Alatubah - Wikipedia Bahasa Melayu, ensiklopedia bebas

Transformer agihan dengan belitan sekunder pengulir tengah pada tiang yang digunakan untuk 'kuasa elektrik belahan fasa' bagi perkhidmatan komersial ringan dan perumahan di Amerika Syarikat.^[1]^[2]

Alatubah (bahasa Inggeris: Transformers; Jawi: ‏الت اوبه‎‎) ialah peranti elektrik statik yang memindahkan tenaga dengan gandingan aruhan antara litar belitannya. Perubahan arus pada belitan primer mencipta perubahan pada fluks magnet dalam teras lalu menghasilkan fluks magnet yang berubah pada belitan sekunder. Perubahan fluks magnet ini mengaruh daya gerak elektrik (d.g.e.) atau voltan yang berubah pad belitan sekunder.

Alatubah mempunyai dua jenis iaitu :

Alatubah Voltan (Potential Transformers)
Alatubah Arus (Current Transformers)

Alatubah bukan sahaja sering digunakan untuk mencipta voltan / arus yang lebih tinggi atau lebih rendah, tetapi turut digunakan untuk mengasingkan litar antara satu sama lain.

Alatubah mempunyai pelbagai saiz dari sekecil ibu jari yang digunakan di dalam peralatan elektrik mahupun elektronik seperti radio, televisyen, pembesar suara, mikrofon dan sebagainya hinggalah ke unit seberat ratusan tan yang digunakan pada sistem penjanaan, peghantara dan pengagihan tenaga elektrik. Alatubah hanya boleh berfungsi pada bekalan arus ulang alik sahaja.

Alatubah voltan

Dengan menimbangkan alatubah voltan, tanpa sebarang kebocoran arus dan histerisis akan membuatkan alatubah berfungsi dengan nilai kecekapan yamg baik, binaan asas alatubah mempunyai bilangan lilitan primer dan sekunder N_P dan N_S yang dililitkan pada teras (tembaga) dan mempunyai 2 terminal masukan dan 2 terminal keluaran hidup dan neutral.

Alatubah voltan sekunder E_S =V_S sebagai suatu perkadaran dengan voltan primer V_P = E_P dan setiap bilangan lilitan diberi dengan persamaan

{\frac {V_{\text{P}}}{V_{\text{S}}}}={\frac {E_{\text{P}}}{E_{\text{S}}}}={\frac {N_{\text{P}}}{N_{\text{S}}}}=a

,

iaitu,

- V_P/V_S = E_P/E_S = a adalah nisbah voltan dan N_P/N_S = a adalah nisbah lilitan, nilai nisbah-nisbah ini masing-masing boleh ditinggikan atau direndahkan, Alatubah voltan mempunyai 2 jenis iaitu Alatubah menaik (Step up Transformers) dan Alatubah menurun (Step down Transformers)^[3]^[4]^[a]^[b].

- V_P mewakili voltan bekalan/utama,

- V_S mewakili voltan keluaran/sekunder, dan,

- E_P & E_S mewakili voltan teraruh d.g.e.^[c]

Sebarang impedans beban $Z_{L}$ yang disambungkan ke belitan sekunder transformer unggul menyebabkan arus mengalir tanpa kebocoran dari litar primer ke litar sekunder, kuasa ketara masukan dan keluaran adalah sama dengan persamaan

I_{P}\times V_{P}=I_{S}\times V_{S}

.

Dengan menggabungan kedua-dua persamaan, pengenalan alatubah voltan tersebut diperoleh

{\frac {V_{P}}{V_{S}}}={\frac {I_{S}}{I_{P}}}={\frac {N_{P}}{N_{S}}}=a

.

Rumus ini adalah anggaran mungkin bagi alatubah voltan komersial yang biasa, dengan nisbah voltan dan nisbah bilangan lilitan kedua-duanya adalah berkadaran songsan dengan nisbah arus yang terlibat.

Impedans beban $Z_{L}$ ditakrifkan dalam pernyataan voltan dan arus litar sekunder seperti berikut

Z_{L}={\frac {V_{L}}{I_{L}}}={\frac {V_{S}}{I_{S}}}

.

Impedans ketara $Z_{L}^{\prime }$ bagi beban litar sekunder ini merujukb kepada litar belitan primer yang dikuasai oleh hubungan faktor pendaraban nisbah lilitan kuasa dua yang ditakrif seperti berikut ^[6]

Z_{L}^{\prime }={\frac {V_{P}}{I_{P}}}={\frac {aV_{S}}{I_{S}/a}}=a^{2}\times {\frac {V_{S}}{I_{S}}}=a^{2}\times {Z_{L}}

.

Alatubah arus

Alatubah arus berfungsi untuk merendahkan nilai arus. Arus yang dihasilkan pada gegelung sekunder adalah berkadaran dengan arus yang diukur.

