Jenis transformator
Trafo adalah perangkat elektromagnetik statis yang berisi dua hingga beberapa kumparan yang terletak di sirkuit magnetik umum dan dengan demikian terhubung secara induktif satu sama lain. Ini berfungsi sebagai transformator untuk mengubah energi listrik dari arus bolak-balik melalui induksi elektromagnetik tanpa mengubah frekuensi arus. Transformator digunakan untuk konversi tegangan AC dan isolasi galvanik di berbagai bidang teknik listrik dan elektronik.
Demi keadilan, kami mencatat bahwa dalam beberapa kasus transformator mungkin hanya berisi satu belitan (autotransformator), dan inti mungkin sama sekali tidak ada (HF - transformator), tetapi sebagian besar transformator memiliki inti (sirkuit magnetik) yang terbuat dari bahan feromagnetik magnetik lunak, dan dua atau lebih gulungan pita atau kawat berinsulasi yang ditutupi oleh fluks magnet umum, tetapi pertama-tama. Mari kita lihat apa saja jenis transformator itu, bagaimana susunannya dan untuk apa kegunaannya.
Transformator daya
Jenis trafo frekuensi rendah (50-60 Hz) ini digunakan dalam jaringan listrik, serta dalam instalasi untuk menerima dan mengubah energi listrik. Kenapa disebut kekuasaan? Karena trafo jenis inilah yang digunakan untuk menyuplai dan menerima listrik dari dan dari saluran listrik, dimana tegangannya bisa mencapai 1150 kV.
Di jaringan listrik perkotaan, tegangan mencapai 10 kV. Melalui persis transformator frekuensi rendah yang kuat tegangan juga turun menjadi 0,4 kV, 380/220 volt yang dibutuhkan konsumen.
Secara struktural, sebuah transformator daya tipikal dapat berisi dua, tiga atau lebih belitan yang disusun pada inti baja lapis baja listrik, dengan beberapa belitan tegangan rendah diumpankan secara paralel (transformator belitan terpisah).
Ini berguna untuk mendongkrak tegangan yang diterima dari beberapa generator secara bersamaan. Sebagai aturan, trafo daya ditempatkan dalam tangki dengan oli trafo, dan dalam kasus spesimen yang sangat kuat, sistem pendingin aktif ditambahkan.
Transformator daya tiga fase dengan kapasitas hingga 4000 kVA dipasang di gardu induk dan pembangkit listrik. Tiga fase lebih umum, karena kerugian diperoleh hingga 15% lebih sedikit dibandingkan dengan tiga fase tunggal.
Transformator listrik
Pada 1980-an dan 1990-an, trafo saluran dapat ditemukan di hampir setiap peralatan listrik. Dengan bantuan trafo listrik (biasanya fase tunggal), tegangan jaringan rumah tangga 220 volt dengan frekuensi 50 Hz diturunkan ke level yang dibutuhkan oleh alat listrik, misalnya 5, 12, 24 atau 48 volt.
Transformator saluran sering dibuat dengan banyak belitan sekunder sehingga banyak sumber tegangan dapat digunakan untuk memberi daya pada berbagai bagian rangkaian. Secara khusus, transformator TN (trafo pijar) selalu (dan masih dapat) ditemukan di sirkuit di mana terdapat tabung radio.
Transformator garis modern dibangun di atas inti berbentuk W, berbentuk batang atau toroidal dari satu set pelat baja listrik tempat gulungan dililitkan. Bentuk toroidal dari rangkaian magnetik memungkinkan untuk mendapatkan trafo yang lebih kompak.
Jika kita membandingkan transformator dengan kekuatan total yang sama dari inti toroidal dan berbentuk W, toroidal akan memakan lebih sedikit ruang, selain itu, permukaan sirkuit magnetik toroidal sepenuhnya ditutupi oleh belitan, tidak ada kuk kosong, seperti halnya kasing dengan inti berbentuk-W atau seperti batang lapis baja. Jaringan listrik mencakup, khususnya, trafo las dengan daya hingga 6 kW. Trafo listrik, tentu saja, diklasifikasikan sebagai trafo frekuensi rendah.
Transformator otomatis
Salah satu jenis trafo frekuensi rendah adalah autotransformator yang lilitan sekundernya merupakan bagian primer atau primernya adalah bagian sekundernya. Artinya, dalam autotransformator, belitan dihubungkan tidak hanya secara magnetis, tetapi juga secara elektrik. Beberapa kabel dibuat dari satu koil dan memungkinkan Anda mendapatkan voltase berbeda hanya dari satu koil.
Keuntungan utama dari trafo otomatis adalah biayanya yang lebih rendah, karena lebih sedikit kabel yang digunakan untuk belitan, lebih sedikit baja untuk inti, dan akibatnya bobotnya lebih ringan daripada trafo konvensional.Kerugiannya adalah kurangnya isolasi galvanik dari kumparan.
