Karakteristik utama transformator

Karakteristik eksternal transformator

Diketahui bahwa tegangan melintasi terminal belitan sekunder transformator tergantung pada arus beban yang terhubung ke koil itu. Ketergantungan ini disebut karakteristik eksternal transformator.

Karakteristik eksternal transformator dihilangkan pada tegangan suplai konstan, ketika dengan perubahan beban, sebenarnya dengan perubahan arus beban, tegangan pada terminal belitan sekunder, mis. tegangan sekunder transformator juga berubah.

Fenomena ini dijelaskan oleh fakta bahwa pada resistansi belitan sekunder, dengan perubahan resistansi beban, penurunan tegangan juga berubah, dan karena perubahan penurunan tegangan pada resistansi belitan primer, EMF dari belitan sekunder berubah sesuai.

Karena persamaan kesetimbangan EMF pada belitan primer mengandung besaran vektor, tegangan pada belitan sekunder bergantung pada arus beban dan sifat beban tersebut: apakah aktif, induktif, atau kapasitif.

Sifat beban dibuktikan dengan besarnya sudut fasa antara arus yang melalui beban dan tegangan yang melintasi beban. Pada dasarnya, Anda dapat memasukkan faktor beban yang akan menunjukkan berapa kali arus beban berbeda dari arus pengenal untuk trafo tertentu:

Untuk menghitung karakteristik eksternal trafo secara akurat, sirkuit ekivalen dapat digunakan, di mana, dengan mengubah resistansi beban, tegangan dan arus belitan sekunder dapat diperbaiki.

Namun demikian, rumus berikut ini terbukti berguna dalam praktiknya, di mana tegangan rangkaian terbuka dan "perubahan tegangan sekunder", yang diukur sebagai persentase, diganti dan dihitung sebagai perbedaan aritmatika antara tegangan rangkaian terbuka dan tegangan pada beban tertentu. sebagai persentase dari tegangan rangkaian terbuka:

Ungkapan untuk menemukan «perubahan tegangan sekunder» diperoleh dengan asumsi tertentu dari rangkaian ekuivalen transformator:

Nilai komponen reaktif dan aktif dari tegangan hubung singkat dimasukkan di sini. Komponen tegangan ini (aktif dan reaktif) ditemukan oleh parameter rangkaian ekuivalen atau ditemukan secara eksperimental di pengalaman hubung singkat.

Pengalaman korsleting mengungkapkan banyak hal tentang trafo.Tegangan hubung singkat ditemukan sebagai rasio tegangan hubung singkat eksperimental dengan tegangan primer pengenal. Parameter "tegangan hubung singkat" ditentukan dalam persen.

Selama percobaan, belitan sekunder dihubung pendek ke transformator, sementara tegangan diterapkan ke primer jauh lebih rendah daripada tegangan pengenal, sehingga arus hubung singkat sama dengan nilai pengenal. Di sini, tegangan suplai diseimbangkan dengan penurunan tegangan pada belitan, dan nilai tegangan tereduksi yang diterapkan dianggap sebagai penurunan tegangan ekuivalen pada belitan pada arus beban yang sama dengan nilai pengenal.

Untuk trafo catu daya rendah dan untuk trafo daya, nilai tegangan hubung singkat berkisar antara 5% hingga 15%, dan semakin kuat trafo, semakin kecil nilainya. Nilai pasti dari tegangan hubung singkat diberikan dalam dokumentasi teknis untuk trafo tertentu.

Gambar tersebut menunjukkan karakteristik eksternal yang dibangun sesuai dengan rumus di atas.Kita dapat melihat bahwa grafiknya linier, hal ini karena tegangan sekunder tidak terlalu bergantung pada faktor beban karena resistansi belitan yang relatif rendah, dan magnet operasi fluks tergantung sedikit pada beban.

Gambar tersebut menunjukkan bahwa sudut fase, tergantung pada sifat beban, mempengaruhi penurunan atau peningkatan karakteristik. Dengan beban aktif atau aktif-induktif, karakteristiknya turun, dengan beban kapasitif aktif dapat meningkat, dan kemudian suku kedua dalam rumus untuk "perubahan tegangan" menjadi negatif.

Untuk transformator daya rendah, komponen aktif biasanya turun lebih banyak daripada komponen induktif, sehingga karakteristik eksternal dengan beban aktif kurang linier dibandingkan dengan beban aktif-induktif. Untuk transformator yang lebih bertenaga justru sebaliknya, oleh karena itu karakteristik beban aktif akan lebih ketat.

Efisiensi transformator

Efisiensi trafo adalah rasio daya listrik berguna yang dialirkan ke beban dengan daya listrik aktif yang dikonsumsi oleh trafo:

Daya yang dikonsumsi oleh trafo adalah jumlah daya yang dikonsumsi oleh beban dan rugi-rugi daya langsung pada trafo. Selanjutnya, daya aktif terkait dengan daya total sebagai berikut:

Karena tegangan keluaran trafo biasanya bergantung lemah pada beban, faktor beban dapat dikaitkan dengan daya semu pengenal sebagai berikut:

Dan daya yang dikonsumsi oleh beban di sirkuit sekunder:

Rugi-rugi listrik pada beban dengan besaran sewenang-wenang dapat dinyatakan, dengan mempertimbangkan rugi-rugi pada beban nominal, dengan faktor beban:

Kerugian beban nominal ditentukan dengan sangat tepat oleh daya yang dikonsumsi oleh transformator dalam percobaan hubung singkat, dan kerugian sifat magnetik sama dengan daya tanpa beban yang dikonsumsi oleh transformator. Komponen kerugian ini diberikan dalam dokumentasi transformator. Jadi, jika kita mempertimbangkan fakta di atas, rumus efisiensi akan berbentuk sebagai berikut:

Angka tersebut menunjukkan ketergantungan efisiensi trafo pada beban.Ketika beban nol, efisiensinya nol.

Dengan meningkatnya faktor beban, daya yang disuplai ke beban juga meningkat, dan kerugian magnet tidak berubah, dan efisiensi, yang mudah dilihat, meningkat secara linier. Kemudian muncul nilai optimal dari load factor, dimana efisiensi mencapai batasnya, pada titik inilah efisiensi maksimum diperoleh.

Setelah melewati faktor beban optimum, efisiensi mulai menurun secara bertahap. Ini karena rugi-rugi listrik meningkat, sebanding dengan kuadrat arus dan, karenanya, kuadrat faktor beban. Efisiensi maksimum untuk transformator daya tinggi (daya diukur dalam satuan kVA atau lebih) berada pada kisaran 98% hingga 99%, untuk transformator daya rendah (kurang dari 10 VA) efisiensinya bisa sekitar 60%.

Sebagai aturan, pada tahap desain mereka mencoba membuat transformator sedemikian rupa sehingga efisiensi mencapai nilai maksimumnya pada faktor beban optimal 0,5 hingga 0,7, kemudian dengan faktor beban nyata 0,5 hingga 1, efisiensi akan mendekati maksimumnya. Dengan pengurangan faktor daya (cosinus phi) dari beban yang terhubung ke belitan sekunder, daya keluaran juga berkurang, sedangkan rugi-rugi listrik dan magnet tetap tidak berubah, sehingga efisiensi dalam hal ini menurun.

Mode operasi transformator yang optimal, mis. modus nominal, biasanya diatur sesuai dengan kondisi operasi bebas masalah dan sesuai dengan tingkat pemanasan yang diizinkan selama periode operasi tertentu.Ini adalah kondisi yang sangat penting agar trafo, saat mengalirkan daya pengenal saat beroperasi dalam mode pengenal, tidak terlalu panas.