Autotransformer adalah trafo dengan satu belitan kontinu dan satu atau lebih sadapan (tap), sehingga sebagian belitan digunakan bersama oleh input dan maupun output; trafo ini dapat mengubah tegangan secara efisien dan ringkas tetapi biasanya tidak menyediakan isolasi galvanik.
Prinsip belitan bersama
Bagian bersama membawa perbedaan antara arus primer dan sekunder, sedangkan bagian seri membawa arus beban sesuai dengan sambungan. Daya ditransfer sebagian melalui induksi dan sebagian melalui konduksi listrik langsung melalui lilitan yang dibagi bersama.
Operasi penaikan dan penurunan
Menghubungkan sumber ke seluruh lilitan dan beban ke sebuah tap menghasilkan operasi penurun tegangan; membalikkan hubungan tersebut menghasilkan operasi penaik tegangan dalam batas peringkat yang dirancang. Polaritas dan sambungan tap menentukan apakah tegangan saling menjumlahkan atau mengurangkan.
Mengapa ukuran dan kerugian bisa lebih rendah
Ketika rasio tegangan mendekati satu, hanya sebagian dari total daya tampak yang ditransformasikan secara induktif. Hal ini dapat mengurangi tembaga, ukuran, massa, rugi-rugi, susut tegangan, dan biaya dibandingkan dengan trafo dua lilitan dengan daya tembus yang sama.
Batasan isolasi
Masukan dan keluaran terhubung secara elektrik. Gangguan, lonjakan arus, masalah netral, atau kegagalan isolasi dapat berpindah antar sisi dengan cara yang dapat dicegah oleh trafo isolasi. Jangan pernah mengganti autotrafo jika keselamatan, pembumian, pengendalian kebisingan, atau sistem yang diturunkan secara terpisah memerlukan isolasi.
Aplikasi khas
Aplikasi meliputi pengeluaran motor, koreksi tegangan moderat, sistem interkoneksi dengan tegangan yang serupa, suplai variabel laboratorium, sistem kereta api, dan regulasi tegangan utilitas. Masing-masing memerlukan peninjauan pembumian, kapasitas arus gangguan, rentang *tap*, dan proteksi.
Variac dan autotrafo variabel
Trafo autovariabel menggunakan kontak yang dapat digerakkan pada lilitan yang terbuka atau dapat diakses untuk menyediakan tegangan AC yang dapat disesuaikan. Keluarannya dapat tetap berbahaya pada tegangan rendah yang tertera dan dapat melebihi masukan nominal di dekat ujung atas. Alat ini bukan perangkat isolasi.
Peringkat dan perlindungan
Tentukan rentang tegangan masukan dan keluaran, frekuensi, kVA tembus (through-kVA), kVA lilitan atau transformasi, arus pada setiap terminal, tap, impedansi, kapasitas hubung singkat, tingkat isolasi, kenaikan suhu, rumah/enklosur, pendinginan, dan pembumian. Koordinasikan proteksi dengan arus inrush dan arus gangguan.
Transformator autotrafo versus transformator dua lilitan
Pilih autotransformator untuk konversi yang efisien antara tegangan yang berdekatan bila sambungan listrik dapat diterima. Pilih unit dua lilitan bila keunggulan isolasi, pembumian independen, rasio, penahanan gangguan, atau persyaratan sistem lebih besar daripada keunggulan ukuran dan efisiensi.
Contoh yang dikerjakan: 240 V hingga 120 V
Pertimbangkan sebuah autotransformer fase tunggal ideal yang menyuplai beban 120 V, 10 A dari sumber 240 V. Daya tampak beban adalah 120 × 10 = 1.200 VA. Mengabaikan rugi-rugi dan arus eksitasi, arus sumber adalah 1.200 ÷ 240 = 5 A. Tap di tengah-tengah lilitan efektif menyediakan hubungan tegangan yang diperlukan. Angka-angka ini menjelaskan prinsipnya; angka-angka tersebut bukan gambar konstruksi atau peringkat untuk lilitan sembarang.
Bagian antara terminal 240 V dan sadapan 120 V mengalirkan arus 5 A. Pada sadapan tersebut, arus terbagi antara beban dan bagian lilitan bersama. Dalam kasus ideal ini, arus bagian bersama memiliki besar 5 A dan mengalir pada arah yang berlawanan yang diperlukan untuk keseimbangan ampere-lilitan. Oleh karena itu, adalah keliru untuk mengatakan bahwa setiap bagian dari lilitan autotransformator mengalirkan arus beban penuh sebesar 10 A.
