Transformator adalah perangkat elektromagnetik yang digunakan untuk mengubah arus bolak-balik dari satu tegangan dan frekuensi menjadi arus bolak-balik dari tegangan lain (atau sama) dan frekuensi yang sama.
Isi
Desain dan fungsi transformator
Dalam bentuknya yang paling sederhana transformator memiliki belitan primer dengan jumlah belitan W1 dan sekunder dengan W2. Energi disuplai ke belitan primer, beban terhubung ke belitan sekunder. Energi ditransfer oleh induksi elektromagnetik. Untuk meningkatkan kopling elektromagnetik, dalam banyak kasus belitan ditempatkan pada inti tertutup (inti magnetik).
Jika tegangan bolak-balik U1maka arus bolak-balik I1yang menciptakan fluks magnet F dengan bentuk yang sama di inti. Fluks magnet ini menginduksi EMF pada belitan sekunder. Jika beban dihubungkan ke rangkaian sekunder, arus sekunder I2.
Tegangan pada belitan sekunder ditentukan oleh rasio belitan W1 dan W2:
kamu2=U1*(W1/W2)=U1/k, dimana k rasio transformasi.
Jika k<1 maka U2>U1, dan transformator semacam itu disebut transformator step-up. Jika k>1 , maka U2<>1, ini trafo disebut trafo step down. Karena daya keluaran transformator sama dengan daya masukan (dikurangi rugi-rugi pada transformator itu sendiri), kita dapat mengatakan bahwa Rf=Rin, U1*SAYA1=U2*SAYA2 dan saya2= aku1*k=aku1*(W1/W2). Jadi, dalam transformator lossless, tegangan input dan output berbanding lurus dengan rasio belitan belitan. Dan arus berbanding terbalik dengan rasio ini.
Sebuah transformator dapat memiliki lebih dari satu gulungan sekunder dengan rasio yang berbeda. Misalnya, transformator 220 volt untuk memasok bola lampu rumah tangga dapat memiliki satu belitan sekunder, mis. 500 volt untuk mensuplai rangkaian anoda dan 6 volt untuk mensuplai rangkaian pijar. Dalam kasus pertama k<1, dalam kasus kedua k>1.
Trafo hanya bekerja dengan tegangan bolak-balik - agar EMF terjadi pada belitan sekunder, fluks magnet harus berubah.
Jenis inti untuk transformator
Dalam praktiknya, inti tidak hanya bentuk yang ditentukan yang digunakan. Tergantung pada tujuan perangkat, inti magnetik dapat dibuat dengan cara yang berbeda.
inti inti
Inti transformator frekuensi rendah terbuat dari baja dengan sifat magnetik yang nyata. Untuk mengurangi arus eddy, susunan inti dirakit dari pelat individu yang diisolasi secara elektrik satu sama lain. Untuk operasi pada frekuensi tinggi, bahan lain seperti ferit digunakan.
Inti yang dibahas di atas disebut inti batang dan terdiri dari dua batang. Untuk transformator fase tunggal, inti tiga inti juga digunakan. Mereka memiliki fluks nyasar magnet yang lebih sedikit dan efisiensi yang lebih tinggi. Dalam hal ini, gulungan primer dan sekunder ditempatkan pada inti pusat.
Transformator tiga fase juga dibuat pada inti tiga fase. Gulungan primer dan sekunder dari setiap fase masing-masing pada intinya sendiri. Dalam beberapa kasus, inti lima inti digunakan.Gulungan disusun dengan cara yang persis sama, primer dan sekunder masing-masing pada intinya sendiri, dan dua batang terluar di setiap sisi hanya digunakan untuk menghubungkan arus pendek fluks magnet dalam mode tertentu.
lapis baja
Transformator fase tunggal dibuat dalam inti lapis baja - kedua kumparan ditempatkan pada inti pusat inti magnetik. Fluks magnet dalam inti seperti itu dihubung pendek mirip dengan desain tiga inti - melalui dinding samping. Fluks hamburan dalam hal ini sangat kecil.
Keuntungan dari desain ini termasuk beberapa keuntungan dalam ukuran dan berat karena kemungkinan pengisian yang lebih padat dari jendela inti oleh belitan, sehingga menguntungkan untuk menggunakan inti lapis baja untuk pembuatan transformator daya rendah. Konsekuensi dari ini juga merupakan sirkuit magnetik yang lebih pendek, yang mengarah pada kerugian tanpa beban yang lebih rendah.
Kerugiannya adalah akses yang lebih sulit ke belitan untuk pemeriksaan dan perbaikan, serta meningkatnya kesulitan dalam memproduksi insulasi untuk tegangan tinggi.
toroidal
Dengan inti toroidal, fluks magnet benar-benar tertutup di dalam inti, dan hampir tidak ada disipasi fluks magnet. Tetapi trafo ini sulit digulung, sehingga jarang digunakan, mis. di autotransformer yang diatur dengan daya rendah atau di perangkat frekuensi tinggi di mana kekebalan interferensi penting.
Transformator otomatis
Dalam beberapa kasus, disarankan untuk menggunakan transformator di mana tidak hanya ada hubungan magnetis antara belitan, tetapi juga listrik. Artinya, dalam perangkat step-up, belitan primer adalah bagian dari belitan sekunder, dan dalam perangkat step-down, belitan sekunder adalah bagian dari belitan primer. Perangkat semacam itu disebut autotransformer (AT).
Sebuah autotransformator step-down bukanlah pembagi tegangan sederhana - kopling magnetik juga terlibat dalam mentransfer energi ke sirkuit sekunder.
Kelebihan autotransformer adalah:
- kerugian yang lebih rendah;
- kemampuan untuk mengatur tegangan dengan lancar;
- lebih sedikit bobot dan dimensi (transformator otomatis lebih murah, lebih mudah diangkut);
- biaya lebih rendah karena jumlah bahan yang dibutuhkan lebih rendah.
Kerugiannya termasuk kebutuhan untuk isolasi kedua belitan, dirancang untuk tegangan yang lebih tinggi, serta kurangnya isolasi galvanik antara input dan output, yang dapat mentransfer efek fenomena atmosfer dari sirkuit primer ke sirkuit sekunder. Pada saat yang sama, elemen sirkuit sekunder tidak dapat diarde. Juga, peningkatan arus hubung singkat dianggap sebagai kerugian dari AT. Dengan autotransformer tiga fase, belitan biasanya terhubung secara bintang dengan netral yang diarde, skema koneksi lain dimungkinkan, tetapi terlalu rumit dan tidak praktis. Ini juga merupakan kelemahan yang membatasi penggunaan autotransformer.
Aplikasi transformator
Sifat transformator untuk menaikkan atau menurunkan tegangan banyak digunakan di industri dan di rumah.
Transformasi tegangan
Ada persyaratan yang berbeda untuk tingkat tegangan industri pada tahap yang berbeda. Karena berbagai alasan, tidak menguntungkan menggunakan generator tegangan tinggi dalam pembangkitan energi listrik. Itu sebabnya, misalnya, digunakan generator 6...35 kV di pembangkit listrik tenaga air. Sebaliknya, tegangan yang lebih tinggi diperlukan untuk transportasi daya - dari 110 kV hingga 1150 kV, tergantung pada jarak. Tegangan ini kemudian diturunkan lagi menjadi 6...10 kV, didistribusikan ke gardu induk lokal, dari mana tegangan tersebut diturunkan menjadi 380(220) volt dan sampai ke konsumen akhir. Untuk peralatan rumah tangga dan industri tetap harus diturunkan, biasanya menjadi 3...36 volt.
Semua operasi ini dilakukan dengan transformator daya. Mereka bisa dari versi kering atau minyak. Dalam kasus kedua, inti dengan belitan ditempatkan di tangki dengan oli, yang merupakan media isolasi dan pendingin.
Isolasi galvanik
Isolasi galvanik meningkatkan keamanan perangkat listrik. Jika Anda tidak menyalakan perangkat secara langsung dari 220 volt, di mana salah satu konduktor terhubung ke ground, tetapi melalui transformator 220/220 volt, tegangan suplai tetap sama. Tetapi jika tanah dan bagian pembawa arus sekunder bersentuhan pada saat yang sama, tidak akan ada sirkuit untuk arus mengalir dan risiko tersengat listrik akan jauh lebih rendah.
Pengukuran tegangan
Di semua instalasi listrik, level tegangan harus dipantau. Jika kelas tegangan hingga 1000 volt digunakan, voltmeter dihubungkan langsung ke bagian aktif. Dalam instalasi di atas 1.000 volt ini tidak terjadi - perangkat yang dapat menahan tegangan ini terlalu besar dan tidak aman jika terjadi kerusakan isolasi. Oleh karena itu, dalam sistem seperti itu, voltmeter dihubungkan ke konduktor tegangan tinggi melalui transformator dengan rasio transformasi yang nyaman. Misalnya, untuk jaringan 10 kV, transformator pengukur 1: 100 digunakan, outputnya adalah tegangan standar 100 volt. Jika tegangan primer berubah dalam amplitudo, tegangan sekunder juga berubah pada saat yang bersamaan. Skala voltmeter biasanya lulus dalam rentang tegangan primer.
Trafo adalah komponen yang agak rumit dan mahal untuk diproduksi dan dirawat. Namun, perangkat ini sangat diperlukan di banyak daerah, dan tidak ada alternatif lain.
Artikel terkait:
