Apa prinsip kerja trafo? Transformator arus - prinsip operasi dan aplikasi

Transformator adalah perangkat elektromagnetik statis yang mempunyai dua atau lebih belitan yang digabungkan secara induktif dan dirancang untuk mengubah, melalui induksi elektromagnetik, satu atau lebih sistem arus bolak-balik menjadi satu atau lebih sistem arus bolak-balik lainnya.

Transformer banyak digunakan untuk tujuan berikut.

Untuk transmisi dan distribusi energi listrik. Biasanya pada pembangkit listrik, generator arus bolak-balik menghasilkan energi listrik pada tegangan 6-24 kV.

Untuk memberi daya pada berbagai rangkaian peralatan radio dan televisi; perangkat komunikasi, otomatisasi telemekanik, peralatan listrik rumah tangga; untuk memisahkan rangkaian listrik dari berbagai elemen perangkat ini; untuk pencocokan tegangan

Untuk memasukkan alat ukur listrik dan beberapa perangkat, seperti relai, dalam rangkaian listrik tegangan tinggi atau dalam rangkaian yang dilalui arus besar, untuk memperluas batas pengukuran dan menjamin keamanan kelistrikan. Transformator yang digunakan untuk tujuan ini disebut ukur. Mereka memiliki daya yang relatif rendah, ditentukan oleh daya yang dikonsumsi oleh alat ukur listrik, relay, dll.

Prinsip operasi transformator

Rangkaian elektromagnetik transformator dua belitan satu fasa terdiri dari dua belitan (Gbr. 2.1) yang ditempatkan pada rangkaian magnet tertutup, yang terbuat dari bahan feromagnetik. Penggunaan inti magnet feromagnetik memungkinkan untuk memperkuat kopling elektromagnetik antara belitan, yaitu mengurangi hambatan magnet dari rangkaian yang dilalui fluks magnet mesin. Belitan primer 1 dihubungkan ke sumber arus bolak-balik - jaringan listrik dengan tegangan u 1 . Resistansi beban Z H dihubungkan ke belitan sekunder 2.

Belitan tegangan tinggi disebut belitan tegangan tinggi (HV), dan tegangan rendah - belitan tegangan rendah (NN). Awal dan akhir belitan HV ditandai dengan huruf A Dan X; Gulungan LV - huruf A Dan X.

Saat terhubung ke jaringan, arus bolak-balik muncul di belitan primer Saya 1 , yang menciptakan fluks magnet bolak-balik F, menutup sepanjang sirkuit magnet. Aliran F menginduksi ggl bolak-balik di kedua belitan - e 1 Dan e 2 , sebanding, menurut hukum Maxwell, dengan jumlah putaran w 1 dan w 2 Kecepatan perubahan belitan dan fluks yang sesuai D F/ dt.

Jadi, nilai sesaat ggl yang diinduksi pada setiap belitan adalah

e 1 = - w 1 d F/dt; e2= -w 2 dФ/dt.

Akibatnya, rasio EMF sesaat dan efektif dalam belitan ditentukan oleh ekspresi

Akibatnya, memilih jumlah belitan belitan yang sesuai, pada tegangan tertentu U 1 Anda bisa mendapatkan tegangan U yang diinginkan 2 . Jika tegangan sekunder perlu dinaikkan, maka jumlah lilitan w 2 diambil lebih besar dari jumlah w 1; transformator seperti itu disebut meningkat Jika Anda perlu mengurangi tegangan kamu 2 , maka jumlah putaran w 2 diambil kurang dari w 1; transformator seperti itu disebut ke bawah,

Rasio EMF E Gulungan HV tegangan lebih tinggi ke EMF E Gulungan LV tegangan rendah (atau rasio jumlah lilitannya) disebut rasio transformasi

k= E VN / E NN = w VN / w NN

Koefisien k selalu lebih besar dari satu.

Dalam sistem transmisi dan distribusi energi, dalam beberapa kasus, transformator tiga belitan digunakan, dan dalam perangkat elektronik radio dan otomasi, transformator multi-belitan digunakan. Dalam transformator seperti itu, tiga atau lebih belitan yang diisolasi satu sama lain ditempatkan pada inti magnet, yang memungkinkan untuk menerima dua atau lebih tegangan berbeda ketika salah satu belitan diberi daya. (kamu 2 ,kamu 3 ,kamu 4, dst.) untuk menyuplai tenaga listrik ke dua atau lebih kelompok konsumen. Pada transformator daya tiga belitan, dibedakan antara belitan tegangan tinggi, rendah dan menengah (MV).

Hanya tegangan dan arus yang diubah dalam transformator. Daya kira-kira tetap konstan (sedikit berkurang karena kehilangan energi internal pada transformator). Karena itu,

SAYA 1 /SAYA 2 ≈ kamu 2 /U 1 ≈ w 2 /w 1 .

Ketika tegangan sekunder transformator meningkat k kali dibandingkan dengan primer, saat ini Saya 2 pada belitan sekunder berkurang k sekali.

Trafo hanya dapat beroperasi pada rangkaian arus bolak-balik. Jika belitan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber arus searah, maka akan terbentuk fluks magnet pada kawat magnetnya, yang besar dan arahnya konstan terhadap waktu. Oleh karena itu, pada belitan primer dan sekunder dalam keadaan tunak, EMF tidak diinduksi, sehingga energi listrik tidak berpindah dari rangkaian primer ke rangkaian sekunder. Mode ini berbahaya bagi trafo, karena kurangnya EMF E 1 arus belitan primer SAYA 1 =kamu 1 R 1 cukup besar.

Properti penting dari transformator yang digunakan dalam perangkat otomasi dan elektronik radio adalah kemampuannya untuk mengubah resistansi beban. Jika Anda menghubungkan resistansi ke sumber AC R melalui transformator dengan rasio transformasi Ke, kemudian untuk rangkaian sumber

R" = P 1 /SAYA 1 2 ≈ P 2 /SAYA 1 2 ≈ saya 2 2 R/saya 1 2 ≈ k 2 R

Di mana R 1 - daya yang dikonsumsi oleh transformator dari sumber arus bolak-balik, W; R 2 = Saya 2 2 R≈ P 1 - daya yang dikonsumsi oleh resistansi R dari trafo.

Dengan demikian, trafo mengubah nilai resistansi R menjadi k 2 sekali. Sifat ini banyak digunakan dalam pengembangan berbagai rangkaian listrik untuk mencocokkan resistansi beban dengan resistansi internal sumber energi listrik.

Transformator adalah perangkat elektromagnetik statis dengan dua (atau lebih) belitan, paling sering dirancang untuk mengubah arus bolak-balik dari satu tegangan menjadi arus bolak-balik dari tegangan lain. Konversi energi pada transformator dilakukan oleh medan magnet bolak-balik. Transformator banyak digunakan dalam transmisi energi listrik jarak jauh, distribusinya antar penerima, serta dalam berbagai perangkat penyearah, penguatan, persinyalan, dan lainnya.

