D/Y bağlantı grubuna sahip transformatörlerin kullanım alanları nelerdir?

Üç fazlı bir transformatörde, primer veya sekonder sargının bir tarafı her zaman üçgen (delta) bağlantı şeklinde bağlanır. Bunun amacı, ana manyetik akıda üçüncü harmonik bileşenlerinin bulunmasını önleyerek girdap akımlarını ve lokal ısınmayı azaltmak, böylece transformatörün verimliliğini ve güvenilirliğini artırmaktır. Prensibi anlamak için öncelikle üç fazlı transformatörlerin temellerini kavramamız gerekir.

1. Üç fazlı transformatörlerin iki türü vardır:

Birincisi, grup tipi üç fazlı transformatördür (Şekil 1):

Diğeri ise üç fazlı çekirdek tipi transformatördür (Şekil 2):

Grup tipi bir üç fazlı transformatör, üç adet tek fazlı transformatörün sargılarıyla bağlanarak bir üç fazlı transformatör oluşturmasıyla meydana gelir. Özelliği, üç fazın elektromanyetik devrelerinin bağımsız olması ve üçüncü harmonik akısının akabilmesidir. Büyük üç fazlı transformatörlerde bu grup tipi transformatör nadiren kullanılır, bu nedenle daha fazla üzerinde durulmayacaktır.

Büyük güç transformatörleri genellikle üç fazlı çekirdek tipi transformatörlerdir. Bunların özelliği, üç fazın manyetik devrelerinin birbirine bağlı olmasıdır. Üç bacaklı bir demir çekirdeğin manyetik devresi için, üçüncü harmonik akısının doğrudan bir yolu yoktur. Bu nedenle, üçüncü harmonik akısı ancak kaçak manyetik devre üzerinden, örneğin transformatör gövdesi üzerinden bir döngü oluşturabilir. Transformatör gövdesi genellikle çelik plakalardan yapılır ve üçüncü harmonik akısının varlığı ciddi ısınmaya neden olur.

Üç fazlı çekirdek tipi bir transformatörde üçüncü harmonik manyetik devresinin yolu (Şekil 3)

2. Farklı manyetik devre ve devre yapıları altında gerilim (potansiyel), uyarma akımı ve manyetik akı dalga biçimleri.

2.1 Sinüzoidal bir uyarma akımı, tepesi basık bir manyetik akı üretir (Şekil 4).

Çekirdek doygunluğa ulaştığında: manyetik akı tepesi basık bir dalga olduğunda, mıknatıslanma akımı sinüs dalgasıdır.

2.2 Sivri tepeli bir uyarma akımı, sinüzoidal bir manyetik akı üretir (Şekil 5).

Boşta çalışma uyarma akımı dalga biçimi.

2.3 Hem tepesi basık hem de sivri tepeli dalgalar, temel dalga ve üçüncü harmoniğe ayrıştırılabilir (Şekil 6).

Üç fazlı bir transformatörün boşta çalışma elektromotor kuvveti dalga biçimi. Manyetik devre doygun olduğunda, sinüzoidal bir manyetik akı elde etmek için uyarma akımı sivri tepeli bir dalga olmalıdır.

Manyetik devre doygun olduğunda, uyarma akımı sinüs dalgası ise, ana manyetik akı tepesi basık bir dalgadır.

3. Yukarıdaki temel bilgileri anladıktan sonra, şimdi analize geçelim. Hem primer hem de sekonder taraflar yıldız (Y) bağlıysa, akımın üçüncü harmoniği için bir yol yoktur. Bu nedenle, bir Y/Y bağlantısında uyarma akımı yalnızca sinüzoidal bir akım olabilir. Bu sinüzoidal uyarma akımı, yalnızca temel akı ve üçüncü harmonik akıya ayrıştırılabilen tepesi basık bir manyetik akı üretebilir.

Ana manyetik alandaki bu üçüncü harmonik akıları, büyüklük ve faz olarak eşittir. Çekirdekten kapanamazlar ve yalnızca yağ, tank duvarları ve boyunduruk gibi kaçak manyetik devrede döngü oluşturarak girdap akımları üretir, lokal ısınmaya neden olur ve transformatör verimliliğini düşürür.

Bu nedenle, büyük kapasiteli ve yüksek gerilimli üç fazlı transformatörler Y/Y bağlantıları için uygun değildir.

Buna karşılık, sargılar üçgen/Y veya Y/Δ konfigürasyonunda bağlandığında, primer veya sekonder taraftaki üçgen bağlantıda uyarma akımının üçüncü harmonik bileşeni için bir döngü yolu sağlanır. Bu nedenle, üçgen bağlı sargıdaki uyarma akımı sivri tepeli bir dalgadır. Sivri tepeli akım, ana manyetik akının sinüzoidal kalmasını ve üçüncü harmonik bileşen içermemesini sağlar.

Özellikle sargılar Y/Δ konfigürasyonunda bağlandığında, primer taraftaki uyarma akımındaki üçüncü harmonik geçemese de, sekonder taraftaki üçgen bağlantıda bir üçüncü harmonik sirkülasyon akımı üretilir. Bu sirkülasyon akımı, primer taraftaki sinüzoidal uyarma akımıyla birlikte ana manyetik akının sinüzoidal olmasını sağlayarak, üçüncü harmonik girdap akımlarının neden olduğu lokal ısınmayı önler.

Özetle, bir üç fazlı transformatörün primer veya sekonder sargılarının üçgen bağlanması, ana manyetik akının mümkün olduğunca sinüs dalgasına yakın olmasını sağlamak, üçüncü harmoniklerin neden olduğu girdap akımları ve ısınma sorunlarını önlemek ve böylece transformatörün çalışma verimliliğini ve güvenilirliğini artırmak içindir.