Pengubah Tegangan Elektrik – Formula dan Persamaan

Pengubah arus adalah salah satu jenis peralatan elektrik yang paling biasa, dan ia boleh ditemui dalam pelbagai aplikasi dalam bidang kejuruteraan elektrik, termasuk sistem kuasa. Oleh itu, dalam kedudukan seorang jurutera elektrik, biasanya diperlukan untuk mengira pelbagai ciri pengubah arus untuk menentukan keadaan di mana ia beroperasi. Untuk melakukan ini, akan perlu menggunakan persamaan konvensional, yang boleh dilihat disebutkan dalam bahagian yang akan diikuti dalam pos ini.

Apakah Pengubah Arus?

Pengubah arus adalah peralatan elektrik arus bolak-balik statik yang digunakan dalam sistem kuasa elektrik untuk tujuan mengubah tahap voltan mengikut keperluan. Ini mungkin bermaksud meningkatkan atau mengurangkan voltan. Tahap voltan & arus mungkin berubah melalui pengubah arus, tetapi frekuensi tetap sama.

Jenis-jenis pengubah arus yang berbeza

Pengubah arus boleh diklasifikasikan sebagai salah satu daripada tiga kategori berikut mengikut cara operasinya:

• Voltan dinaikkan dari tahap yang lebih rendah menggunakan pengubah arus peningkatan, yang merujuk kepada pengubah arus peningkatan.

• Tahap voltan diturunkan oleh pengubah arus penurunan, yang bermula pada tahap voltan yang lebih tinggi.

• Pengubah arus isolasi adalah peranti yang tidak mengubah voltan tetapi secara elektrik mengasingkan dua litar elektrik yang bebas. Ia juga dikenali sebagai pengubah arus 1-ke-1.

Persamaan EMF Pengubah Arus

Istilah “persamaan EMF pengubah arus” merujuk kepada formula matematik yang menentukan nilai medan elektromagnetik (EMF) yang terhasil dalam gulungan pengubah arus.

Persamaan untuk medan elektromagnetik gulungan utama adalah seperti berikut:

E1=4.44fϕmN1=4.44fBmAN1

Persamaan untuk medan elektromagnetik pada lilitan sekunder adalah seperti berikut:

E2=4.44fϕmN2=4.44fBmAN2

Di mana,

f - Frekuensi bekalan,

ϕm – Arus fluks maksimum dalam inti,

Bm– Ketumpatan fluks maksimum dalam inti,

A – Luas keratan rentas inti,

N1 dan N2 – Bilangan putaran dalam lilitan utama & sekunder.

Nisbah Lilitan Peralihan

Nisbah lilitan peralihan didefinisikan sebagai nisbah jumlah lilitan pada sisi utama (N1) kepada jumlah lilitan pada sisi sekunder (N2) peralihan tersebut.

Nisbah Lilitan=Lilitan Utama (N1)/Lilitan Sekunder (N2)

Nisbah Transformasi Voltan Peralihan

Istilah "nisbah transformasi voltan" merujuk kepada hubungan antara voltan output arus ulang alih (AC) peralihan dan voltan input arus ulang alih (AC) peralihan tersebut. Ia ditandakan sebagai K.

Nisbah Transformasi Voltan,

K=Voltan Output (V2)/Voltan Input (V1)

Nisbah Transformasi Arus Peralihan

Istilah "nisbah transformasi arus" merujuk kepada proporsi arus output peralihan, yang merupakan arus yang mengalir melalui lilitan sekunder, terhadap arus input peralihan, yang merupakan arus yang mengalir melalui lilitan utama.

Nisbah Transformasi Arus,

K=Arus lilitan sekunder(I2)/Arus lilitan primer(I1)

Hubungan antara Nisbah Penjanaan Arus & Nisbah Penjanaan Voltan, & Nisbah Lilitan

Formula berikut menunjukkan hubungan yang wujud antara nisbah lilitan, nisbah penjanaan voltan, & nisbah penjanaan arus:

Nisbah Lilitan =N1/N2=V1/V2=I2/I1=1/K

Dalam keadaan ini, nisbah penjanaan voltan dibalikkan oleh nisbah penjanaan arus. Ini kerana setiap kali transforma meningkatkan voltan, ia secara serentak mengurangkan arus dalam nisbah yang sama untuk mengekalkan kekuatan medan magnet (MMF) di inti pada tahap yang konsisten.

