Download - Nota Pengubah
-
8/16/2019 Nota Pengubah
1/28
Tajuk:Pengubah
PENGUBAH / TRANSFORMER
Objektif Pelajaran : Pada akhir bab ini pelajar akan dapat :
Menyatakan fungsi pengubah
Mengenal dan melakar simbol pengubah
Mengenal jenis teras udara, teras besi dan serbuk besi
Mengenal teras jenis kelompang ( E-I ) dan bentuk teras
tingkap ( U-I )
Mengenal jenis belitan utama dan sekunder
Mengenal kaedah belitan sepusat dan belitan apit
Menerangkan kendalian asas pengubah
Menghitung nisbah belitan, nisbah oltan dan nisbah arus!
("ormula : #$%#& ' $%& ' I&%I$ )
Menyatakan kuasa masukan, kuasa keluaran dan kehilangan
pengubah
Menerangkan dan menghitung keekapan pengubah
Menyatakan penggunaan pengubah kuasa
$
Tajuk 5.3
-
8/16/2019 Nota Pengubah
2/28
Tajuk:Pengubah
PengenalanPengubah adalah satu alat elektrik yang statik yang digunakan untuk menaikkan atau
menurunkan oltan!Pengubah terdiri dari dua lilitan yang disambungkan melalui teras
magnet! *atu belitan disambung kepada bekalan manakala satu lagi belitan disambung
kepada beban!
Binaan asas:
.Teras
diperbuat daripada kepingan keluli silikon yang berlapis dengan penebat
tebal keluli antara $mm-+mm
keluli silikon digunakan kerana kehilangan histerisis rendah
teras berlapis bertujuan untuk mengurangkan kehilangan kuasa akibat arus pusar
!.Belitan gegelung
dibuat daripada daai kuprum berpenebat
terdiri daripada belitan primer dan belitan sekunder
&
$
&
ekalan .U eban
"luks magnet
elitan sekunder elitan Primer
/eras
inaan asas pengubah
Histerisis : kehilangan kuasa elekto magnet
yang disebabkan oleh perubahan kutub pada
teras akibat berlaku perubahan kitar oltan.U dalam masa yang singkat
Arus pusar (eddy urrent) : arus yang
terhasil pada teras pengubah dan
mengakibatkan kepanasan
-
8/16/2019 Nota Pengubah
3/28
Tajuk:Pengubah
"enis teras
a.bentuk kel#$%ang & E'( ) b.bentuk tingka% & U' ( )
/ujuan:kurangkan kelesapan kuasa dalam teras
"enis Belitan
a.belitan se%usat b.belitan a%it
0
elitan primer
elitan sekunde
elitan sekunder
elitan primer
-
8/16/2019 Nota Pengubah
4/28
Tajuk:Pengubah
*i$b#l Pengubah
"enis Teras *i$b#l
$!/eras Udara
&!/eras esi
0!/eras besi serbuk
1!Pengubah .uto
+!Pengubah *adap
/engah (entre tap)
2!Pengubah berbilang
sadap (multi tap)
1
*imbol am pengubah
-
8/16/2019 Nota Pengubah
5/28
Tajuk:Pengubah
Prinsi% +en,alian Pengubah
E : ,.g.e. belitan uta$a
E! : ,.g.e. belitan sekun,er
- : #ltan %ri$er &bekalan/$asukan)
-! : #ltan sekun,er &keluaran ke beban)
( : arus beliatan %ri$er
(! : arus belitan sekun,er
N : bilangan belitan %ri$er
N! : bilangan belitan sekun,er
+en,alian asas %engubah
i! belitan primer yang disambungkan ke bekalan .U (#$) akan menghasilkan fluks
ii! fluks magnet yang mengembang dan mengunup (mengikut frekuensi arus bekalan)
akan memotong belitan primer ( Hukum Faraday)
iii! d!g!e! akan terhasil dalam belitan primer (E$) kesan daripada aruhan diri.
i! fluks yang terhasil akan memotong belitan sekunder melalui teras (E&) kesan dari aruhan saling !
