan, yani sargı kaybı veya dönüştürücünün sızıntı reaktansı olmayan bir dönüştürücüyü düşünün. Alternatif akım kaynağı, birincil kola uygulandığında, dönüştürücünün çekirdeğini manyetize etmek için akım sağlar.

Ancak bu akım gerçek manyetize akımı değildir; gerçek manyetize akımdan biraz daha büyüktür. Kaynaktan sağlanan toplam akımın iki bileşeni vardır, biri çekirdeği manyetize etmek için kullanılan manyetize akımıdır ve diğer bileşen kaynak akımı, dönüştürücülerdeki çekirdek kayıplarını telafi etmek için tüketilir.

Çekirdek kayıp bileşeni nedeniyle, boş yük kaynak akımı, tedarik voltajına tam olarak 90° değil, 90°'den küçük bir açı olan θ ile gecikmez. Toplam Io akımının, tedarik voltajı V1 ile fazda olan Iw bileşeni, dönüştürücülerdeki çekirdek kayıp bileşenini temsil eder.

Bu bileşen, aktif veya çalışma kayıpları ile ilişkili olduğundan, kaynak voltajıyla fazda alınır. Kaynak akımının başka bir bileşeni Iμ olarak gösterilir.

Bu bileşen, çekirdekte değişken manyetik akıyı ürettiği için watt-sızdır; yani dönüştürücü kaynak akımının reaktif parçasıdır. Bu nedenle, Iμ, V1 ile kuadratürde ve değişken akı Φ ile fazda olacaktır. Bu nedenle, boş yük koşulunda bir dönüştürücünün toplam birincil akımı şu şekilde ifade edilebilir:

Şimdi, boş yükte dönüştürücünün teorisinin ne kadar basit olduğunu gördünüz.

Yük Altında Dönüştürücünün Teorisi

Sargı Direnci ve Sızıntı Reaktansı Olmadığı Durumda

Şimdi yukarıda belirtilen dönüştürücünün yük altında davranışını inceleyeceğiz, yani yük ikincil uçlara bağlanmıştır. Çekirdek kaybı var ancak sargı kaybı ve sızıntı reaktansı olmayan bir dönüştürücüyü düşünün. Bir yük ikincil sargıya bağlandığında, yük akımı yükten ve ikincil sargıdan geçmeye başlayacaktır.

Bu yük akımı, yükün özelliklerine ve dönüştürücünün ikincil voltajına bağlıdır. Bu akım, ikincil akım veya yük akımı olarak adlandırılır, burada I2 olarak gösterilmiştir. I2, ikincil sargıdan geçtiği için, ikincil sargıda kendiliğinden MMF (magnetomotiv kuvvet) oluşur. Burada N2I2'dir, N2, dönüştürücünün ikincil sargısındaki bobin sayısıdır.

Bu MMF veya ikincil sargıdaki magnetomotiv kuvvet, φ2 akıyı oluşturur. Bu φ2, ana manyetize akıyı karşılar ve anında ana akıyı zayıflatır ve birincil kendi indüklenmiş EMF'sini E1 azaltmaya çalışır. Eğer E1, birincil kaynak voltajı V1'nin altına düşerse, kaynaktan birincil sargıya ek bir akım akar.

Bu ek birincil akım I2′, çekirdekte ek bir φ′ akısı oluşturur ve ikincil karşı akı φ2'yi tarafsızlaştırır. Bu nedenle, çekirdeğin ana manyetize akısı, Φ, yükten bağımsız olarak değişmez. Bu nedenle, bu dönüştürücünün kaynaktan çektüğü toplam akım iki bileşene ayrılabilir.

Birinci bileşen, çekirdeği manyetize etmek ve çekirdek kaybını telafi etmek için kullanılır, yani Io. Bu, birincil akımın boş yük bileşenidir. İkinci bileşen, ikincil sargının karşı akısını telafi etmek için kullanılır. 

Bu, birincil akımın yük bileşeni olarak bilinir. Bu nedenle, sargı direnci ve sızıntı reaktansı olmayan bir elektriksel güç dönüştürücüsünün toplam boş yük birincil akımı I1 aşağıdaki gibi ifade edilebilir

Burada θ2, dönüştürücünün İkincil Voltajı ile İkincil Akımı arasındaki açıdır.Şimdi, dönüştürücünün daha pratik yönüne bir adım daha ileri gideceğiz.

Yük Altında Dönüştürücünün Teorisi, Dirençli Sargı Ama Sızıntı Reaktansı Olmadığı Durumda

Şimdi, dönüştürücünün sargı direncini ama sızıntı reaktansı olmayan durumu düşünün. Şimdiye kadar, ideal sargılara sahip, yani sargı direnci ve sızıntı reaktansı olmayan bir dönüştürücü hakkında konuştuğumuzda, şimdi iç dirençli ama sızıntı reaktansı olmayan bir dönüştürücü üzerinde duracağız. Sargılar dirençli olduğu için, sargılarda gerilim düşümü olacaktır.

Daha önce kanıtladık ki, yük altında kaynaktan toplam birincil akım I1'dir. R1 dirençli birincil sargıdaki gerilim düşümü R1I1'dir. Açıkça, birincil sargı üstünde indüklenmiş EMF E1, kaynak voltajı V1'e tam olarak eşit değildir. E1, I1R1 gerilim düşümü ile V1'den daha aztır.

İkincil durumda, ikincil sargı üstünde indüklenen E2 gerilimi, I2R2 miktarda düşerek tamamen yükte görünmez, burada R2 ikincil sargı direnci ve I2 ikincil akım veya yük akımıdır.

Benzer şekilde, dönüştürücünün ikincil tarafının gerilim denklemi şu şekilde olacaktır:

Yük Altında Dönüştürücünün Teorisi, Direnç ve Sızıntı Reaktansı Olduğu Durumda

Şimdi, dönüştürücünün sızıntı reaktansı ve sargı direnci olduğu durumu ele alacağız.

Dönüştürücünün birincil ve ikincil sargılarının sızıntı reaktansları sırasıyla X1 ve X2 olsun. Bu nedenle, R1 ve R2 dirençleri olan birincil ve ikincil sargının toplam impedansı şu şekilde ifade edilebilir,

Dönüştürücünün sadece sargı dirençleri olan yük altında gerilim denklemini zaten kurmuştuk, burada sargıdaki gerilim düşümleri sadece dirençli gerilim düşümleri nedeniyledir.

Ancak, dönüştürücünün sargı sızıntı reaktansını dikkate aldığımızda, sargıdaki gerilim düşümü sadece direnç değil, aynı zamanda dönüştürücünün sargıların impedansı nedeniyledir. Bu nedenle, dönüştürücünün gerçek gerilim denklemi, daha önce kurulan gerilim denklemlerindeki R1 & R2 dirençlerini Z1 ve Z2 ile değiştirerek kolayca belirlenebilir.

Bu nedenle, gerilim denklemleri şöyledir,

Direnç düşümleri, akım vektörü yönündedir. Ancak reaktif bir düşüm, yukarıdaki dönüştürücünün vektör diyagramında gösterildiği gibi, akım vektörüne dik olacaktır.