Mengapa transformator AC tidak terbakar

Saya sedikit terbiasa dengan cara kerja transformator AC. Setelah melihat pertanyaan ini:

Mengapa tidak semua motor terbakar secara instan?

Itu membuat saya berpikir tentang hal yang sama dengan AC transformer.

Koil primer harus memberikan resistensi yang sangat sedikit dan karenanya memungkinkan banyak arus mengalir. Saya menduga bahwa hambatan berasal dari medan magnet yang berfluktuasi. Apakah ini benar? Jika demikian, saya mengasumsikan bahwa arus meningkat ketika beban ditempatkan pada kumparan sekunder karena medan magnet tidak runtuh ke kumparan primer tetapi digunakan oleh kumparan sekunder sebagai gantinya?

Juga, apakah ini berarti bahwa jika arus DC ditempatkan pada transformator maka akan menimbulkan masalah? (yaitu arus sangat tinggi)

Saya yakin saya tidak mengatakan ini dengan benar, jadi saya berharap seseorang dapat meluruskan saya.

Singkatnya pertanyaan saya, apa perilaku kumparan primer transformator (dalam hal aliran arus) ketika tidak ada beban yang ditempatkan pada kumparan sekunder, dan apa yang berubah ketika beban ditempatkan pada kumparan sekunder?

Andy memberi Anda jawaban akademis klasik untuk pertanyaan Anda. Semua yang dia katakan akurat, tetapi saya ragu sebagai pemula Anda akan mengerti sebagian besar dari itu. Jadi, izinkan saya mencoba penjelasan sederhana.

Yang utama dari sebuah transformator adalah luka koil di sekitar inti besi yang dapat mengambil salah satu dari beberapa bentuk. Gulungan primer ini memiliki resistansi yang sangat rendah. (Ukur resistensi transformator daya tipikal yang digunakan pada peralatan bangku elektronik dengan DMM dan Anda akan menemukannya hanya beberapa Ohm.) Sambungkan sumber tegangan DC ke ini, hasilnya cukup dapat diprediksi. Sumber tegangan akan menghasilkan arus yang sama besarnya dengan arus utama dan trafo akan menjadi sangat panas dan mungkin naik dalam asap. Itu, atau pasokan DC Anda akan melebur sekering, membakar sendiri, atau masuk ke mode batas saat ini jika dilengkapi. Kebetulan, saat arus tinggi ini mengalir, belitan primer sebenarnya menghasilkan medan magnet uni-directional di inti transformator.

Sekarang, ukur induktansi sekunder dengan LRC meter. (Itu perangkat seperti DMM yang hanya mengukur induktansi, resistansi, dan kapasitansi - "LRC".) Untuk transformator daya 60 Hz, Anda mungkin akan membaca beberapa Henri induktansi di seluruh lead utamanya.

$X_L = 2 \pi f L$$X_L$$X_L$

$X_L$$I = \frac{V}{X_L}$. Dalam kasus USA biasa kami memiliki RMS 120 volt sebagai V. Sekarang Anda akan melihat bahwa "I" saat ini adalah nilai yang cukup masuk akal. Kemungkinan beberapa ratus milliamps ("RMS" juga). Itu sebabnya Anda dapat menerapkan 120 volt ke transformator yang dibongkar dan itu akan berjalan selama satu abad tanpa masalah. Ini beberapa ratus miliamp arus primer, yang disebut "arus eksitasi" menghasilkan panas dalam kumparan primer transformator, tetapi sebagian besar mekanik dari transformator dapat menangani jumlah panas ini dengan desain hampir selamanya. Meskipun demikian, seperti dijelaskan di atas, tidak akan membutuhkan catu daya 5 VDC tetapi beberapa menit untuk membakar trafo yang sama ini jika pasokan DC mampu memasok arus yang cukup besar untuk berhasil menggerakkan kumparan DC R rendah. Itulah "keajaiban" reaktansi induktif! Itu'

Itu untuk transformator yang dibongkar. Sekarang, sambungkan beban resistif yang sesuai ke sekunder. Arus eksitasi yang diuraikan di atas akan terus mengalir dengan besaran yang kurang lebih sama. Tapi sekarang dan arus tambahan akan mengalir di primer. Ini disebut "arus pantul" - arus yang "disebabkan" oleh arus penarikan beban sekunder dari sekunder transformator. Besarnya arus yang dipantulkan ini ditentukan oleh rasio belokan dari transformator daya. Cara paling sederhana untuk menentukan arus yang dipantulkan adalah dengan menggunakan metode "VA" (volts-amp). Lipat gandakan tegangan sekunder tranformer dengan arus dalam amp yang ditarik oleh beban resistif yang menempel pada sekunder. (Ini pada dasarnya "Watt" - volt kali amp.) "Metode VA" mengatakan bahwa VA sekunder harus sama dengan VA tambahan primer. ("Tambahan" dalam hal ini berarti "selain arus eksitasi".) Jadi, jika Anda memiliki transformator daya AC tipikal dengan 120 VRMS primer dan 6 VRMS sekunder dan Anda memasang resistor 6 Ohm ke sekunder, yang 6 Ohm load akan menarik 1,0 Amp RMS dari yang sekunder. Jadi, VA sekunder = 6 x 1 = 6. VA sekunder ini harus secara numerik sama dengan VA primer, dengan tegangan 120 VRMS. 0 Amp RMS dari sekunder. Jadi, VA sekunder = 6 x 1 = 6. VA sekunder ini harus secara numerik sama dengan VA primer, dengan tegangan 120 VRMS. 0 Amp RMS dari sekunder. Jadi, VA sekunder = 6 x 1 = 6. VA sekunder ini harus secara numerik sama dengan VA primer, dengan tegangan 120 VRMS.
VA Primer = VA Sekunder = 6 = 120 x I.
I = 6/120 atau hanya 50 mili-Amps RMS.

