Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas
Transformator distribusi yang dipasang di tiang dengan belitan sekunder yang ditancapkan di tengah yang digunakan untuk menyediakan daya "fase-split" untuk layanan komersial perumahan dan ringan, yang di Amerika Utara biasanya diberi daya 120/240 V.[1]
Transformator atautrafo (disebut jugapengubah arus) adalahperalatan listrik yang mengubah bentukenergi listrik menjadi suatu bentuk energi listrik yang lainnya. Nilaitegangan listrik yang dihasilkan oleh transformator ditentukan olehkebutuhan energi listrik. Jenis transformator meliputi transformator penaik tegangan, transformator penurun tegangan, transformator pengukuran dan transformator elektronik.[2] Transformator dapat dipasang dari saturangkaian listrik ke yang lain, atau beberaparangkaian. Arus yang bervariasi dalam setiap kumparan transformator menghasilkanfluks magnet yang bervariasi dalam inti transformator, yang menginduksigaya gerak listrik yang bervariasi pada kumparan lain yang melilit pada inti yang sama.Energi listrik dapat ditransfer antara kumparan yang terpisah tanpa koneksilogam (konduktif) antara kedua sirkuit.Hukum induksi Faraday, ditemukan pada tahun 1831, menjelaskan efek tegangan yang diinduksi dalam setiap kumparan karena perubahanfluks magnet yang dikelilingi oleh kumparan.
Transformer paling umum digunakan untuk meningkatkan teganganAC rendah pada arus tinggi (transformator step-up) atau mengurangi voltase AC tinggi pada arus rendah (transformator step-down) dalam aplikasi tenaga listrik, dan untuk menyambungkan tahapan sirkuit pemrosesan sinyal. Transformer juga dapat digunakan untuk isolasi, di mana tegangan sama dengan tegangan keluar, dengan kumparan terpisah tidak terikat secaraelektrik satu sama lain.
Sejak penemuantransformator potensial konstan pertama pada tahun 1885, transformer telah menjadi penting untuktransmisi,distribusi, dan pemanfaatan dari alternatif tenaga arus listrik .[3] Berbagai macam desain transformator ditemukan dalam aplikasi daya elektronik dan listrik. Ukuran transformator berkisar dari transformerRF dengan volume kurang dari satusentimeter kubik, hingga unit dengan berat ratusanton yang digunakan untuk menghubungkan jaringan listrik.
di mana adalah tegangan sesaat, adalah jumlah belokan dalam belitan, dΦ/dt adalah turunan dari fluks magnet Φ melalui satu putaran belitan dari waktu ke waktu (t), dan garis bawahP danS menunjukkan primer dan sekunder.
Menggabungkan rasio persamaan. 1 & eq. 2:
Rasio menajdi . . . (eq. 3)
Di mana untuk transformator step-down a> 1, untuk transformator step-up a <1, dan untuktransformator isolasi a = 1.
Menurut hukumkekekalan energi, daya nyata, nyata dan reaktif masing-masing dikonversikan dalam input dan output:
. . . . (eq. 4)
di mana adalaha daya yang dikonversikan dan adalaharus.
Menggabungkan persamaan 3 & eq. 4 dengan catatan akhir ini[5] memberikan identitas transformator ideal:
. (eq. 5)
Di mana adalah berliku induktansi diri.
Menuruthukum Ohm dan identitas transformator ideal:
. . . (eq. 6) . (eq. 7)
Dimana adalah impedansi beban dari sirkuit sekunder & adalah beban nyata atau impedansi titik penggerak dari sirkuit utama, garis bawah menunjukan mengacu pada primer.
Transformator yang ideal adalah tranformator linier teoretis yang lossless dan digabungkan dengan sempurna. Kopling sempurna menyiratkan permeabilitas magnetik inti tak terhingga tinggi dan induktansi berliku dan gaya magnetomotive nol bersih (i.e. ipnp - isns = 0).[6][b]
Transformator ideal terhubung dengan sumber VP pada impedansi primer dan beban ZL di sekunder, di mana 0 < ZL < ∞.Transformator ideal dan hukum induksi
Arus yang bervariasi dalam belitan primer transformator berupaya membuat fluks magnet yang bervariasi dalam inti transformator, yang juga dikelilingi oleh belitan sekunder. Fluks yang bervariasi ini pada belitan sekunder menginduksigaya gerak listrik yang bervariasi (EMF, tegangan) pada belitan sekunder karena induksi elektromagnetik dan arus sekunder yang dihasilkan menghasilkan fluks yang sama dan berlawanan dengan yang dihasilkan oleh belitan primer, sesuai denganhukum Lenz.
