Operasi transformator daya untuk beban aktif, induktif dan kapasitif

Trafo adalah mesin listrik yang mengubah arus bolak-balik dari satu tegangan menjadi arus bolak-balik dari tegangan lain. Prinsip pengoperasian trafo didasarkan pada fenomena induksi elektromagnetik.

Jaringan transmisi tenaga listrik pertama menggunakan arus searah. Tegangan dalam jaringan tergantung pada kapasitas isolasi bahan yang digunakan dan biasanya 110 V.

Dengan peningkatan daya transmisi jaringan, perlu untuk meningkatkan penampang kabel agar kehilangan tegangan tetap dalam batas yang diizinkan.

Dan hanya penemuan trafo yang memungkinkan untuk menghasilkan energi listrik secara ekonomis di pembangkit listrik besar, mentransmisikannya pada tegangan tinggi jarak jauh, dan kemudian mengurangi voltase ke nilai yang aman sebelum mengirimkan listrik ke konsumen.

Tanpa trafo, struktur jaringan listrik saat ini dengan tingkat tegangan tinggi dan ultra-tinggi, menengah dan rendah tidak akan mungkin terjadi. Transformer digunakan dalam jaringan listrik fase tunggal dan tiga fase.

Pengoperasian transformator daya tiga fasa sangat bervariasi untuk beban apa yang dioperasikannya — aktif, induktif, atau kapasitif. Dalam kondisi nyata, beban trafo merupakan beban aktif-induktif.

Gambar 1 — Transformator daya tiga fase

1. Mode beban aktif

Dalam mode ini, tegangan belitan primer mendekati nominal U1 = U1nom, arus belitan primer I1 ditentukan oleh beban transformator, dan arus sekunder ditentukan oleh arus nominal I2nom = P2 / U2nom.

Menurut data pengukuran, efisiensi transformator ditentukan secara analitik:

Efisiensi = P2 / P1,

di mana P1 adalah daya aktif belitan primer transformator, P2 adalah daya yang disuplai ke rangkaian suplai oleh belitan sekunder transformator.

Ketergantungan efisiensi transformator tergantung pada arus relatif belitan primer ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2 — Ketergantungan efisiensi transformator pada arus relatif belitan primer

Dalam mode beban aktif, vektor arus belitan sekunder sama luasnya dengan vektor tegangan belitan sekunder, oleh karena itu peningkatan arus beban menyebabkan penurunan tegangan pada terminal belitan sekunder transformator.

Diagram vektor arus dan tegangan yang disederhanakan untuk jenis beban transformator ini ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3 — Diagram vektor arus dan tegangan beban aktif trafo yang disederhanakan

2. Mode pengoperasian untuk beban induktif

Dalam mode beban induktif, vektor arus belitan sekunder tertinggal 90 derajat dari vektor tegangan belitan sekunder. Penurunan nilai induktansi yang dihubungkan ke belitan sekunder trafo menyebabkan arus beban meningkat sehingga mengakibatkan penurunan tegangan sekunder.

Diagram vektor arus dan tegangan yang disederhanakan untuk jenis beban transformator ini ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4 — Diagram vektor arus dan tegangan trafo yang disederhanakan dalam mode beban induktif

3. Mode operasi dengan beban kapasitif

Dalam mode beban kapasitif, vektor arus belitan sekunder berada di depan vektor tegangan belitan sekunder sebesar 90 derajat. Peningkatan kapasitansi yang terhubung ke belitan sekunder transformator menyebabkan arus beban meningkat, mengakibatkan peningkatan tegangan sekunder.

Diagram vektor arus dan tegangan yang disederhanakan untuk jenis beban transformator ini ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar 5 — Diagram Vektor Sederhana Arus dan Tegangan Mode Beban Kapasitif Trafo