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


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


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


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


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!

( (!


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


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)


8/28

Tajuk:Pengubah

*atu pengubah mempunyai 233 lilitan utama dan 133 lilitan sekunder! 7ika bekalan oltan

sebanyak &13#,+3

#$'&13# #& ' ?

$'233 &'133


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!


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 /


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

$$


12/28

Tajuk:Pengubah

*oure: Eletrial Eletroni /ehnology by Edard


13/28


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


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


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


17/28

Tajuk: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 !

$>


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


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


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


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

&&


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


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


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


26/28

Tajuk:Pengubah

() . 23 k#., $233 #%$33 #, +3


27/28


28/28

Tajuk:Pengubah

(b) i! B;!B$ 4 ii! B;!>; 4

() i! &,; k#. ii! &!$2 kH iii! + .

nota pengubah

Documents