Transformer Step-up dan Step-down

Perhatikan bagaimana tegangan sekunder kira-kira sepuluh kali lebih kecil dari tegangan primer (0,9962 volt dibandingkan dengan 10 volt), sedangkan arus sekunder kira-kira sepuluh kali lebih besar (0,9962 mA dibandingkan dengan 0,09975 mA).

Apa yang kami miliki di sini adalah perangkat yang menurunkan tegangan turun dengan faktor sepuluh dan saat ini naik dengan faktor sepuluh:

Rasio putaran 10:1 menghasilkan 10:1 primer:rasio tegangan sekunder dan 1:10 primer:rasio arus sekunder.

Apa itu Transformer Step-up dan Step-down?

Ini adalah perangkat yang sangat berguna, memang. Dengannya kita dapat dengan mudah mengalikan atau membagi tegangan dan arus pada rangkaian AC. Memang, transformator telah membuat transmisi daya listrik jarak jauh menjadi kenyataan praktis, karena tegangan AC dapat "ditingkatkan" dan arus "diturunkan" untuk mengurangi kerugian daya hambatan kabel di sepanjang saluran listrik yang menghubungkan stasiun pembangkit dengan beban.

Di kedua ujungnya (baik generator maupun pada beban), level tegangan dikurangi oleh transformator untuk pengoperasian yang lebih aman dan peralatan yang lebih murah.

Transformator yang menaikkan tegangan dari primer ke sekunder (lebih banyak belitan sekunder daripada belitan primer) disebut peningkatan transformator.

Sebaliknya, trafo yang dirancang untuk melakukan hal yang sebaliknya disebut step-down transformator.

Mari kita periksa kembali foto yang ditampilkan di bagian sebelumnya:

Penampang melintang transformator yang menunjukkan belitan primer dan sekunder tingginya beberapa inci (sekitar 10 cm).

Ini adalah transformator step-down, sebagaimana dibuktikan dengan jumlah putaran yang tinggi dari belitan primer dan jumlah putaran yang rendah dari belitan sekunder. Sebagai unit step-down, transformator ini mengubah tegangan tinggi, daya arus rendah menjadi tegangan rendah, daya arus tinggi.

Kawat pengukur yang lebih besar yang digunakan dalam belitan sekunder diperlukan karena peningkatan arus. Gulungan primer, yang tidak harus menghantarkan arus sebanyak itu, dapat dibuat dari kawat berukuran lebih kecil.

Reversibilitas Operasi Transformer

Jika Anda bertanya-tanya, itu adalah mungkin untuk mengoperasikan salah satu dari jenis transformator ini mundur (memberi daya belitan sekunder dengan sumber AC dan membiarkan belitan primer memberi daya beban) untuk melakukan fungsi yang berlawanan:step-up dapat berfungsi sebagai step-down dan sebaliknya.

Namun, seperti yang kita lihat di bagian pertama bab ini, operasi transformator yang efisien memerlukan induktansi belitan individu direkayasa untuk rentang operasi tegangan dan arus tertentu, jadi jika transformator akan digunakan "mundur" seperti ini harus digunakan dalam parameter desain asli tegangan dan arus untuk setiap belitan, jangan sampai terbukti tidak efisien (atau jangan sampai rusak oleh tegangan atau arus yang berlebihan!).

Label Konstruksi Transformator

Trafo sering dibuat sedemikian rupa sehingga tidak jelas kabel mana yang menuju ke belitan primer dan mana yang menuju ke belitan sekunder. Salah satu konvensi yang digunakan dalam industri tenaga listrik untuk membantu mengurangi kebingungan adalah penggunaan sebutan "H" untuk belitan tegangan tinggi (belitan primer dalam unit step-down; belitan sekunder di step-up) dan "X" sebutan untuk belitan tegangan rendah.

Oleh karena itu, transformator daya sederhana akan memiliki kabel berlabel “H₁ ”, “H₂ ”, “X₁ ”, dan “X₂ ”. Biasanya penting untuk penomoran kabel (H₁ versus H₂ , dll.), yang akan kita jelajahi nanti di bab ini.

Signifikansi Praktis Transformer Step-Up dan Step-Down

Fakta bahwa tegangan dan arus “dilangkahkan” ke arah yang berlawanan (satu naik, yang lain turun) sangat masuk akal ketika Anda mengingat bahwa daya sama dengan tegangan dikalikan arus, dan menyadari bahwa trafo tidak dapat menghasilkan kekuatan, hanya mengubahnya.

Perangkat apa pun yang dapat mengeluarkan lebih banyak daya daripada yang digunakan akan melanggar Hukum Konservasi Energi dalam fisika, yaitu bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, hanya dapat diubah. Seperti contoh transformator pertama yang kita lihat, efisiensi transfer daya sangat baik dari sisi primer ke sisi sekunder perangkat.

