Transformator adalah perangkat elektromagnetik yang digunakan untuk mengubah arus bolak-balik dari satu tegangan dan frekuensi menjadi arus bolak-balik dari tegangan yang berbeda (atau sama) dan frekuensi yang sama.
Isi
Perangkat dan pengoperasian transformator
Dalam kasus yang paling sederhana transformator berisi satu lilitan primer dengan jumlah lilitan W1 dan satu sekunder dengan jumlah lilitan W2. Energi disuplai ke belitan primer, beban terhubung ke sekunder. Perpindahan energi dilakukan dengan induksi elektromagnetik. Untuk meningkatkan kopling elektromagnetik, dalam banyak kasus, belitan ditempatkan pada inti tertutup (sirkuit magnetik).
Jika tegangan bolak-balik U diterapkan pada belitan primer1, maka arus bolak-balik I1, yang menciptakan fluks magnet 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 adalah rasio transformasi.
Jika k<1, maka U2>U1, dan transformator semacam itu disebut step-up. Jika k>1, maka U2<U1, seperti transformator disebut step down. Karena daya keluaran transformator sama dengan daya masukan (dikurangi kerugian pada transformator itu sendiri), kita dapat mengatakan bahwa Pout \u003d Pin, 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 mungkin memiliki lebih dari satu gulungan sekunder dengan rasio yang berbeda. Jadi, transformator untuk menyalakan peralatan lampu rumah tangga dari jaringan 220 volt dapat memiliki satu belitan sekunder, misalnya, 500 volt ke sirkuit anoda daya dan 6 volt ke sirkuit pijar. Dalam kasus pertama k<1, dalam kasus kedua - k>1.
Trafo hanya bekerja dengan tegangan bolak-balik - untuk terjadinya EMF pada belitan sekunder, fluks magnet harus berubah.
Jenis inti untuk transformator
Dalam praktiknya, inti tidak hanya dari bentuk yang ditunjukkan yang digunakan. Tergantung pada tujuan perangkat, sirkuit magnetik dapat dilakukan dengan cara yang berbeda.
inti batang
Sirkuit magnetik transformator frekuensi rendah terbuat dari baja dengan sifat magnetik yang diucapkan.Untuk mengurangi arus eddy, susunan inti dirakit dari pelat terpisah yang diisolasi secara elektrik satu sama lain. Untuk bekerja pada frekuensi tinggi, bahan lain digunakan, misalnya, ferit.
Inti yang dipertimbangkan di atas disebut inti dan terdiri dari dua batang. Untuk transformator fase tunggal, sirkuit magnetik tiga batang juga digunakan. Mereka memiliki fluks kebocoran magnet yang lebih sedikit dan efisiensi yang lebih tinggi. Dalam hal ini, belitan primer dan sekunder terletak di batang pusat inti.
Trafo tiga fase juga dibuat pada inti tiga batang. Mereka memiliki gulungan primer dan sekunder dari setiap fase, masing-masing terletak pada intinya sendiri. Dalam beberapa kasus, sirkuit magnetik lima batang digunakan. Gulungan mereka terletak dengan cara yang persis sama - masing-masing primer dan sekunder pada batangnya sendiri, dan dua batang ekstrem di setiap sisi hanya dimaksudkan untuk menutup fluks magnet dalam mode tertentu.
lapis baja
Di inti lapis baja, transformator fase tunggal dibuat - kedua kumparan ditempatkan pada inti pusat dari sirkuit magnetik. Fluks magnet dalam inti seperti itu menutup mirip dengan konstruksi tiga batang - melalui dinding samping. Fluks kebocoran sangat kecil dalam kasus ini.
Keuntungan dari desain ini termasuk beberapa penambahan dalam ukuran dan berat karena kemungkinan pengisian yang lebih padat dari jendela inti dengan belitan, sehingga menguntungkan untuk menggunakan inti lapis baja untuk pembuatan transformator daya rendah. Ini juga menghasilkan sirkuit magnetik yang lebih pendek, yang mengarah pada pengurangan kerugian tanpa beban.
Kerugiannya adalah akses yang lebih sulit ke belitan untuk revisi dan perbaikan, serta meningkatnya kompleksitas pembuatan insulasi untuk tegangan tinggi.
toroidal
Dalam inti toroidal, fluks magnet benar-benar tertutup di dalam inti, dan praktis tidak ada kebocoran fluks magnet. Tetapi transformator seperti itu sulit untuk diputar, sehingga jarang digunakan, misalnya, pada transformator otomatis berdaya rendah yang dapat disetel atau pada perangkat frekuensi tinggi di mana kekebalan kebisingan penting.
