Muatan/Beban Transformator (trafo)
Transformator dapat memberikan tegangan pada lilitan sekundernya tetapi untuk mentransfer daya listrik antara input dan output mereka perlu dimuat
Dalam tutorial trafo sebelumnya tentang Kontruksi Transformator (trafo), kita mengasumsikan bahwa trafo itu ideal, yaitu trafo yang tidak ada kehilangan inti atau kehilangan tembaga dalam gulungan trafo. Namun, dalam transformator kenyataanya selalu akan ada kerugian yang terkait dengan pemuatan transformator karena transformator diletakkan “pada beban”. Tapi apa yang kita maksud dengan: Memuat Transformator.
Baiklah pertama-tama mari kita lihat apa yang terjadi pada transformator ketika ia berada dalam kondisi "tanpa beban", yaitu tanpa beban listrik yang terhubung ke lilitan sekundernya dan karenanya tidak ada arus sekunder yang mengalir.
Sebuah transformator dikatakan berada pada "tanpa-beban" ketika lilitan sisi sekundernya terbuka, dengan kata lain, tidak ada yang terpasang dan muatan transformator adalah nol. Ketika catu daya Sinusoidal AC terhubung ke lilitan primer transformator, arus kecil, IOPEN akan mengalir melalui lilitan primer karena adanya tegangan supply primer.
Dengan rangkaian sekunder terbuka, tidak ada yang terhubung, GGL-balik bersama dengan resistansi lilitan primer bertindak untuk membatasi aliran arus primer ini. Jelas, arus primer tanpa-beban ( Io ) ini harus cukup untuk mempertahankan medan magnet yang cukup untuk menghasilkan ggl-balik yang diperlukan. Pertimbangkan rangkaian di bawah ini.
Ammeter di atas akan menunjukkan arus kecil yang mengalir melalui lilitan primer meskipun rangkaian sekundernya terbuka. Arus primer tanpa beban ini terdiri dari dua komponen berikut:
Arus dalam-fasa, IE yang men-supply kehilangan inti (arus eddy dan histerisis). Sebuah arus kecil, IM pada 90° dengan tegangan yang mendirikan fluks magnetis.
Perhatikan bahwa arus primer tanpa beban ini, Io sangat kecil dibandingkan dengan arus penuh muatan Transformator normal. Juga karena kerugian besi yang ada dalam inti serta sejumlah kecil kerugian tembaga pada lilitan primer, Io tidak ketinggalan di belakang tegangan supply, Vp dengan tepat 90°, ( cosφ = 0 ), akan ada beberapa kecil perbedaan sudut fasa.
Arus sekunder, IS yang ditentukan oleh karakteristik beban, menciptakan induksi-diri medan magnet sekunder, ΦS dalam inti transformator yang mengalir ke arah yang berlawanan untuk bidang utama medan primer, ΦP. Kedua medan magnet ini saling bertentangan sehingga menghasilkan medan magnet gabungan dengan kekuatan magnet yang lebih kecil daripada medan tunggal yang dihasilkan oleh lilitan primer saja ketika rangkaian sekunder dihubung-hubung kan.
Medan magnet gabungan ini mengurangi GGL-balik lilitan primer yang menyebabkan arus primer, IP sedikit meningkat. Arus primer terus meningkat hingga medan magnet inti kembali pada kekuatan aslinya, dan agar transformator dapat beroperasi dengan benar, kondisi yang seimbang harus selalu ada antara medan magnet primer dan sekunder. Ini menghasilkan kekuatan yang seimbang dan sama pada sisi primer dan sekunder. Pertimbangkan rangkaian di bawah ini.