Kegunaan Alatubah Arus

Terdapat dua kegunaan utama alatubah arus. Kegunaan tersebuat adalah :-

Pengukuran Tenaga

Jangka kuasa biasanya direka untuk mengukur jumlah arus yang kecil sahaja iaitu antara 0~5A. Jadi, alatubah arus digunakan untuk merendahkan jumlah arus yang masuk ke dalam jangka sebelum arus tersebut diukur. Sesudah itu, jangka kuasa akan mendarab jumlah arus yang diukur dengan nisbah alatubah arus yang digunakan untuk mengetahui jumlah arus yang sebenarnya. Sebagai contoh, jika alatubah arus yang digunakan adalah 200A/5A dan gegelung sekunder mengeluarkan 2.1A, maka jumlah arus yang sebenar boleh dikira dengan formula berikut:

$I=I_{S}*a=2.1*(200/5)=84A$

dimana I adalah jumlah arus yang sebenar, Is adalah arus sekunder yang diterima oleh alatubah dan a adalah nisbah alatubah iaitu 200A:5A

Alatubah arus dipasang pada ketiga-tiga fasa. Untuk mengetahui jumlah kuasa yang mengalir, jangka akan menambah ketiga-tiga arus dan mendarab dengan nilai voltan dan faktor kuasa.

Jika arus pada fasa R,Y dan B adalah 84A,80A dan 70A dan faktor kuasa adalah 0.85 maka:

P=(I_{1}+I_{2}+I_{3})*V*PF=(84+80+70)*230*0.85=45.747kW

Sistem Perlindungan

Sama seperti jangka kuasa geganti perlindungan juga biasanya direka untuk mengukur jumlah arus yang kecil sahaja iaitu antara 0~5A. Jadi, alatubah arus digunakan untuk merendahkan jumlah arus yang masuk ke dalam geganti sebelum arus tersebut diukur. Sesudah itu, geganti akan mendarab jumlah arus yang diukur dengan nisbah alatubah arus yang digunakan untuk mengetahui jumlah arus yang sebenarnya.

Kecekapan

Kecekapan alatubah voltan

Kecekapan alatubah yang ideal adalah dengan mencatatkan nilai 100% tanpa kebocoran arus, kehilangan tembaga, kehilangan besi dan histerisis. Secara umumnya, kecekapan alatubah ialah

\eta ={\frac {P_{o}}{P_{i}}}\,100\%,

dengan P_o dan P_i masing-masing ialah kuasa masukan dan keluaran.

Kecekapan alatubah arus

Kecekapan alatubah yang ideal adalah dengan mencatatkan nilai nisbah hendaklah sama dengan nilai kadaran arus primer bagi setiap alatubah arus yang digunakan.

Formula pengiraan kecekapan nisbah bagi alatubah arus ialah :

(Nilai arus primer (Ip) / Nilai arus sekunder (Is)) x 5

Dengan menganggapkan nilai ralat +-10% dari nilai nisbah tersebut, alatubah arus masih berfungsi dengan baik. Sekiranya ralat yang diterima melebihi dari ralat yang piawai tersebut, maka alatubah arus itu peelulah ditukar baharu bagi mengelakkan kerosakan pada peralatan elektrik dan elektronik.

Aplikasi

Pelbagai jenis reka bentuk alatubah dihasilkan untuk menampung keperluan sistem-sistem elektronik yang ada.

Dalam pembekalan tenaga elektrik, penggunaan alatubah voltan membolehkan tenaga dihantar pada voltan yang lebih tinggi dan arus yang rendah yang membolehkan :-

Penghantaran tenaga dalam jumlah lebih tinggi.
Pengurangan saiz kabel.
Pengurangan jumlah susut tenaga sepanjang kabel.
Penghantaran tenaga yang lebih jauh.

Lihat juga

Catatan

^ "Nisbah lilitan sebuah transformer adalah nisbah bilangan lilitan dalam belitan voltan tinggi per belitan voltan rendah",^[5]
^ Alatubah voltan menurun menukarkan nilai voltan tinggi kepada nilai voltan rendah manakala Alatubah voltan menaik pula akan menukarkan nilai voltan rendah kepada voltan yang lebih tinggi, alatubah pengasing pula mempunyai nisbah lilitan 1:1 dengan voltan keluaran adalah sama dengan voltan masukan.
^ Memandangkan voltan bekasan bagi belitan alaubah voltan adalah sama dengan voltan teraruh, voltan teraruh tidak dimasukkan bagi memudahkan empat persamaan seterusnya.

Rujukan

^ Knowlton, A.E. (Ed.) (1949). Standard Handbook for Electrical Engineers (ed. 8th). McGraw-Hill. m/s. 597, Fig. 6–42.CS1 maint: extra text: authors list (link)
^ Mack, James E. (2006). Chapter 15 - Distribution Transformers (PDF) (ed. 11th). New York: McGraw-Hill. m/s. 15-1 to 15-22. ISBN 0071467890. Unknown parameter |booktitle= ignored (bantuan); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (bantuan)
^ Winders, John J., Jr. (2002). Power Transformer Principles and Applications. CRC. m/s. 20–21.
^ Hameyer, Kay (2001). "§3.2 'Definition of Transformer Ratio' in Section 3 - Transformers". Electrical Machines I: Basics, Design, Function, Operation. RWTH Aachen University Institute of Electrical Machines. m/s. 27.
^ Knowlton, §6-13, p. 552
^ Tcheslavski, Gleb V. (2008)). "Slide 13 Impedance Transformation in Lecture 4: Transformers". ELEN 3441 Fundamentals of Power Engineering. Lamar University (TSU system member).