Saat mentransmisikan energi listrik dari pembangkit listrik ke konsumen, kekuatan arus pada saluran menyebabkan hilangnya energi pada saluran ini dan konsumsi logam non-besi untuk perangkatnya. Jika, dengan daya pancar yang sama, tegangan dinaikkan, kekuatan arus akan berkurang pada tingkat yang sama, dan oleh karena itu, dimungkinkan untuk menggunakan kabel dengan penampang yang lebih kecil. Hal ini akan mengurangi konsumsi logam non-ferrous saat membangun saluran transmisi listrik dan mengurangi kehilangan energi di dalamnya.

Energi listrik dihasilkan di pembangkit listrik oleh generator sinkron dengan tegangan 11-20 kV; dalam beberapa kasus, tegangan 30-35 kV digunakan. Meskipun tegangan tersebut terlalu tinggi untuk keperluan industri dan rumah tangga secara langsung, namun tegangan tersebut tidak cukup untuk transmisi listrik yang ekonomis dalam jarak jauh. Peningkatan tegangan lebih lanjut pada saluran listrik (hingga 750 kV atau lebih) dilakukan oleh transformator step-up.

Penerima energi listrik (lampu pijar, motor listrik, dll) untuk alasan keamanan mengandalkan tegangan yang lebih rendah (110-380 V). Selain itu, pembuatan peralatan listrik, instrumen dan mesin untuk tegangan tinggi dikaitkan dengan kesulitan desain yang signifikan, karena bagian pembawa arus dari perangkat ini pada tegangan tinggi memerlukan isolasi yang diperkuat. Oleh karena itu, tegangan tinggi yang menyalurkan energi tidak dapat langsung digunakan untuk memberi daya pada penerima dan disuplai melalui transformator step-down.

Energi listrik AC harus diubah 3-4 kali sepanjang perjalanan dari pembangkit listrik tempat energi tersebut dihasilkan hingga ke konsumen. Pada jaringan distribusi, trafo step down dibebani secara tidak simultan dan tidak pada kapasitas penuh. Oleh karena itu, total daya trafo yang digunakan untuk transmisi dan distribusi tenaga listrik 7-8 kali lebih besar dibandingkan daya generator yang dipasang pada pembangkit listrik.

Konversi energi pada transformator dilakukan melalui medan magnet bolak-balik dengan menggunakan inti magnet.

Tegangan belitan primer dan sekunder biasanya tidak sama. Jika tegangan primer lebih kecil dari tegangan sekunder maka transformator disebut step-up, jika lebih besar dari tegangan sekunder maka disebut step-down. Trafo apa pun dapat digunakan sebagai trafo step-up dan step-down. Trafo step-up digunakan untuk mentransmisikan listrik jarak jauh, dan trafo step-down digunakan untuk mendistribusikannya antar konsumen.

Tergantung pada tujuannya, ada trafo daya, trafo pengukur tegangan, dan trafo arus

Transformator daya mengubah arus bolak-balik dari satu tegangan menjadi arus bolak-balik dari tegangan lain untuk menyuplai listrik kepada konsumen. Tergantung pada tujuannya, jumlahnya bisa bertambah atau berkurang. Dalam jaringan distribusi, biasanya digunakan transformator step-down tiga fase dua belitan, yang mengubah tegangan 6 dan 10 kV menjadi tegangan 0,4 kV. (Jenis trafo utama adalah TMG, TMZ, TMF, TMB, TME, TMGSO, TM, TMZH, TDTN, TRDN, TSZ, TSZN, TSZGL dan lain-lain.)

Transformator tegangan- Ini adalah transformator perantara yang melaluinya alat ukur dinyalakan pada tegangan tinggi. Berkat ini, alat ukur diisolasi dari jaringan, yang memungkinkan untuk menggunakan instrumen standar (dengan skala yang dinilai ulang) dan dengan demikian memperluas batas tegangan yang diukur.

Transformator tegangan digunakan baik untuk mengukur tegangan, daya, energi, dan untuk memberi daya pada sirkuit otomasi, alarm, dan perlindungan relai saluran listrik dari gangguan tanah.

Dalam beberapa kasus, trafo tegangan dapat digunakan sebagai trafo daya step-down daya rendah atau sebagai trafo uji step-up (untuk menguji isolasi perangkat listrik).

Jenis transformator tegangan berikut disajikan di pasar Rusia:

3NOL.06, ZNOLP, ZNOLPM, ZNOL.01PMI, 3xZNOL.06, 3xZNOLP, 3xZNOLPM, NOL.08, NOL.11-6.O5, NOL.12 OM3, ZNOL.06-35 (ZNOLE-35), ZNOL 35 , NOL 35, NOL-35 III, NAMIT-10 , ZNIOL, ZNIOL-10-1, ZNIOL-10-P, ZNIOL-20, ZNIOL-20-P, ZNIOL-35, ZNIOL-35-P, ZNIOL-35 -1, NIOL -20, NIOL-35, NOL-SESH -10, NOL-SESH -10-1, NOL-SESH-6, NOL-SESH-6-1, NOL-SESH-20, NOL-SESH-35 , 3xZNOL-SESH-6, 3xZNOL-SESH -10, NALI-SESH-10, NALI-SESH-6, NTMI 6, NTMI 10, NAMI 6, NAMI 10, NAMI 35, NAMI 110, ZNAMIT-6, ZNAMIT-10 , ZNOMP 35, NOM 6, NOM 10, NOM 35, NKF 110, NKF 150, NKF 220 dan lain-lain.

Untuk trafo pengukur tegangan, lilitan primernya adalah 3000/√3, 6000/√3, 10000/√3, 13800/√3, 18000/√3, 24000/√3, 27000/√3, 35000/√3, 66000 /√3 , 110000/√3, 150000/√3, 220000/√3, 330000/√3, 400000/√3, 500000/√3, dan sekunder 100/√3 atau 110/√3.

Transformator arus adalah alat bantu yang arus sekundernya praktis sebanding dengan arus primer dan dirancang untuk mencakup alat ukur dan relai pada rangkaian listrik arus bolak-balik.

Dilengkapi dengan kelas akurasi: 0,5; 0,5 detik; 0,2; 0,2 detik

Transformator arus digunakan untuk mengubah arus dengan nilai dan tegangan berapa pun menjadi arus yang sesuai untuk diukur dengan instrumen standar (5 A), memberi daya pada belitan arus relai, perangkat pemutus, serta perangkat isolasi dan personel pengoperasiannya dari tegangan tinggi.

