Üç fazlı transformatör ve bağlantı talimatları

Üç fazlı transformatör, öncelikle endüstriyel ve ticari ihtiyaçlara hizmet etmek üzere uzun mesafelerde elektrik üretmek ve iletmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tür sistemlerde voltaj seviyelerini ayarlamak için, voltajları yükseltmek veya düşürmek için çeşitli sargı konfigürasyonlarına izin verdikleri için üç fazlı transformatörler kullanılır.

Daha önce, birincil besleme gerilimine göre ikincil gerilim seviyelerini benzer şekilde değiştirebilen tek fazlı, iki sargılı transformatörlerin yapımını ve çalışmasını incelemiştik.

Ancak transformatörler tek fazlı uygulamalarla sınırlı değildir. İki fazlı, üç fazlı, altı fazlı ve hatta özel yüksek güçlü DC doğrultma senaryolarında 24 faza kadar uzanan daha karmaşık sistemler için tasarlanabilirler.

Üç tek fazlı transformatörün birincil sargılarını birbirine bağlayarak ve belirli bir düzenlemede ikincil sargıları için aynı şeyi yaparak, bu kurulum üç fazlı bir güç kaynağı ile kullanıma uygun hale gelir.

Üç fazlı beslemeler - 3 fazlı veya 3φ olarak adlandırılır - güç üretimi, iletimi, dağıtımı ve endüstriyel uygulamalar için gereklidir. Verimlilik ve elektrik performansı açısından tek fazlı sistemlere göre önemli avantajlar sunarlar.

Bununla birlikte, üç fazlı transformatörlerle çalışırken, birbirinden 120 derece faz kaydırılmış üç alternatif gerilimi ve akımı hesaba katmak önemlidir.

Üç fazlı transformatör Üç Fazlı Gerilimler ve Akımlar

Üç fazlı bir elektrik sisteminde, hattan hatta gerilim (VL) herhangi iki hat arasındaki gerilimi temsil ederken, faz-nötr gerilimi (VP) tek bir faz ile nötr noktası arasında ölçülen gerilimdir. Bir yıldız (wye) bağlantısında bu gerilimler arasındaki ilişki şu şekilde verilir VL=√(3)×VP.

Bir transformatör tek fazlı bir beslemeyi üç fazlı bir beslemeye dönüştüremez veya tam tersini yapamaz. Transformatörleri üç fazlı sistemlerle uyumlu hale getirmek için, sargıları üç fazlı bir transformatör kurulumu oluşturacak şekilde belirli konfigürasyonlarda bağlanmalıdır.

Üç fazlı transformatör Konstrüksiyonu
Üç fazlı bir transformatör iki şekilde inşa edilebilir:

1. Üç tek fazlı transformatörü birleştirerek bir “üç fazlı transformatör bankası” oluşturun.”
2. Tek bir lamine çekirdek üzerine monte edilmiş üç çift sargıya sahip tek, önceden monte edilmiş üç fazlı bir transformatör kullanarak.

Tek üniteli tasarım, üç ayrı transformatör kullanımına kıyasla aynı kVA değeri için daha düşük boyut, ağırlık, maliyet ve gelişmiş verimlilik gibi avantajlar sunar. Bununla birlikte, ayrı transformatörlerin kullanılması esneklik ve güvenilirlik sağlar, çünkü bir ünite tüm sistemi etkilemeden değiştirilebilir.

Sargı Konfigürasyonları
Üç fazlı transformatör sargıları, farklı elektrik gereksinimlerini karşılamak için çeşitli konfigürasyonlarda bağlanabilir:

• Yıldız (Wye): Her bir sargının bir ucu nötr noktası oluşturmak üzere bağlanır.
• Delta (Mesh): Sargılar kapalı bir döngü içinde uçtan uca bağlanır.
• Bağlantılı Yıldız (Zig-Zag): Belirli uygulamalar için yıldız bağlantısının bir varyasyonu.