Kita tahu bahwa rasio putaran dari transformator menyatakan bahwa total tegangan yang diinduksi dalam setiap lilitan sebanding dengan jumlah putaran dalam lilitan itu dan juga bahwa output daya dan input daya transformator sama dengan volt kali ampere, ( V x I ). Karena itu:
Tetapi kita juga tahu sebelumnya bahwa rasio tegangan transformator sama dengan rasio turn/putaran transformator seperti: “rasio tegangan = rasio putaran”. Kemudian hubungan antara tegangan, arus dan jumlah putaran dalam transformator dapat dihubungkan bersama dan oleh karena itu diberikan sebagai:
Dimana:
NP/NS = VP/VS - mewakili rasio tegangan
NP/NS = IS/IP - mewakili rasio arus
Perhatikan bahwa arus berbanding terbalik dengan tegangan dan jumlah gulungan. Ini berarti bahwa dengan pembebanan transformator pada lilitan sekunder, untuk mempertahankan tingkat daya yang seimbang pada gulungan transformator, jika tegangan dinaikkan, arus harus turun dan sebaliknya. Dengan kata lain, (tegangan lebih rendah - arus lebih tinggi) atau (tegangan lebih tinggi - arus lebih rendah).
Karena rasio transformator adalah hubungan antara jumlah putaran pada primer dan sekunder, tegangan pada setiap lilitan, dan arus melalui gulungan, kita dapat mengatur ulang persamaan rasio transformator di atas untuk menemukan nilai yang tidak diketahui tegangan, ( V ) arus, ( I ) atau jumlah putaran, ( N ) seperti yang ditunjukkan.
Total arus yang ditarik dari supply oleh lilitan primer adalah jumlah vektor dari arus tanpa-beban, Io dan arus supply tambahan, I1 sebagai akibat dari pemuatan transformator sekunder dan yang tertinggal di belakang tegangan supply dengan sudut Φ. Kita dapat menunjukkan hubungan ini sebagai diagram fasor.
Jika kita memberi arus, IS dan Io, kita dapat menghitung arus primer, IP dengan metode berikut.
Anda mungkin telah memperhatikan bahwa sudut fasa dari arus primer, ΦP sangat hampir sama seperti yang dari sudut fasa arus sekunder, ΦS. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa arus tanpa-beban 3 ampere sangat kecil dibandingkan dengan 56 ampere yang lebih besar yang ditarik oleh lilitan primer dari supply.
Kenyataan sebenarnya, gulungan transformator memiliki impedansi dari kedua XL dan R. Impedansi ini perlu diperhitungkan ketika menggambar diagram fasor karena impedansi internal ini menyebabkan penurunan tegangan terjadi dalam gulungan transformator. Impedansi internal disebabkan oleh resistansi gulungan dan penurunan induktansi yang disebut reaktansi kebocoran yang dihasilkan dari fluks kebocoran. Impedansi internal ini diberikan sebagai:
Jadi gulungan primer dan sekunder dari transformator memiliki resistansi dan reaktansi. Kadang-kadang, akan lebih mudah jika semua impedansi ini berada di sisi yang sama dari transformator untuk membuat perhitungan lebih mudah. Dimungkinkan untuk memindahkan impedansi primer ke sisi sekunder atau impedansi sekunder ke sisi primer.
Nilai gabungan dari impedansi R dan L disebut "Impedansi yang Dirujuk" atau "Nilai yang Dirujuk". Objek di sini adalah untuk mengelompokkan impedansi di dalam transformator dan hanya memiliki satu nilai R dan XL dalam perhitungan kami seperti yang ditunjukkan.
Untuk memindahkan resistansi dari satu sisi transformator ke sisi yang lain, pertama-tama kita harus mengalikannya dengan kuadrat rasio putaran, ( Turns Ratio2 ) dalam perhitungan kami. Jadi misalnya, untuk memindahkan resistansi 2Ω dari satu sisi ke sisi lain dalam transformator yang memiliki rasio putaran 8:1 akan memiliki nilai resistif baru: 2 x 82 = 128Ω.
Perhatikan bahwa jika Anda memindahkan resistansi dari sisi tegangan yang lebih tinggi, nilai resistansi yang baru akan meningkat dan jika Anda memindahkan resistansi dari sisi tegangan yang lebih rendah nilainya baru akan berkurang. Ini juga berlaku untuk resistansi beban dan reaktansi.
