TUGASAN 1

TARIKH HANTAR : 06 OGOS 2010

POLITEKNIK JOHOR BAHRU

JABATAN KEJURUTERAAN MEKANIKAL

NO NAMA NO PENDAFTARAN

1 MUHAMAD HAZIM BIN ISKANDAR 09DKM09F2037

2 MUHAMAD SHAZRIN BIN SAHAK 09DKM09F2038

3 AYOB SABRI BIN MOHAMAD 09DKM09F2039

4 MUHAMAD KHAIRUL BIN YACCOB 09DKM09F2040

NO NAMA PENSYARAH

1 EN MOHAMAD FAIRULLAH BIN MOHAMMADON

Pengubah merupakan peranti elektrik yang paling mudah binaannya tetapi merupakan salah satu peranti yang paling berguna.

Pengubah boleh didapati didalam berbagai saiz dan bentuk dari yang berteraskan besi (untuk kegunaan frekuensi kuasa 50 Hz) hinggalah yang berteraskan udara (untuk kegunaan frekuensi sehingga beberapa kHz).

Pengubah berfungsi untuk mengubah aras voltan (arus) AC. Tanpa pengubah, kuasa elektrik tidak mungkin dapat dihantar dari stesen penjana ketempat-tempat yang jauhnya sehingga beribu batu.

Pengubah pada asasnya terdiri daripada dua gegelung pengalir yang bertindak sebagai induktor yang terpisah secara elektrik tetapi bersambung secara magnetik.

Pengubah terdiri daripada dua gelung (windings) yang dililitkan pada teras (core) besi, di mana teras dan gelung merupakan bahagian utama dalam struktur binaan pengubah.

Rajah 2.1 menunjukkan susunan am sebuah pengubah. Teras pengubah terdiri daripada kepingan keluli berlapis yang ditebat untuk mengelak daripada berlakunya karat dan sentuhan elektrik.

Gelung utama (primary winding) pengubah akan disambung kepada bekalan dan dikenali sebagai belitan utama sementara gelung sekunder (secondary winding) disambung kepada beban dan dinamakan belitan sekunder.

Antara sebab mengapa teras pengubah diperbuat dalam bentuk kepingan besi yang berlapis ialah untuk mengurangkan kehilangan kuasa yang disebabkan oleh arus pusar (eddy current)

PENGENALAN

Rajah 2.1: Susunan Am Pengubah di mana V1 = voltan terminal utama

V2 = voltan terminal sekunderI1 = arus utamaI2 = arus sekunder

N1 = bilangan lilitan belitan utamaN2 = bilangan lilitan belitan sekunder

Terdapat dua jenis binaan pengubah iaitu jenis teras dan jenis kelompang.

Ia berbeza dari segi kaedah menempatkan gegelung. Pengubah jenis teras biasanya digunakan pada pengubah kuasa

dengan arus yang besar di mana pengubah jenis ini mempunyai belitan yang dililit pada kedua-dua lengan teras.

Pengubah jenis kelompang pula mempunyai belitan yang dililit di bahagian tengah teras sahaja.

 

JENIS-JENIS PENGUBAH

Belitan utama sebuah pengubah dibekalkan dengan sumber voltan atau arus ulang alik.

Apabila arus ulang alik mengalir pada belitan utama, fluks ulang alik akan terhasil di dalam teras.

Jika fluks yang dihasilkan itu dapat melintasi belitan sekunder, maka daya gerak elektrik yang akan teraruh pada belitan utama E1 dan belitan sekunder E2 adalah sama.

Apabila bahagian sekunder pengubah dalam keadaan litar buka, voltan pada bahagian sekunder V2 adalah sama dengan dge yang teraruh di belitan sekunder E2. Seterusnya arus pada belitan utama menjadi sangat kecil maka voltan dan d.g.e. (daya gerak elektrik) yang teraruh pada belitan utama juga

sama tetapi berbeza kekutuban. menganggap bahawa kecekapan pengubah menghampiri

100% maka; 1V1 x faktor kuasa belitan utama = I2V2 x faktor kuasa belitan sekunder

Oleh kerana faktor kuasa belitan utama dan belitan kedua pada keadaan beban penuh lebih kurang sama.