PENTING! Trafo arus tersedia dengan rasio transformasi berikut: 5/5, 10/5, 15/5, 20/5, 30/5, 40/5, 50/5, 75/5, 100/5, 150/5, 200/5, 300/5, 400/5, 500/5, 600/5, 800/5, 1000/5, 1500/5, 2000/5, 2500/5, 3000/5, 5000/5, 8000/ 5 , 10.000/5.
Transformator saat ini di pasar Rusia diwakili oleh model berikut:

TOP-0.66, TShP-0.66, TOP-0.66-I, TShP-0.66-I, TShL-0.66, TNShL-0.66, TNSh-0.66, TOL-10, TLO-10, TOL-10-I, TOL-10- M, TOL-10-8, TOL-10-IM, TOL-10 III, TSHL-10, TLSH-10, TPL-10-M, TPOL-10 , TPOL-10M, TPOL-10 III, TL-10, TL-10-M, TPLC-10, TOLK-6, TOLK-6-1, TOLK-10, TOLK-10-2, TOLK-10-1, TOL-20, TSL-20-I, TPL-20, TPL-35, TOL-35, TOL-35-III-IV, TOL-35 II-7.2, TLC-35, TV, TLC-10, TPL-10S, TLM-10, TSHLP-10, TPK-10, TVLM -10, TVK-10, TVLM-6, TLK-20, TLK-35-1, TLK-35-2, TLK-35-3, TOL-SESH 10, TOL-SESH-20, TOL-SESH-35, TSHL-SESH 0.66, Trafo Ritz, TPL-SESH 10, TZLK(R)-SESH 0.66, TV-SESH-10, TV-SESH-20 , TV-SESH-35, TSHL-SESH-10, TSHL-SESH-20 , TZLV-SESH-10 dan lainnya.

Klasifikasi transformator tegangan

Transformator tegangan berbeda:

A) berdasarkan jumlah fase - fase tunggal dan tiga fase;
b) menurut jumlah belitan - dua belitan, tiga belitan, empat belitan.
Contoh 0,5/0,5S/10P;
c) menurut kelas ketelitian, yaitu menurut nilai kesalahan yang diperbolehkan;
d) dengan metode pendinginan - transformator dengan pendingin oli (oli), dengan pendingin udara alami (kering dan dengan insulasi cor);
e) berdasarkan jenis pemasangan - untuk pemasangan di dalam ruangan, untuk pemasangan di luar ruangan, dan untuk switchgear lengkap.

Untuk tegangan sampai dengan 6-10 kV, trafo tegangan dibuat kering, yaitu dengan pendingin udara alami. Untuk tegangan di atas 6-10 kV digunakan trafo tegangan berisi oli.

Trafo dalam ruangan dirancang untuk beroperasi pada suhu sekitar -40 hingga + 45°C dengan kelembapan relatif hingga 80%.

DI DALAM transformator satu fasa tegangan dari 6 hingga 10 kV, isolasi cor sebagian besar digunakan. Transformator dengan insulasi cor seluruhnya atau sebagian (satu belitan) diisi dengan massa insulasi (resin epoksi). Trafo semacam itu, yang ditujukan untuk pemasangan di dalam ruangan, lebih berbeda dari trafo minyak: trafo ini memiliki bobot dan dimensi keseluruhan yang lebih ringan dan hampir tidak memerlukan perawatan selama pengoperasian.

Transformator tiga fasa dua belitan tegangan memiliki sirkuit magnetik tiga batang konvensional, dan sirkuit lapis baja tiga fase berliku - fase tunggal.
Trafo tiga fasa tiga belitan adalah sekelompok tiga unit kutub tunggal satu fasa, yang belitannya dihubungkan menurut rangkaian yang sesuai. Transformator tegangan tiga fase tiga belitan seri lama (sebelum 1968-1969) memiliki inti magnet lapis baja. Trafo tiga fasa memiliki berat dan ukuran yang lebih kecil dibandingkan dengan sekelompok tiga trafo satu fasa. Saat mengoperasikan trafo tiga fasa untuk cadangan, Anda perlu memiliki trafo lain dengan daya penuh
Pada trafo terendam oli, media isolasi dan pendingin utama adalah oli trafo.

Transformator minyak terdiri dari sirkuit magnetik, belitan, tangki, penutup dengan input. Inti magnet dirakit dari lembaran baja listrik canai dingin, diisolasi satu sama lain (untuk mengurangi kerugian akibat arus eddy). Gulungannya terbuat dari kawat tembaga atau aluminium. Untuk mengatur tegangan, belitan HV mempunyai cabang-cabang yang dihubungkan dengan saklar. Trafo menyediakan dua jenis peralihan tap: di bawah beban - pengubah tap on-load (pengaturan on-load) dan tanpa beban, setelah transformator terputus dari jaringan - peralihan off-load (switching non-eksitasi). Metode pengaturan tegangan yang kedua adalah yang paling umum karena paling sederhana.

Selain trafo berpendingin oli (Transformer TM) yang disebutkan di atas, trafo diproduksi dalam desain tertutup (TMG), di mana oli tidak berkomunikasi dengan udara dan, oleh karena itu, percepatan oksidasi dan pelembabnya tidak termasuk. Trafo oli dalam desain tertutup terisi penuh dengan oli trafo dan tidak memiliki ekspander, dan perubahan suhu volumenya selama pemanasan dan pendinginan dikompensasi oleh perubahan volume kerut dinding tangki. Trafo ini diisi dengan minyak dalam kondisi vakum, yang meningkatkan kekuatan listrik insulasinya.

Trafo kering, seperti minyak, terdiri dari inti magnet, belitan HV dan LV, yang dibungkus dalam selubung pelindung. Media isolasi dan pendingin utama adalah udara atmosfer. Namun, udara merupakan media isolasi dan pendingin yang kurang sempurna dibandingkan minyak transformator. Oleh karena itu, pada trafo kering, seluruh celah isolasi dan saluran ventilasi dibuat lebih besar dibandingkan pada trafo minyak.

Trafo kering dibuat dengan belitan dengan insulasi kaca kelas tahan panas B (TSZ), serta insulasi pada pernis silikon kelas N (TSZK). Untuk mengurangi higroskopisitas, belitan diresapi dengan pernis khusus. Penggunaan fiberglass atau asbes sebagai insulasi belitan dapat meningkatkan suhu pengoperasian belitan secara signifikan dan memperoleh instalasi yang praktis tahan api. Properti transformator kering ini memungkinkan penggunaannya untuk pemasangan di dalam ruang kering jika memastikan keselamatan kebakaran pada instalasi merupakan faktor penentu. Terkadang trafo kering diganti dengan trafo kering yang lebih mahal dan sulit diproduksi.

Trafo kering memiliki dimensi dan berat keseluruhan yang sedikit lebih besar (trafo TSZ) dan kapasitas beban berlebih yang lebih rendah dibandingkan trafo minyak, dan digunakan untuk pengoperasian di ruang tertutup dengan kelembaban relatif tidak lebih dari 80%. Keuntungan dari trafo kering termasuk keamanannya terhadap kebakaran (tanpa minyak), desain yang relatif sederhana dan biaya pengoperasian yang relatif rendah.

Klasifikasi trafo arus

Transformator arus diklasifikasikan menurut berbagai kriteria:

1. Menurut tujuannya, trafo arus dapat dibagi menjadi pengukur (TOL-SESH-10, TLM-10), proteksi, perantara (untuk memasukkan alat ukur pada rangkaian proteksi relai arus, untuk menyamakan arus pada rangkaian proteksi diferensial, dll.) dan laboratorium (akurasi tinggi, serta dengan banyak rasio transformasi).