Persamaan Transforma MMF

Daya magnetomotif dinyatakan sebagai MMF. Nilai ampere-lilitan transforma adalah nama lain untuk MMF. Aliran magnet yang ditetapkan di inti transforma dicipta oleh MMF. Ia ditentukan dengan mendarab jumlah lilitan dalam lilitan dengan arus yang mengalir melaluinya.

Lilitan primer, MMF=N1I1

Pemintasan sekunder, MMF=N2I2

Di mana,

I1-Arus dalam pemintasan utama transformer

I2– Arus dalam pemintasan sekunder transformer

Rintangan Setara Pemintasan Transformer

Dawai tembaga sering digunakan dalam pembuatan pemintasan utama serta sekunder transformer. Oleh itu, ia mempunyai rintangan yang terbatas, walaupun satu yang agak rendah. R1 adalah simbol yang digunakan untuk menunjukkan rintangan pemintasan utama, manakala R2 adalah simbol yang digunakan untuk mewakili rintangan pemintasan sekunder.

Merujuk kepada litar penuh transformer, sama ada pada sisi utama atau sisi sekunder, rintangan setara pemintasan transformer diberikan.

Oleh itu, rintangan setara pemintasan pada sisi utama transformer boleh dikira seperti berikut:

R01=[R1+R′2]=[R1+(R2/K2)]

Rintangan setara bagi lilitan pada sisi sekunder transforma boleh dikira seperti berikut:

R02=[R2+R′1]=[R2+(R1K2)]

Di mana,

R1 ′ mewakili rintangan lilitan utama merujuk kepada sisi sekunder,

R2 ′ mewakili rintangan lilitan sekunder merujuk kepada sisi utama,

R1 mewakili rintangan lilitan utama,

R2 mewakili rintangan lilitan sekunder,

R01 mewakili rintangan setara transformer berdasarkan sisi primer dan

R02 mewakili rintangan setara transformer berdasarkan sisi sekunder.

Reaktans Kebocoran pada Lilitan Transformer

Istilah "reaktans kebocoran lilitan transformer" merujuk kepada reaktans induktif yang dihasilkan oleh kebocoran fluks magnetik dalam transformer.

Berdasarkan lilitan primer,

X1= E1/I1

Berdasarkan lilitan sekunder

X2= E2/I2

Dalam persamaan ini,

X1 mewakili reaktans kebocoran lilitan primer

X2 mewakili reaktans bocor lilitan sekunder,

E1 mewakili tegangan teraruh sendiri lilitan primer, dan

E2 mewakili tegangan teraruh sendiri lilitan sekunder.

Reaktans Setara Lilitan Transformator

Reaktans keseluruhan yang disumbangkan oleh lilitan primer & sekunder transformator kepada reaktans total dikenali sebagai reaktans setara.

Reaktans setara transformator, sebagaimana ia berlaku pada sisi primer, adalah seperti berikut:

X01=[X1+X′2]=[X1+(X2/K2) ]

Reaktans setara transformator, sebagaimana ia berlaku pada sisi sekunder, adalah seperti berikut:

X02=[X2+X′1]=[X2+(K2X1)]

Dalam persamaan ini,

X1‘ mewakili reaktans bocor lilitan utama pada sisi sekunder, dan

X2‘ mewakili reaktans bocor lilitan sekunder pada sisi primer.

Impedans Jumlah Lilitan Transforma

Istilah “impedans jumlah lilitan transforma” merujuk kepada penentangan yang disediakan oleh gabungan usaha tahanan lilitan & reaktans bocor.

