Transformatör Kayıpları Açıklaması: Yüksüz Durumdaki Kayıp ve Yük Altındaki Kayıp Arasındaki Fark
Bir transformatörün çalışması sırasında enerji kaybının iki temel biçimi, yüksüz kayıp ve yük kaybıdır. Aşağıda, bu kayıpların transformatör içinde nasıl üretildiği, dağıtıldığı ve ortadan kaldırıldığı detaylı olarak açıklanmaktadır.
Yüksüz kayıp, transformatörün birincil sargısının yüksüz koşullar altında yalnızca küçük bir uyarma akımı taşıması durumunda meydana gelir. Bu durumda, bakır kaybı ihmal edilebilir düzeydedir ve kayıpların büyük çoğunluğu, demir kaybı olarak bilinen çekirdekte meydana gelir. Demir kaybı, histerezis kaybı ve girdap akımı kaybından oluşur. Histerezis kaybı, alternatif bir manyetik alanın etkisi altında çekirdek içindeki manyetik alanların sürekli olarak yer değiştirmesinden kaynaklanır; bu da enerji tüketir ve ısı üretir. Girdap akımı kaybı, çekirdeğin kendisinin iletken olmasından kaynaklanır. Değişen bir manyetik alana maruz kaldığında, manyetik alan çizgilerine dik düzlemlerde bir elektromotor kuvvet indüklenir ve bu da girdap akımları olarak bilinen akımlar üreten kapalı döngüler oluşturur; bu akımlar, çekirdek malzemesinin direnci nedeniyle ısı üretir.
Yüksüz kayıplar esas olarak çekirdekte yoğunlaşır, çünkü çekirdek manyetik devrenin birincil bileşenidir ve hem histerezis hem de girdap akımı kayıpları malzeme içinde meydana gelir. Ek olarak, yüksüz akım nedeniyle birincil sargıda az miktarda bakır kaybı oluşur, ancak bu genellikle ihmal edilebilir düzeydedir. Yüksüz kayıptan kaynaklanan ısı, esas olarak çekirdekten çevredeki ortama ısı iletimi ve radyasyon yoluyla dağılır. Çekirdek, transformatör yağı veya hava ile temas halindedir ve ısıyı yağa veya havaya aktarır. Bu ısı daha sonra yağın veya hava akışının doğal konveksiyonu yoluyla taşınır ve nihayetinde çevredeki ortama dağılır.
Yük kayıpları, temel bakır kayıpları ve ek kayıpları içerir. Temel bakır kaybı, yük akımı sargılardan geçtiğinde oluşan dirençten kaynaklanan kayıptır. Joule yasasına göre, bir iletkenden akım geçtiğinde ısı üretilir ve güç kaybı akımın karesiyle orantılıdır. Ek kayıplar arasında sargılardaki girdap akımı kayıpları, dolaşan akım kayıpları, yapısal bileşenlerdeki kaçak kayıplar vb. bulunur ve bunlar akımın karesi ve frekansın karesiyle orantılıdır.
Yük kaybı esas olarak sargılarda ve çekirdekte dağılır. Sargılardaki yük akımı bakır kaybına neden olurken, çekirdek de yük akımının neden olduğu kaçak akı nedeniyle bir miktar kayıp yaşar, ancak bu kayıp sargılardaki bakır kaybına kıyasla nispeten küçüktür. Ek olarak, yük akımının neden olduğu kaçak akı, sargıların dışındaki metal yapısal bileşenlerde istenmeyen kayıplara neden olur.
Yük kaybından kaynaklanan ısı, kısmen sargılardan ısı iletimi yoluyla transformatör yağına aktarılır ve daha sonra doğal konveksiyon veya yağın zorlamalı sirkülasyonu ile uzaklaştırılır. Diğer bir kısmı ise çekirdek ve yapısal bileşenlerden ısı iletimi ve radyasyon yoluyla çevreye yayılır. Büyük transformatörlerde, ısı dağılımını artırmak, transformatörün çalışma verimliliğini ve güvenilirliğini iyileştirmek için genellikle zorlamalı yağ sirkülasyonlu soğutma veya benzer yöntemler kullanılır.