Anda dapat memverifikasi sebagian besar ini menggunakan DMM sederhana untuk mengukur arus di primer dan sekunder di bawah kondisi tanpa-beban dan beban. Cobalah sendiri, tetapi berhati-hatilah pada yang utama karena 120 VRMS itu hampir mematikan. Namun, Anda TIDAK akan dapat secara langsung mengamati arus "tambahan" di primer yang disebabkan oleh menambahkan beban ke sekunder. Mengapa? Jawaban itu tidak begitu sederhana! Arus eksitasi dan arus yang dipantulkan adalah 90 derajat di luar fase. Mereka "menjumlahkan", tetapi mereka menjumlahkan sesuai dengan matematika vektor, dan itu diskusi lain sama sekali.

Sayangnya, jawaban Andy yang diungkapkan dengan indah di atas hampir tidak akan dihargai kecuali pembaca mengerti vektor matematika seperti yang diterapkan pada sirkuit AC. Saya harap jawaban saya, dan percobaan verifikasi Anda, akan memberi Anda pemahaman numerik tingkat usus tentang bagaimana "transformator daya" bekerja.

Saya berasumsi bahwa arus meningkat ketika beban ditempatkan pada kumparan sekunder karena medan magnet tidak runtuh ke kumparan primer tetapi digunakan oleh kumparan sekunder sebagai gantinya?

Kedengarannya benar tetapi tidak. Secara umum, untuk transformator yang cukup efisien, magnetisasi inti adalah konstan dalam kondisi beban sekunder apa pun. Masalahnya adalah, bagaimana saya menjelaskan bahwa tanpa meyakinkan Anda bahwa rangkaian setara transformator (di bawah) tidak salah: -

Hal yang perlu diperhatikan: -

• Xm adalah 99,9% induktansi utama dari transformator
• Xp (induktansi kebocoran primer) merupakan 0,1% akhir dari induktansi primer
• Xs dan Rs adalah induktansi kebocoran sekunder dan resistansi belitan yang mengacu pada primer dengan aksi rasio belokan yang dikuadratkan.
• Benda yang terlihat seperti transformator (ke kanan) tidak boleh dianggap seperti itu - itu adalah konverter daya yang sempurna dan tidak menghasilkan magnet sama sekali - itu adalah perangkat untuk membantu matematika dan saya berharap para peti mati yang menggambar gambar-gambar ini hanya akan menunjukkannya seperti kotak hitam !!

Seperti yang dapat Anda lihat, bahkan di bawah kondisi beban berat, volt-drop dari Rp dan Xp kecil dibandingkan dengan tegangan AC input dan ini berarti bahwa tegangan melintasi Xm cukup konstan. Perhatikan bahwa Xm adalah satu-satunya komponen yang menghasilkan magnet di inti. Tidak yakin ya? Aku tidak akan menyalahkanmu.

Inilah cara lain untuk melihatnya

Rangkaian 4 gambar di bawah ini berupaya menunjukkan bahwa kontribusi fluks dari arus beban di primer dan sekunder adalah sama dan berlawanan dan oleh karena itu fluks dibatalkan. Ini menunjukkan transformator 1: 1 sederhana tetapi berlaku sama untuk rasio belokan yang berbeda karena fluks sebanding dengan ampere-belokan dan bukan ampli. Lihatlah setiap gambar secara bergantian: -

1) Ya, impedansi transformator terbuka berasal dari medan magnet yang berfluktuasi (mencoba mengubah medan magnet inti)

2) Ya, jika tegangan DC ditempatkan pada primer, Anda dalam masalah, trafo mungkin terbakar. (Kecuali jika diberi peringkat untuk arus itu, untuk beberapa alasan). Saya kehilangan koil pada sepeda motor tua beberapa kali karena alasan yang sama: dibiarkan hidup dengan motor mati, koil terbakar dan plastik menetes keluar.

3) Dengan tidak ada beban pada sekunder, arus melalui primer harus melalui induktansi sangat besar / sangat kaku ('induktansi kebocoran') dari kumparan primer.

4) Dengan beban pada arus sekunder, arus sekunder membatalkan efek pada inti arus primer.

Sebuah transformator yang dirancang untuk mengalir melalui DC disebut reaktor saturable, dan digunakan sebagai saklar; yaitu DC menjenuhkan inti magnetik, sehingga pasokan AC tidak dapat mengubah fluks di inti, ergo, tegangan AC sekunder adalah nol. Ketika arus DC dimatikan, fluks dalam inti sekarang dapat berubah dan aksi transformator normal terjadi, yang mengarah ke tegangan AC di sekunder.

Perangkat serupa, tetapi yang bergantung pada arus AC yang memenuhi inti, disebut transformator ferro-resonan. Ini digunakan untuk menstabilkan tegangan sekunder transformator dengan murah. Perangkat ini memiliki dua sekunder, salah satunya disingkat oleh kapasitor bernilai besar, yang lainnya adalah belitan keluaran.