Gulungan dililit di sekitar inti permeabilitas magnetik yang sangat tinggi sehingga semua fluks magnet melewati baik gulungan primer dan sekunder. Dengansumber tegangan yang terhubung ke belitan primer dan beban yang terhubung ke belitan sekunder, arus transformator mengalir ke arah yang ditunjukkan dan gaya magnetomotive inti dibatalkan ke nol.
Menuruthukum Faraday, karena fluks magnet yang sama melewati belitan primer dan sekunder pada transformator ideal, tegangan diinduksi pada setiap belitan sebanding dengan jumlah belitannya. Rasio tegangan belitan transformator berbanding lurus dengan rasio belitan belitan.[8]
Identitas transformator ideal ditunjukkan dalam persamaan. Gambar 5 adalah perkiraan yang masuk akal untuk transformator komersial tipikal, dengan rasio tegangan dan rasio belitan berliku keduanya berbanding terbalik dengan rasio arus yang sesuai.
Impedansi beban yangdirujuk ke sirkuit primer sama dengan rasio belokan yang dikuadratkan dengan impedans beban sirkit sekunder.[9]
Jika fluks pada inti murnisinusoidal, hubungan keduanya berliku di antarateganganrms-nyaErms dari belitan, dan frekuensi suplaif, jumlah belokanN, luas penampang inti a dalam m2 dan puncak kepadatan fluks magnetikBpeak dalam Wb/m2 atau T (tesla) diberikan oleh persamaan EMF universal:[10]
Suatukonvensi titik sering digunakan dalam diagram sirkuit transformator, nameplates atau marka terminal untuk menentukan polaritas relatif dari belitan transformator. Arus sesaat yang meningkat secara positif memasuki ujung ‘titik belitan primer menginduksi tegangan polaritas positif yang keluar dari ujung‘ titik inding belitan sekunder. Transformator tiga fase yang digunakan dalam sistem tenaga listrik akan memiliki papan nama yang menunjukkan hubungan fase antara terminal mereka. Ini mungkin dalam bentuk diagram fasor, atau menggunakan kode alfanumerik untuk menunjukkan jenis koneksi internal (wye atau delta) untuk setiap belitan.
Transformator arus adalah jenis transformator yang digunakan untuk mengetahui besarnya kuatarus listrik padategangan tinggi. Bagian dalam transformator arus tersusun dari belitan primer dan belitan sekunder. Jumlah belitan primer sangat sedikit, sedangkan jumlah belitan sekunder sangat banyak. Bagian belitan sekunder terhubung ke alat ukur listrik yaituamperemeter. Bagian sekunder juga terhubung ke rangkaian pengendali danrelai proteksi.[11]
Transformator tegangan adalah jenis transformator yang digunakan untuk mengetahui besarnya tegangan listrik pada tegangan tinggi. Bagian dalam transformator tegangan tersusun dari belitan primer dan belitan sekunder. Jumlah belitan primer sangat banyak, sedangkan jumlah belitan sekunder sangat sedikit. Bagian belitan sekunder terhubung ke alat ukur listrik yaituvoltmeter. Bagian sekunder juga terhubung ke rangkaian pengendali dan relai proteksi.[11]
Adaptor AC-DC merupakan peranti yang menggunakan transformator step-downlambang transformator step-up
Transformator penaik tegangan adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder lebih banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penaik tegangan. Transformator ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik sebagai penaik tegangan yang dihasilkangenerator menjadi tegangan tinggi yang digunakan dalam transmisi jarak jauh.
Transformator penurun tegangan memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Transformator jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalamadaptor AC-DC.
Transformator jenis ini hanya terdiri dari satu lilitan yang berlanjut secara listrik, dengan sadapan tengah. Dalam transformator ini, sebagian lilitan primer juga merupakan lilitan sekunder.Fasa arus dalam lilitan sekunder selalu berlawanan dengan arus primer, sehingga untuk tarif daya yang sama lilitan sekunder bisa dibuat dengan kawat yang lebih tipis dibandingkan transformator biasa. Keuntungan dari autotransformator adalah ukuran fisiknya yang kecil dan juga kerugian yang lebih rendah daripada jenis dua lilitan. Namun, transformator jenis ini tidak dapat memberikanisolasi secara listrik antara lilitan primer dengan lilitan sekunder.