Transformator otomatis
Dalam beberapa kasus, disarankan untuk menggunakan transformator semacam itu, yang tidak hanya memiliki hubungan magnetis antara belitan, tetapi juga listrik. Artinya, pada perangkat step-up, belitan primer adalah bagian dari sekunder, dan pada perangkat step-down, bagian sekunder dari primer. Perangkat semacam itu disebut autotransformer (AT).
Sebuah autotransformator step-down bukanlah pembagi tegangan sederhana - kopling magnetik juga terlibat dalam transfer energi ke sirkuit sekunder.
Keuntungan dari autotransformator adalah:
- kerugian yang lebih kecil;
- kemungkinan pengaturan tegangan halus;
- indikator berat dan ukuran yang lebih kecil (transformator otomatis lebih murah, lebih mudah untuk mengangkutnya);
- biaya lebih rendah karena jumlah bahan yang dibutuhkan lebih kecil.
Kerugiannya termasuk kebutuhan untuk menggunakan insulasi kedua belitan, yang dirancang untuk tegangan lebih tinggi, serta kurangnya isolasi galvanik antara input dan output, yang dapat mentransfer efek fenomena atmosfer dari sirkuit primer ke sekunder. Dalam hal ini, elemen sirkuit sekunder tidak dapat diarde.Juga, kerugian dari AT dianggap peningkatan arus hubung singkat. Untuk autotransformer tiga fase, belitan biasanya terhubung dalam bintang dengan netral yang diarde, skema koneksi lain dimungkinkan, tetapi terlalu rumit dan tidak praktis. Ini juga merupakan kelemahan yang mempersempit cakupan autotransformer.
Aplikasi transformator
Sifat transformator untuk menaikkan atau menurunkan tegangan banyak digunakan dalam industri dan kehidupan sehari-hari.
Transformasi tegangan
Persyaratan yang berbeda dikenakan pada tingkat tegangan industri pada tahap yang berbeda. Saat menghasilkan listrik, tidak menguntungkan menggunakan generator tegangan tinggi karena berbagai alasan. Oleh karena itu, misalnya, generator untuk 6 ... 35 kV digunakan di pembangkit listrik tenaga air. Untuk mengangkut listrik, sebaliknya, Anda memerlukan peningkatan tegangan - dari 110 kV menjadi 1150 kV, tergantung pada jaraknya. Selanjutnya, tegangan ini kembali diturunkan ke level 6 ... 10 kV, didistribusikan ke gardu induk lokal, dari mana diturunkan menjadi 380 (220) volt dan sampai ke konsumen akhir. Pada peralatan rumah tangga dan industri, itu juga harus diturunkan, biasanya menjadi 3 ... 36 volt.
Semua operasi ini dilakukan dengan menggunakan transformator daya. Mereka bisa kering atau berbasis minyak. Dalam kasus kedua, inti dengan belitan ditempatkan di tangki dengan oli, yang merupakan media isolasi dan pendingin.
Isolasi galvanik
Isolasi galvanik meningkatkan keamanan peralatan listrik. Jika perangkat ditenagai tidak langsung dari jaringan 220 volt, di mana salah satu konduktor terhubung ke ground, tetapi melalui transformator 220/220 volt, maka tegangan suplai akan tetap sama.Tetapi dengan menyentuh bumi secara simultan dan bagian pembawa arus sekunder dari sirkuit untuk aliran arus, tidak akan ada aliran arus, dan bahaya sengatan listrik akan jauh lebih rendah.
Pengukuran tegangan
Di semua instalasi listrik perlu untuk mengontrol level tegangan. Jika digunakan kelas tegangan hingga 1000 volt, maka voltmeter dihubungkan langsung ke bagian aktif. Dalam instalasi listrik di atas 1000 volt, ini tidak akan berfungsi - perangkat yang dapat menahan tegangan seperti itu menjadi 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 instrumen 1:100 digunakan, outputnya adalah tegangan standar 100 volt. Jika tegangan pada belitan primer berubah amplitudo, maka tegangan pada belitan primer berubah secara bersamaan. Skala voltmeter biasanya lulus dalam rentang tegangan primer.
Trafo adalah elemen yang agak rumit dan mahal untuk produksi dan pemeliharaan. Namun, di banyak daerah perangkat ini sangat diperlukan, dan tidak ada alternatif untuk itu.
Artikel serupa:
