Teori Transformer pada Operasi Beban dan Tanpa Beban

Definisi Transformer

Transformer didefinisikan sebagai perangkat listrik yang mentransfer energi listrik antara dua atau lebih sirkuit melalui induksi elektromagnetik.

Teori Transformer pada Beban Kosong

Tanpa Hambatan Gulungan dan Reaktansi Bocor

Pertimbangkan sebuah transformer dengan hanya kerugian inti, artinya tidak ada kerugian tembaga atau reaktansi bocor. Ketika sumber arus bolak-balik diterapkan pada primer, ia menyuplai arus untuk memagnetisasi inti transformer.

Namun, arus ini bukanlah arus magnetisasi sebenarnya; arus ini sedikit lebih besar dari arus magnetisasi sebenarnya. Total arus yang disuplai dari sumber memiliki dua komponen, satu adalah arus magnetisasi yang hanya digunakan untuk memagnetisasi inti, dan komponen lainnya dari arus sumber digunakan untuk mengkompensasi kerugian inti dalam transformer.

Karena komponen kerugian inti, arus beban kosong sumber tidak tertinggal dari tegangan suplai tepat 90° tetapi oleh sudut θ, yang kurang dari 90°. Total arus Io memiliki komponen Iw sefase dengan tegangan suplai V1, mewakili komponen kerugian inti.

Komponen ini diambil sefase dengan tegangan sumber karena terkait dengan kerugian aktif atau kerja dalam transformer. Komponen lain dari arus sumber dinotasikan sebagai Iμ.

Komponen ini menghasilkan fluks magnet bolak-balik dalam inti, jadi tanpa daya; berarti ini adalah bagian reaktif dari arus sumber transformer. Oleh karena itu, Iμ akan berada dalam kuadratur dengan V1 dan sefase dengan fluks bolak-balik Φ. Jadi, total arus primer dalam transformer pada kondisi beban kosong dapat dinyatakan sebagai:

Sekarang Anda telah melihat betapa mudahnya menjelaskan teori transformer dalam keadaan beban kosong.

Teori Transformer pada Beban

Tanpa Hambatan Gulungan dan Reaktansi Bocor

Sekarang kita akan memeriksa perilaku transformer tersebut di atas pada beban, yang berarti beban terhubung ke terminal sekunder. Pertimbangkan, sebuah transformer dengan kerugian inti tetapi tidak ada kerugian tembaga dan reaktansi bocor. Setiap kali beban terhubung ke gulungan sekunder, arus beban akan mulai mengalir melalui beban serta gulungan sekunder.

Arus beban ini sepenuhnya bergantung pada karakteristik beban dan juga pada tegangan sekunder transformer. Arus ini disebut arus sekunder atau arus beban, di sini dinotasikan sebagai I2. Sebagai I2 mengalir melalui sekunder, MMF sendiri di gulungan sekunder akan diproduksi. Di sini N2I2, di mana, N2 adalah jumlah putaran gulungan sekunder transformer.

MMF atau gaya magnetomotif di gulungan sekunder menghasilkan fluks φ2. Fluks φ2 ini akan menentang fluks magnetisasi utama dan secara momen melemahkan fluks utama dan berusaha mengurangi emf self-induksi primer E1. Jika E1 turun di bawah tegangan sumber primer V1, akan ada arus tambahan yang mengalir dari sumber ke gulungan primer.

Arus primer tambahan I2′ menghasilkan fluks tambahan φ′ di inti yang akan netralisasi fluks balasan sekunder φ2. Oleh karena itu, fluks magnetisasi inti utama, Φ tetap tidak berubah terlepas dari beban. Jadi, total arus, transformer ini tarik dari sumber dapat dibagi menjadi dua komponen.

Yang pertama digunakan untuk memagnetisasi inti dan mengkompensasi kerugian inti, yaitu Io. Ini adalah komponen beban kosong dari arus primer. Yang kedua digunakan untuk mengkompensasi fluks balasan dari gulungan sekunder. 

Ini dikenal sebagai komponen beban dari arus primer. Oleh karena itu, total arus primer beban kosong I1 dari transformer listrik tenaga yang tidak memiliki hambatan gulungan dan reaktansi bocor dapat dinyatakan sebagai berikut

Di mana θ2 adalah sudut antara Tegangan Sekunder dan Arus Sekunder transformer.Sekarang kita akan melanjutkan satu langkah lebih lanjut menuju aspek praktis yang lebih dari transformer.

Teori Transformer Pada Beban, dengan Gulungan Resistif, tetapi Tanpa Reaktansi Bocor

Sekarang, pertimbangkan hambatan gulungan transformer tetapi tanpa reaktansi bocor. Sampai sekarang kita telah membahas transformer yang memiliki gulungan ideal, artinya gulungan tanpa hambatan dan reaktansi bocor, tetapi sekarang kita akan mempertimbangkan satu transformer yang memiliki hambatan internal di gulungan tetapi tanpa reaktansi bocor. Karena gulungan resistif, akan ada penurunan tegangan di gulungan.

Kita telah membuktikan sebelumnya bahwa, total arus primer dari sumber pada beban adalah I1. Penurunan tegangan di gulungan primer dengan hambatan, R1 adalah R1I1. Jelas, emf terinduksi di gulungan primer E1, tidak tepat sama dengan tegangan sumber V1. E1 kurang dari V1 oleh penurunan tegangan I1R1.

Lagi pula, pada kasus sekunder, tegangan terinduksi di gulungan sekunder, E2 tidak sepenuhnya muncul di beban karena juga turun sejumlah I2R2, di mana R2 adalah hambatan gulungan sekunder dan I2 adalah arus sekunder atau arus beban.

Demikian pula, persamaan tegangan sisi sekunder transformer akan menjadi:

Teori Transformer Pada Beban, dengan Hambatan serta Reaktansi Bocor

Sekarang kita akan mempertimbangkan kondisi ketika ada reaktansi bocor transformer serta hambatan gulungan transformer.

Misalkan reaktansi bocor gulungan primer dan sekunder transformer adalah X1 dan X2 masing-masing. Oleh karena itu, impedansi total gulungan primer dan sekunder transformer dengan hambatan R1 dan R2 masing-masing dapat dinyatakan sebagai,

Kita telah menetapkan persamaan tegangan transformer pada beban, dengan hanya resistansi di gulungan, di mana penurunan tegangan di gulungan terjadi hanya karena penurunan tegangan resistif.

Tetapi ketika kita mempertimbangkan reaktansi bocor gulungan transformer, penurunan tegangan terjadi di gulungan tidak hanya karena hambatan tetapi juga karena impedansi gulungan transformer. Oleh karena itu, persamaan tegangan sebenarnya dari transformer dapat dengan mudah ditentukan dengan mengganti hambatan R1 & R2 dalam persamaan tegangan yang telah ditetapkan sebelumnya dengan Z1 dan Z2.

Oleh karena itu, persamaan tegangan adalah,

Penurunan hambatan berada dalam arah vektor arus. Tetapi penurunan reaktif akan tegak lurus terhadap vektor arus seperti yang ditunjukkan dalam diagram vektor transformer di atas.