Selain itu, autotransformator tidak dapat digunakan sebagai penaik tegangan lebih dari beberapa kali lipat (biasanya tidak lebih dari 1,5 kali).
Autotransformator variabel sebenarnya adalah autotransformator biasa yang sadapan tengahnya bisa diubah-ubah, memberikan perbandingan lilitan primer-sekunder yang berubah-ubah.
Transformator isolasi memiliki lilitan sekunder yang berjumlah sama dengan lilitan primer, sehingga tegangan sekunder sama dengan tegangan primer. Namun, pada beberapa desain, gulungan sekunder dibuat sedikit lebih banyak untuk mengkompensasi kerugian. Transformator seperti ini berfungsi sebagai isolasi antara dua kalang. Untuk penerapanaudio, transformator jenis ini telah banyak digantikan oleh kopling
Transformator pulsa adalah transformator yang didesain khusus untuk memberikan keluaran gelombang pulsa. Transformator jenis ini menggunakan material inti yang cepat jenuh sehingga setelah arus primer mencapai titik tertentu, fluks magnet berhenti berubah. Karena GGL induksi pada lilitan sekunder hanya terbentuk jika terjadi perubahan fluks magnet, transformator hanya memberikan keluaran saat inti tidak jenuh, yaitu saat arus pada lilitan primer berbalik arah.
Transformator tiga fase (3-phase) sebenarnya adalah tiga transformator yang dihubungkan secara khusus satu sama lain. Lilitan primer biasanya dihubungkan secara bintang (Y) dan lilitan sekunder dihubungkan secara delta ().
Bentuk inti = tipe inti; bentuk pelindung = tipe pelindung
Transformator inti tertutup dibangun dalam 'bentuk inti' atau 'bentuk kerangka'. Ketika belitan mengelilingi inti, transformator adalah bentuk inti; ketika belitan dikelilingi oleh inti, transformator berbentuk pelindungnya.[12] Desain bentuk pelindung mungkin lebih lazim daripada desain bentuk inti untuk aplikasi transformator distribusi karena relatif mudah dalam menumpuk inti di sekitar gulungan berliku.[12]
Desain bentuk inti cenderung, sebagai aturan umum, lebih ekonomis, dan karena itu lebih lazim, daripada desain bentuk pelindung untuk penerapan transformator daya tegangan tinggi di ujung bawah rentang tegangan dan peringkat daya mereka (kurang dari atau sama dengan, nominal, 230 kV atau 75 MVA). Transformator berbentuk pelindung dicirikan memiliki rasio kVA terhadap berat yang lebih baik, karakteristik kekuatan hubung-pendek yang lebih baik, dan kekebalan yang lebih tinggi terhadap kerusakan transit.[13]
Tampilan cutaway transformator terendam cairan. Konservator (penampung) di bagian atas menyediakan isolasi cair-ke-atmosfer saat level cairan pendingin dan perubahan suhu. Dinding dan sirip memberikan disipasi panas yang diperlukan.
Ini adalah aturan umum bahwa harapan hidup insulasi listrik dibelah dua untuk setiap kenaikan suhu operasi 7°C hingga 10°C (contoh penerapanpersamaan Arrhenius).[14]
Minyak transformator adalah minyak mineral yang sangat halus yang mendinginkan gulungan dan isolasi dengan beredar di dalam tangki transformator.Minyak mineral dan sistem isolasikertas telah dipelajari dan digunakan secara luas selama lebih dari 100 tahun. Diperkirakan 50% transformator daya akan bertahan selama 50 tahun penggunaan, bahwa usia rata-rata kegagalan transformator daya adalah sekitar 10 hingga 15 tahun, dan sekitar 30% kegagalan transformator daya disebabkan oleh kegagalan isolasi dan kelebihan beban.[15]
Isolasi harus disediakan antara belitan individu belitan, antara belitan, antara belitan dan inti, dan pada terminal belitan.
