Isi
- Menghitung Rasio Transformer Turns
- Pembangunan Transformer
- Jenis Efek Transformer
- Transformer dalam Praktek
- Persamaan Transformer dalam Saling Induktansi
Arus bolak-balik (AC) di sebagian besar peralatan di rumah Anda hanya dapat berasal dari saluran listrik yang mengalirkan arus (DC) melalui penggunaan transformator. Melalui semua jenis arus yang berbeda yang dapat mengalir melalui suatu rangkaian, membantu memiliki kekuatan untuk mengendalikan fenomena listrik ini. Untuk semua kegunaannya dalam mengubah tegangan rangkaian, transformator sangat bergantung pada rasio belokannya.
Menghitung Rasio Transformer Turns
Trafo mengubah rasio adalah pembagian jumlah belitan pada belitan primer dengan jumlah belitan pada belitan sekunder berdasarkan persamaan TR = Nhal/ Ns. Rasio ini juga harus sama dengan tegangan belitan primer dibagi dengan tegangan belitan sekunder, seperti yang diberikan oleh Vhal/ Vs. Gulungan primer mengacu pada induktor bertenaga, elemen rangkaian yang menginduksi medan magnet sebagai respons terhadap aliran muatan, dari transformator, dan yang sekunder adalah induktor tidak bertenaga.
Rasio ini berlaku di bawah asumsi bahwa sudut fase dari belitan primer sama dengan sudut fase sekunder oleh persamaan ΦP = ΦS. Sudut fase primer dan sekunder ini menjelaskan bagaimana arus, yang berganti-ganti antara arah maju dan mundur di belitan primer dan sekunder transformator, selaras satu sama lain.
Untuk sumber tegangan AC, seperti yang digunakan dengan transformator, bentuk gelombang yang masuk adalah sinusoidal, bentuk yang dihasilkan oleh gelombang sinus. Rasio putaran transformator memberi tahu Anda seberapa besar perubahan tegangan melalui transformator saat arus beralih dari belitan primer ke belitan sekunder.
Harap perhatikan juga bahwa kata "rasio" dalam rumus ini merujuk ke a pecahan, bukan rasio aktual. Fraksi 1/4 berbeda dari rasio 1: 4. Sementara 1/4 adalah satu bagian dari keseluruhan yang dibagi menjadi empat bagian yang sama, rasio 1: 4 menyatakan bahwa, untuk satu hal, ada empat hal lain. "Rasio" pada transformator ternyata rasio adalah fraksi, bukan rasio, dalam rumus rasio transformator.
Rasio putaran transformator menunjukkan bahwa perbedaan fraksional yang diambil oleh tegangan berdasarkan jumlah kumparan yang dililit di sekitar bagian primer dan sekunder dari transformator. Sebuah transformator dengan lima gulungan luka primer dan 10 gulungan sekunder luka akan memotong sumber tegangan menjadi setengah seperti yang diberikan oleh 5/10 atau 1/2.
Apakah tegangan naik atau turun akibat kumparan ini menentukan transformator step-up atau transformator step-down dengan rumus rasio transformator. Sebuah transformator yang tidak menambah atau mengurangi tegangan adalah "transformator impedansi" yang dapat mengukur impedansi, sebuah oposisi sirkuit terhadap arus, atau hanya menunjukkan kerusakan antara berbagai sirkuit listrik.
Pembangunan Transformer
Komponen inti transformator adalah dua kumparan, primer dan sekunder, yang membungkus inti besi. Inti feromagnetik, atau inti yang terbuat dari magnet permanen, dari transformator juga menggunakan irisan tipis yang diisolasi secara elektrik sehingga permukaan ini dapat mengurangi resistansi terhadap arus yang mengalir dari kumparan primer ke kumparan sekunder transformator.
Konstruksi transformator umumnya akan dirancang untuk kehilangan energi sesedikit mungkin. Karena tidak semua fluks magnetik dari kumparan primer beralih ke kumparan sekunder, akan ada beberapa kerugian dalam praktiknya. Transformer juga akan kehilangan energi karena arus eddy, arus listrik lokal yang disebabkan oleh perubahan medan magnet di sirkuit listrik.