! d!g!e teraruh ini akan disalurkan kepada puna keluaran untuk disambungkan kepada
beban!#oltan ini dikenali sebagai voltan sekunder (#&)
+#nse% %engubah unggul
+
- -!E E!
N N!
( (!
-
8/16/2019 Nota Pengubah
6/28
Tajuk:Pengubah
$!*eara praktikal akan berlaku kehilangan kuasa di dalam pengubah!agi tujuan pengiraan,
dianggap pengubah tidak mengalami sebarang kehilangan kuasa atau dianggap unggul!
&!Pengubah unggul adalah pengubah di mana kehilangan yang berlaku di dalamnya
diabaikan dan ianya berkendali dengan keekapan $334!
agi pengubah unggul, kadar perubahan fluks adalah sama pada kedua-dua belitan primer
dan sekunder,
5leh itu :$
$
Ν
Ε '
&
&
Ν
Ε !
6!g!e! teraruh per lilit adalah malar (tetap)!
6iandaikan tiada kehilangan, E$ ' #$ dan E& ' #&
$
$
#
Ν '
&
&
#
Ν atau
&
$
#
#'
&
$
Ν
*ekiranya satu beban disambungkan kepada belitan sekunder, arus I& akan mengalir!
agi pengubah unggul, kehilangan kuasa adalah diabaikan dan keekapan pada $334!
5leh itu, kuasa masukan ' kuasa keluaran atau #$ I$ ' #& I& ,
7adi:&
$
#
# '
$
&
I
I
6engan menggabungkan persamaan menjadikan:
&
$
#
#
&
$
$
&
I
I
Nisbah Pengubah
isbah antara nilai oltan primer dengan oltan sekunder atau nisbah antara lilitan primer
dengan lilitan sekunder!
2
-
8/16/2019 Nota Pengubah
7/28
Tajuk:Pengubah
n '&
$
atau
n '&
$
#
# , di mana n ialah nisbah pengubah
7ika nilai n adalah lebih besar dari $, oltan primer lebih besar dari oltan sekunder! 5leh itu pengubah ini adalah jenis pengubah langkah turun (step don transformer)
7ika n 8 $ i!e! $ 8 & : pengubah jenis langkah naik(step-up transformer)
7ika n 9 $ i!e! $ 9 & : pengubah langkah turun (step-don transformer)
7ika n ' $ i!e! s ' p : pengubah penjodoh atau pengasing (oupling transformer)
ontoh
erikut adalah bilangan belitan bagi tiga pengubah:
(a) $ ' $33, & ' &333(b) $ ' 0333, &' &333
() $ ' $33, & '$33
erapakah nisbah pengubah n dan nyatakan jenis pengubah berdasarkan nisbah pengubah .
(a)&3
$
&333
$33
&
$===
N
N n
$n pengubah langkah turun
() $$33$33
&
$ ===
N
N n
$=n pengubah penodoh
0#nt#h latihan
;
$
($33)
&
(&333)
$
(0333)
&
(&333)
&
($33)
$
($33)
-
8/16/2019 Nota Pengubah
8/28
Tajuk:Pengubah
*atu pengubah mempunyai 233 lilitan utama dan 133 lilitan sekunder! 7ika bekalan oltan
sebanyak &13#,+3
#$'&13# #& ' ?
$'233 &'133
-
8/16/2019 Nota Pengubah
9/28
Tajuk:Pengubah
. transformer is to be used to proide a 23 # output from a &13 # .! supply! alulate (a)
the turns of ratio re@uired and (b) the number of primary turns, if the seondary is ound
ith +33 turns!
*atu pengubah direka untuk mengeluarkan oltan sebanyak 23 # .U daripada oltan
bekalan &13 # .U! Airakan :
(a) nisbah belitan yang diperlukan
(b) bilangan belitan lilitan primer jika belitan sekunder dililit sebanyak +33 lilit!
"aa%an 4atihan !
#& ' 23 #
#$ ' &13 #
& ' +33
a)&
$
#
# '
&
$
'
23
&13
jadi nisbah belitan ialah n '&
$
'
$
1 atau 1 : $
b)+33
$ '$
1
belitan primer, $ ' &333 lilit
4atihan 3
*atu pengubah &333%&33#, &3k#. mempunyai 22 lilitan belitan sekunder!
