Lompat ke konten Lompat ke sidebar Lompat ke footer
Beranda / Transformator (trafo)

Desain Transformator (Trafo)

Sebuah transformator mentransfer daya listrik dari satu rangkaian ke rangkaian lain tanpa mengubah frekuensi. Ini berisi gulungan primer dan sekunder. Gulungan primer terhubung ke supply utama dan sekunder ke rangkaian yang diperlukan. Di rangkaian proyek kami, kami telah mengambil desain transformator daya 50 hertz daya rendah (10 KVA) fasa tunggal sesuai kebutuhan kami dalam proyek tersebut.

Transformator pada dasarnya terdiri dari tiga jenis:
  1. Tipe Core (Inti)
  2. Tipe Shell (Kerang/luar)
  3. Toroidal
Dalam gulungan jenis inti mengelilingi bagian inti di mana seperti dalam shell jenis inti mengelilingi gulungan. Dalam tipe Inti ada dua tipe utama yaitu tipe EI dan tipe UT. Dalam desain transformator ini kami menggunakan tipe inti EI. Kami memilih inti EI karena belitan lebih mudah bila dibandingkan dengan toroidal, tetapi efisiensinya sangat tinggi (95% -96%). Itu karena kehilangan fluks sangat sedikit di inti toroidal relatif.

Transformator yang digunakan dalam proyek ini adalah
  1. Transformator Seri : Untuk memberikan dorongan yang dibutuhkan atau buck voltage dan
  2. Transformator Kontrol : Untuk merasakan tegangan output dan catu daya.

Rumus Desain

Di sini kita mengambil referensi data penggulungan pada tabel kawat tembaga berenamel dan dimensi tabel trafo untuk memilih gulungan input dan output SWG dan inti trafo untuk spesifikasi yang diberikan.

Prosedur desain diikuti dengan asumsi bahwa spesifikasi transformator berikut diberikan: -
  • Tegangan sekunder (Vs)
  • Arus sekunder (Is)
  • Rasio putaran (n2 / n1)
Dari detail yang diberikan ini kami menghitung lebar lidah, tinggi tumpukan, tipe inti, area jendela sebagai berikut: -
  • Sekunder Volt-Amps (SVA) = tegangan sekunder (Vs) * arus sekunder (Is)
  • Primer Volt-Amps (PVA) = Sekunder Volt-Amps (SVA) / 0.9 (dengan asumsi efisiensi transformator adalah 90%)
  • Tegangan primer (Vp) = Tegangan sekunder (Vs) / rasio putaran (n2/n1)
  • Arus primer (Ip) = Primer Volt-Amps (PVA) / Tegangan primer (Vp)
  • Area penampang inti yang diperlukan diberikan sebagai: - Area inti (CA) = 1.15 * sqrt (Primer Volt-amp (PVA))
  •  Gross core area (GCA) = Area inti (CA) * 1.1
  • Jumlah putaran pada belitan ditentukan oleh rasio yang diberikan sebagai: - Putaran per volt (Tpv) = 1 / (4.44 * 10-4 * area inti * frekuensi * kepadatan fluks)
Berliku data pada kawat tembaga ber-Enamel

(@ 200A/cm²)
Maks. Kapasitas Arus (Amp.)
Putaran/
Sq. cm
SWG
Maks. Kapasitas Arus (Amp.)
Putaran/
Sq. cm
SWG
0.001
81248
50
0.1874
711
29
0.0015
62134
49
0.2219
609
28
0.0026
39706
48
0.2726
504
27
0.0041
27546
47
0.3284
415
26
0.0059
20223
46
0.4054
341
25
0.0079
14392
45
0.4906
286
24
0.0104
11457
44
0.5838
242
23
0.0131
9337
43
0.7945
176
22
0.0162
7755
42
1.0377
137
21
0.0197
6543
41
1.313
106
20
0.0233
5595
40
1.622
87.4
19
0.0274
4838
39
2.335
60.8
18
0.0365
3507
38
3.178
45.4
17
0.0469
2800
37
4.151
35.2
16
0.0586
2286
36
5.254
26.8
15
0.0715
1902
35
6.487
21.5
14
0.0858
1608
34
8.579
16.1
13
0.1013
1308
33
10.961
12.8
12
0.1182
1137
32
13.638
10.4
11
0.1364
997
31
16.6
8.7
10
0.1588
881
30
Dimensi dari Transformator (Tabel Inti)