Autotransformer digunakan dalam perangkat kontrol otomatis dan juga banyak digunakan dalam jaringan listrik tegangan tinggi. Autotransformer tiga fase dengan koneksi delta atau bintang di jaringan listrik sangat diminati saat ini.
Autotransformer daya tersedia dalam kapasitas hingga ratusan megawatt. Autotransformer juga digunakan untuk menghidupkan motor AC yang kuat. Autotransformers sangat berguna untuk rasio transformasi rendah.
Autotransformator laboratorium
Kasus khusus dari autotransformator adalah laboratorium autotransformer (LATR). Ini memungkinkan Anda untuk menyesuaikan voltase yang disuplai ke pengguna dengan lancar. Desain LATR adalah transformator toroidal dengan belitan tunggal yang memiliki "jalur" tidak berinsulasi dari belokan ke belokan, yaitu, dimungkinkan untuk menghubungkan ke setiap belokan belitan. Kontak track disediakan oleh sikat karbon geser yang dikendalikan oleh kenop putar.
Jadi Anda bisa mendapatkan tegangan efektif dengan besaran yang berbeda pada beban. Drive fase tunggal tipikal memungkinkan Anda menerima voltase dari 0 hingga 250 volt, dan tiga fase - dari 0 hingga 450 volt. LATR dengan daya dari 0,5 hingga 10 kW sangat populer di laboratorium untuk menyetel peralatan listrik.
Transformator arus
Transformator arus disebut transformator yang belitan primernya dihubungkan ke sumber arus dan belitan sekundernya ke alat pelindung atau pengukur yang memiliki resistansi internal rendah. Jenis trafo arus yang paling umum adalah trafo arus instrumen.
Belitan primer transformator arus (biasanya hanya satu putaran, satu kabel) dihubungkan secara seri di sirkuit tempat Anda ingin mengukur arus bolak-balik. Ternyata arus belitan sekunder sebanding dengan arus primer, sedangkan belitan sekunder harus dibebani, karena jika tidak tegangan belitan sekunder bisa cukup tinggi untuk merusak isolasi. Juga, jika belitan sekunder CT terbuka, sirkuit magnetik akan terbakar begitu saja dari arus induksi yang tidak terkompensasi.
Konstruksi trafo arus adalah inti yang terbuat dari baja listrik cold-rolled silikon laminasi di mana satu atau lebih belitan sekunder berinsulasi dililit. Belitan primer seringkali hanya berupa busbar atau kawat dengan arus terukur yang melewati jendela sirkuit magnetik (omong-omong, prinsip ini digunakan oleh meteran klem). Ciri utama trafo arus adalah rasio transformasinya, misalnya 100/5 A.
Trafo arus banyak digunakan untuk pengukuran arus dan dalam rangkaian proteksi relai. Mereka aman karena sirkuit terukur dan sekunder diisolasi secara galvanis satu sama lain. Biasanya, transformator arus industri diproduksi dengan dua atau lebih kelompok belitan sekunder, salah satunya dihubungkan ke alat pelindung, yang lainnya ke alat pengukur, seperti meteran.
Transformator pulsa
Di hampir semua catu daya listrik modern, di berbagai inverter, di mesin las dan di konverter daya dan daya rendah lainnya, transformator pulsa digunakan.Saat ini, sirkuit pulsa hampir sepenuhnya menggantikan transformator frekuensi rendah yang berat dengan inti baja berlapis.
Transformator pulsa tipikal adalah transformator inti ferit. Bentuk inti (sirkuit magnetik) bisa sangat berbeda: cincin, batang, cangkir, berbentuk W, berbentuk U. Keunggulan ferit dibandingkan baja trafo sudah jelas — trafo berbasis ferit dapat beroperasi pada frekuensi hingga 500 kHz atau lebih.
Karena trafo pulsa adalah trafo frekuensi tinggi, dimensinya berkurang secara signifikan dengan meningkatnya frekuensi. Lebih sedikit kawat diperlukan untuk belitan dan arus medan cukup untuk mendapatkan arus frekuensi tinggi di loop primer, IGBT atau transistor bipolar, terkadang beberapa, tergantung pada topologi rangkaian catu daya berdenyut (maju - 1, push-pull - 2, setengah jembatan - 2, jembatan - 4).
Agar adil, kami mencatat bahwa jika rangkaian catu daya terbalik digunakan, maka trafo pada dasarnya adalah choke ganda, karena proses akumulasi dan pelepasan listrik di sirkuit sekunder dipisahkan dalam waktu, yaitu tidak dilanjutkan. secara bersamaan, oleh karena itu, dengan rangkaian kontrol flyback, itu masih tersedak tetapi bukan trafo.
