Transformator step-up menaikkan tegangan sekunder dan menurunkan arus, sedangkan transformator step-down menurunkan tegangan dan menaikkan arus; transformator fisik terkadang dapat melakukan salah satu peran tersebut, namun insulasi, tap, pembumian, arus lonjakan, dan persetujuan pabrikan harus sesuai dengan arah yang dimaksudkan. Rasio lilitan menetapkan rasio tegangan perkiraan, sementara kVA tetap hampir konstan tidak termasuk rugi-rugi. Pemilihan aplikasi juga harus memperhitungkan fasa, frekuensi, sambungan, impedansi, regulasi, dan proteksi.
Rasio lilitan, Tegangan, dan Arus
Untuk trafo ideal, V₂/V₁ = N₂/N₁. Sekunder dengan lilitan lebih banyak daripada primer menghasilkan tegangan yang lebih tinggi; lilitan yang lebih sedikit menghasilkan tegangan yang lebih rendah. Daya tampak kira-kira dilestarikan, jadi I₂/I₁ = N₁/N₂. Satuan nyata menambahkan resistansi lilitan, reaktansi kebocoran, arus eksitasi, dan rugi-rugi.
Gunakan besaran saluran dan fasa pengenal yang konsisten dengan sambungan belitan. Pada peralatan tiga fasa, hubungan delta dan wye dapat membuat perbandingan tegangan saluran berbeda dari perbandingan lilitan belitan individual.
Aplikasi Naik dan Turun Tegangan yang Khas
Pembangkit listrik dan instalasi energi terbarukan menggunakan transformator step-up untuk menghubungkan generator atau inverter bertegangan lebih rendah ke sistem pengumpulan dan transmisi. Pabrik industri dapat menaikkan tegangan dari 480 V ke tingkat distribusi tegangan menengah jika jarak pengumpan yang panjang atau beban yang besar membenarkannya.
Distribusi utilitas dan fasilitas menggunakan transformator penurun tegangan untuk memasok sistem pemanfaatan 480 V, 400 V, 208Y/120 V atau lainnya. Transformator kontrol dan isolasi menyediakan tegangan yang lebih rendah untuk mesin sekaligus mempertahankan pemisahan jika dirancang demikian.
Bisakah Trafo Diberi Daya Terbalik?
Beberapa transformator dua lilitan dapat diberi daya dari lilitan yang biasanya ditandai sebagai sekunder, tetapi keluaran yang dihasilkan mungkin tidak sama dengan nilai primer aslinya karena tap dan regulasi dirancang untuk arah normal. Arus lonjakan (inrush) dapat berubah secara substansial dan lilitan tegangan rendah yang tadinya mungkin tidak memiliki pengaturan perlindungan atau pembumian seperti yang diharapkan.
Jangan melakukan pengumpanan balik (reverse feed) tanpa persetujuan tertulis dari produsen. Konfirmasikan insulasi, aksesibilitas netral, tap, pelindung elektrostatik, penandaan terminal, proteksi, dan larangan memberikan energi pada terminal terbuka yang tidak digunakan.
Perbandingan Transformator Step-Up dan Step-Down
| Faktor | Aplikasi peningkatan | Aplikasi step-down | Periksa |
|---|---|---|---|
| Tegangan | Sekunder lebih tinggi dari sumber | Sekunder lebih rendah dari sumber | Input/output dan tap pengenal |
| Saat ini | Keluaran arus lebih rendah untuk kVA yang sama | Arus keluaran lebih tinggi untuk kVA yang sama | Kapasitas hantar arus konduktor dan perangkat |
| Penggunaan umum | Pembangkitan dan distribusi jarak jauh | Pemanfaatan utilitas dan fasilitas | Profil beban dan arsitektur sistem |
| Fokus perlindungan | Isolasi tegangan lebih tinggi dan tugas surja | Arus gangguan sekunder yang tinggi dan beban konduktor | Studi arus hubung singkat dan koordinasi |
| Pemberian makan terbalik | Dapat diusulkan untuk kasus khusus | Arah normal untuk banyak unit distribusi | Persetujuan tertulis dari produsen |
Seleksi, Regulasi, dan Perlindungan
Tentukan rentang tegangan input/output, kVA beban, fasa, frekuensi, sambungan, netral, dan pembumian. Nilai faktor daya beban, harmonisa, pengasutan motor, suhu sekitar, ketinggian tempat, dan perluasan di masa depan. Impedansi memengaruhi susut tegangan dan arus hubung singkat yang tersedia.
Perangkat primer dan sekunder memerlukan rating arus yang berbeda. Proteksi harus menoleransi lonjakan arus (inrush) dan berkoordinasi dengan batas kerusakan transformator. Aplikasi step-up dapat menghadirkan persyaratan pengalihan tegangan lebih tinggi, perlindungan lonjakan arus, dan koordinasi insulasi.
Apa yang dilakukan trafo penurun tegangan terhadap arus listrik?
