Bagaimana saya bisa menentukan jumlah lilitan per koil dan ukuran kawat untuk sebuah transformator?

Bagaimana cara menentukan jumlah putaran per kumparan dan ukuran kawat untuk sebuah transformator?

Menentukan jumlah putaran dan ukuran kawat untuk kumparan transformator memerlukan pertimbangan tegangan, arus, frekuensi, karakteristik inti, dan persyaratan beban. Berikut adalah langkah-langkah dan rumus yang rinci:

I. Tentukan Parameter Dasar Transformator

1. Tegangan Masukan/Keluaran (V1,V2): Tegangan primer dan sekunder (dalam volt).

2. Daya Terukur (P): Kapasitas transformator (dalam VA atau watt).

3. Frekuensi Operasi (f): Biasanya 50 Hz atau 60 Hz.

4. Parameter Inti:

• Bahan inti (misalnya, baja silikon, ferrit)

• Luas penampang efektif inti (A, dalam m²)

• Kepadatan fluks maksimum (Bmax, dalam T)

• Panjang jalur magnetik total (le, dalam m)

II. Hitung Jumlah Putaran Kumparan

1. Rumus Rasio Putaran

Di mana N1 dan N2 adalah putaran kumparan primer dan sekunder.

2. Perhitungan Tegangan per Putaran

Menggunakan Hukum Induksi Faraday:

Diubah untuk menyelesaikan N:

Parameter:

• V: Tegangan kumparan (primer atau sekunder)

• Bmax: Kepadatan fluks maksimum (merujuk pada lembar data bahan inti, misalnya 1,2–1,5 T untuk baja silikon)

• A: Luas penampang efektif inti (dalam m²)

Contoh:
Merancang transformator 220V/110V, 50Hz, 1kVA dengan inti baja silikon (Bmax=1,3T,A=0,01m2):

III. Tentukan Ukuran Kawat

1. Hitung Arus Kumparan

2. Perhitungan Luas Penampang Kawat

Berdasarkan kepadatan arus (J, dalam A/mm²):

• Pedoman Kepadatan Arus:

• Transformator standar: J=2,5∼4A/mm2

• Transformator frekuensi tinggi atau efisiensi tinggi: J=4∼6A/mm2 (pertimbangkan efek kulit)

3. Perhitungan Diameter Kawat

IV. Validasi dan Optimalisasi

Validasi Rugi Inti:
Pastikan inti beroperasi dalam batas Bmax yang aman untuk menghindari jenuh:

(k: Koefisien bahan, Ve: Volume inti)

Pemanfaatan Area Jendela:
Total luas penampang kawat harus muat dalam area jendela inti (Awindow):

(Ku: Faktor pengisian jendela, biasanya 0,2–0,4)

Pemeriksaan Kenaikan Suhu:
Pastikan kepadatan arus kawat memenuhi persyaratan kenaikan suhu (biasanya ≤ 65°C).

V. Alat dan Referensi

1. Perangkat Lunak Desain:

• ETAP, MATLAB/Simulink (untuk simulasi dan validasi)

• Transformer Designer (alat online)

2. Panduan dan Standar:

• Buku Panduan Desain Transformator oleh Colin Hart

• Standar IEE-Business C57.12.00 (Persyaratan Umum untuk Transformator Daya)

Pertimbangan Utama

• Transformator Frekuensi Tinggi: Tangani efek kulit dan kedekatan menggunakan kawat Litz atau strip tembaga datar.

• Persyaratan Isolasi: Pastikan isolasi tahan terhadap tegangan antara kumparan (misalnya, ≥ 2 kV untuk isolasi primer-sekunder).

• Margin Keamanan: Cadangkan margin 10–15% untuk putaran dan ukuran kawat.

Metodologi ini memberikan dasar untuk desain transformator, tetapi uji coba eksperimental dianjurkan untuk validasi akhir.