2. Menurut jenis pemasangannya, trafo arus dibedakan:
a) untuk pemasangan di luar ruangan, dipasang pada switchgear terbuka (TLK-35-2.1 UHL1);
b) untuk pemasangan di dalam ruangan;
c) terpasang pada perangkat dan mesin listrik: sakelar, transformator, generator, dll.;
d) overhead - ditempatkan di atas selongsong (misalnya, pada input tegangan tinggi transformator daya);
e) portabel (untuk pengukuran kontrol dan uji laboratorium).

3. Menurut desain belitan primer, transformator arus dibagi:
a) multi-putaran (kumparan, belitan loop dan belitan angka delapan);
b) putaran tunggal (batang);
c) ban (TSh-0,66).

4. Menurut cara pemasangannya, trafo arus untuk pemasangan di dalam dan luar ruangan dibagi:
a) pos pemeriksaan (TPK-10, TPL-SESH-10);
b) dukungan (TLK-10, TLM-10).

5. Berdasarkan isolasinya, transformator arus dapat dibagi menjadi beberapa kelompok:
a) dengan insulasi kering (porselen, Bakelite, insulasi epoksi cor, dll.);
b) dengan insulasi kertas-minyak dan dengan insulasi kertas-minyak kapasitor;
c) diisi dengan senyawa.

6. Menurut jumlah tahapan transformasinya, ada transformator arus:
a) satu tahap;
b) dua tahap (cascade).

7. Transformator diklasifikasikan menurut tegangan operasinya:
a) untuk tegangan pengenal di atas 1000 V;
b) untuk tegangan pengenal hingga 1000 V.

Kombinasi berbagai karakteristik klasifikasi dimasukkan ke dalam penunjukan jenis transformator arus, yang terdiri dari bagian alfabet dan digital.

Transformator arus dicirikan oleh arus pengenal, tegangan, kelas akurasi dan desain. Pada tegangan 6-10 kV dibuat sebagai belitan pendukung dan umpan dengan satu atau dua belitan sekunder dengan kelas akurasi 0,2; 0,5; 1 dan 3. Kelas akurasi menunjukkan kesalahan maksimum yang dimasukkan oleh transformator arus ke dalam hasil pengukuran. Transformator kelas akurasi 0,2, yang memiliki kesalahan minimum, digunakan untuk pengukuran laboratorium, 0,5 - untuk meteran listrik, 1 dan 3 - untuk memberi daya pada belitan relai arus dan alat ukur teknis. Untuk pengoperasian yang aman, belitan sekunder harus dibumikan dan tidak boleh dirangkai terbuka.
Saat memasang switchgear dengan tegangan 6-10 kV, transformator arus dengan insulasi cor dan porselen digunakan, dan untuk tegangan hingga 1000 V - dengan insulasi cor, kapas dan porselen.

Contohnya adalah trafo arus 2 belitan referensi TOL-SESH-10 dengan insulasi cor untuk tegangan pengenal 10 kV, desain versi 11, dengan belitan sekunder:

Untuk menghubungkan rangkaian pengukuran, dengan kelas ketelitian 0,5 dan beban 10 VA;
- untuk menghubungkan rangkaian proteksi, dengan kelas akurasi 10P dan beban 15 VA;

Untuk arus primer pengenal 150 Ampere, arus sekunder pengenal 5 Amps, modifikasi iklim "U", kategori penempatan 2 menurut GOST 15150-69 saat melakukan pemesanan produksi dari JSC VolgaEnergoKomplekt:

TOL-SESH-10-11-0.5/10R-10/15-150/5 U2 - dengan arus primer terukur - 150A, sekunder - 5A.

Pengoperasian transformator didasarkan pada fenomena saling induksi. Jika belitan primer suatu trafo dihubungkan dengan sumber arus bolak-balik, maka akan mengalir arus bolak-balik yang akan menimbulkan fluks magnet bolak-balik pada inti trafo. Fluks magnet ini, yang menembus belitan belitan sekunder, akan menginduksi gaya gerak listrik (EMF) di dalamnya. Jika belitan sekunder dihubung pendek ke suatu penerima energi, maka di bawah pengaruh EMF yang diinduksi, arus akan mulai mengalir melalui belitan ini dan melalui penerima energi.

Pada saat yang sama, arus beban juga akan muncul pada belitan primer. Dengan demikian, energi listrik, yang diubah, ditransfer dari jaringan primer ke jaringan sekunder pada tegangan yang dirancang untuk penerima energi yang terhubung ke jaringan sekunder.

Untuk meningkatkan hubungan magnetis antara belitan primer dan sekunder, belitan tersebut ditempatkan pada inti magnet baja. Gulungan diisolasi satu sama lain dan dari sirkuit magnetik. Belitan tegangan tinggi disebut belitan tegangan tinggi (HV), dan belitan tegangan rendah disebut belitan tegangan rendah (LV). Belitan yang terhubung ke jaringan sumber energi listrik disebut primer; belitan dari mana energi disuplai ke penerima bersifat sekunder.

Biasanya tegangan belitan primer dan sekunder tidak sama. Jika tegangan primer lebih kecil dari tegangan sekunder maka transformator disebut step-up, jika lebih besar dari tegangan sekunder maka disebut step-down. Trafo apa pun dapat digunakan sebagai trafo step-up dan step-down. Trafo step-up digunakan untuk mentransmisikan listrik jarak jauh, dan trafo step-down digunakan untuk mendistribusikannya antar konsumen.

Dalam transformator tiga belitan, tiga belitan yang diisolasi satu sama lain ditempatkan pada inti magnet. Trafo semacam itu, yang ditenagai oleh salah satu belitan, memungkinkan untuk menerima dua tegangan berbeda dan menyuplai energi listrik ke dua kelompok penerima yang berbeda. Selain belitan tegangan tinggi dan rendah, trafo tiga belitan juga mempunyai belitan tegangan menengah (MV).

Gulungan transformator sebagian besar berbentuk silinder, terbuat dari kawat tembaga berinsulasi bulat pada arus rendah, dan dari batang tembaga persegi panjang pada arus tinggi.

Belitan tegangan rendah terletak lebih dekat ke inti magnet, karena lebih mudah diisolasi daripada belitan tegangan tinggi.

Belitan tegangan rendah diisolasi dari batang dengan lapisan beberapa bahan isolasi. Gasket isolasi yang sama ditempatkan di antara belitan tegangan tinggi dan rendah.

Dengan belitan silindris, disarankan untuk membuat penampang inti magnet berbentuk bulat sehingga tidak ada celah nonmagnetik yang tersisa pada area yang dicakup oleh belitan. Semakin kecil celah non-magnetik, semakin kecil panjang belitan, dan karenanya massa tembaga untuk luas penampang batang baja tertentu.