Trafo penurun tegangan menurunkan tegangan AC dan memungkinkan arus sekunder dengan rating yang lebih tinggi untuk daya tampak yang kurang lebih sama. Trafo tidak memaksakan arus tersebut mengalir melalui beban. Arus aktual bergantung pada beban yang terhubung; rating trafo menyatakan berapa banyak yang dapat disediakannya di bawah kondisi yang ditentukan. Perbedaan ini penting ketika beban elektronik kecil terhubung ke catu daya yang jauh lebih besar.
Pada trafo satu fasa ideal, VpIp = VsIs. Jika tegangan turun sebesar empat faktor, arus beban penuh yang bersesuaian akan naik sebesar empat faktor. Daya masukan nyata juga memasok rugi-rugi inti dan lilitan. Oleh karena itu, tegangan yang lebih rendah tidak menghasilkan energi gratis, dan sisi sekunder tidak dapat melebihi kapasitas termalnya hanya karena pemutus sirkuit primer memiliki kapasitas cadangan.
Contoh perhitungan 480 ke 120 V
Ambil transformator satu fasa dengan kapasitas 2 kVA, primer 480 V, dan sekunder 120 V. Rasio tegangan nominalnya adalah 480 ÷ 120 = 4. Arus primer beban penuh ideal adalah 2.000 ÷ 480 = 4,17 A; arus sekunder nominal adalah 2.000 ÷ 120 = 16,67 A. Arus-arus tersebut menggambarkan kedua sisi dari rating daya tampak yang sama. Arus-arus tersebut bukanlah ukuran sekring yang ditentukan.
Jika suatu beban memerlukan 1.000 VA pada 120 V, arus nominalnya adalah 8,33 A, dan arus primer idealnya adalah 2,08 A. Trafo tersebut masih memiliki kapasitas 2 kVA, tetapi trafo hanya menyuplai apa yang diminta oleh beban, ditambah kerugiannya sendiri. Pengukuran aktual bergantung pada tegangan suplai, bentuk gelombang, regulasi, dan faktor daya. Perangkat proteksi juga harus memperhitungkan lonjakan arus saat pengaktifan (inrush), kapasitas konduktor, dan koordinasi.
Hubungan ideal dan penurunannya dijelaskan dalam Fisika Universitas OpenStax: Transformator. Contoh-contoh ini menerapkan hubungan tersebut pada penilaian hipotesis; contoh-contoh tersebut tidak menjelaskan model LBAJI yang ditawarkan atau menjamin tegangan terukur tertentu.
Peringkat tiga fasa memerlukan faktor fasa
Untuk beban tiga fasa seimbang, S = √3 × VLL × SayaL. Gunakan tegangan antar-saluran dan arus saluran secara konsisten. Unit 30 kVA dengan sekunder antar-saluran 208 V memiliki arus saluran nominal sekitar 83,3 A. Membagi 30.000 dengan 208 tanpa faktor akar tiga akan melebih-lebihkan arus. Demikian pula, mencampur adukkan nilai 120 V saluran-ke-netral dengan 208 V antar-saluran akan menghasilkan kesalahan yang berbeda.
Rasio lilitan berlaku untuk lilitan individual, sedangkan rasio tegangan jalur pada nameplate juga bergantung pada hubungan delta atau star. Oleh karena itu, trafo delta-star tidak dapat diartikan semata-mata dengan membagi tegangan jalur dan mengasumsikan hasilnya sama dengan rasio lilitan. Grup vektor, netral, dan pergeseran fasa merupakan bagian dari spesifikasi, terutama saat menghubungkan transformator ke sistem tiga fasa yang sudah ada.
Mengapa keluaran yang diukur berbeda dari label
Trafo belum tentu merupakan catu daya teregulasi. Pada beban nol, tegangan sekunder mungkin berada di atas nilai beban terukur; saat arus meningkat, resistansi lilitan dan reaktansi bocor berkontribusi pada susut tegangan. Faktor daya beban memengaruhi hasilnya. Variasi tegangan pasokan juga muncul pada sekunder melalui rasio. Tap dapat menyesuaikan hubungan nominal, tetapi tidak secara otomatis memberikan regulasi kontinu.
Tinjau kisaran tegangan beban yang dapat diterima pada saat pengaktifan dan operasi normal. Kabel sekunder yang panjang dapat menimbulkan penurunan tegangan yang substansial karena arus lebih tinggi pada sisi tegangan yang lebih rendah. Jika aktuator atau kontaktor gagal menarik, regulasi transformator dan penurunan kabel sama-sama dapat menjadi faktor penting. Meningkatkan tap tegangan tanpa menyelidiki rangkaian dapat menyebabkan beban lain mengalami tegangan berlebih saat beban berat dilepaskan.
Penurunan tidak berarti isolasi
Transformator terpisah konvensional dapat mengurangi tegangan sekaligus memberikan pemisahan galvanik. Autotransformator juga dapat mengurangi tegangan, tetapi lilitan bersama-samanya menyediakan koneksi konduktif langsung. Kata-kata “penurun” menjelaskan arah tegangan, bukan susunan isolasinya. Spesifikasi yang memerlukan pengurangan tegangan dan isolasi harus menyatakan kedua persyaratan tersebut secara eksplisit.