Birincil ve ikincil sargılar yıldız-yıldız, delta-üçgen, yıldız-üçgen veya delta-yıldız gibi kombinasyonlarda düzenlenebilir. Her konfigürasyonun kendine özgü kullanım durumları vardır:

• Delta Yıldızı (Δ-Y): Genellikle iletim hatlarının başlangıcındaki yükseltici transformatörler için kullanılır.
• Yıldız-Delta (Y-Δ): Trafo merkezlerinde indirici transformatörler için kullanılır.
• Yıldız-Yıldız (Y-Y): Dengeli yüklere sahip yüksek gerilim uygulamaları için uygundur.
• Delta-Delta (Δ-Δ): Düşük voltajlı sistemler ve dengesiz yükler için idealdir.

Transformatörler üç veya daha fazla faz sağladığında, çok fazlı transformatörler olarak adlandırılırlar. Bu konfigürasyonlar voltaj seviyelerinde esneklik sağlar ve farklı elektrik sistemleriyle uyumluluk sağlar.

Üç Fazlı Transformatör Yıldız ve Delta Konfigürasyonları

Üç fazlı transformatör sistemlerinde, “yıldız” (veya wye) ve “delta” (veya mesh) terimleri transformatörün sargılarını birbirine bağlamanın belirli yollarını ifade eder. Bu konfigürasyonlar voltaj seviyelerini, akım akışını ve sistem topraklamasını etkiler.

Yıldız (Wye) Bağlantı

• Yıldız bağlantıda, her bir sargının bir ucu ortak bir nötr noktaya bağlanarak bir “Y” şekli oluşturur. Sargıların diğer uçları üç fazlı hatlara bağlanır.
• Bu konfigürasyon hem hattan hatta hem de hattan nötre voltajlar sağlayarak birden fazla voltaj seviyesi gerektiren sistemler için çok yönlü hale getirir. Nötr noktası da güvenlik ve stabilite için topraklanabilir.
• Yıldız bağlantılarda, hat gerilimi (VL) faz geriliminin 33 katıdır (VP), hat akımı ise faz akımına eşittir.

Delta (Mesh) Bağlantı

• Üçgen bağlantıda, sargılar kapalı bir döngü içinde uç uca bağlanarak bir üçgen oluşturur. Üçgenin her bir köşesi üç fazlı hatlardan birine bağlanır.
• Delta bağlantıların nötr noktası yoktur ancak bir sargı arızalansa bile çalışmaya devam edebildikleri için güvenilirdirler. Bu özellikle dengesiz yükler veya endüstriyel uygulamalar için kullanışlıdır.
• Üçgen bağlantılarda hat gerilimi faz gerilimine eşitken, hat akımı faz akımının 33 katıdır.

İşaretleme ve Etiketleme

• Birincil sargılar, fazlara (örneğin, kırmızı, sarı, mavi) karşılık gelen büyük harflerle (A, B, C) etiketlenir. İkincil sargılar küçük harflerle (a, b, c) etiketlenir.
• Her sargının sayısal olarak etiketlenmiş iki terminali vardır (örneğin, birincil sargılar için A1 ve A2; ikincil sargılar için a1 ve a2).

Manyetik Akı ve Fazlama

• Üç fazlı bir sisteme üç adet tek fazlı transformatör bağlandığında, manyetik akıları faz olarak 120 elektriksel derece farklılık gösterir. Bu, dengeli çalışma ve verimli enerji aktarımı sağlar.
• Uyumsuz gerilimlerden veya akımlardan kaçınmak için sargılar birbirine bağlanırken doğru fazlama kritik önem taşır.

Bağlantı Kombinasyonları

Birincil ve ikincil sargılar çeşitli kombinasyonlarda yapılandırılabilir:

• Delta-Delta (Δ-Δ): Dengesiz yüklere sahip alçak gerilim sistemleri için uygundur.
• Star-Star (Y-Y): Dengeli yüklere sahip yüksek gerilim sistemlerinde yaygındır.
• Delta Yıldızı (Δ-Y): İletim hattı orijinlerinde yükseltici transformatörler için kullanılır.
• Yıldız-Delta (Y-Δ): Tipik olarak trafo merkezlerindeki indirici transformatörler için kullanılır.

Bu konfigürasyonlar, Üç fazlı transformatörün verimli güç dağıtımı sağlarken çeşitli elektrik gereksinimlerine uyum sağlamasına olanak tanır.

Transformatör Yıldız ve Delta Konfigürasyonları

Üç fazlı transformatörlerde, hem birincil hem de ikincil sargılar için kullanılan bağlantı türlerini belirtmek için özel semboller kullanılır.