Namun, sulit untuk menghasilkan batang berbentuk bulat. Inti magnet dirakit dari lembaran baja tipis, dan untuk mendapatkan batang bundar diperlukan sejumlah besar lembaran baja dengan lebar berbeda, dan ini memerlukan pembuatan banyak cetakan. Oleh karena itu, pada transformator daya tinggi, batang memiliki penampang berundak dengan jumlah langkah tidak lebih dari 15-17. Banyaknya anak tangga pada suatu penampang batang ditentukan oleh banyaknya sudut pada seperempat lingkaran. Kuk pada rangkaian magnet, yaitu bagian yang menghubungkan batang-batang, juga mempunyai penampang berundak.

Untuk pendinginan yang lebih baik, saluran ventilasi dipasang di inti magnet, serta pada belitan transformator kuat, pada bidang yang sejajar dan tegak lurus dengan bidang lembaran baja.
Pada transformator daya rendah, luas penampang kawat kecil dan belitannya disederhanakan. Inti magnetik transformator tersebut memiliki penampang persegi panjang.

Peringkat transformator

Daya berguna yang dirancang transformator sesuai dengan kondisi pemanasan, yaitu daya belitan sekundernya pada beban penuh (terukur) disebut daya pengenal transformator. Daya ini dinyatakan dalam satuan daya semu - volt-ampere (VA) atau kilovolt-ampere (kVA). Daya aktif suatu transformator dinyatakan dalam watt atau kilowatt, yaitu daya yang dapat diubah dari listrik menjadi mekanik, termal, kimia, cahaya, dll. Penampang kabel belitan dan seluruh bagian transformator, sebagai serta setiap peralatan listrik atau mesin listrik, ditentukan bukan oleh komponen aktif dari arus atau daya aktif, tetapi oleh total arus yang mengalir melalui konduktor dan, oleh karena itu, oleh total daya. Semua nilai lain yang menjadi ciri pengoperasian transformator pada kondisi yang dirancang juga disebut nominal.

Setiap trafo dilengkapi dengan pelindung yang terbuat dari bahan yang tahan terhadap pengaruh atmosfer. Pelat tersebut dipasang pada tangki trafo di tempat yang terlihat dan berisi data ratingnya, yang diukir, diukir, diembos, atau dengan cara lain untuk memastikan ketahanan rambu. Data berikut ditunjukkan pada panel transformator:

1. Merek pabrikan.
2. Tahun pembuatan.
3. Nomor seri.
4. Jenis penunjukan.
5. Nomor standar yang sesuai dengan trafo yang diproduksi.
6. Nilai daya (kVA). (Untuk tiga belitan, tunjukkan kekuatan masing-masing belitan.)
7. Tegangan pengenal dan tegangan cabang belitan (V atau kV).
8. Nilai arus masing-masing belitan (A).
9. Jumlah fase.
10. Frekuensi arus (Hz).
11. Diagram dan kelompok sambungan belitan transformator.
12. Tegangan hubung singkat (%).
13. Jenis instalasi (internal atau eksternal).
14. Metode pendinginan.
15. Massa total trafo (kg atau t).
16. Massa minyak (kg atau t).
17. Massa bagian aktif (kg atau t).
18. Ganti posisi yang tertera pada drive-nya.

Untuk transformator dengan pendingin udara buatan, dayanya juga ditunjukkan ketika pendinginan dimatikan. Nomor seri trafo juga tertera pada tangki di bawah pelindung, pada penutup dekat input HV fase A dan di ujung kiri flensa atas berkas kuk rangkaian magnet. Simbol trafo terdiri dari bagian alfabet dan digital. Arti dari huruf-huruf tersebut adalah sebagai berikut:

T - tiga fase,
O - fase tunggal,
M - pendinginan oli alami,
D - pendinginan oli dengan ledakan (udara buatan dan sirkulasi oli alami),
C - pendinginan oli dengan sirkulasi oli paksa melalui pendingin air,
DC - oli dengan ledakan dan sirkulasi oli paksa,
G - trafo tahan petir,
H di akhir penunjukan - transformator dengan pengaturan tegangan di bawah beban,
H di tempat kedua - diisi dengan dielektrik cair yang tidak mudah terbakar,
T di tempat ketiga adalah trafo tiga belitan.

Angka pertama setelah penunjukan huruf transformator menunjukkan daya pengenal (kVA), angka kedua - tegangan pengenal belitan HV (kV). Jadi tipe TM 6300/35 berarti trafo tiga fasa dua belitan berpendingin oli alami dengan daya 6300 kVA dan tegangan belitan HV 35 kV. Huruf A pada sebutan jenis trafo berarti autotransformator. Dalam penunjukan autotransformator tiga belitan, huruf A ditempatkan pertama atau terakhir. Jika rangkaian autotransformator adalah yang utama (belitan HV dan MV membentuk autotransformator, dan belitan LV tambahan), huruf A ditempatkan terlebih dahulu; jika rangkaian autotransformator tambahan, huruf A ditempatkan terakhir.

Trafo adalah perangkat yang sangat diperlukan dalam teknik kelistrikan.

Tanpanya, sistem energi dalam bentuknya yang sekarang tidak akan ada.

Elemen-elemen ini juga terdapat di banyak peralatan listrik.

Mereka yang ingin mengenalnya lebih baik diundang ke artikel ini, yang topiknya adalah transformator: prinsip operasi dan jenis perangkat, serta tujuannya.

Ini adalah nama yang diberikan untuk perangkat yang mengubah besarnya tegangan listrik bolak-balik. Ada varietas yang bisa mengubah frekuensinya.

Banyak perangkat yang dilengkapi dengan perangkat tersebut, dan juga digunakan secara mandiri.

Misalnya instalasi yang menaikkan tegangan untuk mengalirkan arus di sepanjang jalan raya listrik.

Mereka menaikkan tegangan yang dihasilkan pembangkit listrik menjadi 35 - 750 kV, yang memberikan manfaat ganda:

• kerugian pada kabel berkurang;
• diperlukan kabel yang lebih kecil.

Di jaringan listrik perkotaan, tegangan kembali diturunkan menjadi 6,1 kV, lagi-lagi menggunakan. Pada jaringan distribusi yang mendistribusikan listrik ke konsumen, tegangan diturunkan menjadi 0,4 kV (biasanya 380/).

Prinsip operasi

Pengoperasian perangkat transformator didasarkan pada fenomena induksi elektromagnetik, yang terdiri dari berikut ini: ketika parameter medan magnet yang melintasi konduktor berubah, EMF (gaya gerak listrik) muncul pada konduktor tersebut. Penghantar pada suatu transformator berbentuk kumparan atau belitan dan ggl totalnya sama dengan jumlah ggl setiap lilitan.

Untuk pengoperasian normal, perlu untuk mengecualikan kontak listrik antar belitan, oleh karena itu mereka menggunakan kawat dalam selubung isolasi. Kumparan ini disebut kumparan sekunder.