Adaptor perjalanan adalah sumber kebingungan lainnya. Adaptor colokan mengubah sambungan fisik dan mungkin sama sekali tidak mengubah voltase. Beberapa perangkat elektronik menerima rentang voltase listrik yang luas, sementara yang lain memerlukan suplai konversi yang sesuai. Periksa label masukan peralatan dan kebutuhan daya. Trafo industri tidak boleh disarankan untuk penggunaan konsumen portabel semata-mata karena voltasenya tampak cocok.
Frekuensi dan jenis beban dapat mengesampingkan kecocokan semu
Trafo biasanya mempertahankan frekuensi. Memasok 60 Hz menghasilkan keluaran 60 Hz, dan trafo tegangan tidak mengubah sumber 50 Hz menjadi 60 Hz. Fluks inti bergantung pada hubungan tegangan terhadap frekuensi. Beroperasi pada frekuensi yang lebih rendah dengan tegangan yang tidak berubah dapat meningkatkan fluks dan pemanasan melebihi batas desain kecuali papan nama dan pabrikan mengizinkannya.
DC kontinu tidak mendukung aksi transformator normal setelah transien awal dan dapat menyebabkan arus berlebih dan pemanasan. Gunakan konverter yang sesuai untuk konversi tegangan DC. Penyearah, penggerak kecepatan variabel, catu daya LED, dan beban nonlinier lainnya juga menghasilkan arus yang tidak sepenuhnya digambarkan oleh total kW sederhana. Nyatakan persyaratan harmonisa dan siklus kerja saat memilih transformator.
Pemeriksaan seleksi untuk instalasi nyata
Mulailah dengan tegangan keluaran berbeban yang diperlukan, total VA, fasa, frekuensi, dan perilaku penyalaan beban. Tentukan apakah kabel netral diperlukan dan apakah pemisahan elektrik diperlukan. Periksa suhu sekitar, ketinggian tempat, ventilasi, kandang pelindung (enclosure), dan ruang pemasangan. Kondisi-kondisi ini memengaruhi kapasitas yang dapat digunakan dan pendinginan; kVA nominal yang sama tidak membuat setiap kandang pelindung atau instalasi menjadi setara.
Lalu konfirmasikan impedansi, tap yang diizinkan, terminal, dan persyaratan perangkat proteksi. Bandingkan susut tegangan dan arus gangguan yang tersedia dengan peringkat peralatan hilir. Minta diagram koneksi dan data uji untuk model yang tepat. Persyaratan instalasi kelistrikan OSHA berikan konteks yang relevan untuk kesesuaian peralatan dan penggunaannya dalam batas pengenalannya. Pemilihan konduktor dan proteksi akhir merupakan tanggung jawab desain instalasi yang berlaku.
Konteks teknis lebih lanjut: Prinsip transformator dan hubungan tegangan.
Panduan trafo terkait dan konteks produk
Tinjau panduan dasar transformer untuk prinsip-prinsip dasarnya. Untuk pertanyaan terkait, baca Apa itu Autotransformator? Prinsip, Penggunaan, dan Batasannya dan Apa itu Trafo Isolasi: Keamanan, Penggunaan, dan Pemilihan. Untuk spesifikasi peralatan distribusi, lihat transformator daya terendam minyak 35 kV; konfirmasi ruang lingkup produk yang sebenarnya dan peringkatnya sebelum menggunakannya dalam sebuah proyek.
Video: prinsip dasar transformer
Pola pikir teknik menggambarkan prinsip kelistrikan yang dibahas di sini. Penjelasan latar belakang ini melengkapi artikel; hal ini tidak menunjukkan atau mengesahkan pekerjaan lapangan.
Pertanyaan yang sering diajukan
Apa yang dilakukan oleh transformator step-down?
Ini mengurangi tegangan AC melalui rasio lilitannya. Untuk daya tampak yang kurang lebih sama, arus keluaran terukur yang bersesuaian lebih tinggi, sementara frekuensinya biasanya tetap tidak berubah.
Apakah trafo step-down menaikkan arus pada setiap beban?
Tidak. Beban yang menentukan arus aktual. Peringkat trafo menyatakan arus yang dapat disediakannya dalam kondisi tertentu, bukan arus yang dipaksakan ke setiap perangkat yang terhubung.
Apakah transformator step-down selalu terisolasi?
Tidak. Belitan terpisah dapat memberikan isolasi, tetapi autotransformator dapat menurunkan tegangan melalui belitan konduktif bersama. Nyatakan persyaratan isolasi secara terpisah.
Dapatkah trafo 60 Hz beroperasi pada 50 Hz?
Hanya jika peringkat atau pabrikannya mengizinkan kombinasi voltase dan frekuensi tersebut. Frekuensi yang lebih rendah pada voltase yang tidak berubah dapat meningkatkan fluks inti dan panas.
Bagaimana arus sekunder dihitung?
Untuk fase tunggal, bagi VA dengan tegangan sekunder. Untuk tiga fase seimbang, bagi VA dengan hasil kali akar kuadrat tiga dan tegangan antar-saluran. Ini adalah perhitungan arus beban, bukan aturan penentuan ukuran sekering.