Isolasi inter-turn dari transformator kecil mungkin merupakan lapisan pernis insulasi pada kawat. Lapisan kertas atau film polimer dapat dimasukkan di antara lapisan gulungan, dan antara gulungan primer dan sekunder. Sebuah transformator dapat dilapisi atau dicelupkan ke dalam resin polimer untuk meningkatkan kekuatan belitan dan melindunginya dari kelembapan atau korosi. Resin dapat diimpregnasi ke belitan Isolasi menggunakan kombinasi vakum dan tekanan selama proses pelapisan, menghilangkan semua rongga udara dalam belitan. Dalam batas, seluruh gulungan dapat ditempatkan dalam cetakan, dan resin ditaburkan ke sekelilingnya sebagai blok padat, engkapsulasi gulungan.[16]
Transformator yang lebih besar dilengkapi denganbushing berinsulasi tegangan tinggi yang terbuat dari polimer atau porselen.Bushing besar dapat menjadi struktur yang kompleks karena harus memerlukan pengendalian yang hati-hati terhadapgradien medan listrik tanpa membiarkan oli transformator bocor.[17]
Pengujian transformator bertujuan untuk mengetahui karakteristik operasi dari transformator. Paramater yang digunakan untuk mengetahuinya ada empat, yaitu resistansi ekuivalen, reaktansi bocor, konduktansi rugi inti, dansuseptibilitas magnetik. Pengukuran resistansi ekuivalen dan reaktansi bocor didasarkan kepada kumparan primer maupun kumparan sekunder di dalam transformator. Sedangkan pengukuran konduktansi rugi inti berkebalikan dengan resistansi ekuvalen, dan pengukuran suseptibiitas magnetik berkebalikan dengan reaktansi rugi inti. Jenis pengujian yang diberikan kepada empat paramater ini ada dua, yaitu pengujian beban nol dan pengujian hubung singkat.[18]
Efisiensi transformator dapat diketahui dengan rumusSebagai akibat adanya kerugian pada transformator. Maka efisiensi transformator tidak dapat mencapai 100%. Untuk transformator daya frekuensi rendah, efisiensi bisa mencapai 98%.
Berbagai desain aplikasi listrik spesifik memerlukan berbagai jenis transformator. Walaupun mereka semua berbagi prinsip-prinsip transformator karakteristik dasar, mereka dikustomisasi dalam konstruksi atau sifat listrik untuk persyaratan pemasangan atau kondisi sirkuit tertentu.
Dalamtransmisi tenaga listrik, transformer memungkinkan transmisi daya listrik pada tegangan tinggi, yang mengurangi kerugian akibat pemanasan kabel. Hal ini memungkinkan pembangkit yang berlokasi secara ekonomis pada jarak dari konsumen listrik.[19] Semua kecuali sebagian kecil dari kekuatan listrik dunia telah melewati serangkaian transformator pada saat mencapai konsumen.[20]
Skema transformator daya besar diisi minyak 1. Tangki 2. Katup3. Tangki konservator 4. Indikator ketinggian oli 5. Relai Buchholz untuk mendeteksi gelembung gas setelah gangguan internal 6. Perpipaan7. Tap changer 8. Drive motor untuk changer tap 9. Batang penggerak untuk tap changer10. Ring tegangan tinggi (HV)11. Ring transformator arus tegangan tinggi12. Ring tegangan rendah (LV)13. transformator arus tegangan rendah14. Transformator tegangan ring untuk pengukuran15. Inti 16. Kuk inti17. Badan menghubungkan kuk dan menahannya 18. Kumparan19. Pengkabelan internal antara koil dan tapchanger20. Katup pelepas oli21. Katup vakum
↑Mack, James E.; Shoemaker, Thomas (2006)."Chapter 15 – Distribution Transformers"(PDF).The Lineman's and Cableman's Handbook (Edisi 11th). New York: McGraw-Hill. hlm.15-1 to 15-22.ISBN0-07-146789-0. Diarsipkan dariasli(PDF) tanggal 2013-02-10. Diakses tanggal2013-01-12.
↑Irawati (2020).Pengantar Teknik Tenaga Listrik. Sleman: Deepublish. hlm.3.ISBN978-623-02-2122-4. Pemeliharaan CS1: Status URL (link)
↑With turns of the winding oriented perpendicularly to the magnetic field lines, the flux is the product of themagnetic flux density and the core area, the magnetic field varying with time according to the excitation of the primary. The expression dΦ/dt, defined as the derivative of magnetic flux Φ with time t, provides a measure of rate of magnetic flux in the core and hence of EMF induced in the respective winding. The negative sign in eq. 1 & eq. 2 is consistent with Lenz's law and Faraday's law in that by convention EMF "induced by anincrease of magnetic flux linkages isopposite to the direction that would be given by theright-hand rule."
↑This also implies the following: The net core flux is zero, the input impedance is infinite when secondary is open and zero when secondary is shorted; there is zero phase-shift through an ideal transformer; input and output power and reactive volt-ampere are each conserved; these three statements apply for any frequency above zero and periodic waveforms are conserved.[7]