Pengaturan tegangan dinyatakan sebagai persentase (atau per unit) dari tegangan tanpa beban. Kemudian jika E mewakili tegangan sekunder tanpa beban dan V mewakili tegangan sekunder beban penuh, maka persentase pengaturan transformator diberikan sebagai:
Jadi misalnya, sebuah transformator menghasilkan 100 volt tanpa beban dan tegangan turun menjadi 95 volt pada beban penuh, peraturannya adalah 5%. Nilai E - V akan tergantung pada impedansi internal dari lilitan yang meliputi resistansi, R dan yang lebih penting adalah reaktansi AC X, arus dan sudut fasa.
Juga pengaturan tegangan umumnya meningkat karena faktor daya beban menjadi lebih lamban (induktif). Regulasi tegangan berkenaan dengan pemuatan transformator dapat bernilai positif atau negatif, yaitu dengan tegangan tanpa beban sebagai referensi, perubahan dalam regulasi saat beban diterapkan, atau dengan beban penuh sebagai referensi dan perubahan dalam peraturan karena beban dikurangi atau dihilangkan.
Secara umum, pengaturan transformator tipe inti ketika beban transformator tinggi tidak sebagus transformator tipe shell. Ini karena transformator tipe shell memiliki distribusi fluks yang lebih baik karena interlacing dari gulungan coil.
Dalam tutorial berikutnya tentang Transformator (trafo) kita akan melihat Lilitan Ganda Transformator (trafo daya) yang memiliki lebih dari satu lilitan primer atau lebih dari satu lilitan sekunder dan melihat bagaimana kita dapat menghubungkan dua gulungan sekunder atau lebih secara bersamaan untuk memasok lebih banyak tegangan atau lebih banyak arus ke beban terhubung.
Dalam tutorial trafo sebelumnya tentang Kontruksi Transformator (trafo), kita mengasumsikan bahwa trafo itu ideal, yaitu trafo yang tidak ada kehilangan inti atau kehilangan tembaga dalam gulungan trafo. Namun, dalam transformator kenyataanya selalu akan ada kerugian yang terkait dengan pemuatan transformator karena transformator diletakkan “pada beban”. Tapi apa yang kita maksud dengan: Memuat Transformator.
Baiklah pertama-tama mari kita lihat apa yang terjadi pada transformator ketika ia berada dalam kondisi "tanpa beban", yaitu tanpa beban listrik yang terhubung ke lilitan sekundernya dan karenanya tidak ada arus sekunder yang mengalir.
Sebuah transformator dikatakan berada pada "tanpa-beban" ketika lilitan sisi sekundernya terbuka, dengan kata lain, tidak ada yang terpasang dan muatan transformator adalah nol. Ketika catu daya Sinusoidal AC terhubung ke lilitan primer transformator, arus kecil, IOPEN akan mengalir melalui lilitan primer karena adanya tegangan supply primer.
Dengan rangkaian sekunder terbuka, tidak ada yang terhubung, GGL-balik bersama dengan resistansi lilitan primer bertindak untuk membatasi aliran arus primer ini. Jelas, arus primer tanpa-beban ( Io ) ini harus cukup untuk mempertahankan medan magnet yang cukup untuk menghasilkan ggl-balik yang diperlukan. Pertimbangkan rangkaian di bawah ini.
Kondisi Transformator (trafo) Tanpa Beban
Ammeter di atas akan menunjukkan arus kecil yang mengalir melalui lilitan primer meskipun rangkaian sekundernya terbuka. Arus primer tanpa beban ini terdiri dari dua komponen berikut:
Arus dalam-fasa, IE yang men-supply kehilangan inti (arus eddy dan histerisis). Sebuah arus kecil, IM pada 90° dengan tegangan yang mendirikan fluks magnetis.
Perhatikan bahwa arus primer tanpa beban ini, Io sangat kecil dibandingkan dengan arus penuh muatan Transformator normal. Juga karena kerugian besi yang ada dalam inti serta sejumlah kecil kerugian tembaga pada lilitan primer, Io tidak ketinggalan di belakang tegangan supply, Vp dengan tepat 90°, ( cosφ = 0 ), akan ada beberapa kecil perbedaan sudut fasa.