Sirkuit pulsa dengan transformer dan choke ferit ditemukan di mana-mana saat ini, mulai dari ballast lampu hemat energi dan pengisi daya berbagai gadget, hingga mesin las dan inverter yang kuat.
Transformator arus pulsa
Untuk mengukur besarnya dan (atau) arah arus dalam rangkaian impuls, transformator arus impuls sering digunakan, yang merupakan inti ferit, seringkali berbentuk cincin (toroidal), dengan satu belitan.Sebuah kawat dilewatkan melalui cincin inti, arus yang akan diperiksa, dan kumparan itu sendiri dimuat pada sebuah resistor.
Misalnya, cincin berisi 1000 lilitan kawat, maka rasio arus primer (kawat berulir) dan belitan sekunder adalah 1000 berbanding 1. Jika belitan cincin dimuat pada resistor dengan nilai yang diketahui, maka tegangan yang diukur melewatinya akan sebanding dengan arus kumparan, yang berarti arus yang diukur adalah 1000 kali arus yang melalui resistor ini.
Industri memproduksi transformator arus impuls dengan rasio transformasi yang berbeda. Perancang hanya perlu menghubungkan resistor dan rangkaian pengukur ke transformator semacam itu. Jika Anda ingin mengetahui arah arus, bukan besarnya, maka belitan trafo arus hanya diisi oleh dua dioda zener yang berlawanan.
Komunikasi antara mesin listrik dan transformator
Transformator listrik selalu dimasukkan dalam mata kuliah mesin listrik yang dipelajari di semua spesialisasi teknik elektro di lembaga pendidikan. Intinya trafo listrik bukanlah mesin listrik, melainkan peralatan listrik, karena tidak ada bagian yang bergerak, yang keberadaannya merupakan ciri khas dari setiap mesin sebagai jenis mekanisme. untuk menghindari kesalahpahaman, harus disebut "mesin listrik dan kursus trafo listrik".
Dimasukkannya transformator dalam semua kursus mesin listrik adalah karena dua alasan.Salah satunya berasal dari sejarah: pabrik yang sama yang membuat mesin listrik AC juga membuat trafo, karena keberadaan trafo saja memberi mesin AC keunggulan dibandingkan mesin DC, yang pada akhirnya menyebabkan keunggulan mereka di industri. Dan sekarang tidak mungkin membayangkan instalasi AC besar tanpa trafo.
Namun, dengan berkembangnya produksi mesin dan trafo arus bolak-balik, produksi trafo di pabrik trafo khusus menjadi perlu untuk dikonsentrasikan. Faktanya adalah karena kemungkinan mentransmisikan arus bolak-balik menggunakan transformator jarak jauh, peningkatan tegangan transformator yang lebih tinggi jauh lebih cepat daripada peningkatan tegangan mesin listrik arus bolak-balik.
Pada tahap pengembangan mesin listrik arus bolak-balik saat ini, tegangan rasional tertinggi untuknya adalah 36 kV. Pada saat yang sama, tegangan tertinggi pada transformator listrik yang diimplementasikan sebenarnya mencapai 1150 kV. Tegangan trafo yang tinggi dan operasinya pada saluran listrik overhead yang terpapar petir telah menyebabkan masalah trafo yang sangat spesifik yang asing bagi mesin listrik.
Hal ini menyebabkan munculnya masalah teknologi yang sangat berbeda dari masalah teknologi teknik kelistrikan sehingga pemisahan transformator menjadi produksi independen menjadi tidak terhindarkan. Dengan demikian, alasan pertama—sambungan industri yang membuat transformator dekat dengan mesin listrik—hilang.
Alasan kedua bersifat mendasar dan terdiri dari fakta bahwa transformator listrik yang digunakan dalam praktik, serta mesin listrik, didasarkan pada prinsip induksi elektromagnetik (hukum Faraday), — tetap menjadi ikatan yang tak tergoyahkan di antara mereka. Pada saat yang sama, untuk memahami banyak fenomena dalam mesin arus bolak-balik, pengetahuan tentang proses fisik yang terjadi pada transformator mutlak diperlukan, dan, terlebih lagi, teori kelas besar mesin arus bolak-balik dapat direduksi menjadi teori transformator, sehingga memfasilitasi pertimbangan teoritis mereka.
Oleh karena itu, dalam teori mesin arus bolak-balik, teori transformator menempati tempat yang kuat, namun tidak berarti bahwa transformator dapat disebut mesin listrik. Selain itu, perlu diingat bahwa transformator memiliki tujuan dan proses konversi energi yang berbeda dari mesin listrik.
Tujuan dari mesin listrik adalah untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik (generator) atau sebaliknya energi listrik menjadi energi mekanik (motor), sedangkan pada trafo kita berurusan dengan konversi jenis energi listrik arus bolak-balik menjadi energi listrik bolak-balik. energi listrik saat ini. arus dari jenis yang berbeda.