Type Nomor
Lebar Lidah (cm)
Area Jendela (Sq. Cm)
Type Nomor
Lebar Lidah (cm)
Area Jendela (Sq. Cm)
17
1.27
1.213
9
2.223
7,865
12A
1.588
1.897
9A
2.223
7,865
74
1.748
2.284
11A
1.905
9.072
23
1.905
2.723
4A
3.335
10.284
30
2
3
2
1.905
10.891
1.588
3.329
16
3.81
10.891
31
2.223
3.703
3
3.81
12.704
10
1.588
4.439
4AX
2.383
13.039
15
2.54
4.839
13
3.175
14.117
33
2.8
5.88
75
2.54
15.324
1
1.667
6.555
4
2.54
15.865
14
2.54
6.555
7
5.08
18.969
11
1.905
7.259
6
3.81
19.356
34
1.588
7.529
35A
3.81
39.316
3
3.175
7.562
8
5.08
49.803
Untuk operasi pada supply utama, frekuensinya adalah 50 HZ, sedangkan kepadatan fluks dapat diambil sebagai 1Wb/sq cm. Untuk stempel baja biasa dan 1.3Wb/sq cm untuk stempel CRGO, tergantung pada jenis yang akan digunakan.
Karenanya
  • Putaran primer (n1) = Putaran per volt (Tpv) * Tegangan primer (V1)
  • Putaran sekunder (n2) = Putaran per volt (Tpv) * Tegangan sekunder (V2) * 1.03 (Asumsikan ada penurunan 3% pada belitan transformator)
  • Lebar lidah laminasi kira-kira diberikan sebagai: -

Lebar lidah (Tw) = Sqrt * (GCA)

Kepadatan Arus

Ini adalah daya dukung arus kabel per unit luas penampang. Ini dinyatakan dalam satuan Amp/cm². Tabel kawat yang disebutkan di atas adalah untuk peringkat kontinu pada kerapatan arus 200A/cm². Untuk mode operasi transformator yang tidak kontinu atau intermiten, seseorang dapat memilih kepadatan yang lebih tinggi hingga 400A/cm², yaitu, dua kali kepadatan normal untuk menghemat biaya unit. Ini dipilih sebagai, kenaikan suhu untuk kasus-kasus operasional berselang kurang untuk kasus-kasus operasional berkelanjutan.

Jadi, tergantung pada kepadatan arus yang dipilih, kami sekarang menghitung nilai arus primer dan sekunder yang akan dicari dalam tabel kawat untuk memilih SWG: -

n1a = Arus primer (Ip) dihitung / (kerapatan arus / 200)
n2a = Arus sekunder (Is) dihitung / (kerapatan arus / 200)

Untuk nilai arus primer dan sekunder ini, kami memilih SWG dan Putaran yang sesuai per sqcm dari tabel kawat. Kemudian kami lanjutkan menghitung sebagai berikut: -
  • Area primer (pa) = Putaran primer (n1) / (Putaran primer per sqcm)
  • Area sekunder (sa) = Putaran sekunder (n2) / (Putaran sekunder per sqcm)
  • Total area jendela yang diperlukan untuk inti diberikan oleh: -
Total area (TA) = Area primer (pa) + Area sekunder (sa)
  • Ruang ekstra yang diperlukan untuk yang pertama dan isolasi dapat diambil sebagai ruang ekstra 30% dari apa yang dibutuhkan oleh daerah belitan yang sebenarnya. Nilai ini merupakan perkiraan dan mungkin harus dimodifikasi, tergantung pada metode belitan yang sebenarnya.
Area jendela (Wacal) = Total area (TA) * 1.3

Untuk nilai perhitungan lebar lidah di atas, kami memilih nomor inti dan area jendela dari tabel inti untuk memastikan bahwa area jendela yang dipilih lebih besar atau sama dengan area inti kotor. Jika kondisi ini tidak memuaskan, kami menggunakan lebar lidah yang lebih tinggi untuk memastikan kondisi yang sama dengan penurunan ketinggian tumpukan yang sesuai untuk mempertahankan area inti kotor yang konstan.
Dengan demikian kita mendapatkan lebar lidah (Twavail) dan area jendela ((avail) (aWa)) dari tabel inti
  • Tinggi Stack = Area inti kotor / Lebar lidah ((available) (atw)).
Untuk keperluan ukuran bekas yang tersedia secara komersial, kami memperkirakan tinggi tumpukan dengan rasio lebar lidah ke angka-angka berikut terdekat dari 1.25, 1.5, 1.75. Pada kasus terburuk kami mengambil rasio sama dengan 2. Namun rasio apa pun sampai 2 dapat diambil yang akan menuntut untuk membuat yang sebelumnya.