Arti praktis dari hal ini menjadi lebih jelas ketika alternatif dipertimbangkan:sebelum munculnya transformator yang efisien, konversi level tegangan/arus hanya dapat dicapai melalui penggunaan set motor/generator.

Gambar set motor/generator mengungkapkan prinsip dasar yang terlibat:(Gambar di bawah)

=

Motor generator menggambarkan prinsip dasar transformator.

Dalam mesin seperti itu, motor secara mekanis digabungkan ke generator, generator dirancang untuk menghasilkan tingkat tegangan dan arus yang diinginkan pada kecepatan putar motor.

Meskipun motor dan generator adalah perangkat yang cukup efisien, penggunaan keduanya dalam mode ini memperparah inefisiensinya sehingga efisiensi keseluruhan berada di kisaran 90% atau kurang. Selain itu, karena set motor/generator jelas membutuhkan bagian yang bergerak, keausan dan keseimbangan mekanis merupakan faktor yang mempengaruhi masa pakai dan kinerja.

Transformator, di sisi lain, mampu mengubah tingkat tegangan dan arus AC pada efisiensi yang sangat tinggi tanpa bagian yang bergerak, sehingga memungkinkan distribusi dan penggunaan daya listrik yang kita anggap remeh.

Dalam semua keadilan, harus dicatat bahwa set motor/generator belum tentu usang oleh transformator untuk semua aplikasi.

Meskipun trafo jelas lebih unggul daripada set motor/generator untuk tegangan AC dan konversi level arus, transformator tidak dapat mengubah satu frekuensi daya AC ke frekuensi lain, atau (sendiri) mengubah DC ke AC atau sebaliknya.

Perangkat motor/generator dapat melakukan semua hal ini dengan relatif sederhana, meskipun dengan keterbatasan efisiensi dan faktor mekanis yang telah dijelaskan.

Set motor/generator juga memiliki sifat unik penyimpanan energi kinetik:yaitu, jika catu daya motor terputus sesaat karena alasan apa pun, momentum sudutnya (kelembaman massa yang berputar) akan mempertahankan rotasi generator untuk waktu yang singkat. , sehingga mengisolasi setiap beban yang ditenagai oleh generator dari "gangguan" di sistem daya utama.

Analisis Operasi Trafo Step-up dan Step-down

Melihat dari dekat angka-angka dalam analisis SPICE, kita akan melihat korespondensi antara rasio transformator dan dua induktansi. Perhatikan bagaimana induktor primer (l1) memiliki induktansi 100 kali lebih besar daripada induktor sekunder (10000 H versus 100 H), dan rasio penurunan tegangan terukur adalah 10 banding 1.

Belitan dengan induktansi yang lebih besar akan memiliki tegangan yang lebih tinggi dan arus yang lebih kecil dari yang lain.

Karena kedua induktor dililitkan di sekitar bahan inti yang sama dalam transformator (untuk kopling magnetik yang paling efisien di antara keduanya), parameter yang mempengaruhi induktansi untuk kedua kumparan adalah sama kecuali jumlah lilitan di setiap kumparan.

Jika kita melihat kembali rumus induktansi kita, kita melihat bahwa induktansi sebanding dengan kuadrat jumlah lilitan kumparan:

Jadi, terlihat jelas bahwa dua induktor kita pada rangkaian contoh transformator SPICE terakhir—dengan rasio induktansi 100:1—harus memiliki rasio putaran kumparan 10:1, karena 10 kuadrat sama dengan 100.

Ini menghasilkan rasio yang sama yang kami temukan antara tegangan dan arus primer dan sekunder (10:1), jadi kami dapat mengatakan sebagai aturan bahwa rasio transformasi tegangan dan arus sama dengan rasio belitan belitan antara primer dan sekunder.

Transformator step-down:(banyak belokan :sedikit belokan).

Efek step-up/step-down dari rasio putaran koil dalam transformator dianalogikan dengan rasio gigi-gigi pada sistem roda gigi mekanis, yang mengubah nilai kecepatan dan torsi dengan cara yang hampir sama:

Kereta gigi pengurang torsi menurunkan torsi, sambil meningkatkan kecepatan.

Trafo step-up dan step-down untuk keperluan distribusi daya dapat berukuran raksasa sebanding dengan trafo daya yang ditunjukkan sebelumnya, beberapa unit berdiri setinggi rumah. Foto berikut menunjukkan trafo gardu induk yang tingginya sekitar dua belas kaki:

Transformator gardu induk.

TINJAUAN:

• Tegangan trafo “menaikkan” atau “menurun” sesuai dengan rasio lilitan kabel primer dan sekunder.

• Transformator yang dirancang untuk menaikkan tegangan dari primer ke sekunder disebut peningkatan transformator. Trafo yang dirancang untuk mengurangi tegangan dari primer ke sekunder disebut turun-turun transformator.
• Rasio transformasi transformator akan sama dengan akar kuadrat dari rasio induktansi primer ke sekunder (L).

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Transformer Step-up, Step-down, dan Isolasi