Transformer mendapatkan namanya karena mereka menggunakan susunan inti magnetisasi ini dengan gulungan pada dua bagian yang terpisah untuk mengubah energi listrik menjadi energi magnetik melalui magnetisasi inti dari arus melalui belitan primer.
Kemudian, inti magnetik menginduksi arus dalam gulungan sekunder, yang mengubah energi magnetik kembali menjadi energi listrik. Ini berarti bahwa transformator selalu beroperasi pada sumber tegangan AC yang masuk, yang beralih antara arah arus maju dan mundur secara berkala.
Jenis Efek Transformer
Selain dari rumus tegangan atau jumlah kumparan, Anda dapat mempelajari transformator untuk mempelajari lebih lanjut tentang sifat berbagai jenis voltase, induksi elektromagnetik, medan magnet, fluks magnet, dan properti lainnya yang dihasilkan dari konstruksi transformator.
Berbeda dengan sumber tegangan yang arus dalam satu arah, sebuah Sumber tegangan AC dikirim melalui koil primer akan membuat medan magnetnya sendiri. Fenomena ini dikenal sebagai induktansi timbal balik.
Kekuatan medan magnet akan meningkat ke nilai maksimumnya, yang sama dengan perbedaan fluks magnet dibagi dengan periode waktu, dΦ / dt. Perlu diingat, dalam hal ini, Φ digunakan untuk menunjukkan fluks magnet, bukan sudut fase. Garis-garis medan magnet ini ditarik keluar dari elektromagnet. Engineers building transformers juga memperhitungkan hubungan fluks, yang merupakan produk dari fluks magnetik Φ dan jumlah gulungan di kawat N disebabkan oleh medan magnet yang berpindah dari satu koil ke koil lainnya.
Persamaan umum untuk fluks magnet adalah Φ = BAcosθ untuk area permukaan yang dilalui lapangan SEBUAH dalam m2, Medan gaya B dalam Teslas dan θ sebagai sudut antara vektor tegak lurus ke area dan medan magnet. Untuk kasing sederhana yang dililitkan di sekitar magnet, fluks diberikan oleh Φ = NBA untuk jumlah kumparan N, Medan gaya B dan di area tertentu SEBUAH dari permukaan yang sejajar magnet. Namun, untuk transformator, hubungan fluks menyebabkan fluks magnet pada belitan primer sama dengan belitan sekunder.
Berdasarkan Hukum saat ini, Anda dapat menghitung tegangan yang diinduksi pada gulungan primer atau sekunder dari transformator dengan menghitung N x dΦ / dt. Ini juga menjelaskan mengapa transformator mengubah rasio tegangan dari satu bagian transformator ke yang lain sama dengan jumlah kumparan dari satu ke yang lain.
Jika Anda membandingkan N x dΦ / dt dari satu bagian ke bagian lainnya, bagian dΦ / dt akan dibatalkan karena kedua bagian memiliki fluks magnet yang sama. Akhirnya, Anda dapat menghitung transformer ampere-putaran sebagai produk kali ini jumlah kumparan sebagai metode untuk mengukur kekuatan magnet dari kumparan
Transformer dalam Praktek
Distribusi daya menyalurkan listrik dari pembangkit listrik ke bangunan dan rumah. Saluran listrik ini dimulai dari pembangkit listrik di mana generator listrik menciptakan energi listrik dari beberapa sumber. Ini bisa berupa bendungan hidroelektrik yang memanfaatkan kekuatan air atau turbin gas yang menggunakan pembakaran untuk menghasilkan energi mekanik dari gas alam dan mengubahnya menjadi listrik. Sayangnya, listrik ini diproduksi sebagai Tegangan DC yang perlu dikonversi ke tegangan AC untuk sebagian besar peralatan rumah tangga.
Transformer membuat listrik ini dapat digunakan dengan membuat catu daya DC satu fasa untuk rumah tangga dan bangunan dari tegangan AC berosilasi yang masuk. Transformer di sepanjang jaringan distribusi daya juga memastikan tegangan adalah jumlah yang sesuai untuk elektronik rumah dan sistem kelistrikan. Grid distribusi juga menggunakan "bus" yang memisahkan distribusi menjadi beberapa arah bersama pemutus sirkuit untuk menjaga distribusi yang terpisah berbeda satu sama lain.