Impedans lilitan utama transforma dinyatakan sebagai

Z1=√R21+X21

Impedans lilitan sekunder transforma dinyatakan sebagai

Z2=√R22+X22

Pada sisi utama transformator, rintangan setara dikira seperti berikut:

Z01=√R201+X201

Pada sisi sekunder transformator, rintangan setara dikira seperti berikut:

Z02=√R202+X202

Persamaan Voltan Input & Output Transformator

Dalam litar setara transformator, formula KVL digunakan untuk mendapatkan persamaan voltan bagi input dan output transformator.

Persamaan voltan input transformator boleh ditulis seperti berikut:

V1=E1+I1R1+jI1X1=E1+I1(R1+jX1)=E1+I1Z1

Persamaan untuk voltan keluaran transforma boleh ditulis seperti berikut:

V2=E2−I2R2−jI2X2=E2−I2(R2+jX2)=E2−I2

Kehilangan Transforma

1). Kehilangan inti &

2). Kehilangan kuprum

adalah dua jenis kerugian yang mungkin terjadi dalam transformator.

1). Kerugian Inti

Kerugian histeresis bersama dengan kerugian arus eddi menyumbang kepada kerugian inti keseluruhan transformator, yang boleh dinyatakan sebagai:

Kerugian inti=Ph+Pe

Dalam keadaan tersebut, kerugian histeresis berlaku akibat pembalikan magnetik yang berlaku dalam inti.

Kerugian histeresis,Ph=ηB1.6maksfV

Selain itu, arus eddi berlaku akibat aliran arus eddi di dalam inti.

Kerugian arus eddi,Pe=keB2mf2t2

Di mana,

η – Pekali Steinmetz,

Bm– Kepadatan fluks maksimum inti,

Ke– Pemalar arus eddi,

f – Frekuensi pembalikan fluks magnetik, dan

V – Isi padu inti.

2). Rugi Tembaga

Rugi tembaga berlaku akibat gulungan transforma mempunyai rintangan yang tinggi.

Rugi tembaga=I21R1+I22R2

Peraturan Voltan Transforma

Perubahan voltan keluaran transforma dari tiada beban hingga beban penuh dinyatakan sebagai peraturan voltan transforma, dan ia diukur berdasarkan voltan tiada beban transforma.

Peraturan Voltan=(Voltan tiada beban - Voltan beban penuh)/Voltan tiada beban

Kekeliruan Transforma

Kekalpasti transforma itu ditakrifkan sebagai nisbah kuasa output kepada kuasa input.

Kekalpasti,η=Kuasa output(Po)/Kuasa input(Pi)

Kekalpasti,η=Kuasa output/(Kuasa output+Kehilangan)

Kekalpasti Transforma di Bawah Semua Syarat Beban

Formula berikut digunakan untuk menentukan kekalpasti transforma pada beban sebenar tertentu:

η= x × kVA penuh×faktor kuasa/(x × kVA penuh×faktor kuasa)+Kehilangan

Kekalpasti Transforma Sepanjang Hari

Kekalpasti transforma sepanjang hari ditakrifkan sebagai nisbah tenaga output (kWh) kepada tenaga input (kWh) dalam tempoh 24 jam.

ηsepanjanghari=Tenaga output dalam kWh / Tenaga input dalam kWh

Syarat untuk Kekalpasti Maksimum Transforma

Apabila kerugian inti dan kerugian kuprum transforma adalah sama, kekalpasti transforma berada pada tahap maksimumnya.

Oleh itu, untuk mencapai kekalpasti maksimum transforma

Kehilangan tembaga = Kehilangan inti

Kadar Kecekapan Penjana Maksimum Berhubung dengan Arus Beban

Arus beban (atau) arus gulungan sekunder untuk kecekapan maksimum penjana disediakan oleh,

I2=√Pi/R02

Kesimpulan

Posting ini menerangkan formula-formula penting bagi penjana elektrik, yang sangat penting bagi semua pelajar kejuruteraan elektrik dan setiap profesional kejuruteraan elektrik.

Pernyataan: Hormati asal, artikel baik layak dikongsi, jika terdapat pelanggaran sila hubungi untuk dihapuskan.