PRINSIP KENDALIAN PENGUBAH

Pengubah Langkah Naik (Step-up) dan Pengubah Langkah Turun (Step-dow n) Pengubah langkah naik adalah pengubah yang meninggikan paras voltannya. Ini bermakna voltan pada belitan sekunder lebih tinggi berbanding dengan voltan pada belitan utama.

Rajah 2.4 menunjukkan jenis pengubah langkah naik. Bilangan lilitan pada bahagian sekunder lebih banyak daripada belitan utama. Arus yang mengalir pada bahagian sekunder adalah lebih rendah berbanding dengan arus pada bahagian

utama. V2 > V1 ; N2 > N1 dan I2 < I1 Pengubah jenis ini biasanya digunakan untuk penghantaran dari bahagian sistem penjanaan kepada

pencawang-pencawang elektrik yang lain pada jarak yang jauh sehingga beratus-ratus kilometer. Voltan yang tinggi dan arus yang rendah diperlukan dalam sistem ini untuk mengurangkan berlakunya

kehilangan yang tinggi semasa penghantaran tenaga elektrik. Rajah 2.4: Pengubah langkah naik (N2 > N1)

Pengubah jenis langkah turun pula, berfungsi untuk menurunkan paras voltan. Pengubah jenis ini digunakan untuk mengagihkan bekalan dari pencawang elektrik kepada pengguna. Nilai voltan yang tinggi yang dihantar ke pencawang akan diturunkan kepada nilai yang lebih rendah,

iaitu nilai yang bersesuaian dengan pengguna. Bilangan lilitan belitan sekunder juga lebih sedikit berbanding dengan bilangan lilitan belitan utama,

sementara arus pada bahagian sekunder lebih tinggi daripada arus pada bahagian utama. ni kerana voltan sentiasa berkadar terus dengan bilangan lilitan sementara arus pula berkadar songsang dengan kedua-duanya.

V2 < V1 ; N2 < N1 dan I2 > I1

Pengubah Langkah Naik (Step-up) dan Pengubah Langkah Turun (Step-down)

RAJAH 2.4

Aliran arus didalam belitan utama akan terlaras secara automatik untuk memenuhi keperluan keluaran (arus beban). Oleh itu apabila tiada sebarang arus digunakan daripada belitan sekunder (tanpa beban), belitan utama juga tidak akan mengalirkan arus kecuali arus ujaan (excitation current).

Nilai arus ujaan adalah sangat rendah iaitu setakat cukup untuk mengekalkan kewujudan litar magnet. Arus ujaan akan dianggap sebagai terlalu kecil dan boleh diabaikan.

Dalam keadaan berbeban, aliran arus didalam belitan utama adalah berkadaran dengan beban pada bahgaian sekunder.

Anggapkan pengubah di dalam rajah di bawah mempunyai nilai pengubahan 1 : 1 supaya voltan dan arus didalam setiap belitan

sama. Rajah 2.6: Prinsip pengaturan pengubah Apabila bekalan disambung ke belitan utama dengan kesemua suis beban terbuka (off) tiada

sebarang arus yang mengalir didalam belitan utama (kecuali arus ujaan yang boleh diabaikan). Apabila suis beban S1 ditutup (on), arus beban 2 A akan mengalir didalam belitan sekunder. Dengan menganggapkan pengubah tidak mempunyai sebarang kehilangan, arus yang mengalir

didalam litar utama juga adalah 2 A. Apabila S2 ditutup (dengan S1 masih berkeadaan tertutup) arus yang mengalir didalam litar

sekunder bertambah menjadi 4A. Sifat pengaturan yang dipunyai oleh pengubah akan menyebabkan belitan utama juga

mengalirkan arus sebesar 4 A untuk menampung pengalir arus 4 A pada belitan sekunder. Seterusnya jika S3 ditutup, proses yang sama akan turut berlaku iaitu belitan utama akan

mengalirkan arus sebesar 6 A untuk membolehkan arus 6 A mengalir didalam litar sekunder.

