Rev. 001 16.01.2017 MANYETİK AKI VE ENERJİ TRANSFERİ Bir iletken üzerinden akan elektrik akımı, akım yönüne dik ve dairesel olacak şekilde bir manyetik akı oluşturur. Oluşan manyetik akının yönü sağ el kuralı ile izah edilmektedir. (Bkz. Şekil1) Şekil 1 Sağ el kuralına göre oluşan manyetik akı (B) yönü İletken ve üzerinden akan elektrik akımın oluşturduğu manyetik akı sayesinde karşılıklı iki iletken arasında kablosuz enerji transferi mümkün olmaktadır. Bunun için (50-60Hz sistemlerde); a) 1.(Primer) İletkenin oluşturduğu manyetik akı güçlendirilmelidir. Bunun için üzerinden geçen akım I1 olan iletken üzerinde N1 sarım sayısı ile bir bobin oluşturulur. Bu bobin N1.I1 oranında bir manyetik akı oluşturur. b) Oluşturulan manyetik akının en az kayıpla 2. (sekonder) iletkene aktarılabilmesi için manyetik geçirgenliği yüksek bir ortam oluşturulmalıdır. c) Sekonder iletkenin iletilen manyetik akıyı en az kayıpla alabilmesi için N2 sarım sayısı ile bir bobin oluşturulur. Bu bobin N2.I2 oranında bir manyetik akı alabilir. d) En önemli husus, manyetik akının sürekli olarak transfer edilebilmesi için sistemin AC gerilim ve akım formunda çalışması gerekmektedir. Bunun nedeni manyetik akının diğer bir iletken üzerinde elektrik akımı oluşturabilmesinin ancak sürekli olarak yön değiştirmesiyle mümkün olmasıdır. Bu şartlarda, primerin oluşturduğu manyetik alanın sekonder tarafa kayıpsız aktarıldığını varsayarsak N1.I1=N2.I2 olarak bilinen AC trafo sarım sayısı oranı Akım ilişkisi ortaya çıkar, bu ilişki V1.N2=V2.N1 olarak primer ve sekonderde oransal gerilim değişimine yol açar. ÖRNEK MANYETİK AKI İLE ENERJİ TRANSFER SİSTEMLERİ 1. GÜÇ TRAFOLARI Primere uygulanan elektrik enerjisinin en az kayıpla sekondere aktarılmasını sağlayan, aktarılan güç sabit iken sekonderde gerilim ve akım değerlerini değiştirebilen sistemlerdir. N1 sarımlı primer bobin, manyetik kaybı düşük demir nüve üzerinde N2 sarımlı bobin ile birlikte bulunur. Türkiyede N1 ve N2 sarım sayıları, 50Hz şebeke frekansı ile primer-sekonder güç aktarımı yapabilmek için optimize edilmiştir. 2. AKIM TRAFOLARI Ana iletken üzerine geçirilen bir çekirdek ve bu çekirdek üzerine sarılı sekonder sargıdan oluşmaktadır (Bkz. Şekil-2) AT ler çıkışlarında (sekonder) ana iletkenden geçen akımdan çok daha düşük ve oransal bir akım verebilen ölçüm trafolarıdır.
N1.I1=N2.I2 prensibi doğrultusunda, çıkış akımının I1/I2 oranında azaltılması için sekonder sarım sayısı N2, I1/I2 oranında arttırılır. AT lerde sekonder gerilimleri çok yüksek olduğundan, özellikle mesnet tipi AT lerde, herhangi bir zarara yol açılmaması için sekonder çıkış mutlak surette kısa devre edilir AT lerde primerden sekondere güç aktarılmaz, ana devre etkilenmeden akım ölçümü yapılır. (Örnek AT yapısal fotoğrafları için Bkz. Ek1). Şekil 2 Akım Trafolarında ana iletken N1 sayıları, sekonderde akım oluşumu, AT devre sembolü 3. ANA İLETKEN ÜZERİNDEN AKÜ ŞARJ DEVRELERİ Havai hat arıza gösterge cihazlarında (Bkz. Şekil3) bulunan devrelerdir. Ana iletkenin üzerinde ve iletkene dik olarak konumlandırılmış bir bobin bulunur. Bu bobin ile alınan enerji arıza gösterge cihazı üzerindeki pilin şarj edilmesinde kullanılır. Şekil 3 Arıza Gösterge Cihazlarında bobin tasarımı
4. YÜKSEK FREKANSLI KABLOSUZ ENERJİ TRANSFER SİSTEMLERİ Telefon ve elektrikli cihazların kablosuz olarak şarj edilmesi ve metal nüveye ihtiyaç olmadan temassız enerji transferi için kullanılmaktadır (Bkz. Şekil4). Maliyet ve boyutların azaltılması için N1 ve N2 sarım sayıları azaltılmıştır (1-10) ve manyetik akının yoğunlaştırılması için AC gerilim çok yüksek frekanslarda taşınmaktadır (1,5 khz 10MHz). Şekil 4 Yüksek frekanslı enerji transfer sistemi
Ek1 Klampmetre çene yapısı, Dahili akım trafosu Teknik kalite cihazlarında kullandığımız toroidal mini akım trafosu (5A-200mA) yapısı
Dıştan geçmeli toroidal AG akım trafosu (1600A-5A) yapısı