Teori Transformator dalam Operasi Beban dan Tanpa Beban

Definisi Transformator

Transformator didefinisikan sebagai perangkat elektrik yang mentransfer energi listrik antara dua atau lebih rangkaian melalui induksi elektromagnetik.

Teori Transformator Tanpa Beban

Tidak Memiliki Hambatan Lilitan dan Reaktansi Bocor

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

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

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

Komponen ini diambil sefasa dengan tegangan sumber karena terkait dengan kerugian aktif atau kerja dalam transformator. Komponen lain dari arus sumber ditandai sebagai Iμ.

Komponen ini menghasilkan fluks magnet bolak-balik dalam inti, jadi ia tanpa daya; berarti itu adalah bagian reaktif dari arus sumber transformator. Oleh karena itu, Iμ akan berkuadratur dengan V1 dan sefasa dengan fluks bolak-balik Φ. Jadi, arus primer total dalam transformator pada kondisi tanpa beban dapat direpresentasikan sebagai:

Sekarang Anda telah melihat betapa mudahnya menjelaskan teori transformator tanpa beban.

Teori Transformator Dengan Beban

Tidak Memiliki Hambatan Lilitan dan Reaktansi Bocor

Sekarang kita akan memeriksa perilaku transformator tersebut dengan beban, yang berarti beban terhubung ke terminal sekunder. Pertimbangkan, transformator dengan kerugian inti tetapi tanpa kerugian tembaga dan reaktansi bocor. Setiap kali beban terhubung ke lilitan sekunder, arus beban akan mulai mengalir melalui beban serta lilitan sekunder.

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

MMF atau gaya magnetomotif dalam lilitan sekunder menghasilkan fluks φ2. φ2 ini akan menentang fluks magnetisasi utama dan sementara melemahkan fluks utama dan mencoba mengurangi emf self-induksi primer E1. Jika E1 turun di bawah tegangan sumber primer V1, akan ada arus tambahan mengalir dari sumber ke lilitan primer.

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

Yang pertama digunakan untuk memagnetisasi inti dan mengkompensasi kerugian inti, yaitu Io. Ini adalah komponen tanpa beban dari arus primer. Yang kedua digunakan untuk mengkompensasi fluks kontra lilitan sekunder. 

Ini dikenal sebagai komponen beban dari arus primer. Jadi, arus primer total tanpa beban I1 dari transformator listrik yang tidak memiliki hambatan lilitan dan reaktansi bocor dapat direpresentasikan sebagai berikut

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

Teori Transformator Dengan Beban, dengan Lilitan Resistif, tetapi Tanpa Reaktansi Bocor

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

Kami telah membuktikan sebelumnya bahwa, arus primer total dari sumber dengan beban adalah I1. Penurunan tegangan dalam lilitan primer dengan hambatan, R1 adalah R1I1. Tentu saja, emf terinduksi di lilitan primer E1, tidak sama persis dengan tegangan sumber V1. E1 kurang dari V1 oleh penurunan tegangan I1R1.

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

Demikian pula, persamaan tegangan sisi sekunder transformator akan:

Teori Transformator Dengan Beban, dengan Hambatan serta Reaktansi Bocor

Sekarang kita akan mempertimbangkan kondisi ketika ada reaktansi bocor transformator serta hambatan lilitan transformator.

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

Kami telah menetapkan persamaan tegangan transformator dengan beban, hanya dengan hambatan dalam lilitan, di mana penurunan tegangan dalam lilitan hanya terjadi karena penurunan tegangan resistif.

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