ARUS BELITAN

RAJAH 2.6

Tidak semua kuasa yang dibekalkan ke pengubah disalurkan ke beban. Sebahagian daripada kuasa ini akan ‘hilang’ pada teras dan belitan-belitan pengubah.

Para pengilang sedaya upaya akan memastikan kehilangan ini sentiasa pada tahap yang minimum.

Bergantung kepada penggunaan, kehilangan pada pengubah biasanya dalam lingkungan 1% hingga 5%.

Pengubah yang digunakan untuk memindahkan jumlah kuasa yang besar direkabentuk supaya sekurang-kurangnya mempunyai kecekapan 98%.

Pengubah bersaiz kecil, seperti yang digunakan pada loceng pintu dan litar isyarat selalunya tidak menitikberatkan sangat soal kecekapan (ada kalanya kurang dari 85%). Ini kerana pengubah sebegini hanya memindahkan sejumlah kuasa yang kecil dalam tempoh yang sangat singkat sahaja.

KEHILANGAN DAN KECEKAPAN

Fluks magnet yang berubah didalam teras pengubah akan mengaruh voltan pada sebarang pengalir yang berada dikawasan medan tersebut.

Oleh kerana teras itu sendiri merupakan bahan pengalir, fluks magnet berubah bukan sahaja mengaruh voltan didalam belitan pengubah malah didalam teras pengubah itu sendiri.

Voltan yang teraruh didalam teras pengubah akan menyebabkan wujudnya arus yang berpusar didalam teras. Arus ini dikenali sebagai arus pusar dan kehilangan kuasa yang disebabkan olehnya dikenali sebagai kehilangan arus pusar.

Kehilangan arus pusar boleh dikurangkan dengan meninggikan rintangan laluan yang diambil oleh arus pusar. Ini boleh dilakukan dengan membina teras yang berlapis-lapis dengan setiap lapisan teras ditebatkan menggunakan lapisan tipis varnish.

KEHILANGAN ARUS PUSAR

Kehilangan histeresis berlaku akibat dari kesan kemagnetan baki. Kemagnetan baki adalah satu fenomena dimana kemagnetan sesuatu

bahan itu akan terus kekal walaupun sesudah daya kemagnetan dikeluarkan.

Kekutuban teras pengubah akan menyongsang setiap kali arus utama bertukar arah.

Setiap kali kekutuban teras pengubah menyongsang, sedikit tenaga akan digunakan untuk ‘memadam’ kemagnetan baki dari kekututban teras pada kitar yang sebelumnya.

Kesan daripada itu, teras akan menjadi panas. Kehilangan histeresis berlaku setiap setengah kitar iaitu beberapa ketika

sebelum teras memagnet semula dalam arah yang bertentangan. Kehilangan histeresis boleh dikurangkan dengan mengambil bahan yang

mempunyai kesan histeresis yang rendah sebagai teras. Diantara bahan yang sesuai adalah keluli silikon. Keluli silikon adalah

sejenis aloi yang mempunyai kesan histeresis yang rendah tetapi mempunyai kebolehtelapan yang tinggi.

KEHILANGAN HISTERISIS

Pengubah alatan adalah sejenis pengubah yang dibina khusus untuk mengukur voltan yang tinggi atau arus yang besar.

Melalui pengubah alatan, kuantiti talian yang tinggi akan direndahkan kepada suatu nilai yang rendah dan selamat sebelum diukur oleh alatan seperti meter volt, meter ampere dan meter watt.

Pengubah alatan juga dapat memencilkan alatan pengukuran dan operator dari talian voltan tinggi dan dengan demikian akan mengurangkan risiko bahaya.

Terdapat dua jenis pengubah alatan iaitu pengubah arus (current transformer, CT) dan pengubah upaya (potential transformer, PT)

PENGUBAH ALATAN