Transformator dan prinsip -prinsipnya

A transformator adalah komponen pasif yang mentransfer energi listrik dari satu sirkuit ke sirkuit atau sirkuit lain. Mengubah arus dalam kumparan transformator apa pun menghasilkan fluks magnetik yang berubah dalam inti transformator, yang menginduksi perubahan gaya elektromotif (EMF) pada luka koil lainnya lainnya pada inti yang sama. Energi listrik dapat ditransfer antara kumparan yang terpisah tanpa hubungan logam (konduktif) antara dua sirkuit. Hukum induksi Faraday, ditemukan pada tahun 1831, menggambarkan efek tegangan yang diinduksi dalam koil apa pun karena perubahan pada dalam Fluks magnetik di sekitar kumparan.Transformer digunakan untuk mengubah level tegangan AC, jenis transformator ini dikenal sebagai tipe step-up atau step-down untuk meningkatkan atau mengurangi tingkat tegangan masing-masing. Transformer juga digunakan untuk memberikan isolasi galvanik antara sirkuit, dan untuk beberapa tahap sirkuit pemrosesan sinyal. Karena penemuan transformator potensial konstan pertama pada tahun 1885, transformator telah menjadi bagian penting dari transmisi, distribusi, dan pemanfaatan arus bolak -balik. Berbagai macam desain transformator ditemui dalam aplikasi elektronik dan daya. Transformer berkisar ukuran dari transformator frekuensi radio yang berukuran kurang dari sentimeter kubik hingga unit dengan berat ratusan ton untuk menghubungkan listrik.

Prinsip

Transformator yang ideal adalah linier, lossless dan coupling sempurna yang disiratkan dengan sempurna menyiratkan permeabilitas inti yang sangat tinggi dan induktansi belitan dan gaya magnetomotif net net (yaitu IPNP - ISNS = 0).Arus yang berubah dalam lilitan primer transformator menciptakan fluks magnet yang berubah dalam inti transformator, yang juga dikelilingi oleh belitan sekunder. Fluks yang berubah ini dalam belitan sekunder menginduksi perubahan EMF atau tegangan dalam belitan sekunder. Fenomena induksi elektromagnetik ini adalah dasar untuk aksi transformator, dan menurut hukum Lenz, arus sekunder yang dihasilkan menghasilkan fluks magnetik yang sama dan berlawanan dengan yang dihasilkan oleh belitan primer. Gulungannya terluka pada inti besi dengan magnetis tinggi tak terbatas Permeabilitas, sehingga semua fluks magnet melewati belitan primer dan sekunder. Sumber tegangan terhubung ke belitan primer, beban terhubung ke belitan sekunder, arus transformator mengalir ke arah yang ditentukan, dan gaya magnetomotif besi dari besi inti membatalkan nol.Menurut hukum Faraday, karena fluks magnet yang sama melewati belitan primer dan sekunder dari transformator yang ideal, tegangan sebanding dengan jumlah belitannya diinduksi di setiap belitan. Rasio tegangan lilitan transformator sama dengan rasio belokan belitan.Transformator yang ideal adalah perkiraan yang masuk akal dari transformator komersial yang khas, dengan rasio tegangan dan rasio belokan belitan yang keduanya berbanding terbalik dengan rasio arus yang sesuai.Impedansi beban sirkuit primer sama dengan kuadrat dari rasio belokan dikalikan dengan impedansi beban sirkuit sekunder.

Transformator nyata

Penyimpangan dari transformator ideal

Model transformator ideal mengabaikan aspek linier fundamental berikut dari transformer nyata:

Kerugian inti, secara kolektif disebut sebagai kerugian arus yang menarik, termasuk.

Kehilangan histeresis akibat efek magnetik nonlinier pada inti transformator, dan tKerugian arus eddy karena pemanasan inti besi sebanding dengan kuadrat tegangan yang diterapkan pada transformator.

Berbeda dengan model yang ideal, belitan dalam transformator nyata memiliki resistensi dan induktansi yang tidak nol:

1. Kerugian Joule Karena resistensi belitan primer dan sekunder

2. Fluks kebocoran keluar dari inti dan melalui satu belitan hanya menyebabkan impedansi reaktif primer dan sekunder.

3. Mirip dengan induktor, fenomena parasiticcapacitansi dan resonansi diri terjadi karena distribusi medan listrik. Biasanya tiga jenis kapasitansi parasit dipertimbangkan dan persamaan loop tertutup disediakan.

4. Kapasitansi antara belokan yang berdekatan di lapisan apa pun;

5. Kapasitansi antara lapisan yang berdekatan;

6. Kapasitansi antara inti dan lapisan yang berdekatan dengan inti;

Menggabungkan kapasitansi ke dalam model transformator adalah kompleks dan jarang dicoba; Sirkuit yang setara untuk model transformator "nyata" yang ditunjukkan di bawah ini tidak termasuk kapasitansi parasit. Namun, efek kapasitif dapat diukur dengan membandingkan induktansi sirkuit terbuka (mis. Induktansi belitan primer ketika sirkuit sekunder terbuka) ke Induktansi sirkuit pendek dari belitan sekunder saat disingkat.