Insinyur sering memperhitungkan efisiensi transformator menggunakan persamaan sederhana untuk efisiensi sebagai _η = PHAI/ Psaya _fatau daya output P__HAI dan daya input Psaya. Berdasarkan konstruksi desain transformator, sistem ini tidak kehilangan energi akibat gesekan atau hambatan udara karena transformator tidak melibatkan bagian yang bergerak.
Arus magnetisasi, jumlah arus yang diperlukan untuk menarik inti transformator, umumnya sangat kecil dibandingkan dengan arus yang diinduksi oleh bagian utama transformator. Faktor-faktor ini berarti bahwa transformer biasanya sangat efisien dengan efisiensi 95 persen dan lebih tinggi untuk sebagian besar desain modern.
Jika Anda menerapkan sumber tegangan AC ke belitan utama sebuah transformator, fluks magnetik yang diinduksi dalam inti magnetik akan terus menginduksi tegangan AC pada belitan sekunder dalam fase yang sama dengan tegangan sumber. Namun, fluks magnet pada inti tetap 90 ° di belakang sudut fase tegangan sumber. Ini berarti arus belitan primer, arus magnetisasi, juga tertinggal di belakang sumber tegangan AC.
Persamaan Transformer dalam Saling Induktansi
Selain medan, fluks dan tegangan, trafo menggambarkan fenomena elektromagnetik dari induktansi timbal balik yang memberi lebih banyak daya pada belitan primer trafo ketika dihubungkan ke catu daya listrik.
Ini terjadi sebagai reaksi belitan primer terhadap peningkatan beban, sesuatu yang menghabiskan daya, pada belitan sekunder. Jika Anda menambahkan beban ke gulungan sekunder melalui metode seperti meningkatkan tahanan kabelnya, gulungan primer akan merespons dengan menarik lebih banyak arus dari sumber daya untuk mengkompensasi penurunan ini. Saling induktansi adalah beban yang Anda kenakan pada sekunder yang dapat Anda gunakan untuk menghitung kenaikan arus melalui belitan primer.
Jika Anda menulis persamaan tegangan terpisah untuk belitan primer dan sekunder, Anda dapat menggambarkan fenomena induktansi timbal balik ini. Untuk belitan utama, VP = SayaPR1 + L1Δ akuP/ Δt - M ΔIS/ Δt, untuk arus melalui belitan primer sayaP, resistensi beban belitan primer R1, induktansi timbal balik M., induktansi belitan primer L.saya, belitan sekunder sayaS dan berubah waktu Itu. Tanda negatif di depan induktansi timbal balik M. menunjukkan bahwa arus sumber segera mengalami penurunan tegangan karena beban pada belitan sekunder, tetapi, sebagai respons, belitan primer menaikkan tegangannya.
Persamaan ini mengikuti aturan penulisan persamaan yang menggambarkan perbedaan arus dan tegangan di antara elemen-elemen rangkaian. Untuk loop listrik tertutup, Anda dapat menulis jumlah tegangan di setiap komponen sama dengan nol untuk menunjukkan bagaimana tegangan turun di setiap elemen dalam rangkaian.
Untuk belitan primer, Anda menulis persamaan ini untuk memperhitungkan tegangan di belitan primer sendiri (sayaPR1), tegangan akibat arus induksi dari medan magnet L.1Δ akuP/ Δt dan tegangan akibat efek induktansi timbal balik dari belitan sekunder AKUS/ Δt.
Demikian pula, Anda dapat menulis persamaan yang menggambarkan tegangan turun di gulungan sekunder sebagai M ΔI__P/ Δt = ISR2 + L.2Δ akuS/ Δt. Persamaan ini mencakup arus belitan sekunder sayaS, induktansi belitan sekunder L.2 dan resistensi beban belitan sekunder R2. Resistansi dan induktansi diberi label dengan subskrip 1 atau 2 bukannya P atau S, masing-masing, karena resistor dan induktor sering diberi nomor, tidak dilambangkan dengan menggunakan huruf. Akhirnya, Anda dapat menghitung induktansi timbal balik dari induktor secara langsung M = √L1L2.