-
8/16/2019 Nota Pengubah
10/28
Tajuk:Pengubah
(i) bilangan belitan primer
(ii) arus primer dan arus sekunder semasa beban penuh
.baikan kehilangan kuasa.
"aa%an 4atihan 3
ajah 3
Cajah 0 meakili keadaan pengubah di atas!
$3&33
&333
$#n ===
(i) $3
&
$== n
lilitan223$322$3 &$ =×=×= N
(ii)0
&&$$ $3&3## ×== I I (&3 k#.'&3,333 #.)
arus sekunder, AV
P I $33
&33
$3&30
& =×
==
&
$
$
&
V
V
I
I =
&333
&33$33$
×= I
arus primer, I 1 ' $3 A
TE*T 6OU UN7E*TAN7(NG E"5CE D5U 5/IUE /5 /
-
8/16/2019 Nota Pengubah
11/28
Tajuk:Pengubah
>!$ . transformer has +33 primary turns and 0333 seondary turns! If the primary
oltage is &13 #, determine the seondary oltage, assuming an idealtransformer!
>!& .n ideal transformer ith a turns ratio of & : ; is fed from &13 # supply!
6etermine its output oltage!>!0 .n ideal transformer has a turns ratio of > : $ and the primary urrent is 0 .
hen it is supplied at &13 #! alulate the seondary oltage and urrent!
>!1 .n ideal transformer onneted to a &13 # mains, supplies a $& #, $+3 H lamp!alulate the transformer turns ratio and the urrent taken from the supply!
>!+ !2 /rue or false ? If the primary inding of a $:& step-up transformer has
0 % #, the seondary inding ill hae 2 % #!>!; /rue or false ? /he seondary flu of a transformer anels part of the
primary flu!
7aapan
>!$ $113 #
>!& >13 #>!0 #& ' 03 olts, I& ' &1 .
>!1 turns ratio ' &3, I$ ' 3!2&+ .
>!+ B3
>!2 "alse
>!; /rue
E89 euati#n #f a transf#r$er
*uppose the maimum alue of flu to be $ ebers and the fre@ueny to be f hert=! "rom"ig! >!2 it is seen that the flu has to hange from J $ to ' $ in the half yle, namely in
f &
$ seonds!
.erage rate of hange of flu ' & $÷ f &
$
'1 f $ ebers per seond
and aerage e!m!f indued per turn is
' 1 f $ olts
$$
-
8/16/2019 Nota Pengubah
12/28
Tajuk:Pengubah
*oure: Eletrial Eletroni /ehnology by Edard
-
8/16/2019 Nota Pengubah
13/28
-
8/16/2019 Nota Pengubah
14/28
Tajuk:Pengubah
A@tiit ;B
TE*T 6OU UN7E*TAN7(NG E"5CE D5U 5/IUE /5 /!> . $33 k#., 1333 #%&33 #, +3 !B . 1+33 #%&&+ #, +3 !$3 . single phase &&33%&+3#, +3 !> (a) I$ ' &+ ., I& ' +33 .
(b) $ ' &333 turns
() Φm ' B!3$ mHb
>!B (a) $'033, &' $+
(b) . ' 3!31>0 m&
>!$3 $ ' 1+B, & ' +&
$1
-
8/16/2019 Nota Pengubah
15/28
Tajuk:Pengubah
+ehilangan ,an ke@eka%an %engubah
a.arus %usar &eddy !urrent)
-arus yang terhasil di dalam teras apabila berlakunya perubahan fluks magnet dalam
teras
-arus ini akan memanaskan teras dan menyebabkan kuasa kemagnetan berkurangan
-ara atasi : teras dibina berlapis-lapis (Cujuk m!s! $01)
b.histerisis
-kehilangan kekuatan magnet disebabkan oleh perubahan arah arus bekalan .U
-perubahan arus yang kerap akan menyebabkan domain magnet dalam teras berubah
-kehilangan kuasa berlaku kerana sebahagian tenaga diperlukan untuk menukar arah
domain tersebut!
-keadaan ini dinamakan histerisis
-ara atasi : teras yang baik seperti besi lembut%ferrite
@.keb#@#ran fluks
-tidak semua fluks magnet memotong pengalir sekunder, sebahagiannya akan hilang
dalam litar kemagnetan
-kehilangan amat keil dan diabaikan dalam pengiraan
$+
+ehilangan
+uasa
+ehilangan
Besi Pi
+ehilangan
+u%ru$ P@
erlaku dalam belitan
ergantung kepada nilai arus
pada belitan utama L belitansekunder
P@ (!
erlaku dalam teras besi
ilai kehilangan adalah tetap
samada beban penuh atau
separuh beban! " bentuk kehilangan:
• arus pusar
• histerisis
• kebooran fluks magn
-
8/16/2019 Nota Pengubah
16/28
Tajuk:Pengubah
-ara atasi : lilitan bertindih atau sepusat antara primer dan sekunder
+e@eka%an Pengubah
Aeekapan pengubah adalah nisbah antara kuasa keluaran terhadap kuasa masukan!
Aeekapan dinyatakan dalam peratus atau perpuluhan!
Aeekapan ditandakan dengan simbol η&eta).
Aeekapan η 'masukankuasa
keluarankuasa $33 4
'kehilangankeluarankuasa
keluarankuasa
+ $33 4
'kehilangankeluarankuasa
keluarankuasa
+ $33 4
Aeekapan η 'PiPMkosI#
MkosI#
&&
&&
++×
×
$33 4
dengan #& ' oltan keluaran
I& ' arus sekunder
Aos θ ' f!k! pada beban
Pi ' kehilangan besi
P ' kehilangan kuprum
$2
Pengubah$asukan keluaran
Pin
Pout
ηC5D 'C;D
kehilangan
ku%ru$P@ besi Pi
-
8/16/2019 Nota Pengubah
17/28
Tajuk:Pengubah
-
8/16/2019 Nota Pengubah
18/28
Tajuk:Pengubah
0#nt#h Pengiraan +e@eka%an Pengubah:
0#nt#h
*atu pengubah 1 k#. fasa tunggal mengalami kehilangan besi 133 H dan kehilangan
kuprum 233 H! 7ika faktor kuasa pengubah adalah 3!>, hitungkan keekapan pengubah
tersebut!
Aeekapan η 'PiPMkosI#
MkosI#
&&
&&
++×
×
$33 4
η '233133>!31333
3!>3331
++×
×
$33 4
η '$3330&33
&330
+ $33 4
η ' >1.C D
0#nt#h !
$>
-
8/16/2019 Nota Pengubah
19/28
Tajuk:Pengubah
*atu pengubah $$3 k#., & 333%$33 # fasa tunggal mengalami kehilangan besi ;+3 H dan
kehilangan kuprum >+3 H!"aktor kuasa pengubah adalah 3!>+!
+3>+!3$$3333
3!>+333$$3
++×
×
$33 4
η '$233B0+33
B0+33
+ $33 4
η ' C;.3! D
0#nt#h 3
$B
-
8/16/2019 Nota Pengubah
20/28
Tajuk:Pengubah
In a +3 k#. transformer, the iron loss is +33 H and full-load opper loss is >33H! "ind the
effiieny at full-load and half-load at 3!> p!f! lagging!