Medan magnet yang diperlukan untuk menghasilkan EMF pada kumparan sekunder diciptakan oleh kumparan lain. Itu terhubung ke sumber arus dan disebut primer. Pengoperasian kumparan primer didasarkan pada kenyataan bahwa ketika arus mengalir melalui suatu konduktor, medan elektromagnetik terbentuk di sekitarnya, dan jika dililitkan ke dalam kumparan, maka medan tersebut diperkuat.

Bagaimana cara kerja trafo?

Ketika mengalir melalui kumparan, parameter medan elektromagnetik tidak berubah dan tidak mampu menimbulkan EMF pada kumparan sekunder. Oleh karena itu trafo hanya bekerja pada tegangan bolak-balik.

Sifat konversi tegangan dipengaruhi oleh rasio jumlah belitan pada belitan - primer dan sekunder. Ini disebut "Kt" - koefisien transformasi. Undang-undang ini berlaku:

Kt = W1 / W2 = U1 / U2,

• W1 dan W2 - jumlah belitan pada belitan primer dan sekunder;
• U1 dan U2 - tegangan pada terminalnya.

Oleh karena itu, jika jumlah lilitan pada kumparan primer lebih banyak, maka tegangan pada terminal kumparan sekunder akan lebih rendah. Alat seperti ini disebut alat step-down; Kt-nya lebih besar dari satu. Jika jumlah lilitan pada kumparan sekunder lebih banyak, maka trafo menaikkan tegangan dan disebut trafo step-up. Kt-nya kurang dari satu.

Transformator daya besar

Jika rugi-rugi (transformator ideal) diabaikan, maka hukum kekekalan energi sebagai berikut:

P1 = P2,

dimana P1 dan P2 adalah arus listrik pada belitan.

Karena P=U*I, kita mendapatkan:

• U1*I1 = U2*I2;
• I1 = I2 * (U2 / U1) = I2 / Kt.

Itu berarti:

• dalam kumparan primer perangkat step-down (Kt > 1) arus mengalir dengan kekuatan yang lebih kecil dibandingkan pada rangkaian sekunder;
• dengan trafo step-up (Kt< 1) все наоборот: сила тока в первичной катушке выше, чем в цепи вторичной.

Keadaan ini diperhitungkan ketika memilih penampang kabel untuk belitan perangkat.

Desain

Gulungan transformator ditempatkan pada inti magnet - bagian yang terbuat dari feromagnetik, transformator atau baja magnet lunak lainnya. Berfungsi sebagai penghantar medan elektromagnetik dari kumparan primer ke kumparan sekunder.

Di bawah pengaruh medan magnet bolak-balik, arus juga dihasilkan di sirkuit magnet - disebut arus eddy. Arus ini menyebabkan hilangnya energi dan pemanasan sirkuit magnetik. Yang terakhir, untuk meminimalkan fenomena ini, terdiri dari banyak lempeng yang diisolasi satu sama lain.

Kumparan ditempatkan pada sirkuit magnetik dengan dua cara:

• di dekat;
• angin satu di atas yang lain.

Gulungan mikrotransformator terbuat dari foil dengan ketebalan 20 - 30 mikron. Akibat oksidasi, permukaannya menjadi dielektrik dan berperan sebagai insulasi.

Desain transformator

Dalam prakteknya, rasio P1 = P2 tidak mungkin dicapai karena tiga jenis kerugian:

1. disipasi medan magnet;
2. pemanasan kabel dan sirkuit magnet;
3. histeresis.

Kerugian histeresis adalah biaya energi untuk pembalikan magnetisasi rangkaian magnet. Arah garis medan elektromagnetik terus berubah. Setiap kali Anda harus mengatasi hambatan dipol dalam struktur rangkaian magnet, yang disusun dengan cara tertentu pada fase sebelumnya.

Mereka berusaha mengurangi kerugian histeresis dengan menggunakan desain inti magnetik yang berbeda.

Jadi pada kenyataannya nilai P1 dan P2 berbeda dan perbandingan P2/P1 disebut efisiensi perangkat. Untuk mengukurnya, mode operasi transformator berikut digunakan:

• gerakan menganggur;
• hubungan arus pendek;
• dengan beban.

Pada beberapa jenis trafo yang beroperasi dengan tegangan frekuensi tinggi, tidak terdapat rangkaian magnet.

Mode siaga

Belitan primer dihubungkan ke sumber arus, dan rangkaian sekunder terbuka. Dengan hubungan ini, arus tanpa beban mengalir dalam kumparan, yang terutama mewakili arus magnetisasi reaktif.

Mode ini memungkinkan Anda menentukan:

• Efisiensi perangkat;
• rasio transformasi;
• rugi-rugi pada rangkaian magnet (dalam bahasa profesional - rugi-rugi pada baja).

Sirkuit transformator dalam mode siaga

Modus hubung singkat

Terminal-terminal belitan sekunder ditutup tanpa beban (hubungan pendek), sehingga arus dalam rangkaian hanya dibatasi oleh hambatannya. Tegangan diterapkan ke kontak primer sehingga arus pada rangkaian belitan sekunder tidak melebihi arus pengenal.

Koneksi ini memungkinkan Anda untuk menentukan kerugian pemanasan belitan (kerugian tembaga). Hal ini diperlukan ketika mengimplementasikan rangkaian yang menggunakan resistansi aktif dan bukan transformator nyata.

Modus muat

Dalam keadaan ini, konsumen terhubung ke terminal belitan sekunder.

Pendinginan

Selama operasi, trafo memanas.

Tiga metode pendinginan digunakan:

1. alami: untuk model berdaya rendah;
2. udara paksa (kipas bertiup): model berdaya sedang;
3. trafo kuat didinginkan menggunakan cairan (terutama minyak).

Perangkat berpendingin oli

Jenis-jenis trafo

Perangkat diklasifikasikan menurut tujuan, jenis sirkuit magnetik, dan daya.

Transformator daya

Kelompok yang paling banyak jumlahnya. Ini mencakup semua trafo yang beroperasi di jaringan listrik.

Transformator otomatis

Tipe ini mempunyai kontak listrik antara belitan primer dan sekunder. Saat melilitkan kawat, beberapa kesimpulan dibuat - ketika berpindah di antara keduanya, jumlah putaran yang berbeda digunakan, yang mengubah rasio transformasi.

• Peningkatan efisiensi. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa hanya sebagian daya yang diubah. Hal ini sangat penting ketika perbedaan antara tegangan input dan output kecil.
• Biaya rendah. Hal ini disebabkan konsumsi baja dan tembaga yang lebih rendah (autotransformator memiliki dimensi yang kompak).

Perangkat ini bermanfaat untuk digunakan dalam jaringan dengan tegangan 110 kV atau lebih dengan landasan efektif pada Kt tidak lebih tinggi dari 3-4.

Transformator arus

Digunakan untuk mengurangi arus pada belitan primer yang terhubung ke sumber listrik. Perangkat ini digunakan dalam sistem pelindung, pengukuran, sinyal dan kontrol. Keunggulannya dibandingkan rangkaian pengukuran shunt adalah adanya isolasi galvanik (tidak ada kontak listrik antar belitan).

Kumparan primer dihubungkan ke rangkaian arus bolak-balik - sedang diuji atau dikendalikan - dengan beban secara seri. Perangkat indikator penggerak, misalnya relai, atau alat pengukur dihubungkan ke terminal belitan sekunder.

Transformator arus

Resistansi yang diizinkan pada rangkaian kumparan sekunder dibatasi pada nilai yang sedikit - hampir berupa korsleting. Untuk sebagian besar kumparan arus, arus pengenal pada kumparan ini adalah 1 atau 5 A. Ketika rangkaian dibuka, tegangan tinggi akan dihasilkan di dalamnya, yang dapat menembus isolasi dan merusak perangkat yang terhubung.

Transformator pulsa

Bekerja dengan pulsa pendek, yang durasinya diukur dalam puluhan mikrodetik. Bentuk denyut nadi praktis tidak terdistorsi. Terutama digunakan dalam sistem video.

Trafo las

Alat ini:

• mengurangi ketegangan;
• dirancang untuk arus pengenal pada rangkaian belitan sekunder hingga ribuan ampere.

Anda dapat mengatur arus pengelasan dengan mengubah jumlah belitan belitan yang terlibat dalam proses (memiliki beberapa terminal). Dalam hal ini, nilai reaktansi induktif atau tegangan rangkaian terbuka sekunder berubah. Melalui terminal tambahan, belitan dibagi menjadi beberapa bagian, sehingga arus pengelasan disesuaikan secara bertahap.

Dimensi transformator sangat bergantung pada frekuensi arus bolak-balik. Semakin tinggi, semakin kompak perangkat tersebut.

Trafo las TDM 70-460

Desain mesin las inverter modern didasarkan pada prinsip ini. Di dalamnya, arus bolak-balik diproses sebelum disuplai ke transformator:

• diperbaiki melalui jembatan dioda;
• di inverter - unit elektronik yang dikendalikan mikroprosesor dengan transistor kunci peralihan cepat - kembali menjadi variabel, tetapi dengan frekuensi 60 - 80 kHz.

Itu sebabnya mesin las ini sangat ringan dan kecil.

Catu daya tipe switching juga digunakan, misalnya di PC.

Transformator isolasi

Perangkat ini harus memiliki isolasi galvanik (tidak ada kontak listrik antara belitan primer dan sekunder), dan Kt sama dengan satu. Artinya, trafo isolasi membiarkan tegangan tidak berubah. Penting untuk meningkatkan keamanan koneksi.

Menyentuh elemen aktif dari peralatan yang terhubung ke jaringan melalui transformator semacam itu tidak akan mengakibatkan sengatan listrik yang parah.

Dalam kehidupan sehari-hari, metode penyambungan peralatan listrik ini cocok di ruangan lembab - di kamar mandi, dll.

Selain trafo daya, ada trafo isolasi sinyal. Mereka dipasang di sirkuit listrik untuk isolasi galvanik.

Inti magnetik

Ada tiga jenis:

1. Tongkat. Dibuat dalam bentuk batang dengan bagian berundak. Karakteristiknya meninggalkan banyak hal yang diinginkan, tetapi mudah diterapkan.
2. Lapis baja. Mereka menghantarkan medan magnet lebih baik daripada medan magnet batang dan, sebagai tambahan, melindungi belitan dari pengaruh mekanis. Kekurangan: biaya tinggi (membutuhkan banyak baja).
3. toroidal. Jenis yang paling efektif: mereka menciptakan medan magnet terkonsentrasi yang seragam, yang membantu mengurangi kerugian. Transformator dengan inti magnet toroidal memiliki efisiensi tertinggi, namun mahal karena kerumitan pembuatannya.

Kekuatan

Daya biasanya dilambangkan dengan volt-ampere (VA). Menurut kriteria ini, perangkat diklasifikasikan sebagai berikut:

• daya rendah: kurang dari 100 VA;
• daya rata-rata: beberapa ratus VA;

Terdapat instalasi daya tinggi, diukur dalam ribuan VA.

Transformator berbeda dalam tujuan dan karakteristiknya, tetapi prinsip operasinya sama: medan magnet bolak-balik yang dihasilkan oleh satu belitan membangkitkan EMF pada belitan kedua, yang besarnya bergantung pada jumlah belitan.

Kebutuhan untuk mengubah tegangan sangat sering muncul, itulah sebabnya trafo banyak digunakan. Perangkat ini bisa dibuat secara mandiri.

Prinsip operasi transformator didasarkan pada hukum induksi timbal balik yang terkenal. Jika Anda menghidupkan belitan primer yang satu ini, maka arus bolak-balik akan mulai mengalir melalui belitan ini. Arus ini akan menciptakan fluks magnet bolak-balik pada inti. Fluks magnet ini akan mulai menembus belitan belitan sekunder trafo. EMF (gaya gerak listrik) bolak-balik akan diinduksi pada belitan ini. Jika Anda menghubungkan (hubungan pendek) belitan sekunder ke semacam penerima energi listrik (misalnya, ke lampu pijar konvensional), maka di bawah pengaruh gaya gerak listrik yang diinduksi, arus listrik bolak-balik akan mengalir melalui belitan sekunder ke penerima.

Pada saat yang sama, arus beban akan mengalir melalui belitan primer. Artinya listrik akan diubah dan disalurkan dari belitan sekunder ke belitan primer pada tegangan yang dirancang untuk beban (yaitu penerima listrik yang terhubung ke jaringan sekunder). Prinsip operasi transformator didasarkan pada interaksi sederhana ini.

Untuk meningkatkan transmisi fluks magnet dan memperkuat kopling magnet, belitan transformator, baik primer maupun sekunder, ditempatkan pada inti magnet baja khusus. Gulungan diisolasi baik dari sirkuit magnet maupun dari satu sama lain.

Prinsip operasi transformator bervariasi sesuai dengan tegangan belitannya. Jika tegangan belitan sekunder dan primer sama maka akan sama dengan satu, sehingga makna transformator sebagai pengubah tegangan dalam jaringan menjadi hilang. Pisahkan trafo step-down dan step-up. Jika tegangan primer lebih kecil dari tegangan sekunder, maka alat listrik tersebut disebut trafo step-up. Jika sekundernya lebih kecil, maka ke bawah. Namun trafo yang sama dapat digunakan sebagai trafo step-up dan step-down. Trafo step-up digunakan untuk mentransmisikan energi melalui berbagai jarak, untuk transit dan hal lainnya. Yang step-down digunakan terutama untuk mendistribusikan kembali listrik antar konsumen. Perhitungan biasanya dilakukan dengan mempertimbangkan penggunaan selanjutnya sebagai penambah atau penurun tegangan.

Seperti disebutkan di atas, prinsip pengoperasian trafo cukup sederhana. Namun ada beberapa detail menarik pada desainnya.

Pada transformator tiga belitan, tiga belitan berinsulasi ditempatkan pada inti magnet. Trafo semacam itu dapat menerima dua tegangan berbeda dan menyalurkan energi ke dua kelompok penerima listrik sekaligus. Dalam hal ini dikatakan bahwa selain belitan tegangan rendah, trafo tiga belitan juga mempunyai belitan tegangan menengah.

