Transformatör
Türkçe’ ye Fransızca’ dan girmiş olan transformatör sözcüğü, “dönüştürücü” anlamına gelir. Transformatörler, bir elektrik akımının gerilimini, yani “voltaj” diye adlandırdığımız elektrik basıncını değiştiren aygıtlardır.
Elektrik akımının, doğru akım ve alternatif ya da değişken akım olmak üzere iki türü olduğu ELEKTRİK sayfasında açıklanmıştır. Doğru akım, yalnızca tek yönde akan akımdır; örneğin, pillerden bu tür bir akım
elde edilir. Alternatif akım ise sürekli olarak yön değiştirir. Isıtma ve aydınlatma alanlarında ve makineleri çalıştırmakta kullanılan elektriğin çoğu alternatif akımdır; çünkü, bu tür akımın gerilimi, bir transformatör yardımıyla, herhangi bir kayıp olmaksızın kolayca istenen değere değiştirilebilir. Doğru akımın gerilimi ise bu biçimde değiştirilemez.
Transformatörün temel çalışma ilkesini 1831’de Michael Faraday keşfetti. Faraday, demir bir halkanın çevresine iki yalıtkan tel sardı. Sargılardan birinin uçlarını güçlü bir bataryaya, ötekinin uçlarını da elektrik akımının algılanmasında kullanılan galvanometreye bağladı. Faraday ne zaman bataryayı devreye alsa ya da devreden çıkarsa galvanometrenin göstergesinin hafifçe oynadığını, yani ikinci sargıdan anlık bir akımın geçtiğini saptadı; buradan kalkarak ilk sargının İkincisinde anlık bir akım indüklediğini söyledi. Ayrıca,
ikinci sargıdaki akımın ancak birinci sargıdaki akımın değişmesi durumunda indüklendiğini; bu akımın değişim göstermeden kesintisiz biçimde akması durumunda, ikinci sargıda herhangi bir akımın oluşmadığını ortaya koydu. Faraday’ın belirlediği bu olgu bütün transformatörlerin dayandığı ana ilkedir.
Elektromagnetik indükleme olarak adlandırılan bu olgu şöyle açıklanabilir: Batarya devreye alındığı zaman, birinci sargının çevresinde bir magnetik alan oluşur. Oluşum sırasında magnetik alan ikinci sargıyı da etkiler.
Eğer değişim halindeki bu magnetik alanın yakınında bir tel varsa, bu değişim telden bir elektrik akımının akmasına neden olur. İşte bu nedenle, birinci sargıda ne zaman akım, dolayısıyla da magnetik alan değişse, ikinci sargıda bir elektrik akımı oluşur. Tıpkı bunun gibi, transformatörün bir bobini (sık sarımlı tel sargı) bir alternatif akım kaynağına bağlandığı zaman, akımdaki hızlı yön değişimleri sürekli olarak değişen bir magnetik alan ve böylece, ikinci bobinin uçları arasında değişken bir gerilim yaratır.
Transformatörde gerilim değişikliği, iki bobindeki sarım sayılarının farklı olmasıyla sağlanır.
Güç kaynağına bağlanan bobine birincil sargı (primer), akım çıkış bobinine de ikincil sargı (sekonder) denir. Bobinler birbirinden yalıtılır, yani elektriksel olarak ayrılır ve aynı çekirdek üzerine sarılır; çekirdek, özel bir
metal alaşımından (genellikle demir ve silisyum karışımı bir alaşımdan) yapılmış ve üst üste sıkıca oturtulmuş ince levhalardan oluşur. Gerilim yükseltici transformatörde, ikincil sargının sarım sayısı, birincil sargının sarım sayısından fazladır ve çıkış gerilimi (akımın transformatörden çıkarkenki voltajı) giriş geriliminden daha yüksektir. Gerilim düşürücü transformatörde ise, ikincil sargının sarım sayısı daha azdır, çıkış gerilimi de giriş geriliminden daha düşüktür. Eğer ikincil sargının sarım sayısı birincil sargının sarım sayısının 40
katıysa, çıkış gerilimi de giriş geriliminin 40 katı olur.
Eğer bir alternatif akımın gerilimi yükseltilirse, akımın amper cinsinden ölçülen miktarı aynı oranda düşer. Bunun nedeni, transformatörün aldığı güçten daha fazlasını verememesi ve elektrik gücünün akım (birim zamanda akan elektrik miktarı) ile gerilimin çarpımına eşit olmasıdır. İki bobin için kullanılan tel farklı kalınlıklardadır ve daha yüksek amperli akımı taşıyan bobinin teli daha kalındır.
Enerji santrallarındaki üreteçlerin ürettiği elektrik akımının şiddeti (miktarı) yüksek, gerilimi düşüktür. Eğer, elde edilen enerji, bu değerleriyle doğrudan evlere ve sanayi kuruluşlarına iletilseydi, bunu taşıyacak tellerin
kalın olması gerekirdi ve bu da pahalı olurdu. Dahası, eğer elektrik uzun mesafelere yüksek gerilim ve düşük akım şiddetinde gönderilirse, enerji iletim hatlarındaki dirençten kaynaklanan ısınma etkilerinin yol açacağı enerji kaybı daha az olur. Bu nedenle enerji santrallarında elde edilen elektrik akımı, enerji iletim hatlarına verilmeden önce yükseltici transformatörlerden geçirilerek gerilimi yüz binlerce volt düzeyine çıkarılır ve böylece şiddeti çok aşağılara düşürülür. Enerji iletim hatları boyunca yer alan elektrik dağıtım istasyonlarındaki gerilim düşürücü transformatörlerde gerilim, ağır sanayi, elektrikli demiryolları, hafif sanayi, hastaneler, mağazalar ve evlerce istenen çeşitli düzeylere göre, birkaç kez düşürülür. Bu tür yüksek gerilim hatlanndaki transformatörlere “trafo” denir. Bunlara ek olarak, radyo alıcıları, televizyon aygıtları, elektrikli ziller ve elektrikli oyuncaklarda küçük, düşürücü transformatörler kullanılır.
Büyük bir transformatör genellikle çelik bir kutunun içine konur ve kutuya, ısınan bobinleri soğutmaya yarayan yalıtkan bir yağ doldurulur. Büyük trafolarda soğutma yağı, pompa yardımıyla radyatörlerde dolaştırılarak soğutulur. Bunun dışında transformatörlerin hareketli herhangi bir parçası yoktur. Binaların dışında tel örgüyle çevrili beton bir platform üzerine oturtulmuş, büyük trafolara sık rastlanır. Evlerde kullanılan küçük transformatörleri çevrelerindeki hava soğutur.
Otomobil motorlarındaki bujilerin uçları arasında elektrik kıvılcımı atlaması oluşturmak için gerekli olan yüksek gerilim, indükleme bobini denen özel bir tür yükseltici transformatörle sağlanır. Motor çalıştığında hızla açılıp kapanmaya başlayan bir anahtar, aküye bağlı bir doğru akım devresinden anlık akımların geçmesini sağlar ve böylece indükleme bobininin birincil sargısına değişken bir akım gönderilmiş olur. Bu akım indükleme bobininin ikincil sargısında yüksek gerilimli elektrik vurulan indükler ve bu sırada da ikincil
sargının uçları distribütör (dağıtıcı) yardımıyla ve sırayla her bir bujiye bağlanır.