*ebuah pengubah +3 k#. mempunyai kehilangan besi sebanyak +33H dan kehilangan
kuprum sebanyak >33H pada faktor kuasa 3!>!333!>)3333(+
3!>333+3
++×
×
$33 4
∴ η ' C1.;5 D
(b) %e!ekapan pada separuh beban
Aeekapan η$%& 'Pi)P)
&
$(MkosI(#
&
$
M)kosI#(&
$
&
&&
&&
++×
×
$33 4
'+33)>33
1
$(3!>)3333)(+
&
$(
3!>333+3)&
$(
++×
×
$33 4
∴ η$%& ' C1.1 D
&3
-
8/16/2019 Nota Pengubah
21/28
Tajuk:Pengubah
0#nt#h s#alan *P8 !222
Cajah di atas menunjukkan satu pengubah jenis langkah naik
2 k#., &13%133# +3
-
8/16/2019 Nota Pengubah
22/28
Tajuk:Pengubah
"aa%an:
(a)i Arus (! :
∴
.$+
#133
k#.2
I
k#.2I#
&
&&
=
=
=×
( ii)intangan 4
.$+
#133
I
#C
&
&
N
=
=
' !1.1
(iii) belitan %ri$er N
&
$
Ν '
&
$
#
#
tan;+
133
$&+&13
#
(# (
&
&$
$
beli=
×=
×=
(b) i! +e@eka%an beban %enuhη
Aeekapan η 'masukankuasa
keluarankuasa $33 4
η 'PiPMkosI#
MkosI#
&&
&&
++×
×
$33 4
η 'H1>)(0+3!Bk#.2
B!3k#.2
++×
×
$33
η ' H>0+133
133+
+ $33
η ' 3!B>1+ $33 4
η C;.=5 D
&&
-
8/16/2019 Nota Pengubah
23/28
Tajuk:Pengubah
(b) ii! +e@eka%an beban se%aruh η$%&
Aeekapan η$%& 'Pi)P)
&
$(MkosI(#
&
$
M)kosI#(&
$
&
&&
&&
++×
×
$33 4
'0+1>)
1
$( 3!B)2333()
&
$(
3!B 2333 )&
$(
++×
×
$33 4
'1;&;33
&;33
+ $33 4
∴ η$%& ' C;.!C D
&ii) +ehilangan ku%ru$
η 'masukankuasa
keluarankuasa $33 4
masukan ' $33Q
keluaran×
'
B;
$333!;k#. 2
' 1003 Hatts
Masukan ' Aeluaran J kehilangan
Aehilangan ' 1003H K 2 k#. 3!;
' $03 H
∴Aehilangan kuprum P:
' $03H K 0+ H
' B+ H
&0
-
8/16/2019 Nota Pengubah
24/28
Tajuk:Pengubah
TE*T 6OU UN7E*TAN7(NG E"5CE D5U 5/IUE /5 /!$$ /he ideal transformer proides &3 # at B!+ . to a pure resistane load!
6etermine its effiieny!
>!$& /he open iruit test measures the RRRRRRRRRRRRRRR losses of a
transformer!
>!$0 Hhy are the ore losses negligible during the short-iruit test?
>!$1 . transformer has a $&3 # primary and &3 # seondary rate at 1.! /he
measured inding resistanes are 3!0 Ω and + Ω for seondary and primary,
respetiely! Estimate the opper loss!
9ee,ba@k t# A@tiit ;0
>!$3 3!B2>!$$ ore
>!$& eause the primary oltage is ery lo!
>!$0 ; H
&1
-
8/16/2019 Nota Pengubah
25/28
Tajuk:Pengubah
*E49'A**E**8ENT ;
Dou are approahing suess! Tr all the uesti#ns in this self-assessment setion andhek your ansers ith those gien in the "eedbak on *elf-.ssessment > gien on the
net page! If you fae any problems, disuss it ith your leturer! Sood luk!
uesti#n ;'
(a) Hhat is a transformer ?
(b) 6ra the iruit diagram symbol for a transformer!
() 3# hen the
primary urrent is 1.! alulate the seondary oltage and urrent!
uesti#n ;'!
(a) . +3k#., 2233%&+3# transformer has +& seondary turns! "ind
(i) the number of primary turns(ii) full-load primary and seondary urrents!
(eglet losses)
(b) /he net ross-setional area of the ore of 133%0333#, +3
-
8/16/2019 Nota Pengubah
26/28
Tajuk:Pengubah
() . 23 k#., $233 #%$33 #, +3
-
8/16/2019 Nota Pengubah
27/28
-
8/16/2019 Nota Pengubah
28/28
Tajuk:Pengubah
(b) i! B;!B$ 4 ii! B;!>; 4
() i! &,; k#. ii! &!$2 kH iii! + .