- Transformator Fase Tunggal
- Prinsip Operasional Transformer:
- Konstruksi Transformer
- Jenis Transformer:
- Rasio Putaran Transformer dan Persamaan EMF:
- Persamaan EMF:
- Tenaga listrik
- Efisiensi Transformator
Transformer umumnya, adalah perangkat yang mampu mengubah kuantitas dari satu nilai ke nilai lainnya. Pada Artikel kali ini kita akan fokus pada Trafo Tegangan yang merupakan komponen listrik statis yang mampu mengubah tegangan AC dari satu nilai ke nilai lainnya tanpa mengubah frekuensi dengan menggunakan prinsip induksi elektromagnetik.
Dalam salah satu artikel kami sebelumnya tentang Arus bolak-balik, kami menyebutkan betapa pentingnya trafo, dalam sejarah arus bolak-balik. Itu adalah enabler utama yang memungkinkan arus bolak-balik. Awalnya ketika sistem berbasis DC digunakan, mereka tidak dapat ditransfer jarak jauh karena kehilangan daya di saluran karena jarak (panjang) bertambah, yang berarti pembangkit listrik DC harus ditempatkan di mana-mana, sehingga tujuan utama AC adalah untuk mengatasi masalah transmisi dan tanpa trafo, itu tidak akan mungkin terjadi karena kerugian masih akan ada bahkan dengan AC.
Dengan adanya trafo, AC dapat disalurkan dari stasiun pembangkit pada tegangan yang sangat tinggi tetapi arus rendah yang menghilangkan kerugian pada saluran (kabel) karena nilai I 2 R (yang memberikan kehilangan daya dalam saluran). The transformator kemudian digunakan untuk mengkonversi tegangan tinggi, energi rendah saat ke Rendah tegangan, energi arus tinggi untuk distribusi akhir dalam masyarakat tanpa mengubah frekuensi dan pada kekuatan yang sama yang dipancarkan dari stasiun pembangkit (P = IV).
Untuk lebih memahami trafo tegangan, yang terbaik adalah menggunakan model yang paling sederhana yaitu trafo satu fasa.
Transformator Fase Tunggal
Trafo satu fasa adalah jenis trafo tegangan yang paling umum (dalam hal jumlah yang digunakan). Ini ada di sebagian besar peralatan yang "dicolokkan" yang kita gunakan di rumah dan di mana pun.
Ini digunakan untuk menggambarkan prinsip operasi, konstruksi dll dari sebuah transformator karena transformator lain seperti variasi atau modifikasi dari transformator fasa tunggal. Misalnya, orang-orang tertentu merujuk pada trafo tiga fasa yang terdiri dari 3 trafo satu fasa.
Transformator Fase Tunggal terdiri dari dua kumparan / lilitan (kumparan primer dan sekunder). Kedua belitan ini disusun sedemikian rupa sehingga tidak ada sambungan listrik di antara keduanya, sehingga dililitkan di sekitar besi magnet biasa yang umumnya disebut inti transformator, sehingga kedua kumparan tersebut hanya memiliki hubungan magnet di antara keduanya. Ini memastikan bahwa daya hanya ditransmisikan melalui induksi elektromagnetik dan juga membuat transformator berguna untuk koneksi Isolasi.
Prinsip Operasional Transformer:
Seperti disebutkan sebelumnya, trafo terdiri dari dua kumparan; yang primer dan kumparan sekunder. Kumparan primer selalu mewakili masukan ke transformator sedangkan kumparan sekunder merupakan keluaran dari transformator.
Dua efek utama menentukan pengoperasian transformator:
Yang pertama adalah, arus yang mengalir melalui kawat membentuk medan magnet di sekitar kawat. Besarnya medan magnet yang dihasilkan selalu berbanding lurus dengan besarnya arus yang melewati kawat. Besarnya medan magnet meningkat, jika kawat digulung menjadi bentuk seperti kumparan. Ini adalah prinsip dimana magnet diinduksi oleh kumparan primer. Dengan menerapkan tegangan ke kumparan primer, ia menginduksi medan magnet di sekitar inti transformator.
The Efek kedua yang bila dikombinasikan dengan pertama menjelaskan prinsip operasional dari transformator yang didasarkan pada kenyataan bahwa, jika konduktor adalah luka di sekitar sepotong magnet dan perubahan medan magnet, perubahan medan magnet akan menimbulkan arus konduktor, yang besarnya akan ditentukan oleh jumlah lilitan kumparan konduktor. Ini adalah prinsip yang digunakan kumparan sekunder untuk mendapatkan energi.
Ketika tegangan diterapkan ke kumparan primer, itu menciptakan medan magnet di sekitar inti, kekuatannya tergantung pada arus yang diberikan. Medan magnet yang dibuat kemudian menginduksi arus pada kumparan sekunder yang merupakan fungsi dari besarnya medan magnet dan banyaknya lilitan kumparan sekunder.
Prinsip operasional trafo ini juga menjelaskan mengapa AC harus diciptakan karena trafo hanya akan bekerja ketika ada bolak-balik pada tegangan atau arus yang diberikan karena hanya dengan demikian prinsip induksi elektromagnetik akan bekerja. Dengan demikian trafo tidak dapat digunakan untuk DC kemudian.
Konstruksi Transformer
Pada dasarnya transformator terdiri dari dua bagian yang meliputi; dua kumparan induktif dan inti baja laminasi. Kumparan diisolasi satu sama lain dan juga diisolasi untuk mencegah kontak dengan inti.
Dengan demikian, konstruksi trafo akan diperiksa di bawah konstruksi koil dan inti.
Inti Transformer
Inti transformator selalu dibangun dengan menumpuk lembaran baja berlapis bersama-sama, memastikan celah udara minimum ada di antara keduanya. Inti transformator belakangan ini selalu terbuat dari inti baja laminasi sebagai pengganti inti besi untuk mengurangi kerugian akibat arus eddy.
Ada tiga bentuk utama dari lembaran baja laminasi yang dapat dipilih, yaitu E, I, dan L.
Saat menumpuk laminasi menjadi satu untuk membentuk inti, mereka selalu ditumpuk sedemikian rupa sehingga sisi sambungan bergantian. Misalnya, lembaran yang dirakit menghadap ke depan pada perakitan pertama, maka lembaran tersebut akan menghadap ke belakang untuk perakitan berikutnya seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Hal ini dilakukan untuk mencegah keengganan yang tinggi pada persendian.
Gulungan
Saat membuat trafo, sangat penting untuk menentukan jenis trafo baik step up atau step down karena hal ini menentukan jumlah lilitan yang akan ada pada kumparan primer atau sekunder.
Jenis Transformer:
Ada tiga jenis trafo tegangan;
1. Step Down Transformers
2. Step Up Transformers
3. Transformator Isolasi
The step-down transformer adalah transformator yang memberikan nilai berkurang dari tegangan diterapkan pada kumparan primer di kumparan sekunder, sedangkan untuk langkah transformator, transformator memberikan peningkatan nilai dari tegangan diterapkan pada kumparan primer, di sekunder gulungan.
Trafo isolasi adalah trafo yang memberikan tegangan yang sama yang diterapkan ke primer di sekunder dan dengan demikian pada dasarnya digunakan untuk mengisolasi rangkaian listrik.
Dari penjelasan di atas, pembuatan trafo jenis tertentu hanya dapat dilakukan dengan merancang jumlah lilitan pada masing-masing kumparan primer dan sekunder untuk menghasilkan keluaran yang diperlukan, sehingga dapat ditentukan oleh rasio lilitan. Anda dapat membaca tutorial yang ditautkan untuk mempelajari lebih lanjut tentang berbagai jenis transformer.
Rasio Putaran Transformer dan Persamaan EMF:
Rasio belitan transformator (n) diberikan oleh persamaan;
n = Np / Ns = Vp / Vs
dimana n = rasio putaran
Np = Jumlah lilitan pada kumparan primer
Ns = Jumlah lilitan pada kumparan sekunder
Vp = Tegangan diterapkan ke primer
Vs = Tegangan di sekunder
Hubungan yang dijelaskan di atas dapat digunakan untuk menghitung setiap parameter dalam persamaan.
Rumus di atas dikenal sebagai aksi tegangan transformator.