Contoh: Muatan Transformator (trafo) No.1
Trafo 1-fasa tunggal memiliki komponen energi, IE dari 2 Amps dan komponen magnetising, IM dari 5 Amps. Hitung arus tanpa beban, Io dan faktor daya yang dihasilkan.Transformator (trafo) Sedang-Memuat / On-load
Ketika beban listrik dihubungkan ke lilitan sekunder transformator dan karena itu beban transformator lebih besar dari nol, arus mengalir dalam lilitan sekunder dan keluar ke beban. Arus sekunder ini disebabkan oleh tegangan sekunder yang diinduksi, yang diatur oleh fluks magnet yang dibuat dalam inti dari arus primer.Arus sekunder, IS yang ditentukan oleh karakteristik beban, menciptakan induksi-diri medan magnet sekunder, ΦS dalam inti transformator yang mengalir ke arah yang berlawanan untuk bidang utama medan primer, ΦP. Kedua medan magnet ini saling bertentangan sehingga menghasilkan medan magnet gabungan dengan kekuatan magnet yang lebih kecil daripada medan tunggal yang dihasilkan oleh lilitan primer saja ketika rangkaian sekunder dihubung-hubung kan.
Medan magnet gabungan ini mengurangi GGL-balik lilitan primer yang menyebabkan arus primer, IP sedikit meningkat. Arus primer terus meningkat hingga medan magnet inti kembali pada kekuatan aslinya, dan agar transformator dapat beroperasi dengan benar, kondisi yang seimbang harus selalu ada antara medan magnet primer dan sekunder. Ini menghasilkan kekuatan yang seimbang dan sama pada sisi primer dan sekunder. Pertimbangkan rangkaian di bawah ini.
Rangkaian Transformator (trafo) Sedang Memuat/On-load
Kita tahu bahwa rasio putaran dari transformator menyatakan bahwa total tegangan yang diinduksi dalam setiap lilitan sebanding dengan jumlah putaran dalam lilitan itu dan juga bahwa output daya dan input daya transformator sama dengan volt kali ampere, ( V x I ). Karena itu:
Rasio Transformator (trafo)
Dimana:
NP/NS = VP/VS - mewakili rasio tegangan
NP/NS = IS/IP - mewakili rasio arus
Perhatikan bahwa arus berbanding terbalik dengan tegangan dan jumlah gulungan. Ini berarti bahwa dengan pembebanan transformator pada lilitan sekunder, untuk mempertahankan tingkat daya yang seimbang pada gulungan transformator, jika tegangan dinaikkan, arus harus turun dan sebaliknya. Dengan kata lain, (tegangan lebih rendah - arus lebih tinggi) atau (tegangan lebih tinggi - arus lebih rendah).
Karena rasio transformator adalah hubungan antara jumlah putaran pada primer dan sekunder, tegangan pada setiap lilitan, dan arus melalui gulungan, kita dapat mengatur ulang persamaan rasio transformator di atas untuk menemukan nilai yang tidak diketahui tegangan, ( V ) arus, ( I ) atau jumlah putaran, ( N ) seperti yang ditunjukkan.
Total arus yang ditarik dari supply oleh lilitan primer adalah jumlah vektor dari arus tanpa-beban, Io dan arus supply tambahan, I1 sebagai akibat dari pemuatan transformator sekunder dan yang tertinggal di belakang tegangan supply dengan sudut Φ. Kita dapat menunjukkan hubungan ini sebagai diagram fasor.
Transformator (trafo) Memuat Arus
Jika kita memberi arus, IS dan Io, kita dapat menghitung arus primer, IP dengan metode berikut.
Contoh: Muatan Transformator (trafo) No.2
Sebuah transformator 1-fasa tunggal memiliki 1000 putaran pada lilitan primernya dan 200 putaran pada lilitan sekundernya. Arus Transformator “tanpa beban” yang diambil dari supply adalah 3 Amps pada faktor daya 0.2 tertinggal. Hitung arus lilitan primer, IP dan faktor daya terkait, φ saat arus sekunder yang memasok beban transformator adalah 280 Ampere pada 0.8 tertinggal.Anda mungkin telah memperhatikan bahwa sudut fasa dari arus primer, ΦP sangat hampir sama seperti yang dari sudut fasa arus sekunder, ΦS. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa arus tanpa-beban 3 ampere sangat kecil dibandingkan dengan 56 ampere yang lebih besar yang ditarik oleh lilitan primer dari supply.