Bibliografi

(Inggeris)Central Electricity Generating Board (1982). Modern Power Station Practice. Pergamon. ISBN 0-08-016436-6.
(Inggeris)Daniels, A.R. (1985). Introduction to Electrical Machines. Macmillan. ISBN 0-333-19627-9.
(Inggeris)Flanagan, William M. (1993). Handbook of Transformer Design & Applications (ed. 2nd). McGraw-Hill. ISBN 0-07-021291-0.
(Inggeris)Gottlieb, Irving (1998). Practical Transformer Handbook: for Electronics, Radio and Communications Engineers. Elsevier. ISBN 0-7506-3992-X.
(Inggeris)Hammond, John Winthrop (1941). Men and Volts: The Story of General Electric. J.B.Lippincott Company. m/s. see esp. 106–107, 178, 238.
(Inggeris)Harlow, James (2004). Electric Power Transformer Engineering. CRC Press. ISBN 0-8493-1704-5.
(Inggeris)Heathcote, Martin (1998). J & P Transformer Book (ed. 12th). Newnes. ISBN 0-7506-1158-8.
(Inggeris)Hindmarsh, John (1977). Electrical Machines and Their Applications (ed. 4th). Exeter: Pergammon. ISBN 0-08-030573-3.
(Inggeris)Kulkarni, S.V. (2004). Transformer Engineering: Design and Practice. CRC Press. ISBN 0-8247-5653-3. Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (bantuan)
(Inggeris)McLaren, Peter (1984). Elementary Electric Power and Machines. Ellis Horwood. ISBN 0-470-20057-X.
(Inggeris)McLyman, Colonel William (2004). Transformer and Inductor Design Handbook. CRC. ISBN 0-8247-5393-3.
(Inggeris)Pansini, Anthony (1999). Electrical Transformers and Power Equipment. CRC Press. ISBN 0-88173-311-3.
(Inggeris)Ryan, H.M. (2004). High Voltage Engineering and Testing. CRC Press. ISBN 0-85296-775-6.
(Inggeris)Say, M.G. (1983). Alternating Current Machines (ed. 5th). London: Pitman. ISBN 0-273-01969-4.
(Inggeris)Winders, Jr., John J. (2002). Power Transformer Principles and Applications. CRC. ISBN 0-8247-0766-4.

Pautan luar

(Inggeris)Pengenalan terhadap Transformer Arus
(Inggeris)Transformer (Interactive Java applet), 'Physics is fun' by Chui-king Ng
(Inggeris)Tutorial video HD tentang transformer
(Inggeris) Perbezaan Antara Transformer Step Up dan Step Down
(Inggeris)Litar transformer tiga fasa dari All About Circuits
(Inggeris)Bibliografi Buku-buku Transformer oleh P.M. Balma, dari Jawatankuasa Transformer IEEE

[6] "Nisbah lilitan sebuah transformer adalah nisbah bilangan lilitan dalam belitan voltan tinggi per belitan voltan rendah",^[5]

[7] Alatubah voltan menurun menukarkan nilai voltan tinggi kepada nilai voltan rendah manakala Alatubah voltan menaik pula akan menukarkan nilai voltan rendah kepada voltan yang lebih tinggi, alatubah pengasing pula mempunyai nisbah lilitan 1:1 dengan voltan keluaran adalah sama dengan voltan masukan.

[8] Memandangkan voltan bekasan bagi belitan alaubah voltan adalah sama dengan voltan teraruh, voltan teraruh tidak dimasukkan bagi memudahkan empat persamaan seterusnya.

[Knowlton_(1949)-1] Knowlton, A.E. (Ed.) (1949). Standard Handbook for Electrical Engineers (ed. 8th). McGraw-Hill. m/s. 597, Fig. 6–42.CS1 maint: extra text: authors list (link)

[Mack_(2006)-2] Mack, James E. (2006). Chapter 15 - Distribution Transformers (PDF) (ed. 11th). New York: McGraw-Hill. m/s. 15-1 to 15-22. ISBN 0071467890. Unknown parameter |booktitle= ignored (bantuan); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (bantuan)

[Winders_(2002)-3] Winders, John J., Jr. (2002). Power Transformer Principles and Applications. CRC. m/s. 20–21.

[Hameyer_*2001)-4] Hameyer, Kay (2001). "§3.2 'Definition of Transformer Ratio' in Section 3 - Transformers". Electrical Machines I: Basics, Design, Function, Operation. RWTH Aachen University Institute of Electrical Machines. m/s. 27.

[5] Knowlton, §6-13, p. 552

[Tcheslavski_(2008)-9] Tcheslavski, Gleb V. (2008)). "Slide 13 Impedance Transformation in Lecture 4: Transformers". ELEN 3441 Fundamentals of Power Engineering. Lamar University (TSU system member).

[1]

[2]

[3]

[4]

[a]

[b]

[c]

[6]

[5]