Karena kami mengatakan kekuatan tetap sama setelah transformasi kemudian;
Rumus di atas disebut sebagai aksi transformator saat ini. Yang berfungsi sebagai bukti bahwa transformator tidak hanya mengubah tegangan tetapi juga mengubah arus.
Persamaan EMF:
Jumlah lilitan kumparan salah satu dari kumparan primer atau sekunder menentukan jumlah arus yang diinduksi atau diinduksi olehnya. Ketika arus yang diterapkan ke primer berkurang, kekuatan medan magnet berkurang dan sama untuk arus yang diinduksi pada belitan sekunder.
E = N (dΦ / dt)
Jumlah tegangan yang diinduksi pada belitan sekunder diberikan oleh persamaan:
Di mana N adalah jumlah lilitan pada belitan sekunder.
Karena fluks bervariasi secara sinusoidal, fluks magnet Φ = Φ sinwt maks
jadiE = N * w * Φmaks * cos (wt) Emax = NwΦmaks
Nilai kuadrat akar rata-rata dari Induced Emf diperoleh dengan membagi nilai maksimum ggl dengan √2
Persamaan ini dikenal sebagai persamaan EMF transformator.
Dimana: N adalah banyaknya lilitan pada belitan kumparan
f adalah frekuensi fluks dalam hertz
Φ adalah kerapatan fluks magnet di Weber
Dengan semua nilai ini ditentukan, maka transformator dapat dibangun.
Tenaga listrik
Seperti yang dijelaskan sebelumnya, trafo dibuat untuk memastikan nilai daya listrik yang dihasilkan di stasiun pembangkit dikirim ke pengguna akhir dengan sedikit atau tanpa kerugian, sehingga dalam trafo Ideal, daya pada output (gulungan sekunder) selalu sama dengan daya masukan. Transformator dengan demikian disebut sebagai perangkat watt konstan, sementara mereka dapat mengubah nilai tegangan dan arus, itu selalu dilakukan sedemikian rupa sehingga daya yang sama pada input tersedia pada output.
Jadi
P s = P p
dimana Ps adalah kekuatan di sekunder dan Pp adalah kekuatan di primer.
Karena P = IvcosΦ maka I s V s cosΦ s = I p V p cosΦ p
Efisiensi Transformator
Efisiensi transformator diberikan oleh persamaan;
Efisiensi = (daya keluaran / daya masukan) * 100%
Walaupun keluaran daya dari transformator Ideal harus sama dengan masukan daya, sebagian besar transformator berada jauh dari transformator Ideal dan memang mengalami kerugian karena beberapa faktor.
Beberapa kerugian yang dapat dialami oleh transformator tercantum di bawah ini;
1. Kerugian Tembaga
2. Kerugian histeresis
3. Kerugian arus Eddy
1. Kerugian Tembaga
Kerugian ini kadang-kadang disebut sebagai kerugian berliku atau kerugian I 2 R. Kerugian ini dikaitkan dengan daya yang dihamburkan oleh konduktor yang digunakan untuk belitan ketika arus melewatinya karena hambatan konduktor. Nilai kerugian ini dapat dihitung dengan menggunakan rumus;
P = I 2 R
2. Kerugian histeresis
Ini adalah kerugian yang terkait dengan keengganan bahan yang digunakan untuk inti transformator. Ketika arus bolak-balik berbalik arah, hal itu berdampak pada struktur internal material yang digunakan untuk inti karena cenderung mengalami perubahan fisik yang juga menggunakan sebagian energi.
3. Kerugian Arus Eddy
Ini adalah kerugian yang biasanya ditaklukkan dengan penggunaan lembaran baja tipis berlapis. Kehilangan arus eddy muncul dari fakta bahwa inti juga merupakan konduktor dan akan menyebabkan ggl di kumparan sekunder. Arus yang diinduksi dalam inti menurut hukum saat ini akan melawan medan magnet dan menyebabkan disipasi energi.
Memfaktorkan pengaruh kerugian ini ke dalam perhitungan efisiensi transformator, kami memiliki;
Efisiensi = (daya masukan - rugi / daya masukan) * 100% Semua parameter dinyatakan dalam satuan daya.