Gulungan transformator berbentuk silinder dan sepenuhnya terisolasi satu sama lain. Dengan belitan seperti itu, penampang batang akan berbentuk bulat untuk mengurangi celah non-magnet. Semakin sedikit celah tersebut, semakin kecil massa tembaga, dan akibatnya, massa dan biaya transformator.

Dengan ditemukannya dan dimulainya penggunaan listrik dalam industri, muncul kebutuhan untuk menciptakan sistem untuk konversi dan pengirimannya ke konsumen. Ini adalah bagaimana transformator muncul, prinsip operasinya akan dibahas.

Kemunculannya diawali dengan ditemukannya fenomena induksi elektromagnetik oleh fisikawan besar Inggris Michael Faraday hampir 200 tahun lalu. Kemudian, dia dan rekannya dari Amerika D. Henry menggambar diagram transformator masa depan.

Transformator Faraday

Perwujudan pertama ide pada besi terjadi pada tahun 1848 dengan diciptakannya kumparan induksi oleh mekanik Perancis G. Ruhmkorff. Ilmuwan Rusia juga memberikan kontribusinya. Pada tahun 1872, profesor Universitas Moskow A.G. Stoletov menemukan loop histeresis dan mendeskripsikan struktur feromagnet, dan 4 tahun kemudian, penemu Rusia terkemuka P.N. Yablochkov menerima paten untuk penemuan transformator arus bolak-balik pertama.

Cara kerja trafo dan cara kerjanya

Transformator adalah nama “keluarga” besar yang mencakup satu fasa, tiga fasa, step-down, step-up, pengukuran, dan banyak jenis trafo lainnya. Tujuan utamanya adalah untuk mengubah satu atau lebih tegangan arus bolak-balik ke tegangan lain berdasarkan induksi elektromagnetik pada frekuensi konstan.

Demikian sekilas cara kerja trafo satu fasa yang paling sederhana. Ini terdiri dari tiga elemen utama - belitan primer dan sekunder dan sirkuit magnetik yang menyatukannya menjadi satu kesatuan, di mana mereka seolah-olah digantung. Sumber dihubungkan secara eksklusif ke belitan primer, sedangkan belitan sekunder menghilangkan dan mentransmisikan tegangan yang sudah diubah ke konsumen.

Gulungan primer yang terhubung ke jaringan menciptakan medan elektromagnetik bolak-balik di sirkuit magnet dan membentuk fluks magnet, yang mulai bersirkulasi di antara belitan, menginduksi gaya gerak listrik (EMF) di dalamnya. Nilainya tergantung pada jumlah belitan pada belitan. Misalnya, untuk menurunkan tegangan, jumlah lilitan primer harus lebih banyak daripada lilitan sekunder. Berdasarkan prinsip inilah trafo step-down dan step-up bekerja.

Ciri penting dari desain transformator adalah bahwa inti magnet mempunyai struktur baja, dan belitan, biasanya berbentuk silinder, diisolasi darinya, tidak dihubungkan langsung satu sama lain dan mempunyai tanda sendiri-sendiri.

Transformator tegangan

Ini mungkin jenis keluarga transformator yang paling banyak jumlahnya. Singkatnya, fungsi utamanya adalah membuat energi yang dihasilkan pembangkit listrik tersedia untuk dikonsumsi oleh berbagai perangkat. Untuk keperluan tersebut terdapat sistem transmisi tenaga listrik yang terdiri dari gardu induk trafo step-up dan step-down serta saluran tenaga listrik.

Pertama, listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik disuplai ke gardu trafo step-up (misalnya, dari 12 hingga 500 kV). Hal ini diperlukan untuk mengkompensasi hilangnya listrik yang tidak dapat dihindari selama transmisi jarak jauh.

Tahap selanjutnya adalah gardu step down, dimana tenaga listrik dialirkan melalui saluran tegangan rendah ke trafo step down kemudian ke konsumen dalam bentuk tegangan 220 V.

Namun pekerjaan transformator tidak berakhir di situ. Sebagian besar peralatan listrik rumah tangga di sekitar kita - PC, TV, printer, mesin cuci otomatis, lemari es, oven microwave, DVD, dan bahkan bola lampu hemat energi memiliki trafo step-down. Contoh trafo “saku” individual adalah pengisi daya ponsel (smartphone).

Beragamnya perangkat elektronik modern dan fungsinya sesuai dengan berbagai jenis transformator. Ini bukan daftar lengkapnya: daya, pulsa, pengelasan, pemisahan, pencocokan, putaran, tiga fase, transformator puncak, transformator arus, toroidal, batang dan pelindung.

Apa sajakah mereka, transformator masa depan?

Industri trafo dinilai cukup konservatif. Namun demikian, ia juga harus memperhitungkan perubahan revolusioner di bidang teknik elektro, di mana nanoteknologi semakin dikenal luas. Seperti banyak perangkat lainnya, perangkat ini secara bertahap menjadi lebih pintar.

Pencarian aktif sedang dilakukan untuk bahan struktural baru – isolasi dan magnetis – yang dapat memberikan keandalan yang lebih tinggi pada peralatan transformator. Salah satu arahnya adalah penggunaan bahan amorf, yang secara signifikan akan meningkatkan keamanan dan keandalan kebakaran.

Transformator tahan ledakan dan api akan muncul di mana bifenil terklorinasi, yang digunakan untuk menghamili bahan isolasi listrik, akan digantikan oleh dielektrik cair tidak beracun dan ramah lingkungan.

Contohnya adalah trafo daya SF6, dimana fungsi pendingin dilakukan oleh gas SF6 yang tidak mudah terbakar, sulfur heksafluorida, dan bukan minyak trafo yang jauh dari aman.

Tinggal menunggu waktu untuk menciptakan jaringan listrik “pintar” yang dilengkapi dengan transformator solid-state semikonduktor yang dikontrol secara elektronik, yang dengannya tegangan dapat diatur tergantung pada kebutuhan konsumen, khususnya, sambungan energi terbarukan dan industri. sumber listrik ke jaringan rumah, atau sebaliknya, matikan sumber listrik yang tidak diperlukan bila tidak diperlukan.

Bidang lain yang menjanjikan adalah transformator superkonduktor suhu rendah. Pengerjaan kreasi mereka dimulai pada tahun 60an. Masalah utama yang dihadapi para ilmuwan adalah besarnya ukuran sistem kriogenik yang dibutuhkan untuk menghasilkan helium cair. Semuanya berubah pada tahun 1986, ketika bahan superkonduktor suhu tinggi ditemukan. Berkat mereka, perangkat pendingin berukuran besar dapat ditinggalkan.

Transformator superkonduktor memiliki kualitas yang unik: pada kepadatan arus yang tinggi, kerugian di dalamnya minimal, namun ketika arus mencapai nilai kritis, resistansi dari level nol meningkat tajam.