Fluks kebocoran

Model transformator yang ideal mengasumsikan bahwa semua fluks yang dihasilkan oleh belitan primer menghubungkan semua putaran setiap belitan, termasuk dirinya sendiri. Dalam praktiknya, beberapa fluks melintasi jalan yang membawanya ke luar belitan. Fluks ini, yang dikenal sebagai fluks kebocoran, menyebabkan kebocoran Induktansi secara seri dengan belitan transformator yang digabungkan bersama. Fluks sasaran menyebabkan energi disimpan secara bergantian dan dilepaskan dari medan magnet untuk setiap siklus catu daya. tegangan agar tidak sebanding dengan tegangan primer, terutama pada beban berat. Oleh karena itu, transformator biasanya dirancang dengan induktansi kebocoran yang sangat rendah.Dalam beberapa aplikasi, peningkatan kebocoran diperlukan, dan jalur magnetik yang panjang, celah udara, atau pirau bypass magnetik dapat dengan sengaja dimasukkan ke dalam desain transformator untuk membatasi arus hubung singkat yang akan disuplai. Resistensi negatif, seperti busur listrik, lampu merkuri dan natrium, dan lampu neon, atau untuk menangani beban yang aman secara berkala secara berkala, seperti tukang las busur.Kesenjangan udara juga digunakan untuk mencegah saturasi transformator, terutama transformator audio dalam sirkuit dengan komponen DC dalam belitan. Reaktor jenuh menggunakan saturasi inti besi untuk mengontrol arus bolak -balik.

Pengetahuan tentang induktansi kebocoran juga berguna ketika transformator dioperasikan secara paralel. Dapat ditunjukkan bahwa jika dua transformator memiliki persentase impedansi yang sama dan rasio resistansi reaktansi belitan (x/r) terkait, transformator akan berbagi daya beban secara proporsional dengan proporsi peringkat masing -masing. Namun, transformator komersial memiliki toleransi impedansi yang luas. Juga, rasio impedansi dan x/r transformator dari berbagai ukuran cenderung berbeda.

• Sirkuit yang setara

• Mengacu pada gambar ini, perilaku fisik transformator nyata dapat diwakili oleh model sirkuit yang setara, yang dapat mencakup transformator yang ideal.

• Kerugian Joule yang berliku dan reaktansi kebocoran diwakili oleh impedansi loop seri berikut dari model:

• Belitan primer: RP, XP

• Gulungan sekunder: RS, XS.

• Dalam transformasi ekivalen sirkuit normal, RS dan XS sebenarnya biasanya dirujuk ke sisi primer dengan mengalikan impedansi ini dengan kuadrat dari rasio belokan (NP/NS) 2 = A2.

• Kehilangan zat besi dan reaktansi diwakili oleh impedansi cabang shunt berikut dari model:

• Kehilangan zat besi atau kehilangan zat besi: RC.

• Reaktansi Magnetisasi: xm.

RC dan XM secara kolektif disebut sebagai cabang magnetisasi model.

Kehilangan inti terutama disebabkan oleh histeresis dan efek arus eddy pada inti dan sebanding dengan kuadrat fluks inti yang beroperasi pada frekuensi yang diberikan.142–143 inti permeabilitas hingga membutuhkan IM arus yang magnetisasi untuk mempertahankan fluks timbal balik pada inti. Arus magnetisasi adalah dalam fase dengan fluks magnetik, dan hubungan antara keduanya adalah nonlinier karena efek saturasi. Namun, semua impedansi sirkuit yang setara adalah linier menurut definisi, dan efek nonlinier ini biasanya tidak tercermin dalam sirkuit setara transformator yang transformator . 142 Untuk catu daya sinusoidal, fluks inti tertinggal gaya elektromotif yang diinduksi sebesar 90 °. Ketika belitan sekunder terbuka, arus cabang eksitasi I0 sama dengan arus tanpa beban transformator.

Model yang dihasilkan, walaupun kadang -kadang disebut sirkuit setara "tepat" berdasarkan asumsi linearitas, mempertahankan banyak perkiraan, dapat menyederhanakan analisis dengan mengasumsikan bahwa impedansi cabang magnet relatif tinggi dan memindahkan cabang ke kiri primer Impedansi. Ini memperkenalkan kesalahan, tetapi memungkinkan menggabungkan resistansi sekunder primer dan referensi dengan sekadar menjumlahkan sebagai dua impedansi seri.Impedansi sirkuit setara transformator dan parameter rasio transformasi dapat diperoleh dengan uji berikut: uji sirkuit terbuka, uji sirkuit pendek, uji resistensi belitan, uji rasio transformasi.