Bağlantı Sembolleri

• Büyük Harfler:
  • Y: Primer sargılar için bir yıldız (wye) bağlantısını temsil eder.
  • D: Primer sargılar için bir delta bağlantısını gösterir.
  • Z: Primer sargılar için birbirine bağlı yıldız bağlantıları belirtir.
• Küçük Harfler:
  • y: Sekonder sargılar için bir yıldız (wye) bağlantısını temsil eder.
  • d: Sekonder sargılar için bir delta bağlantısını gösterir.
  • z: Sekonder sargılar için birbirine bağlı yıldız bağlantıları belirtir.

Etiketleme Örnekleri

• A Yıldız-Yıldız (Yy) bağlı transformatör şu şekilde etiketlenecektir Yy, Bu da hem primer hem de sekonder sargıların yıldız konfigürasyonunda olduğunu gösterir.
• A Delta-Delta (Dd) bağlı transformatör şu şekilde etiketlenecektir Dd, Bu da hem birincil hem de ikincil sargıların üçgen düzende yapılandırıldığını gösterir.
• Bir Bağlantılı Yıldızdan Bağlantılı Yıldıza (Zz) transformatör şu şekilde etiketlenecektir Zz, Bu da her iki sargı setinin birbirine bağlı yıldızlar olduğunu gösterir.

Bu semboller, üç fazlı transformatörlerin konfigürasyonunu tanımlamak için açık ve özlü bir yol sağlayarak sahadaki mühendisler ve teknisyenler arasında daha kolay iletişim ve anlayış sağlar.

Üç fazlı transformatör Sargı Tanımlaması

Üç fazlı bir sistemde üç adet üç fazlı transformatörü bağlamak için dört standart konfigürasyon vardır:

Delta-Delta (Dd)

• Hem birincil hem de ikincil sargılar üçgen konfigürasyonda bağlanır.
• Avantajlar:
  • Bir transformatörün arızalanması durumunda 2/3 kapasite ile çalışabilir.
  • Dengesiz yüklerin taşınması için uygundur.
• Genellikle endüstriyel uygulamalarda ve düşük voltajlı dağıtım sistemlerinde kullanılır.

Yıldız-Yıldız (Yy)

• Hem birincil hem de ikincil sargılar yıldız (wye) konfigürasyonunda bağlanır.
• Avantajlar:
  • Hem hattan hatta hem de hattan nötre gerilimlere erişim sağlar.
  • Yüksek gerilim uygulamaları için uygundur.
• Güç aktarım sistemlerinde yaygın olarak kullanılır.

Yıldız-Delta (Yd)

• Birincil sargılar yıldız konfigürasyonunda, ikincil sargılar üçgen konfigürasyonundadır.
• Avantajlar:
  • Primer sargılar üzerindeki gerilim stresini azaltır.
  • Sekonderdeki üçüncü harmonik akımları ortadan kaldırır.
• Genellikle dağıtım sistemlerindeki indirici transformatörler için kullanılır.

Delta Yıldızı (Dy)

• Primer sargılar delta konfigürasyonunda, sekonder yıldız konfigürasyonundadır.
• Avantajlar:
  • İkincil tarafta nötr bir nokta sağlar.
  • Primerdeki harmonik akımları bastırır.
• Genellikle enerji üretim istasyonlarındaki yükseltici transformatörler için kullanılır.

Önemli Hususlar

Yıldız Yapılandırma Avantajları:

• Bireysel transformatörler üzerindeki gerilim stresini azaltır.
• Daha az dönüş ve daha küçük iletkenler gerektirir.
• Yalıtımı daha kolay ve daha uygun maliyetlidir.
• Özellikle yüksek voltajlı operasyonlar için avantajlıdır.

Delta Yapılandırma Avantajı:

• Üçgen-üçgen kurulumda, bir transformatör arızalanırsa, kalan ikisi orijinal kapasitenin yaklaşık 2/3'ünde üç fazlı güç sağlamaya devam edebilir.

Bu konfigürasyonlar, güç sistemlerinin tasarımında esneklik sunarak mühendislerin voltaj seviyelerine, yük özelliklerine ve sistem gereksinimlerine göre en uygun düzenlemeyi seçmelerine olanak tanır.

Üç fazlı transformatör Delta ve Delta Bağlantıları

Delta-Delta (Dd) Yapılandırması

Üçgen bağlı bir transformatör grubunda:

• Hat gerilimi (VL) besleme gerilimine eşittir (VS):VL=VS
• Her bir faz sargısındaki akım: Iphase=31×IL, nerede IL hat akımıdır

Delta Connection'ın Dezavantajları:

1. Her transformatör tam hat gerilimi için sarılmalıdır
2. Hat akım kapasitesinin 57,7%'sini gerektirir
3. Daha fazla dönüş ve yalıtım nedeniyle daha büyük ve daha pahalı bobinler
4. Nötr veya ortak bağlantı mevcut değil

Yıldız-Yıldız (Yy) Konfigürasyonu

Yıldız-yıldız düzeninde:

• Her transformatörün ortak bir nötr noktasına bağlı bir terminali vardır
• Primer sargıların diğer uçları üç fazlı beslemeye bağlanır
• Yıldız bağlı sargılardaki dönüş sayısı, üçgen bağlantı için gerekenin 57,7%'si kadardır

Yıldız Bağlantısının Özellikleri:

1. Üç transformatör gerektirir
2. Bir transformatör arızalanırsa, tüm grup devre dışı kalabilir
3. Güç dağıtım sistemleri için ekonomik
4. Sekonderde nötr nokta olarak dördüncü bir kabloya izin verir

Yıldız Bağlantısının Avantajı:

• Birçok güç dağıtım senaryosunda faydalı olan nötr bir kablonun kullanılmasını sağlar

Karşılaştırma

Üçgen ve yıldız konfigürasyonları arasındaki seçim, belirli sistem gereksinimlerine, voltaj seviyelerine ve yük özelliklerine bağlıdır. Her birinin farklı senaryolarda avantajları vardır ve bu da onları güç sistemlerindeki çeşitli uygulamalar için uygun hale getirir.

Transformatör Yıldız ve Yıldız Bağlantıları

Üç fazlı transformatörün herhangi bir hattı arasındaki gerilim “hat gerilimi” olarak adlandırılır, V_L, herhangi bir hat ile yıldız bağlı bir transformatörün nötr noktası arasındaki gerilim “faz gerilimi” olarak adlandırılırken, V_P.

Nötr noktası ile hat bağlantılarından herhangi biri arasındaki bu faz gerilimi 1/√3 × V_L hat geriliminin. Daha sonra yukarıdan, birincil taraf faz gerilimi, V_P olarak verilmiştir.

Yıldız bağlı bir transformatör grubunun her fazındaki sekonder akım, beslemenin hat akımı ile aynıdır, o zaman I_L = I_S.

O halde üç fazlı bir sistemde hat ve faz gerilimleri ile akımları arasındaki ilişki şu şekilde özetlenebilir:

Üç fazlı transformatör sistemlerinde, VL hattan hatta gerilimi temsil ederken VP primer veya sekonder taraftaki faz-nötr gerilimini gösterir.

İlave Üç Fazlı Trafo Bağlantıları

1. Yıldız-Delta (Yd):
   • Birincil sargı: Yıldız bağlı
   • İkincil sargı: Delta bağlantılı
2. Delta Yıldızı (Dy):
   • Birincil sargı: Delta bağlantılı
   • İkincil sargı: Yıldız bağlı

Delta-yıldız (Dy) transformatörler düşük güç dağıtım sistemlerinde yaygın olarak kullanılır. İki önemli avantaj sunarlar:

• Birincil sargılar, elektrik şirketine dengeli bir üç telli yük sağlar
• İkincil sargılar gerekli dördüncü tel nötr veya toprak bağlantısını sağlar

Dönüş Oranı Karmaşıklık

Primer ve sekonder sargılar farklı bağlantı tiplerine (yıldız veya üçgen) sahip olduğunda toplam dönüş oranı daha karmaşık hale gelir. Üçgen-üçgen (Dd) veya yıldız-yıldız (Yy) konfigürasyonları için 1:1 sarım oranı mümkündür, yani giriş ve çıkış sargı gerilimleri eşittir.

Yıldız-Delta (Yd) Konfigürasyon Analizi

Bir yıldız-üçgen (Yd) bağlantısında:

1. Yıldız bağlı her bir primer sargı faz gerilimini (VP) kaynağının:
   VP=31×VL
2. Karşılık gelen her bir sekonder sargıda aynı gerilim indüklenir.
3. Sekonder sargılar üçgen bağlı olduğundan, 31×VL sekonder hat gerilimi haline gelir.
4. 1:1 dönüş oranı ile bu konfigürasyon 3:13:1 düşürücü hat voltajı oranı sağlar.

Yıldız-üçgen transformatörlerin bu benzersiz özelliği, dönüş sayısını değiştirmeden voltaj dönüşümüne olanak tanıyarak onları belirli güç dağıtım uygulamalarında değerli kılar.

Yıldız-üçgen ( Yd ) bağlı bir transformatör için dönüş oranı olur:

Benzer şekilde, 1:1 dönüş oranına sahip delta-yıldız ( Dy ) bağlı bir transformatör için, transformatör 1:√3 yükseltici hat voltajı oranı sağlayacaktır. O zaman üçgen-yıldız bağlı bir transformatör için dönüş oranı olur:

Üç fazlı transformatörlerin dört temel konfigürasyonu için birincil hat gerilimine (VL) göre ikincil gerilimleri ve akımları listeleyen bir tablo aşağıda verilmiştirVL) ve birincil hat akımı (IL):

Nerede?

• nn transformatörün sarım oranıdır (sekonder sarım sayısının primer sarım sayısına bölümü)
• VLVL birincil hat gerilimidir
• ILIL birincil hat akımıdır

Bu tablo, farklı konfigürasyonların üç fazlı transformatörlerin primer ve sekonder tarafları arasındaki gerilim ve akım ilişkilerini nasıl etkilediğini özetlemektedir.

Burada: n, transformatörün sekonder sargı sayısı olan “dönüş oranına” (T.R.) eşittir N_S, primer sargı sayısına bölünür N_P. ( N_S/N_P ) ve V_L V ile hattan hatta gerilimdir._P faz-nötr arası gerilim olmak üzere.

Üç fazlı transformatör örneği

Verilen özelliklere sahip delta-yıldız (Dy) bağlı bir transformatör için sekonder taraf gerilimlerini ve akımlarını aşağıdaki gibi hesaplayabiliriz:

Dönüş Oranı

Dönüş oranı (n) şu şekilde hesaplanır:

n = Sekonder dönüşler / Primer dönüşler
n = 100 / 500 = 0.2

İkincil Hat Gerilimi

Üçgen-yıldız transformatör için sekonder hat gerilimi şu şekilde verilir:

İkincil Hat Gerilimi = √3 × n × Birincil Hat Gerilimi
Sekonder Hat Gerilimi = √3 × 0,2 × 100 V
Sekonder Hat Gerilimi ≈ 34,64 V

İkincil Hat Akımı

İkincil hat akımı, transformatör değeri kullanılarak hesaplanabilir:

Sekonder Hat Akımı = Transformatör Değeri / Sekonder Hat Gerilimi
Sekonder Hat Akımı = 50 VA / 34,64 V
Sekonder Hat Akımı ≈ 1,44 A

Sekonder Faz Gerilimi

Yıldız bağlı bir sekonderde faz gerilimi şöyledir:

Sekonder Faz Gerilimi = Sekonder Hat Gerilimi / √3
Sekonder Faz Gerilimi ≈ 34,64 V / √3 ≈ 20 V

Sekonder Faz Akımı

Yıldız bağlı bir sekonderde faz akımı hat akımına eşittir:

Sekonder Faz Akımı ≈ 1,44 A

Bu nedenle, bu delta-yıldız (Dy) bağlı 50 VA transformatör için:

• İkincil Hat Gerilimi: 34,64 V
• İkincil Hat Akımı: 1,44 A
• Sekonder Faz Gerilimi: 20 V
• Sekonder Faz Akımı: 1,44 A

Daha sonra transformatörün sekonder tarafı bir hat gerilimi sağlar, V_HAT yaklaşık 35v'luk bir ikincil faz gerilimi verir, V_AŞAMA 0,834 amperde 20v.