Jika rasio lebih besar dari 2 kami memilih lebar lidah yang lebih tinggi (aTw) memastikan semua kondisi seperti di atas.
  • Tinggi tumpukan (ht) / lebar lidah (aTw) = (beberapa rasio)
  • Tinggi tumpukan yang dimodifikasi = Lebar lidah (aTw) * Nilai terdekat dari rasio standar
  • Modifikasi Gross core area = Lebar lidah (aTw) * Tinggi stack yang dimodifikasi.
Prosedur desain yang sama berlaku untuk transformator kontrol, di mana kita perlu memastikan bahwa ketinggian tumpukan sama dengan lebar Lidah.

Dengan demikian kami menemukan nomor inti dan tinggi tumpukan untuk spesifikasi yang diberikan.

Merancang transformator menggunakan contoh

  • Rincian yang diberikan adalah sebagai berikut: -
  • Tegangan Sekunder (Vs) = 60V
Arus Sekunder (Is) = 4.44A
  • Putaran per rasio (n2/n1) = 0.5
Sekarang kita harus perhitungan sebagai berikut: -
  • Sekunder Volt-Amps (SVA) = Vs * Is = 60 * 4.44 = 266.4VA
  • Primer Volt-Amps (PVA) = SVA / 0.9 = 296.00VA
  • Tegangan Primer (Vp) = V2 / (n2/n1) = 60/0.5 = 120V
  • Arus Primer (Ip) = PVA/Vp = 296.0/120 = 2.467A
  • Area Inti (CA) = 1.15 * sqrt (PVA) = 1.15 * sqrt (296) = 19.785 cm²
  • Gross core area (GCA) = CA * 1.1 = 19.785 * 1.1 = 21.76 cm²
  • Putaran per volt (Tpv) = 1 / (4.44 * 10-4 * CA * frekuensi * Kerapatan fluks) = 1 / (4.44 * 10-4 * 19.785 * 50 * 1) = 2.272 putaran per volt
  • Putaran Primer (N1) = Tpv * Vp = 2.276 * 120 = 272.73 belokan
  • Putaran Sekunder (N2) = Tpv * Vs * 1.03 = 2.276 * 60 * 1.03 = 140.46 putaran
  • Lebar lidah (TW) = Sqrt*(GCA) = 4,690 cm
  • Kami memilih kepadatan arus sebagai 300A/cm², tetapi kepadatan arus di tabel kawat diberikan untuk 200A/cm², lalu
  • Nilai pencarian arus primer = Ip / (kepadatan arus/200) = 2,467 / (300/200) = 1,644A
  • Nilai pencarian arus sekunder = Is / (kepadatan arus/200) = 4.44 / (300/200) = 2.96A
Untuk nilai arus primer dan sekunder ini, kami memilih SWG dan Putaran yang sesuai per sqcm dari tabel kawat.
SWG1 = 19
SWG2 = 18
Putaran per sqcm primer = 87.4 cm²
Putaran per sqcm sekunder = 60.8 cm²
  • Area primer (pa) = n1 / putaran per sqcm (primer) = 272.73 / 87.4 = 3.120 cm²
  • Area sekunder (sa) = n2 / putaran per sqcm (sekunder) = 140.46 / 60.8 = 2.310 cm²
  • Total area (at) = pa + sa = 3.120 + 2.310 = 5.430 cm²
  • Area jendela (Wa) = total area * 1.3 = 5.430 * 1.3 = 7.059 cm²
Untuk nilai perhitungan lebar lidah di atas, kami memilih nomor inti dan area jendela dari tabel inti untuk memastikan bahwa area jendela yang dipilih lebih besar atau sama dengan area inti kotor. Jika kondisi ini tidak memuaskan, kami menggunakan lebar lidah yang lebih tinggi untuk memastikan kondisi yang sama dengan penurunan ketinggian tumpukan yang sesuai untuk mempertahankan area inti kotor yang konstan.

Dengan demikian kita mendapatkan lebar lidah (Twavail) dan area jendela ((availlable) (aWa)) dari tabel inti:
  • Jadi lebar lidah tersedia (atw) = 3.81cm
  • Area jendela tersedia (awa) = 10.891 cm²
  • Nomor inti = 16
  • Tinggi Tumpukan = gca / atw = 21.99 / 3.810 = 5.774cm
Untuk alasan kinerja, kami memperkirakan rasio tinggi terhadap lebar lidah (aTw) dengan angka terdekat di bawah ini yaitu 1.25, 1.5, dan 1.75. Paling buruk kami mengambil rasio sama dengan 2.
Jika rasio lebih besar dari 2 kami memilih lebar lidah yang lebih tinggi memastikan semua kondisi seperti di atas.
  • Tinggi tumpukan (ht) / lebar lidah (aTw) = 5.774 / 3.81 = 1.516
  • Tinggi tumpukan yang dimodifikasi = Lebar lidah (aTw) * Nilai terdekat dari rasio standar = 3.810 * 1.516 = 5.715 cm
  • Area inti kotor yang dimodifikasi = Lebar lidah (aTw) * Tinggi tumpukan yang dimodifikasi = 3.810 * 5.715 = 21.774 cm²
Dengan demikian kami menemukan nomor inti dan tinggi tumpukan untuk spesifikasi yang diberikan.

Desain transformator kontrol kecil dengan contoh

Rincian yang diberikan adalah sebagai berikut: -
  • Tegangan Sekunder (Vs) = 18V
  • Arus Sekunder (Is) = 0.3A
  • Putaran per rasio (n2/n1) = 1
Sekarang kita harus perhitungan sebagai berikut: -
  • Sekunder Volt-Amps (SVA) = Vs * Is = 18 * 0.3 = 5.4VA
  • Primer Volt-Amps (PVA) = SVA / 0.9 = 5.4 / 0.9 = 6VA
  • Tegangan Primer (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 18/1 = 18V
  • Arus Primer (Ip) = PVA / Vp = 6/18 = 0.333A
  • Area Inti (CA) = 1.15 * sqrt (PVA) = 1.15 * sqrt (6) = 2,822 cm²
  • Area inti silang (GCA) = CA * 1.1 = 2.822 * 1.1 = 3.132 cm²
  • Putaran per volt (Tpv) = 1 / (4.44 * 10-4 * CA * frekuensi * Kerapatan fluks) = 1 / (4.44 * 10-4 * 2.822 * 50 * 1) = 15.963 putaran per volt
  • Putaran Primer (N1) = Tpv * Vp = 15.963 * 18 = 287.337 putaran
  • Putaran Sekunder (N2) = Tpv * Vs * 1.03 = 15.963 * 60 * 1.03 = 295.957 putaran
  • Lebar lidah (TW) = Sqrt * (GCA) = sqrt * (3.132) = 1.770 cm
Kami memilih kepadatan arus sebagai 200A/cm², tetapi kepadatan arus di tabel kawat diberikan untuk 200A/cm², lalu
  • Nilai pencarian arus primer = Ip / (kepadatan arus/200) = 0.333 / (200/200) = 0.333A
  • Nilai pencarian arus sekunder = Is / (kepadatan arus/200) = 0.3 / (200/200) = 0.3A
Untuk nilai arus primer dan sekunder ini, kami memilih SWG dan Putaran yang sesuai per Sq. cm dari meja kawat.
SWG1 = 26
SWG2 = 27
Putaran per Sq. cm primer = 415 putaran
Putaran per Sq. cm sekunder = 504 putaran
  • Area primer (pa) = n1 / putaran per sqcm (primer) = 287.337 / 415 = 0.692 cm²
  • Area sekunder (sa) = n2 / putaran per sqcm (sekunder) = 295.957 / 504 = 0,587 cm²
  • Total area (at) = pa + sa = 0.692 + 0.587 = 1.280 cm²
  • Area jendela (Wa) = total area * 1.3 = 1.280 * 1.3 = 1.663 cm²
Untuk nilai perhitungan lebar lidah di atas, kami memilih nomor inti dan area jendela dari tabel inti untuk memastikan bahwa area jendela yang dipilih lebih besar atau sama dengan area inti kotor. Jika kondisi ini tidak memuaskan, kami menggunakan lebar lidah yang lebih tinggi untuk memastikan kondisi yang sama dengan penurunan ketinggian tumpukan yang sesuai untuk mempertahankan area inti kotor yang konstan.

Dengan demikian kita mendapatkan lebar lidah (Twavail) dan area jendela ((tersedia) (aWa)) dari tabel inti
  • Jadi lebar lidah tersedia (atw) = 1.905cm
  • Area jendela tersedia (awa) = 18.969 cm²
  • Nomor inti = 23
  • Tinggi Stack = gca / atw = 3.132 / 1.905 = 1.905cm
Oleh karena itu transformator kontrol dirancang.