Untuk contoh ini, tegangan bagian seri adalah 120 V, sehingga daya tampak yang ditransformasikan adalah 120 × 5 = 600 VA, sementara beban menerima 1.200 VA. Sisanya ditransfer melalui sambungan listrik langsung. Transfer bersama ini menjelaskan keuntungan material. Unit nyata harus secara tambahan memperhitungkan pemanasan lilitan, peringkat kontak, insulasi, rugi-rugi, dan beban gangguan; aritmatika semata tidak dapat menetapkan peringkat komersial.
Apa yang berubah ketika rasio tegangan mendekati satu?
Untuk autotransformator penurun tegangan ideal dengan k = Vrendah/Vtinggi, fraksi daya yang melewati yang mengalami transformasi induktif adalah 1 − k. Mengubah tegangan dari 240 V menjadi 220 V menghasilkan k ≈ 0,917, sehingga fraksinya sekitar 8,3%. Mengubah 240 V menjadi 24 V menghasilkan fraksi sebesar 90%. Akibatnya, keunggulan belitan bersama paling kuat pada perubahan tegangan yang moderat dan semakin berkurang seiring meningkatnya rasio.
Ini bukan berarti perangkat 240-ke-220 V dapat digantikan dengan catu daya 240-ke-24 V dengan memilih terminal lain. Belitan, jalur arus, dan insulasi dirancang untuk sambungan tertentu. Hal ini juga tidak membuktikan efisiensi tetap atau penghematan harga. Bandingkan rugi-rugi yang telah diuji dan unit lengkap yang ditawarkan, termasuk rumah pelindung, proteksi, dan perlengkapan tap, dengan alternatif dua belitan.
Autotransformator versus transformator isolasi
| Keputusan | Autotransformator | Transformator belitan terpisah |
|---|---|---|
| Sambungan listrik antara sumber dan beban | Belitan bersama menyediakan jalur konduktif | Belitan secara desain terpisah secara elektrik |
| Koreksi tegangan moderat | Sering kali merupakan solusi yang ringkas di mana pemahaman bersama dapat diterima | Mungkin, umumnya dengan lebih banyak bahan untuk daya tembus yang sama |
| Referensi sekunder independen | Tidak dapat diasumsikan | Dapat mendukung pengaturan yang diturunkan secara terpisah jika dirancang dengan benar |
| Keluaran laboratorium yang bervariasi | Kran bergerak dapat mengatur tegangan; keluaran tetap terhubung ke jala-jala listrik | Isolasi saja tidak menyiratkan keluaran yang dapat disesuaikan |
| Arus gangguan | Sering kali impedansi rendah; studi sistem tetap diperlukan | Tergantung pada impedansi yang dinyatakan dan pasokan hulu |
Itu Pembahasan OpenStax tentang keselamatan dan isolasi kelistrikan membantu menjelaskan peran dari rangkaian terpisah. Pengaturan tegangan keluaran rendah pada autotrafo variabel bukanlah bukti bahwa salah satu konduktor keluaran aman terhadap bumi. Instalasi yang memerlukan pemisahan protektif harus menggunakan peralatan yang dirancang khusus untuk tujuan tersebut.
Cara kerja starter motor autotransformator
Starter tegangan-kurang menerapkan sebagian tegangan suplai yang dipilih selama akselerasi dan kemudian mengalihkan motor ke sambungan jalannya. Dalam model yang disederhanakan, jika motor menerima fraksi tegangan $k$, arus rotor terkuncinya kira-kira sebesar $k$ kali arus langsung-pada-jalur, sedangkan arus suplai melalui autotransformator ideal kira-kira sebesar $k$ kuadrat kali arus tersebut. Torsi awal juga turun kira-kira sebanding dengan kuadrat tegangan.
Keuntungannya adalah gangguan pasokan yang berkurang, tetapi torsi yang lebih rendah harus tetap menggerakkan beban aktual. Konveyor yang sarat muatan atau mesin dengan kelembaman tinggi tidak dapat dinilai hanya dari pengurangan arus yang menarik. Desain harus memperhitungkan waktu akselerasi, metode transisi, jumlah pengoperasian per jam, beban termal, dan kurva beban mekanis. Hubungan yang disederhanakan ini adalah alat penyaringan; data produsen motor dan desain penggerak yang lengkap menentukan pemilihan.