Üç Fazlı Transformatör Yapımı

Üç fazlı transformatör aslında üç tek fazlı transformatörü tek bir ünitede birleştirerek maliyet, boyut ve ağırlık açısından önemli avantajlar sunar. Bu tasarım yaklaşımı, daha kompakt ve verimli bir transformatör ti̇pleri̇. Üç fazlı transformatör yapımının temel yönlerini inceleyelim:

Çekirdek İnşaat

1. Çekirdek Tipi Transformatör
   • Üç manyetik devre tek bir lamine demir çekirdek üzerinde iç içe geçmiştir.
   • Bu tasarım, yüksek ve alçak gerilim sargıları arasında dielektrik akısının eşit dağılımını sağlar.
   • Daha iyi manyetik bağlantı ve daha düşük kaçak akı sağlar.
2. Kabuk Tipi Transformatör
   • Geçmeli tasarım için bir istisna.
   • Üç çekirdek bir araya getirilir ancak iç içe geçmez.
   • Mekanik mukavemeti nedeniyle genellikle yüksek güçlü uygulamalarda kullanılır.

Kombine Tasarımın Avantajları

• Maliyet Azaltma: Üç ayrı transformatöre kıyasla daha az malzeme gerekir.
• Boyut Küçültme: Kompakt tasarım trafo merkezlerinde veya endüstriyel ortamlarda daha az yer kaplar.
• Ağırlık Azaltma: Daha hafif toplam ağırlık, nakliye ve kurulumu kolaylaştırır.
• Geliştirilmiş Verimlilik: Çekirdek malzemesinin daha iyi kullanılması çekirdek kayıplarının azalmasını sağlar.
• Dengeli Çalışma: Üç fazlı sistemlerde daha simetrik çalışma sağlar.

Akı Dağılımı

• Çekirdek tipi transformatörlerde, geçmeli tasarım düzgün akı dağılımını destekler.
• Bu homojen dağılım manyetik dengesizlikleri en aza indirir ve harmonikleri azaltır.

Sargı Düzenlemesi

• Sargılar tipik olarak çekirdek uzuvları etrafında eş merkezli olarak düzenlenmiştir.
• Yüksek gerilim ve alçak gerilim sargıları yalıtım ve soğutmayı optimize edecek şekilde yerleştirilmiştir.

Üç tek fazlı transformatörün tek bir üç fazlı üniteye entegre edilmesi, transformatör tasarımında önemli bir ilerlemeyi temsil etmekte ve üç fazlı güç sistemleri için daha verimli ve ekonomik bir çözüm sunmaktadır.

Çekirdek Tipi Üç Fazlı Transformatör

Üç kollu çekirdek tipi tasarım, üç fazlı transformatörlerin inşası için en yaygın yöntemdir. Bu tasarım çeşitli avantajlar sunmaktadır:

• Manyetik Birbirine Bağlama: Fazlar manyetik olarak birbirine bağlıdır ve verimli akı dağılımı sağlar.
• Akı Yolu: Her bir uzvun manyetik akısı diğer iki uzvu dönüş yolu olarak kullanır ve kapalı bir manyetik devre oluşturur.
• Faz Yer Değiştirme: Hat gerilimleri tarafından üretilen nüvedeki manyetik akılar, zaman fazında 120° aralıklıdır.
• Sinüzoidal Çıkış: Bu faz kayması nüve içinde neredeyse sinüzoidal bir akı ile sonuçlanır ve sinüzoidal bir ikincil gerilim indükler.

Kabuk Tipi Beş Kollu Transformatör

Daha az yaygın olmakla birlikte, kabuk tipi beş kollu transformatör tasarımının özel uygulamaları vardır:

• İnşaat: Genellikle çekirdek tipine göre daha ağır ve yapımı daha pahalıdır.
• Uygulama: Genellikle çok büyük güç transformatörleri için kullanılır.
• Avantaj: Yüksekliği azaltılmış olarak inşa edilebilir, belirli kurulumlarda faydalıdır.
• Benzerlikler: Çekirdek malzemeleri, elektrik sargıları, çelik muhafaza ve soğutma sistemleri büyük tek fazlı transformatörlere benzer.

Karşılaştırma

Çekirdek tipi ve kabuk tipi tasarımlar arasındaki seçim, güç derecesi, kurulum kısıtlamaları ve ekonomik faktörler dahil olmak üzere özel uygulama gereksinimlerine bağlıdır.