Kenyataan sebenarnya, gulungan transformator memiliki impedansi dari kedua XL dan R. Impedansi ini perlu diperhitungkan ketika menggambar diagram fasor karena impedansi internal ini menyebabkan penurunan tegangan terjadi dalam gulungan transformator. Impedansi internal disebabkan oleh resistansi gulungan dan penurunan induktansi yang disebut reaktansi kebocoran yang dihasilkan dari fluks kebocoran. Impedansi internal ini diberikan sebagai:
Nilai gabungan dari impedansi R dan L disebut "Impedansi yang Dirujuk" atau "Nilai yang Dirujuk". Objek di sini adalah untuk mengelompokkan impedansi di dalam transformator dan hanya memiliki satu nilai R dan XL dalam perhitungan kami seperti yang ditunjukkan.
Menggabungkan/Kombinasi Impedansi Transformator
Untuk memindahkan resistansi dari satu sisi transformator ke sisi yang lain, pertama-tama kita harus mengalikannya dengan kuadrat rasio putaran, ( Turns Ratio2 ) dalam perhitungan kami. Jadi misalnya, untuk memindahkan resistansi 2Ω dari satu sisi ke sisi lain dalam transformator yang memiliki rasio putaran 8:1 akan memiliki nilai resistif baru: 2 x 82 = 128Ω.
Perhatikan bahwa jika Anda memindahkan resistansi dari sisi tegangan yang lebih tinggi, nilai resistansi yang baru akan meningkat dan jika Anda memindahkan resistansi dari sisi tegangan yang lebih rendah nilainya baru akan berkurang. Ini juga berlaku untuk resistansi beban dan reaktansi.
Peraturan Tegangan Transformator (trafo)
Pengaturan tegangan transformator didefinisikan sebagai perubahan tegangan terminal sekunder ketika beban transformator maksimum, yaitu beban penuh diterapkan sementara tegangan supply primer dijaga konstan. Regulasi menentukan penurunan tegangan (atau kenaikan) yang terjadi di dalam trafo karena tegangan beban menjadi terlalu rendah sebagai akibat dari beban trafo menjadi tinggi yang karenanya mempengaruhi kinerja dan efisiensinya.Pengaturan tegangan dinyatakan sebagai persentase (atau per unit) dari tegangan tanpa beban. Kemudian jika E mewakili tegangan sekunder tanpa beban dan V mewakili tegangan sekunder beban penuh, maka persentase pengaturan transformator diberikan sebagai:
Jadi misalnya, sebuah transformator menghasilkan 100 volt tanpa beban dan tegangan turun menjadi 95 volt pada beban penuh, peraturannya adalah 5%. Nilai E - V akan tergantung pada impedansi internal dari lilitan yang meliputi resistansi, R dan yang lebih penting adalah reaktansi AC X, arus dan sudut fasa.
Juga pengaturan tegangan umumnya meningkat karena faktor daya beban menjadi lebih lamban (induktif). Regulasi tegangan berkenaan dengan pemuatan transformator dapat bernilai positif atau negatif, yaitu dengan tegangan tanpa beban sebagai referensi, perubahan dalam regulasi saat beban diterapkan, atau dengan beban penuh sebagai referensi dan perubahan dalam peraturan karena beban dikurangi atau dihilangkan.
Secara umum, pengaturan transformator tipe inti ketika beban transformator tinggi tidak sebagus transformator tipe shell. Ini karena transformator tipe shell memiliki distribusi fluks yang lebih baik karena interlacing dari gulungan coil.
Dalam tutorial berikutnya tentang Transformator (trafo) kita akan melihat Lilitan Ganda Transformator (trafo daya) yang memiliki lebih dari satu lilitan primer atau lebih dari satu lilitan sekunder dan melihat bagaimana kita dapat menghubungkan dua gulungan sekunder atau lebih secara bersamaan untuk memasok lebih banyak tegangan atau lebih banyak arus ke beban terhubung.