Output variabel dan batas arus
Transformator otomatis variabel menggunakan kontak yang bergerak di sepanjang permukaan lilitan yang telah disiapkan. Output biasanya dapat divariasikan pada kisaran yang ditentukan, dan beberapa desain menyertakan kisaran di atas tegangan masukan nominal. Baca skala dan manual secara tepat. Batas arus kontak, lilitan, dan terminal tetap berlaku pada tegangan yang dikurangi: menurunkan tegangan output tidak serta-merta mengizinkan arus output yang secara proporsional lebih tinggi.
Misalnya, sebuah unit yang dibatasi hingga 5 A tidak dapat secara otomatis menghasilkan 50 A ketika tegangannya diturunkan hingga sepersepuluh dari tegangan nominalnya. Kesalahan umum adalah menganggap seluruh nilai VA pada pelat nama tersedia di setiap posisi tombol. Beban, kontak sikat, dan desain termal harus diperiksa. Trafo autovariabel juga tidak mengubah arus AC ke DC atau mengubah frekuensi.
Hal yang harus dicantumkan dalam spesifikasi pembelian
Bedakan kVA melalui terminal dari kVA yang ditransformasikan secara internal pada setiap penawaran. Menyebutkan satu ketika pembeli mengharapkan yang lain dapat membuat dua proposal tampak sebanding ketika kapasitas beban aktualnya berbeda.
Nyatakan apakah tugas tersebut adalah koreksi tegangan kontinu, suplai pengujian variabel, pengenalan motor, atau interkoneksi jaringan. Identifikasi semua tegangan terminal dan peringkat arus, fasa dan frekuensi, rentang tap, persyaratan isolasi, susunan netral, dan kenaikan suhu yang diizinkan. Sertakan profil beban yang diharapkan serta tugas awal atau siklik apa pun. Peringkat pengenalan motor tidak dapat diperlakukan sekadar sebagai kVA kontinu.
Minta gambar sambungan yang sebenarnya, data impedansi, data rugi-rugi, persyaratan perangkat proteksi, dan petunjuk pemasangan. Periksa rentang keluaran di bawah beban dan variasi pasokan yang diizinkan. Untuk aplikasi industri, peninjauan harus menetapkan bagaimana gangguan lilitan atau netral memengaruhi peralatan yang terhubung. Persyaratan instalasi kelistrikan OSHA perkuat perlunya menggunakan peralatan sesuai dengan peringkat dan petunjuk penggunaannya.
Panduan trafo terkait dan konteks produk
Tinjau panduan dasar transformer untuk prinsip-prinsip dasarnya. Untuk pertanyaan terkait, baca Apa yang Dilakukan Trafo Step-Down? Cara Kerja dan Kegunaannya 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
G K Agrawal mengilustrasikan prinsip kelistrikan yang dibahas di sini. Penjelasan latar belakang ini melengkapi artikel; hal ini tidak mendemonstrasikan atau mengesahkan pekerjaan lapangan.
Pertanyaan yang sering diajukan
Apakah autotransformator menyediakan isolasi?
Biasanya tidak. Lilitan bersamanya menciptakan sambungan konduktif antara sumber dan beban. Gunakan desain lilitan terpisah yang sesuai jika isolasi diperlukan.
Mengapa autotransformator lebih kecil untuk tegangan yang berdekatan?
Hanya sebagian dari daya tembus yang ditransfer secara induktif; sambungan bersama mentransfer sisanya. Keuntungan material adalah yang terbesar ketika rasio tegangan mendekati satu.
Bisakah autotrafo variabel menyediakan arus tak terbatas pada tegangan rendah?
Tidak. Batas arus belitan, sikat, dan terminal tetap berlaku. Mengurangi tegangan keluaran tidak secara otomatis meningkatkan arus yang diizinkan secara berbanding terbalik.
Apakah autotransformer mengubah frekuensi?
Tidak. Alat ini mengubah tegangan AC sesuai dengan sambungan dan sadapannya (tap) sambil umumnya mempertahankan frekuensi sumbernya. Alat ini bukan pengubah AC ke DC.
Mengapa starter motor mengurangi torsi sekaligus arus?
Tegangan motor yang dikurangi akan mengurangi torsi elektromagnetik, kira-kira sebanding dengan kuadrat tegangan dalam model pengasutan yang disederhanakan. Beban aktual tetap harus berakselerasi dalam batas beban termal yang diizinkan.
